化学反应速率与化学平衡.docx
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化学反应速率与化学平衡
化学反应速率与化学平衡
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
A
A%
(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.
t
t1t
A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<0
B.T1>T2,P2>P1,m+n<P,Q<0
C.T2>T1,P2>P1,m+n<P,Q<0
D.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>P1
②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>Va
②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)
降温或减压(Δng≠0)
使用正催化剂或加压(Δng=0)
使用负催化剂或减压(Δng=0)
(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E
C.ED.A和C
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。
Z
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Ⅰ
②始00c平衡态Ⅱ
③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+
z=a
+
=1
y+
z=b
+
=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[]
A
B
C
D
H2
6
1
3.5
5
N2
2
0
1
1.5
NH3
0
4
2
1
解析2NH3N2+3H2.根据反应“一边倒”换算.
B026+1=7
C023+3.5=6.5
D021.5+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<0
B.H2+I22HI+△H<0
C.2SO32SO2+O2△H>0
D.4NH3+5O24NO+6H2O△H<0
2.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+
O2△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()
ABCD
5.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>P2
B.Q<0
C.T1>T2
D.c+d>a+b
6.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<0
B.2NO2(g)+H2O
(1)2HNO3
(1)+NO(g)+△H<0
C.4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)△H<0
D.CO2(g)+C(s)2CO(g)△H>0
7.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()
ABCD
8.在密闭容器中发生反应2SO2+O22SO2(气),起始时SO2和O2分别为20mol和10mol,达到平衡时,SO2的转化率为80%,若从SO3开始进行反应,在相同的条件下,欲使平衡时各成分的体积分数与前者相同,则起始时SO3的物质的量及SO3的转化率分别为()
A.10mol和10%B.20mol和20%
C.20mol和40%D.30mol和80%
9.右图中,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,若使a曲线变
为b曲线,可采取的措施是()
A.降低湿度B.增大Y的浓度
C.加入催化剂D.增大体系压强
10.在密闭容器中发生反应:
aX(气)+bY(气)cZ(气)+dW(气),反应达到平衡后,保持湿度不变,将气体压缩到原来的
体积,当再次达到平衡时,W的浓度为原平衡的1.8倍,下列叙述中不正确的是()
A.平衡向逆反应方向移动B.a+b<c+d
C.Z的体积分数增加D.X的转化率下降
11.在等温、等容条件下有下列气体反应:
2A(g)+2B(g)C(g)+3D(g)。
现分别从两条途径建立平衡:
Ⅰ.A和B的起始浓度均为2mol·L—1;Ⅱ.C和D的起始浓度分别为2mol·L—1和6mol·L—1.下列叙述正确的是()
A.Ⅰ和Ⅱ两途径最终达到平衡时,体系内混合气体的体积分数相同
B.Ⅰ和Ⅱ两途径最终达到平衡时,Ⅰ中A的转化率与Ⅱ中B的产率之和不为1
C.达到平衡时,Ⅰ途径的反应速率υ(A)等于Ⅱ途径的反应速率υ(A)
D.达平衡时,第Ⅰ条途径混合气体的密度为第Ⅱ条途径混合气体密度的1/2
12.对于可逆反应:
A2(g)+3B2(g)2AB3(g)+Q(Q>0),下列图像中正确的是()
(二)填空
13.在一固定容积的密闭容器中,1molHI
气体建立如下平衡2HIH2(g)+I2(g),此时
HI的转化率为25%,其它条件不变时再充入1molHI的气体,重新平衡后HI的转化率为
()23%(填“>”“<”或“=”=
14.对于吸热反应A(g)+B(g)C(g)+D(g)A的转化率与压强(P)和湿度(T)的关系如
图所示则T1、T2、T3的关系是___________.
15.在一定条件下,可逆反应A+BMc的变化如右图所示,已知坐标表示在不同湿度和
压强下生成物C在混合物中的质量分数,p为反应在T2的湿度时达到平衡后向容器加压的变化
情况,问:
(1)湿度T1_________T2(填<、>或==.
(2)正反应是_______反应(填吸热或和热).
(3)如果A、B、C均为气体,则m_______
2(填<、>或==
(4)当湿度和容积不变时,如在平衡体系中
加入一定量的某稀有气体,则体生活费的压强
_________,平衡______移动.
16.可逆反应2A(g)+B(g)nC(g)△H=Q,图甲为同温度不同压强时,混合气体中A的体积分数A%随反应时间变化的曲线;图乙为同一压强不同湿度时,混合气体中A的体积分数A%随反应时间变化的曲线试根据曲线确定
甲乙
(1)P1与P2关系___________,n______3(填<、>或==
(2)T1与T2的关系是____________,Q______0(填<、>或==
17.某化学反应2AB+D在四种不同条件下进行,B、D起始浓度为见反应物A的浓度(mol/L)B随反应时间(min)的变化情况如下表:
实验
序号
时
浓间
度
湿度
0
10
20
30
40
50
60
1
800℃
1.0
0.80
0.67
0.57
0.50
0.50
0.50
2
800℃
C2
0.60
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
3
800℃
C3
0.92
0.75
0.63
0.60
0.60
0.60
4
820℃
1.0
0.40
0.25
0.20
0.20
0.20
0.20
根据上述数据,完成下列填空:
(1)在实验1,反应在10至20分钟时间内平衡速率为_________mol(L·min).
(2)在实验2,A的初始浓度C2=________mo/L,反应经20分钟就达到平衡,可推测实验2中还隐隐约约含的条件是_________________。
(3)设实验3的反应速率为V3,实验1的反应速率为V1,则V3________V1(填>、=、<=,且C3_________1.0mol/L(填>、=、<=
(4)比较实验4和实验1,可推测该反应是__________反应(选填吸热、放热)理由是
附:
巩固练习中的第18题
18.二氧化氮在加热条件下能够分解成一氧化氮和氧气。
该反应进行到45秒时,达到平衡(NO2浓度约为0.0125mol/L)。
右图中的曲线表示二氧化氮分解反应在前25秒内的反应进程。
(1)请计算前20秒内氧气的平均生成速度:
(2)若反应延续至70秒,请在图中用实线画出25秒至70秒的反应进程曲线。
(3)若在反应开始时加入催化剂(其他条件都不变),请在图上用虚线画出加化剂后的反应进程曲线。
(4)写出该反应的化学平衡常数表达式:
____________
19.把N2和H2按1:
1(物质的量之比)混合均匀后分成四等份,分别充入A、B、C、D四个装有铁触媒的真空密闭容器中(容积不变),在保持相同湿度的条件下,四个容器相继达到化学平衡状态,分析下表数据,回答下列问题:
容器代号
A
B
C
D
平衡时混合物平均式量
16
17
平衡时N2的转化率
20%
平衡时H2的转化率
30%
(1)平衡时,______________容器中NH3所占的比例最大。
(2)达到平衡时反应速率最小的容器是___________。
(3)四个容器的压强自小到大的排列次序是______________。
三、计算题
20.将N2和H2按一定比例混合,在相同状部下其密度是H2的3.6倍,取0.5mol该混合气体通入密闭容器内,使之发生反应,并在一定条件下达到平衡,已知反应达到平衡后容器内压强是要同条件下反应前压强的0.76倍。
试求:
(1)反应前混合气体的N2和H2的体积比;
(2)达平衡时混合气体中氨的物质的量;
(3)平衡时N2的转化率。
参考答案
(一)1.D2.C3.D4.CD5.B6.B7.B8.B9.CD
10.C11.AD12.AC
(二)13.=14.T1>T2>T3
15.
(1)>
(2)放热(3)>(4)增大,不,
16.
(1)P1<P2,=
(2)T1<T2,>
17.
(1)0.013
(2)1.0,催化剂
(3)>,>(4)由吸热湿度升高时,
平衡向右移动
18.
(1)5.5×10-4mol/L-s(注:
不写单位扣分)
(2)图中实践
(3)图中虚线
k=
19.
(1)A
(2)C(3)A<D<B<C
三、20.
(1)1:
4
(2)0.12mol(3)60%
.