化学反应速率和化学平衡复习学案.docx

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化学反应速率和化学平衡复习学案

第2章化学反应速率和化学平衡--复习学案

【知识体系】

专题1：

化学反应速率和化学平衡的有关计算

1．此类化学计算都遵循以下共同的步骤：

（1）写出有关反应的化学方程式；

（2）找出或设定“三个量”（起始量、转化量、某时刻量）；

（3）根据已知条件列方程或代入表达式进行计算。

例如：

反应　　　　mA　＋　nB　　pC

起始浓度/mol·L－1　　a　　　　b　　　c

转化浓度/mol·L－1x

某时刻浓度/mol·L－1a－xb－

c＋

2．计算中注意以下量关系：

（1）对反应物：

c（起始）－c（转化）＝c（某时刻）

（2）对生应物：

c（起始）＋c（转化）＝c（某时刻）

（3）转化率＝

×100%

例1（2014·高考四川卷）在10L恒容密闭容器中充入X（g）和Y（g），发生反应X（g）＋Y（g）M（g）＋N（g），所得实验数据如下表：

实验

编号

温度

（℃）

起始物质的量/mol

平衡时物质的量/mol

n（X）

n（Y）

n（M）

①

700

0.40

0.10

0.090

②

800

0.10

0.40

0.080

③

800

0.20

0.30

a

④

900

0.10

0.15

b

下列说法正确的是（　　）

A．实验①中，若5min时测得n（M）＝0.050mol，则0至5min时间内，用N表示的平均反应速率v（N）＝1.0×10－2mol/（L·min）

B．实验②中，该反应的平衡常数K＝2.0

C．实验③中，达到平衡时，X的转化率为60%

D．实验④中，达到平衡时，b>0.060

【变式训练】

1．工业上制备H2的一种重要方法是：

CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）　ΔH＝QkJ·mol－1。

已知该反应的平衡常数K与温度的关系如图所示。

若在一固定的密闭容器中，850℃时发生上述反应，并测得容器内各物质的浓度（mol·L－1）随时间的变化关系如下表：

时间/min

CO（g）

H2O（g）

CO2（g）

H2（g）

0

0.200

0.300

0

0

2

0.138

0.238

0.062

0.062

3

c1

c2

c3

c4

4

c1

c2

c3

c4

已知：

850℃时该反应的化学平衡常数K＝1.0。

请回答下列问题：

（1）根据下列叙述可以判断该反应已达到化学平衡状态的是__________。

A．单位时间内CO（g）减少的浓度等于生成CO2（g）的浓度

B．反应容器内的压强不发生变化

C．混合气体中H2（g）的浓度不再发生改变

D．氢气的生成速率等于水的消耗速率

（2）Q__________0（填“>”、“＝”或“<”）。

（3）若在850℃时向反应容器中充入H2O（g），K值__________（填“增大”、“减小”或“不变”），工业上在反应容器中通入过量H2O（g）的作用是__________。

（4）上表中c2为__________，CO（g）的转化率为__________________。

专题2化学反应速率和化学平衡图像

1．速率—时间图像（v－t图像）

这类图像定性地揭示了v（正）、v（逆）随时间而变化的规律，体现了平衡的“逆、动、等、定、变”的基本特征，以及平衡移动的方向等。

对于化学反应mA（g）＋nB（g）≒pC（g）＋qD（g）

温馨提示：

只改变反应物或生成物的浓度时，v－t曲线与原平衡线相连接；而温度、压强、催化剂的改变，其v－t曲线与原平衡线是不连续的。

2．物质的量浓度与时间图像

此类图像能说明各平衡体系组分（或某一成分）在反应过程中的变化情况。

解题时要注意各物质曲线的折点（达平衡时刻），各物质浓度变化的内在联系及比例符合化学方程式中化学计量数关系等情况。

由这类图像可判断化学方程式。

由此可知：

2C≒2A＋3B。

3．转化率或百分含量与时间、压强、温度的图像

对于化学反应mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）为例分析：

由

（1）可知，T1温度先达到平衡，故T1>T2，升温C%增加，ΔH>0。

由

（2）可知，T2温度先达到平衡，故T1

由（3）可知，p1先达平衡，p1>p2，加压，C%增加，m＋n>p＋q。

由（4）可知，p2先达平衡，p1

另外，还有：

由（5）可知，p1>p2，m＋n＝p＋q或使用了催化剂。

由（6）中（A）、（B）两线可知，p1

在上述含量—时间曲线中，先出现拐点的则先达到平衡，说明该曲线表示的温度较高或压强较大。

温馨提示：

在此类图像中，转化率或百分含量改变是平衡移动的标志。

若含量或转化率未变，则平衡未移动。

对于化学反应mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（s）

由（7）可知，加压，C%减少，m＋n0。

由（8）可知，升温，C%减少，ΔH<0；由（A）线可知，加压，C%增加，m＋n>p。

由（9）可知：

m＋n＝p，ΔH>0。

温馨提示：

解决平衡图像问题的基本思路：

“先拐先平，数值大”和“定一议二”。

例2（2015·试题调研）合成氨反应为N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH<0；图1表示在2L的密闭容器中N2的物质的量随时间的变化曲线。

图2表示在其他条件不变的情况下，改变H2的物质的量对此化学平衡的影响。

下列说法正确的是（　　）

A．图1中，0～10min内，v（N2）是不断增大的

B．图1中，从11min起保持其他条件不变，压缩容器的体积为1L，则n（N2）的变化曲线为d

C．图2中a、b、c三点所处的平衡状态中，N2转化率最高的是b点

D．图2中T1和T2表示温度，对应温度下的化学平衡常数为K1、K2，则T1>T2，K1>K2

【变式练习】2．已知反应X（g）＋Y（g）nZ（g）　ΔH<0，将X和Y以一定比例混合通入2L密闭容器中进行反应，各物质的物质的量随时间的改变如图所示。

下列说法正确的是（　　）

A．反应方程式中n＝2

B．该反应的ΔS>0

C．10min时，曲线发生变化的原因是增大压强

D．0～5min内，平均反应速率v（X）＝0.04mol·L－1·min－1

专题3根据化学平衡移动方向进行有关判断

勒夏特列原理指出，改变影响平衡的一个条件，平衡就向减弱这种改变的方向移动。

反之如果知道了化学平衡移动的方向，也可以推测使化学平衡移动的条件。

1．根据化学平衡移动方向，判断物质的聚集状态

如可逆反应：

2A（g）＋nB2C（g）达到化学平衡后，若只增大压强，平衡又向正反应方向移动，由此可判断B为气体；若增大压强，平衡并不移动，由此可判断B为固体或液体。

2．根据化学平衡移动方向，判断化学方程式中气体反应物和气体生成物化学计量数的相对大小

如可逆反应aA（g）＋bB（g）cC（g）＋dD（g）在反应过程中A的百分含量[w（A）]随压强（p）变化的曲线如图所示：

由图示可知：

a＋b>c＋d。

又如可逆反应：

A（g）＋nB（g）3C（g），在恒温下，反应物B的转化率与压强的关系如图所示：

由图示可知：

增大压强，平衡不移动，则n＝2。

3．根据化学平衡移动方向，判断化学反应的能量变化

如可逆反应：

A（g）＋B（g）2C（g）达到平衡后，升高温度，C的体积分数增大，由此可判断正反应为吸热反应。

4．根据化学平衡移动方向，判断混合气体的平均相对分子质量

混合气体的平均相对分子质量为

＝

，对于反应物和生成物都是气体的可逆反应，当外界条件改变时，不管平衡怎样移动，混合气体的质量始终不变，故混合气体的平均相对分子质量与混合气体物质的量成反比。

5．根据化学平衡移动方向，判断反应物的平衡转化率

由于外界条件改变，引起化学平衡移动，根据平衡移动的方向可以判断某反应物的平衡转化率。

（1）温度、压强对平衡转化率的影响

在其他条件不变的情况下，改变温度或改变气体反应的容器体积（改变压强），若化学平衡向正反应方向移动，则反应物的平衡转化率一定增大，若平衡向逆反应方向移动，则反应物的平衡转化率一定减小。

（2）浓度对平衡转化率的影响

①减小生成物的浓度，反应物的平衡转化率一定增大。

②对于多种物质参加的反应，增加某一反应物的浓度，其他反应物的平衡转化率一定增大，而该反应物本身的平衡转化率一般是减小的。

③视反应前后物质的化学计量数而定。

在恒温恒容条件下，若反应前后气体分子总物质的量相等，如2HI（g）H2（g）＋I2（g），不论如何改变反应物的浓度，反应物的平衡转化率都不变；若反应后气体分子数是减少的，如2NO2（g）N2O4（g），增加反应物的浓度，则反应物的平衡转化率增大；若反应后气体分子数增加，如2NH3（g）N2（g）＋3H2（g），增大反应物的浓度，则反应物的平衡转化率减小。

例3在一定条件下，向两个体积固定的密闭容器中分别充入一定量的PCl5（g）和NO2（g），两个容器中的反应PCl5（g）PCl3（g）＋Cl2（g）和2NO2（g）N2O4（g）达到平衡，PCl5和NO2的转化率均为a%。

保持温度、容积不变，向两个容器中分别再充入1molPCl5和1molNO2，又达到平衡，PCl5和NO2的转化率分别为b%和c%。

下列关系中正确的是（　　）

A．b>a>cB．c>a>b

C．a>b>cD．a＝b＝c

例4（2015·经典题选萃）可逆反应A（g）＋BC（g）＋D达到平衡时，下列说法不正确的是（　　）

A．若增大A的浓度，平衡体系颜色加深，D不一定是具有颜色的气体

B．增大压强，平衡不移动，说明B、D必是气体

C．升高温度，C的百分含量减小，说明正反应是放热反应

D．若B是气体，增大A的浓度会使B的转化率增大

【变式训练】3．向2L密闭容器中通入amol气体A和bmol气体B，在一定条件下发生反应：

xA（g）＋yB（g）pC（g）＋qD（g）

已知：

平均反应速率v（C）＝

v（A）；反应2min时，A的浓度减少了

，B的物质的量减少了

mol，有amolD生成。

回答下列问题：

（1）反应2min内，v（A）＝__________，v（B）＝__________；

（2）化学方程式中，x＝______、y＝______、p＝______、q＝______；

（3）反应平衡时，D为2amol，则B的转化率为______________________；

（4）如果只升高反应温度，其他反应条件不变，平衡时D为1.5amol，则该反应的ΔH______0（填“>”、“<”或“＝”）；

（5）如果其他条件不变，将容器的容积变为1L，进行同样的实验，则与上述反应比较：

①反应速率______（填“增大”、“减小”或“不变”），理由是__________________________；

②平衡时反应物的转化率______（填“增大”、“减小”或“不变”），理由是__________________________。

专题4关于“等效平衡”问题

解等效平衡问题，应看清两点：

一是看清反应的条件：

等温、等压或等温、等容；二是看清反应的特点。

对于反应前后气体的物质的量相等的可逆反应，无论在什么条件下，只要温度一定，配比与原来相同即可建立等效平衡；而对于反应前后气体的物质的量不相等的可逆反应，则要分两种情况讨论：

①等温、等压条件下化归原比值；②等温、等容条件下化归原值。

例5（2015·经典习题选萃）将3molA和1molB混合于一体积可变的密闭容器P中，以此时的温度、压强和体积作为起始条件，发生了如下反应：

3A（g）＋B（g）2C（g）＋D（g），达到平衡时C的浓度为ωmol·L－1。

试回答下列问题：

（1）保持温度和压强不变，按下列四种配比充入容器P中，平衡后C的浓度仍为ωmol·L－1的是（　　）

A．6molA和2molBB．3molA＋1molB＋2molC

C．2molC＋1molB＋1molDD．1molC＋2molD

（2）保持原起始温度和体积不变，要使平衡后C的浓度仍为ωmol·L－1，应按下列哪种配比向另一容器Q中充入有关物质（　　）

A．3molA＋1molBB．4molC＋2molD

C．1.5molA＋0.5molB＋1molC＋0.5molDD．以上均不能满足条件

（3）保持原起始温度和体积不变，若仍按3molA和1molB配比在容器Q中发生反应，则平衡时C的浓度和ωmol·L－1的关系是（　　）

A．大于ωB．小于ωC．等于ωD．不能确定

【变式训练】4．Ⅰ.恒温、恒压下，在一个可变容积的密闭容器中发生如下反应：

A（g）＋B（g）C（g）

（1）若开始时放入1molA和1molB，到达平衡后，生成amolC，这时A的物质的量为__________mol。

（2）若开始时放入3molA和3molB，到达平衡后，生成C的物质的量为______mol。

（3）若开始时放入xmolA和2molB和1molC，到达平衡后，A和C的物质的量分别是ymol和3amol，则x＝______，y＝______，平衡时，B的物质的量______（选填一个编号）。

（甲）大于2mol

（乙）等于2mol

（丙）小于2mol

（丁）可能大于、等于或小于2mol

作出此判断的理由是____________________________。

（4）若在（3）的平衡混合物中再加入3molC，待再次到达平衡后，C的物质的量分数是__________。

Ⅱ.若维持温度不变，在一个与

（1）反应前起始体积相同、且容积固定的容器中发生上述反应。

（5）开始时放入1molA和1molB，到达平衡后生成bmolC，将b与

（1）小题中的a进行比较______（选填一个编号）。

（甲）a

（乙）a>b

（丙）a＝b

（丁）不能比较a和b的大小

作出此判断的理由是__________________________。