化学反应速率和化学平衡 专题复习.docx

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化学反应速率和化学平衡专题复习

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　　一、化学反应速率

　　1、概念：

用来衡量化学反应进行快慢的物理量，通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。

即单位时间内浓度的变化量。

（浓度为物质的量浓度）

　　2、表示方法：

3、单位：

mol/（L·s）；mol/（L·min）

4、速率为平均速率，非瞬时速率。

5、同一化学反应，可以用不同物质的浓度变化量来表示该反应的反应速率，其数值不一定相同，但意义相同。

6、同一化学反应用不同的物质表示该反应的化学反应速率时，其化学反应速率之比等于对应物质的化学计量数之比。

例：

2A（g）+3B（g）

C（g）+4D（g）ν（A）:

ν（B）:

ν（C）:

ν（D）=2：

3：

1：

4

7、起始浓度不一定按比例，但是转化浓度一定按比例。

8、固体和纯液体的浓度视为常数（保持不变），因此，它们的化学反应速率也视为常数。

思考：

为什么速率之比等于计量数之比？

【例1】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V（X）（反应物的消耗速率或产物的生成速率）可表示为（）

A．V（NH3）=0.010B．V（O2）=0.001

C．V（NO）=0.001D．V（H2O）=0.045答案：

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。

思考：

如何判断不同物质表示的同一反应的反应速率的大小？

【例2】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。

∵△n（X）=1.0mol-0.7mol=0.3mol

△n（Y）=1.0mol-0.9mol=0.1mol

△n（Z）=0.2mol-0mol=0.2mol

∴反应方程式为：

3X+Y＝2Z。

　　二、影响化学反应速率的因素

　　1．内因：

反应物本身的性质（如：

硫在空气中和在氧气中燃烧的速率明显不同）。

　　2．外因：

（1）浓度：

浓度大，分子之间碰撞机会增大，发生化学反应的几率加大，化学反应速率就快；因此，化学反应速率与浓度有密切的关系，浓度越大，化学反应速率越快。

增大反应物的浓度，正反应速率加快。

（2）温度：

温度越高，反应速率越快（正逆反应速率都加快）。

　　（3）压强：

对于有气体参与的化学反应，反应体系的压强增大，反应速率增大（正逆反应速率都增大）。

　　说明：

压强的改变是通过改变反应体系的浓度起作用的，如：

①缩小或增大反应体系的容积；②保持容积不变时向反应体系中加入反应物或减少反应物等。

但：

若保持体系容积不变，向反应体系加入惰性气体时化学反应速率不变。

（4）催化剂：

改变化学反应速率（对于可逆反应使用催化剂可以同等程度地改变正逆反应速率）。

思考：

1、如何用有效碰撞理论来解释以上结论。

2、归纳中学学习过的催化剂。

【例3】（2010全国卷1）27.（15分）在溶液中，反应A+2B

C分别在三种不同实验条件下进行，它们的起始浓度均为c（A）=0.100mol/L、c（B）=0.100mol/L及c（C）=0mol/L。

反应物A的浓度随时间的变化如下图所示。

请回答下列问题：

（1）与①比较，②和③分别仅改变一种反应条件。

所改变的条件和判断的理由是：

②_______________；

③_______________；

（2）实验②平衡时B的转化率为____；实验③平衡时C的浓度为_____；

（3）该反应的

___0，判断其理由是___________________；

（4）该反应进行到4.0min时的平均反应速度率：

实验②：

=；实验③：

=_______。

【解析】

（1）②使用了（正）催化剂；理由：

因为从图像可看出，两者最终的平衡浓度相同，即最终的平衡状态相同，而②比①所需要的时间短，显然反应速率加快了，故由影响反应速率和影响平衡的因素可知是加入（正）催化剂；③升高温度；理由：

因为该反应是在溶液中进行的反应，所以不可能是改变压强引起速率的改变，又由于各物质起始浓度相同，故不可能是改变浓度影响反应速率，再由于③和①相比达平衡所需时间短，平衡时浓度更小，故不可能是改用催化剂，而只能是升高温度来影响反应速率的

（2）不妨令溶液为1L，则②中达平衡时A转化了0.04mol，由反应计量数可知B转化了0.08mol，所以B转化率为

；同样在③中A转化了0.06mol，则生成C为0.06mol,体积不变，即平衡时C（c）=0.06mol/L

（3）△H﹥0；理由：

由③和①进行对比可知升高温度后A的平衡浓度减小，即A的转化率升高，平衡向正方向移动，而升温是向吸热的方向移动，所以正反应是吸热反应，△H﹥0

（4）从图上读数，进行到4.0min时，实验②的A的浓度为：

0.072mol/L,则△C（A）=0.10-0.072=0.028mol/L，

∴

=2

=0.014mol（L·min）-1；进行到4.0mi实验③的A的浓度为：

0.064mol/L：

△C（A,）=0.10-0.064=0.036mol/L，

∴

=

=0.0089mol（L·min）-1

【答案】

（1）②加催化剂；达到平衡的时间缩短，平衡时A的浓度未变

③温度升高；达到平衡的时间缩短，平衡时A的浓度减小

（2）40%（或0.4）；0.06mol/L；（3）﹥；升高温度向正方向移动，故该反应是吸热反应

（4）0.014mol（L·min）-1；0.008mol（L·min）-1

　　三、化学平衡的概念

　　一定条件下的可逆反应，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度（量）保持不变的状态叫做化学平衡状态。

　　可逆反应中旧化学平衡的破坏、新化学平衡的建立过程叫做化学平衡的移动。

要从以下几个方面理解化学平衡：

1、逆：

化学平衡研究的对象是可逆反应。

　　2、等：

处于密闭体系的可逆反应，化学平衡状态建立的条件是正反应速率和逆反应速率相等，即v（正）＝v（逆）≠0。

这是可逆反应达到平衡状态的本质。

　　3、定：

当一定条件下可逆反应一旦达到平衡（可逆反应进行到最大程度）状态时，在平衡体系的混合物中，各组分的含量（即反应物与生成物的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数等）保持不变（即不随时间的改变而改变）。

这是判断体系是否处于化学平衡状态的重要特征。

　　4、动：

指化学反应达化学平衡状态时，反应并没有停止，实际上正反应与逆反应始终在进行，且正反应速率等于逆反应速率，所以化学平衡状态是动态平衡状态。

　　5、变：

任何化学平衡状态均是暂时的、相对的、有条件的（与浓度、压强、温度等有关），而与达到平衡的过程无关（化学平衡状态既可从正反应方向开始而达到平衡，也可以从逆反应方向开始而达到平衡）。

当外界条件变化时，原来的化学平衡被打破，在新的条件下建立起新的化学平衡。

6、径：

化学平衡状态的建立与途径无关。

无论从正反应、还是从逆反应方向建立，只要条件相同均能达到同一平衡状态（等效平衡）。

四、平衡标志：

1、如何理解V（正）＝V（逆）

例如，一定条件下，可逆反应N2＋3H2

2NH3，对该可逆反应，表示正、逆反应速率可以用N2或H2或NH3来表示：

（转化为同一物质来理解）

（1）单位时间内，有1molN2反应掉，同时有1molN2生成

（2）单位时间内，有3molH2反应掉，同时有2molNH3反应掉

（3）单位时间内，有1molN2生成，同时有2molNH3生成

以上均表示V（正）＝V（逆）

2、判断化学平衡状态的标志：

（1）任何情况下均可作为标志的：

　　①υ正＝υ逆（同一种物质）；

　　②某反应物的消耗（或生成）速率：

某生成物的消耗（或生成）速率＝化学计量数之比；

　　③各组分含量（百分含量、物质的量、质量等）不随时间变化。

（2）在一定条件下可作为标志的：

　　①对于有色物质参加或生成的可逆反应，颜色不再变化；

　　②对于有气态物质参加或生成的可逆反应，若反应前后气体的物质的量变化不为0，恒温恒容，混合气体平均相对分子质量M和总压p不变；

　　③对于绝热体系，体系的温度不变。

　　（3）不能作为判断标志的：

　　①各物质的物质的量或浓度变化或反应速率之比＝化学计量数之比；

　　②对于有气态物质参加或生成的可逆反应，若反应前后气体的物质的量变化为0，恒温恒容，混合气体平均相对分子质量M和总压p不变。

反应

mA（g）+nB（g）

pC（g）+qD（g）

是否平衡

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分数一定

平衡

②各物质的质量或各物质的质量分数一定

平衡

③各气体的体积或体积分数一定

平衡

④总压强、总体积、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

平衡

②在单位时间内消耗了nmolB同时生成pmolC

不一定平衡

③vA:

vB:

vC:

vD=m:

n:

p:

q

不一定平衡

④在单位时间内生成了nmolB同时消耗qmolD

不一定平衡

总压强

①m+n≠p+q时，总压强一定（其它条件一定）

平衡

②m+n=p+q时，总压强一定（其它条件一定）

不一定平衡

混合气体的平均分子量

①m+n≠p+q时，混合气体的平均相对分子质量一定

平衡

②m+n=p+q时，混合气体的平均相对分子质量一定

不一定平衡

温度

绝热体系的温度不再变化

平衡

密度

恒温恒容体系中混合气体的密度一定

不一定平衡

颜色

有色物质参加或生成的可逆反应，颜色不再变化

平衡

【例】下列方法中可以证明2HI（g）

H2（g）+I2（g）已达平衡状态的是：

①单位时间内生成nmolH2的同时生成nmolHI

②一个H－H键断裂的同时有两个H－I键断裂

③百分组成HI%=I2%

④反应速率V（H2）=V（I2）=1/2V（HI）时

⑤〔HI〕∶〔H2〕∶〔I2〕=2∶2∶1时

⑥温度和体积一定时，某一生成物的浓度不再变化

⑦温度和体积一定时，容器内压强不再变化

⑧条件一定时，混合气体的平均相对分子质量不在变化

⑨温度和体积一定时，混合气体颜色不再变化

⑩温度和压强一定时，混合气体密度不再变化

解析：

①不能证明V正=V逆错误。

②表明V正=V逆，正确。

③百分组成表明的是浓度，只能说不变，不能说相等，错误。

④不能表明正逆反应速率相等，错误。

⑤浓度应说不变，不能说相等，错误。

⑥浓度不变说明已达平衡，正确。

⑦此反应前后体积相等，温度和体积一定时，压强不变时，某组分的浓度可能变化，错误。

⑧此反应前后体积相等，质量守恒，相对分子质量不变，不能表明平衡

⑨混合气体颜色不变，浓度不变，证明已达平衡

⑩反应前后体积相等，温度和压强一定时，体积不变，质量守恒，密度不变不能说明已达平衡。

答案：

②⑥⑨

在上述⑥－⑩的说法中能说明2NO2

N2O4达到平衡状态是：

答案：

⑥⑦⑧⑨⑩

五、化学平衡的有关计算

1．基本公式：

　　①m＝ρV；②m＝nM；③气体方程：

pV＝nRT。

（其中：

m为质量，V为体积，ρ为密度，n为物质的量，M为摩尔质量，p为气体的压强，T为绝对温度，R为常数）

　　导出公式：

pM＝ρRT即：

M1/M2=ρ1/ρ2

　　转化率（只针对反应物而言）：

　　反应物的转化率＝反应物转化的物质的量（或体积、浓度）/反应物起始的物质的量（或体积、浓度）×100%

思考：

产率？

2．化学平衡常数：

　　对于可逆反应mA（g）+nB（g）

pC（g）+qD（g），在一定温度下达到平衡，其平衡常数的表达式：

注意：

①纯固体或纯液体的浓度为一定值，不列入平衡常数的表达式中。

　　②任何一个平衡常数表达式必须和具体的化学反应方程式相匹配。

对于同一化学反应，由于方程式书写形式不同，其平衡常数表达式也会相应改变。

不同书写形式的平衡常数，虽然数值不同，但实际含义相同。

　　K值的意义：

表示可逆反应的限度，K值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，它的正向反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，反应物转化率越大；反之，就越不完全，转化率就越小。

一般认为K＞105时，该反应进行得基本完全。

　　影响K值的外界因素只有温度，与反应物或生成物的浓度变化无关。

　　通常使用三段式法（起始、转化、平衡）进行有关转化率与平衡常数的计算。

（1）化学平衡计算的基本方法是“始”、“变”、“平”三段分析法。

如：

　　　　　mA（g）+nB（g）

pC（g）+qD（g）

起始：

　　a　　b　　　　　0　　　0

转化：

　　—x　

平衡：

　a—x　　

说明：

（1）a、b表示反应物的物质的量或反应物的浓度或同温同压下气体的体积

（2）化学平衡计算中用到的基本关系与定律：

　　①各物质变化浓度之比＝方程式中的化学计量数之比；

　　②反应物转化率＝其消耗浓度与起始浓度之比；

　　③平衡时某组分体积分数＝该组分在平衡混合物中的物质的量的分数；

　　④阿伏加德罗定律及其推论。

（3）同一物质参与两个化学平衡的计算：

要利用“同一物质”在反应②中的起始浓度＝反应①中的平衡浓度的关系，进行两次三段分析或逆向推算。

例：

（2008新课标12）．将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：

①NH4I（s）

NH3（g）＋HI（g）；②2HI（g）

H2（g）＋I2（g）。

达到平衡时，c（H2）＝0.5mol·L-1，c（HI）＝4mol·L-1，则此温度下反应①的平衡常数为（）

A．9B．16C．20D．25

【解析】求①的平衡常数的关键是求氨气的平衡浓度，若碘化氢不分解时，NH3（g）和HI（g）的平衡浓度是相等的，因此2c（H2）与容器中平衡浓度c（HI）之和即为氨气的平衡浓度5mol·L-1，故此温度下反应①的平衡常数为20。

答案：

C

（4）改变平衡条件时，气体的平均相对分子质量（

）变化的规律：

　　①体系中若全为气体，据

直接判断；

　　②体系中若有固体或液体，当气体的物质的量不变时，据上式判断；当气体的物质的量改变时，则须根据混合气体中各组分气体体积比计算。

思考：

C（s）+H2O（g）

CO（g）+H2（g）平均相对分子质量计算的具体方法。

【例】［2012·海南化学卷15］（9分）已知A（g）+B（g）

C（g）+D（g）反应的平衡常数和温度的关系如下：

|温度/℃

700

900

830

1000

1200

平衡常数

1.7

1.1

1.0

0.6

0.4

回答下列问题：

（1）该反应的平衡常数表达式K=，△H0（填“<”“>”“=”）；

（2）830℃时，向一个5L的密闭容器中充入0.20mol的A和0.80mol的B，如反应初始6s内A的平均反应速率v（A）=0．003mol·L-1·s-1。

，则6s时c（A）=mol·L-1，C的物质的量为mol；若反应经一段时间后，达到平衡时A的转化率为，如果这时向该密闭容器中再充入1mol氩气，平衡时A的转化率为；

（3）判断该反应是否达到平衡的依据为（填正确选项前的字母）：

a．压强不随时间改变b.气体的密度不随时间改变

c.c（A）不随时间改变d.单位时间里生成C和D的物质的量相等

（4）1200℃时反应C（g）+D（g）

A（g）+B（g）的平衡常数的值为。

【答案】

（1）

<

（2）0.022mol·L-10.09mol80%80%（3）c（4）2.5

【解析】

（1）因反应中的物质都是气体，据平衡常数的定义可知其K=

；由表中数据可知，温度升高，K值减小，说明升高温度向吸热的逆反应方向移动，故正反应为放热反应，即ΔH<0。

（2）υ（A）=0.003mol·L-1·s-1，则6s后A减少的浓度c（A）=υ（A）t=0.018mol·L-1，故剩余的A的浓度为

-0.018mol·L-1=0.022mol·L-1；A减少的物质的量为0.018mol·L-1×5L=0.09mol，根据方程式的系数关系，生成的C的物质的量也为0.09mol。

设830℃达平衡时，转化的A的浓度为x，则：

　　　　　　　　A（g）+B（g）

C（g）+D（g）

起始浓度（mol·L－1）0.040.16　　　0　　0

转化浓度（mol·L－1）x　　x　　　x　　x

平衡浓度（mol·L－1）0.04－x　0.16－x　x　　x

有：

=1，解得x=0.032，故A的转化率α（A）＝

×100%＝80%；由于容器的体积是固定的，通入氩气后各组分的浓度不变，反应速率不改变，平衡不移动。

（3）由于该反应是气体分子数不变的反应，容器中压强、气体的密度都永远不变，故a、b错；c（A）随反应的进行要减小，故c可以；不论是否达平衡，单位时间里生成C和D的物质的量永远相等，故d错。

（4）反应“C（g）+D（g）

A（g）+B（g）”与“A（g）+B（g）

C（g）+D（g）”互为逆反应，平衡常数互为倒数关系，故1200℃时，C（g）+D（g）

A（g）+B（g）的K=

=2.5。

六、等效平衡：

在一定条件下（恒温恒容或恒温恒压），对同一可逆反应，只要起始时加入物质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质的含量相同，这样的平衡称为等效平衡。

思考：

如何理解“含量”？

此类平衡有以下规律：

　　1．在恒温恒容条件下

　　⑴对于两边气体分子数不相等的可逆反应，只改变起始时加入物质的物质的量，如果通过可逆反应的化学计量数换算成方程式同一半边的物质时物质的量与起始所给物质对应相同，则两平衡等效。

　　⑵对于反应前后气体分子数相等的可逆反应，只要反应物（或生成物）的物质的量的比例与起始所给物质的比例对应相同，则两平衡等效。

　　2．在恒温恒压下，改变起始时加入物质的物质的量，只要按化学计量数换算成方程式同一半边的物质的物质的量时与起始所给物质对应成比例，则达平衡后与原平衡等效。

1、恒温、恒容条件下建立等效平衡

【例】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＋1molD

C．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。

2、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1】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．m>nB．m

【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。

【例2】在一密闭的容器中充入2molA和1molB发生反应：

2A（g）＋B（g）

xC（g），达到平衡后，C的体积分数为w％；若维持容器的容积和温度不变，按起始物质的量A：

0.6mol、B：

0.3mol、C：

1.4mol充入容器，达到平衡后，C的体积分数仍为w％，则x的值为（）

A．只能为2B．只能为3

C．可能为2，也可能为3D．无法确定

【点拨】这是一道关于在恒温恒容条件下的等效平衡问题，应该包括两种情况。

若x等于3，则这一反应是一个前后气体体积不变的类型，因此只要满足第二种投料方式中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第一种投料方式相等即可达到等效平衡。

若x不等于3，则须满足第二种投料方式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第一种投料方式完全相等，才能使二平衡等效。

答案为C。

【综合】［2012·天津理综化学卷6］已知2SO2（g）+O2（g）

2SO3（g）；ΔH＝－197kJ·mol－1。

向同温、同体积的三个密闭容器中分别充入气体：

（甲）2molSO2和1molO2；（乙）1molSO2和0.5molO2；（丙）2molSO3。

恒温、恒容下反应达平衡时，下列关系一定正确的是（）

A．容器内压强P：

P甲＝P丙>2P乙B．SO3的质量m：

m甲＝m丙>2m乙

C．c（SO2）与c（O2）之比k：

k甲＝k丙>k乙

D．反应放出或吸收热量的数值Q：

Q甲＝Q丙>2Q乙

答案：

B　甲和丙达到的平衡是同种平衡，所以压强p甲＝p丙，SO3的质量m甲＝m丙，乙可看做是甲达平衡后，取出一半物质，浓度变为原来的1/2，压强降为原来的1/2后形成的，平衡向气体增多的方向移动，压强在减小后的基础上增大，SO3的量减小，所以2p乙＞p甲，SO3质量2m乙＜m甲，A项错误，B项正确；在三个过程中，甲、乙中SO2和O2投料比为2∶1，又按照2∶1反应，而丙中SO2和O2按2∶1生成，所以三者达平衡时SO2和O2的浓度比均为2∶1，C项错误；甲和丙达平衡时生成的SO3和分解的SO3物质的量不一定相等（Q甲+Q丙=197），所以吸放热数值不一定相等，D项错误。

3、恒温、恒压条件下建立等效平衡

【例】在一个盛有催化剂容积可变的