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第二节 化学平衡
第5课时
平衡常数的应用、平衡转化率的分析
第二章 化学反应速率与化学平衡
学习目标
1. 熟练掌握平衡常数的应用。
2. 掌握平衡转化率的分析。
复习回顾
1. 概念：在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，称为化学平衡常数，简称平衡常数，用符号K 表示。
2. 表达式：对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，当该反应在一定温度下达到平衡时， 。
化学平衡常数
=
生成物浓度幂之积
反应物浓度幂之积
K
3. 化学平衡常数的影响因素
（1）内因：化学反应本身的性质。
（2）外因：在化学方程式一定的情况下，K只受温度影响，与压强、起始浓度、起始反方向均无关。
新知梳理
一、平衡常数的应用
1. 衡量可逆反应进行的程度
K值大小是可逆反应进行程度（即反应限度）的标志，能够表示出可逆反应进行的完全程度，K值越大，说明反应进行得越完全。一般来说，一个反应的K＞105，通常认为反应可以进行得比较完全；相反，若一个反应K＜10-5，则认为这个反应很难进行。
2. 判断可逆反应的反应状态：是否达到平衡或不平衡进行的方向。
例如对于可逆反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)在一定温度下的任意状态浓度商Q = 。若Q＜K，反应向正反应方向进行；若Q＞K，反应向逆反应方向进行；若Q＝K ，反应处于平衡状态。
3. 判断可逆反应的热效应
若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应； K值减小，则正反应为放热反应。若降低温度， K值增大，则正反应为放热反应； K值减小，则正反应为吸热反应。
4. 利用平衡常数进行相关计算：三段式法求反应物和生成物的物质的量、体积分数，反应物的转化率等。
如：已知K值，求转化率。
【例题】在容积不变的密闭容器中，将 2.0 mol CO 与 10 mol H2O混合加热到 830 ℃，达到下列平衡：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) 此时该反应的 K 为1.0。求达到平衡时CO转化为CO2的转化率。
【解】设到达平衡时CO转化为CO2的物质的量为 x mol，容器的容积为y L。
CO(g) ＋ H2O(g) CO2(g) ＋ H2(g)
起始浓度/(mol·L－1) 2.0/y 10/y 0 0
变化浓度/(mol·L－1) x/y x/y x/y x/y
平衡浓度/(mol·L－1) (2.0－x)/y (10－x)/y x/y x/y
K＝
c(CO2)·c(H2)
c(CO)·c(H2O)
( )
x 2
y
( )
2.0－x
y
( )
y
10－x
·
＝
＝1.0
x2＝(2.0－x)(10－x)＝20－12x＋x2
x＝
CO转化为CO2的转化率为：
×100 %＝83 %
二、平衡转化率的分析
1. 概念：平衡转化率指可逆反应达到平衡时某反应物的变化量与起始量之比。
2. 表达式：对于可逆反应
3. 平衡转化率的变化规律
转化率（α） = ×100%
反应物的转化量(n、V、m 、c )
反应物的起始量(n、V、m 、c )
其他条件不变时，改变温度或改变压强(改变容器体积)
①平衡正向移动，α(反应物)一定增大。
②平衡逆向移动，α(反应物)一定减小。
（1）温度、压强对平衡转化率的影响
①若反应物只有一种：aA(g) bB(g)＋cC(g)
气体计量数关系 A的转化率
b. 恒温恒容时，增加A的量，平衡正向移动，α(A)变化如下：
（2）浓度对平衡转化率的影响
a. 恒温恒压时，增加A的量，平衡正向移动，α(A)不变。
a＝b＋c
a > b＋c
a < b＋c
不变
增大
减小
②若反应物不只一种：aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)
a. 其他条件不变时，增加A的量，平衡正向移动，α(B)增大，α(A)减小。
b. 恒温恒压时，若按原比例同倍数增加A和B，平衡正向移动，α(A)、α(B)不变。
气体计量数关系 A(或B)的转化率
c. 恒温恒容时，若aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g) 按原比例同倍数增加A和B，平衡正向移动，反应物的转化率变化如下：
a＋b＝c＋d
a＋b>c＋d
a＋b不变
均增大
均减小
规律总结：平衡移动方向看浓度；转化率变化看压强。
【理论分析】
2SO2+O2 2SO3
恒温恒压时
4 mol SO2
2 mol O2
2 mol SO2
1 mol O2
2 mol SO2
1 mol O2
4 mol SO2
2 mol O2
放缩法
恒压
与加入2 mol SO2 、1 mol O2相比，恒压下加入4 mol SO2 、2 mol O2 平衡不移动，反应物转化率不变。
4 mol SO2
2 mol O2
恒温恒容时
2 mol SO2
1 mol O2
2 mol SO2
1 mol O2
2 mol SO2
1 mol O2
2 mol SO2
1 mol O2
4 mol SO2
2 mol O2
V↓
加压
与加入2 mol SO2 、1 mol O2相比，恒容下加入4 mol SO2 、2 mol O2 相当于加压，平衡正向移动，反应物转化率增大。
2SO2+O2 2SO3
放缩法
2 mol H2
2 mol I2
1 mol H2
1 mol I2
1 mol H2
1 mol I2
V↓
加压
与加入1 mol H2和1 mol I2(g)相比，恒容下加入2 mol H2和2 mol I2(g)相当于加压，平衡不移动，反应物转化率不变。
平衡不移动
2 mol H2
2 mol I2
恒温恒容时
放缩法
2HI (g) H2(g)+I2(g)
随堂检测
1. 请根据平衡常数判断该反应的进行程度：
【解析】因为化学平衡是反应进行的最大限度。因此我们可以根据平衡常数的数值大小判断反应进行的程度，估计反应的可能性。以上意味着298 K时，N2和O2基本上没有进行反应，反之NO分解的逆反应在该温度下将几乎完全进行，平衡时NO实际上全部分解为N2和O2。
N2(g)＋O2(g) 2NO(g) K＝1×10-30 (298 K)
该反应很难进行。
2. 在3H2(g)+N2(g) 2NH3(g)的平衡体系中，其他条件不变，增大c(N2)，则正确的是 ( )
A. N2的转化率不变
B. H2的转化率增大
C. 氨气在平衡混合气体中的含量一定增大
D. 氨气在平衡混合气体中的物质的量增大
BD
3. 反应X(g)＋Y(g) 2Z(g)　ΔH＜0，在密闭容器中充入 0.1 mol X和 0.1 mol Y，达到平衡时，下列说法不正确的是( )
A. 减小容器体积，平衡不移动，X的转化率不变
B. 增大c(X)，X的转化率减小
C. 保持容器体积不变，同时充入0.1 mol X和0.2 mol Y，X的转化率增大
D. 加入催化剂，正反应速率增大，Z的产率增大
D
【解】设CO的转化浓度为x mol·L－1，则：
2.0 2.0 0 0
x x x x
2.0－x 2.0－x x x
起始浓度
K＝c(CO2)c(H2)/[c(CO)c(H2O)] ＝x2 / (2.0－x)2＝1.22/0.82＝2.25
α＝x /2.0＝0.60 x＝1.2
4. 在 749 K 反应CO(g)＋H2O (g) CO2(g)＋H2(g) ，当CO(g)、H2O (g)的 起始浓度都为 2.0 mol/L时，达平衡后CO的转化率为 60 %，求该反应的化学平衡常数K。
CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
转化浓度
平衡浓度
本节内容结束

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