版高中化学第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2课时学案鲁科版选修4.docx
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版高中化学第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2课时学案鲁科版选修4
第2课时 平衡转化率
[学习目标定位] 1.知道平衡转化率的含义。
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。
一、平衡转化率的概念及表达式
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%
例1 在25℃时，密闭容器中A、B、C三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表：
物 质
A
B
C
初始浓度/mol·L－1
2
3
0
平衡浓度/mol·L－1
1.5
1.5
1
则A的平衡转化率为________，B的平衡转化率为________。
答案 25% 50%
解析 αA＝
×100%＝25%，
αB＝
＝50%。
考点 平衡转化率
题点 平衡转化率的计算
特别提醒
（1）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。
（2）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。
（3）温度一定，平衡常数越大，平衡转化率不一定越大。
例2 实验室用4molSO2与2molO2进行下列反应：
2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g） ΔH＝－196.64kJ·mol－1，当放出314.624kJ热量时，SO2的转化率为（ ）
A.40%B.50%
C.80%D.90%
答案 C
解析 根据放出314.624kJ的热量可知参加反应的SO2的物质的量为
×2＝3.2mol，故SO2的转化率为
×100%＝80%。
考点 平衡转化率
题点 平衡转化率的计算
二、平衡转化率与化学平衡常数的计算
1.计算模型（三段式法）
mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）
初始量ab00
变化量mxnxpxqx
平衡量a－mxb－nxpxqx
（1）对于反应物：
平衡量＝初始量－变化量
（2）对于生成物：
平衡量＝初始量＋变化量
2.计算思路
（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）列出三个量：
用含x的式子表示平衡体系中各物质的初始量、变化量、平衡量。
（3）列式计算：
根据平衡时含x的相应关系列式求解。
例3 化学反应2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）是硫酸制造工业的基本反应，若在一定温度下，将0.1mol的SO2（g）和0.06molO2（g）注入体积为2L的密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中有0.08molSO3（g），试求在该温度下：
（1）此反应的平衡常数。
（2）SO2（g）和O2（g）的平衡转化率。
答案
（1）1600mol－1·L
（2）80% 66.7%
解析
（1）2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）
初始浓度（mol·L－1）0.0500.0300
转化浓度（mol·L－1）0.0400.0200.040
平衡浓度（mol·L－1）0.0100.0100.040
K＝
＝
＝1600mol－1·L。
（2）α（SO2）＝
×100%＝80%
α（O2）＝
×100%≈66.7%。
考点 平衡转化率与化学平衡常数的计算的综合
题点 已知初始浓度和平衡浓度计算平衡转化率和平衡常数
例4 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
2mol·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3mol·L－1，NO2（g）的初始浓度仍为2mol·L－1，试求达到化学平衡时各物质的浓度。
答案
（1）1
（2）[SO3]＝[NO]＝1.2mol·L－1，[SO2]＝1.8mol·L－1，[NO2]＝0.8mol·L－1
解析
（1）设平衡时SO2的浓度为xmol·L－1
SO2（g）＋NO2（g）SO3（g）＋NO（g）
初始浓度（mol·L－1）2200
平衡浓度（mol·L－1）xx2－x2－x
由题意可知
×100%＝50%，x＝1，
K＝
＝
＝1。
（2）设达平衡时NO的浓度为ymol·L－1
SO2（g）＋NO2（g）SO3（g）＋NO（g）
初始浓度（mol·L－1）3200
平衡浓度（mol·L－1）3－y2－yyy
因为温度不变，平衡常数不变，K＝1
则
＝1，y＝1.2
平衡浓度：
[SO2]＝3mol·L－1－1.2mol·L－1＝1.8mol·L－1
[NO2]＝2mol·L－1－1.2mol·L－1＝0.8mol·L－1
[SO3]＝[NO]＝1.2mol·L－1。
考点 平衡转化率与化学平衡常数的计算的综合
题点 已知条件Ⅰ平衡转化率计算条件Ⅱ平衡相关量
方法总结
（1）已知初始浓度和平衡转化率可以计算平衡常数，已知初始浓度和平衡常数可以计算平衡转化率。
（2）相同温度下，可以从平衡Ⅰ条件求出化学平衡常数，利用平衡常数求出平衡Ⅱ条件下的有关量。
1.不同温度时反应2HI（g）I2（g）＋H2（g）的平衡常数如下：
350℃时为66.9,425℃时为54.4,490℃时为45.9。
HI的转化率最高是在（ ）
A.490℃B.425℃
C.350℃D.无法确定
答案 C
解析 对于可逆反应，在一定温度下达到化学平衡，对应一个化学平衡常数，温度发生变化时，化学平衡被破坏，达到新的平衡时，平衡常数也会随之发生变化。
平衡常数不受压强和浓度影响，只随温度的变化而变化，而且平衡常数越大，反应越彻底。
比较题中所给的三个温度的平衡常数可知，350℃时的平衡常数最大，故350℃时，HI的转化率最高。
考点 平衡转化率
题点 平衡转化率与平衡常数变化分析
2.在恒容密闭容器中，CO与H2发生反应CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g） ΔH<0，达到平衡后，若只改变某一条件，下列示意图正确的是（ ）
答案 B
解析 增大CO的用量，CO的转化率减小，A项错误；平衡常数只与温度有关，ΔH<0的反应，温度升高，平衡常数减小，B项正确，C项错误；增大H2的用量，CO的转化率增大，D项错误。
考点 转化率与平衡常数
题点 转化率与平衡常数变化分析
3.某温度下，向容积为2L的密闭反应器中充入0.10molSO3，当反应器中的气体压强不再变化时，测得SO3的转化率为20%，则该温度下反应2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）的平衡常数的数值为（ ）
A.3.2×103B.1.6×103
C.8.0×102D.4.0×102
答案 A
解析 2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）
c（始）/mol·L－1000.05
c（变）/mol·L－10.010.0050.01
c（平）/mol·L－10.010.0050.04
K＝
＝3.2×103mol－1·L。
考点 平衡转化率
题点 平衡转化率的计算
4.已知t℃时，反应FeO（s）＋CO（g）Fe（s）＋CO2（g）的平衡常数K＝0.25。
（1）t℃时，反应达到平衡时n（CO）∶n（CO2）＝________。
（2）若在1L密闭容器中加入0.02molFeO（s），并通入xmolCO，t℃时反应达到平衡。
此时FeO（s）转化率为50%，则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）0.02x00
转化（mol）0.010.010.010.01
平衡（mol）0.01x－0.010.010.01
K＝
＝
＝
＝
所以x＝0.05。
考点 转化率与平衡常数
题点 转化率与平衡常数变化分析
5.
（1）化学平衡常数K表示可逆反应进行的程度，K值越大，表示____________________，
K值大小与温度的关系：
温度升高，K值____________________（填“一定增大”“一定减小”或“可能增大也可能减小”）。
（2）在H2SO4生产中，SO2催化氧化成SO3：
2SO2（g）＋O2（g）
2SO3（g）
某温度下，SO2的平衡转化率（α）与体系总压强（p）的关系如图所示。
根据图示回答下列问题：
①将2.0molSO2和1.0molO2置于10L密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0.10MPa，该反应的平衡常数等于________。
②平衡状态由A变到B时，平衡常数K（A）________K（B）（填“大于”“小于”或“等于”）。
答案
（1）可逆反应进行的程度越大 可能增大也可能减小
（2）①800mol－1·L ②等于
解析
（1）根据平衡常数的定义可知K值越大表示该反应向正反应方向进行的程度越大；正反应方向的热效应不确定，若正反应为吸热反应，温度升高，K值增大，若正反应为放热反应，温度升高，K值减小。
（2）①由图示可知：
当p＝0.10MPa时，α＝0.80。
2SO2（g）＋O2（g）
2SO3（g）
起始浓度/mol·L－1 0.20.10
转化浓度/mol·L－1 0.160.080.16
平衡浓度/mol·L－1 0.040.020.16
K＝
＝
＝800mol－1·L。
②平衡状态由A变到B时，温度不变，K（A）＝K（B）。
考点 平衡转化率与化学平衡常数计算的综合
题点 已知平衡转化率计算平衡常数
6.将等物质的量的CH4和H2O（g）充入1L恒容密闭容器，发生反应：
CH4（g）＋H2O（g）CO（g）＋3H2（g）。
某温度下反应达到平衡，平衡常数K＝27mol2·L－2，此时测得CO的物质的量为0.10mol，求CH4的平衡转化率（计算结果保留两位有效数字）。
答案 91%
解析 设CH4和H2O（g）的起始物质的量均为xmol
CH4（g）＋H2O（g）CO（g）＋3H2（g）
起始浓度（mol·L－1）xx00
转化浓度（mol·L－1）0.100.100.100.30
平衡浓度（mol·L－1）x－0.10x－0.100.100.30
＝27mol2·L－2
解之得x＝0.11，
CH4的平衡转化率为
×100%≈91%。
考点 平衡转化率与化学平衡常数计算的综合
题点 已知平衡常数计算平衡转化率
[对点训练]
题组1 平衡转化率与化学平衡常数的关系
1.等物质的量的X（g）与Y（g）在密闭容器中进行可逆反应：
X（g）＋Y（g）2Z（g）＋W（s） ΔH<0，下列叙述正确的是（ ）
A.达到平衡时，X、Y的平衡转化率不同
B.升高温度，平衡常数K值增大
C.平衡常数K值越大，X的转化率越大
D.达到平衡时，反应速率v正（X）＝2v逆（Z）
答案 C
解析 A项，X与Y起始时物质的量相等，转化物质的量之比＝方程式化学计量数之比，故平衡时α（X）＝α（Y），错误；B项，该反应ΔH<0，即放热反应，升高温度K值降低，错误；C项，K值越大，反应进行程度即X的转化率越大，正确；D项，平衡时，v正（X）＝
v逆（Z），错误。
考点 平衡转化率
题点 平衡转化率与化学平衡常数变化分析
2.某温度下：
2A（g）＋B（g）3C（g）的平衡常数K＝1.0，下列说法正确的是（ ）
A.K随温度的改变而改变，K越大，达到平衡时，反应进行的程度越大
B.K越小，达到平衡时，反应物的转化率越大
C.对于某一可逆反应，在任何条件下K均为一定值
D.K越大，化学反应的速率越大
答案 A
解析 平衡常数K只与温度有关，且平衡常数越大，说明反应进行的程度越大，故A正确；K值越大，反应进行的程度越大，转化率越大，B项错误；K值与温度有关，C项错误；K值大小与反应速率大小无关，D项错误。
考点 平衡转化率
题点 平衡转化率与化学平衡常数变化分析
题组2 平衡转化率的计算
3.已知某温度下可逆反应：
M（g）＋N（g）P（g）＋Q（g），反应物的初始浓度分别为c0（M）＝
1mol·L－1，c0（N）＝2.4mol·L－1；达到平衡后，M的平衡转化率为60%，则此时平衡常数K的数值为（ ）
A.0.25B.0.5C.1D.2
答案 B
解析 M（g）＋N（g）P（g）＋Q（g）
初始浓度（mol·L－1）12.400
转化浓度（mol·L－1）0.60.60.60.6
平衡浓度（mol·L－1）0.41.80.60.6
K＝
＝
＝0.5
考点 平衡转化率与化学平衡常数计算的综合
题点 已知平衡转化率计算平衡常数
4.在一定温度时，4molA在2L密闭容器中分解：
A（g）2B（g）＋C（g），达到平衡时，测得已有50%的A分解成B和C。
此温度下，该反应的平衡常数为（ ）
A.4mol2·L－2B.3mol2·L－2
C.2mol2·L－2D.1mol2·L－2
答案 A
解析 A（g）2B（g）＋C（g）
初始浓度/mol·L－1200
转化浓度/mol·L－1121
平衡浓度/mol·L－1121
K＝
＝
＝4mol2·L－2。
考点 平衡转化率与化学平衡常数计算的综合
题点 已知平衡转化率计算平衡常数
5.X、Y、Z为三种气体，把amolX和bmolY充入一密闭容器中，发生反应X（g）＋2Y（g）2Z（g）。
达到平衡时，若它们的物质的量满足：
n（X）＋n（Y）＝n（Z），则Y的转化率为
（ ）
A.
×100%B.
×100%
C.
×100%D.
×100%
答案 B
解析 设平衡时，Y的转化率为α，则
X（g） ＋ 2Y（g） 2Z（g）
初始物质的量（mol）ab0
转化物质的量（mol）
bαbαbα
平衡物质的量（mol）a－
bαb－bαbα
所以a－
bα＋b－bα＝bα
α＝
×100%。
考点 平衡转化率
题点 平衡转化率的计算
6.在容积可变的密闭容器中，2molN2和9molH2在一定条件下发生反应，达到平衡时，H2的转化率为25%，则平衡时氨气的体积分数接近于（ ）
A.5%B.10%
C.16%D.20%
答案 C
解析 N2＋ 3H2 2NH3
初始物质的量（mol）290
转化物质的量（mol）x3x2x
平衡物质的量（mol）2－x9－3x2x
＝25%，x＝0.75
平衡时NH3的体积分数为
×100%≈16%。
考点 平衡转化率
题点 平衡转化率的计算
7.在密闭容器中把CO和H2O的混合物加热到800℃，有下列平衡：
CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g），且平衡常数K＝1。
若在2L的密闭容器中充入1molCO和1molH2O相互混合并加热到800℃，则CO的转化率为（ ）
A.40%B.50%C.60%D.83.3%
答案 B
解析 设CO的转化率为x
CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）
n（始）/mol1100
n（变）/molxxxx
n（平）/mol1－x1－xxx
由K＝
知：
＝1
解得：
x＝50%。
考点 平衡转化率与化学平衡常数计算的综合
题点 已知平衡常数计算平衡转化率
8.在一定温度下，反应
H2（g）＋
X2（g）HX（g）的平衡常数为10。
若将1.0mol的HX（g）通入体积为1.0L的密闭容器中，在该温度时HX（g）的最大分解率接近于（ ）
A.5%B.17%C.25%D.33%
答案 B
解析 由题中的反应和数据可知：
HX（g）
H2（g）＋
X2（g）的平衡常数K＝0.1。
设在该温度下HX（g）的分解反应达平衡后其减小的浓度为xmol·L－1。
HX（g）
H2（g）＋
X2（g）
起始浓度（mol·L－1）1.000
转化浓度（mol·L－1）x0.5x0.5x
平衡浓度（mol·L－1）1.0－x0.5x0.5x
＝0.1，解得x≈0.17，故可知HX的分解率为
×100%＝17%。
考点 平衡转化率与化学平衡常数计算的综合
题点 已知平衡常数计算平衡转化率
题组3 化学平衡常数、平衡转化率的综合判断
9.在25℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表，下列说法错误的是（ ）
物质
X
Y
Z
初始浓度/mol·L－1
0.1
0.2
0
平衡浓度/mol·L－1
0.05
0.05
0.1
A.反应达到平衡时，X的转化率为50%
B.反应可表示为X（g）＋3Y（g）2Z（g），其平衡常数为1600mol－2·L2
C.增大压强，平衡常数增大
D.改变温度可以改变此反应的平衡常数
答案 C
解析 相同时间内X、Y、Z的浓度变化之比为（0.1－0.05）∶（0.2－0.05）∶0.1＝1∶3∶2，X和Y为反应物，Z为生成物，所以该反应的化学方程式为X（g）＋3Y（g）2Z（g）。
平衡常数K＝
＝1600mol－2·L2，故B项正确；平衡时X的转化率为α（X）＝
×100%＝50%，故A项正确；化学平衡常数只与温度有关，与压强无关，故C项不正确，D项正确。
考点 平衡转化率与化学平衡常数计算的综合
题点 已知初始浓度和平衡浓度计算平衡转化率和平衡常数
10.某温度下，H2（g）＋CO2（g）H2O（g）＋CO（g）的平衡常数K＝
。
该温度下，在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中投入H2（g）和CO2（g），起始浓度如下表所示：
起始浓度
甲
乙
丙
c（H2）/mol·L－1
0.010
0.020
0.020
c（CO2）/mol·L－1
0.010
0.010
0.020
下列判断不正确的是（ ）
A.平衡时，乙中CO2的转化率大于60%
B.平衡时，甲中和丙中H2的转化率均是60%
C.平衡时，丙中[CO2]是甲中的2倍，是0.012mol·L－1
D.反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢
答案 C
解析 甲和丙中反应物的起始浓度c（H2）∶c（CO2）＝1∶1，乙中反应物的起始浓度c（H2）∶c（CO2）＝2∶1，所以平衡时，乙中CO2的转化率大于甲中CO2的转化率，甲和丙中H2的转化率等于CO2的转化率，设甲平衡时H2的转化率为α，则
H2（g）＋ CO2（g）H2O（g）＋CO（g）
起始浓度（mol·L－1）0.0100.01000
转化浓度（mol·L－1）0.010α0.010α0.010α0.010α
平衡浓度（mol·L－1）0.010－0.010α0.010－0.010α0.010α0.010α
K＝
＝
＝
α＝60%
平衡时，丙中[CO2]＝0.02mol·L－1－0.02mol·L－1×60%＝0.008mol·L－1，甲中[CO2]＝0.01mol·
L－1－0.01mol·L－1×60%＝0.004mol·L－1，丙中[CO2]为甲中的2倍，但不是0.012mol·L－1，故C项不正确；丙的反应物浓度大于甲和乙反应物的浓度，其他条件相同时，丙中的反应速率最快，甲中反应速率最慢。
考点 平衡转化率与化学平衡常数计算的综合
题点 已知平衡常数和初始浓度计算平衡转化率
[综合强化]
11.在5L的密闭容器中充入2mol气体A和1mol气体B，一定条件下发生反应2A（g）＋B（g）2C（g）。
达到平衡时，在相同温度下测得容器内混合气体的压强是反应前的
，则A的转化率为（ ）
A.67%B.50%
C.25%D.5%
答案 B
解析 同温同体积时，气体的物质的量之比等于压强之比，故反应后混合气体的物质的量为（2＋1）mol×
＝2.5mol，再由“三段式”法可求得反应中A的消耗量为1mol，所以A的转化率为
×100%＝50%。
考点 平衡转化率
题点 平衡转化率的计算
12.将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：
①NH4I（s）NH3（g）＋HI（g）；②2HI（g）H2（g）＋I2（g）。
达到平衡时，[H2]＝0.5mol·L－1，[HI]＝4mol·L－1，则此温度下反应①的平衡常数的数值为（ ）
A.9B.16
C.20D.25
答案 C
解析 由H2和HI的平衡浓度可推算出①反应生成的HI和NH3的浓度均为0.5mol·L－1×2＋4mol·L－1＝5mol·L－1，由于NH3没有转化，其平衡浓度仍为5mol·L－1，而HI的平衡浓度由题意可知为4mol·L－1，则①的平衡常数K1＝[NH3][HI]＝5×4mol2·L－2＝20mol2·L－2。
考点 化学平衡常数
题点 化学平衡常数的计算
13.在某温度下，将H2和I2各0.1mol的气态混合物充入10L的密闭容器中，发生反应H2（g）＋I2（g）2HI（g），连续测定c（I2）的变化，5s时测定c（I2）＝0.0080mol·L－1并保持不变。
则：
（1）反应的平衡常数的表达式是K＝________。
（2）此温度下，平衡常数的值为________。
（3）若在此温度下，在10L的密闭容器中充入0.2molHI气体，达到平衡时，HI的转化率为________。
答案
（1）
（2）0.25 （3）80%
解析
（2）平衡时[I2]＝0.0080mol·L－1
[H2]＝0.0080mol·L－1
[HI]＝0.0040mol·L－1
K＝
＝0.25。
（3）设生成的H2的浓度为xmol·L－1，
2HI（g） H2（g）＋I2（g）
起始（mol·L－1）0.0200
平衡（mol·L－1）0.02－2xxx
K′＝
＝
x＝0.008
α（HI）＝
×100%＝80%。
考点 平衡转化率与化学平衡常数计算的综合
题点 已知初始浓度和平衡浓度计算平衡转化率和平衡常数
14.将不同物质的量的H2O（g）和CO分别通入体积为2L的恒容密闭容器中，发生反应：
H2O（g）＋CO（g）CO2（g）＋H2（g） ΔH，得到如下数据：
实验
温度/℃
起始量/mol
平衡量/mol
H2O
CO
CO
H2
Ⅰ
650
2
4
2.4
1.6
Ⅱ
900
1
2
1.6
0.4
Ⅲ
900
2
1
a
b
（1）由表中数据可知该反应的ΔH____
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