第2章 微专题5 新旧平衡转化率的比较-【精彩三年】2024-2025学年高中化学选择性必修1课程探究与巩固Word教参（人教版2019）

微专题5　新旧平衡转化率的比较 1．掌握四个公式 (1)反应物的转化率＝×100%＝×100%。　 (2)生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般地，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。 产率＝×100%。 (3)平衡时混合物组分的百分含量＝×100%。 (4)某组分的体积分数＝×100%。 2．平衡转化率的分析与判断 (1)以反应aA(g)＋bB(g)⥫⥬cC(g)＋dD(g)为例。 ①若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比，达到平衡后，A、B的转化率相等。 ②若只增加A的量，平衡正向移动，B的转化率提高，A的转化率降低。 ③由温度或压强引起的化学平衡正向移动，反应物的转化率增大。 ④若按原比例同倍数地增加(或降低)A、B的浓度，等效于压缩(或扩大)容器容积，气体反应物的转化率与化学计量数有关。 (2)以反应mA(g)⥫⥬nB(g)＋qC(g)为例。 在T、V不变时，增加A的量，等效于压缩容器容积，A的转化率与化学计量数有关。 增大c(A) 例1 对于以下两个反应，从反应开始进行到达到平衡后，保持温度、容积不变，按要求回答下列问题。 (1)PCl5(g)⥫⥬PCl3(g)＋Cl2(g)，再充入PCl5(g)，平衡　向正反应方向　(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动，达到平衡后，PCl5(g)的转化率　减小　(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，PCl5(g)的百分含量　增大　。 (2)2HI(g)⥫⥬I2(g)＋H2(g)，再充入HI(g)，平衡　向正反应方向　(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动，达到平衡后，HI的转化率　不变　(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，HI的百分含量　不变　。 例2 两个容积相同的密闭容器①②，在①中充入SO2和O2各1 mol，在②中充入SO2和O2各2 mol，加热到相同温度，发生反应：2SO2(g)＋O2(g)⥫⥬2SO3(g)，对此反应的表述不正确的是(　C　) A．反应速率：②>① B．SO2 的转化率：②>① C．平衡时各组分含量：②＝① D．平衡时容器的压强：②>① 【解析】 A项，两容器的容积相同，②中SO2、O2的物质的量浓度都是①中的两倍，在相同条件下，反应物浓度越大反应速率越大，反应速率：②>①，正确；要将①②两容器平衡时的物理量进行比较，可建立如下模型：(1)另取一个2倍容积的容器，充入SO2、O2各2 mol，则在相同条件下，该容器达平衡时SO2的转化率、平衡时各组分含量、平衡时的压强与①中对应相等；(2)②相当于在该容器的基础上将容积缩小为一半，即增大压强，平衡正向移动；B项，增大压强平衡正向移动，反应物的转化率增大，SO2的转化率：②>①，正确；C项，由于②相对于①平衡正向移动，SO3的含量：②>①，错误；D项，②中反应相对于①中反应平衡正向移动，则平衡时容器的压强：②>①，正确。 例3 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)＋mY(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%。在此平衡体系中加入1 mol Z和1 mol R，再次达到平衡后，X、Y、Z、R的体积分数不变。 (1)m＝　1　。 (2)第一次平衡时，X与Y的转化率之比为　1∶1　。 (3)第二次平衡时，R的浓度为　0.3 mol·L-1　。 【解析】 在此平衡体系中加入1 mol Z和1 mol R，相当于增大压强，再次达到平衡后，X、Y、Z、R的体积分数不变，则说明该反应为气体分子数不变的反应，据此分析作答。 (1)根据上述分析可知，3＋m＝2＋2，解得m＝1。 (2)对于可逆反应，设转化的Y的物质的量为x mol，则根据已知信息列出三段式如下： 　　　　 　3X(g)＋Y(g)⥫⥬2Z(g)＋2R(g)　ΔH<0 起(mol) 　 　 　 　 　 　 　 　 则根据体积分数可知，×100%＝60%，解得x＝0.2，那么第一次平衡时，X与Y的转化率之比为∶＝1∶1。(3)第二次平衡时，平衡不移动，各物质的浓度为原来第一次平衡的1.5倍，根据上述分析可知，第一次平衡时R的浓度为＝0.2 mol·L-1，在此平衡体系中加入1 mol Z和1 mol R后，R的浓度应为0.2 mol·L-1×1.5＝0.3 mol·L-1。 1．在一定温度下，反应X(g)＋Y(g)⥫⥬2Z(g)的平衡常数为0.25，若将10 mol 的Z(g)通入容积为10 L的密闭容器中，在该温度时Z(g)的最大分解率接近于(　B　) A．50% B．80% C．88% D．95% 【解析】 在一定温度下，反应X(g)＋Y(g)⥫⥬2Z(g)的平衡常数为0.25，逆反应2Z(g)⥫⥬X(g)＋Y(g)的平衡常数K＝＝4，Z的起始浓度为＝1 mol·L-1，设Z的分解浓度为x，列三段式： 平衡常数K＝＝4，x＝0.8。 该温度下平衡状态时达到Z(g)的最大分解率，为×100%＝80%。 2．[2023·湖州一中检测]已知：3CH4(g)＋2N2(g)⥫⥬3C(s)＋4NH3(g)　ΔH＞0，在700 ℃、不同投料比时，CH4的平衡转化率如图所示。下列说法正确的是(　B　) A．越大，CH4的平衡转化率越高 B．不变时，若升温，NH3的体积分数会增大 C．b点对应的平衡常数比a点的大 D．a点对应的NH3的体积分数约为26% 【解析】 CH4和N2的物质的量之比越大，CH4的平衡转化率越低，A错误；CH4和N2的物质的量之比不变时，升温，平衡正向移动，NH3的体积分数增大，B正确；平衡常数只与温度有关，与反应物的物质的量无关，所以曲线上各点的平衡常数相同，C错误；a点CH4的平衡转化率为22%，＝0.75，则设甲烷的物质的量为3 mol，氮气的物质的量为4 mol，CH4的转化量为3 mol×22%＝0.66 mol。列三段式： 则NH3的体积分数为×100%≈13%，D错误。 3．(1)乙烯气相直接水合反应：C2H4(g)＋H2O(g)⥫⥬C2H5OH(g)　ΔH＝－45.5 kJ·mol-1 图1为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中n(H2O)∶n(C2H4)＝1∶1]。 图1 ①图1中压强p1、p2、p3、p4的大小顺序为　p1<p2<p3<p4　，理由是　正反应是气体总分子数减少的反应，相同温度下，压强增大，平衡正向移动，乙烯平衡转化率提高　。 ②气相直接水合法常采用的工艺条件为磷酸/硅藻土作催化剂，反应温度：290 ℃，压强：6.9 MPa，n(H2O)∶n(C2H4)＝0.6∶1。乙烯的转化率为5%。若要进一步提高乙烯的转化率，除了可以适当改变反应温度和压强外，还可以采取的措施有　将产物乙醇液化移出去　、　增大n(H2O)∶n(C2H4)的比值(合理即可)　(任写两点)。 (2)NO氧化反应：2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)分两步进行，其反应过程能量变化示意图如图2所示。 Ⅰ．2NO(g)===N2O2(g)　ΔH1 Ⅱ．N2O2(g)＋O2(g)===2NO2(g)　ΔH2 在恒容的密闭容器中充入一定量的NO和O2，保持其他条件不变，控制反应温度分别为T3和T4(T4＞T3)，测得c(NO)随t(时间)的变化曲线如图3所示。转化相同量的NO，在温度　T4　(填“T3”或“T4”)下所需的时间较长，试结合反应过程能量图分析其原因：　反应Ⅱ为决速步，ΔH1＜0，温度升高，反应Ⅰ平衡逆向移动，c(N2O2)减小，浓度降低对反应Ⅱ速率的影响大于温度对反应Ⅱ速率的影响　。 【解析】 (1)①由化学方程式C2H4 (g)＋H2O(g)⥫⥬C2H5OH(g)可知该反应的正反应是气体总体积减小的反应，所以增大压强，平衡正向移动，乙烯的平衡转化率提高，因此压强关系是p1<p2<p3<p4；②若要进一步提高乙烯的转化率，除了可以适当改变反应温度和压强外，还可以采取的措施有改变物质的浓度，如从平衡体系中将产物乙醇分离出去，或增大水蒸气的浓度，改变反应物的物质的量之比等。(2)由题图可知，T4对应的曲线没有T3陡，转化相同量的NO，在温度T4下所需的时间较长，原因是反应Ⅱ正反应的活化能大，为决速步，反应Ⅰ为放热反应，温度升高，反应Ⅰ平衡逆向移动，c(N2O2)减小，浓度降低对反应Ⅱ速率的影响大于温度的影响，导致总反应的速率减小，转化相同量的NO所需的时间较长。 学科网（北京）股份有限公司 $$