25化学反应速率 化学平衡20100325
化学反应速率 化学平衡
[考纲要求]
①了解化学反应速率的概念、反应速率的定量表示方法。理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率的影响。
②了解化学反应的可逆性。
③了解化学平衡建立的过程。理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响,认识其一般规律。
④理解化学平衡常数的含义,能够利用化学平衡常数进行简单的计算。
⑤了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。
[链接高考]
例1、(09安徽-11)汽车尾气净化中的一个反应如下:
NO(g)+CO(g)错误!未找到引用源。1/2N2(g)+CO 2(g) △H =-373.4kJ/mol 在恒容的密闭容器中,反应达平衡后,改变某一条件,下列示意图正确的是
A B C D
解析:由题给信息知,该反应为放热反应。A 项:根据平衡移动原理,温度升高,平衡逆向移动,化学平衡常数减小,A 错;B 项:根据平衡移动原理,温度升高,平衡逆向移动,CO 转化率减小,B 错;C 项:化学平衡常数只和温度有关,与其他条件无关。C 正确;D 项:根据平衡移动原理,增大N 2的物质的量,平衡逆向移动,NO 转化率降低,D 错。
例2、(09山东-14)2SO 2(g)+O2(g)
2SO 3(g)是制备硫酸的重要反应。下列叙述正确的是
A .催化剂V 2O 5不改变该反应的逆反应速率 B .增大反应体系的压强、反应速度一定增大
C .该反应是放热反应,降低温度将缩短反应达到平衡的时间
D .在t 1、t 2时刻,SO 3(g)的浓度分别是c 1、c 2,则时间间隔t 1~t 2内,SO 3(g)生成的平均速率为
υ=
c 2-c 121
解析:催化剂可以同等程度的改变正逆反应速率,A 错;增大反应体系压强的方法有许多种,当向反应体系中充入无关气体时,压强增大,但反应速率不变,B 错;降低温度减慢反应速率,达到平衡的时间增长,C 错;反应速率就是用某一时间段内浓度的变化值除以反应时间,D 对。
[平衡常数]
定义:对任意一个可逆反应:
mA + nB
pC + qD,其平衡浓度的比值总是符合下列关系:
c p (C ) ⋅c q (D )
Kc =m (是一个定值,称为浓度化学平衡常数。) n
c (A ) ⋅c (B )
注意:(1)各物质的浓度指平衡时的物质的量浓度,指数为化学方程式配平时的系数,对于同一化学反应,由于书写不同,平衡常数的表达式可以不同;(2)纯固体物质不存在浓度问题,溶剂的浓度是常数,因此不出现在化学平衡常数中。(3)用各物质的分压算得的平衡常数为压强平衡常数,与浓度平衡常数都称为平衡常数。(4)化学平衡常数可表示可逆反应进行的程度(反应的限度) ,化学平衡常数越大,说明反应进行得越完全。(5)借助化学平衡常数与浓度商的对比可以判别一个反应是否达到平衡状态。(6)化学平衡常数大小只与温度有关,与各物质的起始浓度无关。吸热反应,温度升高,K c 增大;放热反应,温度升高,K c 减小。
考核形式:高考对化学平衡常数的要求主要是初步认识其含义及影响因素,并能用化学平衡常数对反应是否处于平衡状态进行判断和对反应物的转化率进行定量计算。
1、考察对化学平衡常数基本概念的理解
例1.[2007海南16题] PCl5的热分解反应如下:PCl 5(g )
PCl 3(g )+ Cl2(g )。
⑴ 写出反应的平衡常数表达式;⑵ 已知某温度下,在容积为10.0 L的密闭容器中充入2.00 mol PCl 5,达到平衡后,测得容器内PCl 3的浓度为0.150 mol·L 。计算该温度下的平衡常数。
解析:这类试题是考核化学平衡常数的最基本类型,要求学生能够根据化学方程式写出平衡常数表达式并进行简单的计算。该题物质都是气体,且系数都为1,因此平衡常数表达式为
k c =
c(PCl3) ⋅c(Cl2) -
。由PCl 3的平衡浓度为0.150 mol·L 1可知,Cl 2的平衡浓度也为0.150 mol·L
c(PCl5)
-1
,PCl 5的平衡浓度0.050 mol·L 1(0.200 mol·L 1-0.150 mol·L 1) ,代入以上表达式,该温度下
-
-
-
-
的平衡常数为0.45 mol·L 1。
2、将化学平衡常数与化学平衡的移动结合起来考核
例2.[2008山东14题] 高温下,某反应达到平衡,平衡常数K =温度升高,H 2浓度减小。下列说法正确的是
A .该反应是焓变为正值 B .恒温恒容下,增大压强,H 2浓度一定减小 C .升高温度,逆反应速率减小 D .该反应化学方程式为CO +H 2O
CO 2+H 2
c (CO ) ⋅c (H 2O )
。恒容时,
c (CO 2) ⋅c (H 2)
解析:根据化学平衡常数表达式可以看出,CO 2和H 2是反应物,CO 和H 2O 是生成物,其化学方程式为CO 2+H 2
CO +H 2O 。恒容时,温度升高,H 2浓度减小说明该反应向正反应方向移
动,因此正反应是吸热反应,焓变为正值。答案为A 。
例3.[2007宁夏27题]氮化硅(Si 3N 4)是一种新型陶瓷材料,它可由石英与焦炭在高温的氮气流中,通过以下反应制得:
⑴配平上述反应的化学方程式(将化学计量数填在方框内); ⑵该反应的氧化剂是 ,其还原产物是 ; ⑶该反应的平衡常数表达式为K =________;
⑷若知上述反应为放热反应,则其反应热△H 零(填“大于”、“小于”或“等于”);升高温度,其平衡常数值 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
c 6(CO ) 62
答案:⑴ 3,6,2,1,6;⑵ N 2,Si 3N 4;⑶K =2或K =[CO]/[N2] ;⑷ 小于;减小。
c (N 2)
3、将化学平衡常数与弱电解质的电离或难溶物质的溶解结合起来考核
例4.[2008山东29题第⑶小题] 碳氢化合物完全燃烧生成CO 2和H 2O 。常温常压下,空气中的CO 2溶于水,达到平衡时,溶液的pH=5.60,c(H2CO 3)=1.5×10-5 mol·L -1。若忽略水的电离及H 2CO 3的第二级电离,则H 2CO 3
HCO 3-+H +的平衡常数K 1。(已知:10-5.60=2.5×10-6)
解析:电离平衡常数是化学平衡常数的一种特殊形式,将化学平衡常数与弱电解质的电离结合起来考核,可以通过对化学平衡常数的考核达到对溶液离子浓度、pH 值、电离方程式等相关化学知识的考察。本题溶液的pH=5.60说明溶液中C (H +)为10-5.60,即2.5×10-6 mol/L,忽略水的电离及H 2CO 3的第二级电离,H 2CO 3第一步电离的C (H +)和C (HCO 3-)就可以认为是2.5×10-6 mol/L。
2. 5⨯10-6mol ⋅L ⨯2. 5⨯10-6mol ⋅L -7-1
=4.17×10 mol·L K 1=-5
1. 5⨯10mol ⋅L
例5.[2008山东-15]某温度时,BaSO 4在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法正确的是
提示:BaSO 4(s)
Ba 2+(aq)+SO 42(aq)的平衡常数:
-
-
Ksp =c(Ba2+)·c(SO42) ,称为溶度积常数。 A .加入Na 2SO 4可以使溶液由a 点变到b 点 B .通过蒸发可以使溶液由d 点变到c 点 C .d 点无BaSO 4沉淀生成
D .a 点对应的Ksp 大于c 点对应的Ksp
解析:A 项,当加入Na 2SO 4溶液时,c(SO42-) 增大,因
Ksp 为常数,则c(Ba2+) 就会减小,故A 错;B 项,蒸发可以会使溶液的c(SO42-) 和c(Ba2+) 都变大,故B 错;C 项,在d 点时,因其在沉淀溶解平衡点c 点的下方,c(Ba2+) 较小,故它们浓度的乘积小于Ksp ,则无无BaSO 4沉淀生成,C 正确;D 项,因ac 两点对应的都是在相同的温度下的Ksp ,故二者的Ksp 相同,D 错。
4、将化学平衡常数与平衡转化率结合起来考核
例6.[2008广东24题第⑶小题 ] 工业合成氨的反应为N 2(g)+3H2(g)
2NH 3(g)。
设在容积为2.0 L的密闭容器中充入0.60 mol N2(g)和1.60 mol H2(g),反应在一定条件下达到平衡时,NH 3的物质的量分数(NH 3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为的平衡转化率;②该条件下反应2NH 3(g)
N 2(g)+3H2(g)的平衡常数。
4
。计算①该条件下N 27
解析:该题可设N 2的变化浓度为x mol/L,由三行式法计算可知,起始时,C(N2)=0.3 mol/L,C(H2)=0.8 mol/L,C(NH3)=0 mol/L;变化浓度,C(N2)=x mol/L,C(H2)=3x mol/L,C(NH3)=2x mol/L
;
平衡时,C(N2)=(0.3-x) mol/L,C(H2)=(0.8-3x) mol/L,C(NH3)=2x mol/L。根据达到平衡时NH 3的物质的量分数得到
42x
=,x=0.2 mol/L。
(0. 3-x ) +(0. 8-3x ) +2x 7
0. 2
⨯100%=66. 7%。 0. 3
N 2的平衡转化率=
[c (N 2) ]⋅[c (H 2) ]3(0. 1 mol ⋅L -1) ⨯(0. 2 mol ⋅L -1) 32-2-3
mol ⋅L 平衡常数K c ===5.0×10(注意2-12
[c (NH 3) ](0. 4mol ⋅L )
②中的化学反应是①的逆反应)
例7.[2007年山东28题第⑴小题] 硫酸生产中,SO 2催化氧化生成SO 3:2SO 2(g )+O 2(g )
2SO 3(g )
某温度下,SO 2的平衡转化率(α)与体系总压强(P )的关系如右图所示。根据图示回答下列问题:
① 将2.0 mol SO2和1.0 mol O2置于10 L密闭容器中,反应达平衡后,体系总压强为0.10 MPa。该反应的平衡常数等于_____。
② 平衡状态由A 变到B 时,平衡常数K (A )_______K(B )(填“>”、“<”或“=”)。 解析:本题将反应转化率用简单图像表示出来,考察学生对图像信息的观察和分析能力。从转化率和压强的关系图像中可以得到,SO 2的平衡转化率在0.10 MPa时为80%,参加反应的SO 2物质的量为1.6 mol,参加反应的O 2物质的量为0.8 mol,则SO 2、O 2、SO 3平衡时的浓度分别为0.04 mol/L、0.02 mol/L、0.16 mol/L。
c (SO 3) 2(0. 16mol ⋅L) 22-1
mol ⋅L 平衡常数K c ===8.0×10 () 22
c (SO 2) ⋅c (O 2) (0. 04mol ⋅L) ⨯0. 02mol ⋅L
平衡状态由A 变到B 时,虽然转化率增大,但反应温度没有改变,所以化学平衡常数不发生改变,K (A )= K(B )。
[能力提高]
1.下列关于化学反应的自发性叙述中正确的是
A .焓变小于0而熵变大于0的反应肯定是自发的 B .焓变和熵变都小于0的反应肯定是自发的 C .焓变和熵变都大于0的反应肯定是自发的 D .熵变小于0而焓变大于0的反应肯定是自发的 2.下列说法正确的是
A .可逆反应的特征是正反应速率和逆反应速率相等
B .在其他条件不变时,使用催化剂只能改变反应速率,而不能改变化学平衡状态 C .在其他条件不变时,升高温度可以使平衡向放热反应方向移动 D .在其他条件不变时,增大压强一定会破坏气体反应的平衡状态 3.在一不可变容器中发生如下反应:2NO 2
体的( )不变
A . 密度 4.反应m A+n B
B .颜色
C .压强
D. 总物质的量
2NO + O2 ΔH >0 达到平衡后,升温,混合气
p C ,若v A =a mol/(L·s) 则用单位时间内C 的浓度变化表示的反应速率是
A .m /pa mol/(L·s) B .pa /m mol/(L·s) C .ma /p mol/(L·s) D .mp /a mol/(L·s) 5.Na 2S 2O 3溶液跟稀H 2SO 4反应的化学方程式为:Na 2S 2O 3+H2SO 4=Na2SO 4+SO2↑+S↓+H2O 。下列各组实验中,溶液中最先变浑浊的是
6.下列条件一定能使反应速率加快的是:①增加反应物的物质的量②升高温度③缩小反应容器的体积 ④加入生成物
A .全部
B .①②
C .②
D .②③
7.下列体系加压后,对化学反应速率没有影响的是 A .2SO 2+O2
2SO 3 B .CO+H2O (g )
CO 2+H2
C .CO 2+H2O H 2CO 3
D .H ++OH-
H 2O
8.用铁片与稀硫酸反应制氢气时,下列措施不能使氢气生成速率加快的是 A .对该反应体系加热
B .不用稀硫酸,改用98%浓硫酸 D .不用铁片,改用铁粉
C .滴加少量的CuSO 4溶液
9.非结合胆红素(VCB )分子中有羟基(-OH ),被氧化后生成羧基(-COOH )与钙离子结合形成胆红素钙的反应,就是一个沉淀生成的离子反应。从动态平衡的角度分析能预防胆结石的方法
A .大量食用纯碱可使钙离子沉淀完全,防止胆结石的生成 B .不食用含钙的食品
C .适量服用低维生素E 、低维生素C 等抗氧化自由基可以防止胆结石 D .手术切除胆囊是最好的方法
10.把0.6molX 气体和0.4molY 气体混合于容积为2L 的容器中,使其发生如下反应: 3X (g )+Y(g )
n Z (g )+2W(g )。5min 末生成0.2molW ,若测知以Z 浓度变化表示
的平均反应速率为0.01mol/ L· min,则n 的值为
A.4
B .3
C .2
D .1
11.右图曲线a 表示放热反应 X(g)+Y(g) Z(g)+M(g)+N(s)
进行过程中X 的转化率随时间变化的关系。若要改变起始条
件,使反应过程按b 曲线进行,可采取的措施是 A .升高温度 B .加大X 的投入量 C .加催化剂 D .增大容器的体积
12.t ℃时,某一气态平衡体系中含有X(g)、Y(g)、Z(g)、W(g)四种物质,此温度下发生反应的平衡常数表达
2
式为:K =c (X ) ⋅c (Y ) ,有关该平衡体系的说法正确的是
22
c (Z ) ⋅c (W )
A .升高温度,平衡常数K 一定增大
B .升高温度,若混合气体的平均相对分子质量变小,则正反应是放热反应 C .增大压强,W(g)质量分数增加
D .增大X(g)浓度,平衡向正反应方向移动 13.可逆反应A+B(s)
C
达到平衡后,无论加压或降温,B
的转化率都增大,则下列结论
可能正确的是
A .A 固体,C 为气体,正反应为放热反应 B .A 为气体,C 为固体,正反应为放热反应 C .A 为气体,C 为固体,正反应为吸热反应 D .A 、C 均为气体,正反应为吸热反应
14.各可逆反应达平衡后,改变反应条件,其变化趋势不正确的是
15.将固体NH 4I 置于密闭容器中,在一定温度下发生下列反应:①NH 4I(s)错误!未找到引用源。NH 3(g)+HI(g);②2HI(g)错误!未找到引用源。H 2(g)+I 2(g)。达到平衡时,c (H2) =0.5mol·L 1,
-
C(H+)
△H >0
c (HI)=4mol·L 1,则此温度下反应①的平衡常数为
-
A .9
B .16 C .20 D .25
16.将物质的量均为3.00mol 的A 、B 混合于5L 容器中,发生如下反应:3A+B
2C ,在反应过程中C 的物
质的量分数随温度变化如右图所示:
(1)T 0对应的反应速率v (正) v (逆)(用“=”、 “>”或“<”表示,下同);
(2)此反应的正反应为 热;(填“放”或“吸”)
(3)X 、Y 两点A 物质正反应速率的大小关系是Y X ;
(4)温度T <T 0时,C%逐渐增大的原因是: ; (5)若Y 点的C 的物质的量分数为25%,则参加反应的A 物质的量为 mol ;若Y 点时所消耗时间为2min ,则B 物质的反应速率为 。
17. 某化学反应3A (g )
2B (g )+D(g )在四种不同条件下进行,B 、D 起始浓度为0。
反应物A 的浓度(mol/L)随反应时间(min )的变化情况如下表:
根据上述数据,完成下列填空:
(1)在实验1,反应在10至20分钟时间内平均速率为_________mol/(L·min) ,达到平衡的时刻为 。
(2)实验2与实验1相比,实验设计的相同点是 ,不同点是 。
(3)设实验3的反应速率为v 3,实验1的反应速率为v 1,则v 3________v1(填>、=、<),且C 3=________mol/L。
(4)该反应的正反应是__________反应(选填吸热、放热)理由是 。 (5)该反应的平衡常数随温度的升高而 。
18.已知在催化剂存在条件下,能发生如下反应:CO + H22 + CO2 △H <0。 (1)该反应的平衡常数表达式为: 。
(2)在5 L盛有固体催化剂(其体积可忽略不计)的密闭容器中,通入反应物,10 s后,生成
了氢气0.2 g,则此10 s内CO 的平均反应速率为v (CO) = ___________。
(3)在该密闭容器中,下列叙述可以说明反应已经达到平衡状态的是 。 A .若容器体积不变,在一定温度下压强达到恒定 B .CO 2的生成速率与H 2O 蒸气的生成速率之比为1 : 1 C .CO 、H 2O 、H 2、CO 在容器中的物质的量浓度保持不变 D .反应体系中混合物的平均摩尔质量保持不变
(4)在上述反应达平衡状态后,分别改变条件,请完成下列两张图: A .在第20 s时将容器体积缩小至 B .在第20 s时,向容器中注入少量的 原来的一半后压强变化图 CO 气体后正逆反应速率变化图
19.合成氨工业在现代农业、国防工业中,有着重要的地位已知:N 2(g) + 3H2(g) △H = -92 kJ·mol -1
(1)下列有关该反应速率的叙述,正确的是(选填序号) 。 a .升高温度可以增大活化分子百分数,加快反应速率 b .增大压强不能增大活化分子百分数,但可以加快反应速率 c .使用催化剂可以使反应物分子平均能量升高,加快反应速率
d .在质量一定的情况下,催化剂颗粒的表面积大小,对反应速率有显著影响 (2)①该反应的化学平衡常数表达式为K=_______________________。
②根据温度对化学平衡的影响规律可知,对于该反应,温度越高,其平衡常数的值越_____ 。
(3)某温度下,若把10 mol N2与30 mol H2 置于体积为10 L的密闭容器内,反应达到平衡状态时,测得平衡混合气体中氨的体积分数为20%,则该温度下反应的K=___________(可用分数表示)。
2NH 3(g)
(4)对于合成氨反应而言,下列有关图象一定正确的是(选填序号)_____________。
①
①
T 1
②
a . b . c .
化学反应速率 化学平衡
1.A 2.B 3.A 4.B 5.D 6.C 7.D 8.B
9.C 10.D 11.C 12.B 13.B 14.C 15.C
16.(1)= (2)放 (3)> (4)反应未达平衡,温度升高,反应速率加快,C%逐渐增大。
(5)1.8 0.06mol/(L•min)
17. (1)0.03 30~40分钟之间的某时刻
(2)温度、A 的起始浓度(或压强) 实验2还加入了催化剂
(3)> 2.5
(4)放热 温度升高后,A 的平衡浓度增大,即升温平衡左移,故正反应为放热反应。
(5)减小
18.(1)K =c (H 2) c (CO 2) (1分,没有写“K ”不得分) c (H 2O ) c (CO )
(2)0.002mol/L ·s (1分,没有单位不得分)
(3)BC (2分,漏选一个得1分,错选不得分)
(4)
c 2(NH 3) 119.(1)abd (2)① ②小 (3) (4)ac 12c (N 2) c 3(H 2)