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平衡转化率教学课件

(共17张PPT)
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
第2课时 平衡转化率
联想 质疑
在工业生产和实验室中，人们会遇到各种各样的可逆反应，如合成氨的反应：
N2+3H2 2NH3
该反应在一定条件下存在一定的限度。但是在实际生产中，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。
平衡转化率
对于化学反应：aA + bB cC + dD，反应物A的平衡转化率可以表示为：
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
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。
典型例题
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
答： 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%。
归纳总结
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。因此，脱离具体的反应物谈化学反应的平衡转化率是没有意义的。
典型例题
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)=0.0100
mol·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
答： 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
方法导引
平衡浓度的求算
在有关化学平衡的计算中，平衡浓度的求算始非常关键的环节。通常将反应物转化的量设为x，利用已知条件找到关于x的等量关系，然后列方程求解。例如，本题的解题思路为：①设反应物转化的量为x；②用含x的式子表示出各物质的平衡浓度；③通过平衡常数表达式列出方程式；④求解所列方程式。
有关于化学平衡问题的计算，可按一定步骤建立模式，确定各个量之间的关系进行计算。我们把这种方法称为“三段法”。
三段式法
例如：可逆反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，假定反应物A、B的起始加入的物质的量分别为a mol、b mol，达到平衡时，设A物质转化的物质的量为mx mol。
(1) 　　 mA(g) ＋ nB(g) pC(g)＋qD(g)
初始物质的量/mol a b 0 0
转化物质的量/mol mx nx px qx
平衡物质的量/mol a－mx b－nx px qx
对于反应物：n平＝n始－n变
对于生成物：n平＝n始＋n变
转化物质的量之比等于化学方程式中各物质系数之比。
可逆反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，假定反应物A、B的起始加入的浓度分别为a mol·L－1、b mol·L－1，达到平衡时，设物质A转化的浓度为mx mol·L－1。
　　 mA(g) ＋ nB(g) pC(g)＋qD(g)
初始浓度/(mol·L－1) a b 0 0
转化浓度/(mol·L－1) mx nx px qx
平衡浓度/(mol·L－1) a－mx b－nx px qx
对于反应物：c平＝c始－c变
对于生成物：c平＝c始＋c变
转化浓度之比等于化学方程式中各物质系数之比
“三段法”不仅可以用物质的量来列关系式，也可以用物质的量浓度。
(2)步骤
①确定反应物或生成物的起始加入量。
②确定反应过程的变化量。
③确定平衡量。
④依据题干中的条件建立等式关系进行解答。
【点击】　解答化学平衡计算题，要注意构建解题模式，熟练掌握有关物质的量、物质的量浓度、转化率、产率、某组分百分含量、化学平衡常数等各种计算关系式。
深度思考
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，可能不同
增大
减小
减小
增大
总结
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。
课堂小结
化学反应限度的定量描述
化学平衡常数
计算（三段法）
表达式
平衡转化率
影响因素