1、化学反应的限度（2）高二年级 化学主讲人 刘洪兵北京市丰台区丰台第二中学 北京市中小学空中课堂化学反应的限度平衡常数化学反应的限度平衡常数平衡转化率平衡转化率定义平衡转化率 对于化学反应a A+b B c C+d D (A)=X100%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a A+b B c C+d D(B)=X100%初始时B的物质的量-平衡时B的物质的量初始时B的物质的量 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。平衡转化率计算(例1)【例1】化学反应2S02(g)+02(g)2S03(g)是硫酸制造工业的基本反应。将0.050 molS02(g)和0
2、.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。第一步，根据题目信息列出初始浓度和部分平衡浓度【例1】化学反应2S02(g)+02(g)2S03(g)是硫酸制造工业的基本反应。将0.050 molS02(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：2S
3、02(g)+02(g)2S03(g)初始浓度(molL-1）0.050 0.030 0转化浓度(molL-1)平衡浓度(molL-1）0.044第二步，根据SO3初始浓度和平衡浓度，列出SO3的 转化浓度【例1】化学反应2S02(g)+02(g)2S03(g)是硫酸制造工业的基本反应。将0.050 molS02(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：2S02(g)+02(g)2S03(g)初始浓度(molL-
4、1）0.050 0.030 0转化浓度(molL-1)0.044 平衡浓度(molL-1）0.044第三步，根据SO3的转化浓度，列出SO2和O2的转化浓度【例1】化学反应2S02(g)+02(g)2S03(g)是硫酸制造工业的基本反应。将0.050 molS02(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：2S02(g)+02(g)2S03(g)初始浓度(molL-1）0.050 0.030 0转化浓度(molL
5、-1)0.044 0.022 0.044 平衡浓度(molL-1）0.044第四步，根据SO2和O2的转化浓度和初始浓度，列出平衡浓度【例1】化学反应2S02(g)+02(g)2S03(g)是硫酸制造工业的基本反应。将0.050 molS02(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：2S02(g)+02(g)2S03(g)初始浓度(molL-1）0.050 0.030 0转化浓度(molL-1)0.044 0.
6、022 0.044 平衡浓度(molL-1）0.006 0.008 0.044第五步，根据定义进行相关计算 解：2S02(g)+02(g)2S03(g)初始浓度(molL-1）0.050 0.030 0转化浓度(molL-1)0.044 0.022 0.044 平衡浓度(molL-1）0.006 0.008 0.044K=c2平(SO3)c2平(SO2).c平(O2)=6.7X103 mol-1L=（0.044 molL-1）2（0.006 molL-1）2X 0.008 molL-1第五步，根据定义进行相关计算 解：2S02(g)+02(g)2S03(g)初始浓度(molL-1）0.050
7、0.030 0转化浓度(molL-1)0.044 0.022 0.044 平衡浓度(molL-1）0.006 0.008 0.044（S02）=c始(SO2)-c平(SO2)C始(SO2)X100%=88%（02）=c始(O2)-c平(O2)c始(O2)X100%=73%由例1可知，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。解：2S02(g)+02(g)2S03(g)初始浓度(molL-1）0.050 0.030 0转化浓度(molL-1)0.044 0.022 0.044 平衡
8、浓度(molL-1）0.006 0.008 0.044K=6.7X103 mol-1L（S02）=88%（02）=73%平衡转化率计算方法小结首先根据题目信息尽量列出初始浓度、转化浓度、平衡浓度，然后根据反应物或生成物的转化浓度按比例列出其他的转化浓度，接着把所有的初始浓度、转化浓度、平衡浓度全部列出来，最后根据定义和题目要求进行相关计算。解：2S02(g)+02(g)2S03(g)初始浓度(molL-1）0.050 0.030 0转化浓度(molL-1)0.044 0.022 0.044 平衡浓度(molL-1）0.006 0.008 0.044(A)=X100%初始时A的物质的量-平衡时A
9、的物质的量初始时A的物质的量平衡转化率计算(例2)【例2】1200时测得反应H2(g)+CO2(g)H20(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 molL-1，请计算各物质的平衡浓度及H2和CO2的平衡转化率。第一步，根据题目信息列出初始浓度【例2】1200时测得反应H2(g)+CO2(g)H20(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 molL-1，请计算各物质的平衡浓度及H2和CO2的平衡转化率。解：H
10、2(g)+CO2(g)H20(g)+CO(g)初始浓度(molL-1）0.0100 0.0100 0 0转化浓度(molL-1)平衡浓度(molL-1）第二步，设部分转化浓度或平衡浓度为x，本题设水(g)的平衡浓度为x【例2】1200时测得反应H2(g)+CO2(g)H20(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 molL-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)H20(g)+CO(g)初始浓度(molL-1）0.0100 0.0100 0 0转化浓度(mol
11、L-1)平衡浓度(molL-1）x第三步，列出水(g)的转化浓度【例2】1200时测得反应H2(g)+CO2(g)H20(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 molL-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)H20(g)+CO(g)初始浓度(molL-1）0.0100 0.0100 0 0转化浓度(molL-1)x平衡浓度(molL-1）x第四步，按比例列出其他的转化浓度【例2】1200时测得反应H2(g)+CO2(g)H20(g)+CO(g)的平衡常数K
12、 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 molL-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)H20(g)+CO(g)初始浓度(molL-1）0.0100 0.0100 0 0转化浓度(molL-1)x x x x平衡浓度(molL-1）x第五步，列出其他的平衡浓度【例2】1200时测得反应H2(g)+CO2(g)H20(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，请计算各物质的平衡浓度及H2
13、和CO2的平衡转化率。解：H2(g)+CO2(g)H20(g)+CO(g)初始浓度(molL-1）0.0100 0.0100 0 0转化浓度(molL-1)x x x x平衡浓度(molL-1）0.0100-x 0.0100-x x x第六步，根据定义进行相关计算解：H2(g)+CO2(g)H20(g)+CO(g)初始浓度(molL-1）0.0100 0.0100 0 0转化浓度(molL-1)x x x x平衡浓度(molL-1）0.0100-x 0.0100-x x xK=c平(H2).c平(CO2)=c平(H2O).c平(CO)=2.25x2(0.0100 molL-1-x)2解方程得：
14、x1=0.0060 molL-1,x2=0.0300 molL-1第七步，根据实际情况（取值范围）合理处理数据。解：H2(g)+CO2(g)H20(g)+CO(g)初始浓度(molL-1）0.0100 0.0100 0 0转化浓度(molL-1)x x x x平衡浓度(molL-1）0.0100-x 0.0100-x x x解方程得：x1=0.0060 molL-1,x2=0.0300 molL-10.0300 molL-1 c始(H2)不合理，舍去解：H2(g)+CO2(g)H20(g)+CO(g)初始浓度(molL-1）0.0100 0.0100 0 0转化浓度(molL-1)x x x
15、x平衡浓度(molL-1）0.0100-x 0.0100-x x xc平(H2)=c平(CO2)=0.0100molL-1x =0.0040molL-1 c平(H20)=c平(CO)=x =0.0060molL-1第八步，根据题目要求进行相关计算。第八步，根据题目要求进行相关计算转化浓度转化浓度 x x x x x x x x解：H2(g)+CO2(g)H20(g)+CO(g)初始浓度(molL-1）0.0100 0.0100 0 0转化浓度(molL-1)0.006 0.006 0.006 0.006平衡浓度(molL-1）0.004 0.004 0.006 0.006（H2）=c始(H2)
16、-c平(H2)c始(H2)X100%=60%（C02）=c始(CO2)-c平(CO2)c始(CO2)X100%=60%问题：H2 CO2 转化率相同，是必然还是偶然？转化浓度转化浓度 x x x x x x x x解：H2(g)+CO2(g)H20(g)+CO(g)初始浓度(molL-1）0.0100 0.0100 0 0转化浓度(molL-1)0.006 0.006 0.006 0.006平衡浓度(molL-1）0.004 0.004 0.006 0.006c始(H2)-c平(H2)c始(H2)X100%=60%c始(CO2)-c平(CO2)c始(CO2)X100%=60%（H2）=（C02
17、）=问题1：A组两个反应物为什么平衡转化率相同？如何理解？1200时 H2(g)+CO2(g)H20(g)+CO(g)反应物的初始浓度及相应的平衡转化率如下表。问题2：B组H2为什么平衡转化率比CO2低？如何理解？问题3：C组H2为什么平衡转化率比CO2高？如何理解？分析上表可以发现，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；同理，增大二氧化碳在原料气中的浓度，可使氢气的平衡转化率提高。回顾例题1增大氧气在原料气中的浓度，可使二氧化硫的平衡转化率提高 解：2S02(g)+02(g)2S03(g)初始浓度(molL-1）0.050 0.030 0转化浓度(molL-1)0.044
18、0.022 0.044 平衡浓度(molL-1）0.006 0.008 0.044（S02）=88%（02）=73%问题：在实际工业生产中有什么意义？解：2S02(g)+02(g)2S03(g)初始浓度(molL-1）0.050 0.030 0转化浓度(molL-1)0.044 0.022 0.044 平衡浓度(molL-1）0.006 0.008 0.044（02）=73%（S02）=88%应用：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。小结：平衡转化率定义平衡转化率计算反应物初始浓度对平衡转化率的影响和应用
