学年高中化学同步讲练222 平衡转化率2鲁科版选修4.docx
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学年高中化学同步讲练222平衡转化率2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。
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)
解析 设NO2的物质的量为1mol,则SO2的物质的量为2mol,参加反应的NO2的物质的量为xmol。
NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)
起始量(mol)1200
转化量(mol)xxxx
平衡量(mol)1-x2-xxx
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=0.45mol·L-1。
若此温度下,在容积为10.0L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0.150mol·L-1。
PCl5的起始浓度是__________。
答案
(1)K=
(2)0.2mol·L-1
K=
=
mol·L-1
=0.45mol·L-1,x=0.2mol·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。
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0.10mol的气体混合物充入10L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%。
解析 设氢气的转化率为x。
H2(g) + I2(g) 2HI(g)
起始浓度(mol·L-1)0.010.010
转化浓度(mol·L-1)0.01x0.01x0.02x
平衡浓度(mol·L-1)0.01-0.01x0.01-0.01x0.02x
K=
=
=0.25
解得x=20%。
4.在容积可变的密闭容器中,2molN2和8molH2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%。
解析 N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
起始物质的量(mol)280
转化物质的量(mol)2/324/3
平衡物质的量(mol)4/364/3
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ab00
变化量mxnxpxqx
平衡量a-mxb-nxpxqx
(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
(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0.10mol的气态混合物充入10L的密闭容器中充分反应,达到平衡后,测得[H2]=0.0080mol·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]=
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。
(1)设平衡时SO2的浓度为xmol·L-1
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
因为温度不变,平衡常数不变,K=1
则
=1,y=
平衡浓度:
[SO2]=3mol·L-1-
mol·L-1
=
mol·L-1
[NO2]=2mol·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1200℃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(H2)
α(CO2)
①
0.0100
0.0100
60%
60%
②
0.0100
0.0120
54%
65%
③
0.0100
0.0080
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。
(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
2mol
1mol
2mol
1mol
B
1mol
1mol
2mol
2mol
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.①③B.②④C.①④D.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。
—
1.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
2.在甲、乙两容器中各盛一定量的碳和二氧化碳(甲:
12gC,22gCO2;乙:
20gC,22gCO2),在同温同压下进行反应,达到平衡时,两容器中二氧化碳的转化率的关系( )
A.甲>乙B.甲<乙
C.甲=乙D.不能确定
答案 C
3.在557℃时,密闭容器中进行下列反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。
若CO起始浓度为2mol·L-1,水蒸气浓度为3mol·L-1,达到平衡时,测得CO2的浓度为1.2mol·L-1。
则该反应中CO的转化率是____________,水蒸气的转化率是__________。
答案 60% 40%
4.在密闭容器中,将NO2加热到某温度时,可进行如下反应:
2NO2(g)2NO(g)+O2(g),达平衡时各物质的浓度分别是[NO2]=0.06mol·L-1,[NO]=0.24mol·L-1,[O2]=0.12mol·L-1。
试求:
(1)该温度下反应的平衡常数。
(2)开始时NO2的浓度。
(3)NO2的转化率。
答案
(1)1.92mol·L-1
(2)0.3mol·L-1 (3)80%
解析
(1)K=
=
=1.92mol·L-1。
(2) 2NO2(g)2NO(g)+O2(g)
得:
c0(NO2)=0.3mol·L-1
(3)α(NO2)=
×100%=80%。
[基础过关]
一、平衡转化率的求算
1.在一定温度下,将100molN2、H2的混合气体充入密闭的恒压容器中反应,达平衡时,测得反应后混合气体的密度是反应前混合气体密度的1.25倍,且反应后混合气体的平均式量为15.5,则平衡时,N2转化的百分率为( )
A.20%B.25%C.30%D.40%
答案 B
解析 设起始N2物质的量为a,H2物质的量为b,反应掉N2物质的量为x,依题意:
N2 + 3H22NH3
起始:
ab0
转化:
x3x2x
平衡:
a-xb-3x2x
解之得:
α(N2)=
×100%=25%。
2.在容积为1L的密闭容器中,加入5molA物质,在一定条件下同时发生下列两个反应:
(1)2A(g)2B(g)+C(g);
(2)A(g)C(g)+D(g)。
当达到平衡时,测得[A]=2.5mol·L-1,[C]=2.0mol·L-1。
则下列说法中正确的是( )
A.达到平衡时A的总转化率为40%
B.达到平衡时[B]为1.