2020版化学鲁科版选修4学案：第2章 第2节 第2课时 平衡转化率 .docx

第2课时平衡转化率核心素养发展目标1.证据推理：知道平衡转化率的含义，理解用平衡转化率表示化学反应限度的方法。2.模型认知：构建化学平衡计算的思维模型，并运用模型进行平衡常数、平衡浓度、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(A)100%注意平衡转化率与平衡常数均能定量表示化学反应进行的程度，但平衡常数不直观，转化率能更直观地表示化学反应进行的程度。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ABC初始浓度/molL1230平衡浓度/molL11.51.51则A的平衡转化率为_，B的平衡转化率为_。答案25%50%解析A100%25%，B100%50%。考点平衡转化率的概念及表达式题点平衡转化率的简单计算(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4 mol SO2与2 mol O2进行下列反应： 2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H196.64 kJ mol1，当放出314.624 kJ热量时，SO2的转化率为()A40% B50% C80% D90%答案C解析根据放出314.624 kJ的热量可知参加反应的SO2的物质的量为23.2 mol，故SO2的转化率为100%80%。考点平衡转化率的概念及表达式题点平衡转化率的简单计算二、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 a b 0 0变化量 mx nx px qx平衡量 amx bnx px qx(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0.1 mol的SO2(g)和0.06 mol O2(g)注入体积为2 L的密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中有0.08 mol SO3(g)，则在该温度下：(1)此反应的平衡常数为_。(2)SO2(g)和O2(g)的平衡转化率为_，_。答案(1)1 600 mol1L(2)80%66.7%解析(1)2SO2(g)O2(g)2SO3(g)初始浓度(molL1) 0.0500.0300转化浓度(molL1) 0.0400.0200.040平衡浓度(molL1) 0.0100.0100.040K1 600 mol1L。(2)(SO2)100%80%；(O2)100%66.7%。考点平衡转化率与平衡常数的计算题点平衡转化率与平衡常数计算的综合例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2 molL1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%，则在该温度下：(1)此反应的平衡常数为_。(2)在上述温度下，若SO2(g)的初始浓度增大到3 molL1，NO2(g)的初始浓度仍为2 molL1，达到化学平衡状态时，计算下列各物质的浓度及SO2和NO2的平衡转化率。SO3_ molL1，SO2_ molL1。(SO2)_，(NO2)_。答案(1)1(2)1.21.840%60%解析(1)设平衡时SO2的浓度为x molL1 SO2(g)NO2(g)SO3(g)NO(g)初始浓度(molL1) 2 2 0 0平衡浓度(molL1) x x 2x 2x由题意可知100%50%，x1，K1。(2)设达平衡时NO的浓度为y molL1 SO2(g)NO2(g)SO3(g)NO(g)初始浓度(molL1) 3 2 0 0平衡浓度(molL1) 3y 2y y y因为温度不变，平衡常数不变，K1则1，y1.2平衡浓度：SO31.2 molL1，SO23 molL11.2 molL11.8 molL1(SO2)100%40%；(NO2)100%60%。考点平衡转化率与平衡常数的计算题点平衡转化率与平衡常数计算的综合思维启迪(1)相同温度下，可以从平衡条件求出化学平衡常数，利用平衡常数求出平衡条件下的有关量。(2)当按照化学计量数之比投入反应物时，反应物转化率相同。(3)多种反应物参加反应时，提高一种反应物的浓度，可以提高其他反应物的转化率，而该反应物本身的转化率会减小。 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。在上述温度中HI的转化率最高是在()A490 B425 C350 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。考点平衡转化率的概念及表达式题点平衡转化率的概念及与温度的关系2在恒容密闭容器中，CO与H2发生反应CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H<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，H<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。考点平衡转化率的概念及表达式题点平衡转化率的概念及与温度等的关系3某温度下，向容积为2 L的密闭反应器中充入0.10 mol SO3，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()A3.2103 B1.6103C8.0102 D4.0102答案A解析 2SO2(g)O2(g)2SO3(g)c(始)/molL1 0 0 0.05c(变)/molL1 0.01 0.005 0.01c(平)/molL1 0.01 0.005 0.04K3.2103 mol1L。考点平衡转化率和平衡常数的计算题点平衡转化率与平衡常数计算的综合4在773 K时，CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)的平衡常数K9，若CO、H2O的起始浓度均为0.020 molL1，则在此条件下CO的转化率是()A60% B50% C75% D25%答案C解析设达到平衡时CO转化的浓度为x molL1，则平衡时COH2O(0.020x)molL1，CO2H2x molL1。K9，解得x0.015，则CO的转化率为100%75%。考点平衡转化率和平衡常数的计算题点平衡转化率与平衡常数计算的综合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()与体系总压强(p)的关系如图所示。根据图示回答下列问题：将2.0 mol SO2和1.0 mol O2置于10 L密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0.10 MPa，该反应的平衡常数等于_。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)800 mol1L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)由图示可知：当p0.10 MPa时，0.80。 2SO2(g)O2(g)2SO3(g)起始浓度/molL1 0.2 0.1 0转化浓度/molL1 0.16 0.08 0.16平衡浓度/molL1 0.04 0.02 0.16K800 mol1L。平衡状态由A变到B时，温度不变，K(A)K(B)。考点平衡转化率和平衡常数的计算题点平衡常数与平衡转化率计算的综合6将等物质的量的CH4和H2O(g)充入1 L恒容密闭容器中，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K27 mol2L2，此时测得CO的物质的量为0.10 mol，则CH4的平衡转化率为(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x mol CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)起始浓度(molL1) x x 0 0转化浓度(molL1) 0.10 0.10 0.10 0.30平衡浓度(molL1) x0.10 x0.10 0.10 0.3027 mol2L2解得x0.11，CH4的平衡转化率为100%91%。考点平衡转化率和平衡常数的计算题点平衡常数与平衡转化率计算的综合题组一平衡转化率与化学平衡常数的变化判断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)H<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(X)(Y)，错误；B项，该反应H<0，即放热反应，升高温度K值减小，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。考点平衡转化率与平衡常数的概念与应用题点平衡转化率与平衡常数的表达与意义2某温度下，2A(g)B(g)3C(g)的平衡常数K1.0，下列说法正确的是()AK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BK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DK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。考点平衡转化率与平衡常数的概念与应用题点平衡转化率与平衡常数的表达与意义题组二平衡转化率的计算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)1 molL1，c0(N)2.4 molL1；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()A0.25 B0.5 C1 D2答案B解析M(g)N(g)P(g)Q(g)初始浓度(molL1) 1 2.4 0 0转化浓度(molL1) 0.6 0.6 0.6 0.6平衡浓度(molL1) 0.4 1.8 0.6 0.6K0.5。考点平衡转化率与平衡常数的计算题点平衡转化率与平衡常数计算的综合4在一定温度时，4 mol A在2 L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()A4 mol2L2 B3 mol2L2C2 mol2L2 D1 mol2L2答案A解析 A(g)2B(g)C(g)初始浓度/molL1 2 0 0转化浓度/molL1 1 2 1平衡浓度/molL1 1 2 1K4 mol2L2。考点平衡转化率与平衡常数的计算题点平衡转化率与平衡常数计算的综合5将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：NH4I(s)NH3(g)HI(g)；2HI(g)H2(g)I2(g)。达到平衡时，H20.5 molL1，HI4 molL1，则此温度下反应的平衡常数的数值为()A9 B16 C20 D25答案C解析由H2和HI的平衡浓度可推算出反应生成的HI和NH3的浓度均为0.5 molL124 molL15 molL1，由于NH3没有转化，其平衡浓度仍为5 molL1，而HI的平衡浓度由题意可知为4 molL1，则的平衡常数K1NH3HI54 mol2L220 mol2L2。考点平衡转化率与平衡常数的计算题点平衡常数的计算6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K1。若在2 L的密闭容器中充入1 mol CO和1 mol H2O相互混合并加热到800 ，则CO的转化率为 ()A40% B50% C60% D83.3%答案B解析设CO的转化率为xCO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)n(始)/mol 1 1 0 0n(变)/mol x x x xn(平)/mol 1x 1x x x由K知： 1解得：x50%。考点平衡转化率与平衡常数的计算题点平衡转化率与平衡常数计算的综合7在一定温度下的密闭容器中，加入1 mol CO和1 mol H2O发生反应：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)，达到平衡时测得n(H2)0.5 mol，下列说法不正确的是()A在该温度下，反应的平衡常数K1B平衡常数与反应温度无关CCO的平衡转化率为50%D平衡时n(H2O)0.5 mol答案B解析CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)起始/mol 1 1 0 0转化/mol 0.5 0.5 0.5 0.5平衡/mol 0.5 0.5 0.5 0.5由化学方程式及以上数据判断可得A、C、D项正确。平衡常数与反应温度有关，B项错误。考点平衡转化率与平衡常数的计算题点平衡转化率与平衡常数计算的综合8在容积可变的密闭容器中，2 mol N2和9 mol H2在一定条件下发生反应，达到平衡时，H2的转化率为25%，则平衡时氨气的体积分数接近于()A5% B10% C16% D20%答案C解析N23H2 2NH3初始物质的量(mol) 2 9 0转化物质的量(mol) x 3x 2x平衡物质的量(mol) 2x 93x 2x100%25%，x0.75平衡时NH3的体积分数为100%16%。考点平衡转化率与平衡常数的计算题点平衡转化率的计算9在5 L的密闭容器中充入2 mol气体A和1 mol 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()A67% B50% C25% D5%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(21)mol2.5 mol，再由“三段式”法可求得反应中A的消耗量为1 mol，所以A的转化率为100%50%。考点平衡转化率与平衡常数的计算题点平衡转化率的计算10在一定温度下，反应H2(g)X2(g)HX(g)的平衡常数为10。若将1.0 mol的HX(g)通入体积为1.0 L 的密闭容器中，在该温度时HX(g)的最大分解率接近于()A5% B17% C25% D33%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K0.1。设在该温度下HX(g)的分解反应达平衡后其减小的浓度为x molL1。HX(g)H2(g)X2(g)起始浓度(molL1) 1.0 0 0转化浓度(molL1) x 0.5x 0.5x平衡浓度(molL1) 1.0x 0.5x 0.5x0.1，解得x0.17，故可知HX的分解率为100%17%。考点平衡转化率与平衡常数的计算题点平衡转化率与平衡常数计算的综合题组三化学平衡常数、平衡转化率的综合判断11(2018咸阳高二质检)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所示：物质XYZ初始浓度/molL10.10.20平衡浓度/molL10.050.050.1下列说法错误的是()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1 600 mol2L2C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X、Y、Z的浓度变化量分别为0.05 molL1、0.15 molL1、0.1 molL1，且X、Y的浓度减小，Z的浓度增大，所以该反应的化学方程式为X(g)3Y(g)2Z(g)；X的转化率为100%50%，平衡常数K mol2L21 600 mol2L2；平衡常数只受温度的影响，不受压强和浓度的影响。考点平衡转化率与平衡常数的计算题点平衡转化率与平衡常数的综合12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)/molL10.0100.0200.020c(CO2)/molL10.0100.0100.020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0.012 molL1D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)11，乙中反应物的起始浓度c(H2)c(CO2)21，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，则 H2(g) CO2(g) H2O(g)CO(g)起始浓度(molL1) 0.010 0.010 0 0转化浓度(molL1) 0.010 0.010 0.010 0.010平衡浓度(molL1) 0.0100.010 0.0100.010 0.010 0.010K解得60%平衡时，丙中CO20.02 molL10.02 molL160%0.008 molL1，甲中CO20.01 molL10.01 molL160%0.004 molL1，丙中CO2为甲中的2倍，但不是0.012 molL1，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。考点平衡转化率与平衡常数的计算题点平衡转化率与平衡常数计算的综合13(2018攀枝花十二中月考)在一定温度下，将0.4 mol A(g)和0.2 mol B(g)充入1 L的恒容密闭容器发生反应：2A(g)B(g)xC(g)(x是化学计量数)，达平衡时测得C(g)的浓度为0.060 molL1，B(g)的物质的量为0.14 mol。下列说法中正确的是()Ax2B达平衡时A的转化率为40%C该温度下该反应的化学反应平衡常数K1 mol2L2D反应前容器内的压强与平衡后容器内的压强之比为54答案D解析达平衡时测得C(g)的浓度为0.060 molL1，C的物质的量是0.06 mol，B(g)的物质的量为0.14 mol，消耗B是0.2 mol0.14 mol0.06 mol，所以x1，A项错误；2A(g)B(g)C(g)起始量/mol 0.4 0.2 0转化量/mol 0.12 0.06 0.06平衡量/mol 0.28 0.14 0.06达平衡时A的转化率为100%30%，B项错误；该温度下该反应的化学反应平衡常数K mol2L21 mol2L2，C项错误；反应前容器内的压强与平衡后容器内的压强之比为(0.40.2)(0.280.140.06)54，D项正确。考点平衡转化率与平衡常数的计算题点平衡转化率与平衡常数计算的综合14在某温度下，将H2和I2各0.1 mol的气态混合物充入10 L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，5 s 时测定c(I2)0.008 0 molL1并保持不变。则：(1)该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10 L的密闭容器中充入0.2 mol HI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I20.008 0 molL1H20.008 0 molL1HI0.004 0 molL1K0.25。(3)设生成的H2的浓度为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%。考点平衡转化率与平衡常数的计算题点平衡转化率与平衡常数计算的综合15工业上合成氨气的反应为N2(g)3H2(g)2NH3(g)H<0。现将10 mol N2和26 mol H2置于容积可变的密闭容器中，N2的平衡转化率()与体系总压强(p)、温度(T)的关系如图所示。回答下列问题：(1)反应达到平衡状态B时，容器的容积为10 L，则T1时，合成氨反应的平衡常数K_mol2L2。(2)平衡状态由A变到C时，对应的平衡常数K(A)_(填“>”“<”或“”)K(C)。答案(1)0.025(2)>解析(1)根据B点数据计算T1时的化学平衡常数 N2(g) 3H2(g)2NH3(g)起始物质的量(mol) 10 26 0转化物质的量(mol) 100.20 6 4平衡物质的量(mol) 8 20 4化学平衡常数K0.025 mol2L2。(2)C点B点压强不变，由T2T1，N2的平衡转化率增大，则化学平衡常数也增大，即K(B)>K(C)，而温度不变，化学平衡常数不变，故K(A)>K(C)。考点平衡转化率与平衡常数的计算题点平衡转化率与平衡常数计算的综合16将不同物质的量的H2O(g)和CO分别通入体积为2 L的恒容密闭容器中，发生反应：H2O(g)CO(g)CO2(g)H2(g)H，得到如下数据：实验温度/起始量/mol平衡量/molH2OCOCOH2650242.41.6900121.60.490021ab(1)由表中数据可知该反应的H_(填“>”或“<”)0。(2)650 时，若在此容器中开始充入2 mol H2O(g)、1 mol CO、1 mol CO2和2 mol H2，则反应在开始时向_(填“正向”或“逆向”)进行。(3)实验中a_，达平衡时实验和实验中H2O(g)的转化率的大小关系为2(H2O)_(填“>”“<”或“”)3(H2O)。答案(1)<(2)正向(3)0.6>解析(1)650 时， H2O(g)CO(g)CO2(g)H2(g)起始浓度(molL1) 1 2 0 0转化浓度(molL1) 0.8 0.8 0.8 0.8平衡浓度(molL1) 0.2 1.2 0.8 0.8化学平衡常数K1900 时，化学平衡常数K2升高温度K减小，故H<0。(2)Q1<K1故反应开始时正向进行。(3)和两平衡，温度和容器体积相同，且化学方程式的化学计量数均为1，因此和的平衡状态完全相同。故b0.4，a10.40.6。相同温度下，起始反应H2O(g)与CO(g)的物质的量之比越大，H2O(g)的转化率越小，故2(H2O)>3(H2O)。考点平衡转化率与平衡常数的计算题点平衡转化率与平衡常数计算的综合