高二化学选修第二章学案及例题.docx

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高二化学选修第二章学案及例题

第二章化学平衡

一、化学反应速率

（一）概念与计算

1.概念：

化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加来表示

2.公式：

v＝单位：

或

3.注意事项：

①可以通过直观现象（沉淀出现先后、气泡生成的剧烈程度等）来定性说明反应的快慢；

②化学反应速率是指一段时间内的，不是瞬时速率；

③一定温度下，固体和纯液体物质，单位体积的物质的量保持不变，即物质的量浓度为常数，因此它们的化学反应速率也视为常数，此时可用单位时间内物质的量得变化来表示反应速率；

④由于反应过程中，随着反应的进行，物质的浓度不断地发生变化（有时温度等也可能变化），因此在不同时间内的反应速率是不同的。

一般不考虑温度对速率影响，速率的不断减小的；

⑤

同一化学反应的速率可以用不同物质浓度的变化来表示，其数值不一定相同，但其意义相同。

其数值之比等于。

对于反应：

mA＋nB

pC＋qD

VA∶VB∶VC∶VD＝m∶n∶p∶q

[例1]某温度时，2L容器中X、Y、Z三种物质的量随时间的变化如图所示。

由图中数据分析，该反应的化学方程式为；反应开始至2min，Z的平均反应速率为。

[例2]在2A+B=3C+4D的反应中,下列表示该反应的化学反应速率最快的是（）

A.V（A）=0.5mol/（L·s）B.V（B）=0.3mol/（L·s）

C.V（C）=0.8mol/（L·s）D.V（D）=1mol/（L·s）

【总结】对于同一反应，比较用不同反应物或生成物表示的反应速率大小时，要换算成同一物质表示的速率，才能比较。

[练习1]反应：

N2＋3H2

2NH3在不同条件下，测得反应速率如下：

①V（NH3）==0.6mol/（L·min）②V（N2）==0.4mol/（L·min）

③V（H2）==0.8mol/（L·min）

这三种情况下，反应速率由快到满的顺序为。

[练习2]在温度不变时，恒容的容器中进行反应H2

2H；△H＞0，若反应浓度由0.1mol/L降到0.06mol/L需要20s，那么由0.06mol/L降到0.036mol/L，所需时间为（）

A.10sB.12sC.大于12sD.小于12s

（二）影响化学反应速率的因素

1、有效碰撞模型

（1）有效碰撞：

能够发生化学反应的分子碰撞叫做有效碰撞。

（2）活化分子：

能够发生有效碰撞的分子叫做活化分子。

（3）活化能：

活化分子比普通分子高出的能量。

（4）活化分子的碰撞取向与化学反应：

具有较高能量的活化分子按照合适的取向所发生的有效碰撞才能发生化学反应。

2、内因：

由参加反应的物质的性质决定。

3、外因：

（1）浓度：

其它条件不变时，增大反应物（或生成物）浓度，可以反应速率。

注意：

①改变固体或纯液体的量，浓度视为常数，所以对速率。

（2）温度：

其它条件不变时，升高温度可反应速率；降低温度可反应速率。

注意：

①一般温度每升高10℃，反应速率增大为原来的2～4倍。

[例3]把除去氧化膜的镁条放入盛有一定浓度的稀盐酸的试管中，发现H2的生成速率v随时间t的变化关系如图，

其中0～t1速率变化的原因是；

t1～t2速率变化的原因是。

（3）压强

对于有参加的反应，其它条件不变时，增大压强可以反应速率；减小压强，可以化学反应速率。

（4）催化剂：

使用合适催化剂能影响反应速率。

注意：

①催化剂增大化学反应速率的原因是催化剂通过参与化学反应，改变了化学反应途径，从而改变反应的活化能，改变反应速率。

②催化剂本身在反应前后质量和性质一般保持不变。

③催化剂是同等程度改变正逆反应速率，不会导致化学平衡的移动。

④正催化剂：

降低活化能，增大反应速率，负催化剂：

升高活化能，减小反应速率，

（5）其他：

如：

颗粒纯度：

与稀酸反应，粗锌比纯锌快；以及激光、射线、超声波、紫外线等

（6）惰性气体对反应速率的影响：

①恒温恒容，加入惰性气体（或不参加反应的气体），容器P增大，但各物质C不变，v不变

②恒温恒压，加入惰性气体（或不参加反应的气体），容器V增大，各物质C减小，v减小

[例4]设C+CO2

2CO；△H＞0；反应速率为V1，N2+3H2

2NH3；△H＜0，反应速率为V2，当温度升高时，V1和V2的变化情况为（）

A.同时增大B.同时减小C.V1增大，V2减小D.V1减小，V2增大

[例5]某化学反应2A

B＋D在四种不同条件下进行，B、D起始浓度为0。

反应物A的浓度（mol/L）随反应时间（min）的变化情况如下表：

根据上述数据，完成下列填空：

（1）在实验1，反应在10至20分钟时间内平均速率为mol/（L·min）。

（2）在实验2，A的初始浓度C2＝mol/L，反应经20分钟就达到平衡，可推测实验2中还隐含的条件是。

（3）设实验3的反应速率为V3，实验1的反应速率为V1，则V3V1（填＞、＝、＜＝，且C31.0mol/L（填＞、＝、＜＝）

二、化学平衡

1．可逆反应：

（1）定义：

在相同条件下，既能向正反应方向又能向逆反应方向进行的反应。

（2）特征：

可逆反应不能进行到底，不能实现完全转化。

2.化学平衡状态

（1）概念：

化学平衡状态是指一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。

（2）特征：

逆、等、动、定、变

[讨论]在可逆反应体系2SO2（g）+O2（g）

2SO3（g）加入18O2后，哪些物质中会含有18O？

2．平衡状态的判断

（1）V（正）===V（逆）（对于同一物质的消耗速率与生成速率相等）

（2）浓度不变：

各组分的浓度不变（物质的量不变、物质的量分数不变、质量分数不变、气体的体积分数不变）

（3）对于反应前后气体分子总数发生变化的可逆反应：

若总压不随时间变化，则证明达到了化学平衡。

对于反应前后气体分子总数不变的可逆反应，若总压不随时间变化，不能证明达到了化学平衡。

例如：

对于一定条件下的可逆反应，测定总压不随时间变化：

若反应为：

N2＋3H2

2NH3，则证明达到了化学平衡。

若反应为：

H2＋I2（g）

2HI，则不能证明达到了化学平衡。

3、判断可逆反应达到平衡状态的方法和依据——化学平衡状态的标志

列举反应mA（g）+nB（g）←→pC（g）+qD（g）

混合物体系中度各成分的含量

①各物质的物质的量或各物质的物质的量的分数一定平衡

②各物质的质量或各物质质量分数一定平衡

③各气体的体积或体积分数一定平衡

④总体积、总压力、总物质的量一定不一定平衡

列举反应mA（g）+nB（g）←→pC（g）+qD（g）

正、逆反应速率的关系

①在单位时间内消耗了mmolA同时生成mmolA，即V正=V逆平衡

②在单位时间内消耗了nmolB同时消耗了pmolC,则V正=V逆平衡

③VA:

VB:

VC:

VD=m:

n:

p:

q,V正不一定等于V逆不一定平衡

④在单位时间内生成了nmolB，同时消耗了qmolD，因均指V逆不一定平衡

压强

①m+n≠p+q时，总压强一定（其它条件一定）平衡

②若m+n=p+q,总压强一定（其它条件一定）不一定平衡

混合气体的平均分子量（Mr——）

①Mr——一定时，只有当m+n≠p+q时平衡

②Mr——一定时，但m+n=p+q时不一定平衡

温度

任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时（其它不变）平衡

体系的密度（ρ）

密度一定（m+n≠p+q时样例）不一定平衡

其他

如体系颜色不再变化等平衡

[例8]一定温度下的密闭容器中进行可逆反应，N2（g）+3H2（g）

2NH3（g），下列情况能说明反应已达平衡的

A.混合气体的总物质的量不随时间而变化B.混合气体的压强不随时间而变化

C.混合气体的密度不随时间而变化D.生成6molN—H键的同时有3molH—H键生成

E.生成1molN2的同时有3molH2的生成

三、化学平衡的移动

化学平衡的建立是有条件的，暂时的，当条件改变时，平衡就有可能发生移动。

1．平衡移动方向的确定

（1）条件改变时，若v正>v逆，平衡向正反应方向移动

若v正

若v正=v逆，平衡不移动

（2）勒沙特列原理：

改变影响化学平衡的一个条件，平衡总是向减弱这种改变的方向移动。

2．影响化学平衡的因素

（1）浓度：

增大反应物（或减小生成物）的浓度，平衡正向移动；

减小反应物（或增加生成物）的浓度，平衡逆向移动；

注意：

①固体量的多少对平衡没有影响

②离子反应只有改变参与反应的离子浓度才会影响平衡

③增加一个反应物的浓度能增大其他反应物的转化率，而其本身的转化率则减小。

图像：

（2）压强：

增大压强，向气体体积减小的方向移动（反应速率都增大），

减小压强，向气体体积增大方向移动（反应速率都减小）；

图像：

注意：

①压强仅对气体反应的平衡有影响。

而且对气体体积相同的反应的平衡无影响。

②若在平衡体系中充入稀有气体

在等温等容条件下，对平衡无影响

在等温等压条件下，使平衡向气体体积扩大方向移动

（3）温度：

升高温度，向吸热反应方向进行（反应速率都增大），

降低温度，向放热反应方向进行（反应速率都减小）；

图像：

（同压强）

（4）催化剂：

同等程度改变正逆反应速率，但平衡不移动；

注意：

①催化剂通过参与反应改变化学反应途径加快化学反应速率

②催化剂在化学反应前后质量保持不变

③催化剂中毒

3．等效平衡

可逆反应既可从正反应又可从逆反应开始，甚至正逆反应同时开始，其结果最终都是达到平衡。

无论以何途径，达到平衡后，各物质的浓度对应相同，或转化率相同，则两个平衡是等效的。

N2（g）+3H2（g）

2NH3（g）

初始状态①1mol3mol0平衡1

②　　　002mol平衡2

③2mol6mol0平衡3

归纳：

①在等温等容条件下，建立等效平衡的条件是：

若为气体体积不等的反应，则初始浓度必须相同（或相当，可等效转化）

若为气体体积相等的反应，则只须初始浓度成比例即可。

②在等温等压条件下，建立等效平衡的条件是：

不论哪类反应，只须初始浓度成比例即可。

[例9]某温度下，在1L的密闭容器中加入1molN2、3molH2，使反应N2+3H2

2NH3达到平衡，测得平衡混合气中N2、H2、NH3分别为0.6mol、1.8mol、0.8mol，如果温度不变，只改变初始加入的物质的量而要求达到平衡时N2、H2、NH3的物质的量仍分别为0.6mol、1.8mol、0.8mol，则N2、H2、NH3的加入量用X、Y、Z表示时应满足的条件：

（1）若X=0，Y=0，则Z=______。

（2）若X=0.75，则Y=______，Z=______。

（3）若X=0.45，则Y=______，Z=______。

（4）X、Y、Z应满足的一般条件是（用含X、Y、Z的关系式表示）______。

[例10]在一个盛有催化剂容积可变的密闭容器中，保持一定的温度和压强，进行以下反应：

N2＋3H2

2NH3，已知加入1molN2、4molH2时，达到平衡后生成amolNH3（见表中已知项），在相同温度和压强下保持平衡后各组分体积分数不变，对下列编号②～④的状态，填写表中空白。

始态的物质的量/mol

平衡时NH3的物质的量

N2

H2

NH3

①

1

4

0

a

②

1

0.5a

③

1.5

6

0

④

m

g（g≥4m）

四、化学平衡计算——“四步法”

可逆反应mA（g）＋nB（g）

pC（g）＋qD（g），假定反应物A、B起始加入量分别为amol、bmol，达到平衡时，设A物质转化的物质的量为mxmol。

1、模式：

mA（g）＋nB（g）

pC（g）＋qD（g）

起始量：

ab00

变化量：

mxnxpxqx

平衡量：

a―mxb―nxpxqx

五、合成氨适宜条件的选择

1、合成氨反应的特点N2（g）+3H2（g）

2NH3（g）；△H＝－92.4kJ/mol

正反应为气体体积缩小的放热反应。

2、合成氨适宜的条件

温度：

500℃左右压强：

20MPa~50Mpa催化剂：

铁触媒

【高考热点】

【例1】在密闭容器中发生如下反应：

mA（g）+nB（g）pC（g），达到平衡后，保持温度不变，将气体体积缩小到原来的1/2，当达到新平衡时，C的浓度为原来的1.9倍。

下列说法中正确的是（）

A、m+n＞pB、平衡向逆反应方向移动C、A的转化率降低D、C的体积分数增加

【例2】某温度下，在一容积可变的容器中，反应2A（g）+B（g）2C（g）达到平衡时，A、B和C的物质的量分别为4mol、2mol和4mol。

保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整，可使平衡左移的是（）

A．均减半B．均加倍C．均增加1molD．均减少1mol

【例3】某温度下，在一个固定不变的容器中，反应2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）达到平衡时，SO2、O2、SO3的物质的量分别是4mol、2mol、4mol。

（1）保持温度不变，向容器中再加入1molO2，平衡向移动，SO2的转化率，O2的转化率。

（2）保持温度不变，向容器中再加入2molSO2、1molO2，平衡向移动，SO2的转化率。

（3）保持温度不变，向容器中再加入1molSO3，达新平衡时SO2的转化率。

【例4】在一密闭容器中充入2molA和1molB发生反应：

2A（g）+B（g）XC（g），达到平衡后C的体积分数为W%；若维持容器的容积和温度不变，按起始物质的量A：

0.6molB：

0.3molC：

1.4mol充入容器，达到平衡后，C的体积分数仍为W%，则X的值可能为（）

A、2B、3C、4D、无法确定

【例5】在恒温、恒容下，可逆反应：

N2（g）+3H2（g）2NH3（g）达到平衡，向该平衡体系中充入氩气，则下列叙述正确的是（）

A．v正增大、v逆减小B．v正、v逆均不变C．平衡不发生移动D．平衡向右移动

【例6】在一个定容的密闭容器中充入1molCO2和3molH2，在850℃时，气体混合物达到下式所示平衡：

CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）。

已知达到平衡时生成0.75molCO，那么当H2改为9mol，在上述条件下平衡时生成CO和水蒸气的物质的量之和可能为（）A、1.2molB、1.5molC、1.8molD、2.5mol

【例7】一定条件下，向一带活塞的密闭容积容器中，充入2molSO2和1molO2，发生下列反应2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）达到平衡后改变下列条件，SO3气体平衡浓度不改变的是（）

A．保持温度和容器体积不变，充入1molSO3（g）B．保持温度和容器压强不变，充入1molSO3（g）

C．保持温度和容器压强不变，充入1molO2（g）D．保持温度和容器压强不变，充入1molAr（g）

四十四、等效平衡问题及解题思路

1、等效平衡的含义在一定条件（定温、定容或定温、定压）下，只是起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后，任何相同组分的分数（体积、物质的量）均相同，这样的化学平衡互称等效平衡。

2、等效平衡的分类

（1）定温（T）、定容（V）条件下的等效平衡

Ⅰ类：

对于一般可逆反应，在定T、V条件下，只改变起始加入情况，只要通过可逆反应的化学计量数比换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量与原平衡相同，则二平衡等效。

Ⅱ类：

在定T、V情况下，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，只要反应物（或生成物）的物质的量的比例与原平衡相同，则二平衡等效。

（2）定T、P下的等效平衡（例4：

与例3的相似。

如将反应换成合成氨反应）

Ⅲ类：

在T、P相同的条件下，改变起始加入情况，只要按化学计量数换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量之比与原平衡相同，则达到平衡后与原平衡等效。

解析：

选C。

C项错，怎样提高原料转化率是化学平衡理论要解决的内容。

解析：

选C。

勒夏特列原理是用来解释化学平衡移动的，加入催化剂，平衡不移动。

解析：

选C。

当ΔH<0，ΔS>0时，ΔH－TΔS<0，反应一定能自发进行。

解析：

选C。

铁粉为固体，其物质的量浓度可视为常数，不用铁粉表示化学反应速率，A错误；铁粉是0.1mol，参加反应的H2SO4为0.1mol，所以v（H2SO4）＝1mol/L÷2min＝0.5mol/（L·min），v（FeSO4）＝0.5mol/（L·min），B、D项错。

解析：

选A。

K＝

＝a，

而NH3

H2＋

N2的平衡常数

K′＝

＝a－

。

解析：

选D。

判断一个可逆反应是否达到平衡状态的标志是v（正）＝v（逆）和各组分的含量保持不变。

①中不知m＋n和p＋q的大小关系，故压强不能作为达平衡状态的判断依据。

②生成mmolA是指逆反应，消耗qmolD也是指逆反应，故无法判断是否达平衡。

③说明反应达平衡。

④ρ＝

始终不变，故无法判断。

⑤反应速率v（A）∶v（B）∶v（C）∶v（D）＝m∶n∶p∶q在任何时刻都成立，故无法判断。

⑥说明反应达平衡。

⑦物质的量之比并不是等于化学计量数之比。

故选D。

解析：

选D。

由方程式可知，该反应为气体体积减小的放热反应，使用催化剂只能同等倍数改变v正、v逆，平衡不移动；增大压强平衡右移；降温v正、v逆均减小，但v正减小倍数小于v逆减小倍数，平衡右移；若体积不变，充入氩气，与该反应无关，平衡不移动，若压强不变，充入氩气，v正、v逆都减小，则答案为D。

解析：

选B。

增大压强平衡向气体体积减小的方向移动，降低温度平衡向放热反应方向移动，结合B的转化率的变化可知，正反应为气体体积减小的放热反应，由于A与C的计量数相等，A必为气体，C为固体或液体，否则压强变化将对本反应无影响。

解析：

选A。

升温，平衡向吸热反应的方向移动，即逆向移动，X的转化率将变小，A项正确；增大压强，平衡向气体分子数减小的方向即正向移动，X的物质的量减小，但由于体积的减小，实际各组分的浓度均比原平衡大，故B项错误；增大一种反应物的浓度，能够提高另一种反应物的转化率，而其本身的转化率将降低，故C项错误；催化剂只能改变反应速率，但不影响平衡状态，故各物质的体积分数不变，D项错误。

解析：

选D。

升温，平衡正向移动，v正>v逆，A正确。

B项，升温，反应速率增大，达到平衡时间缩短，平衡后AB3%减小，B正确。

升温，平衡右移，AB3%减小，温度一定时增大压强，平衡左移，AB3%增大，C正确。

升温，平衡正向移动，AB3的转化率将增大，即500℃时的转化率大于100℃的，则D不正确。

解析：

选A。

　　　　　　　　M（g）＋N（g）

E（g）

起始浓度/mol·L－110

转化浓度/mol·L－10.80.8

平衡浓度/mol·L－10.20.8

故4min时，M的转化率为

×100%＝80%；用M表示的化学反应速率

＝0.2mol·L－1·min－1，若是匀速反应，2min时，反应的M为0.2mol·L－1·min－1×2min＝0.4mol·L－1，M的物质的量浓度为0.6mol·L－1，但反应速率逐渐减小，2min时，M的物质的量浓度小于0.6mol·L－1，恒容条件下，充入稀有气体，平衡不移动，M的物质的量不变。

解析：

选A。

先分析压强不变时，温度对平衡的影响。

T越高，w（C）越小，升温平衡向吸热方向移动，吸热方向也就是w（C）减小的方向，即逆向为吸热反应，该反应的ΔH<0。

再分析压强对平衡的影响。

在相同温度下，压强越大（从1.01×105Pa→1.01×106Pa），w（C）越小，即逆向是气体体积减小的方向，即m＋n

解析：

选C。

t0时加压，v正、v逆均增加，说明反应物和生成物中均有气体。

v′逆>v′正，生成物气体物质的量大于反应物气体物质的量。

解析：

选B。

A项容器体积不变充入SO3（g），c（SO3）一定增大。

B项充入1molSO3（g）相当于加入1molSO2和0.5molO2，恒压下为等效平衡，则c（SO3）不变。

C项，恒压充入O2，体积增大，c（SO3）改变。

D项恒容通入Ar，平衡不移动，SO3的质量不变，但总气体的质量增大（包含Ar的质量），SO3的质量百分数减小。

解析：

选D。

A项，充入A，平衡正移，但A的转化率减小，A错；升温，平衡向吸热即逆向移动，C的体积分数减小，B错；题干中要求是在恒温恒容下发生的反应，所以C项的增大压强可能是充入了某种不反应的气体，则此时平衡不移动，所以C不正确。

再充入1molC，平衡左移，但平衡移动的结果是削弱而不能抵消这种改变，所以C的物质的量浓度将增大。

解析：

（1）根据反应方程式，该反应是一个气体体积不变的反应，达到平衡时气体的总物质的量仍为3mol，C的体积分数为a/3。

（2）本题达平衡时与

（1）小题达平衡时，互为等效平衡，则相同组分的体积分数相同，C的物质的量是

（1）平衡时的2倍，为2amol。

（3）该反应前后气体分子数不变，欲达到等效平衡，只需所投入的A、B的物质的量之比为1∶2即可。

设应加入xmolC，将xmolC完全换算成A、B后共有（2＋2x/3）molA，（5＋x/3）molB，由（2＋2x/3）∶（5＋x/3）＝1∶2，解得x＝1。

答案：

（1）a/3　

（2）2a　不变　（3）1

解析：

（1）由图（Ⅰ）可知，A、B为反应物，C为生成物，其变化量之比Δc（A）∶Δc（B）∶Δc（C）＝0.2∶0.6∶0.4＝1∶3∶2，所以反应方程式为A（g）＋3B（g）2C（g）；由图（Ⅱ）可知T1>T2，升温B的体积分数增加，说明升温平衡逆向移动，则说明逆向为吸热反应，正向为放热反应。

（2）A项，增压平衡向体积减小即正向移动。

B项，体积不变，充入稀有气体，平衡不移动。

C项，升温，平衡向吸热即逆向移动。

答案：

（1）A（g）＋3B（g）

2C（g）　放热　

（2）C

解析：

（1）20s时，n（N2O4）＝0.40mol－

×0.24mol＝0.28mol。

v（N2O4）＝

＝0.0020mol·L－1·s－1。

（2）反应进行到80s时达到平衡状态，d＝0.40mol－

×0.60mol＝0.10mol。

K＝

＝

＝1.8mol·L－1。

（5）该反应为吸热反应，温度降低，平衡向逆反应方向移动，N2O4的平衡浓度增大，据此即可做出N2O4的变化曲线。

答案：

（1）0.0020　

（2）1.8mol·L－1　（3）变浅　（4）D　（5）如下图

解析：

（1）判断该反应达到化学平衡状态，主要从各组分的浓度保持不变，正逆反应速率相同来分析，正确选项是C。

（2）由图可知，升高温度，K的值减小，平衡向着吸热反应方向移动，所以该反应为放热反应。

（3）K的值只与温度有关，与各组分的浓度无关