基于学科本原探究化学平衡常数与反应物转化率的相关性

化学平衡是高中化学的核心概念,化学平衡常数是平衡理论体系中的核心知识.基于学科本原,对化学平衡常数K与平衡时反应物转化率的相关性进行分类、计算与探究,认为化学平衡常数K与平衡时反应物转化率的相关性分为以下三种情况:①当化学平衡常数K的量纲不同时,不可以通过K的大小直接比较平衡时反应物的转化率;②当化学平衡常数K的量纲相同时,应该根据具体问题通过计算判断平衡时反应物的转化率;③当化学平衡常数K可以表达为x2/1-x(x为平衡时反应物的转化率)时,K越大,x越大,平衡时反应物的转化率越大.

可逆反应中增大反应物浓度与其转化率变化的探究

当一个可逆反应(反应物不止一种)达到平衡,其他条件不变时,增大其中某个反应物浓度,可以增大另一个反应物的转化率,但它本身的转化率减小。这并未明确指明在什么情况下减小,又在什么情况下不变或者增大。经过在网上查找相关文献资料,涉及这片领域的文献很少,也没有数据支持。笔者利用“三段式”根据平衡常数进行计算,对于高阶方程用Dev-C++软件编写C语言程序算法代码,利用计算机轻松突破方程求解,并将求解结果记录在Excel表格中,再利用Excel表格自带的图表功能绘制数据的变化曲线坐标图,最终得出结论。

燃煤烟气中Cr_(2)O_(3)生成及其在CaO的吸附研究

煤燃烧过程中会释放多种痕量重金属,其中铬元素因其剧毒性而易对人体及生态系统造成危害。铬作为5种重点污染防控的重金属元素之一,研究其在烟气氛围下的形态转化规律和在CaO的吸附特性则对其进一步减排具有重要意义。利用密度泛函理论(DFT)对烟气中Cr、CrO与O_(2)均相生成Cr_(2)O_(3)的反应机理,和Cr_(2)O_(3)在CaO(001)表面的吸附过程进行研究。结果表明:Cr和CrO均相生成Cr_(2)O_(3)的最大反应能垒分别是12.048 Kcal/mol和12.270 Kcal/mol,该反应在烟气中均易发生。在500 K~2000 K温度下,Cr与O_(2)反应生成CrO、CrO_(2)的过程中,正反应速率处于较高水平,正向反应进行完全。而CrO到CrO_(2)存在2个过渡态,其中TS2为速控步骤,反应进行较慢,正向进行不完全。CrO与CrO_(2)生成Cr_(2)O_(3)是物理吸附过程,不需要克服能垒即可自发进行,所以Cr_(2)O_(3)是燃煤烟气中主要的存在形式。Cr反应生成Cr_(2)O_(3)的平衡常数受温度影响较大,但始终大于105,可认为是单向反应。CrO反应生成Cr_(2)O_(3)的平衡常数也明显受到温度的影响,在低温阶段平衡常数较大,反应物转化率高,当温度超过1700 K,平衡常数很小,反应进行不完全。因此可知,Cr向Cr_(2)O_(3)转化的路径较易发生,是燃煤烟气中Cr_(2)O_(3)生成的主要途径。同时,研究发现Cr_(2)O_(3)在CaO(001)表面吸附后,Cr与吸附底物表面O形成了Cr-O共价键,为化学吸附。因此,利用钙基吸附剂对烟气中铬的固化具有可行性。