2018-2019版高中化學 第2章 化學反應的方向、限度與速率 第2節(jié) 化學反應的限度 第2課時學案 魯科版選修4.doc

第2課時平衡轉化率學習目標定位1.知道平衡轉化率的含義。2.學會平衡濃度的求算。3.能根據(jù)化學平衡計算的方法思路，進行平衡常數(shù)、平衡轉化率的計算。一、平衡轉化率的概念及表達式1.平衡轉化率的概念：平衡時已轉化了的某反應物的量(物質的量或濃度)與轉化前該反應物的量之比。平衡轉化率可描述化學反應的限度。2.平衡轉化率計算公式對反應aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)A的平衡轉化率(A)100%例1在25 時，密閉容器中A、B、C三種氣體的初始濃度和平衡濃度如下表：物質ABC初始濃度/molL1230平衡濃度/molL11.51.51則A的平衡轉化率為_，B的平衡轉化率為_。答案25%50%解析A100%25%，B50%?？键c平衡轉化率題點平衡轉化率的計算特別提醒(1)對某一個具體反應，在溫度一定時，只有一個化學平衡常數(shù)；但不同反應物的平衡轉化率可能不同。故必須指明是哪一反應物的平衡轉化率。(2)平衡常數(shù)和平衡轉化率都能定量表示化學反應的限度。平衡常數(shù)只與溫度有關，而平衡轉化率的影響因素有溫度、濃度、壓強等。(3)溫度一定，平衡常數(shù)越大，平衡轉化率不一定越大。例2實驗室用4 mol SO2與2 mol O2進行下列反應： 2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H196.64 kJ mol1，當放出314.624 kJ熱量時，SO2的轉化率為()A.40% B.50%C.80% D.90%答案C解析根據(jù)放出314.624 kJ的熱量可知參加反應的SO2的物質的量為23.2 mol，故SO2的轉化率為100%80%?？键c平衡轉化率題點平衡轉化率的計算二、平衡轉化率與化學平衡常數(shù)的計算1.計算模型(三段式法)mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)初始量 a b 0 0變化量 mx nx px qx平衡量 amx bnx px qx(1)對于反應物：平衡量初始量變化量(2)對于生成物：平衡量初始量變化量2.計算思路(1)設未知數(shù)：具體題目要具體分析，靈活設立，一般設某物質的轉化量為x。(2)列出三個量：用含x的式子表示平衡體系中各物質的初始量、變化量、平衡量。(3)列式計算：根據(jù)平衡時含x的相應關系列式求解。例3化學反應2SO2(g)O2(g)2SO3(g)是硫酸制造工業(yè)的基本反應，若在一定溫度下，將0.1 mol的SO2(g)和0.06 mol O2(g)注入體積為2 L的密閉容器中，當達到平衡狀態(tài)時，測得容器中有0.08 mol SO3(g)，試求在該溫度下：(1)此反應的平衡常數(shù)。(2)SO2(g)和O2(g)的平衡轉化率。答案(1)1 600 mol1L(2)80%66.7%解析(1)2SO2(g)O2(g)2SO3(g)初始濃度(molL1) 0.0500.0300轉化濃度(molL1) 0.0400.0200.040平衡濃度(molL1) 0.0100.0100.040K1 600 mol1L。(2)(SO2)100%80%(O2)100%66.7%?？键c平衡轉化率與化學平衡常數(shù)的計算的綜合題點已知初始濃度和平衡濃度計算平衡轉化率和平衡常數(shù)例4反應SO2(g)NO2(g)SO3(g)NO(g)，若在一定溫度下，將物質的量濃度均為2 molL1的SO2(g)和NO2(g)注入一密閉容器中，當達到平衡狀態(tài)時，測得容器中SO2(g)的轉化率為50%，試求在該溫度下：(1)此反應的平衡常數(shù)。(2)在上述溫度下，若SO2(g)的初始濃度增大到3 molL1，NO2(g)的初始濃度仍為2 molL1，試求達到化學平衡時各物質的濃度。答案(1)1(2)SO3NO1.2 molL1，SO21.8 molL1，NO20.8 molL1解析(1)設平衡時SO2的濃度為x molL1 SO2(g)NO2(g)SO3(g)NO(g)初始濃度(molL1) 2 2 0 0平衡濃度(molL1) x x 2x 2x由題意可知100%50%，x1，K1。(2)設達平衡時NO的濃度為y molL1 SO2(g)NO2(g)SO3(g)NO(g)初始濃度(molL1) 3 2 0 0平衡濃度(molL1) 3y 2y y y因為溫度不變，平衡常數(shù)不變，K1則1，y1.2平衡濃度：SO23 molL11.2 molL11.8 molL1NO22 molL11.2 molL10.8 molL1SO3NO1.2 molL1?？键c平衡轉化率與化學平衡常數(shù)的計算的綜合題點已知條件平衡轉化率計算條件平衡相關量方法總結(1)已知初始濃度和平衡轉化率可以計算平衡常數(shù)，已知初始濃度和平衡常數(shù)可以計算平衡轉化率。(2)相同溫度下，可以從平衡條件求出化學平衡常數(shù)，利用平衡常數(shù)求出平衡條件下的有關量。1.不同溫度時反應2HI(g)I2(g)H2(g)的平衡常數(shù)如下：350 時為66.9,425 時為54.4,490 時為45.9。HI的轉化率最高是在()A.490 B.425 C.350 D.無法確定答案C解析對于可逆反應，在一定溫度下達到化學平衡，對應一個化學平衡常數(shù)，溫度發(fā)生變化時，化學平衡被破壞，達到新的平衡時，平衡常數(shù)也會隨之發(fā)生變化。平衡常數(shù)不受壓強和濃度影響，只隨溫度的變化而變化，而且平衡常數(shù)越大，反應越徹底。比較題中所給的三個溫度的平衡常數(shù)可知，350 時的平衡常數(shù)最大，故350 時，HI的轉化率最高?？键c平衡轉化率題點平衡轉化率與平衡常數(shù)變化分析2.在恒容密閉容器中，CO與H2發(fā)生反應CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H<0，達到平衡后，若只改變某一條件，下列示意圖正確的是()答案B解析增大CO的用量，CO的轉化率減小，A項錯誤；平衡常數(shù)只與溫度有關，H<0的反應，溫度升高，平衡常數(shù)減小，B項正確，C項錯誤；增大H2的用量，CO的轉化率增大，D項錯誤?？键c轉化率與平衡常數(shù)題點轉化率與平衡常數(shù)變化分析3.某溫度下，向容積為2 L的密閉反應器中充入0.10 mol SO3，當反應器中的氣體壓強不再變化時，測得SO3的轉化率為20%，則該溫度下反應2SO2(g)O2(g)2SO3(g)的平衡常數(shù)的數(shù)值為()A.3.2103 B.1.6103C.8.0102 D.4.0102答案A解析2SO2(g)O2(g)2SO3(g)c(始)/molL1 0 0 0.05c(變)/molL1 0.01 0.005 0.01c(平)/molL1 0.01 0.005 0.04K3.2103 mol1L?？键c平衡轉化率題點平衡轉化率的計算4.已知t 時，反應FeO(s)CO(g)Fe(s)CO2(g)的平衡常數(shù)K0.25。(1)t 時，反應達到平衡時n(CO)n(CO2)_。(2)若在1 L密閉容器中加入0.02 mol FeO(s)，并通入x mol CO，t 時反應達到平衡。此時FeO(s)轉化率為50%，則x_。答案(1)4(2)0.05解析(1)n(CO)n(CO2)4。(2)FeO(s)CO(g) Fe(s) CO2(g)起始(mol) 0.02 x 0 0轉化(mol) 0.01 0.01 0.01 0.01平衡(mol) 0.01 x0.01 0.01 0.01K所以x0.05?？键c轉化率與平衡常數(shù)題點轉化率與平衡常數(shù)變化分析5.(1)化學平衡常數(shù)K表示可逆反應進行的程度，K值越大，表示_，K值大小與溫度的關系：溫度升高，K值_(填 “一定增大”“一定減小”或“可能增大也可能減小”)。(2)在H2SO4生產(chǎn)中，SO2催化氧化成SO3：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)某溫度下，SO2的平衡轉化率()與體系總壓強(p)的關系如圖所示。根據(jù)圖示回答下列問題：將2.0 mol SO2和1.0 mol O2置于10 L密閉容器中，反應達平衡后，體系總壓強為0.10 MPa，該反應的平衡常數(shù)等于_。平衡狀態(tài)由A變到B時，平衡常數(shù)K(A)_K(B)(填“大于”“小于”或“等于”)。答案(1)可逆反應進行的程度越大可能增大也可能減小(2)800 mol1L等于解析(1)根據(jù)平衡常數(shù)的定義可知K值越大表示該反應向正反應方向進行的程度越大；正反應方向的熱效應不確定，若正反應為吸熱反應，溫度升高，K值增大，若正反應為放熱反應，溫度升高，K值減小。(2)由圖示可知：當p0.10 MPa時，0.80。 2SO2(g)O2(g)2SO3(g)起始濃度/molL1 0.2 0.1 0轉化濃度/molL1 0.16 0.08 0.16平衡濃度/molL1 0.04 0.02 0.16K800 mol1L。平衡狀態(tài)由A變到B時，溫度不變，K(A)K(B)?？键c平衡轉化率與化學平衡常數(shù)計算的綜合題點已知平衡轉化率計算平衡常數(shù)6.將等物質的量的CH4和H2O(g)充入1 L恒容密閉容器，發(fā)生反應：CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)。某溫度下反應達到平衡，平衡常數(shù)K27 mol2L2，此時測得CO的物質的量為0.10 mol，求CH4的平衡轉化率(計算結果保留兩位有效數(shù)字)。答案91%解析設CH4和H2O(g)的起始物質的量均為x mol CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)起始濃度(molL1) x x 0 0轉化濃度(molL1) 0.10 0.10 0.10 0.30平衡濃度(molL1) x0.10 x0.10 0.10 0.3027 mol2L2解之得x0.11，CH4的平衡轉化率為100%91%?？键c平衡轉化率與化學平衡常數(shù)計算的綜合題點已知平衡常數(shù)計算平衡轉化率對點訓練題組1平衡轉化率與化學平衡常數(shù)的關系1.等物質的量的X(g)與Y(g)在密閉容器中進行可逆反應：X(g)Y(g)2Z(g)W(s)H<0，下列敘述正確的是()A.達到平衡時，X、Y的平衡轉化率不同B.升高溫度，平衡常數(shù)K值增大C.平衡常數(shù)K值越大，X的轉化率越大D.達到平衡時，反應速率v正(X)2v逆(Z)答案C解析A項，X與Y起始時物質的量相等，轉化物質的量之比方程式化學計量數(shù)之比，故平衡時(X)(Y)，錯誤；B項，該反應H<0，即放熱反應，升高溫度K值降低，錯誤；C項，K值越大，反應進行程度即X的轉化率越大，正確；D項，平衡時，v正(X)v逆(Z)，錯誤?？键c平衡轉化率題點平衡轉化率與化學平衡常數(shù)變化分析2.某溫度下：2A(g)B(g)3C(g)的平衡常數(shù)K1.0，下列說法正確的是()A.K隨溫度的改變而改變，K越大，達到平衡時，反應進行的程度越大B.K越小，達到平衡時，反應物的轉化率越大C.對于某一可逆反應，在任何條件下K均為一定值D.K越大，化學反應的速率越大答案A解析平衡常數(shù)K只與溫度有關，且平衡常數(shù)越大，說明反應進行的程度越大，故A正確；K值越大，反應進行的程度越大，轉化率越大，B項錯誤；K值與溫度有關，C項錯誤；K值大小與反應速率大小無關，D項錯誤?？键c平衡轉化率題點平衡轉化率與化學平衡常數(shù)變化分析題組2平衡轉化率的計算3.已知某溫度下可逆反應：M(g)N(g)P(g)Q(g)，反應物的初始濃度分別為c0(M)1 molL1，c0(N)2.4 molL1；達到平衡后，M的平衡轉化率為60%，則此時平衡常數(shù)K的數(shù)值為()A.0.25 B.0.5 C.1 D.2答案B解析M(g)N(g)P(g)Q(g)初始濃度(molL1) 1 2.4 0 0轉化濃度(molL1) 0.6 0.6 0.6 0.6平衡濃度(molL1) 0.4 1.8 0.6 0.6K0.5考點平衡轉化率與化學平衡常數(shù)計算的綜合題點已知平衡轉化率計算平衡常數(shù)4.在一定溫度時，4 mol A在2 L密閉容器中分解：A(g)2B(g)C(g)，達到平衡時，測得已有50%的A分解成B和C。此溫度下，該反應的平衡常數(shù)為()A.4 mol2L2 B.3 mol2L2C.2 mol2L2 D.1 mol2L2答案A解析A(g)2B(g)C(g)初始濃度/molL1 2 0 0轉化濃度/molL1 1 2 1平衡濃度/molL1 1 2 1K4 mol2L2?？键c平衡轉化率與化學平衡常數(shù)計算的綜合題點已知平衡轉化率計算平衡常數(shù)5.X、Y、Z為三種氣體，把a mol X和b mol Y充入一密閉容器中，發(fā)生反應X(g)2Y(g)2Z(g)。達到平衡時，若它們的物質的量滿足：n(X)n(Y)n(Z)，則Y的轉化率為()A.100% B.100%C.100% D.100%答案B解析設平衡時，Y的轉化率為，則 X(g)2Y(g)2Z(g)初始物質的量(mol) a b 0轉化物質的量(mol) b b b平衡物質的量(mol) ab bb b所以abbbb100%?？键c平衡轉化率題點平衡轉化率的計算6.在容積可變的密閉容器中，2 mol N2和9 mol H2在一定條件下發(fā)生反應，達到平衡時，H2的轉化率為25%，則平衡時氨氣的體積分數(shù)接近于()A.5% B.10%C.16% D.20%答案C解析N23H22NH3初始物質的量(mol) 2 9 0轉化物質的量(mol) x 3x 2x平衡物質的量(mol) 2x 93x 2x25%，x0.75平衡時NH3的體積分數(shù)為100%16%。考點平衡轉化率題點平衡轉化率的計算7.在密閉容器中把CO和H2O的混合物加熱到800 ，有下列平衡：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)，且平衡常數(shù)K1。若在2 L的密閉容器中充入1 mol CO和1 mol H2O相互混合并加熱到800 ，則CO的轉化率為 ()A.40% B.50% C.60% D.83.3%答案B解析設CO的轉化率為xCO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)n(始)/mol 1 1 0 0n(變)/mol x x x xn(平)/mol 1x 1x x x由K知： 1解得：x50%?？键c平衡轉化率與化學平衡常數(shù)計算的綜合題點已知平衡常數(shù)計算平衡轉化率8.在一定溫度下，反應H2(g)X2(g)HX(g)的平衡常數(shù)為10。若將1.0 mol的HX(g)通入體積為1.0 L的密閉容器中，在該溫度時HX(g)的最大分解率接近于()A.5% B.17% C.25% D.33%答案B解析由題中的反應和數(shù)據(jù)可知：HX(g)H2(g)X2(g)的平衡常數(shù)K0.1。設在該溫度下HX(g)的分解反應達平衡后其減小的濃度為x molL1。HX(g)H2(g)X2(g)起始濃度(molL1) 1.0 0 0轉化濃度(molL1) x 0.5x 0.5x平衡濃度(molL1) 1.0x 0.5x 0.5x0.1，解得x0.17，故可知HX的分解率為100%17%?？键c平衡轉化率與化學平衡常數(shù)計算的綜合題點已知平衡常數(shù)計算平衡轉化率題組3化學平衡常數(shù)、平衡轉化率的綜合判斷9.在25 時，密閉容器中X、Y、Z三種氣體的初始濃度和平衡濃度如下表，下列說法錯誤的是()物質XYZ初始濃度/molL10.10.20平衡濃度/molL10.050.050.1A.反應達到平衡時，X的轉化率為50%B.反應可表示為X(g)3Y(g)2Z(g)，其平衡常數(shù)為1 600 mol2L2C.增大壓強，平衡常數(shù)增大D.改變溫度可以改變此反應的平衡常數(shù)答案C解析相同時間內(nèi)X、Y、Z的濃度變化之比為(0.10.05)(0.20.05)0.1132，X和Y為反應物，Z為生成物，所以該反應的化學方程式為X(g)3Y(g)2Z(g)。平衡常數(shù)K1 600 mol2L2，故B項正確；平衡時X的轉化率為(X)100%50%，故A項正確；化學平衡常數(shù)只與溫度有關，與壓強無關，故C項不正確，D項正確?？键c平衡轉化率與化學平衡常數(shù)計算的綜合題點已知初始濃度和平衡濃度計算平衡轉化率和平衡常數(shù)10.某溫度下，H2(g)CO2(g)H2O(g)CO(g)的平衡常數(shù)K。該溫度下，在甲、乙、丙三個恒容密閉容器中投入H2(g)和CO2(g)，起始濃度如下表所示：起始濃度甲乙丙c(H2)/molL10.0100.0200.020c(CO2)/molL10.0100.0100.020下列判斷不正確的是()A.平衡時，乙中CO2的轉化率大于60%B.平衡時，甲中和丙中H2的轉化率均是60%C.平衡時，丙中CO2是甲中的2倍，是0.012 molL1D.反應開始時，丙中的反應速率最快，甲中的反應速率最慢答案C解析甲和丙中反應物的起始濃度c(H2)c(CO2)11，乙中反應物的起始濃度c(H2)c(CO2)21，所以平衡時，乙中CO2的轉化率大于甲中CO2的轉化率，甲和丙中H2的轉化率等于CO2的轉化率，設甲平衡時H2的轉化率為，則 H2(g) CO2(g) H2O(g) CO(g)起始濃度(molL1) 0.010 0.010 0 0轉化濃度(molL1) 0.010 0.010 0.010 0.010平衡濃度(molL1) 0.0100.010 0.010 0.010 0.010 0.010K60%平衡時，丙中CO20.02 molL10.02 molL160%0.008 molL1，甲中CO20.01 molL10.01 molL160%0.004 molL1，丙中CO2為甲中的2倍，但不是0.012 molL1，故C項不正確；丙的反應物濃度大于甲和乙反應物的濃度，其他條件相同時，丙中的反應速率最快，甲中反應速率最慢。考點平衡轉化率與化學平衡常數(shù)計算的綜合題點已知平衡常數(shù)和初始濃度計算平衡轉化率 綜合強化11.在5 L的密閉容器中充入2 mol氣體A和1 mol 氣體B，一定條件下發(fā)生反應2A(g)B(g)2C(g)。達到平衡時，在相同溫度下測得容器內(nèi)混合氣體的壓強是反應前的，則A的轉化率為()A.67% B.50%C.25% D.5%答案B解析同溫同體積時，氣體的物質的量之比等于壓強之比，故反應后混合氣體的物質的量為(21)mol2.5 mol，再由“三段式”法可求得反應中A的消耗量為1 mol，所以A的轉化率為100%50%?？键c平衡轉化率題點平衡轉化率的計算12.將固體NH4I置于密閉容器中，在一定溫度下發(fā)生下列反應：NH4I(s)NH3(g)HI(g)；2HI(g)H2(g)I2(g)。達到平衡時，H20.5 molL1，HI4 molL1，則此溫度下反應的平衡常數(shù)的數(shù)值為()A.9 B.16C.20 D.25答案C解析由H2和HI的平衡濃度可推算出反應生成的HI和NH3的濃度均為0.5 molL124 molL15 molL1，由于NH3沒有轉化，其平衡濃度仍為5 molL1，而HI的平衡濃度由題意可知為4 molL1，則的平衡常數(shù)K1NH3HI54 mol2L220 mol2L2?？键c化學平衡常數(shù)題點化學平衡常數(shù)的計算13.在某溫度下，將H2和I2各0.1 mol的氣態(tài)混合物充入10 L的密閉容器中，發(fā)生反應H2(g)I2(g)2HI(g)，連續(xù)測定c(I2)的變化，5 s 時測定c(I2)0.008 0 molL1并保持不變。則：(1)反應的平衡常數(shù)的表達式是K_。(2)此溫度下，平衡常數(shù)的值為_。(3)若在此溫度下，在10 L的密閉容器中充入0.2 mol HI氣體，達到平衡時，HI的轉化率為_。答案(1)(2)0.25(3)80%解析(2)平衡時I20.008 0 molL1H20.008 0 molL1HI0.004 0 molL1K0.25。(3)設生成的H2的濃度為x molL1， 2HI(g)H2(g)I2(g)起始(molL1) 0.02 0 0平衡(molL1) 0.022x x xKx0.008(HI)100%80%。考點平衡轉化率與化學平衡常數(shù)計算的綜合題點已知初始濃度和平衡濃度計算平衡轉化率和平衡常數(shù)14.將不同物質的量的H2O(g)和CO分別通入體積為2 L的恒容密閉容器中，發(fā)生反應：H2O(g)CO(g)CO2(g)H2(g)H，得到如下數(shù)據(jù)：實驗溫度/起始量/mol平衡量/molH2OCOCOH2650242.41.6900121.60.490021ab(1)由表中數(shù)據(jù)可知該反應的H_(填“>”或“<”)0。(2)650 時，若在此容器中開始充入2 mol H2O(g)、1 mol CO、1 mol CO2和2 mol H2，則反應在開始時向_(填“正向”或“逆向”)進行。(3)實驗中a_，達平衡時實驗和實驗中H2O(g)的轉化率的大小關系為2(H2O)_3(H2O)(填“>”“<”或“”)。答案(1)<(2)正向(3)0.6>解析(1)650 時， H2O(g)CO(g)CO2(g)H2(g)起始濃度(molL1) 1 2 0 0轉化濃度(molL1) 0.8 0.8 0.8 0.8平衡濃度(molL1) 0.2 1.2 0.8 0.8化學平衡常數(shù)K1900 時，化學平衡常數(shù)K2升高溫度K減小，故H<0。(2)Q1<K1故反應開始時正向進行。(3)和兩平衡，溫度和容器體積相同，且化學方程式的化學計量數(shù)均為1，因此和的平衡狀態(tài)完全相同。故b0.4，a10.40.6。相同溫度下，起始反應H2O(g)與CO(g)的物質的量之比越大，H2O(g)的轉化率越小，故2(H2O)>3(H2O)?？键c平衡轉化率與化學平衡常數(shù)的綜合題點化學平衡常數(shù)與平衡轉化率應用的綜合15.工業(yè)上合成氨氣的反應為N2(g)3H2(g)2NH3(g) H<0?，F(xiàn)將10 mol N2和26 mol H2置于容積可變的密閉容器中，N2的平衡轉化率()與體系總壓強(p)、溫度(T)的關系如圖所示?；卮鹣铝袉栴}：(1)反應達到平衡狀態(tài)B時，容器的容積10 L，則T1時，合成氨反應的平衡常數(shù)K_mol2L2。(2)平衡狀態(tài)由A變到C時，對應的平衡常數(shù)K(A)_(填“>”“<”或“”)K(C)。答案(1)0.025(2)>解析(1)根據(jù)B點數(shù)據(jù)計算T1時的化學平衡常數(shù) N2(g)3H2(g)2NH3(g)起始物質的量(mol) 10 26 0轉化物質的量(mol) 100.20 6 4平衡物質的量(mol) 8 20 4化學平衡常數(shù)K0.025 mol2L2。(2)C點B點壓強不變，由T2T1，N2的平衡轉化率增大，則化學平衡常數(shù)也增大，即K(B)>K(C)，而溫度不變，化學平衡常數(shù)不變，故K(A)>K(C)。考點平衡轉化率與化學平衡常數(shù)計算的綜合題點已知平衡轉化率計算平衡常數(shù)