高中化学同步讲练：2.2.2 平衡转化率2（鲁科版选修4）.doc

精品资料www.ks5u.com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)H>0。在一定条件下，将NO2与SO2以体积比12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16，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1 mol，则SO2的物质的量为2 mol，参加反应的NO2的物质的量为x mol。NO2(g)SO2(g)SO3(g)NO(g)起始量(mol) 1 2 0 0转化量(mol) x x x x平衡量(mol) 1x 2x x x由题意可知，解得x0.8K。2PCl5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K0.45 mol·L1。若此温度下，在容积为10.0 L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0.150 mol·L1。PCl5的起始浓度是_。答案(1)K(2)0.2 mol·L1K mol·L10.45 mol·L1，x0.2 mol·L1。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105，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(A)×100%B的平衡转化率(B)×100%3在某温度下，将H2和I2各0.10 mol的气体混合物充入10 L 的密闭容器中，充分反应，达到下列平衡：H2(g)I2(g)2HI(g)，K0.25。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·L1) 0.01 0.01 0转化浓度(mol·L1) 0.01x 0.01x 0.02x平衡浓度(mol·L1) 0.010.01x 0.010.01x 0.02xK0.25解得x20%。4在容积可变的密闭容器中，2 mol N2和8 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) 2 8 0转化物质的量(mol) 2/3 2 4/3平衡物质的量(mol) 4/3 6 4/3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 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0.10 mol的气态混合物充入10 L 的密闭容器中充分反应，达到平衡后，测得H20.008 0 mol·L1。(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。K0.25。(2)(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2 mol·L1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3 mol·L1，NO2(g)的初始浓度仍为2 mol·L1，试求达到化学平衡时各物质的浓度。答案(1)1(2)SO3NO mol·L1，SO2 mol·L1，NO2 mol·L1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x mol·L1由题意可知×100%50%，x1，K1。(2)设达平衡时NO的浓度为y mol·L1因为温度不变，平衡常数不变，K1则1，y平衡浓度：SO23 mol·L1 mol·L1 mol·L1NO22 mol·L1 mol·L1 mol·L1SO3NO mol·L1。探究点二平衡转化率的影响因素1在1 200 时测得反应CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)达平衡时，K2.25。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·L1)H2(mol·L1)(H2)(CO2)0.010 00.010 060%60%0.010 00.012 054%65%0.010 00.008 066%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ab，则(A)(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A2 mol1 mol2 mol1 molB1 mol1 mol2 mol2 mol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()A的转化率为甲<丙<乙<丁A的转化率为甲<乙<丙<丁B的转化率为甲>乙>丙>丁B的转化率为丁>乙>丙>甲A B C D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B2在甲、乙两容器中各盛一定量的碳和二氧化碳(甲：12 g C,22 g CO2；乙：20 g C,22 g CO2)，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C3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2 mol·L1，水蒸气浓度为3 mol·L1，达到平衡时，测得CO2的浓度为 1.2 mol·L1。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NO20.06 mol·L1，NO0.24 mol·L1，O20.12 mol·L1。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)1.92 mol·L1(2)0.3 mol·L1(3)80%解析(1)K1.92 mol·L1。(2)2NO2(g)2NO(g)O2(g)得：c0(NO2)0.3 mol·L1(3)(NO2)×100%80%。基础过关一、平衡转化率的求算1在一定温度下，将100 mol N2、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()A20% B25% C30% D40%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：N23H22NH3起始： a b 0转化： x 3x 2x平衡： ax b3x 2x解之得：(N2)×100%25%。2在容积为1 L的密闭容器中，加入5 mol A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A2.5 mol·L1，C2.0 mol·L1。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1.0 mol·L1C达到平衡时B2DD达到平衡时D2B答案B解析设反应(1)有物质的量为a的A发生转化，反应(2)中有物质的量为b的A发生转化，则2A(g)2B(g)C(g)转化 a a A(g)C(g)D(g)转化 b b b则由题意可知，5 mol(ab)2.5 mol·L1×1 L，即ab2.5 mol；b2.0 mol·L1×1 L，即b2.0 mol，联立两式解得a1.0 mol，b1.5 mol。达平衡时A的总转化率×100%50%，故A不正确；B1.0 mol·L1，故B选项正确；B1.0 mol·L1，D1.5 mol·L1，故C、D选项均不正确。二、平衡转化率大小比较与判断3某温度下，将2 mol A和3 mol B充入一密闭容器中，发生反应：aA(g)B(g)C(g)D(g)，5 min后达到平衡。已知该温度下其平衡常数K1，若温度不变时将容器的体积扩大为原来的10倍，A的转化率不发生变化，则()Aa3Ba2CB的转化率为40%DB的转化率为60%答案C解析温度不变，扩大容器体积(相当于减小压强)时，A的转化率不变，说明反应前后气体的体积不变，即a1，A错误，B错误；设达平衡时，B的改变量为x mol，则A、B、C、D的平衡量分别为(2x) mol、(3x) mol、x mol、x mol，设容器体积为1 L，则平衡常数K1x2/(2x)(3x)，解得：x1.2，B的转化率1.2÷340%，所以C正确，D错误。4在相同条件下(T500 K)，有相同体积的甲、乙两容器，甲容器中充入1 mol N2和3 mol H2，乙容器中充入2 mol N2和3 mol H2，下列叙述正确的是()A化学反应速率甲>乙B平衡后的各物质浓度甲<乙CN2的转化率甲>乙D平衡NH3的体积分数甲<乙答案C解析在同温同体积下，从上述题目中给出的条件可以看出，乙相当于在甲的基础上多充入了1 mol N2，即增大了N2的浓度，反应速率加快，故A选项错误；在甲的基础上再充入1 mol N2，平衡向正反应方向移动，H2的转化率提高，但N2的转化率却减小，C对；至于B答案，最容易出错的就是N2的浓度，平衡虽然在正向移动，只能减弱N2浓度的增大，但不能消除，故平衡后乙容器N2浓度比甲容器的高，NH3的浓度也在增大，但由于H2的转化率增大了，所以H2的浓度比甲中的小，故B错；D选项，乙中增大了N2的物质的量后平衡向正反应方向移动以减弱它的增大，同时生成了少量的NH3，使得NH3的物质的量增加，但增大的幅度远比N2要小，故NH3的体积分数比甲中要小，即D错。三、化学平衡常数、平衡转化率的综合判断5关于平衡常数K，下列说法中正确的是()AK值越大，反应越容易进行B对任一给定的可逆反应，温度升高，K值增大C对可逆反应，K值越大，反应物的转化率越高D加入催化剂或增大反应物浓度，K值将增大答案C6放热反应：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)在温度t1时达到平衡，CO1H2O11.0 mol·L1，其平衡常数为K1。其他条件不变，升高反应体系的温度至t2时，反应物的平衡浓度分别为CO2和H2O2，平衡常数为K2，则()A若增大CO浓度，K2和K1都增大B某一温度下，若增大H2O的浓度，H2O转化率增大，CO转化率减小CCO2H2O2DCO1>CO2答案C解析改变反应体系中任一物质的浓度，平衡常数不变，A项错误；反应物H2O的浓度增大，其转化率减小，CO转化率增大，B项错误；由于原平衡中CO1H2O1，二者在反应方程式中的计量数相等，故新平衡体系中，二者浓度依然相等，C项正确；对于放热反应，升高温度，平衡常数减小，平衡左移，故D项错误。7在298 K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：物质XYZ初始浓度/mol·L10.10.20平衡浓度/mol·L10.050.050.1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X3Y2Z，其平衡常数为1 600C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C选项错误，增大压强不可能使平衡常数增大。其他选项均为平衡中的基础计算和基础知识，关键是根据表中数据(0.10.05)(0.20.05)(0.10)132推导出：X3Y2Z。8某温度下，在一个2 L的密闭容器中，加入4 mol A和2 mol B进行如下反应：3A(g)2B(g)4C(s)2D(g)，反应一段时间后达到平衡，测得生成1.6 mol C，则下列说法正确的是()A该反应的化学平衡常数表达式是KB此时，B的平衡转化率是40%C增大该体系的压强，平衡向右移动，化学平衡常数增大D增加B，平衡向右移动，B的平衡转化率增大答案B解析化学平衡常数的表达式中不能出现固体或纯液体，而物质C是固体，A错误；根据化学方程式可知，平衡时减少的B的物质的量是1.6 mol×0.50.8 mol，所以B的转化率为40%，B正确；增大压强时平衡右移，但平衡常数不变，平衡常数只与温度有关，C错误；增加B后平衡右移，A的转化率增大，而B的转化率减小，D错误。能力提升9二氧化硫和氮的氧化物是常用的化工原料，但也是大气的主要污染物。综合治理其污染是环境化学当前的重要研究内容之一。硫酸生产中，SO2催化氧化生成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：(1)将2.0 mol SO2和1.0 mol O2置于10 L的密闭容器中，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_。(2)平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)_K(B)(填“>”、“<”或“”)。答案(1)800 L·mol1(2)解析(1)从图示可知，当p0.10 MPa时，0.8。K L·mol1800 L·mol1。(2)平衡状态由A变到B时，温度不变，平衡常数不变，故K(A)K(B)。10在常压和500 时把O2和SO2按12体积比混合，如果混合前O2为10 mol，反应达平衡时混合气体中SO3占总体积的91%。求：(1)平衡时O2的物质的量是_。(2)混合气体中SO2占总体积的体积分数是_。(3)SO2的转化率是_。答案(1)0.62 mol(2)6.0%(3)93.8%解析设有物质的量为x的O2转化2SO2(g)O2(g)2SO3(g)起始 20 mol 10 mol 0转化 2x x 2x平衡 20 mol2x 10 molx 2x则×100%91%解得x9.38 mol。(1)n(O2)平10 mol9.38 mol0.62 mol。(2)×100%6.0%。(3)(SO2)×100%93.8%。11煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及产率等问题。已知CO(g)H2O(g)H2(g)CO2(g)的平衡常数随温度的变化如下表：温度/4005008301 000平衡常数K10910.6试回答下列问题：(1)上述反应的正反应是_反应(填“放热”或“吸热”)。(2)某温度下，上述反应达到平衡后，保持容器体积不变升高温度，正反应速率_(填“增大”、“减小”或“不变”)，容器内混合气体的压强_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)830 时，在恒容反应器中发生上述反应，按下表中的物质的量投入反应混合物，其中向正反应方向进行的有_(选填字母)投料ABCDn(CO2)/mol3101n(H2)/mol2101n(CO)/mol1230.5n(H2O)/mol5232(4)在830 时，在2 L的密闭容器中加入4 mol CO(g)和 6 mol H2O(g)达到平衡时，CO的转化率是_。答案(1)放热(2)增大增大(3)BC(4)60%解析(1)由表格可知，升温，化学平衡常数减小，故正反应为放热反应。(2)升高温度，正、逆反应速率均增大；容器体积不变的情况下，升高温度，则容器内混合气体的压强增大。(3)830 时，化学平衡常数为1，即若n(CO2)×n(H2)<n(CO)×n(H2O)，则反应向正反应方向进行，符合此要求的是B、C。(4)830 时，化学平衡常数为1，平衡常数K1，解得x1.2，则CO的转化率×100%60%。拓展探究12联氨(N2H4)及其衍生物是一类重要的火箭燃料。N2H4与N2O4反应能放出大量的热。(1)已知：2NO2(g)N2O4(g)H57.20 kJ·mol1。一定温度下，在密闭容器中反应2NO2(g)N2O4(g)达到平衡。其他条件不变时，下列措施一定能提高NO2转化率的是_。(填字母序号)A减小NO2的浓度B降低温度C保持压强不变，充入N2D升高温度(2)298 K时，1.00 g N2H4(l)与足量N2O4(l)完全反应生成N2(g)和H2O(l)，放出19.14 kJ的热量。则反应2N2H4(l)N2O4(l)=3N2(g)4H2O(l)的H_kJ·mol1。(3)290 K、1.00×105 Pa，密闭容器中N2O4和NO2的混合气体达到平衡时，NO20.030 0 mol·L1、N2O40.012 0 mol·L1。则反应2NO2(g)N2O4(g)的平衡常数K_。(4)现用一定量的Cu与足量的浓HNO3反应，制得1.00 L已达到平衡的N2O4和NO2的混合气体(290 K、1.00×105 Pa)，理论上至少需消耗Cu_g。答案(1)B(2)1 224.96(3)13.3 L·mol1(4)1.73 g解析(3)根据题意知平衡时：N2O40.012 0 mol·L1、NO20.030 0 mol·L1K13.3 L·mol1(4)由(3)可知，在290 K、1.00×105 Pa达到平衡时，1.00 L混合气体中：n(N2O4)N2O4×V0.012 0 mol·L1×1.00 L0.012 0 moln(NO2)NO2×V0.030 0 mol·L1×1.00 L0.030 0 mol则n(NO2)总n(NO2)2n(N2O4)0.054 0 mol由Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O可得m(Cu)×64 g·mol11.73 g。