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 m A ＋ n B

p C

起始浓度/mol·L －

1 a b c 转化浓度/mol·L －

1 x

nx m px m

某时刻浓度/mol·L －

1 a －x b －nx m c ＋px m

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＝c ?转化?

c ?起始?

×100%

例1 (2014·高考四川卷)在10 L 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5 min 时测得n(M)＝0.050 mol ，则0至5 min 时间内，用N 表示的平均反应速率v(N)＝1.0×10－2 mol/(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H 2的一种重要方法是：CO(g)＋H 2O(g)

CO 2(g)＋H 2(g) ΔH ＝Q kJ·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) H 2O(g) CO 2(g) H 2(g) 0 0.200 0.300 0 0 2 0.138 0.238 0.062 0.062 3 c 1 c 2 c 3 c 4 4

c 1

c 2

c 3

c 4

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m A(g)＋n B(g)≒p C(g)＋q D(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m A(g)＋n B(g)p C(g)＋q D(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，p 1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m A(g)＋n B(g)p C(g)＋q D(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2 L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，0～10 min内，v(N2)是不断增大的

B．图1中，从11 min起保持其他条件不变，压缩容器的体积为1 L，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)n Z(g)ΔH<0，将X和Y以一定比例混合通入2 L 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．10 min时，曲线发生变化的原因是增大

压强

D．0～5 min内，平均反应速率v(X)＝0.04

mol ·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)＋n B

2C(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a A(g)＋b B(g)c C(g)＋d D(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)＋n B(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M r ＝m

n ，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)

H 2(g)＋I 2(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2NO 2(g)N 2O 4(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2NH 3(g)N 2(g)＋3H 2(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PCl 5(g)和NO 2(g)，两个容器中的反应PCl 5(g)

PCl 3(g)＋Cl 2(g)和2NO 2(g)

N 2O 4(g)达到平衡，PCl 5和NO 2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1 mol PCl 5和1 mol NO 2，又达到平衡，PCl 5和NO 2的转化率分别为b %和c %。下列关系中正确的是( )

A ．b >a >c

B ．c >a >b

C ．a >b >c

D ．a ＝b ＝c

例4 (2015·经典题选萃)可逆反应A(g)＋B

C(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2 L 密闭容器中通入a mol 气体A 和b mol 气体B ，在一定条件下发生反应： x A(g)＋y B(g)

p C(g)＋q D(g)

已知：平均反应速率v (C)＝12v (A)；反应2 min 时，A 的浓度减少了a 3，B 的物质的量减少了a

2

mol ，

有a mol D 生成。

回答下列问题：

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

(2)化学方程式中，x ＝______、y ＝______、p ＝______、q ＝______； (3)反应平衡时，D 为2a mol ，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1.5a mol，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1 L，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3 mol A和1 mol B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ω mol·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ω mol·L－1的是()

A．6 mol A和2 mol BB．3 mol A＋1 mol B＋2 mol C

C．2 mol C＋1 mol B＋1 mol DD．1 mol C＋2 mol D

(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．3 mol A＋1 mol B B．4 mol C＋2 mol D

C．1.5 mol A＋0.5 mol B＋1 mol C＋0.5 mol D D．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3 mol A和1 mol B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1 mol A和1 mol B，到达平衡后，生成a mol C，这时A的物质的量为__________mol。

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

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

(甲)大于2 mol

(乙)等于2 mol

(丙)小于2 mol

(丁)可能大于、等于或小于2 mol

作出此判断的理由是____________________________。

(4)若在(3)的平衡混合物中再加入3 mol C，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1 mol A和1 mol B，到达平衡后生成b mol C，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__________________________。