专题七 化学反应速率和化学平衡补充调整.docx
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专题七化学反应速率和化学平衡补充调整
专题七化学反应速率和化学平衡
【学习目标】
1.知道化学反应速率的定量表示方法,通过实验测定某些化学反应的速率。
2.知道活化能的含义及其对化学反应速率的影响。
3.通过实验探究温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响,认识其一般规律。
4.描述化学平衡建立的过程,知道化学平衡常数的含义,能利用化学平衡常数进行简单计算。
5.通过实验探究温度、浓度和压强对化学平衡的影响,并能用相关理论加以解释。
6.认识化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
【自主学习】
1.化学反应速率及其影响因素
(1)化学反应速率概念
(2)化学反应速率的影响因素
2.化学平衡
3.外界条件、反应速率和化学平衡的关系
条件改变,引起v(正)、v(逆)相对改变,平衡才能移动。
【合作探究】
1、从活化分子角度认识外界因素对反应速率的影晌
2.外界条件对可逆反应的v(正)、v(逆)的影响
(1)温度
温度对吸热反应的影响程度大。
升温,v(正)、v(逆)一般均增加,v(吸)增加的快,(如图A),降温,v(正)、v(逆)一般均减小v(吸)减小的快(如图B)。
(2)压强
①对有气体参加且反应前后气体体积改变的反应,加压,v(正)、v(逆)均增大(如图A),气体体积减小的反应增加的倍数大于气体体积增大的反应增加的倍数;降压,v(正)、v(逆)均减小(如图B),气体体积减小的反应减小的倍数大于气体体积增大的反应减小的倍数;即压强对气体体积减小的反应影响程度大。
②对于反应前后气体体积不变的反应,增大压强,v(正)、v(逆)均同等程度增大(如图C);减小压强,v(正)、v(逆)均同等程度减小(如图D)。
(3)浓度
增加反应物的浓度,v(正)急剧增大,v(逆)逐渐增大(如图E);减小反应物的浓度,v(正)急剧减小,v(逆)逐渐减小(如图F)。
(4)催化剂
使用催化剂可同等程度改变v(正)和v(逆)(如图C、D)。
3.可逆反应达到平衡状态的判断依据
(1)理论实质
①v(正)=v(逆)
②各组分的物质的量或质量不再改变。
(2)外在表征
①压强
恒温恒容下,反应前后气态物质的化学计量数之和不相等的可逆反应,当体系压强不再改变时,反应达到平衡状态;但在反应前后气态物质的化学计量数之和相等的可逆反应里不可做平衡判断依据。
②混合气体平均相对分子质量(
)
在气体总质量不变的可逆反应里,若气态反应物与气态生成物化学计量数之和不相等时,
不再发生变化,反应达到平衡状态;若气态反应物与气态生成物的化学计量数之和相等时,则不可做判断依据。
在气体总质量反应前后可变的可逆反应里,
恒做判断依据。
③混合气体的密度
在恒温恒压下气态反应物与气态生成物化学计量数之和不相等的反应,当密度不再改变时,反应达到平衡状态。
④颜色
对于反应前后气体颜色不同的可逆反应,当反应混合物的颜色不再改变时,反应达到平衡状态。
4.“惰性气体”对化学平衡的影响
(1)恒温、恒容条件
原平衡体系
体系总压强增大
体系中各反应物、生成物浓度不变
平衡不移动
(2)恒温、恒压条件
原平衡体系
容器容积增大
体系中各成分浓度同倍数减小(等效于减压)
5.等效平衡
(1)概念:
同一可逆反应,当外界条件一定时,反应无论从正反应开始,还是从逆反应开始,最后都能达到相同的平衡状态。
(2)类型和规律
对于可逆反应:
aA(g)+bB(g)
cC(g)+dD(g)
6.化学平衡常数的特点
(1)化学平衡常数只与温度有关,与反应物或生成物的浓度无关。
(2)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时,由于其浓度可看做“1”而不代人公式。
(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
若反应方向改变,则平衡常数改变;对于一个给定的可逆反应,其正反应和逆反应的平衡常数间互为倒数关系;若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小,尽管是同一反应,平衡常数也会改变。
7.化学平衡图像
解答有关化学平衡的图像题,比较快而准的方法是抓好以下“三看”:
一看可逆反应的特征:
该反应是吸热反应还是放热反应;是气体总体积扩大、缩小,还是不变化的反应。
二看外界条件的变化:
横坐标是时间、浓度、压强还是温度,纵坐标是浓度、转化率还是物质的百分含量等。
三看曲线变化的趋势:
每条曲线的变化趋势是上升还是下降,曲线有无断点、最值点。
由以上“三看”,再结合勒夏特列原理,是不难解答有关化学平衡的图像题的。
【典例精析】
【例1】(2012·全国卷)合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得,其中的一步反应为
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)△H<0
反应达到平衡后,为提高CO的转化率,下列措施中正确的是()
t/s
0
50
150
250
350
n(PCl3)/mol
0
0.16
0.19
0.20
0.20
A增加压强B降低温度C增大CO的浓度D更换催化剂
【例2】(2012·江苏化学卷14)温度为T时,向2.0L恒容密闭容器中充入1.0molPCl5,反应PCl5(g)
PCl3(g)+Cl2(g)经一段时间后达到平衡。
反应过程中测定的部分数据见下表:
下列说法正确的是()
A.反应在前50s的平均速率为v(PCl3)=0.0032mol·L-1·s-1
B.保持其他条件不变,升高温度,平衡时,c(PCl3)=0.11mol·L-1,则反应的△H<0
C.相同温度下,起始时向容器中充入1.0molPCl5、0.20molPCl3和0.20molCl2,达到平衡前v(正)>v(逆)
D.相同温度下,起始时向容器中充入2.0molPCl3、2.0molCl2,达到平衡时,PCl3的转化率小于80%
|温度/℃
700
900
830
1000
1200
平衡常数
1.7
1.1
1.0
0.6
0.4
【例3】(2012·海南化学卷15)已知A(g)+B(g)
C(g)+D(g)反应的平衡常数和温度的关系如下:
回答下列问题:
(1)该反应的平衡常数表达式K=,△H0(填“<”“>”“=”);
(2)830℃时,向一个5L的密闭容器中充入0.20mol的A和0.80mol的B,如反应初始6s内A的平均反应速率v(A)=0.003mol·L-1·s-1。
,则6s时c(A)=mol·L-1,C的物质的量为mol;若反应经一段时间后,达到平衡时A的转化率为,如果这时向该密闭容器中再充入1mol氩气,平衡时A的转化率为;
(3)判断该反应是否达到平衡的依据为(填正确选项前的字母):
a.压强不随时间改变b.气体的密度不随时间改变
c.c(A)不随时问改变d.单位时间里生成c和D的物质的量相等
(4)1200℃时反应C(g)+D(g)
A(g)+B(g)的平衡常数的值为。
【检测评价】
1、(2012·安徽理综化学卷9)一定条件下,通过下列反应可实现燃煤烟气中硫的回收:
SO2(g)+2CO(g)=2CO2(g)+S(l)△H<0若反应在恒容的密闭容器中进行,下列有关说法正确的是()
A.平衡前,随着反应的进行,容器内压强始终不变
B.平衡时,其它条件不变,分离出硫,正反应速率加快
C.平衡时,其他条件不变,升高温度可提高SO2的转化率
D.其它条件不变,使用不同催化剂,该反应的平衡常数不变
2、(2012·福建理综化学卷12)一定条件下,溶液的酸碱性对TiO2光催化燃料R降解反应的影响如右图所示。
下列判断正确的是()
A.在0-50min之间,pH=2和pH=7时R的降解百分率相等
B.溶液酸性越强,R的降解速率越小
C.R的起始浓度越小,降解速率越大
D.在20-25min之间,pH=10时R的平均降解速率为0.04mol·L—1·min—1
3、(2012·重庆理综化学卷13)在一个不导热的密闭反应器中,只发生两个反应:
a(g)+b(g)
2c(g)△H1<0;
x(g)+3y(g)
2z(g)△H2>0
进行相关操作且达到平衡后(忽略体积改变所做的功),下列叙述错误的是()
A.等压时,通入惰性气体,c的物质的量不变
B.等压时,通入z气体,反应器中温度升高
C.等容时,通入惰性气体,各反应速率不变
D.等容时,通入z气体,y的物质的量浓度增大
4、(2012·四川理综化学卷12)在体积恒定的密闭容器中,一定量的SO2与1.100molO2在催化剂作用下加热到600℃发生反应:
2SO2+O2
2SO3;△H<0。
当气体的物质的量减少0.315mol时反应达到平衡,在相同的温度下测得气体压强为反应前的82.5%。
下列有关叙述正确的是()
A.当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时反应达到平衡
B.降低温度,正反应速率减小程度比逆反应速率减小程度大
C.将平衡混合气体通入过量BaCl2溶液中,得到沉淀的质量为161.980g
D.达到平衡时,SO2的转化率是90%
5、(2011天津)向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2,在一定条件下使反应SO2(g)+NO2(g)
SO3(g)+NO(g)达到平衡,正反应速率随时间变化的示意图如下所示。
由图可得出的正确结论是
A.反应在c点达到平衡状态
B.反应物浓度:
a点小于b点
C.反应物的总能量低于生成物的总能量
D.△t1=△t2时,SO2的转化率:
a~b段小于b~c段
6.(2012天津高考6)已知2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g);ΔH=-197kJ·mol-1。
向同温、同体积的三个密闭容器中分别充入气体:
(甲)2molSO2和1molO2;(乙)1molSO2和0.5molO2;(丙)2molSO3。
恒温、恒容下反应达平衡时,下列关系一定正确的是()
A.容器内压强P:
P甲=P丙>2P乙
B.SO3的质量m:
m甲=m丙>2m乙
C.c(SO2)与c(O2)之比k:
k甲=k丙>k乙
D.反应放出或吸收热量的数值Q:
Q甲=G丙>2Q乙
7.(2011江苏高考15)700℃时,向容积为2L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O,发生反应:
CO(g)+H2O(g)
CO2+H2(g)
反应过程中测定的部分数据见下表(表中t1>t2):
反应时间/min
n(CO)/mol
H2O/mol
0
1.20
0.60
t1
0.80
t2
0.20
下列说法正确的是
A.反应在t1min内的平均速率为v(H2)=0.40/t1mol·L-1·min-1
B.保持其他条件不变,起始时向容器中充入0.60molCO和1.20molH2O,到达平衡时,n(CO2)=0.40mol。
C.保持其他条件不变,向平衡体系中再通入0.20molH2O,与原平衡相比,达到新平衡时CO转化率增大,H2O的体积分数增大
D.温度升至800℃,上述反应平衡常数为0.64,则正反应为吸热反应
8.(2011安徽高考9)电镀废液中Cr2O72-可通过下列反应转化成铬黄(PbCrO4):
Cr2O72-(aq)+2Pb2+(aq)+H2O(l)
2PbCrO4(s)+2H+(aq)ΔH<0
该反应达平衡后,改变横坐标表示的反应条件,下列示意图正确的是
9.(2011北京高考12)已知反应:
2CH3COCH3(l)
CH3COCH2COH(CH3)2(l)。
取等量CH3COCH3,分别在0℃和20℃下,测得其转化分数随时间变化的关系曲线(Y-t)如下图所示。
下列说法正确的是
A.b代表0℃下CH3COCH3的Y-t曲线
B.反应进行到20min末,H3COCH3的
C.升高温度可缩短反应达平衡的时间并能提高平衡转化率
D.从Y=0到Y=0.113,CH3COCH2COH(CH3)2的
10.(2011福建高考12)25℃时,在含有Pb2+、Sn2+的某溶液中,加入过量金属锡(Sn),发生反应:
Sn(s)+Pb2+(aq)
Sn2+(aq)+Pb(s),体系中c(Pb2+)和c(Sn2+)变化关系如下图所
示。
下列判断正确的是
A.往平衡体系中加入金属铅后,c(Pb2+)增大
B.往平衡体系中加入少量Sn(NO3)2固体后,c(Pb2+)变小
C.升高温度,平衡体系中c(Pb2+)增大,说明该反应△H>0
D.25℃时,该反应的平衡常数K=2.2
11.(2011重庆)一定条件下,下列反应中水蒸气含量随反应时间的变化趋势符合题图的是
A.CO2(g)+2NH3(g)
CO(NH2)2(s)+H2O(g);△H<0
B.CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g);△H>0
C.CH3CH2OH(g)
CH2=CH2(g)+H2O(g);△H>0
D.2C6H5CH2CH3(g)+O2(g)
2C6H5CH=CH2(g)+2H2O(g);△H<0
12.(2011海南)对于可逆反应H2(g)+I2(g)
2HI(g),在温度一定下由H2(g)和I2(g)开始反应,下列说法正确的是()
A.H2(g)的消耗速率与HI(g)的生成速率之比为2:
1
B.反应进行的净速率是正、逆反应速率之差
C.正、逆反应速率的比值是恒定的
D.达到平衡时,正、逆反应速率相等
13.(2011山东高考)研究NO2、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。
(1)NO2可用水吸收,相应的化学反应方程式为。
利用反应6NO2+8NH3
7N5+12H2O也可处理NO2。
当转移1.2mol电子时,消耗的NO2在标准状况下是L。
(2)已知:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)ΔH=-196.6kJ·mol-1
2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)ΔH=-113.0kJ·mol-1
则反应NO2(g)+SO2(g)
SO3(g)+NO(g)的ΔH=kJ·mol-1。
一定条件下,将NO2与SO2以体积比1:
2置于密闭容器中发生上述反应,下列能说明反应达到平衡状态的是。
a.体系压强保持不变
b.混合气体颜色保持不变
c.SO3和NO的体积比保持不变
d.每消耗1molSO3的同时生成1molNO2
测得上述反应平衡时NO2与SO2体积比为
1:
6,则平衡常数K=。
(3)CO可用于合成甲醇,反应方程式为CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)。
CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如下图所示。
该反应ΔH0(填“>”或“<”)。
实际生产条件控制在250℃、1.3×104kPa左右,选择此压强的理由是。
14.(2012·浙江理综化学卷27)物质(t-BuNO)2在正庚烷溶剂中发生如下反应:
(t-BuNO)2
2(t-BuNO)。
(1)当(t-BuNO)2的起始浓度(c0)为0.50mol·L-1时,实验测得20℃时的平衡转化率(α)是65%。
列式计算20℃时上述反应的平衡常数K=。
(2)一定温度下,随着(t-BuNO)2的起始浓度增大,其平衡转化率(填“增大”、“不变”或“减小”)。
已知20℃时该反应在CCl4溶剂中的平衡常数为1.9,若将反应溶剂正庚烷改成CCl4,并保持(t-BuNO)2起始浓度相同,则它在CCl4溶剂中的平衡转化率(填“大于”、“等于”或“小于”)其在正庚烷溶剂中的平衡转化率。
(3)实验测得该反应的ΔH=50.5kJ·mol-1,活化能Ea=90.4kJ·mol-1。
下列能量关系图合理的是。
(4)该反应的ΔS0(填“>”、“<”或“=”)。
在(填“较高”或“较低”)温度下有利于该反应自发进行。
(5)随着该反应的进行,溶液的颜色不断变化,分析溶液颜色与反应物(或生成物)浓度的关系(即比色分析),可以确定该化学反应的速率。
用于比色分析的仪器是。
A.pH计B.元素分析仪C.分光光度计D.原子吸收光谱仪
(6)通过比色分析得到30℃时(t-BuNO)2浓度随时间的变化关系如下图所示,请在同一图中绘出t-BuNO浓度随时间的变化曲线。
15.(2012·山东理综化学卷29)偏二甲肼与N2O4是常用的火箭推进剂,二者发生如下化学反应:
(CH3)2NNH2(l)+2N2O4
(1)=2CO2(g)+3N2(g)+4H2O(g)(I)
(1)反应(I)中氧化剂是。
(2)火箭残骸中常现红棕色气体,原因为:
N2O4(g)
2NO2(g)(Ⅱ)
当温度升高时,气体颜色变深,则反应(Ⅱ)为(填“吸热”或“放热”)反应。
(3)一定温度下,反应(II)的焓变为△H。
现将1molN2O4充入一恒压密闭容器中,下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是。
若在相同温度下,上述反应改在体积为IL的恒容密闭容器中进行,平衡常数(“增
大”“不变”或“减小”),反应3s后NO2的物质的量为0.6mol,则0~3s的平均反应速率v(N2O4)=mol·L-1·s-1。
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