学案8 化学反应速率 化学平衡.docx
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学案8化学反应速率化学平衡
学案8 化学反应速率 化学平衡
最新考纲展示
1.了解化学反应速率的概念、反应速率的定量表示方法;了解催化剂在生产、生活和科学研究领域的重要作用。
2.了解化学反应的可逆性;了解化学平衡建立的过程;了解化学平衡常数的含义,能利用化学平衡常数进行相关计算。
3.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学反应速率和化学平衡的影响,认识并能用相关理论解释其一般规律。
4.了解化学反应速率和化学平衡的调控在生产、生活和科研领域中的重要作用。
基础回扣
1.某温度时,在2L容器中X、Y、Z三种物质随时间的变化关系曲线如图所示。
(1)由图中的数据分析,该反应的化学方程式为_____________________________________。
(2)反应开始至2min,Z的平均反应速率为________________。
(3)反应开始至2min,用X、Y表示平均反应速率分别为________、________。
(4)5min后Z的生成速率与5min末Z的分解速率______(填“变大”、“变小”、“相等”或“无法判断”)。
2.一定条件下反应C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH>0,在体积不变的密闭容器中达到平衡,按要求回答下列问题:
(1)平衡常数表达式是______________。
(2)若升高温度,反应速率________(填“增大”、“减小”或“不变”,下同),平衡常数K________,平衡向________方向移动。
(3)再通入一定量的CO2气体,反应速率________,平衡常数K________,平衡向________方向移动,CO2的转化率________。
(4)再充入一定量的N2,反应速率________,平衡常数K________,平衡________移动。
3.正误判断,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)在其他条件不变时,使用催化剂,正反应速率和逆反应速率同等倍数加快,平衡不移动( )
(2)当某反应达到限度时,反应物和生成物的浓度一定相等( )
(3)在一定条件下,向密闭容器中充入1molN2和3molH2充分反应,达到平衡时N2、H2、NH3三者共存( )
(4)当一个可逆反应达到平衡状态时,正向反应速率和逆向反应速率相等且都等于0( )
(5)在相同温度下,在相同容积的密闭容器中分别充入1molN2、3molH2和2molNH3,当反应达到平衡时,两平衡状态中NH3的体积分数相同( )
(6)化学平衡移动,化学平衡常数不一定改变( )
(7)加入少量CH3COONa晶体可以减小Zn与稀硫酸反应的速率,但不影响产生H2的总量( )
(8)化学平衡向右移动,一定是正反应速率增大或逆反应速率减小( )
(9)任何可逆反应达到平衡后,改变温度,平衡一定发生移动( )
(10)化学反应速率发生变化,化学平衡一定发生移动( )
(11)对于反应Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑,增加Zn的质量(不考虑表面积变化),生成H2的速率加快( )
(12)对于2SO2+O22SO3的可逆反应,改变条件使平衡向右移动,SO2的转化率可能增大,也可能减小( )
(13)在温度不变的条件下,改变条件使2SO2+O22SO3的平衡向右移动,平衡常数不变( )
题型1 化学反应速率及影响因素
1.一定温度下,10mL0.40mol·L-1H2O2溶液发生催化分解。
不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)如下表。
t/min
0
2
4
6
8
10
V(O2)/mL
0.0
9.9
17.2
22.4
26.5
29.9
下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)( )
A.0~6min的平均反应速率:
v(H2O2)≈3.3×10-2mol·L-1·min-1
B.6~10min的平均反应速率:
v(H2O2)<3.3×10-2mol·L-1·min-1
C.反应到6min时,c(H2O2)=0.30mol·L-1
D.反应到6min时,H2O2分解了50%
2.已知分解1molH2O2放出热量98kJ,在含少量I-的溶液中,H2O2分解的机理为
H2O2+I-―→H2O+IO- 慢H2O2+IO-―→H2O+O2+I- 快
下列有关该反应的说法正确的是( )
A.反应速率与I-浓度有关B.IO-也是该反应的催化剂
C.反应活化能等于98kJ·mol-1D.v(H2O2)=v(H2O)=v(O2)
3.某小组拟在同浓度Fe3+的催化下,探究H2O2浓度对H2O2分解反应速率的影响。
限选试剂与仪器:
30%H2O2、0.1mol·L-1Fe2(SO4)3、蒸馏水、锥形瓶、双孔塞、水槽、胶管、玻璃导管、量筒、秒表、恒温水浴槽、注射器。
①写出本实验H2O2分解反应方程式并标明电子转移的方向和数目:
_____________________。
②设计实验方案:
在不同H2O2浓度下,测定________________(要求所测得的数据能直接体现反应速率大小)。
③设计实验装置,完成上图的装置示意图。
④参照下表格式,拟定实验表格,完整体现实验方案(列出所选试剂体积、需记录的待测物理量和所拟定的数据;数据用字母表示)。
物理量
实验序号
V/mL
……
1
a
……
2
a
……
有关化学反应速率的易错点
(1)错误地把化学反应速率等同于瞬时速率。
化学反应速率是某一段时间内的平均速率,而不是瞬时速率。
(2)进行化学反应速率的相关计算时,错误地用某物质的物质的量浓度计算,速率大小比较时易忽视各物质的速率的单位是否一致,单位书写是否正确。
(3)错误地认为纯固体和纯液体不会改变化学反应速率。
实际上不能用纯固体和纯液体物质的变化表示化学反应速率,但若将固体的颗粒变小(增大固体的接触面积)则化学反应速率会加快。
(4)错误地认为只要增大压强,化学反应速率一定增大。
实际上反应在密闭固定容积的容器中进行,若充入氦气(或不参与反应的气体),压强增大,但参与反应的各物质的浓度不变,反应速率不变;若反应在密闭容积可变的容器中进行,充入氦气(或不参与反应的气体)而保持压强不变,相当于压强减小,反应速率减小。
(5)不能正确区分外界条件对可逆反应的正、逆反应速率的影响趋势。
如对ΔH<0的反应,升高温度,平衡逆向移动,正、逆反应速率都增大,并不是只增大逆反应速率,只是逆反应速率增大的程度大于正反应速率;工业合成氨中,移出部分氨气(平衡右移),正逆反应速率都减小,并不是增大了正反应速率。
(6)不能正确使用控制变量思想。
在研究影响化学反应速率的因素时,由于外界影响因素较多,一定要弄清变量和定量,特别是要注意在改变某一变量时,是否会影响到某一定量。
如第3题第④问在设计实验时,为确保每次实验时Fe2(SO4)3浓度不变,要用适量的蒸馏水调整,保证每次反应体系的总体积相同。
1.下列关于化学反应速率的说法中,正确的是( )
A.化学反应速率是指某一时刻某种反应物的瞬时反应速率
B.化学反应速率为0.8mol·L-1·s-1是指反应1s时某物质的浓度为0.8mol·L-1
C.根据化学反应速率的大小可推知化学反应的快慢
D.对于一个化学反应来说,其反应速率越大,反应现象就越明显
2.在恒温、恒容的密闭容器中进行反应2H2O2
2H2O+O2↑。
若H2O2溶液的浓度由2.0mol·L-1降到1.0mol·L-1需10s,那么H2O2浓度由1.0mol·L-1降到0.5mol·L-1所需的反应时间为( )
A.5sB.大于5sC.小于5sD.无法判断
3.对于可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),若其他条件都不变,只是在反应前是否加入催化剂,可得到如下两种v-t图像:
下列判断正确的是( )
A.a1>a2B.t1 C.两图中阴影部分面积相等D.图Ⅱ中阴影部分面积更大 4.影响化学反应速率的因素很多,某课外兴趣小组用实验的方法探究影响化学反应速率的因素。 实验一: 利用Cu、Fe、Mg和不同浓度的硫酸(0.5mol·L-1、2mol·L-1、18.4mol·L-1),设计实验方案,研究影响反应速率的因素。 (1)甲同学的实验报告如表所示: 实验步骤 实验现象 实验结论 ①取三份等体积的2mol·L-1硫酸于试管中 ②分别投入大小、形状相同的Cu、Fe、Mg 反应产生气泡的速率大小: Mg>Fe>Cu 反应物的性质越活泼,反应速率越大 该同学的实验目的是__________________,要想得出正确的实验结论,还需要控制的实验条件是________________________________________________________________________。 (2)乙同学为了能精确地研究浓度对反应速率的影响,在相同温度下利用如图所示装置进行定量实验。 完成该实验应选用的实验药品是__________,应该测定的实验数据是________________________________________________________________________。 实验二: 已知2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4===K2SO4+2MnSO4+8H2O+10CO2↑,在开始一段时间内反应速率较小,溶液褪色不明显,但反应一段时间后,溶液突然褪色,反应速率明显增大。 (3)针对上述实验现象,某同学认为该反应放热,导致溶液的温度升高,从而使反应速率增大。 从影响化学反应速率的因素看,你认为还可能是________的影响。 (4)若要用实验证明你的猜想,除酸性高锰酸钾溶液、草酸溶液外,还可以在反应开始时加入________(填字母)。 A.硫酸钾 B.硫酸锰C.氯化锰D.水 题型2 化学平衡状态及平衡和移动方向的判断 1.用氮化硅(Si3N4)陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件,能大幅度提高发动机的热效率。 工业上用化学气相沉积法制备氮化硅,其反应如下: 3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g) Si3N4(s)+12HCl(g) ΔH=-Q(Q>0) 一定条件下,在密闭恒容的容器中,能表示上述反应达到化学平衡状态的是________(填字母)。 a.3v逆(N2)=v正(H2)b.v正(HCl)=4v正(SiCl4) c.混合气体密度保持不变d.c(N2)∶c(H2)∶c(HCl)=1∶3∶6 2.将BaO2放入密闭的真空容器中,反应2BaO2(s)2BaO(s)+O2(g)达到平衡。 保持温度不变,缩小容器容积,体系重新达到平衡,下列说法正确的是( ) A.平衡常数减小B.BaO量不变C.氧气压强增大D.BaO2量增加 3.在恒容密闭容器中通入X并发生反应: 2X(g)Y(g),温度T1、T2下X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图所示。 下列叙述正确的是( ) A.该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量 B.T2下,在0~t1时间内,v(Y)= mol·L-1·min-1 C.M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆 D.M点时再加入一定量X,平衡后X的转化率减小 1.化学平衡状态的判断方法 指导思想: 选定反应中的“变量”,即随反应进行而变化的量,当“变量”不再变化时,反应已达平衡。 (1)直接判断依据 (2)间接判断依据 ①对于有有色气体存在的反应体系,如2NO2(g)N2O4(g)等,若体系的颜色不再发生改变,则反应已达平衡状态。 ②对于有气体存在且反应前后气体的物质的量发生改变的反应,如N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),若反应体系的压强不再发生变化或平均相对分子质量不再变化,则说明反应已达平衡状态。 注意: 对有气体存在且反应前后气体的物质的量不发生改变的反应如: 2HI(g)H2(g)+I2(g),反应过程中的任何时刻体系的压强、气体的物质的量、平均相对分子质量都不变,故体系压强、气体的物质的量、平均相对分子质量不变均不能说明反应已达平衡状态。 2.分析化学平衡移动的一般思路 (一)平衡状态的建立 1.下列说法可以证明H2(g)+I2(g)2HI(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 ③百分含量w(HI)=w(I2) ④反应速率v(H2)=v(I2)= v(HI) ⑤c(HI)∶c(H2)∶c(I2)=2∶1∶1 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 A.①②③④B.②⑥⑨C.②⑥⑨⑩D.③⑤⑥⑦⑧ 2.将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒容容器中(固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡: NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。 判断该分解反应已经达到化学平衡的是( ) A.2v(NH3)=v(CO2)B.密闭容器中c(NH3)∶c(CO2)=2∶1 C.密闭容器中混合气体的密度不变D.密闭容器中氨气的体积分数不变 (二)平衡移动方向和结果的判定 3.在某恒温、恒容的密闭容器内发生反应: 2NO2(g)2NO(g)+O2(g) ΔH>0,开始时充入2molNO2并达到平衡,下列说法正确的是( ) A.再充入2molNO2,平衡正向移动,O2的体积分数增大 B.升高温度,O2的体积分数减小 C.增大压强,化学平衡逆向移动,NO2的体积分数增大 D.再充入1molO2,NO2的体积分数增大 4.下列说法正确的是( ) A.工业生产硫酸中采用高温可提高二氧化硫的转化率 B.合成氨工业中,适当高的温度既可以提高反应速率,又可以使催化剂的活性最大 C.用氢氧化钠溶液吸收二氧化碳气体,升高温度可使吸收速率加快 D.酯化反应是一个可逆的吸热反应,故温度越高越有利于生成酯 5.将等物质的量的X、Y气体充入某密闭容器中,一定条件下,发生如下反应并达到平衡: X(g)+3Y(g)2Z(g) ΔH<0。 改变某个条件并维持新条件直至达到新的平衡,下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是( ) 选项 改变的条件 新平衡与原平衡比较 A 升高温度 X的转化率变小 B 增大压强 X的浓度变小 C 充入一定量Y Y的转化率增大 D 使用适当催化剂 X的体积分数变小 题型3 用平衡常数和转化率定量研究化学反应的限度 1.已知t℃时,反应FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)的平衡常数K=0.25。 ①t℃时,反应达到平衡时n(CO)∶n(CO2)=______。 ②若在1L密闭容器中加入0.02molFeO(s),并通入xmolCO,t℃时反应达到平衡。 此时FeO(s)转化率为50%,则x=________。 2.硝基苯甲酸乙酯在OH-存在下发生水解反应: O2NC6H4COOC2H5+OH-O2NC6H4COO-+C2H5OH 两种反应物的初始浓度均为0.050mol·L-1,15℃时测得O2NC6H4COOC2H5的转化率α随时间变化的数据如表所示。 回答下列问题: t/s 0 120 180 240 330 530 600 700 800 α/% 0 33.0 41.8 48.8 58.0 69.0 70.4 71.0 71.0 (1)列式计算该反应在120~180s与180~240s区间的平均反应速率____________、____________;比较两者大小可得出的结论是____________________。 (2)列式计算15℃时该反应的平衡常数____________。 (3)为提高O2NC6H4COOC2H5的平衡转化率,除可适当控制反应温度外,还可采取的措施有____________________________________(要求写出两条)。 3.研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时,涉及如下反应: 2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g) K1 ΔH1<0(Ⅰ) 2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g) K2 ΔH2<0(Ⅱ) (1)4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数K=________________(用K1、K2表示)。 (2)为研究不同条件对反应(Ⅱ)的影响,在恒温条件下,向2L恒容密闭容器中加入0.2molNO和0.1molCl2,10min时反应(Ⅱ)达到平衡。 测得10min内v(ClNO)=7.5×10-3mol·L-1·min-1,则平衡后n(Cl2)=______mol,NO的转化率α1=______。 其他条件保持不变,反应(Ⅱ)在恒压条件下进行,平衡时NO的转化率α2____α1(填“>”“<”或“=”),平衡常数K2________(填“增大”“减小”或“不变”)。 若要使K2减小,可采取的措施是____________。 1.化学平衡计算的基本模式——平衡“三步曲” 根据反应进行(或移动)的方向,设定某反应物消耗的量,然后列式求解。 例: mA + nB pC + qD 起始量: ab00 变化量: mxnxpxqx 平衡量: a-mxb-nxpxqx 注意: ①变化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例; ②这里a、b可指: 物质的量、浓度、体积等; ③弄清起始浓度、平衡浓度、平衡转化率三者之间的互换关系; ④在使用平衡常数时,要注意反应物或生成物的状态。 2.极限思维模式——“一边倒”思想 极限思维有如下口诀: 始转平,平转始,欲求范围找极值。 例: mA + nB pC 起始: abc 转化极限: a a a 平衡极限: 0b- ac+ a 3.转化率计算公式 转化率α= ×100%。 (一)平衡常数及转化率含义的理解 1.对于可逆反应,下列说法正确的是( ) A.化学平衡常数只与温度有关B.升高温度,化学平衡常数一定增大 C.正反应的化学平衡常数与逆反应的化学平衡常数一定不相等 D.增大反应物浓度,化学平衡常数可能增大 2.已知可逆反应: 2N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(g) ΔH>0。 下列有关说法正确的是 A.加压有利于化学平衡向正反应方向移动 B.该反应的化学平衡常数表达式为K= C.升高温度可缩短反应达平衡的时间但不能提高平衡转化率 D.使用催化剂可缩短反应达平衡的时间但不能提高平衡转化率 3.一定条件下,通过下列反应可以制备特种陶瓷的原料MgO: MgSO4(s)+CO(g)MgO(s)+CO2(g)+SO2(g)ΔH>0 该反应在恒容的密闭容器中达到平衡后,若仅改变图中横坐标x的值,重新达到平衡后,纵坐标y随x变化趋势合理的是( ) 选项 x y A 温度 容器内混合气体的密度 B CO的物质的量 CO2与CO的物质的量之比 C SO2的浓度 平衡常数K D MgSO4的质量 (忽略体积) CO的转化率 (二)平衡常数及转化率的简单计算 4.相同温度下,体积均为0.25L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应: N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.6kJ·mol-1。 实验测得起始、平衡时的有关数据如下表所示: 容器 编号 起始时各物质的物质 的量/mol 达到平衡时体系能量的变化 N2 H2 NH3 ① 1 3 0 放出热量: 23.15kJ ② 0.9 2.7 0.2 放出热量: Q 下列叙述错误的是( ) A.容器①、②中反应的平衡常数相等 B.平衡时,两个容器中NH3的体积分数均为 C.容器②中达到平衡时放出的热量Q=23.15kJ D.若容器①的体积为0.5L,则平衡时放出的热量小于23.15kJ 5.容积均为1L的甲、乙两个恒容容器中,分别充入2molA、2molB和1molA、1molB,相同条件下,发生下列反应: A(g)+B(g)xC(g) ΔH<0。 测得两容器中c(A)随时间t的变化如图所示,下列说法不正确的是( ) A.x=1 B.此条件下,该反应的平衡常数K=4 C.给乙容器升温可缩短反应达平衡的时间但不能提高平衡转化率 D.甲和乙中B的平衡转化率相等 6.CH4和H2O(g)在催化剂表面发生反应CH4+H2OCO+3H2,该反应在不同温度下的化学平衡常数如下表: 温度/℃ 800 1000 1200 1400 平衡常数 0.45 1.92 276.5 1771.5 (1)该反应是________(选填“吸热”或“放热”)反应。 (2)T℃时,向1L密闭容器中投入1molCH4和1molH2O(g),平衡时c(CH4)=0.5mol·L-1,该温度下反应CH4+H2OCO+3H2的平衡常数K=__________。 (3)T℃时,向1L密闭容器中投入2molCH4、1molH2O(g)、1molCO、2molH2,则反应的正反应速率________(填“<”、“>”或“=”)逆反应速率。 题型4 以图像为载体的化学反应速率和平衡的综合考查 1.臭氧是理想的烟气脱硝试剂,其脱硝反应为2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g),若反应在恒容密闭容器中进行,下列由该反应相关图像作出的判断正确的是( ) A 升高温度,平衡常数减小 B 0~3s内,反应速率为v(NO2)=0.2mol·L-1 C t1时仅加入催化剂,平衡正向移动 D 达平衡时,仅改变x,则x为c(O2) 2.在容积为1.00L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g)2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。 回答下列问题: (1)反应的ΔH______0(填“大于”或“小于”);100℃时,体系中各物质浓度随时间变化如上图所示。 在0~60s时段,反应速率v(N2O4)为__________________mol·L-1·s-1;反应的平衡常数K1为________________。 (2)100℃时达平衡后,改变反应温度为T,c(N2O4)以0.0020mol·L-1·s-1的平均速率降低,经10s又达到平衡。 ①T________100℃(填“大于”或“小于”),判断理由是_________________。 ②列式计算温度T时反应的平衡常数K2_______________________________。 (3)温度T时反应达平衡后,将反应容器的容积减少一半,平衡向_____
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