C.两图中阴影部分面积相等D.图Ⅱ中阴影部分面积更大
4.影响化学反应速率的因素很多,某课外兴趣小组用实验的方法探究影响化学反应速率的因素。
实验一:
利用Cu、Fe、Mg和不同浓度的硫酸(0.5mol·L-1、2mol·L-1、18.4mol·L-1),设计实验方案,研究影响反应速率的因素。
(1)甲同学的实验报告如表所示:
实验步骤
实验现象
实验结论
①取三份等体积的2mol·L-1硫酸于试管中
②分别投入大小、形状相同的Cu、Fe、Mg
反应产生气泡的速率大小:
Mg>Fe>Cu
反应物的性质越活泼,反应速率越大
该同学的实验目的是__________________,要想得出正确的实验结论,还需要控制的实验条件是________________________________________________________________________。
(2)乙同学为了能精确地研究浓度对反应速率的影响,在相同温度下利用如图所示装置进行定量实验。
完成该实验应选用的实验药品是__________,应该测定的实验数据是________________________________________________________________________。
实验二:
已知2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4===K2SO4+2MnSO4+8H2O+10CO2↑,在开始一段时间内反应速率较小,溶液褪色不明显,但反应一段时间后,溶液突然褪色,反应速率明显增大。
(3)针对上述实验现象,某同学认为该反应放热,导致溶液的温度升高,从而使反应速率增大。
从影响化学反应速率的因素看,你认为还可能是________的影响。
(4)若要用实验证明你的猜想,除酸性高锰酸钾溶液、草酸溶液外,还可以在反应开始时加入________(填字母)。
A.硫酸钾 B.硫酸锰C.氯化锰D.水
题型2 化学平衡状态及平衡和移动方向的判断
1.用氮化硅(Si3N4)陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件,能大幅度提高发动机的热效率。
工业上用化学气相沉积法制备氮化硅,其反应如下:
3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g)
Si3N4(s)+12HCl(g) ΔH=-Q(Q>0)
一定条件下,在密闭恒容的容器中,能表示上述反应达到化学平衡状态的是________(填字母)。
a.3v逆(N2)=v正(H2)b.v正(HCl)=4v正(SiCl4)
c.混合气体密度保持不变d.c(N2)∶c(H2)∶c(HCl)=1∶3∶6
2.将BaO2放入密闭的真空容器中,反应2BaO2(s)2BaO(s)+O2(g)达到平衡。
保持温度不变,缩小容器容积,体系重新达到平衡,下列说法正确的是( )
A.平衡常数减小B.BaO量不变C.氧气压强增大D.BaO2量增加
3.在恒容密闭容器中通入X并发生反应:
2X(g)Y(g),温度T1、T2下X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图所示。
下列叙述正确的是( )
A.该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量
B.T2下,在0~t1时间内,v(Y)=
mol·L-1·min-1
C.M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆
D.M点时再加入一定量X,平衡后X的转化率减小
1.化学平衡状态的判断方法
指导思想:
选定反应中的“变量”,即随反应进行而变化的量,当“变量”不再变化时,反应已达平衡。
(1)直接判断依据
(2)间接判断依据
①对于有有色气体存在的反应体系,如2NO2(g)N2O4(g)等,若体系的颜色不再发生改变,则反应已达平衡状态。
②对于有气体存在且反应前后气体的物质的量发生改变的反应,如N2(g)+3H2(g)
2NH3(g),若反应体系的压强不再发生变化或平均相对分子质量不再变化,则说明反应已达平衡状态。
注意:
对有气体存在且反应前后气体的物质的量不发生改变的反应如:
2HI(g)H2(g)+I2(g),反应过程中的任何时刻体系的压强、气体的物质的量、平均相对分子质量都不变,故体系压强、气体的物质的量、平均相对分子质量不变均不能说明反应已达平衡状态。
2.分析化学平衡移动的一般思路
(一)平衡状态的建立
1.下列说法可以证明H2(g)+I2(g)2HI(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 ③百分含量w(HI)=w(I2) ④反应速率v(H2)=v(I2)=
v(HI) ⑤c(HI)∶c(H2)∶c(I2)=2∶1∶1 ⑥温度和体积一定时,某一生成物浓度不再变化 ⑦温度和体积一定时,容器内压强不再变化 ⑧条件一定,混合气体的平均相对分子质量不再变化 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,混合气体的密度不再变化
A.①②③④B.②⑥⑨C.②⑥⑨⑩D.③⑤⑥⑦⑧
2.将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒容容器中(固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:
NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。
判断该分解反应已经达到化学平衡的是( )
A.2v(NH3)=v(CO2)B.密闭容器中c(NH3)∶c(CO2)=2∶1
C.密闭容器中混合气体的密度不变D.密闭容器中氨气的体积分数不变
(二)平衡移动方向和结果的判定
3.在某恒温、恒容的密闭容器内发生反应:
2NO2(g)2NO(g)+O2(g) ΔH>0,开始时充入2molNO2并达到平衡,下列说法正确的是( )
A.再充入2molNO2,平衡正向移动,O2的体积分数增大
B.升高温度,O2的体积分数减小
C.增大压强,化学平衡逆向移动,NO2的体积分数增大
D.再充入1molO2,NO2的体积分数增大
4.下列说法正确的是( )
A.工业生产硫酸中采用高温可提高二氧化硫的转化率
B.合成氨工业中,适当高的温度既可以提高反应速率,又可以使催化剂的活性最大
C.用氢氧化钠溶液吸收二氧化碳气体,升高温度可使吸收速率加快
D.酯化反应是一个可逆的吸热反应,故温度越高越有利于生成酯
5.将等物质的量的X、Y气体充入某密闭容器中,一定条件下,发生如下反应并达到平衡:
X(g)+3Y(g)2Z(g) ΔH<0。
改变某个条件并维持新条件直至达到新的平衡,下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是( )
选项
改变的条件
新平衡与原平衡比较
A
升高温度
X的转化率变小
B
增大压强
X的浓度变小
C
充入一定量Y
Y的转化率增大
D
使用适当催化剂
X的体积分数变小
题型3 用平衡常数和转化率定量研究化学反应的限度
1.已知t℃时,反应FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)的平衡常数K=0.25。
①t℃时,反应达到平衡时n(CO)∶n(CO2)=______。
②若在1L密闭容器中加入0.02molFeO(s),并通入xmolCO,t℃时反应达到平衡。
此时FeO(s)转化率为50%,则x=________。
2.硝基苯甲酸乙酯在OH-存在下发生水解反应:
O2NC6H4COOC2H5+OH-O2NC6H4COO-+C2H5OH
两种反应物的初始浓度均为0.050mol·L-1,15℃时测得O2NC6H4COOC2H5的转化率α随时间变化的数据如表所示。
回答下列问题:
t/s
0
120
180
240
330
530
600
700
800
α/%
0
33.0
41.8
48.8
58.0
69.0
70.4
71.0
71.0
(1)列式计算该反应在120~180s与180~240s区间的平均反应速率____________、____________;比较两者大小可得出的结论是____________________。
(2)列式计算15℃时该反应的平衡常数____________。
(3)为提高O2NC6H4COOC2H5的平衡转化率,除可适当控制反应温度外,还可采取的措施有____________________________________(要求写出两条)。
3.研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时,涉及如下反应:
2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g) K1 ΔH1<0(Ⅰ)
2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g) K2 ΔH2<0(Ⅱ)
(1)4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数K=________________(用K1、K2表示)。
(2)为研究不同条件对反应(Ⅱ)的影响,在恒温条件下,向2L恒容密闭容器中加入0.2molNO和0.1molCl2,10min时反应(Ⅱ)达到平衡。
测得10min内v(ClNO)=7.5×10-3mol·L-1·min-1,则平衡后n(Cl2)=______mol,NO的转化率α1=______。
其他条件保持不变,反应(Ⅱ)在恒压条件下进行,平衡时NO的转化率α2____α1(填“>”“<”或“=”),平衡常数K2________(填“增大”“减小”或“不变”)。
若要使K2减小,可采取的措施是____________。
1.化学平衡计算的基本模式——平衡“三步曲”
根据反应进行(或移动)的方向,设定某反应物消耗的量,然后列式求解。
例:
mA + nB pC + qD
起始量:
ab00
变化量:
mxnxpxqx
平衡量:
a-mxb-nxpxqx
注意:
①变化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例;
②这里a、b可指:
物质的量、浓度、体积等;
③弄清起始浓度、平衡浓度、平衡转化率三者之间的互换关系;
④在使用平衡常数时,要注意反应物或生成物的状态。
2.极限思维模式——“一边倒”思想
极限思维有如下口诀:
始转平,平转始,欲求范围找极值。
例:
mA + nB pC
起始:
abc
转化极限:
a
a
a
平衡极限:
0b-
ac+
a
3.转化率计算公式
转化率α=
×100%。
(一)平衡常数及转化率含义的理解
1.对于可逆反应,下列说法正确的是( )
A.化学平衡常数只与温度有关B.升高温度,化学平衡常数一定增大
C.正反应的化学平衡常数与逆反应的化学平衡常数一定不相等
D.增大反应物浓度,化学平衡常数可能增大
2.已知可逆反应:
2N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(g) ΔH>0。
下列有关说法正确的是
A.加压有利于化学平衡向正反应方向移动
B.该反应的化学平衡常数表达式为K=
C.升高温度可缩短反应达平衡的时间但不能提高平衡转化率
D.使用催化剂可缩短反应达平衡的时间但不能提高平衡转化率
3.一定条件下,通过下列反应可以制备特种陶瓷的原料MgO:
MgSO4(s)+CO(g)MgO(s)+CO2(g)+SO2(g)ΔH>0
该反应在恒容的密闭容器中达到平衡后,若仅改变图中横坐标x的值,重新达到平衡后,纵坐标y随x变化趋势合理的是( )
选项
x
y
A
温度
容器内混合气体的密度
B
CO的物质的量
CO2与CO的物质的量之比
C
SO2的浓度
平衡常数K
D
MgSO4的质量
(忽略体积)
CO的转化率
(二)平衡常数及转化率的简单计算
4.相同温度下,体积均为0.25L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.6kJ·mol-1。
实验测得起始、平衡时的有关数据如下表所示:
容器
编号
起始时各物质的物质
的量/mol
达到平衡时体系能量的变化
N2
H2
NH3
①
1
3
0
放出热量:
23.15kJ
②
0.9
2.7
0.2
放出热量:
Q
下列叙述错误的是( )
A.容器①、②中反应的平衡常数相等
B.平衡时,两个容器中NH3的体积分数均为
C.容器②中达到平衡时放出的热量Q=23.15kJ
D.若容器①的体积为0.5L,则平衡时放出的热量小于23.15kJ
5.容积均为1L的甲、乙两个恒容容器中,分别充入2molA、2molB和1molA、1molB,相同条件下,发生下列反应:
A(g)+B(g)xC(g) ΔH<0。
测得两容器中c(A)随时间t的变化如图所示,下列说法不正确的是( )
A.x=1
B.此条件下,该反应的平衡常数K=4
C.给乙容器升温可缩短反应达平衡的时间但不能提高平衡转化率
D.甲和乙中B的平衡转化率相等
6.CH4和H2O(g)在催化剂表面发生反应CH4+H2OCO+3H2,该反应在不同温度下的化学平衡常数如下表:
温度/℃
800
1000
1200
1400
平衡常数
0.45
1.92
276.5
1771.5
(1)该反应是________(选填“吸热”或“放热”)反应。
(2)T℃时,向1L密闭容器中投入1molCH4和1molH2O(g),平衡时c(CH4)=0.5mol·L-1,该温度下反应CH4+H2OCO+3H2的平衡常数K=__________。
(3)T℃时,向1L密闭容器中投入2molCH4、1molH2O(g)、1molCO、2molH2,则反应的正反应速率________(填“<”、“>”或“=”)逆反应速率。
题型4 以图像为载体的化学反应速率和平衡的综合考查
1.臭氧是理想的烟气脱硝试剂,其脱硝反应为2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g),若反应在恒容密闭容器中进行,下列由该反应相关图像作出的判断正确的是( )
A
升高温度,平衡常数减小
B
0~3s内,反应速率为v(NO2)=0.2mol·L-1
C
t1时仅加入催化剂,平衡正向移动
D
达平衡时,仅改变x,则x为c(O2)
2.在容积为1.00L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g)2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。
回答下列问题:
(1)反应的ΔH______0(填“大于”或“小于”);100℃时,体系中各物质浓度随时间变化如上图所示。
在0~60s时段,反应速率v(N2O4)为__________________mol·L-1·s-1;反应的平衡常数K1为________________。
(2)100℃时达平衡后,改变反应温度为T,c(N2O4)以0.0020mol·L-1·s-1的平均速率降低,经10s又达到平衡。
①T________100℃(填“大于”或“小于”),判断理由是_________________。
②列式计算温度T时反应的平衡常数K2_______________________________。
(3)温度T时反应达平衡后,将反应容器的容积减少一半,平衡向_____