鲁科版高中化学选择性必修1第2章化学反应的方向、限度与速率2.2.2平衡转化率课件（34张）

(共34张PPT)
第2课时 平衡转化率
第2节 化学反应的限度
第2章 化学反应的方向、限度与速率
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。
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：
3．计算模型(三段式法)
mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)
初始量 a b 0 0
变化量 mx nx px qx
平衡量
a－mx b－nx px qx
mol
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】
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。
(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
*
课堂随练
(1)反应SO2(g)＋NO2(g) SO3(g)＋NO(g)，若在一定温度下，将物质的量浓度均为2 mol·L－1的SO2(g)和NO2(g)注入一密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中SO2(g)的转化率为50%，试求在该温度下，此反应的平衡常数________。
(2)在(1)中温度下，若SO2(g)的初始浓度增大到3 mol·L－1，NO2(g)的初始浓度仍为2 mol·L－1，试求达到化学平衡时各物质的浓度_________。
*
【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
*
(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
知识点一　化学平衡状态的判断
1．判断依据：
(1)直接判断依据：正反应速率与逆反应速率相等，v(正)＝v(逆)≠0
①对同一物质，该物质的生成速率等于它的消耗速率；
②对不同物质，速率之比等于方程式中的化学计量数之比，但必须是不同方向的速率。
V正(SO2):V逆(O2)=2:1
(2)间接判断依据：各物质的某些物理量保持不变
各组分的质量、物质的量、分子数、物质的量浓度保持不变
各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数保持不变
只要研究平衡，一定要注明物质状态
一正一逆
2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)
△
催化剂
(双选)(2021·邯郸高二检测)在容积不变的密闭容器中，可逆反应：4A(g)＋5B(g) 4C(g)＋6D(g)　ΔH＜0，达到化学平衡状态的标志是(　　)
A．气体密度不再发生变化
B．A的物质的量浓度不再改变
C．容器内总压强不再改变
D．单位时间内消耗4n mol A，同时消耗5n mol B
BC
项目 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) 是否平衡
速率 v(正)＝v(逆)≠0 平衡
百分含量 反应混合物中各成分浓度或百分含量不变 平衡
混合物体系中各成分的含量 ①各物质的物质的量或物质的量浓度一定 平衡
②各物质的质量或质量分数一定 平衡
③各气体的体积或体积分数一定 平衡
④总体积、总压强、总物质的量一定 不一定平衡
判断化学平衡的标志
类 型
判断依据
平衡状态
平衡
压强
不一定
不一定
①m+n≠p+q时，总压强一定（其他条件一定）
②m+n=p+q时，总压强一定（其他条件一定）
平均相对
分子质量
①m+n≠p+q时， 一定
②m+n=p+q时， 一定
气体密度
温度
颜色
①m+n≠p+q时，恒温恒压时，密度保持不变
②m+n=p+q时，密度保持不变
体系温度一定（其他不变）
反应体系内有色物质的颜色一定
平衡
平衡
平衡
平衡
不一定
判断化学平衡的标志
在2 L的密闭容器中加入一定量的C(s)、H2O(g)和CaO(s)。下列说法能否说明制H2总反应达到平衡状态？
①容器内混合物的质量不变
②H2与H2O(g)的物质的量之比不再变化
③混合气体的密度不再变化
④形成a mol H—H键的同时断裂2a mol H—O键
①②③
拓展：压强平衡常数(Kp)及应用
表达式：
其中：
分别为平衡混合气体中A、B、C、D气体的平衡分压
pc(C)·pd(D)
pc(A)·pb(B)
Kp =
p(A)、p(B)、p(C)、p(D)
p(A) = p总×
n总
nA：A气体平衡时的物质的量
n总：平衡时混合物的物质的量
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。
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%