高中化学 反应速率与化学平衡教案 人教版第二册VIP

1 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡 上上 主要教学内容 1 掌握化学反应速率的表示方式 计算方法及重要规律 2 了解活化分子 活化能 有效碰撞等概念 3 理解并运用影响化学反应速率的因素 4 掌握化学平衡的概念 特征 标志 5 掌握平衡常数的表达式 作用 学习指导学习指导 一一 化学反应速率化学反应速率 1 概念 化学反应进行的快慢定量描述 化学反应速率 在反应中 某物质的浓度 一般 指物质的量浓度 随时间的变化率 2 表示 一般用单位时间内某一种反应物或生成物的物质的量浓度的变化值来表示 表达式 vi C t 单位 mol L s mol L min 等 3 注意 1 以上所指的反应速率是平均反应速率而不是瞬时反应速率 2 同一反应在不同时刻 瞬时反应速率不同 3 同一反应在不同时间内 平均反应速率不同 4 同一反应在同一时间内 用不同物质来表示的反应速率可能不同 5 中学阶段计算的是平均反应速率 图示的应是瞬时速率 3 规律 对于同一反应 mA g nB g pC g qD g 同一时间 vA vB vC vD nA nB nC nD CA CB CC CD m n p q 即反应速率的数值之比等于这些物质在化学方程式中的化学计量数之比 4 图示 对于一般反应 aA bB cC dD 反应物 A 的浓度随时间的变化曲线如图所示 在 t1 t2内 平均反应速率以 A 的浓度变化 表示为 v A c A t c2 c1 t2 t1 对于某一反应 各反应物或生成物的起始浓度是不一 定的 但在同一时间内各物质的浓度变化 C 却是一定的 作浓度 C 时间 t 图一定要符合这一变化规律 如 有关 2SO2 O2 2SO3反应的下列图象正确的是 浓 度 c1 c2 t c S O2 O2 OS3 t c t c 2 O 2 OS 3 S O t c O2 S O2 3OS ABCD 2 3 11 2 3 1 2 3 1 2 3 0 5 2 5 OS 2 OS3 O2 O t1 t2 时间 2 抓住规律 V so2 V o2 V so3 2 1 2 C so2 C o2 C so3 2 1 2 另外 对一可逆可应 必须同一时刻达到化学平衡 所以正确答案 二 影响化学反应速率的因素 1 内因 物质本身结构及性质是反应速率的主要决定因素 例如 石油 煤的形成需要极其漫长的历史 而爆炸性的反应却在瞬间完成 分子要起反应 必须相互接触碰撞 但并不是每一次都能发生化学反应 能发生化 学反应的只是少数能量较高的 活化 分子 活化 分子所进行的碰撞叫有效碰撞 活化 能是活化分子的平均能量与反应物平均能量之差 如图所示 图中 E 表示活化分子的平均 能量 Ea Ea 分别表示正 逆反应的活化能 E1 E2分别表示反应物分子和生成物分子的 平均能量 由图可以看出 正反应的活化能 Ea E E1 逆反应的活化能 Ea E E2 若 Ea Ea 表示正反应放热 逆反应吸热 图 活化能的概念 2 外因 外界条件在一定范围内影响反应速率 如浓度 温度 压强 催化剂及其 它 1 温度 升高温度不论对放热反应还是吸热反应 反应速率总是增大的 一般每升高 10 反应速率增大到原来的 2 4 倍 在浓度一定时 温度升高 反应物分子的平均能量增加 反应物分子中活化分子百 分数增加 有效碰撞次数增多 从而加大了反应速率 注意 温度对反应速率的影响实际上是比较复杂的 有的反应随温度的升高 反应速率不一 定加快 例如用酶催化的反应 酶只有在适宜的温度下活性最大 反应速率才达到最大 故在许多工业生产中温度的选择不许考虑催化剂的活性温度范围 2 浓度 其它条件不变 若增加一种物质的浓度 不论是反应物还是生成物 后 活化分子百分数增加 单 位体积内活化分子数目增多 有效碰撞次数增多 反应速率总是加快 反之 则减小 固体或纯液体浓度视为常数 它们物质的量的变化不会引起反应速率的变化 故不 能用它表示反应速率 但固体颗粒的大小导致接触面的大小 故影响反应速率 3 压强 有气体物质参与 其它条件不变 增大压强 容器体积减小反应速率总是增大 反之减小 恒容条件 增加与反应无关的气体 容器总压增加 但与反应有关的气体物质各自 的分压不变 各自浓度不变 故反应速率不变 恒压条件 增加与反应无关的气体 容器体积增加 对于反应有关的气体物质相当 于减压 故反应速率减小 总之 有气体参加的反应 压强的影响 实质上是指容器容积的改变 导致各气体的 浓度同等程度的改变 从而影响反应速率 4 催化剂对反应速率的影响 催化剂是通过降低反应的活化能 使活化分子百分数增大 活化分子增多来加快反应 能 量 O 反应过程 E Ea Ea E2 E1 反应热反应物 生成物 3 速率的 催化剂虽然在反应前后的质量和化学性质没有发生变化 但它却参与了化学变化 过程 改变了原来的反应历程 需要注意的是 1 对于可逆反应 催化剂能同等程度地改变正 逆反应速率 在一定条件下 正反应 的优良催化剂必定是逆反应的优良催化剂 2 使用催化剂只能改变反应途径 不能改变反应的始态和终态 故催化剂只能加快反 应达到平衡时的时间 而不能改变平衡状态 反应的热效应也和催化剂的存在与否无关 3 催化剂只能加速热力学上认为可以实现的反应 对于热力学计算不能发生的反应 任何催化剂都不能改变反应发生的方向 4 催化剂可以加快化学反应速率 也可以减慢化学反应速率 前者称之为正催化剂 后者称之为负催化剂 通常情况下 正催化剂用得较多 因此 若无特殊说明 都是指正 催化剂而言 5 其它 如光 射线 超声波 反应溶剂 反应物的颗粒大小 形成原电池等因素 等均可能引起化学反应速率的变化 三三 化学平衡的概念化学平衡的概念 一定条件下的可逆反应里 正反应速率和逆反应速率相等 反应混合物中各组成成分 的百分含量保持不变 这一状态称作化学平衡状态 可逆反应 1 前提 外界条件一定 v正 v逆 0 同种物质 2 特征 百分含量不随时间而变化 各种物质 四 化学平衡的标志 1 等速标志 v正 v逆 指反应体系中的同一种物质来表示的正反应速率和逆反应速率相等 对不同种物质而言 速率不一定相等 何谓 v正 v逆 如何理解 以 N2 3H2 2NH3 反应为例 单位时间 单位体积内 若有 1mol N2消耗 则有 1mol N2生成 同种物质 物质的量相等 词性相反 若有 1mol N2消耗 则有 3mol H2生成 同侧不同种物质 物质的量之比 系数对应 比 词性相反 若有 1mol N2消耗 则有 2mol NH3消耗 异侧物质 物质的量之比 对应系数比 词性相同 若有 1mol N N 键断裂 则有 6mol N H 键断裂 其它与上述相似 注意 对象 词性 同种 侧 物质 相反 异侧物质 相同 2 百分含量不变标志 正因为 v正 v逆 0 所以同一瞬间同一物质的生成量等于消耗量 总的结果是混合体 系中各组成成分的物质的量 质量 物质的量浓度 各成分的百分含量 转化率等不随时 间变化而改变 3 对于有气体参与的可逆反应 4 1 从反应混合气的平均相对分子质量 考虑M M n m 当 ng 0 一定时 则标志达平衡 M 当 ng 0 为恒值 不论是否达平衡 M 若有非气体参与 不论 ng 是否等于 0 则当一定时 可标志达平衡M 实例 H2 g I2 g 2HI g ng 0 SO2 g O2 g 2SO3 g ng 0 C s O2 g CO2 g ng 0 CO2 g C s 2CO g ng 0 在实例反应 中 总为恒值 M 在反应 中 只要反应未达平衡 则不为定值 反之当为一定值 不随MM 时间变化而变化时 则标志着达到平衡状态 2 从气体密度考虑 v m 恒容 总为恒值 不能作平衡标志 当各成分均为气体时 ng 0 总为恒值 同上 ng 0 为一定值时 则可作为标志 恒容 为一定值时 可作标志 恒压 ng 0 为一定值时 可作标志 3 从体系内部压强考虑 恒容 恒温 n g 越大 P 越大 不论各成分是否均为气 ng 0 则 P 为恒值 不能作标志 体 只需考虑 ng ng 0 则当 P 一定时 可作标志 4 从体系内部温度考虑 当化学平衡尚未建立或平衡发生移动时 反应总要放出或吸收热量 若为绝热体系 当体系内温度一定时 则标志达到平衡 五 化学平衡常数 对于可逆反应 aA bB cC dD 在一定温度条件下 可逆反应无论从正反应开 始或是从逆反应开始 也无论起始时反应物浓度的大小 反应达到平衡时 各物质的浓度 有如下关系 式中 Kc称为平衡常数 Kc仅随温度变化 ba dc c BA DC K 平衡常数是表明化学反应在一定条件下进行的最大程度 即反应限度 的特征值 一 般可认为 平衡常数越大 反应进行得越完全 注意 1 如果有固体或纯液体参加反应或生成 它们的浓度视为 1 例如 CaCO3 s CaO s CO2 g Kc CO2 2 稀溶液中进行的反应 如有水参加 水的浓度也视为 1 不写在平衡关系式中 非 水溶液中进行的反应 如有水参加或生成 则水的浓度必须写入平衡关系式 典型例析 若各物质均为气体 恒压 当有非气体物质参与时 晨时 当 5 例 1 根据以下叙述回答下列问题 把 0 6mol X 气体和 0 4mol Y 气体混合于 2L 容器中 使它们发生反应 3X 气 Y 气 nZ 气 2W 气 5 min 末已生成 0 2 molW 若测知以 Z 浓度变化表示的平均反应速率为 0 01 mol L min 则 1 上述反应中系数 n 的值是 1 2 3 4 2 5 min 末时 Y 的消耗量占原有量的百分数是 解析 1 vW 0 02 mol L min t c 52 02 0 vW vZ 0 02 0 01 2 n n 1 2 nY nW 1 2 nY nW 0 2 0 1 mol 2 1 2 1 100 25 4 0 1 0 例 2 足量的 Fe 粉与一定量的盐酸反应 反应速率太快 为了减慢反应速率 但又不影 响产生氢气的总量 应加入下列物质中的 水 NaCl 固 NaCl 溶液 Na2SO4溶液 NaNO3溶液 NaOH 溶液 Na2CO3溶液 NaAc 溶液 CuSO4溶液 解析 减慢反应速率 降低 H 稀释 用水 无关的盐或其它溶液 变成弱酸 如 NaAc 氢气总量不变 总的不变 H n 由上可知 加入的物质均可起到稀释作用 NaCl 固 无此作用 而 NaNO3 溶液加入后 存在 H NO3 与 Fe 反应无 H2 故必须考虑 HNO3的强氧化性 从而必须注意 并非所有的强酸强碱盐溶液都合适 另外 HCl 与 F G H 中溶质均反应 HCl NaOH NaCl H2O 2HCl Na2CO3 2NaCl H2O CO2 HCl NaAc NaCl HAc 由三个反应可知 NaOH Na2CO3与 HCl 反应使 H H2O 而常温下 Fe 不跟 H2O 反应 无 H2放出 NaAc 与 HCl 反应生成了弱酸 HAc 但常温下 Fe 仍能与 HAc 反应 速率减小 但 H2量不变 2HCl 2HAc H2 故 HCl 经反应必须能生成稳定的弱酸才可行 再有 CuSO4的加入 与 Fe 发生反应生成 Cu 附在 Fe 上 插在溶液中构成了无数微电池 大大加快反应速度 但因 Fe 足量 HCl 量一定 故 H2总量不变 本题答案 例 3 已知在 800K 时 反应 CO g H2O g H2 g CO2 g 若起始浓度 c CO 2mol L 1 c H2O 3mol L 1 则反应达平衡时 CO 转化成 CO2 的转化率为 60 如果将 H2O 的起始浓度加大为 6 mol L 1 试求此时 CO 转化为 CO2的转化 率 6 解解 由第一次平衡时 CO 的转化率可求出平衡时各物质的浓度 CO 0 8 mol L 1 H2O 1 8 mol L 1 H2 1 2 mol L 1 CO2 1 2 mol L 1 据此 求出 Kc的值 1 8 18 0 2 12 1 2 22 OHCO COH Kc 假设第二次平衡时 CO 的转化浓度为 x CO g H2O g H2 g CO2 g 起始浓度 mol L 1 2 6 0 0 平衡浓度 mol L 1 2 x 6 x x x 0 1 6 2 2 x xx c K 解得 x 1 5 mol L 1 故 CO 的转化率为 75 100 2 5 1 1 1 Lmol Lmol 巩固练习巩固练习 一 选择题 1 在 aL 的密闭容器里 于一定温度进行 2A 气 B 气 2C 气 的可逆反 应 容器内开始加入下列各组物质 在达到平衡时逆反应速率最大的一组物质是 A 2molA 和 1molB B 1molA 和 1molB C 1molA 和 2molB D 1molB 和 1molC 2 反应 4NH3 5O2 4NO 6H2O 在 5L 的密闭容器中进行 半分钟后 NO 的物质的量 增加了 0 3mol 则此反应的平均速率 表示反应物的消耗速率或生成物的生成速率 xV 为 A B 01 0 2 slmolVO 008 0 slmolVNO C D 03 0 2 slmolV OH 02 0 3 slmolVNH 3 200C 将 10ml 0 1mol l Na2S2O3溶液和 10ml 0 1mol l 的 H2SO4溶液混合 2 分钟 后溶液中明显出现浑浊 已知温度每升高 100C 化学反应速率增大到原来的 2 倍 那么 500C 时 同样的反应要看到明显浑浊 需要的时间是 A 15 秒 B 20 秒 C 40 秒 D 48 秒 4 下列条件下 反应 A B C 的反应速率最大的一组是 A 常温下 20ml 溶液含 A B 各 0 001mol B 常温下 0 05mol l 的 A B 溶液各 10ml C 标准状况下 0 1mol l 的 A B 溶液各 20ml D 常温下 100ml 溶液含 A B 各 0 01mol 5 将 KClO3加热分解 在 0 5min 内放出 5mL 氧气 加入 MnO2后 在同样温度下 0 2min 7 内放出 50 mL O2 则加入 MnO2后的反应速率是原来的 10 倍 25 倍 50 倍 250 倍 6 在体积 vL 的密闭容器中进行如下反应 mA nB pC qD 在 t min 内用 A 物质表 示 的平均反应速率为 am mol L min 则 t min 时间内 D 增加的物质的量为 patm q mol atm q mol avm mol aqvt mol 7 可逆反应 2SO2 O2 2SO3 正反应速率分别用 v 表示 逆反应速率用 v 表示 速率 单位为 mol L min 当反应达到化学平衡时 正确的关系是 A VSO3 V SO3 B VO2 VSO2 VSO3 C VO2 V SO2 D V SO2 V SO3 V O2 2 1 8 对于反应 M N P 如果温度每升高 10 化学反应速率增加到原来的 3 倍 在 10 时 完成反应的 10 需 81min 将温度升高到 30 时 完成反应 10 需要的 时间为 9 min 27 min 13 5 min 3 min 9 在恒温下的密闭容器中 有可逆反应 A2 g B2 g 2AB g 达到平衡的标志是 A 容器内总压强不随时间变化 B 混和物中 A2 B2和 AB 的百分含量一定 C 混和物中 A2 B2和 AB 各浓度相等 D 单位时间内生成 n mol A2 同时生成 n mol B2 10 3A g B g XC g 2D g 在容器为 2 升的密闭容器中 使 3molA 和 2 5molB 发生以上反应 经过 5 分钟后达 到平衡状态 生成 1molD 经测定 5 分钟内 C 的平均反应速率是 0 1mol l min 根据计算结果判断以下结论错误的是 A 5 分钟内 A 的平均反应速率是 0 15mol l min B 平衡时 B 的转化率是 20 C A 的平衡浓度是 0 5mol l D 在其他条件不变时 增大压强 平衡向正反应方向移动 11 某反应 2A g B g C g 经过 10 秒后 A 为 0 2mol l B 物质的浓度降低 了 0 02mol l 则 A 物质的起始浓度为 A 0 6mol l B 0 24mol l C 2 4mol l D 4 2mol l 12 可逆反应 X g Y Z g R 达到平衡时 下列说法错误的是 A 升高温度 x Z 的比值减小 表明反应是吸热反应 B 增大压强 平衡不移动 说明 Y R 都是气体 C 若 Y 是气体 增大 x 的浓度会使 Y 的转化率增大 D 增大压强 混合气体的平均相对分子质量一定增大 13 可逆反应 mA 气 nB 气 pC 气 qD 气 反应经 10 分钟达到平衡 反应 刚 开始到达平衡时各物质的浓度改变是 减少 mol L 减少 a mol L D 增加 3 a 3 a2 mol L 若将平衡混合气体压缩到原来体积的 1 2 时 平衡不移动 则 m n p q 是 1 1 1 1 1 3 3 1 1 3 2 2 3 1 2 2 8 nm nm 14 设 C CO2 2CO Q1 反应速率为 v1 N2 3H2 2NH3 Q2 反应速率为 v2 对于上述反应 当温度升高时 v1和 v2的变化情况为 A 同时增大 B 同时减小 C v1增大 v2减小 D v1减小 v2增大 15 甲萘醌 维生素 K 有止血作用 它可用 2 甲基萘氧化制得 反应中常用乙酸作 催化剂 该反应放热 可表示为 催化剂 氧化剂 甲萘醌 在某次合成反应中 用 1 4g 0 01mol 的 2 甲基萘才制得 0 17g 0 001mol 甲萘 醌 已知该次合成反应的速率是大的 导致产率低的原因是 A 使用了过量的催化剂 B 没有用乙酸作催化剂而改用其它催化剂 C 把反应混合物加热 D 所生成的甲萘醌为沉淀物 二 填空 16 在合成氨的反应中 已知 H2 N2和 NH3的起始浓度分别为 3mol l 1 mol l 和 0 1mol l 在一定条件下测的 0 3 mol l m 3 分钟后 NH3的浓度是 2 H V 17 某温度时 浓度都是 1 mol L 的两种气体 X2和 Y2 在密闭容器中反应生成 Z 若 测得反应开始 10 分钟后 X2 为 0 4 mol L Y2 为 0 8 mol L 生成物 Z 为 0 4 mol L 则该反应的化学方程式 Z 用 X Y 表示 是 18 把除去氧化膜的镁条投入盛有稀盐 酸的试管里 实验测得氢气产生的速率随时 间的变化情况如图所示 其中 t1 t2速率变化的主要原因是 t2 t3速率变化的主要原因是 19 Fe3 和 I 在水溶液中发生如下反应 2 I 2 Fe3 2 Fe2 I2 水溶液 1 当上述反应达到平衡后 加入 CCl4萃取 I2 且温度不变 上述平衡 移动 选填 向左 向右 不 2 上述反应反应的正向速度和 Fe3 I 的浓度关系为 V KC I C Fe3 K 为常数 C I mol L C Fe3 mol L V mol L s 0 200 800 032K 0 600 400 144K 0 800 200 128K 通过所给的数据计算得知 在 V KC I C Fe3 中 M n 的值为 选填 A B C D A m n 1 B m 1 n 2 C m 2 n 1 D m n 2 3CH CH3 O O t 时间 tt t1 2 3 v 1 2 3 v v 9 三 计算 20 I 浓度对反应速度的影响 Fe3 浓度对反应速度的影响 选填大于 小于 等 于 CO 的中毒是由于 CO 与血液中血红蛋白的血红素部分反应生成碳氧血红蛋白 CO Hb O2 O2 Hb CO 实验表明 Hb O2的浓度即使只有 Hb O2浓度的 2 也可造成人的智力损伤 抽烟后 测 得吸入肺部的空气 CO 和 O2的浓度分别为 10 6mol L 1和 10 2mol L 1 并已知 37 时上述 反应的平衡常数 K 220 那么 此时 Hb CO 的浓度是 Hb O2 的浓度的多少倍 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡 中中 主要教学内容 1 了解化学平衡移动的概念 2 理解影响化学平衡的因素 3 掌握勒沙特列原理及其应用 4 理解工业合成氨适宜条件的选择 学习指导学习指导 一 化学平衡移动 1 从正 逆反应速度是否相等分析 一定条件 改变条件 新条件一定 v正 v逆 0 v 正 v 逆 v 正 v 逆 0 平衡状态 I 平衡破坏 平衡状态 平 衡 移 动 方向 取决于 v 正与 v 逆的相对大小 若 v 正 v 逆 则正移 若 v 正 v 逆 则逆移 若 v 正 v 逆 则不移 化学平衡状态是指在一定条件下正反应速率与逆反应速率相等的动态平衡状态 这种 平衡是相对的 改变反应的某些条件 可以使正 逆反应发生不同程度的改变 也可能只 改变正 逆反应速率的一种速率 原平衡状态被破坏 一定时间后 在新的条件下又建立 新的平衡状态 这一过程就是化学平衡的移动 化学平衡的移动 2 从浓度商和平衡常数分析 对于一个一般的可逆反应 aA bB cC dD 在平衡状态时 平衡常数 K 浓度商 Q 与 K 具有相同的表达式 但其浓度 或压力 不像 K 那样特指平衡 ba dc BA DC 态 当 Q K 时 反应处于平衡状态 当 Q K 时 反应向着逆方向进行 同样 欲破坏化学平衡状态 必须使 Q K 二 影响化学平衡的因素 mA g nB g pC g qD g Q 放热 ng p q m n 10 产生的影响 条件的改变 浓 度 C 反应物 增大 C 反应物 减小 C 生成物 增大 C 生成物 减小 v 正突增后减 v 逆渐增 v 正 v 逆 v 正突减后增 v 逆渐减 v 逆 v 正 v 逆突增后减 v 正渐增 v 逆 v 正 v 逆突减后增 v 正渐减 v 正 v 逆 正移 逆移 逆移 正移 增 大 压 强 ng 0 v 正 v 逆 ng 0 v 正 v 逆均突增 v 正 v 逆 ng 0 v 正 v 逆 正移 逆移 不移 压 强 减 小 压 强 ng 0 v 正 v 逆 ng 0 v 正 v 逆均突减 v 正 v 逆 ng 0 v 正 v 逆 逆移 正移 不移 升 温 v 正 v 逆均突增 Q 0 v 正 v 逆 Q 0 v 正 v 逆 逆移 正移 温 度 降 温 v 正 v 逆均突减 Q 0 v 正 v 逆 Q 0 v 正 v 逆 正移 逆移 催 化 剂 正催化剂 负催化剂 v 正 v 逆同等程度增大 v 正 v 逆同等程度减小 不移动 思考 若在气体混和物中充入惰性气体 对化学平衡的移动有无影响 解析 应分恒温恒压和恒温恒容两种情况进行讨论 恒温恒压 充入惰性气体 密闭容器的体积体积增大 各组分浓度同等程度降低 其效果相当于减小平衡混和物的压强 因此 平衡向反应气体体积增大方向移动 如对合 成氨反应来说 则向逆反应方向移动 图象如下 V 逆 V 正 恒温恒容 充入惰性气体 似乎总压强增大了 但实际上容器体积不变 对平衡混和 物各组成浓度不变 即原各气体分压不变 增大的惰性气体的分压与平衡体系无关 所以 平衡不发生移动 图象如下 V正 V正 V逆 V逆 注意 以上讨论适合于不与平衡混和物各组分反应的多种气体 不一定真为惰性气体 如可逆反应前后气态物质总物质的量不变 则化学平衡不受压强影响 上述恒温恒压 恒温恒容两情况都不会使化学平衡移动 三 化学平衡移动原理 勒沙特列原理 1 1 定义 定义 如果改变平衡系统的条件之一 如温度 压强或浓度 反 应 速 率 化学平衡 V N2O4ON2 10cmmc20 终I I I始 11 平衡就向减弱这个改变的方向移动 2 2 实例 实例 分析下列实验 反应式 T 一定 2NO2 N2O4 Q 放热 红棕色 无色 视线 起始平衡 I 压缩 瞬间 最终平衡 色 1 物理变化 色 2 平衡移动 色 3 颜色深浅顺序 色 2 色 3 色 1 由于在视线所指方向观察颜色深浅主要取决于 NO2的浓度 在保持温度不变 增大容器 内压强时 最终保持容器体积为原来的 1 2 时 则 NO2的浓度 CNO2 容器中压强有如下图示 2C1 C3 C1 P1 P3 2P1 3 3 应用 应用延伸延伸 勒沙特列原理除了用于典型的可逆反应建立的平衡体系外 也可用于其 它的平衡体系 如溶解平衡 电离平衡甚至多重平衡等 如 用难挥发酸制易挥发酸 用 金属 Na 和 KCl 反应制 K 是利用 K 的沸点低于 Na 控制合适温度 使 K 成为气体从熔融混 合物中分离出来 使反应得以进行 并非是 Na K 还原性的强弱来决定的 四 合成氨工业简述 1 原料气的制备 净化 制制 N N2 2 物理方法 空气 液态空气 N2 化学方法 空气 CO2 N2 N2 制制 H H2 2 水蒸气 CO H2 CO2 H2 H2 反应方程式为 C H2O g CO H2 CO H2O g CO2 H2 注意 制得的 N2 H2需要净化 清除杂质 以防止催化剂 中毒 2 合成氨反应的特点 压缩蒸发 炭 赤热炭 H2O 催化剂 去 CO2 燃烧 去 CO2 催化剂 t CNO2 C1 1C2 C3 1tt2 tt1 1P P 2P 1 P 2 3 12 化学反应 N2 3H2 2NH3 H 92 4KJ 1 可逆反应 2 正反应是放热反应 3 正反应是气体体积缩小的反应 3 工业合成氨适宜条件的选择 在实际生产中 需要考虑反应速率 化学平衡 原料选择 产量和设备等多方面情况 以确定最佳的生产条件 1 温度 压强与化学平衡 反应速率的关系 将 N2和 H2按 1 3 组成的混合气在不同的温度和压强下长期放置 测得达到平衡时 NH3 的体积百分比如下图所示 a 压强不变时 温度越低 NH3 越大 b 温度不变时 压强越高 NH3 越大 但是又存在如下问题 a 温度低 反应速率降低 在较低温度下 从 N2 H2开始到达平衡要花好几年时间 无 实际意义 b 压强增高 对设备 技术 动力等要求相应提高 适宜条件 一般采用的压强是Pa 77 105 102 选择适当的催化剂 铁触媒 考虑催化剂的活性及反应速率 选择适当的温度 500 2 浓度对反应速率 化学平衡的影响 提高 N2或 H2的浓度 均可使反应速率增大 对转化率 的影响如下 当 CN2 时 则 N2 H2 当 CH2 时 则 H2 N2 故向循环气中不断补充 N2和 H2 且 N2 H2可循环使用 当降低 NH3的浓度 平衡正移 使生成的氨冷却 成液态分离出 4 图示合成氨的原理 平衡均正移 无实际意义 NH3 20406080 100压强 兆帕 20 40 80 60 100 7000C 6000C 500C 0 400 0C 3000C 2000C 13 典型例析 典型例析 例例 1 1 对于下列二个平衡体系 增大压强 缩小容器体积 时 混合气体的颜色有何 变化 1 H2 g I2 g 2HI g 2 2NO2 g N2O4 g 析析 根据平衡移动原理 可判断出平衡移动方向 但体系的颜色取决于有色物质的平衡浓度 要比较出第一次平衡时有色气体的浓度与第二次平衡时有色气体平衡浓度的大小 方可得 出颜色的变化 解 析 1 增大压强 平衡不移动 但缩小了体积 I2 增大 故体系颜色加深 2 增大压强 平衡正向移动 N2O4 增大 由于 故 NO2 亦增大 2 2 42 NO ON Kc 故体系颜色也加深 例例 2 2 298K 时 合成氨反应的热化学方程式为 N2 气 3H2 气 2NH3 气 H 92 4KJ 在该温度下 取 1 mol N2和 3 mol H2放在一密闭容器中 在催化剂存在时进行反应 测得反应放出的热量总是小于 92 4KJ 其原因是 解析 该反应是可逆反应 在密闭容器中进行将达到平衡 1 mol N2 和 3 mol H2不能完全反应生成 2 mol NH3 因而放出的热量总小于 92 4KJ 例例 3 3 在容积相同的两密闭容器 A 和 B 中 保持温度为 423K 同时向 A B 中分别加入 a mol 及 b mol HI a b 当反应 2HI H2 I2 g 达到平衡后 下列说法正确的是 A 从反应开始至达到平衡 所需时间是 tA tB B 平衡时 I2 A I2 B C 平衡时 I2蒸气在混和气体中的体积百分含量 A 容器中的大于 B 容器中的 D HI 的平衡分解率 A B 解析 本题分析时抓住两个关键 1 A B 容器中分别加入 a mol 及 b mol HI a b 则压强 Pa Pb 2 化学方程式特点是 Vg 0 故压强变化平衡不移动 根据压强对反应速度的影响 可得 PA PB VA VB tA tB 根据反应特点 平衡不受压强变化的影响 A 和 B 容器中 I2蒸气的体积百分含量相等 但注意 平衡状态相同是指在平衡混和物中的百分含量相同 而不是浓度相等 PA PB I2 A I2 B 由于平衡状态相同 当然 HI 的平衡分解率相同 A B 本题选项 D 注意 从本题可进一步明白 若反应速率 平衡浓度改变 但平衡不一定发生移动 而 百分含量改变平衡则一定发生移动 例 4 可逆反应 2A B 2C g Q 放热 随温度变化气体平均相对分子质量如图所M 示 则下列叙述正确的是 t M 温度 14 A A 和 B 可能都是固体 B A 和 B 一定都是气体 C 若 B 为固体 则 A 一定为气体 D A 和 B 可能都是气体 解析 从图示可知 升温使反应向平均分子量减小的方向移动 若 A 和 B 都是固体 则只有 C 一种气体 当然分子量不变 若 A 和 B 都是气体 则升温平衡逆移 而逆反应方 向正是气体物质的量增大的方向 将导致平均分子量减小 但是否 A 和 B 一定都是气体呢 不一定 若 B 为固体 A 又不能为固体 当升温平衡逆移 只有当气体质量减小时 才会 使平均分子量减小 故此时 A 一定为气体 本题选项 C D 巩固练习巩固练习 一 一 选择题 选择题 1 在已经处于化学平衡的体系中 如果下列物理量发生变化 其中一定能表明平衡移动的 是 A 反应混合物的浓度 B 反应物理的转化率 C 正 逆反应速率 D 反应混合物的压强 2 把氢氧化钙放入蒸馏水中 一定时间后达到如下平衡 Ca OH 2 固 Ca2 2OH 加入以下溶液 可使 Ca OH 2减少的是 A Na2S 溶液 B AlCl3溶液 C NaOH 溶液 D CaCl2溶液 3 在高温下反应 2HBr 气 H2 气 Br2 气 Q 达到平衡时 要使混合气体颜色加深 可采取的方法是 A 减小压强 B 缩小体积 C 升高温度 D 增大氢气的浓度 4 现有三个体积相等的密闭容器 都进行下列反应 CO2 H2 H2O 气 CO 反应所处的湿度相同 但起始浓度不同 其中甲 n CO2 n H2 a 摩 乙 n CO2 a 摩 n H2 2a 摩 丙 n CO2 n H2 n H2O气 a 摩 达到平衡时 CO 的物质的量由大到小 的顺序是 A 甲 乙 丙 B 甲 丙 乙 C 乙 丙 甲 D 乙 甲 丙 5 关于合成氨工业 下列说法正确的是 A 合成氨的反应是放热的 所以合成氨时温度越低 对氨的工业生产越有利 B 根据合成氨的反应 增大压强能提高氨的生产率 所以在合成氨工业中在条件允许 的情况下应尽量增大压强 C 生产中常使用某种廉价易得的原料适当过量 以提高另一原料的转化率 D 使用催化剂只加快反应速度 不影响平衡移动 因此对合成氨产量无影响 6 已建立化学平衡的某可逆反应 当改变条件使化学平衡同正反应方向移动地 下列有关 叙述正确的是 生成物的质量分数一定增加 生成物的产量一定增加 反应物的转化率一定增大 反应物浓度一定降低 15 正反应速率一定大于逆反应速率 使用了合适的催化剂 A B C D 7 可逆反应 mA g nB pC g qD 中 A 和 C 都是无色气体 达平衡后 下列叙述正 确的是 A 若增加 B 的量 平衡体系颜色加深 说明 B 必是气体 B 增大压强 平衡不移动 说明 m n 一定等于 p q C 升温 A 的转化率减小 说明正反应是吸热反应 D 若 B 是气体 增大 A 的量 A B 转化率并不都增大 8 两注射器中分别装有颜色相同的 NO2 含 N2O4 和 Br2 气 将活塞同时向外拉 使气体 体积扩大 1 倍 从垂直于活塞拉动的方向观察颜色 符合下列情况的是 A Br2 g 颜色比 NO2颜色深 B NO2颜色比 Br2 g 颜色深 C 两种气体的颜色一样 D 两种气体的颜色均比原来颜色浅 9 不能用勒沙特列原理解释的现象是 A 碳酸钙不溶于水 但溶于盐酸 B 我国氮肥厂大都采用 500 左右的高温下合成氨 C 我国氮肥厂大都采用 3 107Pa 条件下合成氨 D 用热的纯碱溶液洗油污时 去污效果好 10 将 CO 和 H2O 气 按物质的量为 1 2 进行混合 在一定条件下反应 CO H2O 气 CO2 H2达平衡时 CO 的转化率为 25 则平衡混合气的平衡相对分子质量为 A 24 B 21 33 C 19 50 D 23 11 在一个固定体积的密闭容器中装入 AmolN2 BmolH2 在一定条件达到平衡 生成 CmolNH3 保持温度不变 平衡时与反应前压强之比为 A B BA CBA BA CBA C D BA CBA 3 BA C 12 反应 A B 2C Q 放热 已知 C 是气体 达平衡后同时升高温并降低压强 又达 到新的平衡 若后次平衡时混合物中 C 的含量与前次平衡时相同 则下列推断正确的是 A A 不一定是气态物质 B A 一定是气态物质 C B 一定不是气态物质 D B 一定是气态物质 13 在一定湿度和压强下 N2O4 2NO2 Q 吸热 的反应在密闭容器中达到平衡 能 提高 N2O4分解率的措施是 A 降低体系的湿度 B 保持体积不变 通入 NO2气 使体系压强增大 C 保持体积不变 通入 N2 使体系压强增大一倍 D 保持压强不变 通入 Ar 气 使体系体积增大一倍 14 可逆反应 X g Y Z g R 达到平衡时 下列说法错误的是 A 升高湿度 x Z 的比值减小 表时反应是吸热反应 B 增大压强 平衡不移动 说明 Y R 都是气体 C 若 Y 是气体 增大 x 的浓度会使 Y 的转化率增大 16 D 增大压强 混合气体的平均相对分子质量一定增大 15 反应 NH4HS s NH3 g H2S g 在某一湿度达到平衡 下列各种情况中 不能使平 衡发生转动的是 A 移走一部分 NH4HS 固体 B 其他条件不变时 通入 SO2气体 C 容器体积不变 充入氮气 D 保持压强不变 充入氮气 16 对于 Ma g nB g PC g Qd g 的平衡体系 当升高湿度时 体系的平衡分子量 时氢气的相对密度从 18 4 变成 167 下列说法正确的是 A m n p q 正反应是吸热反应 B m n p g 正反应是放热反应 C m m p g 逆反应是放热反应 D m n p g 逆反应是吸热反应 17 当化学反应 2NO g O2 g 2NO2 g 在密闭容器中处于平衡状态时 几容器中加入 18O 原子含量较多的氧气 平衡发生转移 则在建立新平衡状态以前 NO 和 NO2中所含18O 的原子分数与原平衡状态时 18O 的原子分数相比较 正确的说法是 A 均增大 B 均减小 C NO 中不变 NO2中增大 D NO 中增大的多于 NO2中增大的 18 A B C D 表示易溶于水的弱电解质分子或离子 量在水溶液中存在下列化学平衡 加水稀释后 平衡向正方向转动的是 A A B C D B A B C H2O C A H2O C D D A 2B H2O C D 19 在一定体积的密闭容器中充入 3L 气体 A 和 5L 气体 B 在一定条件进和下述反应 2A 气 5B 气 4C 气 nC 气 反应守全后容器湿度不变 混合气压强是原来的 81 5 则化学方程式中 n 值是 A 2 B 3 C 4 D 5 20 在容积为 20L 的真空密闭容器中 充入 0 1molH2和 0 2mol 碘蒸气 加热到 t1 后 发生反应 H2 I2 气 2HI Q 测得 H2的转化率为 50 再升温到 t2 时 HI 的浓度 又变成 t1 时的一半 整个过程中体积不变 则在 t2 时混合气体的密度为 A 2 12g L 1 B 2 55 g L 1 C 3 06 g L 1 D 3 18 g L 1 二 填空题 二 填空题 21 在一密闭容器中 对可逆反应 A 气 B 气 2C 气 Q 进行五次实验 实验数据 记录见下表 起始浓度 c mol L 反应条件实验 次数 ABC 湿度 t 压强 P Pa 催化剂 1502001 01 106 有 1502001 01 105 有 102001 01 106 有 50201 01 105 有 17 10201 01 105 有 根据上表提供的数据判断 当反应达到平衡时 1 第 次实验结果 A 的转化率最大 2 第 次实验结果 A 的浓度最大 3 第 次实验结果正反应速率最大 22 在 10 和 2 105Pa 条件下 反应 aA 气 dD 气 eE 气 建立平衡后 再逐步增 大体系的压强 湿度不变 下表列出不同压强下重新建立平衡时 D 气 的浓度 CD压强 Pa 2 105 5 105 1 106 CD mol L 0 085 0 20 0 44 1 压强从 2 105Pa 增大到 5 105Pa 过程中 平衡向 填正或逆 反应 方向移动 反应方程中化学计量数关系 2 压强从 5 105Pa 增大到 1 106Pa 过程中 平衡向 方向移动 其合理 的解释是 23 在重铬酸钾 K2Cr2O7 溶液中的存在如下平衡 Cr2O72 H2O 2HCrO4 2CrO42 2H 1 加入 H2SO4 使 K2Cr2O7溶液的 pH 值降低 则溶液中 Cr2O72 与 CrO42 的比值 将 填 增大 减小 不变 2 向 K2Cr2O7溶液中加入 AgNO3溶液 发生离子互换反应 生成砖红色沉淀且溶液 的 pH 值下降 生成的砖红色沉淀的化学式为 3 重铬酸钾在酸性溶液中是强氧化剂 例如它在 H2SO4存在下把 Fe2 离子氧化成 Fe3 离子 本身被还原成 Cr3 该反应的离子方程式为 三 计算题 三 计算题 24 右图装置中 容器甲内充有 0 1molNO 气体 干燥管内装有一定量 Na2O2 从气 A 处缓慢通入 CO2气体 恒温下 容器甲中活塞缓慢地由 B 向 左移动 当移至 C 处时 容器甲体积缩小至最小 为原体积的 随着 CO2的继续通入 活塞双 10 9 逐渐向右移动 1 已知当活塞移至 C 处时 干燥客中物质增加了 2 24g 此时通入的 CO2气体在标 准状况下为多少升 容器甲中 NO2转化为 N2O4的转化率为多少 2 当活塞移至 C 处后 继续通入 amolCO2 此时活塞恰好回至 B 处 则 a 值必小于 0 01 其理由是 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡 下下 教学主要内容 1 化学平衡图象的特征分析 2 化学平衡问题研究的重要思维方 3 有关转化率的判断计算 学习指导 一 化学平衡的图象问题研究 1 1 作用 作用 化学反应速率和化学平衡的有关理论具有一定的抽象性 运用各种图象能 直观地反映可逆反应的变化规律及特点 能从定性和定量两方面来分析和研究变化的因素 方向和程度 2 2 方法 方法 t1 A A 18 1 注重纵坐标和横坐标所对应的物理量注重纵坐标和横坐标所对应的物理量 只要其中一个物理量改变 就可能导致图象 的改变 例如 对一可逆反应从起始到达平衡 某反应物的 A 的百分含量 A 的转化率 A分别 对时间作图 曲线正好相反 t1 t A 的百分含量与时间关系 A 的转化率与时间关系 2 弄清纵坐标和横坐标两种物理量之间的相互关系 弄清纵坐标和横坐标两种物理量之间的相互关系 作图或析图时要注意变化的 方向 趋势 程度 如考虑是直线还是曲线 是上升还是下降 到一定时是否会不再改变 若是两条或两条以上的直线 斜率是否相同 若是两曲线 它们的曲率是否相等 这 一系列的问题必须思考清楚 3 抓住关键的点 抓住关键的点 如原点 最高点 最低点 转折点 拐点 交点等 同样有一 系列问题值得去好好思考 如该不该通过原点 有没有最高 或最低 点 为何有转折点 交点等 3 3 图象类型图象类型 1 横坐标 时间 t 纵坐标 反应速率 v 或某物质浓度 C 或某成分的百分含量 A 或某反应物的转化率 A 特点 特点 可逆反应从非平衡到达平衡以前 v C A A均随时间 t 变化 到达平衡后 则不随时间而改变 图象中一定将出现平行于横坐标的直线 简称 平台 出现转折 平台 的先后取决于达到平衡所需要的时间 而时间的长短又取决于反应 速率的大小 温度 T 一定 压强 P 越大 V正 V逆越大 t 越小 压强 P 一定 温度 T 越大 V正 V逆越大 t 越小 T P 一定 使用正催化剂后 V正 V逆均增大 t 缩小 平台 的相对高低 则由外界条件对平衡的影响来决定 平台 越高 说明条件 越有利于纵坐标对应物理量的提高 反之 则不利 故可根据图象特点来分析可逆反应特点 例 1 已知某可逆反应 mA g nB g pC g Q 在密闭容器中进行反应 测得在不同 时间 t 温度 T 和压强 P 与反应物 B 在混合气中的百 分含量 B 的关系曲线如图所示 A T1 T2 P1 P2 m n P Q 0 B T1 T2 P2 P1 m n P Q 0 C T2 T1 P2 P1 m n P Q 0 D T1 T2 P2 P1 m n P Q 0 解析 根据达到平衡的时间长短 可断定 T2 T1 P2 P1 t 19 根据 平台 高低 可断定 低温有利于 B 增大 说明逆反应是放热反应 即正反应为吸热 Q 0 高压有利 B 增大 说明增大压强 平衡逆移 故 m n P 由此可知 本题答案 B 例 2 如图所示 a 曲线表示一定条件下可逆反 应 X g Y g 2Z g W s Q 的反应过程中 X 的转化率和时间的关系 若使 a 曲线变为 b 曲线 可 采取的措施是 A 加入催化剂 B 增大 Y 的浓度 C 降低温度 D 增大体系压强 解析 达平衡所需时间 b a 正逆反应速率 b a 改变条件后 x不变 平衡不移动 该可逆反应 Vg 0 可加催化剂或加压 答案 B D 在反应速率 v 时间 t 图象中 在保持平衡的某时刻 t1改变某一条件前后 V 正 V逆的变化有两种 V正 V逆同时突破 温度 压强 催化剂的影响 V正 V逆之一渐变 一种成分浓度的改变 现图示如下 图 改变条件 增加反应物浓度 降低生成物浓度 升温或加压 ng 0 x O 时间 b a B t T11P T1P2 2T2P 降温或减压 ng 0 t V V正 V