透視化學平衡中的轉化率

蔣玉美

一、計算公式

轉化率是指物質在反應中已轉化的量與該物質總量的比值。所研究的對象為反應物，可求取某一物質在某一化學反應中的最大轉化率，能夠表示在一定的濃度、溫度下所反應的限度。采用符號α表示：

轉化率（α）=反應物的轉化濃度（或物質的量）反應物的起始濃度（或物質的量）×100%

二、反應物的轉化率與濃度變化的關系

1、對于分解反應：

aA（g）bB（g）+cC（g）

要視反應前后物質的計量數而定。

設開始時在V L容器中盛有1 mol A，達到平衡時A的轉化率為α 。在同一溫度同一容器中，最初投入2 mol A，根據化學平衡原理，構造如圖1所示途徑：

（Ⅰ）、（Ⅱ）具有完全相同的狀態，當抽出隔板后，外界條件不變，所得狀態（Ⅲ）中A的轉化率與（Ⅰ）、（Ⅱ）相同，仍為α。狀態（Ⅳ）是（Ⅲ）加壓的結果，而增大壓強，平衡將向氣體體積縮小的方向移動。故有：

①若a=b+c，增加A的濃度，A的轉化率不變。

②若a>b+c，增加A的濃度，A的轉化率變大。

③若a

2.對于有多種物質參加的可逆反應：

aA（g）+bB（g）cC（g）+dD（g）

（1）增大A的濃度，B的轉化率一定增大，而A的轉化率反而減小；減小A的濃度，B的轉化率一定減小，A的轉化率則增大。

（2）若同時等倍增大A、B的濃度，則要視反應前后物質的計量數而定。

①若a+b=c+d，增加A、B的濃度，A、B的轉化率不變。

②若a+b>c+d，增加A、B的濃度，A、B的轉化率變大。

③若a+b

三、反應物的轉化率與平衡移動的關系

若改變一個條件后，反應物的轉化率變化，則可能是改變了溫度、壓強或濃度；若轉化率不發生變化，則可能是使用了催化劑或反應前后氣體體積不變的反應改變了壓強，也可能是反應前后氣體體積不變的分解反應改變了反應物的濃度。

四、典例分析

1.轉化率大小的比較

例1已知在四個封閉容器中，容積均相等，均進行相同的可逆反應，反應化學方程式

為：

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

在同樣溫度下，建立平衡，下列哪一選項可正確表示A或B轉化率的關系（ ）。

A.A的轉化率從小到大順序：甲、乙、丙、丁

B.A的轉化率從小到大順序：甲、丙、乙、丁

C.B的轉化率從小到大順序：甲、丙、乙、丁

D.B的轉化率從小到大順序：丁、乙、丙、甲

解析本題所給可逆反應為氣體體積增大的反應。甲與乙相比，相當于甲在乙的基礎上增加A的量，故A的轉化率減小，B的轉化率增大。乙與丁相比，相當于丁在乙的基礎上增加B的量，故A的轉化率增大，B的轉化率減小。乙與丙相比，相當于丙在乙的基礎上增加等量的A和B，則相當于對原容器加壓，不利于正向反應，故A、B的轉化率都比乙低。因此A的轉化率從小到大順序：甲、丙、乙、丁，B的轉化率從小到大順序：丁、丙、乙、甲。答案為B。

2.根據轉化率的變化確定化學方程式

例2在一定條件下，按照不同的比例將物質X與物質Y放入到封閉容器中，其反應達到平衡后，對X、Y轉化率α進行測量，得到α與起始時物質X、物質Y的物質量之比n（X）n（Y）的關系如圖2所示，下列正確表示X和Y反應的化學方程式為 （ ）。

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

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

解析當n（X）n（Y）=3時，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），則X與Y的系數比為3，因此答案為D。

3.根據轉化率的變化推斷影響平衡移動的因素

例3現有可逆反應：

mA（g）+nB（g）xC（g）；

ΔH=a kJ·mol-1

該反應在不同溫度和壓強（p1、p2）條件下，反應物A的轉化率的變化情況如圖3所示。下列判斷正確的是（）。

A.a<0，m+nx C.a>0，m+n0，m+n>x

解析根據“先拐先平”原則可知第一個圖中p1>p2，由圖像知，壓強越大，A的轉化率越高，則加壓平衡向正反應方向移動，故m+n>x；由第二個圖知，升高溫度，A的轉化率下降，故正反應為放熱反應，因此a<0。所以答案為B。

4.轉化率的有關計算

例4在適宜條件下，將2 mol N2、8 mol H2進行反應

N2+3H22NH3

當達到某一溫度后，處于平衡狀態。此時對平衡混合氣體中氫氣的相對密度加以測量，得到數值為4.19。則N2的轉化率為多少？

解析設N2的轉化率為α。

由題意得，平衡時混合氣體的平均相對分子質量為4.19×2=8.38

N2 + 3H2 2NH3

始/mol 2 8 0

變/mol 2α 6α 2α

平/mol 2-2α 8-6α 2α

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

（收稿日期：2014-12-10）