专题六___化学反应速率和等效平衡

专题六化学反应速率和等效平衡【专题目标】1．了解化学反应速率的概念及表示方法，理解浓度、压强、温度和催化剂等条件对化学反应速率的影响。2．了解化学反应的可逆性，理解化学平衡的特征，了解化学平衡与化学反应速率之间的内在联系。3．理解浓度、压强和温度等条件对化学平衡的影响，理解平衡移动原理的涵义。4．学会应用建立等效平衡的思维方式解决化学平衡中的常见问题。【经典题型】题型Ⅰ：根据化学计量数之比，计算反应速率【例题】反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)在10L密闭容器中进行，半分钟后，水蒸气的物质的量增加了0.45mol，则此反应的平均速率)(Xv（反应物的消耗速率或产物的生成速率）可表示为（）A．)mol/(L0.010)(NH3svB．)mol/(L0.001)(O2svC．)mol/(L0.001(NO)svD．)mol/(L0.045O)(H2sv【点拨】用生成物H2O来表示反应的平均速率：)mol/(L0.001530L10mol0.45O)(H2ssv根据各物质的反应速率之比等于它们的化学计量数之比，可求得)mol/(L10.00)(NH3sv)mol/(L250.001)(O2sv)mol/(L0.001(NO)sv所以正确答案是C。【规律总结】遇到这一类题目，一定要充分利用化学反应中各物质的反应速率之比等于它们的化学计量数之比这一规律进行计算。题型Ⅱ：以图象形式给出条件，计算反应速率【例题】某温度时，在2L容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示。由图中数据分析：该反应的化学方程式为_________________。反应开始至2min，用Z表示的平均反应速率为____________。【点拨】由图可知，X、Y的物质的量随反应的进行而减小，Z的物质的量随反应的进行而增大，则X和Y为反应物，Z为生成物。∵mol0.3mol0.7mol1.0(X)nmol10.mol90.mol1.0(Y)nmol20.mol0mol2.0(Z)n∴反应方程式为：3X+Y＝2Z。min)mol/(L0.05min2L2mol0.2)(Zv题型Ⅲ：根据已知的浓度、温度等条件，比较反应速率的大小【例题】把下列四种X溶液分别加入四个盛有10mL2mol/L盐酸的烧杯中，均加水稀释到50mL，此时，X和盐酸缓慢地进行反应，其中反应最快的是（）A．10℃20mL3mol/L的X溶液B．20℃30mL2mol/L的X溶液C．20℃10mL4mol/L的X溶液D．10℃10mL2mol/L的X溶液【点拨】在化学反应中，当其它条件不变时，浓度越大，反应速率越快；温度越高，反应速率越快。在本题中要综合考虑浓度和温度的影响。先比较浓度的大小，这里的浓度应该是混合以后的浓度，由于混合后各烧杯中盐酸的浓度相等，因此只要比较X的浓度，X浓度越大，反应速率越快。因为反应后溶液的体积均为50mL，所以X的物质的量最大，浓度就最大。通过观察可知，混合后A、B选项中X的浓度相等，且最大，但B中温度更高，因此B的反应速率最快。本题若没有看清楚题目实质，仅仅从选项的表面看X浓度的大小及反应温度的高低来判断反应速率的快慢，则会错选C。题型Ⅳ：一般可逆反应在恒温、恒容条件下建立等效平衡【例题】在一个体积固定的密闭容器中加入2molA和1molB，发生反应：2A(g)＋B(g)3C(g)＋D(g)，达到平衡时C的浓度为amol·L－1。若维持容器体积和温度不变，按下列四种配比作为起始物质，达到平衡后，C的浓度仍为amol·L－1的是（）A．4molA＋2molBB．2molA＋1molB＋3molC＋1molDC．3molC＋1molD＋1molBD．3molC＋1molD【点拨】等效平衡的含义：在一定条件（恒温恒容或恒温恒压）下，只是起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后，任何相同组分的百分含量（体积分数、物质的量分数等）均相同，这样的化学平衡互称等效平衡。对于一般可逆反应，在恒温恒容条件下，只改变起始加入的情况，只要通过可逆反应的化学计量数比换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量与原平衡相同，则二平衡等效。假设2molA和1molB能够完全反应，则应生成3molC＋1molD，所以如果维持容器体积和温度不变，开始时向容器中加入3molC＋1molD，达到平衡时，与原平衡是等效平衡，则C的浓度仍为amol·L－1。所以正确答案为D。题型Ⅴ：反应前后气体体积不变的可逆反应在恒温、恒容条件下建立等效平衡【例题】可逆反应A(g)＋B(g)2C(g)在固定容积的容器中进行，如果向容器中充入1molA和1molB，在某温度下达到平衡时，C的体积分数为m%；若向容器中充入1molC，在同样的温度下达到平衡时，C的体积分数为n%，则m和n的关系正确的是（）A．mnB．mnC．m=nD．无法比较【点拨】在恒温恒容条件下，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，只要按化学计量数换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量之比与原平衡相同，则二平衡也为等效平衡。假设1molC物质完全反应，可以生成0.5molA和0.5molB，投入量是第一种投料方式的一半，所以压强也是其一半。但由于该反应是一个气体体积不变的反应，即压强对该反应的平衡状态没有影响，所以前后两个平衡仍然是等效平衡。因此两个平衡中C的体积分数相等。正确答案为C。但在第二个平衡状态中C的浓度是第一个平衡状态的一半。题型Ⅵ：可逆反应在恒温、恒压条件下建立等效平衡【例题】在一个盛有催化剂容积可变的密闭容器中，保持一定温度和压强，进行以下反应：N2＋3H22NH3。已知加入1molN2和4molH2时，达到平衡后生成amolNH3（见下表已知项）。在相同温度、压强下，保持平衡时各组分的体积分数不变。对下列编号①～③的状态，填写表中空白。已知编号起始状态物质的量n/mol平衡时NH3的物质的量n/molN2H2NH3140a①1.560②10.5a③mg(g≥4m)【点拨】对于一般的可逆反应，在恒温恒压条件下，只要按化学计量数换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量之比与原平衡相同，则达平衡后，与原平衡等效。①因为从题干可知n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)平衡＝1∶4∶a，所以①状态下n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)平衡＝1.5∶6∶1.5a。②起始状态时，有1molNH3，则相当于起始时有N2和H2分别为0.5mol和1.5mol，按n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)平衡＝1∶4∶a，可得②状态时n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)平衡＝0.5∶2∶0.5a，所以原有N2和H2分别为0和0.5mol。③设起始时n(NH3)为xmol，则相当于N2和H2总量分别为(m＋2x)mol和（g＋23x）mol，则（m＋2x）∶（g＋23x）＝1∶4，即可得x＝2(g－4m)设为n(NH3)平衡ymol，可得：4∶a＝（g＋23x）∶y，即：y＝（g－3m）·a。题型Ⅶ：通过建立等效平衡的中间状态，比较反应物转化率的大小以及平衡时某物质体积分数、浓度的大小【例题】体积相同的甲、乙两个容器中，分别充有等物质的量的SO2和O2，在相同温度下发生反应：2SO2＋O22SO3并达到平衡。在这过程中，甲容器保持体积不变，乙容器保持压强不变，若甲容器中SO2的转化率为p%，则乙容器中SO2的转化率为（）A．等于p%B．大于p%C．小于p%D．无法判断【点拨】根据题意，甲、乙两容器可设为如图所示装置。2SO2＋O22SO3是一气体总物质的量减少的反应。甲容器保持体积不变，压强变小；乙容器保持压强不变，体积减小，达到平衡状态时转化为状态丙。假设乙中的活塞不移动，由于甲、乙两个容器的体积、温度相同，达到平衡时甲、乙两容器中存在的平衡是等效平衡，其中SO2的转化率也相等。对于乙和丙两个状态，乙中压强小于丙中压强，因此丙中SO2转化率大于乙中SO2转化率。由此可以判断出丙中SO2的转化率也大于甲中SO2的转化率。所以正确答案为B。【规律总结】对于气体参加的可逆反应，在温度恒定的条件下，涉及体积与压强以及平衡移动有关判断的问题时，可设计一些等效平衡的中间状态来进行求解。这样能降低思维难度，具有变难为易、变抽象为直观的作用。【例题】在相同温度下，有相同体积的甲、乙两容器，甲容器中充入1gN2和1gH2，乙容器中充入2gN2和2gH2。下列叙述中，正确的错误的是（）A．化学反应速率：乙＞甲B．平衡后N2的浓度：乙＞甲C．H2的转化率：乙＞甲D．平衡混合气中H2的体积分数：乙＞甲【点拨】因为乙的原料投入量正好是甲的两倍，假设开始时乙的容器体积也是甲的两倍（如图所示），则此时甲与乙是等效平衡。再将乙容器体积压缩至与甲相等（如图中丙），在此过程中平衡：N2＋3H22NH3要向正反应方向移动，即N2、H2的转化率增大，在体系中的体积分数减小。但此时，丙中N2、H2、NH3的浓度都比甲中大，但丙中N2、H2的浓度要小于甲中的两倍，而丙中NH3的浓度的浓度要大于甲中的两倍。【随堂作业】1．反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)在5L的密闭容器中进行，半分钟后NO的物质的量增加了0.3mol，则此反应的平均速率v为A．)mol/(L0.01)(O2svB．)mol/(L80.00(NO)svC．)mol/(L020.0O)(H2svD．)mol/(L20.00)(NH3sv2．已知：4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)，若反应速率分别用v(NH3)、v(O2)、v(NO)、v(H2O)[mol/(L·min)]表示则下列关系正确的是A．)()(5423OvNHvB．)()(6522OHvOvC．)()(3223OHvNHvD．)()(542NOvOv3．某温度下，浓度都是1mol/L的两种气体X2和Y2，在密闭容器中反应生成气体Z，达到平衡后c(X2)为0.4mol/L，c(Y2)为0.8mol/L，生成Z为0.4mol/L，则该反应的化学方程式为A．X2＋2Y22XY2B．2X2＋Y22X2YC．3X2＋Y22X3YD．X2＋3Y22XY34．把下列四种X溶液分别加入四个盛有10mL2mol/L盐酸的烧杯中，均加水稀释到20mL，此时X与盐酸和缓地进行反应。其中反应速率最大的是A．20mL3mol/L的X溶液B．20mL2mol/L的X溶液C．10mL4mol/L的X溶液D．10mL2mol/L的X溶液5．将固体NH4Br置于密闭容器中，在某温度下，发生下列可逆反应：NH4Br(s)NH3(g)＋HBr(g)2HBr(g)Br2(g)＋H2(g)2min后，测得c(H2)＝0.5mol/L，c(HBr)＝4mol/L，若上述反应速率用v(NH3)表示，下列反应速率正确的是A．0.5mol/(L·min)B．2.5mol/(L·min)C．2mol/(L·min)D．5mol/(L·min)6．在一定温度下的固定容积的密闭容器中，当下列物理量不再变化时，表明反应：A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)已达平衡的是A．混合气体的压强B．混合气体的密度C．B的物质的量浓度D．气体的总物质的量7．把3molA和2.5molB混合于2L密闭容器中，发生反应：3A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(g)5min后反应达到平衡，容器内压强变小，测得D的平均反应速率为0.1mol/(L·min)，下列结论错误的是A．A的平均反应速率为0.1mol/(L·min)B．平衡时，C的浓度为0.125mol/LC．平衡时，B的转化率为20％D．平衡时，容器内压强为原来的0.8倍8．可逆反应：3A(g)3B(?)＋C(?)；△H0，随着温度升高，气体平均相对分子质量有变小的趋势，则下列判断正确的是A．B和C可能都是固体B．B和C一定都是气体C．若C固体，则B一定是气体D．B和C可能都是气体9．如图所示，反应X(g