化学反应速率与化学平衡基础训练教师版.doc
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教师辅导讲义
年级:
高三辅导科目:
化学课时数:
3
课题
化学反应速率与化学平衡基础训练
教学目的
专题复习与训练。
教学内容
一、专题内容提要
(一)化学平衡状态
在一定条件下的_________________反应里,当_________________保持不变时的状态叫化学平衡状态。
1.定义的要点关系
化学平衡是研究可逆反应进行的程度问题。
“平衡”是在一定条件下建立起来的,对于一个给定的可逆反应,如果起始时浓度、温度、压强等条件相同,则平衡状态也相同,也就是常说的“同一平衡”。
“=”是对同一物质而言,是平衡的实质;当和相等了,各物质的量才保持不变,各物质的百分含量才能保持一定,所以后者是化学平衡的现象。
2.化学平衡状态的标志及判断
(1)对于同一种物质=生成,即=。
对于两种反应物A、B,当与的速率比等于方程式前系数比,说明化学反应达到了平衡状态。
对于一种反应物A和一种生成物C,与,速率比等于方程式前系数比,也说明反应达到了平衡状态。
(2)体系中各组分的物质的量浓度或体积分数,物质的量分数保持不变。
(3)全是气体参加的前后系数改变的可逆反应,物质的量保持不变或压强保持不变。
(4)全是气体参加的前后系数改变的可逆反应,平均相对分子质量保持不变。
(5)对于有颜色物质参加或生成的可逆反应,颜色不随时间变化而变化。
(6)对于同一物质而言,断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。
(二)化学平衡移动及影响因素
1.平衡移动定义及原因
化学平衡移动:
对一个可逆反应达到平衡状态以后,反应条件改变了,原平衡被破坏,建立一个新的条件下的新平衡的过程叫化学平衡移动。
平衡移动的原因:
条件改变,引起_________________平衡才能移动。
2.影响平衡移动的因素
(1)浓度:
在其他条件不变的情况下,增大反应物浓度,使正反应速率瞬间_______;使逆反应速率缓慢_______,结果导致_______(填“大于”、“小于”或“等于”),化学平衡向_______方向移动(填“正反应”、“逆反应”或“不移动”)。
同理,若减小生成物浓度,使逆反应速率_______,正反应速率_______,导致_______,平衡向_______方向移动。
(2)压强:
在_______的可逆反应里,其他条件不变时,增大压强,、都增大,对于反应前后气体体积不变的可逆反应,正逆反应速率增大的一样多,导致=平衡_______;对于反应前后气体体积不等的可逆反应,增大压强使体积缩小方向的速率增大再更多,所以平衡向体积减小的方向移动。
若减小压强,平衡向气体体积增大的方向移动。
(3)温度:
在其他条件不变时,升高温度,平衡向_______移动,降低温度,、都减小,但减小得更多,导致<,所以平衡向_______移动。
使用催化剂能_______地改变正、逆反应速率,即正、逆反应速率相对不变,所以催化剂对平衡无影响。
平衡移动原理(勒夏特列原理):
已达到平衡的可逆反应,如果改变影响平衡的一个条件,平衡就向着_______________________的方向移动。
3.惰性气体与化学平衡
(1)在恒温恒容下:
充入“惰气”,因为体积不变,反应混合物中各气体组分的浓度不变,所以反应速率不变,平衡不移动。
也可认为各气体的“分压”没有变,即平衡体系的压强没有变,只是容器的总压增大了。
所以平衡体系的温度、浓度、压强均没有改变.,平衡不移动。
(2)在恒温恒压下:
充人“惰气”,因为恒压,相当于平衡体系压强减小了:
平衡向气体体积增大的方向移动。
也可认为因为恒压,充人“惰气”,容器体积增大,各气体组分的浓度减小,也相当于减小平衡体系压强(扩大体积=减小压强)。
但对于反应前后气体体积不变的可逆反应,平衡不移动。
(三)化学平衡常数
平衡常数数值的大小是反应进行程度的标志。
对于aA(g)+bB(g)dD(g)+eE(g)可逆反应,达到平衡时,各物质的物质的量浓度之间存在如下关系。
K=K是此反应的平衡常数,它只随温度变化而变化。
如果≠K说明这个反应未达到平衡状态,此时有二种情况:
(1)>K,说明<,反应向逆反应进行,随着反应物浓度不断增大,生成物浓度不断减小,上述比值才能等于K值,达到平衡状态。
(2)
(四)平衡图象
1.如何分析浓度一时间和速率一时间图象
①看起点:
分清反应物和生成物,浓度减小的是反应物而浓度增大的是生成物,生成物多数以原点为起点。
②看变化趋势:
分清正、逆反应,分清放热反应和吸热反应。
③看终点:
分清消耗浓度和增大的浓度,消耗浓度和增加浓度的比值等于方程式前系数比,由此可确定化学方程式。
④对于υ—t图象:
要看清曲线是连续的还是跳跃的,是“渐变”还是突变。
例如增大反应物浓度,则“突变”,则“渐变”。
对于正反应为吸热的可逆反应,升高温度,、都突变(增大),但u正变化大,可逆变化小。
⑤全程速率一时间图
例如:
镁与足量盐酸反应,反应速率随时间的变化如图:
解释原因:
AB段(υ增大)_________________
BC段(υ减小)_________________
分析时要抓住各阶段的主要矛盾,认真探究。
2.含量一时间一温度(压强)图象
①“先拐先平,数值大”意思是先出现拐点的则先达到平衡,说明反应速率快,所需时间短,则该曲线表示温度较高或压强较大。
例:
mA(g)+n(B)p(C)反应如图:
②“定一议二”该类图像有三个变量,先确定一个量不变,再讨论另外两个量的关系。
例如:
反应物转化随T、p变化的曲线如图:
3.速率—温度、速率—压强图像,这类图有两种情况:
一种是不隐含时间因素的图像,以SO2+O22SO3+Q为例,如图:
二是隐含时间变化的图像,如图:
【答案】可逆正反应速率等于逆反应速率反应混合物中各组成成分的百分含量
正、逆反应速率相对改变增大增大大于正反应瞬间减小缓慢减小大于正反应
有气体参加或生成不发生移动吸热反应方向放热反应方向同等程度减弱这种改变
反应放热,使反应速率加快随着反应进行,反应物盐酸的浓度逐渐减少
二、典型例题与疑难解析
【例1】下列说明中可以证明2HI(g)H2(g)+I2(g)已达平衡状态的是_______。
(1)单位时间内生成nmolH2的同时生成nmolHI
(2)一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂
(3)百分组成HI%=H2%
(4)反应速率υ(H2)=υ(I2)=1/2υ(HI)时
(5)c(HI):
c(I2):
c(H2)=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)条件一定时,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
讨论:
在上述(6)~(10)的说法中能说明2NO2N2O4反应达到平衡状态的是_______。
【解析】本题着重考查达到平衡的标志,可以从某种物质生成和消耗的速率、浓度变化、体系中各物质的质量分数、颜色变化等方面考虑。
(1)表示的是不同方向的反应,但证明的是>,若改为生成nmolH2同时生成2nmolHI就证明达到了平衡状态。
(2)表示=,正确。
(3)HI%=H2%不能表示,若改为HI%或I2%保持不变,就可以证明。
(4)反应在任何时刻速率的关系都是υ(H2)=υ(I2)=1/2υ(HI),不能证明。
(5)c(HI):
c(I2):
c(H2)=2:
1:
1可能平衡也可能没达到平衡,若改为各成分浓度保持不变(不是相等)即可证明。
(6)浓度保持不变,说明单位时间内生成的量和消耗的量相等,即=,可证明。
(7)此反应特点是反应前后气体的物质的量相等的反应,所以任何时刻气体总物质的量、压强都没变化,所以不可证明。
(8),根据质量守恒和反应的特点可知气体的总质量m和n都没变化,所以不变,不可证明。
(9)气体的颜色不变,说明I2的量不改变,可证明达到平衡。
(10)同T、P下气体的密度比等于气体的平均摩尔质量()之比,(8)中已知不变,所以密度也不会改变,所以不可证明。
答案:
(2)(6)(9);(6)(7)(8)(9)(10)。
【例2】在一定温度下,下列叙述不是可逆反应A(g)+3B(g)2C(g)+2D(s)达到平衡状态的标志是()
①C的生成速率与C的消耗速率相等②单位时间内生成amolA同时生成3amolB
③A、B、C的浓度不再变化④混合气体的总压强不再变化⑤混合气体的物质的量不再变化
⑥单位时间内消耗amolC的同时,消耗1/2amolB⑦A、B、C、D的分子数之比为1:
3:
2:
2
A.②⑦B.②⑤⑦C.①③④⑦D.②⑤⑥
答案:
A
【例3】
(1)化学平衡常数K表示可逆反应的进行程度,K值越大,表示_________________,K值大小与温度的关系是:
温度升高,K值_______。
(填“一定增大”、“一定减小”或“可能增大也可能减小”)
(2)在一体积为10L的容器中,通入一定量的CO和H2O,在850℃时发生如下反应:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)+Q(Q>0)
CO和H2O浓度变化如图,则0~4min的平均反应速率可(CO)=_______mol/(L•min)
(3)t1℃(高于850℃)时,在相同容器中发生上述反应,容器内各物质的浓度变化如下表:
t1时物质的量浓度的变化
时间(min)
CO
H2O
CO2
H2
0
0.200
0.300
0
0
2
0.138
0.238
0.062
0.062
3
c1
c2
c3
4
4
c1
c2
c3
4
5
0.116
0.216
0.084
6
0.096
0.266
0.104
①表中3min~4min之间反应处于_______状态,c1数值_______0.08mol/L(填“大于”、“小于”或“等于”)。
②表中4min~5min间,平衡向逆反应方向移动,可能的原因是_______,表中5min~6min之间数值发生变化,可能的原因是_______。
(单选)
a.增加水蒸气b.降低温度c.使用催化剂d.增加氢气浓度
【解析】本题着重考虑化学平衡移动及影响因素、平衡常数。
(1)化学平衡常数K是一个可表示反应完成程度的定量指标。
在一定温度下,K是一个常数,不随反应物起始浓度改变而改变,也不随压强变化而变化。
此反应的平衡常数K=。
K值越大,表示正向反应进行的程度越大,反应进行得越完全,平衡转化率也越大。
K值大小随温度而变,温度升高,平衡向吸热方向移动;温度降低平衡向放热方向移动。
所以温度升高,K值可能增大,也可能减小,主要由反应是放热反应还是吸热反应决定。
(2)υ(CO)==(0.20-0.08)/4=0.03mol/(L•min)
(3)当温度t1>850℃时,由表中数据可知,该反应在3~4min之间已达平衡,此时四种物质的浓度都不改变。
但温度升高了,平衡向逆反应方向移动,抑制了CO转化,故c1>0.08mol/L,c2>0.18mol/L,而c3<0.12mol/L。
在4~5min间,从数据可看出CO、H2O浓度都增加,CO2浓度减小,说明平衡是向逆反应方向移动,所以否定了a、b、c选项应是增加氢气浓度。
5~6min的数据可知,CO浓度减小,H2O、CO2浓度增大,原因是增大了H2O浓度,使平衡向右移动。
答案:
(1)反应进行得越完全可能增大也可能减小;
(2)0.03;(3)①平衡大于②da。
【例4】T℃时,A气体与B气体反应生成C气体,反应过程中A、B、C浓度变化如图(I)所示,若保持其他条件不变,温度分别为T1和T2时,B的体积分数与时间的关系如图(Ⅱ)所示,则下列结论中,正确的是()
A.在(t1+10)min时,保持其他条件不变,增大压强,平衡向逆反应方向移动
B.(t1+10)min时,保持容器总压强不变,通人稀有气体,平衡向逆反应方向移动
C.T℃时,在相同容器中保持容积不变,若由0.3mol/LA、0.1mol/LB和0.4mol/LC开始反应,达到平衡后,C的浓度仍为0.4mol/L
D.其他条件不变,升高温度,正反应、逆反应速率均增大,且A的转化率增大
【解析】本题考查根据图像提取信息解题能力。
由图(I)得出反应方程式为A(g)+3B(g)2C(g),增大压强,平衡向正反应方向移动,所以A错。
保持总压强不变,通人稀有气体,相当于减小压强,平衡向逆反应方向移动,所以B正确。
将C中起始量换算成C为0时,则A为0.5mol,B为0.7mol,与题干所给的量相同,是等效平衡,所以平衡时C仍为0.4mol/L。
由图(Ⅱ)T1先达到平衡可知T1>T2,又知温度越高,B的体积分数越大,所以升高温度平衡向逆反应方向移动,则A的转化率应减少,D错误。
答案:
BC。
【例5】在一定温度下,某密闭容器中存在下列可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),当达到化学平衡状态时,温度(丁)、压强(户)和反应物B在平衡混合气体中的体积分数[ω(B)]随时间变化的关系如图,据此可得出的正确结论是()
A.T1
B.T1>T2、p1 C.T1>T2、p1 D.T1 【解析】本题考查根据图像提取信息能力。 ω(B)增大标志着平衡向逆反应方向移动,当压强一定(设为p2)时,温度为T1时的可逆反应比温度为T2时可逆反应先达到平衡,说明T1>T2,且温度T2对应的ω(B)大于温度T1对应的ω(B),说明温度由T2变化至T1时平衡向正反应方向移动,正反应是吸热反应;当温度一定(设均为T1)时,压强为p2时比压强为p1时可逆反应先达到化学平衡,说明p1 答案: B。 三、课堂练习 1.一氧化氮与一氧化碳都是汽车尾气里的有害物质,它们能缓慢地起反应生成氮气和二氧化碳,对此反应,下列叙述中正确的是() A.使用催化剂,不能改变反应速率,B.降低压强能加大反应速率 C.改变压强时,反应速率没有影响D.升高温度能加大反应速率 2.把下列四种x溶液分别加入四个盛有10mL2mol/L盐酸的烧杯中'然后均匀加水稀释到50mL,此时x和盐酸缓缓地进行反应,其中反应速率最大的是() A.20mL3mol/Lx溶液B.20mL2mol/Lx溶液 C.l0mL4mol/Lx溶液D.10mL2mol/Lx溶液 3.设2HI(g)I2(g)+H2(g)-Q的正反应速率为Vl,N2(g)+3H2(g)2NH3(g)+Q的正反应速率为V2,当都加入H2,时,Vl和V2的变化情况为() A.同时增大B.同时减小C.Vl增大V2减小D.V1减小V2增大 4.据美国《科学》杂志报道,外太空的某个星球的大气层中含有大量的CH2=CHOH,此物质常温下为液体,不稳定,易转化为CH3CHO,化学方程式为CH2=CHOHCH3CHO+Q(Q>0)。 据此,以下叙述中,不正确的是)() A.该星球大气层温度很低 B.低温下稳定性: CH2=CHOH C.该星球大气层温度很高 D.高温下稳定性: CH2=CHOH>CH3CHO 5.在一密闭容器中充入1molCO和1molH2O(g),一定条件下反应: CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)达到平衡时生成0.67molCO2,若在相同条件下将H2O(g)改为4mol,反应达到平衡时生成CO2的物质的量为() A.1.34molB.1.0mol;C.0.94molD.0.52mol 6.在一个容积为VL的密闭容器中放入2LA(g)和1LB(g),在一定条件下发生下列反应: 3A(g)+B(g)nc(g)+2D(g)达到平衡后,A物质的量浓度减少1/2,混合气体的平均摩尔质量增大1/8,则该反应的化学方程式中n的值为() A.4B.3C.2D.1 7.一密闭容器中,反应mA(g)+nB(g)pC(g)达到平衡时,测得c(A)为0.5mol/L;在温度不变的条件下,将容器体积增大一倍,当达到新平衡时,测得c(A)为0.3mol.L-;则下列判断正确的是() A.化学计量数m+n>pB.平衡向正反应方向移动了 C.物质B的转化率增大了D.物质C的质量分数增加了 8.在KIO3、KHSO3的酸性混合溶液中加入少量KI和淀粉,不停地搅拌,有下列反应发生: ①IO3-+5I-+6H+→3I2+3H2O②I2+2HSO3-+H2O→2I-+2SO42-+4H+ 当反应进行到15min时,溶液突然变为蓝色,随之又很快消失。 这一反应被称作时钟反应,有人用它来解释生物钟现象。 下列有关说法错误的是() A.在整个反应过程中,起催化作用的物质是KI B.上述两个反应中,反应速率较快的是② C.时钟反应的快慢是由反应②决定 D.“溶液突然变为蓝色,随之又很快消失”这一现象与①②的反应速率有关 9.一定温度下,在容积固定的密闭容器中发生可逆反应2A(g)B(g)并达到平衡,相同条件下,若分别再向容器中通入一定量的气体A或气体B,重新达到平衡后,容器内的体积分数与原平衡相比() A.都减小B.前者增大少后者减小 C.都增大D.前者减小,后者增大 10.反应rnA(g)+nB(g)pC(g)十qD(g),开始充入A,B或C,D,下图 (1),图 (2)分别表示反应达到平衡后,改变温度、压强对反应速率及平衡的影响,下列判断正确的是() A.开始时充人A、B,m+n>p+g,正反应为放热反应 B.开始时充人A、B,m+n C.开始时充人C、D,m+n>p+q,正反应为放热反应 D.开始时充人C、D,m+n 11.mA(g)+nB(g)qC(g)反应在密闭容器中进行,如图表示反应过程中温度T,压强p与B%(气体B在混合气体中的百分含量)的关系曲线由曲线分析,下列结论正确的是() A.m+n>q正反应为放热反应B.m+n>g正反应为吸热反应 C.m+n 12.某一达到化学平衡状态的可逆反应: mA(g)+nB(g)C(g)+qD(g),如图所 A的转化率cx(A)与温度,压强韵关系,分析该图示可以得出的结论是() A.正反应吸热m+n>p+q B.正反应吸热,m+n C.正反应放热,m+n>p+q D.正反应放热,m+n 13.下列事实不能用勒夏特列原理来解释的是() A.氮氢合成氨需要较高的温度(约500℃) B.饱和氯化钠溶液中通人氯化氢气体有晶体析出 C.工业制硫酸,用催化剂有利于SO3的生成 D.用排饱和碳酸氢钠溶液收集二氧化碳 14.下列叙述正确的是() A.在合成氨的平衡体系中减小C(NH3),则将增大 B.若增大,平衡向正反应方向移动 C.若使原平衡混合物中各组成成分的浓度发生变化,则平衡一定发生移动 D.使用催化剂只影响化学反应速率而不影响化学平衡。 15.在一定条件下的定容容器中,当下列物理量不再发生变化时,表明反应: A(s)+2B(g)C(g)+D(g)己达到平衡状态的是() 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 16.灰锡(以粉末状存在)和白锡是锡的两种同素异形体。 已知: Sn(s、灰)Sn(s、白)一2.1kJ下列说法正确的是() A.灰锡原子储存的能量大于白锡原子 B.锡在常温下以灰锡状态存在 C.灰锡转化为白锡的反应是放热反应 D.锡制器皿长期处于低于13.2℃的环境中,会自行毁坏 17.一定温度下,密闭容器中充入CO和H2O(g)各1mol,达到如下平衡: CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2,生成2/3molCO2若其他条件不变,一开始充入4molH2O(g),平衡时生成的CO2可能为() A.2/3molB.0.93molC.1molD.1.5mol 18.一定条件下,将1molNH3在体积不变的密闭容器中加热,反应发生2NH3(g)N2(g)+3H2(g),一段时间后达到平衡,此时NH3的体积分数为x%,若在该容器中再加入1molNH3后,密闭加热到相同的温度,使反应达到平衡,设此时NH3的体积分数为y%,则x和y的关系正确的是() A.x 19.在某温度下,将2molA和3molB充入一密闭容器中,发生如下反应: aA(g)+B(g)C(g)+D(g),5min后达到平衡。 已知各物质的平衡浓度的关系为,ca(A)•c(B)=c(C)•c(D)。 若在温度不变的情况下将容器的体积扩大为原来的10倍,A的转化率不发生变化,则B的转化率为() A.4%B.24%C.40%D.60%
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