鲁科版高中化学选择性必修1 第2章化学反应的方向、限度与速率 2.2.2平衡转化率 教学课件

第2章化学反应的方向、限度与速率第2节化学反应的限度第2课时平衡转化率联想•质疑

在工业生产和实验室中，人们会遇到各种各样的可逆反应，如合成氨的反应：N2+3H2

⇋2NH3该反应在一定条件下存在一定的限度。但是在实际生产中，用平衡常数K表示反应限度有时不够直观，不知道反应物到底反应了多少，同时生成了多少产物。因此在实际应用中，常用平衡转化率α来表示一定条件下的反应限度。平衡转化率对于化学反应：aA+bB⇌cC+dD，反应物A的平衡转化率可以表示为：α(A)

=———————————————————×100%初始时A的物质的量-平衡时A的物质的量初始时A的物质的量物质的平衡转化率越大，表示反应程度越大。对于溶液体系和恒容的气态反应体系，可以用物质的量浓度进行计算。典型例题

化学反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)是硫酸制造工业的基本反应。将0.050molSO2(g)和0.030molO2(g)注入体积为1.0L的密闭反应器，并置于某较高温度下的恒温环境中，达到化学平衡后，测得反应器中有0.044molSO3(g)，求该温度下反应的平衡常数及SO2、O2的平衡转化率。解析：

2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)

初始浓度/(mol·L－1)0.050

0.0300转化浓度/(mol·L－1)0.044

0.022

0.044平衡浓度/(mol·L－1)0.006

0.008

0.044

K==c平2(SO2)c平(O2)c平2(SO3)α(SO2)=×100%

=

c始(SO2)-c平(SO2)c始(SO2)×100%=80%=6.7×103mol-1·L(0.006mol·L-1)2×0.008mol·L-1(0.044mol·L-1)20.050mol·L-1-0.006mol·L-10.050mol·L-1α(O2)=×100%

=

c始(O2)-c平(O2)c始(O2)×100%=73%0.030mol·L-1-0.008mol·L-10.030mol·L-1答：该温度下反应的平衡常数为6.7×103mol-1·L，SO2的平衡转化率为88%，O2的平衡转化率为73%。归纳总结对于一个已标明化学方程式的化学反应，温度一定时只有一个平衡常数，但不同反应物的平衡转化率却可能不同。因此，脱离具体的反应物谈化学反应的平衡转化率是没有意义的。典型例题1200℃时测得反应H2(g)+CO2(g)⇌H2O(g)+CO(g)的平衡常数K为2.25。若反应从H2(g)和CO2(g)开始，且H2(g)和CO2(g)的初始浓度均为0.0100mol•L-1时，计算各物质的平衡浓度及H2和CO2的平衡转化率。解析：设平衡时生成的H2O(g)的浓度为X。

H2(g)+CO2(g)⇌H2O(g)

+CO(g)初始浓度/(mol·L－1)0.0100

0.010000

转化浓度/(mol·L－1)x

x

xx平衡浓度/(mol·L－1)0.0100-x

0.0100-x

xx

K==c平(H2)c平(CO2)=2.25(0.0100mol·L-1-x)2x2c平(H2O)c平(CO)解方程得：x1=0.0060mol·L-1，x2=0.0300mol·L-1x2＞c始(H2)不合理，应舍去，则：c平(H2)=c平(CO2)=0.0100mol·L-1-x=0.0100mol·L-1-0.0060mol·L-1=0.0040mol·L-1α(CO2)=×100%

=

c始(CO2)-c平(CO2)c始(CO2)×100%=60%0.0100mol·L-1-0.0040mol·L-10.0100mol·L-1答：c平(H2)和c平(CO2)都是0.0040mol-1·L，c平(H2O)和c平(CO)都是0.0060mol-1·L，H2和CO2的平衡转化率都是60%。c平(H2O)=c平(CO)=x=0.0060mol·L-1α(H2)=×100%

=

c始(H2)-c平(H2)c始(H2)×100%=60%0.0100mol·L-1-0.0040mol·L-10.0100mol·L-1方法导引平衡浓度的求算在有关化学平衡的计算中，平衡浓度的求算始非常关键的环节。通常将反应物转化的量设为x，利用已知条件找到关于x的等量关系，然后列方程求解。例如，本题的解题思路为：①设反应物转化的量为x；②用含x的式子表示出各物质的平衡浓度；③通过平衡常数表达式列出方程式；④求解所列方程式。有关于化学平衡问题的计算，可按一定步骤建立模式，确定各个量之间的关系进行计算。我们把这种方法称为“三段法”。三段式法例如：可逆反应mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)，假定反应物A、B的起始加入的物质的量分别为amol、bmol，达到平衡时，设A物质转化的物质的量为mxmol。(1)mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)初始物质的量/molab00转化物质的量/molmxnxpxqx平衡物质的量/mola－mxb－nxpx qx对于反应物：n平＝n始－n变对于生成物：n平＝n始＋n变转化物质的量之比等于化学方程式中各物质系数之比。可逆反应mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)，假定反应物A、B的起始加入的浓度分别为amol·L－1、bmol·L－1，达到平衡时，设物质A转化的浓度为mxmol·L－1。mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)初始浓度/(mol·L－1)ab00转化浓度/(mol·L－1)mxnxpxqx平衡浓度/(mol·L－1)a－mxb－nxpxqx对于反应物：c平＝c始－c变对于生成物：c平＝c始＋c变转化浓度之比等于化学方程式中各物质系数之比“三段法”不仅可以用物质的量来列关系式，也可以用物质的量浓度。(2)步骤①确定反应物或生成物的起始加入量。②确定反应过程的变化量。③确定平衡量。④依据题干中的条件建立等式关系进行解答。【点击】解答化学平衡计算题，要注意构建解题模式，熟练掌握有关物质的量、物质的量浓度、转化率、产率、某组分百分含量、化学平衡常数等各种计算关系式。深度思考

在1200℃时测得反应CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g)达平衡时，K＝2.25。试计算CO2(g)和H2(g)的初始浓度分别为下列三种情况下的CO2、H2的平衡转化率，填写下表：

分析上表计算结果，可得出的结论是(1)同一化学反应，不同物质的平衡转化率

。(2)增大H2的浓度，CO2转化率的变化是

，H2转化率的变化是

。(3)减小H2的浓度，CO2转化率的变化是

，H2转化率的变化是

。初始浓度/(mol•L-1)平衡转化率/%c始(CO2)c始(H2)α(H2)α(CO2)A0.01000.0100B0.01000.0120C0.01000.008060%60%54%65%66%53%可能相同，可能不同增大减小减小增大总结由以上分析可以发现，提高氢气在原料气组成中的比例，可使二氧化碳的平衡转化率提高；同理，提高二氧