谈谈平衡转化率

谈谈平衡转化率

● 定义公式：

❶ 某个指定反应物的转化率＝

指定反应物的起始浓度－指定反应物的平衡浓度 ×100% 指定反应物的起始浓度

【高中化学选修4 P29下】

【人民教育出版社 高等学校试用教材 无机化学 1978.1版 P126 下 与上同】

❷ 反应物A 的转化率＝

已发生反应的反应物A 的物质的量（摩尔） 起始时反应物A 的物质的量（摩尔）

【湖北辞书出版社 简明化学辞典 1987.7版 P725】 ❸

×100% 【人民教育出版社 物理化学 复旦大学编 1977.3版 P196】

基于以上公式，我们应该认为：转化率只是对反应物有意义；平衡转化率是可逆反应在一定条件下能够达到的最大转化率；如果该反应物为固体或者纯液体，应该使用❷式；如果是气体，对于恒容反应，通常习惯使用❶式；对于恒压反应，应该使用❷式。如果是溶液中的溶质，通常习惯使用❶式。换句话说，就是❷式是通用的，❶式是常用的【但是要注意适用条件】。

下面各题中均用α(A)表示反应物A 的平衡转化率。 ● 同一反应中的不同反应物转化率之间的关系

例一：在某温度下，向某容器中投入A 、B ，发生可逆反应A ＋B 2C ，达到平衡时，容器中有：1molA ，2molB ，3molC 。求A 、B 的转化率之比。

分析：起始时，容器中只有A 、B ，没有C ，所以3molC 都

是反应生成的，根据方程式可以知道，生成3molC 时，需要消耗1.5molA 和1.5molB ，这样一来，A 、B 的起始量分别是2.5mol 和3.5mol ，根据上面的❷式，可以求出： α(A)＝1.5÷2.5＝3/5 α(B)＝1.5÷3.5＝3/7

所以：α(A)∶α(B)＝7∶5

注意：A 、B 的起始量之比是2.5mol ∶3.5mol ＝5∶7， 而A 、B 的转化率之比 α(A)∶α(B)＝7∶5

这是巧合吗？仔细分析一下，不是巧合。因为方程式中A 、B 的化学计量数（系数）之比是1∶1，也就是说，反应中消耗的A 、B 的物质的量之比是1∶1，对于它们来说，转化率计算公式中的分子就是相同的，这样一来，当然转化率之比等于它们起始物质的量（转化率计算公式中的分母）的反比。 结论1：当反应物在化学方程式中的化学计量数相同时，它们的平衡转化率与它们的起始物质的量（或者浓度）成反比。 例二：一定条件下，N 2＋3H 22NH 3 达到平衡时，有45%的氢气转化成了氨气，如果氮气的转化率是15%，则起始时，氮气与氢气的物质的量之比为。

分析：我们假设氢气的起始量为100mol ，那么有45mol 氢气变成了氨气，同时消耗的氮气就是15mol ，这样一来，氮气的起始量就应该是15mol ÷15%＝100mol 。所以，起始时，氮气与氢气的物质的量之比为1∶1 。

结论2：当反应物的起始物质的量（或者浓度）相同时，它们的平衡转化率与它们在化学方程式中的化学计量数成正比。

结论3：把上述两条结合起来：在同一个反应中，不同反应物的平衡转化率，与它们的系数成正比，与它们的起始量成反比。

【注意，如果只知道反应物的起始配比，只能够求出它们的转化率之比，不能够求出具体的数据。】

一定条件下，分别从正反应开始和从逆反应开始建立等

效平衡状态时，正向转化率与逆向转化率的关系。

例三：当温度和反应器的容积一定时，如果向其中加入1mol 氮气、3mol 氢气，反应达到平衡时，氮气、氢气的转化率为α1【由上可知，它们的转化率相等。】；如果向其中加入2mol 氨气，反应达到平衡时，氨气的转化率为α2；试推断α1和α2的关系。

分析：根据等效平衡的知识，可以知道，上述两个平衡是完全相同的。我们设向其中加入1mol 氮气、3mol 氢气，反应达到平衡时，生成氨气2a mol ，则向其中加入2mol 氨气，反应达到平衡时，氨气应该剩余2a mol。下面使用三段法解析： 正向： N 2 ＋ 3H 2 2NH 3 n 始： 1 3 0 Δn ： a 3a 2a n 平： 1－a 3－3a 2a

α1＝α(N2) ＝α(H2) ＝a

逆向： N 2 ＋ 3H 2 2NH 3 n 始： 0 0 2 Δn ： 1－a 3－3a 2－2a n 平： 1－a 3－3a 2a α2＝α(NH3) ＝(2－2a)/2＝1－a 可以看出: α1＋α2＝1 【即100%】

结论4：一定条件下，分别从正反应开始和从逆反应开始建立等效平衡状态时，正向转化率＋逆向转化率＝100% 。 例四：当温度和反应器的容积一定时，如果向其中加入2mol 氮气、3mol 氢气，反应达到平衡时，氮气、氢气的转化率为α1、α2【由上可知，它们的转化率不相等。】；如果向其中加入2mol 氨气、1mol 氮气【根据等效平衡的知识，可以

知道，上述两个平衡是完全相同的。】，反应达到平衡时，氨气的转化率为α3；试推断α1、α2和α3的关系。

分析：我们设向其中加入2mol 氮气、3mol 氢气，反应达到平衡时，生成氨气2a mol ，则向其中加入2mol 氨气、1mol 氮气，反应达到平衡时，氨气应该剩余2a mol。下面使用三段法解析：

正向： N 2 ＋ 3H 2 2NH 3

n 始： 2 3 0

Δn ： a 3a 2a n 平： 2－a 3－3a 2a α1＝α(N2) ＝a/2 α2＝α(H2) ＝a

逆向： N 2 ＋ 3H 2 2NH 3

n 始： 1 0 2 Δn ： 1－a 3－3a 2－2a n 平： a 3－3a 2a α3＝α(NH3) ＝(2－2a)/2＝1－a 可以看出: α3＋α2＝1 【即100%】

结论4的补充：如果某一方向的不同反应物转化率不相等，则最大正向转化率＋最大逆向转化率＝100% 。 平衡右移时，反应物的转化率怎样变化？

结论5：不增大反应物的浓度的前提下，平衡右移（如改变温度、改变压强、减小生成物浓度等因素。）时，反应物的转化率都增大。

解释：因为上述条件下，反应物的起始浓度或者物质的量【分母】不变，而右移时，转化了的反应物【分子】增大，所以转化率增大。

例五：当温度和反应器的容积一定时，如果向其中加入1mol

氮气、3mol 氢气，反应达到平衡时，氮气、氢气的转化率为30%，如果再加入1mol 氮气，再度平衡时，氮气、氢气的转化率分别怎样改变？

因为温度不变，所以平衡常数K 不变，下面使用三段法解析：

原平衡： N 2 ＋ 3H 2 2NH 3 n 始： 1 3 0 Δn ： 0.3 0.9 0.6 n 平： 0.7 2.1 0.6 23K ＝ 0.6÷（0.7×2.1）＝0.056

我们知道，“反应达到平衡时，再加入1mol 氮气”与“起始时加入2mol 氮气、3mol 氢气”是等效的。设新平衡时氮气的转化率为x ：

新平衡： N 2 ＋ 3H 2 2NH 3 n 始： 2 3 0 Δn ： 2x 6x 4x n 平： 2－2x 3－6x 4x 23K ＝ (4x)÷[(2－2x) ×(3－6x) ]＝ 0.056

我们不会解此一元四次方程，但是我们可以把x ＝0.3【原来的转化率】带入，看看会出现什么情况：

(4×0.3) 2÷[(2－2×0.3) ×(3－6×0.3) 3]＝1.44÷(1.4×1.728) ＝1.44÷2.4192＝0.595＞0.056 可见x 应该小于30% 。 至于氢气的转化率，肯定是增大的。因为平衡右移，转化了的氢气【分子】增大，而起始量【分母】未变。

*（我们还可以根据 6x/3＞0.3 得出x ＞15% 。）

结论6：增大某种气体反应物浓度，导致平衡右移时，如果气体反应物不止一种，则其它反应物的转化率增大；自身的转化率则减小。

例六：向甲、乙、丙三个固定容积的容器中分别加入2mol 的纯NH 3、纯NO 2、纯HI 气体，各自在适当的温度下建立

平衡，反应分别为：2NH 3N 2＋3H 2

2NO 2N 2O 4 2HI H 2＋I 2

它们的转化率用α1表示。

各自保持温度和容积不变，再分别加入2mol 的纯NH 3、纯NO 2、纯HI 气体，达到新的平衡以后，它们的转化率用α2表示。试比较它们各自的α1与α2的大小关系。

分析：增大反应物浓度，平衡肯定是右移，转化了的反应物

【分子】增加，可是，反应物的总量【分母】也增加了，转化率究竟怎样变化呢？答案无法确定！

为了能够得到令人信服的答案，我们需要采用一种叫做“虚拟思维”的方法：我们设想：把后来加入的2mol 反应物气体，不要加入原平衡体系中，而是把它们分别放到一个与原来的反应容器完全相同的另外一个容器中，在与原来完全相同的温度下反应，达到平衡。很显然，在后来这三个容器中，它们的转化率也分别是α1；然后，再把它们分别压入各自对应的原来的容器中【保持温度和容积不变】，这当然是增大压强，所以对于反应2NH 3N 2＋3H 2 则平衡左移【注意，是虚拟过程】，所以转化率将变得比α1小了，也就是说，氨气的α2＜α1；对于反应2NO 2N 2O 4 则平衡右移【注意，是虚拟过程】，所以转化率将变得比α1大了，也就是说，二氧化氮气的α2＞α1；对于反应2HI H 2＋I 2 则平衡不移动【注意，是虚拟过程】，所以转化率还是α1，也就是说，碘化氢的α2＝α1。

结论7：增大某种气体反应物浓度，导致平衡右移时，如果气体反应物只有它一种，则它的转化率变化情况决定于具体的反应：如果正反应是气体分子数增大的，它的转化率就减小；如果正反应是气体分子数减小的，它的转化率就增大；如果正反应是气体分子数不变的，它的转化率就不变。 附注：转化率增大能不能推出是平衡右移？根据上面的情况

可以知道，如果是改变温度、压强导致的转化率增大，就能够推出是平衡右移；如果是改变浓度导致的转化率增大，就不能够推出是平衡右移。

转化率与电离度，水解度等概念的关系。

电离度、水解度就是电离平衡、水解平衡中的转化率。但是也有一些特殊之处：就是电离、水解都是一个微粒变为两个微粒的过程，相当于气体分子数增大的反应。所以增大溶质的浓度时，平衡虽然都是右移的，但是电离度、水解度却都是减小的。