2020高中化学第2章化学反应的方向限度与速率2-2化学反应的限度第2课时平衡转化率学案

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2020高中化学第2章化学反应的方向限度与速率2-
2化学反应的限度第2课时平衡转化率学案

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高中化学第2章化学反应的方向限度与速率2-2化学反应的限度第2
课时平衡转化率学案

学习目标：
1. 了解平衡转化率的含义。
2. 学会平衡浓度的求算。
3. 能根据化学平衡计算的方法思路，进行平衡常数、平衡转化率的计算。
学习重难点：
平衡转化率的含义及计算
自主学习
【知识回顾】
1．可逆反应NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g) ΔH>0。在一定条件下，将NO2与
SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生上述反应，达平衡时NO2与SO2的体
积比为1∶6，回答下列问题：
(1)该反应的平衡常数表达式是
___________________________________________。
(2)其平衡常数K值是____________。

【答案】(1)K＝ (2)
8
3

【解析】设NO2的物质的量为1 mol，则SO2的物质的量为2 mol，参加反
应的NO2的物质的量为x mol。
NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)
起始量(mol) 1 2 0 0
转化量(mol) x x x x
平衡量(mol) 1－x 2－x x x
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由题意可知＝，解得x＝0.8
K＝＝＝。
2．PCl5的热分解反应如下：PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)
(1)写出反应的平衡常数表达式
____________________________________________________________________
____。
(2)已知某温度下，该反应的平衡常数K＝0.45 mol·L－1。若此温度下，在容
积为10.0 L的密闭容器中充入一定量的PCl5，达到平衡后，测得容器内PCl3
的浓度为0.150 mol·L－1。PCl5的起始浓度是__________。
【答案】(1)K＝ (2)0.2 mol·L－1
K＝＝ mol·L－1＝0.45 mol·L－1，x＝0.2 mol·L－1。
3．平衡常数越大，表示反应进行得越彻底，各个化学反应的平衡常数的大小相
差很大。一般说来，如果一个反应的平衡常数大于105，通常认为反应可以
进行的较完全；相反，如果一个反应的平衡常数小于10－5，则认为这个反
应很难进行。
【学习探究】
探究点一 平衡转化率的概念及其计算
1．平衡转化率的概念：平衡时已转化了的某反应物的量(物质的量或浓度)与转
化前该反应物的量之比。平衡转化率可描述化学反应的限度。
2．平衡转化率计算公式
对反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)
A的平衡转化率α(A)＝×100%
B的平衡转化率α(B)＝×100%
3．在某温度下，将H2和I2各0.10 mol的气体混合物充入10 L 的密闭容器
中，充分反应，达到下列平衡：H2(g)＋I2(g)2HI(g)，K＝0.25。则氢气的
转化率是20%。
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【答案】B
【解析】设氢气的转化率为x。
H2(g) ＋ I2(g)2HI(g)
起始浓度(mol·L－1) 0.01 0.01 0
转化浓度(mol·L－1) 0.01x 0.01x 0.02x
平衡浓度(mol·L－1) 0.01－0.01x 0.01－0.01x 0.02x
K＝＝＝0.25
解得x＝20%。
4．在容积可变的密闭容器中，2 mol N2和8 mol H2在一定条件下发生反应，
达到平衡时，H2的转化率为25%，则平衡时氮气的体积分数是15.4%。
【答案】B
【解析】 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
起始物质的量(mol) 2 8 0
转化物质的量(mol) 2/3 2 4/3
平衡物质的量(mol) 4/3 6 4/3
所以平衡时氮气的体积分数＝≈15.4%。
[归纳总结]
化学平衡的计算模式及解题思路
1．计算模式
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始量 a b 0 0
变化量 mx nx px qx
平衡量 a－mx b－nx px qx
(1)对于反应物：平衡时的相关量＝起始量－变化量
(2)对于生成物：平衡时的相关量＝起始量＋变化量
2．基本解题思路
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(1)设未知数：具体题目要具体分析，灵活设立，一般设某物质的转化量为
x。
(2)确定三个量：根据反应物、生成物及变化量三者的关系，代入未知数确定平
衡体系中各物质的起始量、变化量、平衡量，并按1中“模式”列表。
(3)解答题设问题：明确了“始”、“变”、“平”三个量的具体数值，再根据
相应关系求反应物转化率、平衡时某成分的浓度、平衡常数、平均相对分子
质量等，给出题目答案。
[活学活用]
1．在某温度下，将H2和I2各0.10 mol的气态混合物充入10 L 的密闭容器中
充分反应，达到平衡后，测得[H2]＝0.008 0 mol·L－1。
(1)求该反应的平衡常数。
(2)求I2的平衡转化率。
【答案】 (1)0.25 (2)20%
【解析】本题是已知初始浓度和某物质的平衡浓度，求平衡常数和平衡转
化率。
K＝＝＝0.25。
(2)α(I2)＝×100%＝20%。
2．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：
(1)此反应的平衡常数。
(2)在上述温度下，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。
【答案】(1)1 (2)[SO3]＝[NO]＝ mol·L－1，[SO2]＝ mol·L－1，[NO2]
＝ mol·L－1
【解析】本题是已知初始浓度和平衡转化率，求平衡常数和平衡浓度。
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(1)设平衡时SO2的浓度为x mol·L－1
由题意可知×100%＝50%，x＝1，
K＝＝＝1。
(2)设达平衡时NO的浓度为y mol·L－1
因为温度不变，平衡常数不变，K＝1

则＝1，y＝
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5

平衡浓度：[SO2]＝3 mol·L－1－ mol·L－1
＝ mol·L－1
[NO2]＝2 mol·L－1－ mol·L－1＝ mol·L－1
[SO3]＝[NO]＝ mol·L－1。
探究点二 平衡转化率的影响因素
1．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：
初始浓度 CO2(mol·L－1) H2(mol·L－1) α(H
2

)
α
(CO2)

① 0.010 0 0.010 0 60% 60%
② 0.010 0 0.012 0 54% 65%
③ 0.010 0 0.008 0 66% 53%
2.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可能相同，也可能不同。
(2)增大H2的浓度，CO2转化率的变化是增大，H2转化率的变化是减小。
(3)减小H2的浓度，CO2转化率的变化是减小，H2转化率的变化是增大。
[归纳总结]
(1)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。
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(2)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。
(3)对任意化学反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)
若A、B的起始浓度之比为a∶b，则α(A)＝α(B)。
[活学活用]
3．相同体积的四个密闭容器中，进行同样的四个可逆反应，2A(g)＋B(g)3C(g)
＋2D(g)。起始时各容器中所装A、B的物质的量分别是
甲容器 乙容器 丙容器 丁容器
A 2 mol 1 mol 2 mol 1 mol
B 1 mol 1 mol 2 mol 2 mol
在相同的温度下建立平衡时，有关A、B转化率的说法正确的是( )
①A的转化率为甲<丙<乙<丁
②A的转化率为甲<乙<丙<丁
③B的转化率为甲>乙>丙>丁
④B的转化率为丁>乙>丙>甲
A．①③ B．②④ C．①④ D．②③
【答案】A
【解析】根据转化率的变化规律：丁中A的转化率最大，甲中A的转化率最小，
丙容器比乙容器物质的量大，相当于丙中的压强大于乙中的压强，因该反
应是一个气体体积增大的反应，所以乙中A的转化率大于丙中A的转化率，
即丁>乙>丙>甲；B的转化率用同样的方法确定为甲>乙>丙>丁。
【学习小结】

平衡转化率— 概念与计算公式计算模式与方法与化学反应的关系