透视化学平衡中的转化率

蒋玉美

一、计算公式

转化率是指物质在反应中已转化的量与该物质总量的比值。所研究的对象为反应物，可求取某一物质在某一化学反应中的最大转化率，能够表示在一定的浓度、温度下所反应的限度。采用符号α表示：

转化率（α）=反应物的转化浓度（或物质的量）反应物的起始浓度（或物质的量）×100%

二、反应物的转化率与浓度变化的关系

1、对于分解反应：

aA（g）bB（g）+cC（g）

要视反应前后物质的计量数而定。

设开始时在V L容器中盛有1 mol A，达到平衡时A的转化率为α 。在同一温度同一容器中，最初投入2 mol A，根据化学平衡原理，构造如图1所示途径：

（Ⅰ）、（Ⅱ）具有完全相同的状态，当抽出隔板后，外界条件不变，所得状态（Ⅲ）中A的转化率与（Ⅰ）、（Ⅱ）相同，仍为α。状态（Ⅳ）是（Ⅲ）加压的结果，而增大压强，平衡将向气体体积缩小的方向移动。故有：

①若a=b+c，增加A的浓度，A的转化率不变。

②若a>b+c，增加A的浓度，A的转化率变大。

③若a

2.对于有多种物质参加的可逆反应：

aA（g）+bB（g）cC（g）+dD（g）

（1）增大A的浓度，B的转化率一定增大，而A的转化率反而减小；减小A的浓度，B的转化率一定减小，A的转化率则增大。

（2）若同时等倍增大A、B的浓度，则要视反应前后物质的计量数而定。

①若a+b=c+d，增加A、B的浓度，A、B的转化率不变。

②若a+b>c+d，增加A、B的浓度，A、B的转化率变大。

③若a+b

三、反应物的转化率与平衡移动的关系

若改变一个条件后，反应物的转化率变化，则可能是改变了温度、压强或浓度；若转化率不发生变化，则可能是使用了催化剂或反应前后气体体积不变的反应改变了压强，也可能是反应前后气体体积不变的分解反应改变了反应物的浓度。

四、典例分析

1.转化率大小的比较

例1已知在四个封闭容器中，容积均相等，均进行相同的可逆反应，反应化学方程式

为：

2A（g）+B（g）3C（g）+2D（g）

甲A：2 mol B：1mol

乙A：1mol B：1mol

丙A：2mol B：2mol

丁A：1mol B：2mol

在同样温度下，建立平衡，下列哪一选项可正确表示A或B转化率的关系（ ）。

A.A的转化率从小到大顺序：甲、乙、丙、丁

B.A的转化率从小到大顺序：甲、丙、乙、丁

C.B的转化率从小到大顺序：甲、丙、乙、丁

D.B的转化率从小到大顺序：丁、乙、丙、甲

解析本题所给可逆反应为气体体积增大的反应。甲与乙相比，相当于甲在乙的基础上增加A的量，故A的转化率减小，B的转化率增大。乙与丁相比，相当于丁在乙的基础上增加B的量，故A的转化率增大，B的转化率减小。乙与丙相比，相当于丙在乙的基础上增加等量的A和B，则相当于对原容器加压，不利于正向反应，故A、B的转化率都比乙低。因此A的转化率从小到大顺序：甲、丙、乙、丁，B的转化率从小到大顺序：丁、丙、乙、甲。答案为B。

2.根据转化率的变化确定化学方程式

例2在一定条件下，按照不同的比例将物质X与物质Y放入到封闭容器中，其反应达到平衡后，对X、Y转化率α进行测量，得到α与起始时物质X、物质Y的物质量之比n（X）n（Y）的关系如图2所示，下列正确表示X和Y反应的化学方程式为 （ ）。

2A.2X+3YZ B.3X+2YZ

C.X+3Y2Z D.3X+Y2Z

解析当n（X）n（Y）=3时，α（X）=α（Y），而α（X）=Δn（X）n（X），α（Y）=Δn（Y）n（Y），故有Δn（X）n（X）=Δn（Y）n（Y），所以Δn（X）Δn（Y）=n（X）n（Y），则X与Y的系数比为3，因此答案为D。

3.根据转化率的变化推断影响平衡移动的因素

例3现有可逆反应：

mA（g）+nB（g）xC（g）；

ΔH=a kJ·mol-1

该反应在不同温度和压强（p1、p2）条件下，反应物A的转化率的变化情况如图3所示。下列判断正确的是（）。

A.a<0，m+nx C.a>0，m+n0，m+n>x

解析根据“先拐先平”原则可知第一个图中p1>p2，由图像知，压强越大，A的转化率越高，则加压平衡向正反应方向移动，故m+n>x；由第二个图知，升高温度，A的转化率下降，故正反应为放热反应，因此a<0。所以答案为B。

4.转化率的有关计算

例4在适宜条件下，将2 mol N2、8 mol H2进行反应

N2+3H22NH3

当达到某一温度后，处于平衡状态。此时对平衡混合气体中氢气的相对密度加以测量，得到数值为4.19。则N2的转化率为多少？

解析设N2的转化率为α。

由题意得，平衡时混合气体的平均相对分子质量为4.19×2=8.38

N2 + 3H2 2NH3

始/mol 2 8 0

变/mol 2α 6α 2α

平/mol 2-2α 8-6α 2α

则有：2×28+8×22-2α+8-6α+2α=8.38，α=0.352=35.2%

（收稿日期：2014-12-10）