2.2.5 化学平衡平衡常数应用、平衡转化率的分析 课件 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第二节 化学平衡　 第5课时 平衡常数的应用、 平衡转化率的分析 人教版选择性必修1 1．从变化的视角依据Q与K的关系判断反应进行的方向。 2 . 根据外界条件对平衡的影响，结合勒夏特列原理，构建K的计算及应用(如转化率)分析思维模型 学习目标 1.平衡常数的应用。 2.平衡转化率的分析。 重点难点 思考下列问题： 1.平衡常数K有哪些应用？从反应进行程度、可逆反应热效应、化学平衡移动方向角度分析。 2.压强平衡常数Kp如何计算？ 3.如何计算转化率？平衡移动后转化率如何变化？ 一.化学平衡常数的应用 1. 1.判断反应进行的程度： K越大，反应进行的越完全，反应物转化率越大；K越小，反应进行的就越不完全，反应物转化率越小。 （ K>105，反应基本进行完全；K<10-5，反应难以进行. ) 2.用来判断化学反应热： 升高温度，K增大，正反应为吸热反应(ΔH>0); 升高温度，K减小，正反应为放热反应(ΔH<0)。 3.判断化学平衡移动方向： 当QC=K时，反应达到平衡 当QC>K时，反应逆向进行 当QC<K时，反应正向进行 (4)计算反应物的转化率 例1、 某温度下,反应H2(g)+I2(g) 2HI（g）的平衡常数K=0.25,请判断H2、I2、HI的浓度分别是下列数值时，体系是否处于平衡状态，如不处于平衡状态，反应将向哪方向进行？ (1)c(H2)=0.1mol/L, c(I2)=0.1mol/L,c (HI)=0.2mol/L (2)c(H2)=0.16mol/L,c(I2)=0.16mol/L,c(HI)=0.08mol/L 例2、已知化学反应①：Fe(s) + CO2(g) FeO(s) + CO(g)，其平衡常数为K1；化学反应②：Fe(s) + H2O(g) FeO(s) + H2(g)，其平衡常数为K2。在温度973K和1173K情况下，K1、K2的值分别如下： 温度 K1 K2 973K 1.47 2.38 1173K 2.15 1.67 （1）反应①是 （填“吸热”或“放热”）反应。 （2）现有反应③：CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)，请你计算该反应在973K时的平衡常数K3的值：K3 ＝ 。 吸热 0.55 2.多重平衡体系中化学平衡常数计算 (1)多重平衡体系：一个化学反应体系中存在多个化学反应，在一定条件下，这些反应都可以达到平衡状态，这种现象称作多重平衡现象，该体系称作多重平衡体系。 (2)多重平衡反应类型 ①连续型(耦合)反应：某物质是某反应的产物，同时又是其他反应的反应物。 ②平行型(竞争型)反应：某物质同时是多个反应的反应物。 (3)多重平衡体系中有关平衡常数的计算，各组分的平衡量指的是整个平衡体系中的量，而不是指某一单一反应中的量。 例3、加热N2O5时，发生下列两个分解反应： ①N2O5 N2O3＋O2 K1， ②N2O3 N2O＋O2 K2； 在1L密闭容器中加热4mol N2O5达到化学平衡时O2的浓度为4.50 mol/L， N2O3的浓度为1.62 mol/L，求其他各物质的平衡浓度并求①的K1。 解析：这是一个连续平衡的计算，计算思路为：第一个反应的平衡量作为第二个反应的起始量 ∴ 解：∵ N2O5 N2O3＋O2 N2O3 N2O＋O2 起 变 平 mol 4 0 0 x x x 4- x x x x 0 x y y y x - y y x +y x – y = 1.62 x +y = 4.50 解得： x = 3.06 mol y = 1.44 mol 故：C N2O5 = (4 – 3.06) mol / 1L=0.94 mol/L C N2O = 1.44 mol / 1L=1.44 mol/L 解析：这是一个连续平衡的计算，计算思路为：第一个反应的平衡量作为第二个反应的起始量 ①的平衡常数K为_____________(用字母表示)。 练习 1、含义：在化学平衡体系中，由各气体物质的分压替代浓度，计算的平衡常数叫压强平衡常数，用符号Kp表示，其单位与表达式有关。 二、压强平衡常数(Kp) 例4　(1)在300 ℃、8 MPa下，将CO2和H2按物质的量之比为1∶3通入恒压密闭容器中发生反应CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，达到平衡时，测得CO2的平衡转化率为50%，则该反应条件下的压强平衡常数Kp＝_________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。 (2)[2022·全国乙卷，28(3)]在1 470 K、100 kPa反应条件下，将n(H2S)∶n(Ar)＝1∶4的混合气进行H2S热分解反应。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等，H2S平衡转化率为_____，平衡常数Kp＝_____ kPa。 50% 4.76 三、速率常数(k正、k逆) t/min 0 20 40 60 80 120 x(HI) 1 0.91 0.85 0.815 0.795 0.784 x(HI) 0 0.6 0.73 0.773 0.78 0.784 (1)根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为________________。 (2)上述反应中，正反应速率v正＝k正x2(HI)，逆反应速率v逆＝k逆x(H2)·x(I2)，其中k正、k逆为正、逆反应速率常数，则k逆为___(用含K和k正的代数式表示)。若起始时，x(HI)＝1，k正＝0.002 7 min－1，则在t＝40 min时，v正＝__________min－1。 1.95×10－3 2NH3 N2 + 3H2 催化剂 高温、高压 思考：平衡正向移动，是不是N2的转化率一定变大呢？ △ H<0 ①降温 ②增大压强（缩小容积） ③增加H2的量 ④增加N2的量 N2的转化率_________ N2的转化率_________ N2的转化率_________ N2的转化率_________ 增大 增大 增大 减小 四、平衡转化率 规律一、当可逆反应达到平衡后，反应物的初始浓度不变，只改变体系的温度、压强或减小生成物的量使平衡正向移动，这时反应物的转化率一定增大。 规律二、反应物用量的改变对转化率的影响 (1)若反应物是一种且为气体，如：aA(g) bB(g)＋cC(g)。在恒温恒容条件下，增加A的浓度，平衡正向移动，但A的转化率分析等效为压强对平衡的影响。 气体计量数关系 A的转化率 a＝b＋c 不变 a>b＋c 增大 a<b＋c 减小 (2)若反应物不只一种：aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)。 ①在其他条件不变时，增加A的量，平衡正向移动，A的转化率降低，B的转化率升高。 ②若起始按化学计量数之比投入A、B，则A、B的转化率一定相同。 ③在恒温恒容条件下，若按原比例(投料比)同倍数增加A和B，平衡正向移动，但反应物(A或B)的转化率等效为压强对平衡的影响。此时可虚拟一个路径来理解转化率的变化。 气体计量数关系 A(或B)的转化率 a＋b＝c＋d 不变 a＋b>c＋d 增大 a＋b<c＋d 减小 条件：反应物均为气体 恒温恒压时，成比例增加A、B的量，α(A)、α(B)不变 例5　(1)可逆反应2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，在一定条件下达到平衡后，只增大O2的浓度，平衡______移动，则SO2的转化率_____，O2的转化率______。 (2)某温度下，在2 L的密闭容器中，加入3 mol X(g)和1 mol Y(g)，发生反应：3X(g)＋Y(g) 2Z(g)＋2R(g)　ΔH<0。平衡时，X、Y、Z、R的体积分数分别为60%、20%、10%、10%。X与Y的转化率之比为______。 正向 增大 减小 1∶1 (3)两个体积相同的密闭容器A、B，在A中充入SO2和O2各1 mol，在B中充入SO2和O2各2 mol，加热到相同温度，有如下反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，对此反应的表述不正确的是___。 A.反应速率：B>A B.SO2 的转化率：B>A C.平衡时各组分含量：B＝A D.平衡时容器的压强：B>A C 小结 一、平衡常数K的应用：4点 二、压强平衡常数KP和速率常数 三、平衡转化率 例2　(1)在1 L真空密闭容器中加入a mol PH4I固体，t ℃时发生如下反应： PH4I(s)PH3(g)＋HI(g) ① 4PH3(g)P4(g)＋6H2(g) ② 2HI(g)H2(g)＋I2(g) ③ 达平衡时，体系中n(HI)＝b mol，n(I2)＝c mol，n(H2)＝d mol，则t ℃时反应 (b＋)b 2、表达式 对于一般的可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在一定温度下，达到平衡时，其压强平衡常数Kp＝。其中p(A)、p(B)、p(C)、p(D)表示对应物质的分压。 注意　①混合气体中某组分的分压＝总压×该组分的物质的量分数，pB＝p总×。 ②混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和，即p总＝pA＋pB＋pC＋…。  MPa－2　 1、表达式：若基元反应为mA＋nBpC， 则：v正＝k正cm(A)·cn(B)、v逆＝k逆cp (C) 上式中的k为速率常数， 是化学反应速率的量化表示方式。 2、表示意义：其数值相当于参加反应的物质都处于单位浓度(1 mol·L－1)时的反应速率。 3、影响因素：不同的反应有不同的速率常数，速率常数与反应温度、反应溶剂、催化剂等有关，与浓度无关。 4、当化学反应达到平衡时，v正＝v逆，即k正cm (A)·cn(B) ＝k逆cp (C)，则化学平衡常数K＝。 例5　Bodenstein研究了反应：2HI(g)H2(g)＋I2(g)　ΔH>0。 在716 K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如表所示：  注：此时可虚拟一个路径来理解转化率的变化。如    $$