江西省乐安一中高三化学 26化学反应速率与化学平衡培优教案.doc

化学反应速率与化学平衡本讲主要是了解化学反应速率的表示方法，外界条件对反应速率的影响；掌握可逆反应的平衡状态的判断及化学平衡状态的比较，掌握化学平衡的有关计算。基础知识学习指导 一.化学反应速率的意义与表示方法 1表示方法：化学反应速率用来衡量化学反应快慢程度,通常用单位时间内反应物浓度减小或生成物速度的增加来表示。单位 对于同一反应，可任选不同物质的浓度变化来表示同一化学反应速率。用不同物质的浓度变化来表示的反应速率数值可以不同，反应体系中各物质的化学反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。固体物质在化学反应中不用浓度计量，所以在表示化学反应速率时不用固体物质表示。2影响化学反应速率的因素 反应物性质 反应所需能量 活化分子百分数 单位体积内活化分子数目（增加）（增加）（内因）化学反 降低反应 反应物分子 增加单位体应 所需能量 能量增加 积内分子数目速率解析1解析2反应条件 催化剂 升高温度 增大反应物浓度解析3（外因） 增大压强 解析4 二化学平衡的含义及实质化学平衡研究的对象是可逆反应，主要研究反应进行的程度和外界条件对可逆反应的影响。 （一）化学平衡状态： 1含义：指一定条件下的可逆反应，正反应和逆反应速率相等，反应混合物中各组分浓度保持不变的状态。它的建立与反应途径无关，从正反应或逆反应开始都可以建立平衡状态。 2特征：化学平衡是动态平衡，当浓度、温度、压强等条件改变时，化学平衡即被破坏，并在新的条件下建立新的平衡状态即化学平衡移动。 3化学平衡的标志可有不同的表达方式 一定条件下的可逆反应 ma(g)+nb(g) pc(g) 用反应速率表示： a.单位时间内消耗a的速率与生成a的速率相等， b.单位时间内消耗a的速率与生成b的速率之比为m:n 同理： 用各组分的量表示： a.各组分物质的量浓度不随时间而变化 b.当m+np时，各气体的分压不随时间而变化 c.当m+np时，混合气体总压，平均相对分子质量不随时间而变化等 （二）利用方程式计算的一般程序 ma(g)+nb(g) pc(g)+qd(g) 始态 a b 0 0 转化 -x - + + 平衡 a-x b- 其中a、b可用相同条件下的物质的量、物质的量浓度、或同温同压下气体的体积表示 （三）等效平衡 1在同温、同体积或同温、同压条件下，对同一可逆反应，如改变起始时加入物质的量，若当达化学平衡时，同种物质的含量相同，这种在不同起始状态时的平衡，称等效平衡。 2等效平衡的计算等价转换法在一定定容积的密闭容器中，下列反应ma(g)+nb(g) pc(g)，当加入m mol a, n mol b,反应达平衡时，c的浓度为 ,若容器温度和体积不变，起始时为a mol a, b mol b, c mol c,若要使平衡后c的浓度仍为 ，则a,b,c满足的关系是： ma(g)+nb(g) pc(g) 平衡时c的浓度已知态 m n o w始态 a b c w转换态 o根据等效平衡，将始2状态c全部转化为a或b，再加上始态原来的a或b与已知态a或b为同效时，可保证平衡时c的浓度不变，这种转换称等价转换法。可列式为： = 或： （四）化学平衡常数对于一般的可逆反应 ma+nb pc+qd当一定温度下，达化学平衡时，这个反应的平衡常数 从平衡常数k的大小，可推断反应进行的程度，k越大，表示化学反应达平衡时生成物浓度对反应物浓度的比值越大，也就是反应进行的程度越大，反应的转化率解析5越大。反之，k越小，表示反应进行程度越小，反应转化率也越小。可逆反应的平衡常数不随反应物或生成物浓度的改变而改变，但随温度的改变而改变。 三化学平衡的移动 （一）化学平衡移动原理1 勒沙特别原理：如果改变影响化学平衡的一个条件（如浓度，压强或温度）平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。2.化学平衡移动的原理适用于所有的动态平衡体系,如电离平衡、溶解平衡、水解平衡等。 （二）化学平衡的移动 化学平衡移动的分析可从以下四方面进行。 1分析可逆反应的特点，明确反应物，生成物的状态，吸热还是放热，对含有气态物质的反应是缩小体积还是扩大体积等。 2分析何种条件（主要指温度，压强，浓度）影响平衡的移动，可根据勒沙特列原理来判断移动的方向，如是催化剂，不影响平衡移动仅缩短反应达到平衡所需的时间。3 分析充入惰性气体对平衡移动的影响。 同温同容条件下，向平衡体系充入稀有气体对平衡无影响，因容积不变，充入稀有气体后体系总压强增大，但平衡混合物各组分的压强（浓度）不变，平衡不移动。 同温同压条件下，向平衡体系充入稀有气体，平衡混合物各组分压强（浓度）减小，体系的平衡向着压强增大（气体体积增大）的方向移动。 4分析平衡移动后的结果，如反应物转化率，体系的压强、各组分的质量分数，混合物平均相对分子质量有无变化等。 （三）化学反应速率及化学平衡图象改变可逆反应外界条件，对化学反应速率及化学平衡的影响，可用各种坐标图象来表示，解图象题的思路是1 看清图象中坐标轴所代表的量的意义，看懂曲线所表示是那些量的关系2 分析曲线上点的意义，如坐标轴的交点，几条曲线交叉点，曲线的转折点等。3 结合数学知识分析曲线斜率的意义以及曲线函数的增减性含义。4 依据化学反应速率及化学平衡的变化规律，进行推理判断。 （四）合成氨生产适宜条件的选择。1 合成氨化学反应的特点：放热，气体总体积缩小的可逆反应 n2+3h2 2nh3（正反应为放热反应） 2合成氨条件的选择：应用化学反应速率和化学平衡原理，同时考虑合成氨生产中动力材料、设备催化剂的活性温度范围等因素选择合成氨适宜条件。一般合成氨生产采用500c左右的温度，压强是20mpa50mpa，选用以铁为主体的多成分催化剂又称铁触媒。合成氨平衡混合物中的体积分数大约为%，所以在实际生产中采取迅速冷却的方法，使气态氨变化液氨后及时从平衡混合物气体中分离出来，以促使平衡向生成的方向移动，此外还需不断向循环气体中补充、以利于合成氨的反应。 例题精析例1：可逆反应 2no+o2在密闭容器中的反应，达到平衡状态的标志是: 单位时间内生成的同时，生成. 单位时间内生成的同时，生成 用、的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2：2：1的状态。 混合气体的颜色不再改变的状态 混合气体的密度不再改变的状态 混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态a b c d 分析该类题目的特点是抓住可逆反应处于化学平衡状态的实质，或是单位时间内消耗某物质的速率与生成该物质的速率相等的状态等，还可以从各组分的量在相同条件不随时间而变化的状态进行比较来判定。解题根据知 正确不能表示 不正确只要反应进行必有 不正确混和气体颜色不变，说明各物质浓度不变 正确说明体积没变化，浓度、压强都不变，所以混合气体密度不变说明已达平衡 正确混合气体的平均相对分子质量不变，说明气体总物质的量不随时间变化属平衡状态 正确 所以选项为a 解题后的点拨 化学平衡的标志是反应混合物中各组分浓度保持不变。但它有不同的表示方式，一类是从概念直接出发思考,另一类是从混合气体总 压，总物质的量或各物质的浓度、物质的量、各气体的压强等不随时间而改变的直接思考。例2在2l容器中，放入0.4 mol a和0.6 mol b，在一定温度下，压强为p，放入催化剂发生反应 在a min后，容器中 =此时温度与压强未改变。（1）v(b)= x = （2）若温度不变，压强变为则v(c)= x = . 分析 根据反应化学中各物质化学反应速率之比为方程式中各物质化学计量数之比求v（b）；由温度、压强均未改变推断反应前后体积没有变化解出系数x,再根据阿伏加德罗定律推论. 解题 （1）因温度、压强没有改变，所以反应前后体积没变化，列式2+3=x+2 x=3. （2）若温度不变，压强变为 由 反应前 参加反应的 平衡时 -参加反应的 平衡时 生成 .生成 反应后 v(c)= 解题后的点拨本题要求掌握化学反应速率的表示方法与计算。而当外界条件发生变化时,对有气体参加的反应可采用阿伏加德罗定律推论进行综合计算，该题注重了应用知识能力的训练。 例3 一定温度下在固定容积的密闭容器内，将a mol pcl5充入后达如下平衡 pcl5(g) pcl3(g)+cl2(g)测得此时压强为p1.这时维持原来的温度、体积不变，再通入a mol pcl5，并达平衡，测得此时压强为p2,则p1与p2的关系是 。 分析 可假设在两个等容的密闭容器内都充入a mol的pcl5，在相同温度下形成同一平衡状态，然后在恒温恒容下，将两容器混合，相当于加大压强，促使平衡移动。图示如下：设x mol pcl5 参加反应达平衡，n为平衡时混合物总物质的量。 恒温恒容下，改变条件瞬间，平衡移动 解题 当两个容器在恒温恒容条件下形成同一平衡时，两容器内pcl5,pcl3,cl2的物质的量相同，然后保持温度不变，将一个容器内的混合气体压到另一个容器内，相当于pcl5，pcl3,cl2增加了相同的倍数。为了保持体积不变，就相当于加压， p2 p1平衡必然向逆方向移动使p2 2p1 解题后的点拨 一定温度下和一定条件下的化学反应达到动态平衡，参与平衡各物的浓度或压强保持恒定，恒温时改变平衡体系中某物的浓度或压强或改变体系压强，平衡均将发生移动。综观反应类型可归为两类：a+b c；a+b c+d即反应体系中物质的量总和相等或不等两种情况。如若a、b、c、d均为气体则恒温时改变体系压强对平衡没有影响，如若恒温时加少量惰气对气态反应平衡的影响则取决于平衡体系中各物质的浓度（压强）是否改变来进行讨论。此类题目有助于思维的逻辑性，深刻性的培养。例4在一固定体积的密闭容器中，保持一定温度，进行以下反应h2(g)+br2(g) 2hbr(g)已知加入1 mol h2和2 mol br2时，达到平衡后生成a mol hbr(见下表已知项)。在相同条件下，且保持平衡时各组分的体积分数不变，下列编号13的状态，填写表中空白：编号起始状态平衡时hbr物质的量（mol）h2br2hbra已知120（1）240（2）10.5a（3）m 分析 本题属于等温等容下的等效平衡，可用等价转换方法求解。 解题（1）氢气与溴生成溴化氢的反应为反应前后体积不变的反应平衡hbr的体积分数为。 当初始状态n(h2)=2mol n(br2)=4mol时 平衡时n(hbr)= (2) h2(g)+br2(g) 2hbr(g) 已知态 1 2 0 始态2 n(h2) n(br2) 1 等价转换 n(h2)+0.5 n(br2)+0.5 0由等效平衡知 及 解得 n(h2)=0 n(br2)=0.5mol (3) 2hbr(g) 已知态 1 2 0 始态3 m n n(hbr) 等价转换 0同理： 解之 n(hbr)=2(n-2m)平衡时，填表如下：（1）2a（2）00.5（3）2(n-2m)(n-m)a 解题后的点拨 这类题目直接求解似乎较困难, 如能将一种条件的平衡等效于另一条件的平衡用等价转换的思路，再按方程式计算的一般程序，就可作出正确的解答。所以，强化“等效平衡”类问题的分析方法，可使思维敏捷，解题简捷，并提高了学习能力。巩固提高1 将1 mol n2和3 mol h2充入一密闭容器，使其在一定条件下达平衡：n2(g)+3h2(g) 2nh3(g) （正反应为放热反应） 下列情况属于平衡状态的是 混合气体的体积等于最初体积一半的状态 n2,h2,nh3总物质的量不随时间而改变的状态 单位时间内有1 mol nh3分解的同时,有0.5 mol n2生成的状态 n2,h2,nh3的总质量不随时间而改变的状态 h2和n2体积分数之比不随时间延长而改变状态 n2,h2,nh3质量之比不随时间延长而改变的状态 n2,h2,nh3三者浓度相等 h2减少的速率等于nh3增加的速率 混合气体的平均质量不随时间而改变 1个nn键断裂的同时有3个hh键形成的状态a.b.c.d.全部 2. 反应4nh3(g)+5o2(g) 4no(g)+6h2o(g)在5的密闭容器中进行，半分钟后，no的物质的量增加了0.3mol,此反应的平均反应速率v(x)正确的是： av bv cv dv 3把6mol a(g)和5mol b(g)混合放入4密闭容器中，在一定条件下发生反应3a(g)+b(g) 2c(g)+xd(g)经5min达到平衡,此时生成c为2mol,测得d的平均反应速率为0.1.下列说法错误的是: aa的平均速率为0.15 b恒温达平衡时容器内压强为开始时的85%. cb的转化率为20% d平衡时a的浓度为0.8 4. 反应 ma(g)+nb(g) pc(g) 正反应为放热反应,在不同温度(t1与t2)及压强(p1与p2)下, 反应物b在混合气体中质量分数b%与反应时间(t)的关系如图 下述判断正确的是: a. t1p2,m+np ht2, p1p h0 c.t1p2, m+np ht2, p1p2, m+n0 5体积相同的甲、乙两容器中，分别都充有等物质的量的so2和o2，在相同温度下发生反应 2so2（g）+o2(g) 2so3(g)并达平衡，在这过程中，甲容器保持体积不变，乙容器保持压强不变，若甲容器中so2的转化率为p%，则乙容器中so2的转化率a等于p%b. 大于p%c. 小于p%d. 无法判断 6.在密闭容器中进行合成氨反应 达平衡后,当其它条件不变时，将平衡体系中各物质的浓度都增加到原来的2倍，其结果是： a平衡向正方向移动b达新平衡时，c（n2）较原平衡变小c达新平衡时，正、逆反应速率均比原平衡大d达新平衡时，混合气体的密度变小 7在一个6升的密闭容器中，放入和，在一定条件下发生反应 4a(g)+3b(g) 2c(g)+nd(g)达平衡后，容器内温度不变，混合气体的压强比原来增加5%，a的浓度减小，则该方程式中n值是a3 b. 4 c. 5 d. 68反应2a(g) b(g)+x(g)，在一定条件下达到平衡，密闭容器内压强增大p%，测得a的转化率为p%，则x的值是（ ）a1 b2 c3 d4 9已知氯水中有如下平衡 cl2+h2o hcl+hclo常温下, 在一个体积为50ml的针筒里吸入40 ml氯气后,再吸进10 ml h2o,写出针筒中可观察到的现象_,若将此针筒长时间放置,又可能看到何种变化_试用平衡观点加以解释。催化剂10在一定温度下, 将2 mol so2和1 mol o2 通入一定容积的密闭容器里, 发生如下反应2so2+o2 2so3 当此反应进行到一定程度时，反应混合物就处于化学平衡状态，现在该容器中，维持温度不变，令a,b,c分别代表初始加入so2、o2、so3的物质的量，如果a,b,c取不同的数值，它们必需满足一定的关系，才能保证达到平衡时，反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡完全相同，请填写下列空白： （1）若a=0,b=0 则c= . （2）若a=0.5 则b= c= . （3）a,b,c必需满足的一般条件是（请用两个方程式表示，其中一个只含a与c,另一个只含b和c）_。自我反馈是对巩固提高题的解答与点拨 1.b选项正确。 2.v v v答案：c，d： 3 3a（g）+b(g) 2c(g)+2d(g)始态 6mol 5mol 0 0 变化量 3mol 1mol 2mol 2mol 平衡态 3mol 4mol 2mol 2mol b的转化率= 平衡时n(a)=3mol c(a)= 选择b,d. 4d 相同温度下时, p2状态先达平衡。 p2p1, p2时b%含量大, 平衡向逆方向移动 m+nt2 而t1时b%含量低, 平衡向正方向移动,反应为吸热反应 h0. 5b选项正确 该反应为缩体反应 甲容器保持体积不变,则要减小压强才能达到。而乙容器要保持压强不变，平衡时容积将减小才能满足要求，容积减小，浓度将变大，平衡又向正方向移动，所以 p(乙)p(甲) 则乙容器so2的转化率要大于甲容器so2的转化率p%.6.选择为a,c a项:反应在密闭容器中进行,体系中各物质浓度都增加,使体系压强增大,平衡向正反应方向移动。 b项:n2、h2、nh3的浓度增大1倍，平衡向生成nh3方向移动，结果是nh3的浓度明显增大，n2、h2的再次平衡,浓度c(1)c(2)2c(1) 不可能c(2)c(1). d项: 各物质的质量增加了1倍,但由于平衡的右移,总物质的量n(2)4+3 得n5. 选项为d. 8用差量法求得x=3。选项为c 9.气体体积缩小溶液呈黄绿色;气体体积进一步缩小,气体和溶液均为无色;氯水中的平衡 cl2+h2o hcl+hclo 由于hclo逐渐分解而平衡不断向右移动,最终cl2全部转变为o2,导致气体体积缩小与黄绿色消退。(hclohcl+)10.（1） a=0, b=0 则c必等于2 这时相当反应从逆向开始，假定完全反应则c反应完恰好生成2mol so2, 1mol o2 与初始等效平衡。 （2）a=0.5 如从正反应分析，则so2反应1.5mol, 必生成1.5mol的so3，消耗0.75mol o2 所以b=10.75=0.25; c=1.5. （3）依等价转换法从2可知 a+c=2 2b+c=2走向高考1 高炉炼铁中发生的基本反应之一如下： feo(s)+co(g) fe(s)+co2(g) 正反应为吸热反应。其平衡常数可表达为，已知1100时，k=0.263（1） 温度升高，化学平衡移动后达新的平衡，高炉内co2和co 的体积比值 ，平衡常数k值 （选增大、减小或不变）（2） 1100时测得高炉中c（co2）=0.025moll-1,c(co)=0.1 moll-1,在这种情况下，该反应是否处于化学平衡状态（填是或否）此时化学反应速率v(正) v(逆)（填大于、小于或等于），其原因是 。 （98年上海高考题） 2在一个容积固定的反应器中，有一可左右滑动的密封隔板，两侧分别进行如下图所示的可逆反应。各