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第五讲 化学反应速率和化学平衡图象
【自学反馈】
一、化学反应速率概念：用单位时间里反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。 1．表示方法：v=△c/△t
2．单位:mol/(L·s);mol/(L·min);mol/L·S。 3．相互关系：4NH3+5O24NO+6H2O（g） v(NH3)∶v(O2)∶v(NO)∶v(H2O)=4∶5∶4∶6
二、影响化学反应速率的因素
1．内因：反应物本身的性质（如：硫在空气中和在氧气中燃烧的速率明显不同）。
2．外因：（1）浓度：浓度越大，分子之间距离越短，分子之间碰撞机会增大，发生化学反应的几率加大，化学反应速率就快；因此，化学反应速率与浓度有密切的关系，浓度越大，化学反应速率越快。增大反应物的浓度，正反应速率加快。
（2）温度：温度越高，反应速率越快（正逆反应速率都加快）。
（3）压强：对于有气体参与的化学反应，通过改变容器体积而使压强变化的情况： PV=nRT, P=CRT。压强增大，浓度增大（反应物和生成物的浓度都增大，正逆反应速率都增大，相反，亦然）。
（4）催化剂：改变化学反应速率（对于可逆的反应使用催化剂可以同等程度地改变正逆反应速率）。
三、化学平衡的概念：
在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组成成分的含量保持不变的状态叫做化学平衡。
1．“等”——处于密闭体系的可逆反应，化学平衡状态建立的条件是正反应速率和逆反应速率相等。即v(正)=v(逆)≠0。这是可逆反应达到平衡状态的重要标志。
2．“定”——当一定条件下可逆反应一旦达平衡（可逆反应进行到最大的程度）状态时，在平衡体系的混合物中，各组成成分的含量（即反应物与生成物的物质的量，物质的量浓度，质量分数，体积分数等）保持一定而不变（即不随时间的改变而改变）。这是判断体系是否处于化学平衡状态的重要依据。
3．“动”——指定化学反应已达化学平衡状态时，反应并没有停止，实际上正反应与逆反应始终在进行，且正反应速率等于逆反应速率，所以化学平衡状态是动态平衡状态。
4．“变”——任何化学平衡状态均是暂时的、相对的、有条件的（与浓度、压强、温度等有关）。而与达平衡的过程无关（化学平衡状态既可从正反应方向开始达平衡，也可以从逆反应方向开始达平衡）。
四、化学平衡的移动——勒沙特列原理：
如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强或温度），平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。具体见表6-1。
表6-1 外界条件对化学平衡的影响
改变影响平衡的一个条件 增大反应物浓度 减小反应物浓度 增大生成物浓度 减小生成物浓度 增大体系压强 减小体系压强 升高温度 降低温度
化学平衡移动方向 向正反应方向移动 向逆反应方向移动 向逆反应方向移动 向正反应方向移动 向气体体积减小的反应方向移动 向气体体积增大的反应方向移动 向吸热反应方向移动 向放热反应方向移动 - 1 -
化学平衡移动结果 反应物浓度减小，但比原来大 反应物浓度增大，但比原来小 生成物浓度减小，但比原来大 生成物浓度增大，但比原来小 体系压强减小，但比原来大 体系压强增大，但比原来小 体系温度降低，但比原来高 体系温度升高，但比原来低 SE FORM D06
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五、影响化学平衡的条件 1．浓度对化学平衡的影响
在其它条件不变的情况下，增大反应物的浓度，或减小生成物的浓度，都可以使平衡向着正反应方向移动；增大生成物的浓度，或减小反应物的浓度，都可以使平衡向着逆反应方向移动。
2．压强对化学平衡的影响
在其它条件不变的情况下，增大压强，会使化学平衡向着气体体积缩小的方向移动；减小压强，会使化学平衡向着气体体积增大的方向移动。
应特别注意，在有些可逆反应里，反应前后气态物质的总体积没有变化，如
H2（气）+I2（气）2HI（气） 1体积 1体积 2体积
在这种情况下，增大或减小压强都不能使化学平衡移动。还应注意，改变压强对固态物质或液态物质的体积几乎不影响。因此平衡混合物都是固体或液体时，改变压强不能使化学平衡移动。
3．温度对于化学平衡的影响
在其它条件不变的情况下，温度升高，会使化学平衡向着吸热反应的方向移动；温度降低，会使化学平衡向着放热反应的方向移动。
4．催化剂对化学平衡的影响
使用催化剂不影响化学平衡的移动。由于使用催化剂对正反应速率与逆反应速率影响的幅度是等同的，所以平衡不移动。但应注意，虽然催化剂不使化学平衡移动，但使用催化剂可影响可逆反应达平衡的时间。
思维技巧点拨
解题一般方法：
1．牢固掌握有关的概念与原理，尤其要注意外界条件的改变对一个可逆反应来讲，正逆反应速率如何变化，化学平衡如何移动，在速度-时间图、转化率-时间图、反应物的含量-浓度图等上如何体现。要能够画出有关的变化图象。
2．对于化学反应速率的有关图象问题，可按以下的方法进行分析： （1）认清坐标系，搞清纵、横坐标所代表的意义，并与有关的原理挂钩。
（2）看清起点，分清反应物、生成物，浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物一般生成物多数以原点为起点。 （3）抓住变化趋势，分清正、逆反应，吸、放热反应。升高温度时，v（吸）>v(放)，在速率-时间图上，要注意看清曲线是连续的还是跳跃的，分清渐变和突变，大变和小变。例如，升高温度，v(吸)大增，v(放)小增，增大反应物浓度，v(正)突变，v(逆)渐变。
（4）注意终点。例如在浓度-时间图上，一定要看清终点时反应物的消耗量、生成物的增加量，并结合有关原理进行推理判断。
3．对于化学平衡的有关图象问题，可按以下的方法进行分析：
（1）认清坐标系，搞清纵、横坐标所代表的意义，并与勒沙特列原理挂钩。
（2）紧扣可逆反应的特征，搞清正反应方向是吸热还是放热，体积增大还是减小、不变，有无固体、纯液体物质参加或生成等。
（3）看清速率的变化及变化量的大小，在条件与变化之间搭桥。
（4）看清起点、拐点、终点，看清曲线的变化趋势。
（5）先拐先平。例如，在转化率-时间图上，先出现拐点的曲线先达到平衡，此时逆向推理可得该变化的温度高、浓度大、压强高。
（6）定一议二。当图象中有三个量时，先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。
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【例1】 下图Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别代表反应①③、②、④，则Y轴是指 ①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g);△H=-Q ②H2(g)+I2(g) 2HI(g); △H=+Q ③CO(g)+2H2(g)CH3OH(g); △H=-Q ④2SO3(g)22SO2(g)+O2(g); △H=+Q A．平衡混合气中一种生成物的百分含量 B．平衡混合气中一种反应物的百分含量 C．平衡混合气中一种生成物的转化率 D．平衡混合气中一种反应物的转化率
【解析】 该题要求能够运用勒沙特列原理迅速逆向思维，当压强增大时，①③的平衡均右移，而Ⅰ曲线为增大趋势，（A）、（D）符合题意；②所对应的Ⅱ曲线无变化，平衡不移动故与该题的解无关；④在增大压强时平衡逆向移动，Ⅲ曲线为减小趋势，（A）、（D）符合题意。所以，答案为AD。
【例2】 由可逆反应测绘出图象如下图，纵坐标为生成物在平衡混合物中的百分含量，下列对该反应的判断正确的是
A.反应物中一定有气体 B.生成物中一定有气体
C.正反应一定是放热反应 D.正反应一定是吸热反应
【解析】 定一议二。温度不变时，增大压强，生成物的百分含量降低，说明平衡逆向移动，逆向为体积缩小方向，而题中未给出具体的可逆反应，但是可以确定生成物中一定有气体；压强不变时，升高温度，生成物的百分含量增大，说明平衡正向移动，正向为吸热反应；所以答案为BD。
【课堂练习】
一、选择题
1．如下图所示，反应：X（气）+3Y（气）2Z（气）+热量，在不同温度、不同压强（P1>P2）下，达到平衡时，混合气体中Z的百分含量随温度变化的曲线应为（ ）
2．对达到平衡的可逆反应X+Y
W+Z，增大压强则正、逆反应速度（v）的变化如下
图，分析可知X，Y，Z，W的聚集状态可能是（ ）
A．Z，W为气体，X，Y中之一为气体 B．Z，W中之一为气体，X，Y为非气体
C．X，Y，Z皆为气体，W为非气体 D．X，Y为气体，Z，W中之一为气体 3．反应mA(固)+nB(气) eC(气)+fD(气)，反应过程中，当其它条件不变时，C的百分含量（C%）与温度（T）和压强（P）的关系如下图，下列叙述正确的是（ ） A． 到平衡后，加入催化剂则C%增大 B．达到平衡后，若升温，平衡左移
C．化学方程式中n>e+f
D．达到平衡后，增加A的量有利于平衡向右移动
4．反应aA(g)+bB(g) cC(g);△H=-Q，生成物C的质量分数与压强P和温度的关系如下图，方程式中的系数和Q值符合图象的是（ ）
A．a+b
C.a+b
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5．某可逆反应L（s）+G(g) 3R(g); △H>0，下图表示外界条件温度、压强的变化对上述反应的影响。试判断图中y轴可以表示（ ）
A．平衡混合气中R的质量分数 B．达到平衡时G的转化率
C．平衡混合气中G的质量分数 D．达到平衡时L的转化率 6．下图中表示外界条件（T、P）的变化对下列反应的影响：L（固）+G（气）
2R（气）；
△H>0，y轴表示的是（ ）
A．平衡时，混合气中R的百分含量 B．平衡时，混合气中G的百分含量
C．G的转化率 D．L的转化率 7．在可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g);△H<0中m、n、p为系数，且m+n>p。分析下列各图，在平衡体系中A的质量分数与温度t℃、压强P关系正确的是（ ）
R（气）+2L此反应符合
8．在密闭容器中进行下列反应：M（气）+N（气）下面图象，下列叙述正确的是（ ）
A．正反应吸热，L是气体 B．正反应吸热，L是固体
C．正反应放热，L是气体 D．正反应放热，L是固体或液体
9．一定条件下，将X和Y两种物质按不同比例放入密闭容器中，反应达到平衡后，测得X、Y转化率与起始时两种物质的量之比[n(X)/n(Y)]的关系如下图，则X和Y反应的方程式可表示为（ ）
A．X+3YC．3X+2Y
2Z B.3X+YZ D.2X+3Y
2Z 2Z
10．A%为气态反应物在平衡体系中的百分含量，符合曲线的反应是 A．N2（气）+3H2（气）B．C（固）+CO2（气）C．N2（气）+O2（气）D．CaCO3(固)
2NH3（气）；△H<0 2CO（气）；△H>0 2NO（气）；△H>0
CaO(固)+CO2（气）；△H>0
二、非选择题
11．下图表示800℃时，A、B、C三种气体物质的浓度随时间变化的情况，t是
达到平衡状态的时间。试回答：（1）该反应的反应物是____ __。（2）该反应的化学方程式为__ ________。（3）达到平衡状态的所需时间是2min，A物质的平均反应速率为_____ __。
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12．可逆反应：aA(气)+bB(气)
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cC(气)+dD(气)；△H=Q试根据图回答：
（1）压强P1比P2______（填大、小） （2）体积（a+b）比（c+d）______（填大、小） （3）温度t1℃比t2℃______（填高、低） （4）Q值是______（填正、负）
13．在容积不同的密闭容器内，分别充入同量的N2和H2，在不同温度下，任其发生反应N2+3H22NH3，并分别在t秒时测定其中NH3的体积分数，绘图如下： （1）A，B，C，D，E五点中，尚未达到化学平衡状态的点是 ____。 （2）此可逆反应的正反应是__ ____反应。（放热、吸热） （3）AC段的曲线是增函数，CE段曲线是减函数，试从反应速率和平衡角度说明理由。_ ___________
14．已知2NO2N2O4+Q。将NO2充入容易导热的材料制成的容器a和b中进行反应。a的容积保持不变，b的上盖可随容器内气体压强的改变而上下移动，以保持容器内外压强相等。当同温同压时，将等量的NO2充入“起始态”体积相同的容器a、b中，反应同时开始。
（1）反应开始时，a与b中生成N2O4的速率va______vb。 （2）反应过程中两容器里生成N2O4的速率是va______vb。
（3）达到平衡时，a与b中NO2转化为N2O4的百分数（A）相比较，则是Aa______Ab。
【课后复习】
一、选择题（每小题有1-2个选项符合题意）
1、在体积为VL的密闭容器中进行如下反应mA+nB pC+qD，在tmin内用A物质表示的平均反应速率为
ampmol/(Limn)，则tmin时，D增加的物质的量为（ ）
A、patm/q mol B、atm/q mol C、avm/p mol D、aqvt/p mol
2、在恒温恒容的条件下，A(g)+B(S) C(g)+D(s)的反应达到平衡时，向容器内加入某一物质后，B的质量增加了，而A的浓度不变，那么加入的物质一定是（ ）
A、D B、C C、B D、A 3、在2L密闭容器中充有2molSO2和一定量O2发生下列反应2SO2+O2 2SO3，经4min后测得SO2为0.4mol，则O2的反应速率是（ ）
A、0.1mol/Lmin B、0.2mol/Lmin C、0.3mol/Lmin D、0.05mol/Lmin
4、在密闭容器中加入P、Q进行反应P(g)+2Q(g) 2R(g)+S(g)，下列说法可以充分说明在恒温下已达到平衡的是（ ）
A、反应容器中压强不随时间变化而变化 B、反应容器中P、Q、R、S四者共存 C、P和S的生成速率相等 D、反应容器中总的物质的量保持不变 5、可逆反应2HI(g) H2+I2(g)在密闭容器中装入1molHI气体在一定条件下使它分解，已知有50%发生分解，则容器内混合气体的总物质的量是（ ）
A、0.5mol B、1mol C、1.5mol D、2mol
6、在一定条件下，给平衡状态的2SO2+O2 2SO3+Q体系加压，则（ ） A、SO2的物质的量分数会升高 B、平衡会向逆方向移动 C、正逆反应速率都加块 D、提高SO2的转化率
7、HClO是比H2CO3还弱的酸，反应Cl2+H2O HCl+HClO达到平衡后，要使HClO浓度增加，可加入（ ）
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