2.2 课时2 平衡转化率 课件(共18张PPT) 2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修1

(共18张PPT)
第2节 化学反应的限度 课时2
第2章 化学反应的方向、限度与速率
知道平衡转化率的概念，能进行转化率的简单计算。
某温度下，I2(g) +H2(g) 2HI(g)的平衡常数的数值为54，其反应物转化程度是怎样的呢？
联想 · 质疑
联想 · 质疑
用平衡常数表示反应的限度时不够直观，因此在实际应用中常用平衡转化率α来表示一定条件下的反应限度。
对于化学反应： a A＋b B c C＋d D
一、平衡转化率
反应物A的平衡转化率可以表示为：
α(A)＝
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
×100%
1.表达式
注：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。
【例1】2SO2(g) +O2(g) 2SO3(g)是硫酸制造工业的基本反应。将0.050 molSO2(g)和0.030 molO2 (g)注入体积为1.0 L的密闭反应器，并将反应器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0.044 molSO3 (g),求该温度下反应的平衡常数及SO2 、O2的平衡转化率。
解： 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)
平衡浓度／ (mol·L-1） 0.044
0.044
0.044 0.022
0.006 0.008
c平(SO2) c平(O2)
K＝
c平(SO3)
＝
2
2
(0.044 mol·L-1 )2
(0.006 mol·L-1 )2
× 0.008 mol·L-1
＝6.7×103 mol-1·L
解： 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)
平衡浓度／ (mol·L-1） 0.044
0.044
0.044 0.022
0.006 0.008
α(SO2)＝ ×100%
c始(SO2)－c平(SO2)
c始(SO2)
×100%
＝88%
0.050 mol·L-1－0.006 mol·L-1
0.050 mol·L-1
＝
解： 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)
平衡浓度／ (mol·L-1） 0.044
0.044
0.044 0.022
0.006 0.008
α(SO2)＝ ×100%
c始(SO2)－c平(SO2)
c始(SO2)
＝88%
答： 该温度下反应的K为6.7×103mol-1·L，SO2的平衡转化率为88%，O2的平衡转化率为73%。
α(O2)＝
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
＝
×100%
不同反应物的平衡转化率可能不同。
归纳
化学平衡的计算方法——“三段式法”
a A(g)＋b B(g) c C(g)＋d D(g)
初始浓度／ (mol·L-1）
转化浓度／ (mol·L-1)
平衡浓度／ (mol·L-1）
m
n
0
0
ax
bx
cx
dx
cx
dx
m－ax
n－bx
【例2】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0.0100 mol·L-1，请计算各物质的平衡浓度及H2和CO2的平衡转化率。
解： 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)
平衡浓度／(mol·L-1）
x
x
x
x
x
0.0100-x 0.0100-x
x
解方程得：x1=0.0060 mol·L-1,x2=0.0300 mol·L-1
c平(H2O).c平(CO)
K=
c平(H2).c平(CO2)
= 2.25
x2
(0.0100 mol·L-1 -x)2
=
x2＞c始(H2)不合理，舍去
解： 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)
平衡浓度／(mol·L-1）
x
x
x
x
x
0.0100-x 0.0100-x
x
x1=0.0060 mol·L-1
c平(H2)=c平(CO2)=0.0100mol·L-1–x
= 0.0040mol·L-1
c平(H2O) =c平(CO)= x
= 0.0060mol·L-1
α(CO2)＝ ×100%
c始(CO2)－c平(CO2)
c始(CO2)
＝60%
α(H2)＝ ×100%
c始(H2)－c平(H2)
c始(H2)
＝60%
思考与交流
H2、CO2 转化率相同，是必然还是偶然？
解： 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)
平衡浓度／(mol·L-1）
x
x
x
x
x
0.0100-x 0.0100-x
x
α(CO2)＝
c始(CO2)－c平(CO2)
c始(CO2)
α(H2)＝
c始(H2)－c平(H2)
c始(H2)
反应物的初始浓度是1：1，转化浓度按照化学计量数也是1：1；相当于初始浓度是m、m，转化浓度是n、n，所以平衡转化率都是n/m,平衡转化率必然相同。
观察 · 思考
观察 · 思考
对于1200℃时的反应H2(g)+CO2 (g) H2O(g)+CO(g)，观察、分析下表中数据，你能得出什么结论？
初始浓度／(mol·L-1） 平衡转化率/%
c始(H2) c始(CO2) α(H2) α(CO2)
A 0.0100 0.0100 60 60
B 0.0120 0.0100 54 65
C 0.0080 0.0100 66 53
当增大氢气在原料气中的浓度，可使二氧化碳的平衡转化率提高；减小氢气在原料气中的浓度，可使氢气的平衡转化率提高。
归纳
多种反应物参加反应时，提高一种反应物的物质的量，可以提高其他反应物的转化率，而该反应物本身的转化率会降低。
根据这一原理，在化工生产中常常通过增大某一种价廉、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；或提高对环境可能造成污染的反应物的转化率，从而更加绿色环保。
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
高温、高压
催化剂
【练一练】
1.工业合成氨的反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),设在容积为2.0 L的密闭容器中充入0.60 mol N2(g)和1.60 mol H2(g),反应在一定条件下达到平衡时,NH3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为 。计算:
(1)该条件下N2的平衡转化率为　　　　　。
(2)该条件下反应2NH3(g) N2(g)+3H2(g)的平衡常数为　　 　　　。
66.7%
0.005 mol2·L-2
2.氢气是一种清洁能源。可由CO和水蒸气反应制备,其能量变化如下图所示。
(1)上述反应为可逆反应。在800 ℃时,若CO的起始浓度为2.0 mol·L-1,水蒸气的起始浓度为3.0 mol·L-1,达到化学平衡状态后,测得CO2的浓度为1.2 mol·L-1,则此反应的平衡常数为　　　　　,随着温度升高,该反应的化学平衡常数的变化趋势是　　　　　。
1
减小
(2)某温度下,上述反应的平衡常数为K= 。该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中投入H2O(g)和CO(g),其起始浓度如下表所示。下列判断不正确的是　　　　　(填字母)。
A.反应开始时,丙中的反应速率最快,甲中的反应速率最慢
B.平衡时,甲中和丙中H2O的转化率均是25%
C.平衡时,丙中c平(CO2)是甲中的2倍,是0.015 mol·L-1
D.平衡时,乙中H2O的转化率大于25%
CD
3.H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g)??COS(g)＋H2O(g)。在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。
(1)H2S的平衡转化率α1＝____%，反应平衡常数K＝________。
(2)在620 K时重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2______α1，该反应的ΔH______0。(填“>”“<”或“＝”)
(3)向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是________(填字母)。
A. H2S B. CO2 C．COS D．N2
　2.5　
0.002 85
>　 >
B
化学反应限度
的定量描述
化学平衡常数
平衡转化率
表达式
计算（三段法）
影响因素