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- 2021-05-14 发布
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专题十 化学反应速率 化学平衡
[考纲要求]
①了解化学反应速率的概念、反应速率的定量表示方法。
②了解化学反应的可逆性及化学平衡建立的过程。
③理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率和化学平衡的影响,正确认识勒夏特列原理。
④理解化学平衡常数的含义,能够利用化学平衡常数进行简单的计算。
[考点点拔]
化学反应速率和化学平衡是化学基本理论中的重点内容,也是高考的热点和难点。考点主要集中在同一反应用不同物质表示的速率关系,外界条件对反应速率的影响等。化学平衡的考查主要集中在:化学平衡的标志和建立途径,外界条件对化学平衡的影响。运用平衡移动原理判断平衡移动方向,及各物质的物理量的变化与物态的关系,等效平衡等。
[知识梳理]
一、化学反应速率:
1.表示方法: 单位 是一段时间内的平均速率
2.反应中各物质的量的变化值之比=各物质的浓度的变化值之比=各物质表示的某一时间内反应速率之比=化学方程式中各物质的 之比。
3.影响化学反应速率的内因是 。对同一反应,压强只对有 参加的反应有影响;浓度只对气体或溶液中的反应有影响;催化剂只对需要使用催化剂的反应有影响;温度对所有反应均有影响。
4.写出速率演示实验中有关的化学方程式及实验现象:
⑴过氧化氢分解:
现象
⑵硫代硫酸钠与稀硫酸反应:
现象
⑶酸性高锰酸钾溶液与草酸溶液
现象
【思考】实验2-1怎样检查气密性?气体体积误差的主要来源有哪些?
8
【例题1】把下列四种X溶液分别加入四个盛有10mL 2mol/L盐酸的烧杯中,均加水稀释到50mL,此时,X和盐酸缓慢地进行反应,其中反应最快的是( )
A.10℃20mL 3mol/L的X溶液 B.20℃30mL 2mol/L的X溶液
C.20℃10mL 4mol/L的X溶液 D.10℃10mL 2mol/L的X溶液 (答案:B)
二、化学平衡
1.可逆反应:在 条件下既能向正反应方向同时又能向逆反应方向进行的反应。
2.化学平衡状态
化学平衡状态是指在 里, 相等,反应混合物中各组分的浓度 的状态。可逆反应是否达到平衡状态的实质是 _ _________,即单位时间内任一物质生成多少的同时就消耗多少。外在特征是各组分的物质的量不变,所以,一般情况下平衡体系的压强、气体密度、各组分的浓度及气体的体积分数等多种宏观性质保持 ,这些宏观特征有时也可作为判断达到化学平衡状态的标志。
化学平衡状态的特征:逆、动、等、定、变
化学平衡状态的标志:同一物质的v正=v逆≠0 或反应混合物中各组分的百分含量保持不变。
【例题2】下列方法中可以证明2HIH2+I2(g)已达平衡状态的 。
①单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI;②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂;
③百分组成w(HI)=w(I2); ④反应速率v(H2)=v(I2)= v(HI)/2时;
⑤c(HI)]:c(H2):c(I2)=2:1:1时; ⑥温度和体积一定时,某一生成物浓度不再变化;
⑦温度和体积一定时,容器内压强不再变化;
⑧条件一定,混合气体的平均相对分子质量不再变化;
⑨温度和体积一定时,混合气体的颜色不再变化;
⑩温度和压强一定时,混合气体的密度不再变化。 (答案:②⑥⑨)
3.化学反应的限度:化学平衡状态是可逆反应达到的一种特殊状态,是给定条件下所能达到或完成的最大程度,化学反应的限度决定了反应物在该条件下的最大的转化率。改变反应条件可以在一定程度上改变一个化学反应的限度,也就是改变反应的化学平衡状态。
4.勒夏特列原理:
(
8
1)如果改变影响平衡的一个条件(如 ),平衡就向能 这种改变的方向移动。
⑵平衡移动方向的判断:移动跟着大者行。
v正>v逆, 向移动;v正<v逆, 向移动;v正=v逆, 移动 。
⑶等效平衡
Ⅰ.恒温恒容条件下的可逆反应,①若新平衡与原平衡投料相等即原子守恒,则新平衡与原平衡等效;②若该可逆反应反应前后气体体积不变,则投料比相等,平衡亦等效。
Ⅱ.恒温恒压条件下的可逆反应,投料比相等,平衡等效。
注意:采用极端分析法(极限转化法)判断投料或投料比是否相等。
【例题3】在相同温度下,有相同体积的甲、乙两容器,甲容器中充入1g N2和1g H2,乙容器中充入2g N2和2g H2。下列叙述中的错误的是( )
A.化学反应速率:乙>甲 B.平衡混合气中H2的体积分数:乙>甲
C.H2的转化率:乙>甲 D.平衡后N2的浓度:乙>甲
【点拨】因为乙的原料投入量正好是甲的两倍,假设开始时乙容
器的体积也是甲的两倍(如图所示),则此时甲与乙是等效平衡。
再将乙容器体积压缩至与甲相等(如图丙),在此过程中平衡:
N2+3H22NH3要正向移动,即N2、H2的转化率增大,在
体系中的体积分数减小。但此时,丙中N2、H2、NH3的浓度都比甲中大,但丙中N2、H2的浓度要小于甲中的两倍,而丙中NH3的浓度的浓度要大于甲中的两倍。答案:B。
【例题4】在一个体积固定的密闭容器中加入2 mol A和1 mol B,发生反应:2A(g)+B(g)
3C(g)+D(g),达到平衡时C的浓度为a mol·L-1。若维持容器体积和温度不变,按下列四种配比作为起始物质,达到平衡后,C的浓度仍为a mol·L-1的是( )
A.4molA+2molB B.2molA+1molB+3molC+1molD
C.3molC+1molD+1molB D.3molC+1molD (答案:D)
5.研究平衡移动时的演示实验中有关的离子方程式(或化学方程式)和现象
⑴重铬酸钾溶液中
现象
⑵Fe3+与SCN一
现象
8
⑶NO2气体:
现象
6.化学平衡常数
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g) 数学表达式:
⑴温度不变时,K为常数;由K随温度的变化可推断正反应是吸热反应还是放热。平衡常数K值的大小,可推断反应进行的程度。
⑵常数K与反应的起始浓度大小无关;
⑶常数K与正向建立还是逆向建立平衡无关即与平衡建立的过程无关。
⑷在某温度下,某时刻反应是否达平衡,可用该时刻产物的浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比即浓度商Q与K比较大小来判断。
注意:①反应物或生成物中有固体或纯液体存在时,其浓度看作“1”而不代入公式。稀溶液中进行的反应,如有水参加,水的浓度也不必写在平衡关系式中。非水溶液中的反应,如有水生成或有水参加反应,此时水的浓度不可视为常数,必须表示在平衡关系式中。
②将化学计量数扩大或缩小,K值会相应改变。③可逆反应的K(正)与K(逆)互为倒数。
【例题5】 已知可逆反应CO+H2O(g) CO2+H2,达到平衡时,K= ,K是常数,只与温度有关,与浓度无关。
⑴830K时,若起始时:c(CO)=2mol/L,c(H2O)=3mol/L,平衡时CO的转化率为60%,水蒸气的转化率为 ;K值为 。 (答案:40%; 1 )
⑵830K,若只将起始时c(H2O)改为6mol/L,则水蒸气的转化率为 。(答案:25%)
⑶若830K时,起始浓度c(CO)=a mol/L,c(H2O)=b mol/L,H2的平衡浓度c(H2)=c mol/L,
①a、b、c之间的关系式是 ;②当a=b时,a= c。
6.解图象题思路 (答案:c2/(a-c)(b-c) =1; 2)
⑴看清图象:一看纵横坐标意义;二看曲线变化趋势;三看起点、折点、终点、接点、最高点或最低点;四看相关量的关系。
⑵联想规律,准确推断。通过联想外界条件对化学反应速率,化学平衡的影响规律,挖掘图象中蕴含的化学意义。仔细分析,得出正确结论。
三、化学反应进行的方向:焓判据
8
熵判据
【智能训练】
1. 已知:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g),若反应速率分别用(NH3)、(O2)、(NO)、(H2O)[mol/(L·min)]表示,则下列关系正确的是( )
2. 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)是制备硫酸的重要反应。下列叙述正确的是( )
A. 催化剂V2O5不改变该反应的逆反应速率 B.增大反应体系的压强,反应速率一定增大
C. 该反应是放热反应,降低温度将缩短反应达到平衡的时间
D. 在t1、t2时刻,SO3(g)的浓度分别是c1、c2 ,则在时间间隔t1 ~ t2内,SO3(g)生成的平均速率为v = (c2-c1)/(t2-t1)
3. 在一定温度下的固定容积的密闭容器中,当下列物理量不再变化时,表明反应:A(s)+2B(g) C(g)+D(g)已达平衡的是( )
A.混合气体的压强 B.混合气体的密度 C.B的物质的量浓度 D.气体的总物质的量
4. [2012·江苏化学卷14]温度为T时,向2.0L恒容密闭容器中充入1.0 molPCl5,反应PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g)经一段时间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表:
t/s
0
50
150
250
350
n(PCl3)/ mol
0
0.16
0.19
0.20
0.20
下列说法正确的是( )
A.反应在前50 s的平均速率为v(PCl3)=0.0032 mol·L-1·s-1
B.保持其他条件不变,升高温度,平衡时,c(PCl3)=0.11 mol·L-1,则反应的△H<0
C.相同温度下,起始时向容器中充入1.0molPCl5、0.20molPCl3和0.20molCl2,达到平衡前v(正)>v(逆)
D.相同温度下,起始时向容器中充入2.0molPCl3、2.0molCl2,达到平衡时,PCl3的转化率小于80%
5. 如图所示,反应X(g)+3Y (g)2Z(g)(正反应为放热反应),在不同温度、不同压强(p1>p2)下,达到平衡时,混合气体中Z的体积分数(Z)随温度变化的曲线应为( )
8
6. 在一密闭容器中,aA(g)bB(g)达到平衡后,保持温度不变,将容器体积增大一倍,当达到新的平衡时,B的浓度是原来的60%,则( )
A.平衡向正反应方向移动了 B.物质A的转化率减小了
C.物质B的质量分数增大了 D.a>b
7. 已知NO2和N2O4可以相互转化:2NO2(g) N2O4(g);△H<0,现将一定量NO2和N2O4的混合气体通入一体积为1L的恒温密闭容器中,反应物浓度随时间变化关系如右图所示。根据右图,回答下列问题:
⑴图中共有两条曲线X和Y,其中曲线 表
示N2O4浓度随时间的变化;a、b、c、d四个点中,表
示化学反应处于平衡状态的是 ,并计算该点时
反应的平衡常数为 。
⑵反应进行到25min时,曲线发生变化的原因是
。若要达到最后相
同的化学平衡状态,在25min时还可以采取的措施
是 (填字母代号)。
A.升高温度 B.缩小容器体积 C.加入催化剂 D.加入一定量的N2O4
《专题十 化学反应速率 化学平衡》参考答案
【知识梳理】
一、1.v(B)= mol/(L·s)或mol/(L·min) 2.化学计量数 3.反应物本身的性质;气体
4.⑴2H2O22H2O+O2↑ 现象:滴入FeCl3溶液比滴入CuSO4溶液产生气泡更快。
⑵Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O 现象:放入热水中的一组先出现浑浊。
⑶2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O
现象:加入较浓H2C2O4溶液的试管,溶液褪色更快些。
【思考】气密性检查:关闭分液漏斗的活塞,将注射器活塞向里推,移开手后,注射器活塞
又恢复到原位置。误差的主要①读数误差 ②由分液漏斗加入液体带来的体积误差。
二、1.同一 2.可逆反应;正、逆反应速率;不变;v(正)=v(逆);不变
8
4.⑴温度、压强及参加反应的化学物质的浓度;减弱 ⑵正;逆;不
5.⑴Cr2O7—+H2O 2CrO42—+2H+;现象:滴入酸后溶液呈橙色,滴入碱后溶液变为黄色。
⑵Fe3++3SCN—=Fe(SCN)3 现象:滴加浓的FeCl3或KSCN溶液时,溶液颜色都变深。向溶液
中滴加NaOH溶液时,红色变浅。
⑶2NO2N2O4 现象:浸泡在冰水中的NO2球的红棕色明显变浅,浸泡在热水中的NO2
球的红棕色明显变深。
三、焓判据:△H<0 反应有自发进行的可能性 熵判据:△S>0 反应有自发进行的可能性
【智能训练】
1.D 2. D 3.BC 4.C 5.C 6.AC 7.⑴Y;b;10/9 ⑵增大NO2浓度; BD
4题解析:本题素材似乎来源于《选修四》课本第32页习题的第8题,属于基本理论中化学平衡问题,主要考查学生对速率概念理解与计算,平衡常数概念与计算,平衡移动等有关内容理解和掌握程度。
A.反应在前50 s内的平均速率应该是前50 s内PCl3浓度变化与时间的比值,而不是PCl3物质的量的变化与时间的比值。
B.升温后,PCl3的浓度由=0.10 mol/L到新平衡的c(PCl3)=0.11 mol/L,浓度增大,平衡正向移动,说明正反应为吸热反应,ΔH>0,故B项错误.
C .相同温度下,起始时向容器中充入1.0molPCl5、0.20molPCl3和0.20molCl2应先求平衡常数K为0.025,再求浓度商(Qc)为0.02,K>Qc,说明平衡向正反应方向移动。
D.从等效平衡的角度,先建立原容器两倍关系的模型,即与原平衡完全等效,再把容器两倍关系压缩成原容器,则平衡向逆反应方向移动,PCl3的转化率应大于80%
《专题十 化学反应速率 化学平衡》参考答案
【知识梳理】
一、1.v(B)= mol/(L·s)或mol/(L·min) 2.化学计量数 3.反应物本身的性质;气体
4.⑴2H2O22H2O+O2↑ 现象:滴入FeCl3溶液比滴入CuSO4溶液产生气泡更快。
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⑵Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O 现象:放入热水中的一组先出现浑浊。
⑶2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O
现象:加入较浓H2C2O4溶液的试管,溶液褪色更快些。
【思考】气密性检查:关闭分液漏斗的活塞,将注射器活塞向里推,移开手后,注射器活塞
又恢复到原位置。误差的主要①读数误差 ②由分液漏斗加入液体带来的体积误差。
二、1.同一 2.可逆反应;正、逆反应速率;不变;v(正)=v(逆);不变
4.⑴温度、压强及参加反应的化学物质的浓度;减弱 ⑵正;逆;不
5.⑴Cr2O7—+H2O 2CrO42—+2H+;现象:滴入酸后溶液呈橙色,滴入碱后溶液变为黄色。
⑵Fe3++3SCN—=Fe(SCN)3 现象:滴加浓的FeCl3或KSCN溶液时,溶液颜色都变深。向溶液中滴加NaOH溶液时,红色变浅。
⑶2NO2N2O4 现象:浸泡在冰水中的NO2球的红棕色明显变浅,浸泡在热水中的NO2
球的红棕色明显变深。
三、焓判据:△H<0 反应有自发进行的可能性 熵判据:△S>0 反应有自发进行的可能性
【智能训练】
1.D 2. D 3.BC 4.C 5.C 6.AC 7.⑴Y;b;10/9 ⑵增大NO2浓度; BD
4题解析:本题素材似乎来源于《选修四》课本第32页习题的第8题,属于基本理论中化学平衡问题,主要考查学生对速率概念理解与计算,平衡常数概念与计算,平衡移动等有关内容理解和掌握程度。
A.反应在前50 s内的平均速率应该是前50 s内PCl3浓度变化与时间的比值,而不是PCl3物质的量的变化与时间的比值。
B.升温后,PCl3的浓度由=0.10 mol/L到新平衡的c(PCl3)=0.11 mol/L,浓度增大,平衡正向移动,说明正反应为吸热反应,ΔH>0,故B项错误.
C .相同温度下,起始时向容器中充入1.0molPCl5、0.20molPCl3和0.20molCl2应先求平衡常数K为0.025,再求浓度商(Qc)为0.02,K>Qc,说明平衡向正反应方向移动。
D.从等效平衡的角度,先建立原容器两倍关系的模型,即与原平衡完全等效,再把容器两倍关系压缩成原容器,则平衡向逆反应方向移动,PCl3的转化率应大于80%
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