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化学反应速率及化学平衡图像的分析方法和综合应用一、【知识回顾】1、化学反应速率对于反应体系体积不变的化学反应，通常用单位时间内反应物或生成物的物质的量浓度的变化值表示。某一物质A的化学反应速率的表达式为：常用单位是mol·L-1·s-1，mol·L-1·min-1等。2、影响化学反应速率的外部因素当物质确定时（即内因固定），在同一反应中，影响反应速率的因素是外因，即外界条件，主要有温度、浓度、压强、催化剂等。3、化学平衡状态的概念及判断平衡的依据（1）化学平衡状态指的是在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。（2）判断可逆反应达到平衡状态的标志例举反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)混合物体系中各成分的含量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③V(A):V(B):V(C):V(D)=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，总压力一定（其他条件一定）平衡②m+n=p+q时，总压力一定（其他条件一定）不一定平衡混合气体平均相对分子质量M①M一定时，只有当m+n≠p+q时平衡②M一定时，但m+n=p+q时不一定平衡温度任何反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时（其他不变）平衡体系的密度密度一定不一定平衡其他如体系颜色不再变化等平衡4、平衡移动的本质——V(正)≠V(逆)V(正)V(逆)，反应向着正反应方向移动；V(正)=V(逆)，达到平衡状态，平衡不移动；V(正)V(逆)，反应向着逆反应方向移动5、影响化学平衡移动的外部因素（1）浓度：在其他条件不变时,反应物浓度增大或生成物浓度减小,平衡向移动;反应物浓度减小或生成物浓度增大,平衡向移动｡增大反应物浓度，正反应速率逆反应速率增大生成物浓度，正反应速率逆反应速率减小反应物浓度，正反应速率逆反应速率减小生成物浓度，正反应速率逆反应速率（填“增大、减小或不变）（2）压强对于△v≠0的可逆反应,在其他条件不变时,增大压强,v正v逆（填“增大、减小或不变；下同）；平衡向的方向移动;减小压强,v正v逆；平衡向的方向移动｡对于△v=0的可逆反应,在其他条件不变时,增大或减小压强,v正、v逆变化的程度；所以平衡移动｡（3）温度在其他条件不变时,升高温度,v正v逆（填“增大、减小或不变；下同）；平衡向方向移动;降低温度,v正v逆；平衡向方向移动｡（4）催化剂由于在其他条件不变时，加入催化剂可以同等程度的改变反应速率，所以平衡移动，但是使用催化剂可以改变反应达到平衡的。6.定量描述化学反应限度的方法：（1）化学平衡常数K对于一般可逆反应：mA(g)+nB(g)=pC(g)+qD(g),在一定温度下达平衡：K=K为常数，只要温度不变，对于一个具体的可逆反应就对应一个具体的常数值。（2）平衡转化率α(A):表示反应在该条件下的最大限度。对于一般可逆反应：mA(g)+nB(g)=pC(g)+qD(g),在一定温度下达平衡，A的转化率c(A)初始-c(A)平衡c(A)初始（3）平衡时，某一气态物质的体积（质量、物质的量等）分数A的体积分数=n(A)/n(总)*100%（其中，n(A)、n(总)均为平衡时的物质的量）α（A）=_*100%二、化学平衡图象的分析思路1、看图像一看面：看清图像中横坐标和纵坐标的含义。二看线：弄清图像中线的斜率或线走势的意义。三看点：明确曲线中点的含义（起点、终点、交点、拐点及图像的最高点、最低点等）。四看量：定量图像中有关量的多少。五看看是否需要辅助线：等温线，等压线等。2、联想规律:（1）即联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律｡（2）掌握“先拐先平”原则，即高温高压时反应速率快，有利于先达平衡，也就是说在其他条件相同时，较高温或较高压强达到平衡所用的时间短。（3）运用图像中浓度(或物质的量)的变化来确定反应中化学计量数的关系，即化学计量数之比等于同一时间内各反应物、生成物的浓度(或物质的量)转化值之比。3、作出判断:依题意仔细分析作出正确判断｡三、化学反应速率及化学平衡图像的类型１、速率—时间图【例1】反应N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）△H＜0，在某一时间段中反应速率与反应过程的曲线关系如图所示，则氨的百分含量最高的一段时间是___________。t1时的条件变化是___________，t4时的条件变化是______________。正确答案：t0-t1;降低压强；降低压强解析：该反应为气体体积减小的反应，且为放热反应，由图象可知，t1时正逆反应速率均增大，且逆反应速率大于正反应速率，则平衡逆向移动；t3时正逆反应速率同等程度的增大，t4时正逆反应速率均减小，但逆反应速率大于正反应速率，则化学平衡逆向移动，由上述分析可知，t3时平衡不移动，t1、t4时改变条件反应均逆向移动，氨气的含量减少，则氨气的体积分数最高的一段时间为t0-t1；t1时正逆反应速率均增大，且逆反应速率大于正反应速率，平衡逆向移动，改变条件为降低压强；t4时正逆反应速率均减小，且逆反应速率大于正反应速率，改变条件是降低压强。反应速率v逆v正v正v逆v逆0t1t2时间v正对于A(g)+2B(g)C(g)△H0反应,此图中t1时刻改变了条件；t2时刻改变了条件。２、浓度（物质的量）—时间图【例2】一定条件下，溶液的酸碱性对TiO2光催化染料R降解反应的影响如图所示．下列判断正确的是（）A．50min时，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-【例3】COCl2的分解反应为COCl2(g)Cl2(g)+CO(g)△H=+108kJ·mol-1。反应体系平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化状况如下图（第10min到14min的COCl2浓度变化曲线未示出）：（1）计算反应在第8min时的平衡常数K=_________（保留三位小数）；（2）比较第2min反应温度T(2)与第8min反应温度T(8)的高低：T(2)___T(8)（填“＜”、“＞”或“=”）；（3）若12min时反应于温度T(8)下重新达到平衡，则此时c(COCl2)=________mol/L（保留三位小数）（4）比较产物CO在2~3min、5~6min和12~13min时平均反应速率[平均反应速率分别以V（2~3）、V(5~6)、V(12~13)表示]的大小____________（5）比较反应物COCl2在5-6min和15-16min时平均反应速率的大小：v(5-6)___v(15-16)（填“＜”、“＞”或“=”），原因是____________________________________。该反应的方程式t2时刻v正v逆（填、、=）正确答案：0.234mol/L；；0.031；V(5~6)V（2~3）=V(12~13)；；在相同温度时，该反应的反应物浓度越高，反应速率越大。3、含量—时间—温度（或压强或催化剂）图（Ｃ％指产物百分含量，Ｂ％指某反应物百分含量）（１）含量—时间—催化剂则a表示催化剂，b表示催化剂（填使用、不使用）。（２）含量—时间—温度（３）百分含量--压强—时间图像则Ｔ１T2（填、、=）则Ｐ１Ｐ2（填、、=）【例4】已知某可逆反应mA（g）+nB（g）⇌qC（g），在密闭容器中进行，如图表示在不同反应时间t、温度T和压强P下B物质在混合气体中的体积分数B%的变化情况。由曲线分析，下列判断正确的是（）A．P1＞P2,T1＜T2,m+n＞q，△H＜0B．P1＜P2,T1＞T2,m+n＞q，△H＞0C．P1＞P2,T1＜T2,m+n＜q，△H＜0D．P1＜P2,T1＞T2,m+n＜q，△H＞0正确答案：D解析：由图象可知，温度为T1时【例3】，根据P2时到达平衡的时间短，可知P2＞P1，且压强越大，B的含量高，说明压强增大平衡向逆反应方向移动，故正反应为气体体积增大的反应，即m+n＜p；压强为P2时，根据T1时到达平衡的时间短，可知T1＞T2，且温度越高，B的含量低，说明温度升高平衡向正反应方向移动，则正反应为吸热反应，即△H＞0。4、恒压（温）线：【例5】有一化学平衡mA（g）+nB（g）⇌pC（g）+qD（g），如图表示的是A的转化率与压强、温度的关系．下列叙述正确的是（）A.正反应是吸热反应；m+n＞p+qB.正反应是吸热反应；m+n＜p+qC.正反应是放热反应；m+n＞p+qD.正反应是放热反应；m+n＜p+q正确答案：A解析：解决这类图象题目，采用“定一论二”，即把自变量(温度、压强)之一定为恒量，讨论另外两个变量的关系。5、其他（1）全程速率—时间图【例6】向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，一定条件下使反应：SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)达到平衡，正反应速率随时间变化如下图所示。由图可得出的正确的结论是（）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：ab段小于bc段（2）不同温度（压强）下的平衡曲线【例7】有一反应：2A+B2C，其中A、B、C均为气体，下图中的曲线是该反应在不同温度下的平衡曲线，x轴表示时间，y轴表示B的转化率，图中有a、b、c三点，如图所示，则下列描述正确的是（）A．该反应是放热反应B．b点时混合气体的平均摩尔质量不再变化C．T1温度下a点表示若想达到平衡，可以采取增大压强的方法D．c点可表示v(正)＜v(逆)正确答案：B四、【随堂训练】1.对于可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)；△H＜0，下列研究目的和示意图相符的是（）ABCD研究目的压强对反应的影响（P2P1）温度对反应的影响平衡体系增加N2对反应的影响催化剂对反应的影响图示正确答案：C解析：A，压强增大，反应速率应该增快，但是P2的斜率要比P1小，A错误；B，温度升高，反应应向吸热的逆方向进行，转化率变低，B错误；C，加入N2的瞬间正反应速率迅速增大，逆反应速率不变；随后随着反应的进行，反应物浓度减小正反应速率减小，产物浓度增加逆反应速率增大；最终达到新的平衡，正逆反应速率相等，大于加入N2之前的反应速率。所以给出的曲线是符合的，C正确；D，加入催化剂以后不改变化学平衡，但是改变到达平衡的时间。催化剂加快反应速率使达到平衡的时间缩短了，所以有催化剂的那条线应该在无催化剂那条线的左边。2.对于可逆反应：A(g)+2B(g)2C(g)（正反应为吸热反应）,下列各图正确的是（）正确答案：D解析：A图：由于压力增大时,平衡向气体系数小的方向移动.反应中正反应是系数小的方向.因此,当压强增大时,正反应的速率增长应该比逆反应要快.而A图曲线恰好相反.B：T℃时,由于正逆反应速率都上升,因此可判断此时是进行了升高温度的操作.由于正反应吸热,因此升温时正反应速率应该增加的更大些.C：拐点意味着反应到此停止.因此,拐点越早,证明反应速率越快.显然,500℃时的反应速率要大于100℃时,因此C错.D：反应吸热,因此升温时,A的物质的量会下降得更多些；且由于升温导致反应速率加快,因此下降速率也更快些.符合D图.3.某密闭容器中充入等物质的量的A和B，一定温度下发生反应A（g）+xB（g）⇌2C（g），达到平衡后，只改变反应的一个条件，测得容器中物质的浓度、反应速率随时间变化如下图所示．下列说法中正确的是（）A.30min时降低温度，40min时升高温度B.8min时反应