第2章 第2节 第5课时 平衡常数的应用及计算、平衡转化率的分析 课件（共33张PPT）-高中化学鲁科版选择性必修1

(共33张PPT)
平衡常数的应用及计算、平衡转化率的分析
第5课时
高中化学　鲁科版选择性必修1
1.依据平衡常数分析热效应。
2.依据K与Q判断反应进行的方向。
3.平衡转化率的分析。
4.压强平衡常数(Kp)的计算及应用。
1.压强平衡常数(Kp)的应用及计算。
2.平衡转化率的分析。
[学习目标]
[重点难点]
化学平衡常数的应用及计算
导学
1.化学平衡常数的应用
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：某物质是某反应的反应产物，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。
导练
1.已知反应：A(g)＋B(g) C(g)＋D(g)的平衡常数与温度的关系如下表。830 ℃时，向一个2 L的密闭容器中充入0.2 mol A和0.8 mol B，反应至4 s时c(C)＝0.02 mol·L－1。下列说法正确的是
温度/℃ 700 800 830 1 000 1 200
平衡常数 1.7 1.1 1.0 0.6 0.4
A.1 200 ℃时反应C(g)＋D(g) A(g)＋B(g)的平衡常数K＝0.4
B.反应达平衡后，升高温度，平衡正向移动
C.4 s内，用A表示的该反应的平均反应速率v(A)＝0.01 mol·L－1·s－1
D.830 ℃下反应达平衡时，B的转化率为20%
√
随温度升高，平衡常数减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，B错误；
2.加热N2O5依次发生的分解反应为
在容积为2 L的密闭容器中充入8 mol N2O5，加热到t ℃，达到平衡状态后O2为9 mol，N2O3为3.4 mol。则t ℃时反应①的平衡常数为
A.10.7 mol·L－1 B.8.5 mol·L－1
C.9.6 mol·L－1 D.10.2 mol·L－1
√
压强平衡常数(Kp)及其应用
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，pB＝p总× 。
(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＋…
导学
2.压强平衡常数
3.压强平衡常数计算技巧
第一步，根据三段式法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度。
第二步，计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。
第三步，根据分压计算公式求出各气体物质的分压。
1.[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的数值为______________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
导练
设起始时加入的乙烷和氢气各为1 mol，列出三段式，
　　　　　　C2H6(g) C2H4(g)＋H2(g)
起始/mol　　　1　　　　0　　　1
转化/mol　　　α　　　　α　　　α
平衡/mol　　　1－α　　 α　　 1＋α
2.环戊二烯是生产精细化工产品的重要中间体，其制备反应为
ΔH>0
该反应在刚性容器中进行。实际生产中常通入水蒸气以降低双环戊二烯的沸点。某温度下，通入总压为100 kPa的双环戊二烯和水蒸气，达到平衡后总压为160 kPa，双环戊二烯的转化率为80%，则p(H2O)＝______kPa，平衡常数Kp＝______kPa(Kp为用分压表示的平衡常数)。
25
960
ΔH>0
平衡转化率的分析
导学
1.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、压强或减小反应产物的量使平衡正向移动，这时反应物的转化率一定增大。
2.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(2)若反应物不只一种，如：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。如：
导练
1.反应C2H6(g) C2H4(g)＋H2(g)　ΔH＞0，在一定条件下于密闭容器中达到平衡。下列各项措施中，不能提高乙烷平衡转化率的是
A.增大容器容积
B.降低反应温度
C.分离出部分氢气
D.等容下通入惰性气体
√
√
该反应的正反应是气体体积增大的反应，增大反应容器的容积，体系的压强减小，化学平衡正向移动，能提高乙烷的平衡转化率，A项不符合题意；
分离出部分氢气，减少了反应产物浓度，平衡正向移动，可提高乙烷的平衡转化率，C项不符合题意；
等容下通入惰性气体，体系的总压强增大，物质的浓度不变，因此化学平衡不移动，对乙烷的平衡转化率无影响，D项符合题意。
2.(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____(填字母)。
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
A项，两容器的体积相同，B中SO2、O2物质的量浓度都是A中的两倍，在相同条件下反应物浓度越大反应速率越快，反应速率：B>A，正确；
B项，要将A、B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倍体积的容器，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A中对应相等；②B相当于在该容器的基础上将体积缩小一半，即增大压强，平衡正向移动，反应物的转化率增大，SO2的转化率：B>A，正确；
C项，由于平衡正向移动，SO3的含量：B>A，SO2、O2的含量：A>B，错误；
D项，平衡时：pA1.α1和α2，c1和c2分别为两个恒容容器中平衡体系N2O4(g) 2NO2(g)和3O2(g)
2O3(g)的反应物转化率及反应物的平衡浓度，在温度不变的情况下，均增加反应物的物质的量，下列判断正确的是
A.α1、α2均减小，c1、c2均增大
B.α1、α2均增大，c1、c2均减小
C.α1减小、α2增大，c1、c2均增大
D.α1减小、α2增大，c1增大、c2减小
1
2
3
自我测试
√
1
2
3
自我测试
恒容容器中，在温度不变的情况下，均增加反应物的物质的量，相当于增大压强，对于N2O4(g) 2NO2(g)而言，压强增大，平衡逆向移动，α1减小；对于3O2(g) 2O3(g)而言，压强增大，平衡正向移动，α2增大。因都直接加入了反应物，则反应物的平衡浓度c1、c2均增大。
该催化剂在较低温度时主要选择__________(填“反应Ⅰ”或“反应Ⅱ”)。
520 ℃时，反应Ⅰ的平衡常数K＝_________________(只列算式不计算)。
自我测试
1
2
3
2.CO2经催化加氢可以生成低碳烃，主要有以下两个竞争反应：
为分析催化剂对反应的选择性，在1 L密闭容器中充入2 mol CO2和4 mol H2，测得有关物质的物质的量随温度变化如图所示：
反应Ⅰ
温度较低时，CH4的物质的量多,所以该催化剂在较低温度时主要选择反应Ⅰ。
　　　　　　　　CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g)
转化/(mol·L－1)　　0.2　　　0.8　　　0.2　　　0.4
　　　　　　　2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g)
转化/(mol·L－1)　0.4　　　1.2　　　0.2　　　0.8
c(CO2)＝(2－0.2－0.4)mol·L－1＝1.4 mol·L－1
c(H2)＝(4－0.8－1.2)mol·L－1＝2 mol·L－1
c(H2O)＝(0.4＋0.8)mol·L－1＝1.2 mol·L－1
自我测试
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2
3
自我测试
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2
3
3.如图为气相直接水合法C2H4(g)＋H2O(g) C2H5OH(g)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]。
计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数Kp＝______________(保留三位有效数字)。
0.071 7 MPa－1
自我测试
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2
3
　　　　　　　　C2H4(g) ＋ H2O(g) C2H5OH(g)
起始/mol　　　　　1　　　　　　1　　　　　0
转化/mol　　　　　0.2　　　　　0.2　　　　 0.2
平衡/mol　　　　　0.8　　　　　0.8　　　　 0.2
自我测试
1
2
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≈0.071 7 MPa－1。