考点6 化学反应速率和化学平衡(2)

2019-04-15 15:19

⑴升高温度

①化学反应速率的变化情况:在平衡体系中v(正) = v(逆),达到平衡态Ⅰ。当升高温度时,整个体系中各物质的能量都升高,则正、逆反应速率都加快,而吸热反应方向的速率增加更快,则v(正) < v(逆),平衡向逆向移动,当②图像表示为:

=

时,达到平衡态Ⅱ。

由图像可知,平衡态Ⅱ的化学反应速率大于平衡态Ⅰ的化学反应速率。

③结论:升高温度。平衡向吸热方向移动,且新平衡的速率大于原来的平衡速率。 ⑵降低温度

①化学反应速率的变化情况:在平衡体系中v(正) = v(逆),达到平衡态Ⅰ。当降低温度时,整个体系中各物质的能量都降低,则正、逆反应速率都减慢,而吸热反应方向的速率减少更快,则v(正) > v(逆),平衡向正向移动,当②图像表示为

=

时,达到平衡态Ⅱ。

由图像可知,平衡态Ⅱ的化学反应速率小于平衡态Ⅰ的化学反应速率。

③结论:降低温度。平衡向放热方向移动,且新平衡的速率小于原来的平衡速率。

(4)催化剂:使用催化剂可以同等程度的改变正、逆反应的反应速率,从而改变达到平衡所需要的时间,但对化学平衡没有影响。 速率变化图像为

2.由浓度变化引起平衡正向移动时,反应物的转化率的变化应具体分析:

⑴对于有多个反应物的可逆反应,如果增大某一反应物的浓度,则该物质自身的转化率减小,其他物质的转化率增大;

⑵若按原比例同倍数的增加反应物的量,平衡正向移动,此时反应物的转化率与反应条件和反应前后气体物质的化学计量数的变化有关: ①在恒温恒压下,反应物的转化率不变;

②在恒温恒容的条件下:若反应前后气体物质的化学计量数不变,反应物的转化率不变;若反应后气体物质的化学计量数增大,反应物的转化率减小;若反应后气体物质的化学计量数减小,则反应物的转化率增大。

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⑶对于只有一种物质参加的可逆反应,增大反应物的量,平衡正向移动,反应物的转化率有三种情况:

①若反应前后气体物质的化学计量数不变,反应物的转化率不变; ②若反应后气体物质的化学计量数增大,反应物的转化率减小; ③若反应后气体物质的化学计量数减小,则反应物的转化率增大。 3.勒夏特列原理:

如果改变影响平衡的条件之一(如温度、压强,以及参加反应的化学物质的浓度),平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。 说明:

(1)改变影响平衡的条件,只能是浓度、压强和温度。 其中压强只针对有气体参加的可逆反应。

(2)原理的适用范围是只有一个条件发生变化时的可逆反应,多项条件改变时的情况比较复杂,一般不考虑。

(3)平衡移动的结果是只能减弱外界条件的变化,但不能抵消。 3.化学平衡的计算

(1)四个量——起始量、变化量、平衡量、差量

①反应物的平衡量=起始量-转化量 ②生成物的平衡量=起始量+转化量

③各物质转化浓度之比=它们在化学方程式中化学计量数之比。变化浓度是联系化学方程式、平衡浓度、起始浓度、转化率、化学反应速率的桥梁。因此,抓变化浓度是解题的关键。 ④化学平衡前后,同种元素原子的物质的量相等。 (2)三个百分数:

①反应物的转化率:可逆反应达到平衡状态时,某一指定反应物转化的物质的量(或浓度)与起始物质的量(或起始浓度)的比值。转化率的大小,可以说明该反应所进行的程度,即原料利用率的大小。但转化率随着反应物起始浓度的不同而不同,这一点区别于平衡常数K。可见,平衡常数K更能反映出反应的本质。

转化率=n转化/n起始×100%=c转化/c起始×100%

②生成物的产率:实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲,转化率越大,原料利用率越高,则产率也越大。 产率=产物实际产量/理论产量×100%

平衡量③混合物组分的百分含量=平衡总量

(3)三个常用公式

①T、V相同时,P1/P2=n1/n2或P/△P=n/△n

②混合气体的相对分子质量M=m/n(运用质量守恒定律计算混合气体的质量m,运用方程式的计量数计算混合气体的总物质的量n)

③混合气体的密度D=m/V(运用质量守恒定律计算混合气体的质量m,注意恒容和恒压对

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体积的影响) 4、等效平衡

1.相同条件下,同一可逆反应体系,不管从正反应开始,还是从逆反应开始,达到平衡时,任何相同物质的含量(体积分数、质量分数或物质的量分数)都相同的化学平衡互称等效平衡。

2.判断方法:使用极限转化的方法将各种情况变换成同一反应物或生成物,然后观察有关物质的数量是否相当。 3.等效平衡的分类:

在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压),对同一可逆反应,起始时加入物质的物质的量不同,达平衡时的状态规律如下:mA(g)?nB(g)pC(g)?qD(g)

(1)恒温恒容条件下的等效平衡:

①对反应前后气体分子数改变的可逆反应,只改变起始加入量,只要通过可逆反应化学计量数之比换算成方程式左右两边同一半边的物质的量与原平衡相同,则两平衡等效。

②在固定容积的容器内进行的反应前后气体体积改变的反应,如果反应达到平衡时,各组分的体积百分含量相同,则各指定物质的物质的量浓度相同。此时的平衡称为全等效平衡。 ③对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值与原平衡状态相同,则两平衡等效。此时的等效平衡有两种可能:若所加物质的物质的量换算成方程式同一半边时与原平衡相同,则为全等效平衡;若只是比例相同,则为相似等效。

④在恒温、定容条件下,对于类似H2+I22HI的反应前后气体体积不变且方程式的一边只有一种物质的反应,只要方程式的另一边的几种反应物质的物质的量与方程式的系数成正比,无论加入多少量的生成物(在方程式的这一侧只有这种物质);或只加入这种单一反应物质(如HI),而另几种反应物的量为0,都能使反应达到平衡时,各组分的体积百分含量恒定。 ⑤在恒温、定容条件下,对于类似H2+I22HI的反应前后气体体积不变且方程式的一边只有一种物质的反应:

a.如果不加入单一反应物(HI),而同时加入非单一反应物(例如加入H2和I2),如果这两次的反应物的量成比例,也能使各组分的体积百分含量恒定。 b.如果加入的物质在反应方程式的两侧都有,则把单一反应物按照方程式的系数比转化为方程式一侧的几种反应物,如果能使这些反应物经过配比转化后的物质的量几次成比例,则也能使各组分的体积百分含量恒定。

(2)恒温恒压条件下的等效平衡:在温度、压强不变的条件下,改变起始加入物质的物质的量,只要通过可逆反应化学计量数之比换算成方程式左右两边同一半边的物质的量之比与原平衡相同,则容器内各组分的百分含量相同,各指定物质的物质的量浓度也相同。两平衡等效。此时的等效平衡与反应前后气体的分子数变化没有关系。如:一定温度下,在一个固定体积的密闭容器中进行可逆反应:mA+nBpC+qD。如果两次反应投入原料物质不同,而反应达到平衡时,指定物质的浓度相同,则经过配比转化后的原料不仅完全成比例,而且物质的量完全相同。 【考题预测】 1.等物质的量的X(g)与Y(g)在密闭容器中进行可逆反应:X(g)+Y(g) 2Z(g)+W(s) ΔH<0,下列叙述正确的是 ( ) A.平衡常数K值越大,X的转化率越大 B.达到平衡时,反应速率v正(X)=2v逆(Z)

C.达到平衡后,降低温度,正向反应速率减小的倍数大于逆向反应速率减小的倍数

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D.达到平衡后,升高温度或增大压强都有利于该反应平衡向逆反应方向移动 【答案】A

【解析】平衡常数K值越大,反应向正反应进行的程度越大,X的转化率越大,A项正确.达平衡时2v正(X)=v逆(Z),B项错误.达平衡后降低温度,正逆反应速率均减小,又因平衡向正反应方向移动,所以正反应速率减小的倍数小于逆反应速率减小的倍数,C项错误.增大压强平衡不移动,升高温度平衡逆向移动,D项错误.

2.在一密闭容器中加入A、B、C三种气体,保持一定温度,在t1~t4时刻测得各物质的浓度如下表.据此判断下列结论正确的是 ( ) 测定时刻/s c(A)/(mol/L) c(B)/(mol/L) c(C)/(mol/L) t1 6 5 1 t2 3 3.5 2.5 t3 2 3 3 t4 2 3 3

A.在t3时刻反应已经停止 B.A的转化率比B的转化率低 C.在容器中发生的反应为:2A+B2C

D.在t2~t3内A的平均反应速率为:[1/(t3-t2)]mol/(L·s) 【答案】D

【解析】从表中数据可以看出,反应没有进行到底,所以这是一个可逆反应,反应方程式为2A+BC,t3时刻达到了平衡而不是反应终止,A、C错误;达到平衡时,A转化了2/3而B转化了2/5,B错误.

3.人体血液内的血红蛋白(Hb)易与O2结合生成HbO2,因此具有输氧能力.CO吸入肺中发生反应:CO+HbO2? O2+HbCO,37℃时,该反应的平衡常数K=220.HbCO的浓

度达到HbO2浓度的0.02倍,会使人智力受损.据此,下列结论错误的是 A.CO与HbO2反应的平衡常数 c(O2)·c(HbCO)K=c(CO)·c(HbO2) B.人体吸入的CO越多,与血红蛋白结合的O2越少

C.当吸入的CO与O2浓度之比大于或等于0.02时,人的智力才会受损 D.把CO中毒的病人放入高压氧仓中解毒,其原理是使上述平衡向左移动 【答案】C

c(O2)·c(HbCO)

【解析】由平衡常数的定义可知该反应的平衡常数K=c(CO)·c(HbO2);由平衡移动原理可知吸入CO越多,平衡向右移动,与血红蛋白结合的O2越少,把病人放入高压氧仓中,则平衡向左移动,释放出CO,故可解毒,A、B、D均正确.C项,由平衡常数表达式可知,人智c(O2)c(CO)0.02

力受损时:220=×0.02,即=,故C项错误.

c(CO)c(O2)220

4、下列说法正确的是 ( )

①参加反应的物质的性质是影响化学反应速率的主要因素 ②光是影响某些化学反应速率的外界条件之一 ③决定化学反应速率的主要因素是浓度

④不管什么反应,增大浓度,或加热或加压,或使用催化剂,都可以加快反应速率 A.①② B.②③ C.③④ D.①④

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【答案】A

【解析】影响化学反应速率的主要因素是参加反应的物质的性质,①正确③错误;外因包括浓度、温度、催化剂、压强和其他一些条件(光等),②正确;增大浓度,可以加快反应速率,加压对没有气体物质参加的反应,反应速率影响不大,④错误。答案:A 5、有一化学平衡mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),下图表示的是转化率与压强、温度的关系。

下列叙述正确的是( )

A. 正反应是放热反应;m+n > p+q B. 正反应是吸热反应;m+n﹤ p+q C. 正反应是放热反应;m+n > p+q D. 正反应是吸热反应;m+n > p+q 【答案】D

【解析】 对于化学反应速率和化学平衡的有关图像问题,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,并与勒夏特列原理挂钩。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,有无固体、纯液体物质参加反应。③看清速率的变化及变化量的大小。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。当图像中有三个量时,先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。本题固定压强,讨论T与A的转化率的关系:同一压强下温度越高,A的转化率越高,说明正反应是吸热反应;固定温度,讨论P与A的转化率的关系:同一温度下,压强越大,A的转化率越高,说明正反应是体积缩小的反应,即m+n>p+q。 6、一定温度下,在2 L的密闭容器中发生如下反应:A(s)+2B(g)xC(g) △H<0,B、C的物质的量随时间变化的关系如图1,达平衡后在t1、t2、t3、t4时都只改变了一种条件,逆反应速率随时间变化的关系如图2。

下列有关说法正确的是( )

A.x=2,反应开始2 min内,v(B)=0.1 mol/(L·min) B.t1时改变的条件是降温,平衡逆向移动

C.t2时改变的条件可能是增大c(C),平衡时B的物质的量分数增大

D.t3时可能是减小压强,平衡不移动;t4时可能是使用催化剂,c(B)不变

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