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課時平衡轉化率聯(lián)想?質疑

在工業(yè)生產和實驗室中，人們會遇到各種各樣的可逆反應，如合成氨的反應：N2+3H2

?2NH3該反應在一定條件下存在一定的限度。但是在實際生產中，用平衡常數K表示反應限度有時不夠直觀，不知道反應物到底反應了多少，同時生成了多少產物。因此在實際應用中，常用平衡轉化率α來表示一定條件下的反應限度。平衡轉化率對于化學反應：aA+bB?cC+dD，反應物A的平衡轉化率可以表示為：α(A)

=———————————————————×100%初始時A的物質的量-平衡時A的物質的量初始時A的物質的量物質的平衡轉化率越大，表示反應程度越大。對于溶液體系和恒容的氣態(tài)反應體系，可以用物質的量濃度進行計算。典型例題

化學反應2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)是硫酸制造工業(yè)的基本反應。將0.050molSO2(g)和0.030molO2(g)注入體積為1.0L的密閉反應器，并置于某較高溫度下的恒溫環(huán)境中，達到化學平衡后，測得反應器中有0.044molSO3(g)，求該溫度下反應的平衡常數及SO2、O2的平衡轉化率。解析：

2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)

初始濃度/(mol·L－1)0.050

0.0300轉化濃度/(mol·L－1)0.044

0.022

0.044平衡濃度/(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(0.006mol·L-1)2×0.008mol·L-1(0.044mol·L-1)20.050mol·L-1-0.006mol·L-10.050mol·L-1α(O2)=×100%

=

c始(O2)-c平(O2)c始(O2)×100%=73%0.030mol·L-1-0.008mol·L-10.030mol·L-1答：該溫度下反應的平衡常數為6.7×103mol-1·L，SO2的平衡轉化率為88%，O2的平衡轉化率為73%。歸納總結對于一個已標明化學方程式的化學反應，溫度一定時只有一個平衡常數，但不同反應物的平衡轉化率卻可能不同。因此，脫離具體的反應物談化學反應的平衡轉化率是沒有意義的。典型例題1200℃時測得反應H2(g)+CO2(g)?H2O(g)+CO(g)的平衡常數K為2.25。若反應從H2(g)和CO2(g)開始，且H2(g)和CO2(g)的初始濃度均為0.0100mol?L-1時，計算各物質的平衡濃度及H2和CO2的平衡轉化率。解析：設平衡時生成的H2O(g)的濃度為X。

H2(g)+CO2(g)?H2O(g)

+CO(g)初始濃度/(mol·L－1)0.0100

0.010000

轉化濃度/(mol·L－1)x

x

xx平衡濃度/(mol·L－1)0.0100-x

0.0100-x

xx

K==c平(H2)c平(CO2)=2.25(0.0100mol·L-1-x)2x2c平(H2O)c平(CO)解方程得：x1=0.0060mol·L-1，x2=0.0300mol·L-1x2＞c始(H2)不合理，應舍去，則：c平(H2)=c平(CO2)=0.0100mol·L-1-x=0.0100mol·L-1-0.0060mol·L-1=0.0040mol·L-1α(CO2)=×100%

=

c始(CO2)-c平(CO2)c始(CO2)×100%=60%0.0100mol·L-1-0.0040mol·L-10.0100mol·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的平衡轉化率都是60%。c平(H2O)=c平(CO)=x=0.0060mol·L-1α(H2)=×100%

=

c始(H2)-c平(H2)c始(H2)×100%=60%0.0100mol·L-1-0.0040mol·L-10.0100mol·L-1方法導引平衡濃度的求算在有關化學平衡的計算中，平衡濃度的求算始非常關鍵的環(huán)節(jié)。通常將反應物轉化的量設為x，利用已知條件找到關于x的等量關系，然后列方程求解。例如，本題的解題思路為：①設反應物轉化的量為x；②用含x的式子表示出各物質的平衡濃度；③通過平衡常數表達式列出方程式；④求解所列方程式。有關于化學平衡問題的計算，可按一定步驟建立模式，確定各個量之間的關系進行計算。我們把這種方法稱為“三段法”。三段式法例如：可逆反應mA(g)＋nB(g)?pC(g)＋qD(g)，假定反應物A、B的起始加入的物質的量分別為amol、bmol，達到平衡時，設A物質轉化的物質的量為mxmol。(1)mA(g)＋nB(g)?pC(g)＋qD(g)初始物質的量/molab00轉化物質的量/molmxnxpxqx平衡物質的量/mola－mxb－nxpx qx對于反應物：n平＝n始－n變對于生成物：n平＝n始＋n變轉化物質的量之比等于化學方程式中各物質系數之比?？赡娣磻猰A(g)＋nB(g)?pC(g)＋qD(g)，假定反應物A、B的起始加入的濃度分別為amol·L－1、bmol·L－1，達到平衡時，設物質A轉化的濃度為mxmol·L－1。mA(g)＋nB(g)?pC(g)＋qD(g)初始濃度/(mol·L－1)ab00轉化濃度/(mol·L－1)mxnxpxqx平衡濃度/(mol·L－1)a－mxb－nxpxqx對于反應物：c平＝c始－c變對于生成物：c平＝c始＋c變轉化濃度之比等于化學方程式中各物質系數之比“三段法”不僅可以用物質的量來列關系式，也可以用物質的量濃度。(2)步驟①確定反應物或生成物的起始加入量。②確定反應過程的變化量。③確定平衡量。④依據題干中的條件建立等式關系進行解答?！军c擊】解答化學平衡計算題，要注意構建解題模式，熟練掌握有關物質的量、物質的量濃度、轉化率、產率、某組分百分含量、化學平衡常數等各種計算關系式。深度思考

在1200℃時測得反應CO2(g)＋H2(g)?CO(g)＋H2O(g)達平衡時，K＝2.25。試計算CO2(g)和H2(g)的初始濃度分別為下列三種情況下的CO2、H2的平衡轉化率，填寫下表：

分析上表計算結果，可得出的結論是(1)同一化學反應，不同物質的平衡轉化率

。(2)增大H2的濃度，CO2轉化率的變化是

，H2轉化率的變化是

。(3)減小H2的濃度，CO2轉化率的變化是

，H2轉化率的變化是

。初始濃度/(mol?L-1)平衡轉化率/%c始(CO2)c始(H2)α(H2)α(CO2)A0.01000.0100B0.01000.0120C0.01000.008060%60%54%65%66%53%可能相同，可能不同增大減小減小增大總結由以上分析可以發(fā)現，提高氫氣在原料氣組成中的比例，可使二氧化碳的平衡轉化率提高；同理，提高二氧