第2章第2节第2课时 平衡转化率 课件 2025-2026学年高二上学期化学鲁科版选择性必修1

第2课时　平衡转化率 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　　 1.学会用“三段式”计算平衡转化率，并理解平衡转化率的意义。(重点)。 2.掌握平衡转化率与平衡常数的相互求算(重、难点)。 学习目标 在工业生产中，合成氨的反应： 该反应在一定条件下存在一定的限度。但用平衡常数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，常用平衡转化率α来表示一定条件下的反应限度。 2 三、平衡转化率 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 反应：aA(g) + bB (g) ⇌ cC (g) + dD (g) ，A的平衡转化率可以表示为： 1、表达式 平衡转化率也可表示为α(A)＝ ×100%＝ ×100% 2．平衡转化率的意义 (1)平衡常数和平衡转化率都可以表示可逆反应的限度 (2)平衡转化率能更直观反映某一反应物转化的程度 ★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 用不同物质的平衡转化率表示同一反应的程度时，数值可能不同 ★ 注意： 四个基本关系 (1)各物质的物质的量浓度或物质的量变化之比＝化学计量数之比 (2) 反应物的转化率＝ ×100% (3)生成物的产率＝ ×100% (4)平衡时各组分的体积分数＝该组分的物质的量分数＝ ×100% Δn n(初) 该物质实际产量 该物质理论产量 n(平) n(总) 计算思路 (1)设未知数： 具体题目要具体分析，一般设某物质的转化量为x (2)列出三个量： 用含x的式子表示平衡体系中各物质的初始量、变化量、平衡量 (3)列式计算： 根据平衡时含x的相应关系列式求解 1 1 0 x 2x 2x X + 2Y ⇌ 2Z N 始 Δn n平 1-x 1-2x 2x x=1/3 【提示】 密闭容器中：X(g)+2Y(g) ⇌ 2Z(g),取X和Y按1:1的物质的量之比混合，达到平衡后，测得混合气体中反应物的总物质的量与生成物的总物质的量之比为3:2,则Y的转化率最接近于（ ） A.33% B.40% C.50% D.65% (1-x)+(1-2x) 2x = 【练一练】 A 某温度下将H2和I2各0.1 mol的气态混合物充入10 L密闭容器中充分反应，达到平衡后,测得H2的浓度为0.008 mol·L-1。 (1)求该温度下的平衡常数 (2)求H2的转化率 0.0080 0.01 0.01 0 【解析】 平衡（mol·L-1） 起始（mol·L-1） 转化（mol·L-1） H2 + I2 ⇌ 2HI 0.0020 0.0040 0.0020 0.0040 0.0080 ？ ？ ？ ？ ？ 小试牛刀 (1) K = (0.0080 mol·L-1)2 (0.0040 mol·L-1)2 = 0.25 (2) α(H2)= 0.0020 mol·L-1 0.01 mol·L-1 × 100% = 20% 再试一刀 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 0.0100 0 0 转化浓度/(mol·L－1) x x x x 平衡浓度/(mol·L－1) 0.0100-x 0.0100-x x x K = = c平(H2) c平(CO2) = 2.25 (0.0100 mol·L-1-x)2 x2 c平(H2O)c平(CO) 解方程得：x1=0.0060mol·L-1，x2=0.0300mol·L-1 x2＞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-1 α(CO2) = ×100% = c始(CO2)-c平(CO2) c始(CO2) ×100% = 60% 0.0100 mol·L-1-0.0040 mol·L-1 0.0100 mol·L-1 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-1 α(H2) = ×100% = c始(H2)-c平(H2) c始(H2) ×100% = 60% 0.0100 mol·L-1-0.0040 mol·L-1 0.0100 mol·L-1 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。 归纳总结 可以利用化学平衡常数计算化学反应中某反应物的平衡转化率，也可以由实验测定的平衡转化率计算化学平衡常数。 在1 200 ℃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) A 0.010 0 0.010 0 B 0.010 0 0.012 0 C 0.010 0 0.008 0 60% 60% 54% 65% 66% 53% 可能相同，也可能不同 增大 减小 减小 增大 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，提高二氧化碳在原料气组成中的比例，可使氢气的平衡转化率提高。在化工生产中，根据以上原理，常常通过增加某一种廉价、易得的反应物的浓度来提高另一种昂贵、稀缺的反应物的转化率，从而降低生产成本。 结论1：两种反应物参加反应时，提高一种反应物的浓度，可以提高另一种反应物的转化率，而该反应物的转化率会降低。 结论2：当两种反应物按照方程式系数比进行投料时，平衡时反应物的平衡转化率相等。 对于一定温度下A、B、C三个密闭容器中发生反应： H2(g)＋CO2(g) ⇌ H2O(g)＋CO(g)   初始浓度/ (mol·L－1) 平衡浓度/(mol·L－1) 平衡转化率/% H2 CO2 H2 CO2 H2 CO2 A 0.10 0.10 0.040 B 0.12 0.10 54 C 0.10 0.20 0.122 0.040 60 60 0.055 0.035 65 0.022 78 39 (1)同一反应的不同反应物,其转化率可能不同;当按照化学计量数之比投入反应物时,反应物转化率相同。 (2)多种反应物参加反应时,提高一种反应物的浓度,可以_____其他反应物的转化率,而该反应物本身的转化率会_____。 4、规律 提高 降低 (1)对某一个具体反应，在温度一定时，只有一个化学平衡常数；但不同反应物的平衡转化率可能不同。故必须指明是哪一反应物的平衡转化率。 (2)平衡常数和平衡转化率都能定量表示化学反应的限度。平衡常数只与温度有关，而平衡转化率的影响因素有温度、浓度、压强等。 (3)温度一定，平衡常数越大，平衡转化率不一定越大。 化学平衡常数和平衡转化率的区别与联系 c平c(C)c平d(D) c平c(A)c平b(B) 1.能反映化学反应可能进行的程度，平衡常数的数值越大，说明反应进行得越完全 一、化学平衡常数 2.平衡常数只与温度有关 3.升高温度，吸热反应的Kc增大，放热反应的Kc减小 aA(g)+bB(g) ⇌ cC(g)+dD(g) K= 1.物质的平衡转化率越大，表示反应程度越大 2.增大一种反应物的浓度，另一种反应物的平衡转化率增大 二、平衡转化率——利用三段式计算 课堂小结 化学反应限度的定量描述 化学平衡常数 平衡转化率 再试一刀 化学反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)是硫酸制造工业的基本反应。将0.050mol SO2(g)和0.030mol O2(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0.044mol SO3(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 0.030 0 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 (0.006 mol·L-1)2×0.008 mol·L-1 (0.044 mol·L-1)2 0.050 mol·L-1-0.006 mol·L-1 0.050 mol·L-1 α(O2)= × 100% = c始(O2)-c平(O2) c始(O2) × 100% = 73% 0.030 mol·L-1-0.008 mol·L-1 0.030 mol·L-1 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% 22 【解析】　(1)设平衡时SO2的浓度为x mol·L－1 　　　　 　 SO2(g)＋NO2(g) ⇌ SO3(g)＋NO(g) 初始浓度/mol·L－1 2 2 0 0 转化浓度/mol·L－1 2－x 2－x 2－x 2－x 平衡浓度/mol·L－1 x x 2－x 2－x 23 (2)设达平衡时NO的浓度为y mol·L－1 SO2(g)＋NO2(g)⇌ SO3(g)＋NO(g) 初始浓度/mol·L－1 3 2 0 0 转化浓度/mol·L－1 y y y y 平衡浓度/mol·L－1 3－y 2－y y y 23 课后作业 1.课时作业9 2. 认真总结本节知识点并预习剩余部分内容 压强平衡常数及应用 25 1．分压 (1)定义：相同温度下，当某组分气体B单独存在且具有与混合气体总体积相同体积时，该气体B所具有的压强，称为气体B的分压强。 (2)计算公式：混合气体中某组分的分压＝总压×该组分的物质的量分数， (3)分压定律：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＋… 2．压强平衡常数Kp 一定温度下，气相反应： 达平衡时，气态反应产物分压幂之积与气态反应物分压幂之积的比值为一个常数，称为该反应的压强平衡常数，用符号Kp表示，Kp的表达式如下： pc(C)·pd(D) pc(A)·pb(B) Kp = 其中： 分别为平衡混合气体中A、B、C、D气体的平衡分压 p(A)、p(B)、p(C)、p(D) p(A) = p总× n% nA：A气体平衡时的物质的量 n%：平衡时气体的物质的量分数 p总：平衡时混合物的总压强 【方法总结】 1．对于反应前后气体系数不变的反应，用物质的量代入表达式计算，不影响计算结果。 2．对于反应前后气体系数相等的反应，平衡常数表达式运算时，两边可同时开方，简化计算。 3．对一给定的可逆反应，在温度不变时，可用平衡常数不变作为桥梁列式计算两不同浓度条件下的相关量。 [2020·全国卷Ⅱ，28(1)③改编]乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g)　ΔH＝＋137 kJ·mol－1，容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压下(p)发生上述反应，乙烷的平衡转化率为α。反应的平衡常数Kp＝__________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。 1．一定温度下，向密闭容器中加入焦炭(C)和一定量的CO2气体，保持a kPa条件下发生反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)，平衡时测得CO2的体积分数为60%。 (1)CO2的转化率为__________。 (2)CO2的分压为______ kPa，CO的分压为______ kPa。 (3)该温度下，该反应的平衡常数Kp＝________ kPa(用a表示，保留两位小数)。 　(1)25%　(2)0.6a　0.4a　(3)0.27a $