化学反应速率与化学平衡下.docx
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化学反应速率与化学平衡下
化学反应速率与化学平衡(下)
教学内容
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
二、学习指导
A
A%
(一)化学平衡的图象问题研究
1.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.方法:
(1)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.
t
t1t
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。
.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:
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.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:
①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”.
②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.
③“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:
①根据达到平衡的时间长短,可断定
T2<T1,P2>P1
②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:
①达平衡所需时间b<a
正逆反应速率Vb>Va
②改变条件后x不变
平衡不移动
③该可逆反应ΔVg=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(Δng≠0)
降温或减压(Δng≠0)
使用正催化剂或加压(Δng=0)
使用负催化剂或减压(Δng=0)
(5)在浓度C-时间t图象中
改变温度瞬间,各物浓度不变,故平衡虽破坏,但各物质的浓度变化均连续.
改变压强瞬间,各物质浓度(气体)均突变.加压——突增,减压——突减.
改变某一成分浓度时,该成分浓度突变,其它物质不变,故变化是连续的.
例3.可逆反应N2+3H22NH3+Q,从反应开始经t1秒达平衡状态,因条件改变,平衡在t2秒时发生移动,在t3秒时,又达到新的平衡状态.试根据t2-t3秒曲线判断,下列图1、图2所表示的平衡移动方向和变化条件各是什么?
图1图2
解析图1中t2-t3曲线与原来连续变化,说明只可能改为变温度引起.NH3浓度下降,H2浓度增大,说明平衡是逆向移动,故变化的条件是升温.
图2中,t2时改变条件前后NH3的浓度连续变化,而N2浓度突变,说明只能是增加N2浓度引起,平衡正向移动.
例5.气态反应A+BC+D,其它条件不变,在有催化剂条件(a)时和无催化剂条件(b)时的反应过程中,有关的量(纵坐标)随时间(横坐标)的变化情况错误的是[]
解析:
使用催化剂,同等程度改变正逆反应速度,缩短达到平衡所需时间,但不改变平衡状态。
故不论有无催化剂,达到平衡时同一成分的百分含量相同。
所以选项A错C对。
选项D中似乎达平衡所需时间长短合理,但使用催化剂,反应速率不但不增大,反而减小,显然不合理。
选项B正确。
本题正确选项:
B、C
例6..2.右图为条件一定时,反应
2NO+O22NO2+Q(Q>0)中NO的最大转
化率与温度变化关系曲线图,图中有A、B、C、D、
E五点,其中表示未达到平衡状态,且V正<V逆的
点是[]
A.B和CB.A和E
C.ED.A和C
解析:
当条件一定时,反应的最大转化率一定是达平衡状态时。
该图像与初中所学的溶解度曲线很相似。
A、D所在的曲线上所有的点均为平衡时的状
态。
曲线上下的点均为非平衡时的状态。
反应从非平衡自发达平衡。
从图中可看出,B、C所在状态的转化率小于该温度平衡时。
说明反应正向正反应方向移动。
即V正>V逆。
而E所在状态的转化率大于该温度平衡时的,说明反应正向逆反应方向移动。
Z
即V正<V逆。
故本题选C.。
(2)横标——温度T
纵标——百分含量A%或转化率A或反应速率C
特点:
①横坐标为T时,纵标对应的各物理量均随T变化而变化.
②若测得在不同温度下经过足够长时间达平衡时A%、αA、C均随T单调变化.
③若测得在不同温度下经过同一时间在某一时刻测得A%、αA、C随T变化而可能呈现先上升→达最高点→下降的变化趋势
例7.下图表示外界条件(温度、压力)的变化对下列反应的影响.
L(s)+G(g)2R(g)-Q(吸热)
在图中Y轴是指
A.平衡混合气中R的质量分数
B.平衡混合气中G的体积分数
C.G的转化率
D.L的转化率
解析由图象可知:
T↗,Y↓.G%↓,R%↗.
由反应可知:
T↗,平衡正移.反应物α↗.
答案:
B.
例5在容积相同的五个密闭容器中分别放
入同量的A2和B2,在不同温度下同时任其发生
反应:
A2(g)+3B2(g)2AB3(g),分别在
某一同时刻测得其中AB3所占的体积分数变化
如图所示.下列说法不正确的是[]
A.正反应是放热反应
B.E、F二点尚未达到平衡
C.H、I二点尚未达到平衡
D.G、H、I三点可能已达平衡状态
解析随着温度的升高反应速率加快.从G到H、I,AB3%所占的体积分数降低,能得出正反应是放热反应;E、F两点AB3%比G点低,原因是低温下反应速率慢,反应未达平衡状态.选C.
(二)解决化学平衡问题的重要思维方法
1.可逆反应“不为零”原则.
可逆性是化学平衡的前提,达到平衡时应是反应物和生成物共存的状态,每种物质的量不为零.
一般可用极限分析法推断.即假设反应不可逆,则最多生成产物多少,有无反应物剩余,余多少.这样的极值点是不可能达到的,故可用确定某些范围或在范围中选择合适的量.
例3在一定温度下将1molCO和1mol水蒸气放在密闭容器中反应:
CO+H2OCO2+H2,达平衡后测得CO2为0.6mol,再通入4mol水蒸气,达新平衡后CO2的物质的量可能是[]
A.0.6molB.1molC.0.8molD.1.2mol
解析加入H2O(g)平衡正移,n·CO2>0.6mol但不可能任意增大,根据“不为零”原则,1molCO即使完全反应也只可能生成1molCO2,所以0.6mol<nCO2<1mol.答案C合适.
2.“一边倒”原则
可逆反应,在条件相同时(等温等容),若达到等同平衡,其初始状态必须能互变,从极限角度看,就是各物质的物质的量要相当.因此可以采用一边倒的原则来处理以下问题:
(1)化学平衡等同条件(等温等容)
aA(g)+bB(g)cC(g)
①始ab0平衡态Ⅰ
②始00c平衡态Ⅱ
③始xyz平衡态Ⅲ
为了使平衡Ⅲ=Ⅱ=Ⅰ
根据“一边倒”原则,即可得
x+z=a+=1
y+z=b+=1
例8温度、催化剂不变,向某一固定体积的密闭容器内按下列各组物质的量加入H2、N2、NH3,反应达平衡时;氨气浓度最大的一组是[]
A
B
C
D
H2
6
1
3.5
5
N2
2
0
1
1.5
NH3
0
4
2
1
解析2NH3N2+3H2.根据反应“一边倒”换算.
B026+1=7
C023+3.5=6.5
D021.5+5=6.5
由此可知,符合题意的是B.
3.“过渡态”方法.
思路:
相同倍数增加各种反应物的浓度,相当于增大体系压强,根据平衡移动方向来确定转化率的变化情况.
例9..一真空密闭容器中盛有1molPCl5,加热到200℃时发生反应.PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g),反应达到平衡时,PCl5所占体积百分数为M%.若在同一温度和同一容器中,最初投入的是2molPCl5,反应达平衡时,PCl5所占体积百分数为N%,则M和N的正确关系是[]
A.M>NB.M<NC.M=ND.无法比较
解析:
从1molPCl5到2molPCl5投料,相当于增大体系压强,对该可逆反应而言,促使平衡逆移,反应达平衡时,PCl5所占体积百分数增大,故选B.
巩固练习
(一)选择
1.如右图所示表示平衡混合物中x的百分含量
在不同的压强下,随湿度变化的情况,在下列平衡体
系中,x可以代表用下横线标明的物质(反应中各物
质为气态)的是()
A.N2+2H22NH3△H<0
B.H2+I22HI+△H<0
C.2SO32SO2+O2△H>0
D.4NH3+5O24NO+6H2O△H<0
2.在溶积固定的4L密闭容顺中,进行可逆反应:
X(气)+2Y(气)2Z(气)并达到平衡,在此过
程中,以Y的浓度改变表示的反应速率υ(正)、υ(逆)
与时间t的关系如右图,如图中阴影部分面积表示()
A.X的浓度的减少B.Y的物质的量的减少
C.Z的浓度的增加D.X的物质的量的减少
3.今有反应X(g)+Y(g)2Z(g)+△H<0若反应
开始经t1秒后达到平衡,又经t2秒后,由于反应条件的
改变使平衡破坏,则t3时又达到平衡,如图表示,试分
析,以t2到t3秒曲线变化
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- 化学反应 速率 化学平衡
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