第2章 微专题5 化学平衡的有关计算-（配套课件）【精讲精练】2026-2027学年高中化学选择性必修第一册（人教版）

该高中化学课件聚焦“化学反应速率与化学平衡”中的化学平衡计算，核心涵盖三段式表格、基本关系式及转化率、产率等常用公式。课堂导入从三段式基础模型切入，衔接反应速率与平衡移动原理，搭建从公式应用到复杂计算的学习支架。 其亮点是强化训练题结合工业合成氨、CO₂转化等真实情境，通过三段式建模和平衡常数（K、Kp）计算，培养科学思维（证据推理、模型建构）与科学探究能力。学生能提升实际问题解决能力，教师可依托例题高效落实核心素养教学。

第二章　化学反应速率与化学平衡 微专题(5)　化学平衡的有关计算 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 图1　能量转换关系 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 谢谢观看 第二章　化学反应速率与化学平衡 1 1. 一个模式——“三段式” 如mA(g)＋nB(g)⥫⥬pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为a mol·L-1、b mol·L-1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol·L-1。 mA(g)＋nB(g)⥫⥬pC(g)＋qD(g) c始/(mol·L-1) a b 0 0 c转/(mol·L-1) mx nx px qx c平/(mol·L-1) a－mx b－nx px qx K＝。 2．两个基本关系式 (1)反应物：n(平)＝n(始)－n(变)； 生成物：n(平)＝n(始)＋n(变)。 (2)各物质的转化浓度之比＝化学计量数之比。 3．三个常用公式 (1)反应物的转化率＝×100%＝×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。一般来说，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%。 1．在恒温恒容密闭容器中充入一定量W(g)，发生如下反应： 反应②和③的速率方程分别为v2＝k2c2(X)和v3＝k3c(Z)，其中k2、k3分别为反应②和③的速率常数，反应③的活化能大于反应②。测得W(g)的浓度随时间的变化如下表。 t/min 0 1 2 3 4 5 c(W)/(mol·L-1) 0.160 0.113 0.080 0.056 0.040 0.028 下列说法正确的是(　　) A．0～2 min内，X的平均反应速率为0.080 mol·L-1·min-1 B．若增大容器容积，平衡时Y的产率增大 C．若k2＝k3，平衡时c(Z)＝c(X) D．若升高温度，平衡时c(Z)减小 解析　D　该气相反应体系中，有三个化学反应共存，反应②和反应③互为逆反应。W和Y只参与了反应①，X和 Z同时参与了反应①②③，其中反应②为气体分子数减小的反应，反应③为气体分子数增大的反应。X同时参与了反应①②③，其平均反应速率由三个反应共同决定，据此分析作答。根据题表中数据计算可得，0～2 min内Δc(W)＝0.160 mol·L-1－0.080 mol·L-1＝0.080 mol·L-1，Δc(X)＝2Δc(W)＝0.160 mol·L-1，但一部分X转化为Z，造成Δc(X)<0.160 mol·L-1，则v(X)<＝0.080 mol·L-1·min-1，A错误；该体系中Y只参与了反应①，最终体系达平衡 时，反应①进行到底，W全部转化为X和Y，因此增大容器容积不影响Y的产率，B错误；X和Z之间的反应为可逆反应，达平衡时正、逆反应速率相等，2v2＝v3，若k2＝k3，则c(Z)＝2c2(X)，C错误；反应③的活化能大于反应②，由此可知，反应②4X(g)⥫⥬2Z(g)　ΔH＝正反应活化能－逆反应活化能＜0，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，则平衡时c(Z)减小，D正确。 2．CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的反应如下： 反应 Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49 kJ·mol-1 反应Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41 kJ·mol-1 反应Ⅲ：CO(g)＋2H2(g)⥫⥬CH3OH(g)　ΔH3 在5 MPa下，按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，平衡时，CO和CH3OH在含碳产物中物质的量分数及CO2的转化率随温度的变化如图。下列说法不正确的是(　　) A．反应Ⅲ中反应物的总键能小于生成物的总键能 B．曲线m代表CH3OH在含碳产物中物质的量分数 C．该条件下温度越低，越有利于工业生产CH3OH D．图示270 ℃时，平衡体系中CO2的体积分数为20% 解析　C　根据盖斯定律Ⅰ－Ⅱ得CO(g)＋2H2(g)⥫⥬CH3OH(g)　ΔH＝－90 kJ/mol，反应Ⅲ放热；反应Ⅰ、Ⅲ是放热反应，反应Ⅱ是吸热反应，升高温度，甲醇的含量降低，CO的含量升高。反应Ⅲ是放热反应，反应物的总键能小于生成物的总键能，故A正确；反应Ⅰ、Ⅲ是放热反应，升高温度平衡逆向移动，甲醇的含量降低，曲线m代表CH3OH在含碳产物中物质的量分数，故B正确；温度降低，反应速率减慢，温度过低，不利于工业生产CH3OH，故C错误；假设二氧化碳的投料为1 mol、 氢气的投料为3 mol，270 ℃时，CO2的转化率为25%，则平衡体系中CO2的物质的量为0.75 mol，甲醇和一氧化碳的物质的量相等，根据碳元素守恒，反应生成CO的物质的量为0.125 mol、甲醇的物质的量为0.125 mol，根据氧元素守恒，反应生成水的物质的量为0.25 mol，根据H元素守恒，反应消耗氢气的物质的量为0.125 mol×2＋0.25 mol×1＝0.5 mol，剩余氢气的物质的量为2.5 mol，二氧化碳的体积分数为×100%＝20%，故D正确。 3．某温度下，在1 L恒容密闭容器中2.0 mol X发生反应2X(s)⥫⥬Y(g)＋2Z(g)，有关数据如下： 时间段/min 产物Z的平均生成速率/mol·L-1·min-1 0～2 0.20 0～4 0.15 0～6 0.10 下列说法错误的是(　　) A．1 min时，Z的浓度大于0.20 mol·L-1 B．2 min时，加入0.20 mol Z，此时v正(Z)<v逆(Z) C．3 min时，Y的体积分数约为33.3% D．5 min时，X的物质的量为1.4 mol 解析　B　反应开始一段时间，随着时间的延长，反应物浓度逐渐减小，产物Z的平均生成速率逐渐减小，则0～1 min内Z的平均生成速率大于0～2 min内的，故1 min时，Z的浓度大于0.20 mol·L-1，A正确；4 min时生成的Z的物质的量为0.15 mol·L-1·min-1×4 min×1 L＝0.6 mol，6 min时生成的Z的物质的量为0.10 mol·L-1·min-1×6 min×1 L＝0.6 mol，故反应在4 min时已达到平衡，设达到平衡时生成了a mol Y，列三段式： 　　　 　　2X(s)⥫⥬Y(g)＋2Z(g) 初始量/mol 2.0 0 0 转化量/mol 2a a 2a 平衡量/mol 2.0－2a a 0.6 根据2a＝0.6，得a＝0.3，则Y的平衡浓度为0.3 mol·L-1，Z的平衡浓度为0.6 mol·L-1，平衡常数K＝c2(Z)·c(Y)＝0.108，2 min时Y的浓度为0.2 mol·L-1，Z的浓度为0.4 mol·L-1，加入0.2 mol Z后Z的浓度变为 0.6 mol·L-1，Q0＝c2(Z)·c(Y)＝0.072<K，反应正向进行，故v正(Z)>v逆(Z)，B错误；反应生成的Y与Z的物质的量之比等于1∶2，反应体系中只有Y和Z为气体，相同条件下，体积之比等于物质的量之比，＝，故Y的体积分数始终约为33.3%，C正确；由B项分析可知5 min时反应处于平衡状态，此时生成Z为0.6 mol，则X的转化量为0.6 mol，初始X的物质的量为2 mol，剩余X的物质的量为1.4 mol，D正确。 4．工业合成氨原理为N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)，请回答下列问题： 在T1 ℃时，向2 L恒容密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2发生上述反应，测得N2的体积分数φ(N2)随时间(t)的变化如下表： t/min 0 10 20 30 40 50 φ(N2) 0.250 0.225 0.210 0.203 0.200 0.200 (1)0～40 min内，用H2表示该反应的平均速率为________。 (2)N2的平衡转化率为__________(保留三位有效数字)。 (3)若反应开始时，容器内的压强为0.6 MPa，则第40 min末时容器内的压强为__________ MPa；该反应在T1℃时的压强平衡常数Kp＝__________(MPa)-2。 (4)T1℃时，向该容器中投入三种成分的浓度如下： 物质 N2 H2 NH3 c/(mol·L-1) 2 5 3 该时刻，正、逆反应速率的大小关系为：v正(N2)__________(填“＜”“＞”或“＝”)v逆(N2)。 解析　根据三段式分析可知： 　　　　　 N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g) 起始量(mol) 1 3 0 转化量(mol) x 3x 2x 平衡量(mol) 1－x 3－3x 2x， 结合表中的数据，达到平衡时N2的体积分数即物质的量分数等于20%,可列式为：＝0.2，解得x＝。(1)0～40 min内，用H2表示该反应的平均速率为：v＝＝＝＝0.012 5 mol·L-1·min-1； (2)N2的平衡转化率为×100%＝×100%＝33.3%； (3)恒温恒容时，气体的压强之比等于气体的物质的量之比，故若反应开始时，容器内的压强为0.6 MPa，则第40 min末时容器内的压强为×0.6 MPa＝0.50 MPa，此时p(N2)＝0.2×0.5 MPa＝0.1 MPa，p(H2)＝0.6×0.5 MPa＝0.3 MPa，p(NH3)＝0.2×0.5 MPa＝0.1 MPa，故该反应在T1 ℃时的压强平衡常数Kp＝＝＝(MPa)-2； (4)T1 ℃时，K＝＝＝。向该容器中投入三种成分，此时Qc＝＝＝＜K，反应继续正向移动，该时刻，正、逆反应速率的大小关系为：v正(N2)＞v逆(N2)。 答案　(1)0.012 5 mol·L-1·min-1　(2)33.3%　(3)0.50　　(4)＞ 5．(2023·新课标卷节选)氨是最重要的化学品之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题： (1)根据图1数据计算反应N2(g)＋H2(g)===NH3(g)的ΔH＝________ kJ·mol-1。 (2)研究表明，合成氨反应在Fe催化剂上可能通过图2机理进行(*表示催化剂表面吸附位，N表示被吸附于催化剂表面的N2)。判断上述反应机理中，速率控制步骤(即速率最慢步骤)为________(填步骤前的标号)，理由是_________________________________________________。 图2　反应机理 (3)在不同压强下，以两种不同组成进料，反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如下图所示。其中一种进料组成为＝0.75、＝0.25，另一种为＝0.675、＝0.225、xAr＝0.10。 ①图中压强由小到大的顺序为________，判断的依据是__________ ___________________________________。 ②进料组成中含有惰性气体Ar的图是________。 ③图3中，当p2＝20 MPa、＝0.20时，氮气的转化率α＝________。该温度时，反应N2(g)＋H2(g)⥫⥬NH3(g)的平衡常数Kp＝________(MPa)-1(化为最简式)。 解析　(1)在化学反应中，断开化学键要消耗能量，形成化学键要释放能量，反应的焓变等于反应物的键能总和与生成物的键能总和的差，因此，由图1数据可知，反应N2(g)＋H2(g)===NH3(g)的ΔH＝(473＋654－436－397－339) kJ·mol-1＝－45 kJ·mol-1。 (2)由图1中信息可知，N2(g)===N(g)的ΔH＝＋473 kJ·mol-1，则N≡N的键能为946 kJ·mol-1；H2(g)===3H(g)的ΔH＝＋654 kJ·mol-1，则H—H的键能为436 kJ·mol-1。在化学反应中，最大的能垒为速率控制步骤，而断开化学键的步骤都属于能垒，由于N≡N的键能比H—H的大很多，因此，在上述反应机理中，速率控制步骤为(ⅱ)。 (3)①合成氨的反应中，压强越大越有利于氨的合成，因此，压强越大平衡时氨的摩尔分数越大。由图中信息可知，在相同温度下，反应达平衡时氨的摩尔分数：p1＜p2＜p3，因此，图中压强由小到大的顺序为p1＜p2＜p3，判断的依据是：合成氨的反应为气体分子数减少的反应，压强越大平衡时氨的摩尔分数越大。②对比图3和图4中的信息可知，在相同温度和相同压强下，图4中平衡时氨的摩尔分数较小。在恒压下充入惰性气体Ar，反应混合物中各组分的浓度减小，各组分的分压也减小， 化学平衡要朝气体分子数增大的方向移动，因此，充入惰性气体Ar不利于合成氨，进料组成中含有惰性气体Ar的图是图4。③图3中，进料组成为xH2＝0.75、xN2＝0.25两者物质的量之比为3∶1。假设进料中氢气和氮气的物质的量分别为3 mol和1 mol，达到平衡时氮气的变化量为x mol，则有： 　　　　N2(g) ＋ 3H2(g) ⥫⥬ 2NH3(g) 始(mol)　1　　　　3　　　　　0 变(mol)　x　　　　3x　　 　　2x 平(mol)　1－x　　3－3x　 　　2x 当p2＝20 MPa、＝0.20时，＝＝0.20，解得x＝，则氮气的转化率α＝≈33.33%；平衡时N2、H2、NH3的物质的量分别为 mol、2 mol、 mol，其物质的量分数分别为、、，则该温度下Kp＝＝(MPa)-2因此，该温度时，反应N2(g)＋H2(g)⥫⥬NH3(g)的平衡常数Kp＝＝＝(MPa)-1。 答案　(1)－45　(2)(ⅱ)　在化学反应中，最大的能垒为速率控制步骤，而断开化学键的步骤都属于能垒，由于N≡N的键能比H—H的大很多，因此，在上述反应机理中，速率控制步骤为(ⅱ) (3)①p1＜p2＜p3　合成氨的反应为气体分子数减少的反应，压强越大平衡时氨的摩尔分数越大 ②图4　③33.33%　 $