化學反應速率和化學平衡專題

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1、化學反應速率和化學平衡專題 學習目標： 1.復習化學反應速率和化學平衡的知識點。 2.利用知識點解決相關習題。 一 、 關于化學反應速率問題 1、 定義： 化學反應速率通常用單位時間內反應物濃度的減 少或生成物濃度的增加表示 。 =C/t 式中： 化學反應速率 ， 單位 mol/(Lmin) ， mol/(Ls) ， mol/(Lh) C 濃度變化 ， 單位 mol/L t 時間 ， 單位 s 、 min、 h 例 1 下列反應： 3A(氣 )+B(氣 ) 2C(氣 )+2D(氣 )在不同條件下 反應速率分別為： VA=0.6mol/(Ls) VB=0.45mol/(Ls) VC=0.4mol

2、/(Ls) VD=0.45mol/(Ls) 則此反應在不同條件下進行最快的是 A B C D 答案： A 2、說明 化學反應速率是指某時間段內的平均反應速率 ， 而不是某時 刻的瞬時速率 。 化學反應速率可用來衡量化學反應進行的快慢 ， 均為正值 。 因為純固體 、 純液體的濃度視為定值 ， 所以該表達式只適用 于有氣態(tài)物質參加或溶液中的反應 。 同一反應選用不同物質表示速率 ， 數值可能不同 ， 但表示的 意義相同 。 對于同一反應 ， 各物質化學反應速率之比 =化學計量數之比 = 各物質轉化濃度之比 。 如：化學反應 mA(g)+nB(g)=pC(g)+qD(g)， (A): (B): (

3、C): (D)=m:n:p:q。 例 2 下列兩個反應的反應速率隨時間變化 的情況如下圖所示 。 其中 t1 t2速率變化的 主要原因是 ； t2 t3速率變化的主要原 因是 。 （ 1） 把除去氧化膜的鎂條投入稀鹽酸中 。 影響反應的因素： 放熱大于濃度減小； 濃度減小大于放熱。 （ 2）氯酸鉀和亞硫酸氫鈉發(fā)生如下反應： KClO3 + 3 NaHSO3 = KCl + 3 NaHSO4（已 知該反應的速率隨著溶液中 H+ 增大而加快） 影響反應的因素： C(H+)增大大于 c(反應物 )減??； C(反應物 )減小為主要因素。 二、化學平衡狀態(tài)的標志 1、 什么是化學平衡狀態(tài) ？ 化學平衡狀

4、態(tài)是指 一定條件下的可逆反應里 ， 正 反應速率 =逆反應速率 ， 反應混合物中各組分的含 量保持不變的狀態(tài) 。 平衡狀態(tài)的判斷方法 : 直接判定 : 正 = 逆 （實質） 同一物質：該物質的生成速率等于它的消耗速率。 不同的物質：速率之比等于方程式中的系數比，但必須是不同 方向的速率。 各物質的濃度保持不變（特征） 間接判定： 各組成成分的質量、物質的量、分子數、體積（氣體）、物質 的量濃度保持不變。 各組成成分的質量分數、物質的量分數、氣體的體積分數保持 不變。 若反應前后的物質都是氣體，且系數不等，總物質的量、總壓 強（恒溫、恒容）、平均摩爾質量、混合氣體的密度（恒溫、恒 壓）保持不變。

5、 反應物的轉化率、產物的產率保持不變。 例 1.下列方法中可以證明 2HI(g) H2(g)+I2(g)已達平衡狀 態(tài)的是 單位時間內生成 n mol H2的同時生成 n mol HI 一個 H-H鍵斷裂的同時有兩個 H-I鍵斷裂 百分組成 HI%=I2% 反應速率 (H2)= (I2)=0.5 (HI)時 c(HI)=c(H2)=c(I2)=2:1:1 溫度和體積一定時 ， 某一生成物濃度不再變化 溫度和體積一定時 ， 容器內壓強不再變化 條件一定 ， 混合氣體的平均相對分子質量不再變化 溫度和體積一定時混合氣體的顏色不再變化 溫度和壓強一定時混合氣體密度不再變化 答 案： 例 2.在一個不

6、傳熱的固定容積的密閉容器中，可逆反應達到平衡 的標志是 反應速率 v(N2): v(H2): v(NH3) = 1 : 3 : 2 各組分的物質的量濃度不再改變 體系的壓強不再發(fā)生變化 混合氣體的密度不變 體系的溫度不再發(fā)生變化 2V(N2正 ) V(NH3逆 ) 單位時間內 3 mol H H斷鍵反應同時 2 mol N H也斷鍵反應 A、 B、 C、 D、 N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) ; H b 答案： A 例 3 在一個密閉容器中充入 1molCO2和 3molH2， 在 850 時氣體混合物達到下式所示平衡： CO2+H2 CO+H2O 。 已知達到平衡時生

7、成 0.75molCO， 當 H2改為 9mol時 ， 在上述條件下平衡時 生成 CO與水蒸氣物質的量之和可能是 A 1.2mol B 1.5mol C 1.8mol D 2.5mol 答案： C 例 4. 在一定溫度和壓強下，合成氨反應達到平衡 時，下列操作平衡不發(fā)生移動的是 A.恒溫恒壓時充入氨氣 B.恒溫恒容時充入氮氣 C.恒溫恒容時充入氦氣 D.恒溫恒壓時充入氦氣 答案： AC 例 5 已建立化學平衡的某可逆反應 ， 當改變條件使 化學平衡向正向移動時 ， 下列有關敘述正確的是 生成物的百分含量一定增加 生成物的產量一 定增加 反應物的轉化率一定增大 反應物的 濃度一定降低 正反應速率

8、一定大于逆反應速率 使用了合適的催化劑 A B C D 答案： B 4. 利用平衡常數分析 化學平衡常數：在一定溫度下，當一個可逆反應達 到化學平衡時，生成物濃度冪之積與反應物濃度冪 之積的比值是一個常數，這個常數就是該反應的化 學平衡常數，符號 K。 K值越大，說明平衡體系中是生成物所占的比例越大，它 的正向反應進行的程度越大，即該反應進行得越完全，反 應物轉化率越大，反之，就越不完全，轉化率就越小。 K只受溫度影響，與反應物或生成物的濃度變化無關。 說明： 例 1. 化學平衡常數 K表示可逆反應的進行程度， K值越大，表示 _， K值大小與溫 度的關系是：溫度升高， K值 _。 （填一定增

9、大、一定減小、或可能增大也可能 減?。?。 答案： 可逆反應的進行程度越大 可能增大也可能減小 例 2.（ 05上海）在某一容積為 2L的密閉容器內，加入 0.8mol的 H2和 0.6mol的 I2，在一定的條件下發(fā)生如下 反應： H2(g) + I2(g) 2HI(g) + Q (Q0) 反應中各物質的濃度隨時間變化情況如圖 1： （ 1）該反應的化學平衡常數表達式為 。 （ 2）根據圖 1數據，反應開始至達到平衡時，平均速 率 v(HI)為 。 （ 3）反應達到平衡后，第 8分鐘時： 若升高溫度，化學平衡常數 K_ （填寫增大、減小或不變） HI濃度的變化正確 _ （用圖 2中 a-c的編

10、號回答） 若加入 I2， H2濃度的變化正確的 是 ，（用圖 2中 d-f的編號回答） （ 4）反應達到平衡后，第 8分鐘時， 若反容器的容積擴大一倍，請在圖 3 中畫出 8分鐘后 HI濃度的變化情況。 等效平衡 的含義：在一定條件（恒溫恒容或恒溫 恒壓）下，只是起始加入情況不同的同一可逆反應 達到平衡后，任何相同組分的 分數 （體積、物質的 量）均相等，這樣的化學平衡互稱為 等效平衡 。在 等效平衡中，還有一類特殊的平衡，不僅任何相同 組分 x的分數（體積、物質的量）均相同，而且相 同組分的物質的量均相同，這類等效平衡又互稱為 同一平衡 。同一平衡是等效平衡的特例。 四、 等 效 平 衡 說

11、明： 相同條件 指投入物質的溫度、濃度、壓強相等。 等效的本質 即該可逆反應進行的程度相同。 恒溫恒容 ， 且反應前后氣體分子數改變的反應 ， 如 : PCl3(g)+Cl2(g) PCl5(g) 只要保證投料量與原投料量完全相同 (可以是折算以后的結果 )， 則二者等 效 。 因為若兩次投料量不相同 ， 必然導致體系中壓強的差異 ， 則兩次反應 進行的程度必然不同 ， 最終的狀態(tài)不可能相等 ， 即不可能等效 。 保證投料 量完全相同的本質是保證原子守恒 。 這種等效實際是絕對的等效 ， 即平衡 時各組分的絕對值和相對值與原平衡狀態(tài)完全一致 。 恒溫恒容 ， 且反應前后氣體分子數不變的反應 ，

12、 如 H2(g)+I2(g) 2HI(g) 只要投料量與原平衡的投料量成比例 ， 即為等效平衡 。 投料量的變化會改變容器內的壓強 ， 但對最終平衡狀態(tài)沒有影響 ， 即第二 次平衡中各組分的絕對值有變化 ， 但相對含量不變 。 可視為一種相對的等 效 。 恒溫恒壓下的等效平衡 對任一可逆反應 ， 只要投料量與原投料量成比例 ， 即為等效平衡 。 等效平衡的分類 : 例 1. 某溫度下，向某密閉容器中加入 1molN2和 3molH2,使之反應合 成 NH3，平衡后測得 NH3的體積分數為 m。若 T不變，只改變起始加 入量，使之反應平衡后 NH3的體積分數仍為 m，若 N2、 H2、 NH3的

13、 加入量用 X、 Y、 Z表示應滿足： （ 1） 恒定 T、 V： 1若 X=0， Y=0，則 Z=-。 2若 X=0.75， Y=-， Z=-。 3X、 Y、 Z應滿足的一般條件是 -。 （ 2） 恒定 T、 P： 1若 X=0、 Y=0，則 Z-。 2若 X=0.75,則 Y-， Z-。 3X、 Y、 Z應滿足的一般條件是 -。 例 1. 某溫度下，向某密閉容器中加入 1molN2和 3molH2,使之反應合 成 NH3，平衡后測得 NH3的體積分數為 m。若 T不變，只改變起始加 入量，使之反應平衡后 NH3的體積分數仍為 m，若 N2、 H2、 NH3的 加入量用 X、 Y、 Z表示應

14、滿足： （ 1） 恒定 T、 V： 1若 X=0， Y=0，則 Z=-。 2若 X=0.75， Y=-， Z=-。 3X、 Y、 Z應滿足的一般條件是 -。 （ 2） 恒定 T、 P： 1若 X=0、 Y=0，則 Z-。 2若 X=0.75,則 Y-， Z-。 3X、 Y、 Z應滿足的一般條件是 -。 2mol 2.25mol 0.5mol X+Z/2=1 , Y+3Z/2=3 0 =2.25mol =0 Y=3X, Z=0 例 2 在一定溫度下 ， 一定體積的密閉容器中有如 下平衡： H2(g)+I2(g) 2HI(g)， 已知 H2和 I2的起 始濃度均為 )0.1mol/L時 ， 達平衡

15、時 HI的濃度為 0.16mol/L。 若 H2和 I2的起始濃度均變?yōu)?0.20mol/L， 則平衡時 H2的濃度 （ mol/L） 是 A 0.16 B 0.08 C 0.04 D 0.02 答案： C 五、等效模型 例 1.在恒溫時 ， 一固定容積的容器內發(fā)生如下反應： 2NO2(g) N2O4(g)達到平衡時 ， 再向容器內 通入一定量的 NO2(g)， 重新達到平衡后 ， 與第一次平衡時 相比 ， NO2的體積分數 A 不變 B 增大 C 減小 D 無法判斷 2molA Y% 2mol A x% 1mol A x% 等溫等壓 1 2 3 等溫壓縮 答案： C 在化學平衡中經常會遇到對

16、已達平衡的某反 應繼續(xù)投入一定量的反應物或生成物 ， 再次達到 平衡后求其壓強 、 轉化率 、 濃度等與第一次平衡 時的比較 。 一般解題思路是在這兩次反應中建立一個中 間狀態(tài) ， 此中間狀態(tài)和第一次反應達到的平衡為 等效平衡 ， 和第二次反應之間有明確的移動關系 和相關量的變化 ， 可通過中間狀態(tài)的移動來判斷 改變條件后的移動方向和相關量的變化 。 例 2 一定溫度下 ， 將 2mol PCl3和 1mol Cl2充入 容積不變的密閉容器中 ， 在一定條件下反應： PCl3+Cl2 PCl5。 各物質均為氣態(tài) 。 達平衡后 ， PCl5為 0.4mol。 若此時再移走 1mol PCl3 和

17、 0.5mol Cl2， 相同溫度下達到平衡 ， PCl5的物質的量為 A 0.4mol B 0.2mol C 0.2molx0.4mol D 0.2mol 解析： 對原平衡移走 1mol PCl3 和 0.5mol Cl2，相當于起始投 料量減為原投料量的一半，若平衡不移動， PCl5的物質的量應 為 0.2mol。但移走反應物即減小物質的量，相當于減小濃度 （減壓）或增大容積，平衡向增大壓強的方向進行，所以平 衡左移， PCl5消耗更多，其平衡時物質的量 0.2mol。 1 m o l P C l 3 0 . 5 m o l C l 2 1 m o l P C l 3 0 . 5 m o

18、l C l 2 平衡I PCl 5 =0.2mol 平衡I PCl 5 =0.2mol 平衡I I PCl 5 0.2mol擴容或減壓 平衡左移 P . V / 2 . T P . V / 2 . T P 1 . V / 2 . T P 2 . V . T 例 4. 一定溫度下，向密閉容器中充入 1.0molN2和 3.0molH2， 反應達到平衡時測得 NH3的物質的量為 0.6mol。若在該容器 中開始時 N2的物質的量為 2.0mol， H2為 6.0mol，則平衡時 NH3的物質的量為 A. 若為定容容器， n(NH3)=1.2mol B. 若為定容容器， n(NH3)1.2mol D

19、. 若為定壓容器， n(NH3)=1.2mol E. 若為定壓容器， n(NH3)1.2mol 答案： CD 六 、 關于化學平衡圖像題 解平衡速率圖象題的六點注意： 看坐標系 ， 確定縱 、 橫坐標所代表的含義 。 分析反應的特征，搞清正反應方向是吸還是放熱；體積增 大還是減小、不變；有無固體或純液體物質參加或生成等。 分清楚自變量和因變量 ， 弄明白始態(tài) 、 終態(tài) 。 必要時建 立中間變化量以便使二者聯系 ， 并與勒沙特列原理掛鉤 。 看清三點 (起點 、 拐點 、 終點 ),分清極值 、 最值 ， 比較 斜率 ， 把握曲線的變化趨勢 。 定一議二 。 當圖像中有三個量時 ， 先確定一個量

20、不變再討 論另外兩個量的關系 。 檢驗結論是否正確。 例 1.可逆反應 mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)； H， 開始時 在容器中充入 A和 B或 C和 D， 圖 1和圖 2分別表示平衡后 ， 改 變溫度 T和壓強 P對反應速率 與化學平衡的影響 。 下列關 系正確的是 A 開始充入 A和 B m+np+q H 0 B 開始充入 A和 B m+np+q H p+q H 0 D 開始充入 C和 D m+n0 答案： D 例 2 可逆反應 X(g) +Y(g) 2Z(g)； H 0， 若反應 開始經 t1秒后達到平衡 ， 又經過 t2秒后 ， 由于反應條件的 改變使平衡破壞 ， 到

21、t3秒又達到平衡 ， 如右圖所示 ， 試分 析從 t2到 t3秒曲線變化的原因是 A 增大了 X或 Y的濃度 B 使用了催化劑 C、 增大了反應體系的壓強 D 升高了反應的溫度 t C(mol/L) 0 t 1 t 2 t 3 Z X 或 Y X 或 Y Z 答案： D 例 3.在容積固定的密閉容器中存在如下反應： A(g)+3B(g) 2C(g)； H， 某研究小組研究了其他條件不變時 ， 改變某一 條件對上述反應的影響 ， 并根據實驗數據作出下列關系圖： 下列判斷一定錯誤的是 A 圖 I研究的是不同催化劑對反應的影響 ， 且乙使用的催化劑效率較高 B 圖 研究的是壓強對反應的影響 ， 且甲

22、的壓強較高 C 圖 研究的是溫度對反應的影響 ， 且甲的溫度較高 D 圖 研究的是不同催化劑對反應的影響 ， 且甲使用的催化劑效率較高 答案： AB 例 1 一定溫度下 ， 反應 2SO2 + O2 2SO3， 達到平衡時 ， n(SO2):n(O2):n(SO3) 2:3:4。 縮小體積 ， 反應再次達到 平衡時 ， n(O2) 0.8mol， n(SO3) 1.4mol， 此時 SO2的物質 的量應是 A 0.4mol B 0.6mol C 0.8mol D 1.2mol 解析： 2SO 2 + O2 2SO3 起始 2x 3x 4x 轉化 y 2y 平衡 2x-y 4x+2y 2x-y=0.8 4x+2y=1.4 答案： A 例 3. 在一個 6L的密閉容器中，放入 3LX（ g）和 2LY（ g），在一定條件下發(fā)生下列反應： 4X（ g） +3Y（ g） 2Q（ g） + nR（ g） 達到平衡后，容器內溫度不變，混合氣體的壓強比 原來增加 5%， X的濃度減少 1/3，則方程式中的 n值 A 3 B 4 C 5 D 6 答案： D 再 見 ！