專題6 化學(xué)反應(yīng)速率和等效平衡
【專題目標(biāo)】
1.了解化學(xué)反應(yīng)速率的概念及表示方法,理解濃度、壓強、溫度和催化劑等條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響。
2.了解化學(xué)反應(yīng)的可逆性,理解化學(xué)平衡的特征,了解化學(xué)平衡與化學(xué)反應(yīng)速率之間的內(nèi)在聯(lián)系。
3.理解濃度、壓強和溫度等條件對化學(xué)平衡的影響,理解平衡移動原理的涵義。
4.學(xué)會應(yīng)用建立等效平衡的思維方式解決化學(xué)平衡中的常見問題。
【經(jīng)典題型】
題型Ⅰ:根據(jù)化學(xué)計量數(shù)之比,計算反應(yīng)速率
【例題】
反應(yīng)4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)在10L密閉容器中進行,半分鐘后,水蒸氣的物質(zhì)的量增加了0.45mol,則此反應(yīng)的平均速率(反應(yīng)物的消耗速率或產(chǎn)物的生成速率)可表示為( )
A. B.
C. D.
【點撥】用生成物H2O來表示反應(yīng)的平均速率:
根據(jù)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于它們的化學(xué)計量數(shù)之比,可求得
所以正確答案是C。
【規(guī)律總結(jié)】遇到這一類題目,一定要充分利用化學(xué)反應(yīng)中各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于它們的化學(xué)計量數(shù)之比這一規(guī)律進行計算。
題型Ⅱ:以圖象形式給出條件,計算反應(yīng)速率
【例題】
某溫度時,在2L容器中,X、Y、Z三種物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時間變化的曲線如圖所示。由圖中數(shù)據(jù)分析:該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________。反應(yīng)開始至2min,用Z表示的平均反應(yīng)速率為____________。
【點撥】由圖可知,X、Y的物質(zhì)的量隨反應(yīng)的進行而減小,Z的物質(zhì)的量隨反應(yīng)的進行而增大,則X和Y為反應(yīng)物,Z為生成物。
∵
∴反應(yīng)方程式為:3X+Y=2Z。
題型Ⅲ:根據(jù)已知的濃度、溫度等條件,比較反應(yīng)速率的大小
【例題】
把下列四種X溶液分別加入四個盛有10mL 2mol/L鹽酸的燒杯中,均加水稀釋到50mL,此時,X和鹽酸緩慢地進行反應(yīng),其中反應(yīng)最快的是( )
A.
B.
C.
D.
【點撥】在化學(xué)反應(yīng)中,當(dāng)其它條件不變時,濃度越大,反應(yīng)速率越快;溫度越高,反應(yīng)速率越快。在本題中要綜合考慮濃度和溫度的影響。先比較濃度的大小,這里的濃度應(yīng)該是混合以后的濃度,由于混合后各燒杯中鹽酸的濃度相等,因此只要比較X的濃度,X濃度越大,反應(yīng)速率越快。因為反應(yīng)后溶液的體積均為50mL,所以X的物質(zhì)的量最大,濃度就最大。通過觀察可知,混合后A、B選項中X的濃度相等,且最大,但B中溫度更高,因此B的反應(yīng)速率最快。
本題若沒有看清楚題目實質(zhì),僅僅從選項的表面看X濃度的大小及反應(yīng)溫度的高低來判斷反應(yīng)速率的快慢,則會錯選C。
題型Ⅳ:一般可逆反應(yīng)在恒溫、恒容條件下建立等效平衡
【例題】
在一個體積固定的密閉容器中加入2 mol A和1 mol B,發(fā)生反應(yīng):
A.4molA+2molB
B.2molA+1molB+3molC+1molD
C.3molC+1molD+1molB
D.3molC+1molD
【點撥】等效平衡的含義:在一定條件(恒溫恒容或恒溫恒壓)下,只是起始加入情況不同的同一可逆反應(yīng)達到平衡后,任何相同組分的百分含量(體積分數(shù)、物質(zhì)的量分數(shù)等)均相同,這樣的化學(xué)平衡互稱等效平衡。
對于一般可逆反應(yīng),在恒溫恒容條件下,只改變起始加入的情況,只要通過可逆反應(yīng)的化學(xué)計量數(shù)比換算成平衡式左右兩邊同一邊物質(zhì)的物質(zhì)的量與原平衡相同,則二平衡等效。
假設(shè)2 mol A和1 mol B能夠完全反應(yīng),則應(yīng)生成3molC+1molD,所以如果維持容器體積和溫度不變,開始時向容器中加入3molC+1molD,達到平衡時,與原平衡是等效平衡,則C的濃度仍為a mol?L-1。所以正確答案為D。
題型Ⅴ:反應(yīng)前后氣體體積不變的可逆反應(yīng)在恒溫、恒容條件下建立等效平衡
【例題】可逆反應(yīng)A(g)+B(g)2C(g)在固定容積的容器中進行,如果向容器中充入1mol A和1mol B,在某溫度下達到平衡時,C的體積分數(shù)為m%;若向容器中充入1mol C,在同樣的溫度下達到平衡時,C的體積分數(shù)為n%,則m和n的關(guān)系正確的是( )
A.m>n B.m<n C.m=n D.無法比較
【點撥】在恒溫恒容條件下,對于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的可逆反應(yīng),只要按化學(xué)計量數(shù)換算成平衡式左右兩邊同一邊物質(zhì)的物質(zhì)的量之比與原平衡相同,則二平衡也為等效平衡。
假設(shè)1mol C物質(zhì)完全反應(yīng),可以生成0.5mol A和0.5mol B,投入量是第一種投料方式的一半,所以壓強也是其一半。但由于該反應(yīng)是一個氣體體積不變的反應(yīng),即壓強對該反應(yīng)的平衡狀態(tài)沒有影響,所以前后兩個平衡仍然是等效平衡。因此兩個平衡中C的體積分數(shù)相等。正確答案為C。但在第二個平衡狀態(tài)中C的濃度是第一個平衡狀態(tài)的一半。
題型Ⅵ:可逆反應(yīng)在恒溫、恒壓條件下建立等效平衡
【例題】
在一個盛有催化劑容積可變的密閉容器中,保持一定溫度和壓強,進行以下反應(yīng):
N2+3H22NH3。已知加入1mol N2和4mol H2時,達到平衡后生成a mol NH3(見下表已知項)。在相同溫度、壓強下,保持平衡時各組分的體積分數(shù)不變。對下列編號①~③的狀態(tài),填寫表中空白。
已知
編號
起始狀態(tài)物質(zhì)的量 n/mol
平衡時NH3的物質(zhì)的量
n/mol
N2
H2
NH3
1
4
0
a
①
1.5
6
0
②
1
③
m
g(g≥
【點撥】對于一般的可逆反應(yīng),在恒溫恒壓條件下,只要按化學(xué)計量數(shù)換算成平衡式左右兩邊同一邊物質(zhì)的物質(zhì)的量之比與原平衡相同,則達平衡后,與原平衡等效。
①因為從題干可知n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)平衡=1∶4∶a,所以①狀態(tài)下n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)平衡=1.5∶6∶1.5a。
②起始狀態(tài)時,有1mol NH3,則相當(dāng)于起始時有N2和H2分別為0.5mol和1.5mol,按n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)平衡=1∶4∶a,可得②狀態(tài)時n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)平衡=0.5∶2∶0.5a,所以原有N2和H2分別為0和0.5mol。
③設(shè)起始時n(NH3)為x mol,則相當(dāng)于N2和H2總量分別為(m+)mol和(g+)mol,則(m+)∶(g+)=1∶4,即可得x=2(g-4m)
設(shè)為n(NH3)平衡y mol,可得:
4∶a=(g+)∶y,即:y=(g-
題型Ⅶ:通過建立等效平衡的中間狀態(tài),比較反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的大小以及平衡時某物質(zhì)體積分數(shù)、濃度的大小
【例題】
體積相同的甲、乙兩個容器中,分別充有等物質(zhì)的量的SO2和O2,在相同溫度下發(fā)生反應(yīng):2SO2+O22SO3并達到平衡。在這過程中,甲容器保持體積不變,乙容器保持壓強不變,若甲容器中SO2的轉(zhuǎn)化率為p%,則乙容器中SO2的轉(zhuǎn)化率為( )
A.等于p% B.大于p% C.小于p% D.無法判斷
【點撥】根據(jù)題意,甲、乙兩容器可設(shè)為如圖所示裝置。
2SO2+O22SO3是一氣體總物質(zhì)的量減少的反應(yīng)。甲容器保持體積不變,壓強變。灰胰萜鞅3謮簭姴蛔,體積減小,達到平衡狀態(tài)時轉(zhuǎn)化為狀態(tài)丙。假設(shè)乙中的活塞不移動,由于甲、乙兩個容器的體積、溫度相同,達到平衡時甲、乙兩容器中存在的平衡是等效平衡,其中SO2的轉(zhuǎn)化率也相等。對于乙和丙兩個狀態(tài),乙中壓強小于丙中壓強,因此丙中SO2轉(zhuǎn)化率大于乙中SO2轉(zhuǎn)化率。由此可以判斷出丙中SO2的轉(zhuǎn)化率也大于甲中SO2的轉(zhuǎn)化率。所以正確答案為B。
【規(guī)律總結(jié)】對于氣體參加的可逆反應(yīng),在溫度恒定的條件下,涉及體積與壓強以及平衡移動有關(guān)判斷的問題時,可設(shè)計一些等效平衡的中間狀態(tài)來進行求解。這樣能降低思維難度,具有變難為易、變抽象為直觀的作用。
【例題】
在相同溫度下,有相同體積的甲、乙兩容器,甲容器中充入1g N2和1g H2,乙容器中充入2g N2和2g H2。下列敘述中,正確的錯誤的是( )
A.化學(xué)反應(yīng)速率:乙>甲 B.平衡后N2的濃度:乙>甲
C.H2的轉(zhuǎn)化率:乙>甲 D.平衡混合氣中H2的體積分數(shù):乙>甲
【點撥】因為乙的原料投入量正好是甲的兩倍,假設(shè)開始時乙的容器體積也是甲的兩倍(如圖所示),則此時甲與乙是等效平衡。再將乙容器體積壓縮至與甲相等(如圖中丙),在此過程中平衡:N2+3H22NH3要向正反應(yīng)方向移動,即N2、H2的轉(zhuǎn)化率增大,在體系中的體積分數(shù)減小。但此時,丙中N2、H2、NH3的濃度都比甲中大,但丙中N2、H2的濃度要小于甲中的兩倍,而丙中NH3的濃度的濃度要大于甲中的兩倍。
【隨堂作業(yè)】
1.反應(yīng)4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)在
A. B.
C. D.
2.已知:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g),若反應(yīng)速率分別用(NH3)、(O2)、(NO)、(H2O)[mol/(L?min)]表示則下列關(guān)系正確的是
A. B.
C. D.
3.某溫度下,濃度都是1mol/L的兩種氣體X2和Y2,在密閉容器中反應(yīng)生成氣體Z,達到平衡后c(X2)為0.4mol/L,c(Y2)為0.8mol/L,生成Z為0.4mol/L,則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為
A.X2+2Y22XY2
B.2X2+Y22X2Y
C.3X2+Y22X3Y
D.X2+3Y22XY3
4.把下列四種X溶液分別加入四個盛有10mL 2mol/L鹽酸的燒杯中,均加水稀釋到20mL,此時X與鹽酸和緩地進行反應(yīng)。其中反應(yīng)速率最大的是
A.20mL 3mol/L的X溶液 B.20mL 2mol/L的X溶液
C.10mL 4mol/L的X溶液 D.10mL 2mol/L的X溶液
5.將固體NH4Br置于密閉容器中,在某溫度下,發(fā)生下列可逆反應(yīng):
NH4Br(s) NH3(g)+HBr(g) 2HBr(g) Br2(g)+H2(g)
2min后,測得c(H2)=0.5mol/L,c(HBr)=4mol/L,若上述反應(yīng)速率用(NH3)表示,下列反應(yīng)速率正確的是
A.0.5mol/(L?min) B.2.5 mol/(L?min)
C.2 mol/(L?min) D.5 mol/(L?min)
6.在一定溫度下的固定容積的密閉容器中,當(dāng)下列物理量不再變化時,表明反應(yīng):A(s)+2B(g) C(g)+D(g)已達平衡的是
A.混合氣體的壓強 B.混合氣體的密度
C.B的物質(zhì)的量濃度 D.氣體的總物質(zhì)的量
7.把3mol A和2.5mol B混合于
5min后反應(yīng)達到平衡,容器內(nèi)壓強變小,測得D的平均反應(yīng)速率為0.1mol/(L?min),下列結(jié)論錯誤的是
A.A的平均反應(yīng)速率為0.1mol/(L?min)
B.平衡時,C的濃度為0.125mol/L
C.平衡時,B的轉(zhuǎn)化率為20%
D.平衡時,容器內(nèi)壓強為原來的0.8倍
8.可逆反應(yīng):
A.B和C可能都是固體
B.B和C一定都是氣體
C.若C固體,則B一定是氣體
D.B和C可能都是氣體
9.如圖所示,反應(yīng)X(g)+3Y (g)2Z(g)(正反應(yīng)為放熱反應(yīng)),在不同溫度、不同壓強(p1>p2)下,達到平衡時,混合氣體中Z的體積分數(shù)(Z)隨溫度變化的曲線應(yīng)為
10.在一密閉容器中,aA(g)bB(g)達到平衡后,保持溫度不變,將容器體積增大一倍,當(dāng)達到新的平衡時,B的濃度是原來的60%,則
A.平衡向正反應(yīng)方向移動了
B.物質(zhì)A的轉(zhuǎn)化率減小了
C.物質(zhì)B的質(zhì)量分數(shù)增大了
D.a>b
11.在溫度不變下,在恒壓容器a與恒容容器b中,分別充入體積比為1∶3的N2和H2。若開始時兩容器的體積相等,且在相同條件下達到平衡時,兩容器中N2的轉(zhuǎn)化率應(yīng)當(dāng)是
A.a(chǎn)中大 B.b中大 C.a(chǎn)、b中一樣大 D.無法判斷
12.恒溫條件下,將NO2裝入帶活塞的密閉容器中,當(dāng)反應(yīng)2NO2(g) N2O4(g)達到平衡后,慢慢壓縮氣體體積,下列敘述正確的是
A.若體積減小一半,則壓強為原來的兩倍
B.平衡向右移動,混合氣體顏色一定會變淺
C.若體積減小一半,壓強增大,但小于原來的兩倍
D.平衡向右移動,混合氣體密度增大
13.在一定溫度下,容器中加入CO和H2O(g)各1mol,發(fā)生反應(yīng):
CO+H2OCO2+H2,達到平衡時生成0.7mol的CO2,若其他條件不變,一開始就加入4mol H2O(g),則達到平衡可能生成的CO2是
A.0.6mol B.0.95mol C.1mol D.1.5mol
14.可逆反應(yīng)A(g)+BC(g)+D 達到平衡時,下列說法不正確的是
A.若增大A的濃度,平衡體系顏色加深,D不一定是有顏色的氣體
B.增大壓強,平衡不移動,說明B、D必定是氣體
C.升高溫度,C的百分含量減少,說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)
D.若B是氣體,增大A的濃度會使B的轉(zhuǎn)化率增大
15.在一密閉容器中充入1mol NO2,建立如下平衡:2NO2N2O4,此時NO2的轉(zhuǎn)化率為x%,在其他不變的情況下,再充入1mol NO2,待新平衡建立時測得NO2的轉(zhuǎn)化率為y%,則下列大小關(guān)系正確的是
A.x>y B.x=y C.x<y D.不能確定
16.將2molSO2和2molSO3氣體混合于容積一定的密閉容器中,在一定條件下發(fā)生反應(yīng):2SO2+O22SO3,達平衡時SO3為n mol。在相同溫度下,按下列配比在該容器中放入起始物質(zhì),達平衡時,SO3的物質(zhì)的量將大于n mol的是
A.2molSO2和1molO2
B.2molSO2、1molO2和2molSO3
C.4molSO2和1molO2
D.3molSO2、1molO2和1molSO3
17.一個真空密閉容器中盛有1molPCl5,加熱到
PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g),反應(yīng)達到平衡時PCl5的分解率為M%,若在同一溫度和同樣容器中最初投入的是2molPCl5,反應(yīng)達到平衡時PCl5的分解率為N%。M與N的關(guān)系是
A.M>N B.M>N C.M>N D.無法確定
18.在四個同樣密閉容器中發(fā)生反應(yīng):A(g)+3B(g)
19.取a molA和b molB置于V L容器內(nèi),發(fā)生反應(yīng)aA(g)+bB(g)=cC(g)+dD(g)。1min末,測得容器內(nèi)A的物質(zhì)的量濃度為x mol/L,這時B的物質(zhì)的量濃度為______mol/L,C的物質(zhì)的量濃度為______mol/L。這段時間內(nèi)反應(yīng)的速率若以物質(zhì)A的物質(zhì)的量濃度的變化來表示,應(yīng)為________mol/(L?min)。
20.一定溫度下,在一個固定容積的密閉容器中,可逆反應(yīng):A(g)+2B(g) C(g)達到平衡時,(A)=2mol?L-1,(B)=7mol?L-1,(C)=3mol?L-1。試確定B的起始濃度(B)的取值范圍是______________;若往容器中繼續(xù)注入一定量的氦氣(不參加反應(yīng)),足夠長的時間后,體系中B的物質(zhì)的量濃度_________(填“增大”、“減小”或“不變”,下同),混合氣體的密度_________。
21.在一定條件下,x A+y Bz C的反應(yīng)達到平衡。
(1)已知A、B、C都是氣體,在減壓后平衡向逆反應(yīng)方向移動,則x、y、z之間的關(guān)系是__________________;
(2)已知C是氣體,且x+y=z,在增大壓強時,如果平衡發(fā)生移動,則平衡一定向_____________移動;
(3)已知B、C是氣體,當(dāng)其他條件不變,增大A的物質(zhì)的量時,平衡不發(fā)生移動,則A是_____________態(tài)物質(zhì)。
(4)若加熱后C的質(zhì)量分數(shù)減少,則正反應(yīng)是_________(填“放熱”或“吸熱” )反應(yīng)。
22.發(fā)生反應(yīng):2SO2+O22SO3,當(dāng)此反應(yīng)進行到一定程度時,就達到了化學(xué)平衡狀態(tài)。若該容器中維持溫度不變,令a、b、c分別代表起始的SO2、O2和SO3的物質(zhì)的量,如果a、b、c取不同的數(shù)值,它們必須滿足一定的相互關(guān)系,才能保持達到平衡時,反應(yīng)混合物中三種氣體的體積分數(shù)仍跟上述平衡時完全相同。試填寫下列空白:
(1)若a=0,b=0,則c=______;
(2)若a=0.5mol,則b=________,c=_________;
(3)a、b、c取值必須滿足的一般條件是(請用兩個不同的式子表示)____________
_______________________________________。
23.有兩只密閉容器A和B。A容器有一個可以移動的活塞能使容器內(nèi)保持恒壓,B容器能保持恒容。起始時向這兩個容器中分別充入等物質(zhì)的量的體積比為2∶1的SO2和O2的混合氣體,并使A和B容積相等(如下圖所示)。在保持
(1)A容器達到平衡時所需的時間比B容器__________;平衡時A容器中SO2的轉(zhuǎn)化率比B容器_______;
(2)達到(1)所述平衡后,若向兩容器中通入數(shù)量不多的等物質(zhì)的量的氬氣,A容器中化學(xué)平衡_________移動,B容器中化學(xué)平衡__________;
(3)達到(1)所述平衡后,若向兩容器中通入等物質(zhì)的量的原反應(yīng)氣體,達到平衡時,A容器的混合氣體中SO3的體積分數(shù)_________(填“增大”、“減小”或“不變”,下同);B容器的混合氣體中SO3的體積分數(shù)_________。
【答案】
1.D 2.D 3.C 4.A 5.B 6.BC 7.BD 8.CD 9.C 10.AC 11.A 12.CD
13.B 14.B 15.C 16.BD 17.A
18.乙<丙<甲<。ㄌ崾荆簻囟仍礁撸瘜W(xué)反應(yīng)速率越快)。
19.;;。
20.3mol?L-1~13mol?L-1;不變;增大。
21.(1)x+y>z;(2)逆反應(yīng)方向;(3)固態(tài)或液態(tài);(4)放熱。
22.(1)2;(2)0.25,1.5;(3);。
23.(1)短;大;(2)向逆反應(yīng)方向;不移動;(3)不變;增大。
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