化学反应速率与化学平衡(下)

化学反应速率与化学平衡(下)教学内容1.化学平衡图象的特征分析2.化学平衡问题研究的重要思维方3.有关转化率的判断计算二、学习指导（一）化学平衡的图象问题研究1.作用：化学反应速率和化学平衡的有关理论具有一定的抽象性，.运用各种图象能直观地反映可逆反应的变化规律及特点，.能从定性和定量两方面来分析和研究变化的因素、方向和程度.2.方法：(1)注重纵坐标和横坐标所对应的物理量.,只要其中一个物理量改变，就可能导致图象的改变.例如对一可逆反应从起始到达平衡，某反应物的A的百分含量)、A的转化率A分别对时间作图，曲线正好相反.t1tA的百分含量与时间关系A的转化率与时间关系（2）弄清纵坐标和横坐标两种物理量之间的相互关系。.作图或析图时要注意变化的方向、趋势、程度，.如考虑是直线还是曲线？是上升还是下降？到一定时是否会不再改变？若是两条或两条以上的直线，斜率是否相同？若是两曲线，它们的曲率是否相等？……这一系列的问题必须思考清楚。.（3）抓住关键的点：如原点、最高点、最低点、转折点（拐点）、交点等.。同样有一系列问题值得去好好思考，如该不该通过原点？有没有最高（或最低）点？为何有转折点、交点等？3.图象类型（1）横坐标——时间（t）纵坐标——反应速率（v）或某物质浓度（C）或某成分的百分含量（A%）或某反应物的转化率（A）特点：①可逆反应从非平衡到达平衡以前，v、C、A%、A均随时间（t）变化，到达平衡后，则不随时间而改变.。图象中一定将出现平行于横坐标的直线，简称“平台”.②出现转折“平台”的先后取决于达到平衡所需要的时间.而时间的长短又取决于反应速率的大小.温度（T）一定，压强（P）越大，V正、V逆越大，t越小压强（P）一定，温度（T）越大，V正、V逆越大，t越小T、P一定，使用正催化剂后V正、V逆均增大，t缩小.③“平台”的相对高低，则由外界条件对平衡的影响来决定.“平台”越高，说明条件越有利于纵坐标对应物理量的提高.反之，则不利.故可根据图象特点来分析可逆反应特点.例1已知某可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋Q在密闭容器中进行反应，测得在不同时间t、温度T和压强P与反应物B在混合气中的百分含量B%的关系曲线如图所示.A.T1＜T2,P1＞P2,m＋n＞P,Q＜0B.T1＞T2,P2＞P1,m＋n＜P,Q＜0C.T2＞T1,P2＞P1,m＋n＜P,Q＜0D.T1＞T2,P2＞P1,m＋n＞P,Q＞0解析：①根据达到平衡的时间长短,可断定T2＜T1,P2＞P1tt1A%A②根据“平台”高低，可断定低温有利于B%增大，说明逆反应是放热反应，即正反应为吸热，Q＜0高压有利．B%增大,说明增大压强,平衡逆移，故m＋n＜P.由此可知，本题答案：B.例2如图所示,a曲线表示一定条件下可逆反应:X(g)＋Y(g)2Z(g)＋W(s)＋Q的反应过程中X的转化率和时间的关系.若使a曲线变为b曲线,可采取的措施是[]A.加入催化剂B.增大Y的浓度C.降低温度D.增大体系压强解析:①达平衡所需时间b＜a正逆反应速率Ｖb＞Ｖa②改变条件后x不变平衡不移动③该可逆反应ΔVg＝0可加催化剂或加压答案:B、D.在反应速率（v）－时间（t）图象中，在保持平衡的某时刻t1改变某一条件前后，V正、V逆的变化有两种：V正、V逆同时突破——温度、压强、催化剂的影响V正、V逆之一渐变——一种成分浓度的改变现图示如下：图改变条件增加反应物浓度降低生成物浓度升温或加压（Δng≠0）V正逆VV正V逆V正V逆VttVVV逆正正V=逆V≠0降温或减压（Δng≠0）使用正催化剂或加压（Δng＝0）tVV正V逆V逆V正逆V正VxO时间ba%BtT11P、、T1P2、2T2P（5）在浓度C－时间t图象中改变温度瞬间，各物浓度不变，故平衡虽破坏，但各物质的浓度变化均连续.改变压强瞬间，各物质浓度（气体）均突变.加压——突增，减压——突减.改变某一成分浓度时，该成分浓度突变，其它物质不变，故变化是连续的.例3.可逆反应N2＋3H22NH3＋Q,从反应开始经t1秒达平衡状态，因条件改变，平衡在t2秒时发生移动，在t3秒时，又达到新的平衡状态.试根据t2－t3秒曲线判断，下列图1、图2所表示的平衡移动方向和变化条件各是什么？图1图2解析图1中t2－t3曲线与原来连续变化，说明只可能改为变温度引起.NH3浓度下降,H2浓度增大,说明平衡是逆向移动,故变化的条件是升温.图2中,t2时改变条件前后NH3的浓度连续变化，而N2浓度突变，说明只能是增加N2浓度引起，平衡正向移动.例5.气态反应A＋BC＋D,其它条件不变，在有催化剂条件(a)时和无催化剂条件(b)时的反应过程中,有关的量(纵坐标)随时间(横坐标)的变化情况错误的是[]解析：使用催化剂，同等程度改变正逆反应速度，缩短达到平衡所需时间，但不改变平衡状态。故不论有无催化剂，达到平衡时同一成分的百分含量相同。所以选项A错C对。选项D中似乎达平衡所需时间长短合理，但使用催化剂，反应速率不但不增大，反而减小，显然不合理。选项B正确。本题正确选项：B、C例6..2.右图为条件一定时,反应2NO＋O22NO2＋Q(Q＞0)中NO的最大转化率与温度变化关系曲线图,图中有A、B、C、D、E五点，其中表示未达到平衡状态，且V正＜V逆的点是[]A.B和CB.A和EC.ED.A和C使用负催化剂或减压（Δng＝0）浓间时(t)度C1234NHH23t1tt23(t)时间41231tt23tNH3N2DC%BtVAt%CAVababV正逆Vaba正V逆VTNO(℃)OABCDE解析：当条件一定时，反应的最大转化率一定是达平衡状态时。该图像与初中所学的溶解度曲线很相似。A、D所在的曲线上所有的点均为平衡时的状态。曲线上下的点均为非平衡时的状态。反应从非平衡自发达平衡。从图中可看出，B、C所在状态的转化率小于该温度平衡时。说明反应正向正反应方向移动。即V正＞V逆。而E所在状态的转化率大于该温度平衡时的，说明反应正向逆反应方向移动。即V正＜V逆。故本题选C.。(2)横标——温度T纵标——百分含量A%或转化率A或反应速率C特点：①横坐标为T时，纵标对应的各物理量均随T变化而变化.②若测得在不同温度下经过足够长时间达平衡时A%、αA、C均随T单调变化.③若测得在不同温度下经过同一时间在某一时刻测得A%、αA、C随T变化而可能呈现先上升→达最高点→下降的变化趋势例7．下图表示外界条件（温度、压力）的变化对下列反应的影响.L（s）＋G（g）2R(g)－Q(吸热)在图中Y轴是指A.平衡混合气中R的质量分数B.平衡混合气中G的体积分数C.G的转化率D.L的转化率解析由图象可知:T↗,Y↓.G%↓,R%↗.由反应可知:T↗,平衡正移.反应物α↗.答案:B.例5在容积相同的五个密闭容器中分别放入同量的A2和B2，在不同温度下同时任其发生反应：A2（g）＋3B2(g)2AB3（g），分别在某一同时刻测得其中AB3所占的体积分数变化如图所示.下列说法不正确的是[]A.正反应是放热反应B.E、F二点尚未达到平衡C.H、I二点尚未达到平衡D.G、H、I三点可能已达平衡状态解析随着温度的升高反应速率加快.从G到H、I，AB3%所占的体积分数降低，能得出正反应1.01×105aPP×101.016aP×101.017aY(T)温度AB%3T℃EFGHIZAB%3T℃EFGHI是放热反应；E、F两点AB3%比G点低，原因是低温下反应速率慢，反应未达平衡状态.选C.(二)解决化学平衡问题的重要思维方法1.可逆反应“不为零”原则.可逆性是化学平衡的前提，达到平衡时应是反应物和生成物共存的状态，每种物质的量不为零.一般可用极限分析法推断.即假设反应不可逆，则最多生成产物多少，有无反应物剩余，余多少.这样的极值点是不可能达到的，故可用确定某些范围或在范围中选择合适的量.例3在一定温度下将1molCO和1mol水蒸气放在密闭容器中反应：CO＋H2OCO2＋H2,达平衡后测得CO2为0.6mol，再通入4mol水蒸气，达新平衡后CO2的物质的量可能是[]A.0.6molB.1molC.0.8molD.1.2mol解析加入H2O（g）平衡正移，n·CO2＞0.6mol但不可能任意增大,根据“不为零”原则，1molCO即使完全反应也只可能生成1molCO2，所以0.6mol＜nCO2＜1mol.答案Ｃ合适．2.“一边倒”原则可逆反应，在条件相同时（等温等容），若达到等同平衡，其初始状态必须能互变，从极限角度看，就是各物质的物质的量要相当.因此可以采用一边倒的原则来处理以下问题：（1）化学平衡等同条件（等温等容）aA(g)＋bB(g)cC(g)①始ab0平衡态Ⅰ②始00c平衡态Ⅱ③始xyz平衡态Ⅲ为了使平衡Ⅲ＝Ⅱ＝Ⅰ根据“一边倒”原则，即可得x＋caz＝aax＋cz＝1y＋cbz＝bbn＋cz＝1例8温度、催化剂不变，向某一固定体积的密闭容器内按下列各组物质的量加入H2、N2、NH3，反应达平衡时；氨气浓度最大的一组是[]ABCDH2613.55N22011.5NH30421解析2NH3N2＋3H2.根据反应“一边倒”换算.B026＋1＝7C023＋3.5＝6.5D021.5＋5＝6.5由此可知，符合题意的是B.3.“过渡态”方法.思路：相同倍数增加各种反应物的浓度，相当于增大体系压强，根据平衡移动方向来确定转化率的变化情况.例9..一真空密闭容器中盛有１molPCl5,加热到200℃时发生反应.PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g),反应达到平衡时,PCl5所占体积百分数为M%.若在同一温度和同一容器中,最初投入的是2molPCl5,反应达平衡时,PCl5所占体积百分数为N%,则M和N的正确关系是[]A.M＞NB.M＜NC.M＝ND.无法比较解析：从１molPCl5到2molPCl5投料，相当于增大体系压强，对该可逆反应而言，促使平衡逆移，反应达平衡时,PCl5所占体积百分数增大，故选B.巩固练习（一）选择1．如右图所示表示平衡混合物中x的百分含量在不同的压强下，随湿度变化的情况，在下列平衡体系中，x可以代表用下横线标明的物质（反应中各物质为气态）的是（）A．N2+2H22NH3△H＜0B．H2+I22HI+△H＜0C．2SO32SO2+O2△H＞0D．4NH3+5O24NO+6H2O△H＜02．在溶积固定的4L密闭容顺中，进行可逆反应：X（气）+2Y（气）2Z（气）并达到平衡，在此过程中，以Y的浓度改变表示的反应速率υ(正)、υ(逆)与时间t的关系如右图，如图中阴影部分面积表示（）A．X的浓度的减少B．Y的物质的量的减少C．Z的浓度的增加D．X的物质的量的减少3．今有反应X(g)+Y(g)2Z(g)+△H＜0若反应开始经t1秒后达到平衡，又经t2秒后，由于反应条件的改变使平衡破坏，则t3时又达到平衡，如图表示，试分析，以t2到t3秒曲线变化的原因因是（）A．增大了X和Y的浓度B．使用了催化剂C．增加了反就体系的压强D．升高了反应的湿度4．可逆反应N2O5N2O4+21O2△H＜0在t1时达到平衡，然后在t2时开始加热，至一定湿度后停止加热并增温，到t3时又建立平衡，下列各图解表示上述情况的是（）ABCD5．可逆反应aX(气)+bY(气)cZ(气)+dW(气)△H=Q在压强P1、P2湿度T1、T2下，产物W的质量与反应时间t的关系如图。下列各项正确的是（）A．P1＞P2B．Q＜0C．T1＞T2D．c+d＞a+b6．都符合两个图象的反应是（C%表法反应物质量分数，v表示速率，P表示压强，t表示时间）（）（1）（2）A．N2O3(g)NO2(g)+NO(g)△H＜0B．2NO2(g)+H2O(1)2HNO3(1)+NO(g)+△H＜0C．4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)△H＜0D．CO2(g)+C(s)2CO(g)△H＞07．对于反应A(气)+2B(气)2C(气)△H＜0，下面各图能正确反映在这一反应中，反应时间t，湿度T与平衡混合物中C的百分含量关系的是