化學(xué)平衡中的有關(guān)計(jì)算-課件

化學(xué)平衡中的有關(guān)計(jì)算本課件旨在系統(tǒng)講解化學(xué)平衡中的相關(guān)計(jì)算，幫助學(xué)生掌握解決此類問題的基本方法和技巧。我們將從化學(xué)平衡的基本概念出發(fā)，逐步深入到各種類型的計(jì)算題，并通過大量的例題和練習(xí)，幫助學(xué)生鞏固知識(shí)，提高解題能力。本課件內(nèi)容豐富，講解詳細(xì)，適合高中化學(xué)學(xué)習(xí)者使用?；瘜W(xué)平衡概述平衡狀態(tài)化學(xué)平衡是指在一定條件下的可逆反應(yīng)中，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中各組分的濃度不再隨時(shí)間變化的狀態(tài)。平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡，反應(yīng)仍在進(jìn)行，但宏觀性質(zhì)保持不變。重要性化學(xué)平衡是化學(xué)研究的重要組成部分，它不僅是化學(xué)反應(yīng)的終態(tài)，也是化工生產(chǎn)優(yōu)化的基礎(chǔ)。理解化學(xué)平衡原理對(duì)于理解化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)、優(yōu)化反應(yīng)條件、提高生產(chǎn)效率具有重要意義。化學(xué)平衡的定義1可逆反應(yīng)化學(xué)平衡只存在于可逆反應(yīng)中，即可同時(shí)進(jìn)行正向和逆向反應(yīng)的反應(yīng)。并非所有化學(xué)反應(yīng)都能達(dá)到平衡狀態(tài)，只有可逆反應(yīng)才能在一定條件下達(dá)到平衡。2動(dòng)態(tài)平衡化學(xué)平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡，正反應(yīng)和逆反應(yīng)仍在不斷進(jìn)行，但它們的速率相等。這意味著反應(yīng)體系中各組分的濃度保持不變，但并非反應(yīng)停止。3一定條件化學(xué)平衡的達(dá)成需要一定的條件，如溫度、壓強(qiáng)和濃度。改變這些條件可能會(huì)導(dǎo)致平衡移動(dòng)，從而改變反應(yīng)體系中各組分的濃度?；瘜W(xué)平衡的特征：動(dòng)態(tài)、可逆、等速率動(dòng)態(tài)性正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)仍在進(jìn)行。可逆性同時(shí)存在正反應(yīng)和逆反應(yīng)。等速率正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率?；瘜W(xué)平衡常數(shù)K的概念定義在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值，用符號(hào)K表示。表達(dá)式對(duì)于反應(yīng)aA+bB?cC+dD，其平衡常數(shù)表達(dá)式為K=([C]^c*[D]^d)/([A]^a*[B]^b)。注意K值只與溫度有關(guān)，與濃度、壓強(qiáng)等無關(guān)。純固體和純液體不列入平衡常數(shù)表達(dá)式中。K的意義：反應(yīng)進(jìn)行的程度1K值大小K值越大，表示反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，生成物濃度越高，反應(yīng)物濃度越低。反之，K值越小，表示反應(yīng)進(jìn)行的程度越小，生成物濃度越低，反應(yīng)物濃度越高。2K>10^5反應(yīng)進(jìn)行得很完全，可認(rèn)為反應(yīng)完全進(jìn)行。3K<10^-5反應(yīng)進(jìn)行的程度很小，可認(rèn)為反應(yīng)幾乎不進(jìn)行。K值與反應(yīng)方向的判斷計(jì)算濃度商QQ=([C]^c*[D]^d)/([A]^a*[B]^b)，使用任意時(shí)刻的濃度計(jì)算。1Q<K反應(yīng)正向進(jìn)行，直到達(dá)到平衡。2Q>K反應(yīng)逆向進(jìn)行，直到達(dá)到平衡。3Q=K反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。4影響化學(xué)平衡的因素濃度增加反應(yīng)物濃度，平衡向生成物方向移動(dòng)；增加生成物濃度，平衡向反應(yīng)物方向移動(dòng)。壓強(qiáng)對(duì)于有氣體參與的反應(yīng)，增加壓強(qiáng)，平衡向氣體分子數(shù)減少的方向移動(dòng)；減小壓強(qiáng)，平衡向氣體分子數(shù)增加的方向移動(dòng)。溫度升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)；降低溫度，平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng)。催化劑催化劑不影響化學(xué)平衡，只改變反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間。濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響：勒夏特列原理1濃度變化改變反應(yīng)物或生成物的濃度。2平衡移動(dòng)平衡向減弱濃度變化的方向移動(dòng)。3勒夏特列原理如果改變影響平衡的條件之一，平衡將向能夠減弱這種改變的方向移動(dòng)。壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響：勒夏特列原理1壓強(qiáng)變化對(duì)于氣體反應(yīng)，改變體系壓強(qiáng)。2平衡移動(dòng)平衡向氣體分子數(shù)減少的方向移動(dòng)（若增加壓強(qiáng)），反之亦然。3勒夏特列原理平衡將向能夠減弱這種改變的方向移動(dòng)。溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響：勒夏特列原理ProductReactant升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)；降低溫度，平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng)。勒夏特列原理：平衡將向能夠減弱這種改變的方向移動(dòng)。催化劑對(duì)化學(xué)平衡的影響催化劑能夠同等程度地加速正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率，因此催化劑不影響化學(xué)平衡的狀態(tài)。催化劑的作用是縮短反應(yīng)達(dá)到平衡所需的時(shí)間，但不會(huì)改變平衡時(shí)反應(yīng)物和生成物的濃度?；瘜W(xué)平衡計(jì)算的基本步驟明確起始量、變化量和平衡量列出三段式根據(jù)已知條件求解明確起始量、變化量和平衡量起始量指反應(yīng)開始時(shí)，各反應(yīng)物和生成物的濃度或物質(zhì)的量。通常用初始濃度或初始物質(zhì)的量表示。變化量指反應(yīng)過程中，各反應(yīng)物和生成物的濃度或物質(zhì)的量發(fā)生的變化。變化量與化學(xué)計(jì)量數(shù)成正比。平衡量指反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，各反應(yīng)物和生成物的濃度或物質(zhì)的量。平衡量等于起始量加上變化量。列出三段式aA+bB?cC+dD起始量[A]0[B]0[C]0[D]0變化量axbxcxdx平衡量[A]0-ax[B]0-bx[C]0+cx[D]0+dx三段式是一種常用的解決化學(xué)平衡計(jì)算問題的方法，它可以清晰地表示出反應(yīng)過程中各物質(zhì)的量的變化，方便進(jìn)行計(jì)算。其中，x表示反應(yīng)進(jìn)度。根據(jù)已知條件求解1已知平衡濃度直接代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算K，或者根據(jù)化學(xué)計(jì)量數(shù)關(guān)系求解其他物質(zhì)的平衡濃度。2已知轉(zhuǎn)化率根據(jù)轉(zhuǎn)化率計(jì)算反應(yīng)物的變化量，然后根據(jù)化學(xué)計(jì)量數(shù)關(guān)系求解其他物質(zhì)的變化量和平衡濃度。3已知K值根據(jù)K值和起始濃度，設(shè)未知數(shù)，列方程求解各物質(zhì)的平衡濃度?；瘜W(xué)平衡計(jì)算類型：濃度計(jì)算基本方法根據(jù)已知條件，利用三段式，結(jié)合平衡常數(shù)表達(dá)式，列方程求解各物質(zhì)的平衡濃度。注意點(diǎn)注意單位統(tǒng)一，注意化學(xué)計(jì)量數(shù)的應(yīng)用，注意近似計(jì)算的合理性。例題：濃度計(jì)算示例在一定溫度下，將2molA和1molB混合于2L容器中，發(fā)生如下反應(yīng)：2A(g)+B(g)?3C(g)。若平衡時(shí)C的濃度為0.6mol/L，求A和B的平衡濃度。解：根據(jù)題意，列三段式如下：2A+B?3C起始濃度1mol/L0.5mol/L0mol/L變化濃度0.4mol/L0.2mol/L0.6mol/L平衡濃度0.6mol/L0.3mol/L0.6mol/L濃度計(jì)算練習(xí)題在500mL的密閉容器中，充入0.5molA和1.5molB，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：A(g)+3B(g)?2C(g)。若達(dá)到平衡時(shí)，A的轉(zhuǎn)化率為40%，求平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度?；瘜W(xué)平衡計(jì)算類型：轉(zhuǎn)化率計(jì)算定義轉(zhuǎn)化率是指反應(yīng)物轉(zhuǎn)變?yōu)樯晌锏陌俜直?，通常用α表示。?jì)算公式α=(反應(yīng)物轉(zhuǎn)化的量/反應(yīng)物起始量)*100%。轉(zhuǎn)化率的定義1反應(yīng)物角度轉(zhuǎn)化率是針對(duì)反應(yīng)物而言的，表示反應(yīng)物轉(zhuǎn)變?yōu)樯晌锏某潭取?百分比表示轉(zhuǎn)化率通常以百分比的形式表示，取值范圍為0%到100%。3影響因素轉(zhuǎn)化率受多種因素影響，如溫度、壓強(qiáng)、催化劑等。例題：轉(zhuǎn)化率計(jì)算示例在一定溫度下，將1molA和3molB混合于2L容器中，發(fā)生如下反應(yīng)：A(g)+2B(g)?C(g)。若平衡時(shí)A的轉(zhuǎn)化率為60%，求平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度。解：根據(jù)題意，A反應(yīng)了1mol*60%=0.6mol，則A的變化濃度為0.6mol/2L=0.3mol/L。列三段式計(jì)算：A+2B?C起始濃度0.5mol/L1.5mol/L0mol/L變化濃度0.3mol/L0.6mol/L0.3mol/L平衡濃度0.2mol/L0.9mol/L0.3mol/L轉(zhuǎn)化率計(jì)算練習(xí)題在1L的密閉容器中，充入2molA和1molB，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：A(g)+B(g)?2C(g)。若達(dá)到平衡時(shí)，B的轉(zhuǎn)化率為80%，求平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度?；瘜W(xué)平衡計(jì)算類型：產(chǎn)率計(jì)算定義產(chǎn)率是指實(shí)際獲得的生成物的量與理論上可以獲得的生成物的量的比值，通常用%表示。計(jì)算公式產(chǎn)率=(實(shí)際獲得的生成物的量/理論上可以獲得的生成物的量)*100%。產(chǎn)率的定義1生成物角度產(chǎn)率是針對(duì)特定生成物而言的，表示該生成物的實(shí)際生成情況。2百分比表示產(chǎn)率通常以百分比的形式表示，取值范圍為0%到100%。3影響因素產(chǎn)率受多種因素影響，如反應(yīng)條件、設(shè)備、操作等。例題：產(chǎn)率計(jì)算示例在一定溫度下，將2molA和1molB混合于2L容器中，發(fā)生如下反應(yīng)：A(g)+B(g)?C(g)。若平衡時(shí)實(shí)際生成C1.6mol，則C的產(chǎn)率為多少？解：根據(jù)題意，A和B完全反應(yīng)時(shí)，理論上可以生成1molC（因?yàn)锽少）。實(shí)際生成C1.6mol，則產(chǎn)率為(1.6mol/1mol)*100%=80%。產(chǎn)率計(jì)算練習(xí)題在1L的密閉容器中，充入1molA和2molB，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：A(g)+2B(g)?C(g)。若達(dá)到平衡時(shí)，實(shí)際生成C0.8mol，求C的產(chǎn)率?；瘜W(xué)平衡計(jì)算類型：平衡常數(shù)K的計(jì)算根據(jù)平衡濃度計(jì)算K根據(jù)轉(zhuǎn)化率計(jì)算K根據(jù)平衡濃度計(jì)算K當(dāng)已知各物質(zhì)的平衡濃度時(shí)，可以直接將平衡濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式，計(jì)算K值。注意單位統(tǒng)一，純固體和純液體不列入平衡常數(shù)表達(dá)式中。根據(jù)轉(zhuǎn)化率計(jì)算K當(dāng)已知反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率時(shí)，可以先根據(jù)轉(zhuǎn)化率計(jì)算出各物質(zhì)的平衡濃度，然后代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算K值。注意化學(xué)計(jì)量數(shù)的應(yīng)用。例題：K的計(jì)算示例在一定溫度下，將2molA和1molB混合于2L容器中，發(fā)生如下反應(yīng)：2A(g)+B(g)?3C(g)。若平衡時(shí)A的轉(zhuǎn)化率為40%，求該溫度下的平衡常數(shù)K。解：根據(jù)題意，A反應(yīng)了2mol*40%=0.8mol，則A的變化濃度為0.8mol/2L=0.4mol/L。列三段式計(jì)算：2A+B?3C起始濃度1mol/L0.5mol/L0mol/L變化濃度0.4mol/L0.2mol/L0.6mol/L平衡濃度0.6mol/L0.3mol/L0.6mol/LK=([C]^3)/([A]^2*[B])=(0.6^3)/(0.6^2*0.3)=2。K的計(jì)算練習(xí)題在1L的密閉容器中，充入1molA和3molB，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：A(g)+3B(g)?2C(g)。若達(dá)到平衡時(shí)，A的轉(zhuǎn)化率為50%，求該溫度下的平衡常數(shù)K。化學(xué)平衡移動(dòng)的計(jì)算加入反應(yīng)物/生成物的影響改變壓強(qiáng)的影響改變溫度的影響加入反應(yīng)物/生成物的影響加入反應(yīng)物，平衡向生成物方向移動(dòng)；加入生成物，平衡向反應(yīng)物方向移動(dòng)。需要重新計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度。改變壓強(qiáng)的影響對(duì)于有氣體參與的反應(yīng)，增加壓強(qiáng)，平衡向氣體分子數(shù)減少的方向移動(dòng)；減小壓強(qiáng)，平衡向氣體分子數(shù)增加的方向移動(dòng)。需要重新計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度。改變溫度的影響升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)；降低溫度，平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng)。需要重新計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，并且平衡常數(shù)K會(huì)發(fā)生改變。例題：平衡移動(dòng)計(jì)算示例在一定溫度下，反應(yīng)A(g)+B(g)?C(g)達(dá)到平衡后，C的濃度為0.4mol/L。此時(shí)再加入1molA，求重新達(dá)到平衡時(shí)C的濃度。解：設(shè)容器體積為1L，加入1molA后，A的濃度增加1mol/L。假設(shè)A和B的初始濃度均為xmol/L，則平衡常數(shù)K=0.4/(x-0.4)^2。重新平衡:平衡移動(dòng)計(jì)算練習(xí)題在2L的密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)2A(g)+B(g)?2C(g)，達(dá)到平衡時(shí)，C的濃度為0.6mol/L。若此時(shí)再加入1molB，求重新達(dá)到平衡時(shí)C的濃度。利用圖像分析化學(xué)平衡1濃度-時(shí)間圖像2轉(zhuǎn)化率-時(shí)間圖像3平衡常數(shù)-溫度圖像濃度-時(shí)間圖像TimeReactantProduct濃度-時(shí)間圖像可以直觀地反映反應(yīng)過程中各物質(zhì)的濃度隨時(shí)間的變化情況，從而判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡以及平衡移動(dòng)的方向。水平線表示已達(dá)到平衡。轉(zhuǎn)化率-時(shí)間圖像TimeConversionRate轉(zhuǎn)化率-時(shí)間圖像可以直觀地反映反應(yīng)過程中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化情況，從而判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡以及反應(yīng)速率的大小。當(dāng)轉(zhuǎn)化率不再隨時(shí)間變化時(shí)，表示反應(yīng)達(dá)到平衡。平衡常數(shù)-溫度圖像TemperatureEquilibriumConstantK平衡常數(shù)-溫度圖像可以直觀地反映平衡常數(shù)隨溫度的變化情況，從而判斷反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)。若K隨溫度升高而增大，則為吸熱反應(yīng)；若K隨溫度升高而減小，則為放熱反應(yīng)。例題：圖像分析示例某反應(yīng)A(g)+B(g)?C(g)的濃度-時(shí)間圖像如下，請(qǐng)分析圖像，判斷反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間以及平衡移動(dòng)的方向。圖像分析練習(xí)題根據(jù)提供的轉(zhuǎn)化率-時(shí)間圖像，分析反應(yīng)A(g)?B(g)+C(g)的反應(yīng)速率以及平衡移動(dòng)的情況?；瘜W(xué)平衡的應(yīng)用：工業(yè)生產(chǎn)合成氨工業(yè)中的化學(xué)平衡硫酸工業(yè)中的化學(xué)平衡其他工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用合成氨工業(yè)中的化學(xué)平衡合成氨反應(yīng)N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)是一個(gè)重要的工業(yè)反應(yīng)，其化學(xué)平衡的控制對(duì)于提高氨的產(chǎn)量至關(guān)重要。通常采用高壓、低溫和催化劑等措施來優(yōu)化平衡。硫酸工業(yè)中的化學(xué)平衡硫酸生產(chǎn)中的關(guān)鍵步驟是二氧化硫氧化為三氧化硫的反應(yīng)2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)?？刂品磻?yīng)溫度、壓強(qiáng)和氧氣濃度，以及使用催化劑，是提高三氧化硫產(chǎn)率的關(guān)鍵。其他工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用化學(xué)平衡原理廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)中，如甲醇合成、乙烯生產(chǎn)、氫氣生產(chǎn)等。通過控制反應(yīng)條件，優(yōu)化平衡狀態(tài)，可以提高產(chǎn)品產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本?；瘜W(xué)平衡計(jì)算的技巧1巧妙設(shè)未知數(shù)2靈活運(yùn)用近似計(jì)算3整體思考，簡(jiǎn)化計(jì)算巧妙設(shè)未知數(shù)根據(jù)題意，選擇合適的未知數(shù)，可以簡(jiǎn)化計(jì)算過程。例如，可以設(shè)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化量為x，或者設(shè)生成物的平衡濃度為y。靈活運(yùn)用近似計(jì)算當(dāng)平衡常數(shù)很小或很大時(shí)，可以忽略某些項(xiàng)，進(jìn)行近似計(jì)算，以簡(jiǎn)化計(jì)算過程。但要注意近似條件的合理性。整體思考，簡(jiǎn)化計(jì)算在解決復(fù)雜的化學(xué)平衡計(jì)算題時(shí)，要整體思考，抓住問題的關(guān)鍵，尋找簡(jiǎn)便的解題方法。例如，可以利用守恒關(guān)系簡(jiǎn)化計(jì)算。易錯(cuò)點(diǎn)分析：常