1、鲁科版选择性必修1 化学反应原理 第2章 化学反应的方向、限度与速率第2节 化学反应的限度第第2 2课时课时 平衡转化率平衡转化率 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，常用平衡转化率来表示一定条件下的反应限度。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：(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
2、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。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/(molL1) 0.050 0.030 0 转化浓度/(molL1) 0.044 0.022 0.044平衡浓度/(molL1) 0
3、.006 0.008 0.044 K = =c平2(SO2) c平(O2)c平2(SO3) =c始(SO2)-c平(SO2)c始(SO2)100%=80%=6.7103mol-1L(0.006 molL-1)20.008 molL-1(0.044 molL-1)20.050 molL-1-0.006 molL-10.050 molL-1100% =c始(O2)-c平(O2)c始(O2)100%=73%0.030 molL-1-0.008 molL-10.030 molL-1答： 该温度下反应的平衡常数为6.7103mol-1L，SO2的平衡转化率为88%，O2的平衡转化率为73%。 对于一个已
4、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。 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0.0100molL-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/(molL1) 0.0100 0.0100 0 0 转化浓度/(molL1) x x x
5、x平衡浓度/(molL1)0.0100-x 0.0100-x x x K = =c平(H2) c平(CO2)=2.25(0.0100 molL-1-x)2x2c平(H2O)c平(CO)解方程得：x1=0.0060molL-1，x2=0.0300molL-1x2c始(H2)不合理，应舍去，则：c平(H2)=c平(CO2)=0.0100molL-1-x=0.0100molL-1-0.0060molL-1=0.0040molL-1100%c始(CO2)-c平(CO2)c始(CO2)100%=60%0.0100 molL-1-0.0040 molL-10.0100 molL-1答： c平(H2)和c平
6、(CO2)都是0.0040mol-1L，c平(H2O)和c平(CO)都是0.0060mol-1L，H2和CO2的平衡转化率都是60%。c平(H2O)=c平(CO)=x=0.0060molL-1100%c始(H2)-c平(H2)c始(H2)100%=60%0.0100 molL-1-0.0040 molL-10.0100 molL-1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：设反应物转化的量为x；用含x的式子表示出各物质的平衡浓度；通过平衡常数表达式列出方程式；求解
7、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 amx bnx 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)n
8、B(g) pC(g)qD(g)，假定反应物A、B的起始加入的浓度分别为a molL1、b molL1，达到平衡时，设物质A转化的浓度为mx molL1。 mA(g) nB(g) pC(g)qD(g)初始浓度/(molL1) a b 0 0转化浓度/(molL1) mx nx px qx平衡浓度/(molL1) amx bnx 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(2)步骤确定反应物或生成物的起始加入量。确定反应过程的变化量。确定平衡量。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
9、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。 在1 200 时测得反应CO2(g)H2(g) CO(g)H2O(g)达平衡时，K2.25。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/(molL-1)平衡转化率/%c始(CO2)c始(H2)(H2)(CO2)A0.010 00.010
10、 0B0.010 00.012 0C0.010 00.008 060% 60% 54% 65% 66% 53% 可能相同，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。结论结论1 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。结论结论2 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。请各位老师提出宝贵意见！请各位老师提出宝贵意见！
