化学反应速率和平衡

1 / 28 化学反应速率和平衡 本资料为 WoRD文档，请点击下载地址下载全文下载地址 m 第 12讲化学反应速率和平衡的综合应用及图象 1、描述化学平衡建立的过程。知道平衡常数（浓度平衡常数）的含义及其表达式。能利用化学平衡常数计算反应物的转化率。 2、理解外界条件（浓度，压强、温度、催化剂等）对反应速率和化学平衡的影响，认识其一般规律。 3、了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。 一、化学平衡常数（浓度平衡常数）及转化率的应用 1、化学平衡常数 （ 1）化学平衡常数的数学表达式 （ 2）化学平衡常数表示的意义 平衡常数数值的大小可以反映可逆反应进行的程度大小， k 值越大，反应进行越完全，反应物转化率越高，反之则越低。 2、有关化学平衡的基本计算 2 / 28 (1)物质浓度的变化关系 反应物：平衡浓度起始浓度 -转化浓度 生成物：平衡浓度起始浓度 +转化浓度 其中，各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中物质的计量数之比。 (2)反应的转化率 () ： 100 (3)在密闭容器中有气体参加的可逆反应，在计算时经常用到阿 伏加德罗定律的两个推论： 恒温、恒容时：；恒温、恒压时： n1/n2=V1/V2 (4)计算模式 浓度 (或物质的量 )aA(g)+bB(g)cc(g)+dD(g) 起始 mnoo 转化 axbxcxdx 平衡 m-axn-bxcxdx (A)= （ ax/m） 100 (c) 100 (3)化学平衡计算的关键是准确掌握相关的基本概念及它们相互之间的关系。化学平衡的计算步骤，通常是先写出有关的化学方程式，列出反应起始时或平衡时有关物质的浓度或物质的量，然后再通过相关的转换，分别求出其他物质的浓度 或物质的量和转化率。概括为：建立解题模式、确立平衡状态方程。说明： 3 / 28 反应起始时，反应物和生成物可能同时存在； 由于起始浓度是人为控制的，故不同的物质起始浓度不一定是化学计量数比，若反应物起始浓度呈现计量数比，则隐含反应物转化率相等，且平衡时反应物的浓度成计量数比的条件。 起始浓度，平衡浓度不一定呈现计量数比，但物质之间是按计量数反应和生成的，故各物质的浓度变化一定成计量数比，这是计算的关键。 二、学习化学平衡应注意的三个问题 1、等效平衡：在两种不同的初始状态下，同一个可逆反应在 一定条件 (定温、定容或定温、定压 )下分别达到平衡时，各组成成分的物质的量 (或体积 )分数相等的状态。在恒温恒容条件下，建立等效平衡的一般条件是：反应物投料量相当；在恒温恒压条件下，建立等效平衡的条件是：相同反应物的投料比相等。 2、平衡移动的思维基点： (1)“ 先同后变 ” ，进行判断时，可设置相同的平衡状态 (参照标准 )，再根据题设条件观察变化的趋势； (2)“ 不为零原则 ” ，对于可逆反应而言，无论使用任何外部条件，都不可能使其平衡体系中的任何物质浓度变化到零。 3、在实际生产中，需要综合考虑反 应速率、化学平衡、原4 / 28 料选择、产量和设备等各方面情况，以确定最佳生产条件。合成氨选择的适宜条件通常是： 20mPa 50mPa、 500 左右、铁触媒；及时补充 N2和 H2，及时将生成氨分离出来。 速率平衡图象常见类型 解题策略： (1)首先要看清楚横轴和纵轴意义 (特别是纵轴。表示转化率和表示反应物的百分含量情况就完全相反 )以及曲线本身属等温线还是等压线。 (当有多余曲线及两个以上条件时，要注意 “ 定一议二 ”)(2) 找出曲线上的特殊点，并理解其含义。 (如 “ 先拐先平 ”) (3)根据纵轴随横轴的变化情况，判定曲线正确 走势，以淘汰错误的选项。 1、速率 时间图 此类图象定性地揭示了 v 正、 v 逆随时间（含条件改变对速率的影响）而变化的规律，体现了平衡的 “ 动、等、定、变 ”的基本特征，以及平衡移动的方向 例 1、对达到平衡状态的可逆反应 X+yZ+W，在其他条件不变的情况下，增大压强，反应速率变化图象如图 1 所示，则图象中关于 X、 y、 Z、 W 四种物质的聚集状态为（） A Z、 W 均为气体， X、 y 中有一种是气体 B Z、 W 中有一种是气体， X、 y 皆非气体 c X、 y、 Z、 W 皆非气体 D X、 y 均为气体， Z、 W 中有一种为气体 5 / 28 解析：经常有一些同学错选 B，认为增大压强，平衡向气体体积缩小的方向移动其实，图象告诉我们的是：增大压强，加快了正、逆反应，但逆反应速率增大的幅度大于正反应速率增大的幅度，由此而导致平衡向左移动而压强的改变，只影响气体反应的速率，选项 B 所言的 X、 y 皆非气体即其正反应速率不受影响，故正确答案为 A 2、浓度 时间图 此类图象能说明各平衡体系组分（或某一成分）在反应过程中的变化情况解题时要注意各物质曲线的折点（达平衡时刻），各物质浓度变化的内在联系及比例符合化学方程式中化学计量数关系等情况 例 2、图 2 表示 800 时 A、 B、 c 三种气体物质的浓度随时间的变化情况， t1是到达平衡状态的时间试回答：（ 1）该反应的反应物是 _；（ 2）反应物的转化率是 _；（ 3）该反应的化学方程式为 _ 解析：起始时 A 的浓度为 L， B、 c 的浓度为 0，随着时间的推移， A 的浓度降低为 L， c 的浓度升高为 L， B 的浓度升高为 /L t1时刻后各物质浓度不再变化，说明反应已达平衡，得出 A 为反应物， B、 c 为产物，它们浓度变化的差值之比为化学方程式中各物质的化学计量数之比故正确答案为6 / 28 （ 1） A；（ 2） 40；（ 3） 2A B c 3、含量 时间 温度（压强）图 这类图象反映了反应物或生成物的量在不同温度（压强）下对时间的关系，解题时要注意一定条件下物质含量不再改变时，应是化学反应达到平衡的特征 例 3、同压、不同温度下的反应： A（ g） B（ g） c（ g）； H A 的含量和温度的关系如图 3 所示，下列结论正确的是（） A T1 T2， H0B T1 T2， H0c T1 T2，H0D T1 T2， H0 解析：在其他条件不变的情况下，升高温度加快反应速率，缩短 反应到达平衡的时间由图象可知， T1温度下，反应先达平衡，所以 T1 T2在其他条件不变的情况下，升高温度平衡向吸热方向移动，降低温度平衡向放热方向移动因为T1 T2，达平衡时 T1 温度下 A 的含量较大，即 A 的转化率降低，所以升温时平衡向逆反应方向移动因此该反应的正方向为放热反应，即 H0 ，故正确答案选 c 例 4、现有可逆反应 A（ g） 2B（ g） nc（ g）； H0 ，在相同温度、不同压强时， A 的转化率跟反应时间（ t）的关系如图 4，其中结论正确的是（） A p1 p2， n 3B p1 p2， n 3c p1 p2， n 3D p17 / 28 p2， n=3 解析：当其他条件不变时，对于有气体参加的可逆反应，压强越大，到达平衡的时间越短图象中曲线和横轴平行，表明反应已达平衡由图象知道，当压强为 p2 时，该反应到达平衡的时间较短，故 p1 p2在其他条件不变的情况下，增大压强会使化学平衡向着气体体积缩小的方向移动因 p1 p2，且当压强为 p1时， A 的转化率较大，所以正反应为气体体积增加的反应，即 1+2 n，故正确答案选 B 4、恒压（温）线 该类图象的纵坐标为物质的平衡浓度或反应物的转化率，横坐标为温 度或压强 例 5、对于反应 2A（ g） B（ g） 2c（ g）； H0 ，下列图象正确的是（） 解析：首先要知道该反应是气体体积缩小的放热反应此反应的平衡体系受压强的影响是：增大压强平衡向正反应方向移动， A 的转化率增大， B 的含量减小， c 的含量增大升高温度，平衡向逆反应方向移动， A 的转化率减小， B 的含量增大， c 的含量减小 A 图象虽表示 B 的含量随温度升高而增加，但若平衡是从 c 物质开始反应而建立的，则符合此反应另外，从反应开始到建立平衡，温度越高，到达平衡的8 / 28 时间越短由于该反应是放热反应，建立平衡后 ，温度越高，B 的含量就应越大因此 A、 D 图象正确，符合上述平衡体系，B、 c 图象不符合题意 5速率 温度（压强）图 例 6、对于可逆反应： A2（ g） 3B2（ g） 2AB3（ g）； H”). (3)H3Bo3 溶液中存在如下反应： H3Bo3（ aq） +H2o（ l） B(oH)4-(aq)+H+（ aq）已知L-1H3Bo3 溶液中，上述反应于 298k 达到平衡时， c平衡（ H+） =10 -5molL-1， c 平衡（ H3Bo3） c 起始（ H3Bo3），水的电离可忽略不计，求此温度下该反应的平衡常数 k（ H2o 的平衡浓度不列入 k 的表达式中，计算结果保留两位有效数字） 解析： (1)根据元素守恒，产物只能是 H2，故方程式为B2H6+6H2o=2H3Bo3+6H2。 (2)由图像可知，温度升高， H3Bo3 的转化率增大，故升高温度是平衡正向移动，正反应是吸热反应， H o。 (3)k= 答案： (1)B2H6+6H2o=2H3Bo3+6H2 (2) 升高温度，反应速率加快，平衡正向移动 H o 16 / 28 (3)或 【巩固练习 1】 (山东聊城三中 XX 届高三 12 月月考 )在 20L恒容的密闭容器中，加入 3molSo3(g)和 1mol 氧气，在某温度下使其反应，反应至 4min 时，氧气的浓度为 /L，当反应到 8min时，反应到达平衡。 （ 1） 0min 4min 内生成 o2的平均速率 v(o2)=_ （ 2）整个过程中，各物质的浓度与时间关系如图所示，则该温度下的平衡常数 k=_ （ 3）若起始时按下表数据投料，相同温度下达到平衡时，三氧化硫浓度大于 /L 的是 _，此时的平衡常数与（ 2）小题比较 _（填 “ 大于 ” 、 “ 小于 ” 或 “ 等于 ” ） ABcD So31mol3mol3mol0mol o¬22mol1mol0mol5mol （ 4） 物质的浓度不再改变标志该反应已达平衡，下列还可以说明该反应已达平衡的是 _（填序号） 体系内压强不再改变 容器内气体的密度不再改变 17 / 28 混合气体的平均分子量不再改变 答案（ 1） （ 2） （ 3） BD，等于 （ 4） 【巩固练习 2】（福建省福州三中 XX届高三上学期月考） 2L容积不变的密闭容器中，加入和，进行如下反应： A（ g） +2B（ g） c（ g） +D（ g），在不同温度下， D 的物质的量 n（ D）和时间 t 的关系如图 试回答下列问题： （ 1） 800 时。 0 5min内，以 B 表示的平均反应速率为。 （ 2）能判断该反应达到化学平衡状态的标志是。 A容器压强不变 B混合气体中 c（ A）不变 c 2v正（ B） =v逆（ D） D c（ A） =c（ c） E.混合气体密度不变 （ 3）利用图中数据计算 800 时的平衡常数 k=， B 的平衡转化率为：。该反应为反应（填吸热或放热）。 （ 4） 700 时，另一 2L 容积不变的密闭容器中，测得某时刻各物质的量如下： n（ A） =， n（ B） =， n（ c） =， n（ D） =，18 / 28 则此时该反应进行（填 “ 向正反应方向 ”“ 向逆反应方向 ”或 “ 处于平衡状态 ” ）。 答案（ 1） L 1min 1 （ 2） AB（ 2 分，漏一个扣 1 分，错选不得分） （ 3）（ molL 1） 1（单位可不写）吸热 （ 4）向正反应方向 化学反应速率和平衡的综合应用及图象单元测试 一、选择题 1 100mL6mol/L 的 H2So4 与过量锌粉反应，一定温度下，为了减缓反应进行的速率，但又不影响生成氢气的总量，可向反应物中加入适量的（ ） A Na2So4 固体 c NaoH溶液 c k2So4溶液 D cuSo4固体 2下列 事实中，不能用勒 沙特列原理解释的是（ ） A开启啤酒后，瓶中马上泛起大量泡沫 B钢铁在潮湿的空气中容易生锈 c实验室中常用排饱和食盐水的方法收集氯气 D工业上生产硫酸的过程中使用过量的空气以提高二氧化硫的利用率 3 No2溶于水生成硝酸的反应为： 3No2(g) H2o(1)2HNo3(1) No(g)； Hb)粉末状碳酸钙与同浓度盐酸反应，则相应的曲线(图中虚线所示 )正确的是（ ） 5在容积固定的密闭容器中存在如下反应： A(g)3B(g)2c(g)； H0 。某研究小组研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响，并根据实验数据作出下列关系图： 下列判断一定错误的是（ ） A图 I 研究的是不同催化剂对反应的影响，且乙使用的催化剂效率较高 B图 研究的是压强对反应的影响 ，且甲的压强较高 c图 研究的是温度对反应的影响，且甲的温度较高 D图 研究的是不同催化剂对反应的影响，且甲使用的催化剂效率较高 6、同温同压下，当反应物分解了 8时，总体积也增加 8的是 20 / 28 (g)N2(g)+3H2(g)(g)N2(g)+o2(g) (g)4No2(g)+o2(g)(g)2No(g)+o2(g) 7、对于反应 2So2+o22So3,下列判断正确的是 体积 2So2和足量 o2反应，必定生成 2 体积 So3 B.其他条件不变，增大压强，平衡必定向右移动 c.平衡时， So2消耗速度必定等于 o2生成速度的两倍 D.平衡时， So2浓度必定等于 o2 浓度的两倍 8、反应： L（固） aG（气） bR（气）达到平衡时，温度和压强对该反应的影响图所示：图中：压强 p1 p2， x 轴表示温度， y 轴表示平衡混合气中 G 的体积分数。据此可判断 A.上述反应是放热反应 B.上述反应是吸热反应 .a b 9、压强变化不会使下列化学反应的平衡发生移动的是 A H2(g)+I2(g)2HI(g)B 3H2(g)+N2(g)2NH3(g) c 2So2(g)+o2(g)2So3(g)D c(s) co2(g)2co(g) 10、放热反应 co(g)+H2o(g)co2(g)+H2(g)在温度 t1时达到平衡， c1(co)=c1(H2o)=/L，其平衡常数为 k1。升高反应体系的温度至 t2 时，反应物的平衡浓度分别为 c2(co)和c2(H2o)，平衡常数为 k2，则 A k2和 k1的单位均为 mol/LB k2c2(co) 11、在一定温度下，向 aL密闭容器中加入 1molX气体和 2moly21 / 28 气体，发生如下反应： X（ g） 2y（ g） 2Z（ g）此反应达到平衡的标志是 A.容器内压强不随时间变化 B.容器内各物质的浓度不随时间变化 c.容器内 X、 y、 Z 的浓度之比为 1 2 2D.单位时间消耗同时生成 12、 1molX 气体跟 arnoly 气体在体积可变的密闭容器中发生如下反应： X（ g） ay（ g） bZ（ g）反应达到平衡后，测得 X 的转化率为 50。而且，在同温同压下还测得反应前混合气体的密度是反应后混合气体密度的 3/4，则 a 和 b 的数值可能是 1， b 2， b 2， b 3， b 2 13、在 /L 的 cH3cooH 溶液中存在如下电离平衡：cH3cooHcH3coo H对于该平衡，下列叙述正确的是 A.加入少量 NaoH固体，平衡向正反应方向移动 B.加水，反应速率增大，平衡向逆反应力向移动 c.滴加少量 /LHcl 溶液，溶液中 c（ H）减少 D.加入少量 cH3cooNa固体，平衡向正反应方向移动 14、恒温恒压下，在容积可变的器血中，反应 2No2（气）N2o4（气）达到平衡后，再向容器内通入一定量 No2，又达到平衡时， N2o4的体积分数 A.不变 B.增大 c.减小 D.无法判断 22 / 28 15哈伯因发明了由氮气和氢气合成氨气的方法而 获得 1918年诺贝尔化学奖。现向一密闭容器中充人 1molN2和 3molH2，在一定条件下使该反应发生。下列有关说法正确的是 A 达到化学平衡时， N2将完全转化为 NH3 B 达到化学平衡时， N2、 H2和 NH3 的物质的量浓度一定相等 c 达到化学平衡时， N2、 H2和 NH3 的物质的量浓度不再变化 D 达到化学平衡时，正反应和逆反应的速率都为零 16在一定温度不同压强（ P1 P2）下，可逆反应2X(g)2y(g)+Z(g)中，生成物 Z 在反应混合物中的体积分数（ ）与反应时间（ t）的关系有以下图示，正确的是（） 17、在密闭容器中，在一定条件下，进行下列反应：No(g)+co(g)1/2N2(g)+co2(g)； H= /mol，达到平衡后，为提高该反应的速率和 No的转化率，采取的正确措施是 A加催化剂同时升高温度 B加催化剂同时增大压强 c升高温度同时充入 N2D降低温度同时增大压强 二、填空题 18、在密闭容器中，由一定起始浓度的氙 (Xe)和 F2 反应，可得到 3 种氟化物。各种生成物在平衡体系内的分压与反应温度的关系如右图所示（己知气体的分压之比等于物质的量之比）。 23 / 28 （ 1 ） 420k 时，发生反 应的化学方程式为：_；若反应中消耗 lmolXe，则转移电子 _mol。 （ 2） 600 800k 时，会发生反应： XeF6（ g） XeF4（ g）+F2（ g），其反应热 H_0 （填 “”“=” 或“” ） 。 理 由 是_。 （ 3 ） 900k 时 ， 容 器 中 存 在 的 组 分 有_ 19、将 2molH2o 和 2molco置于 1L容器中，在一定条件下，加热至高温，发生如下可逆反应： 2H2o（ g） 2H2 o22coo22co2 （ 1）当上述系统达到平衡时，欲求其混合气体的平衡组成，则至少还需要知道两种气体的平衡浓度，但这两种气体不能同时是和，或和。（填它们的分子式） （ 2）若平衡时 o2 和 co2的物质的量分别为 n（ o2）平 amol，n（ co2）平 bmol。试求 n（ H2o）平。（用含 a、 b 的代数式表示）。 20、在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应： co2（ g） H2（ g） co（ g） H2o（ g）， 其化学平衡常数 k 和温度 t的关系如下表： t70080083010001200 24 / 28 回答下列问题： （ 1）该反应的化学平衡常数表达式为 k。 （ 2）该反应为反应（选填吸热、放热）。 （ 3）能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是（多选扣分）。 （ a）容器中压强不变（ b）混合气体中 c（ co）不变 （ c） v 正（ H2） v 逆（ H2o）（ d） c（ co2） c（ co） （ 4）某温度下，平衡浓度符合下式： c（ co2） c（ H2） c（ co） c（ H2o），试判断此时的温度为 。 21氯酸钾和亚硫酸氢钠发生氧化还原反应生成 cl(-1 价 )和 S( 6 价 )的速率如图所示，已知这个反应速率随着溶液中 c(H+)增大而加快。 (1)反应的离子方程式为 _。 (2)t1 t2 时 刻 内 反 应 速 率 增 大 的 原 因 为_。 (3)t2 t3 时刻内反应速率又减小的主要原因为_。 化学平衡移动原理不仅在工业生产中有重要的指导作用，也能用于解释生活中的一些现象或 指导人们解决生活中的一些具体问题。下