5化学反应速率化学平衡.docx
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5化学反应速率化学平衡
化学反应速率 化学平衡
一、复习策略
（一）复习要点阐述
1、化学反应速率的概念及简单计算
化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的物理量，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，单位常用mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1等来表示。
计算公式：
。
（1）上述反应速率是某一段时间内的平均反应速率，而不是某一时刻的瞬时反应速率。
△t越小，则在这段时间内发生的浓度变化的快慢就越能反应真实的化学反应速率。
（2）由于物质间严格按照一定的量的关系相互反应，因此一个化学反应在同一时间间隔内的各物质的浓度变化不一定相等，所以同一反应在同一时间间隔内的反应速率如果用不同物质的浓度变化来表示时，其数值也不一定相等，但是这些数值所表示的意义是相同的。
（3）同一反应中各物质的反应速率之比等于其化学方程式中相应化学计量数之比。
2、影响化学反应速率的因素
（1）浓度：
当其他条件不变时，增大反应物浓度可以增大化学反应速率。
（2）压强：
对有气体参加或有气体生成的反应，当其他条件不变时，增大压强可以加快化学反应速率。
（3）温度：
当其他条件不变时，升高温度一般都能使反应速率增大。
（4）催化剂：
使用催化剂能大大加快化学反应速率。
对于可逆反应，催化剂能同等倍数增大正逆反应速率。
3、用活化分子及有效碰撞的理论解释外界条件的改变对化学反应速率的影响
改变外界条件
反应物中活化分子的百分数
单位体积内活化分子的数目
其他条件不变时，增加反应物浓度
不变
增多
有气体参加或有气体生成的反应，其他条件不变时，增大压强
不变
增多
其他条件不变时，升高反应温度
增大
增多
其他条件不变时，使用催化剂
增大
增多
4、化学平衡状态的概念及特征
（1）化学平衡研究的对象：
一定条件下的可逆反应。
（2）化学平衡状态：
指在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
（3）化学平衡的特征——“动”、“定”、“变”。
动：
化学平衡是动态平衡：
v正=v逆≠0。
定：
当v正=v逆时，反应混合物中各组分浓度不再改变，保持一定。
变：
当改变影响化学平衡状态的某一条件时，原有的平衡状态被破坏，在新的条件下建立新的平衡状态，即平衡发生移动。
5、判断化学平衡的标志
（1）直接方法：
①速率：
v正=v逆≠0。
②混合物中各组分的浓度保持不变。
（2）间接方法：
对反应前后气体总体积发生改变的反应，若混合气体的总压强、总体积、总物质的量不随时间的变化而变化则可作为达到化学平衡的判断依据。
6、等效平衡状态
（1）等效平衡的概念
外界条件相同时，可逆反应只要起始浓度相当，无论经过何种途径，都可以达到相同的平衡状态。
即等效平衡状态。
这里所说的外界条件是指温度和压强。
这里所说的起始浓度相当，是指①起始物浓度完全相同（例如恒温恒容条件下反应前后气体体积之和发生变化的可逆反应）；②相应起始物浓度成比例（例如恒温恒压条件下反应前后气体体积之和不变的可逆反应），无论经过何种途径是指反应无论是从正反应开始还是从逆反应开始这两种途径。
（2）等效平衡的类型
①等温等容条件下的等效平衡用图可表示为
a．反应前后气体体积之和发生变化的可逆反应
指出：
①极限转换法之目的：
就是为与原投料方式保持一致。
②极限转换之方法：
将现投料方式中某一指定物起始物质的量100%转换为目标反应途径中相应物质。
③极限转换法就是将现投料方式转换为原投料方式。
因Ⅰ、Ⅱ两投料方式均在等温等容条件下达到化学平衡状态，所以有：
指出：
上述关系式表明：
欲使投料Ⅱ与投料Ⅰ在等温等容条件下达到等效平衡则状态Ⅱ通过极值转换后相应反应物物质的量必须与原状态Ⅰ完全保持一致。
b．反应前后气体体积之和不变的可逆反应
强调：
现欲使（Ⅰ）（Ⅱ）在等温等压条件下建立等效平衡则必须满足：
结论：
在恒温恒容条件下：
（1）如果是反应前后气体体积之和不相等的可逆反应不论以何种方式投料，经极值转换后的投料方式必须和原投料方式完全相同才能与原平衡等效。
（2）如果是反应前后气体体积之和相等的可逆反应不论以何种方式投料，经极值转换后，只要相应反应物物质的量成比例即与原平衡等效。
练1、在恒温恒容条件下，判断下列状态Ⅰ和Ⅱ是否为等效平衡：
转换后，Ⅰ和Ⅱ起始投料完全相同，故Ⅰ和Ⅱ等效。
练2、在恒温恒容条件下，判断状态Ⅰ和Ⅱ是否为等效平衡：
结论：
经极值转换后Ⅰ和Ⅱ中相应反应物投料物质的量不相同，仅成比例，故Ⅰ和Ⅱ不等效。
设问：
（Ⅱ）和（Ⅰ）相应反应物投料成比例为什么不能建立同一等效平衡呢？
讲解：
（Ⅱ）相当于在同一容器中在投料（Ⅰ）的基础上将相应物质浓度扩大了1倍，则化学平衡将向气体体积缩小的方向移动即正向移动，即与原平衡不等效。
欲使（Ⅱ）与（Ⅰ）等效，则（Ⅱ）经极值转换后必须与（Ⅰ）投料量完全一致方能建立等效平衡，否则将导致平衡移动与原平衡不等效。
练3、在等温等容条件下判断下列状态Ⅰ和Ⅱ是否为等效平衡。
讲解：
Ⅱ相当于在同一容器中在投料Ⅰ的基础上将相应物质浓度扩大了1倍，相当于增大压强，因上述反应是一个反应前后气体体积之和不变的反应，故增大压强平衡不移动，因此Ⅰ和Ⅱ为同一平衡状态，即Ⅰ和Ⅱ等效。
（2）等温等压条件下的等效平衡
恒温恒压：
为维持压强不变必须改变体积。
1L
2L
因Ⅰ和Ⅱ达化学平衡状态时各组份浓度相等，故Ⅰ和Ⅱ为等效平衡。
结论：
在恒温恒压条件下，无论是反应前后气体体积之和相等或不等的可逆反应，只要将加料量转化到与原始投料方式相同的物质上时能与之成比例即可与原平衡建立等效平衡。
（3）绝对等效平衡
在一定条件下（等温等容或等温等压）对同一可逆反应按不同投料方式达到化学平衡状态时，若各组分的物质的量完全相同，则称之为绝对等效平衡状态。
如：
（4）相对等效平衡
在一定条件下（等温等容或等温等压）对同一可逆反应按不同投料方式达到化学平衡状态时，若各组分的物质的量分数（或体积分数）完全相同，则移之为相对等效平衡状态。
（但平衡混合物中各组分的物质的量不一定相同），如：
练4、在恒温恒容条件下按下列Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3种投料方式使下列可逆反应达化学平衡状态。
试问：
属于恒温恒容条件下绝对等效平衡的有_________属相对等效平衡的有___________。
答案：
Ⅰ、Ⅱ为绝对等效平衡
Ⅰ、Ⅲ与ⅡⅢ均为相对等效平衡
7、化学平衡移动的概念
8、影响化学平衡的条件
（1）浓度
增大反应物浓度或减小生成物浓度，平衡均向正反应方向移动，变化过程可用如下图所示表示。
增大一种反应物的浓度可使另一种反应物的转化率提高。
（2）压强
①对反应前后气体体积之和不变的反应，例如：
，改变压强，化学平衡不发生移动。
②压强对化学平衡的影响实质上是浓度对化学平衡的影响，即通过缩小气体体积增大压强，对反应前后气体体积之和发生改变的可逆反应例如：
若增大加强，平衡向气体体积减小的方向移动。
当减小压强时，平衡向气体体积增大的方向移动。
例如：
，在一定条件下建立平衡状态。
变化过程可用如图所示表示。
压强改变时平衡混合物各组分浓度均发生相应改变，增大压强v正、v逆都增大，减小压强v正、v逆都减小，增大压强，反应速率加快，达到化学平衡所需时间就短。
③充入惰性气体
a．密闭容器容积固定，充入惰性气体，体系压强虽增大，但平衡不移动，因惰性气体不参与反应，平衡混合气体各组分浓度因容积固定而不发生改变。
b．恒压条件下充入惰性气体容器容积可变，平衡移动。
因容积增大、平衡混合气体浓度减小，平衡向气体体积增大的反应方向移动。
（3）温度
①无论吸热反应还是放热反应，升高温度，反应速率都加快，达到化学平衡状态所需时间就短，降低温度反应速率都减慢，达到化学平衡状态所需时间就长。
②升高温度平衡向吸热反应方向移动，降低温度，平衡向放热反应方向移动，例：
在一定条件下反应：
正反应吸热，建立平衡状态。
（4）催化剂同等程度改变正逆反应速率，平衡不移动，但可缩短达到平衡所用的时间。
9、平衡移动原理（勒夏特列原理）
如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、温度、压强等），平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。
条件改变
平衡移动方向
平衡移动结果
增大反应物浓度
正反应方向
反应物浓度减小
减小生成物浓度
正反应方向
生成物浓度增大
增大压强
气体物质的量减小的反应方向
体系压强减小
升高温度
吸热反应方向
体系温度降低
注意：
平衡移动只能减弱这种改变。
如增大某种反应物浓度，则该反应物浓度确实增大了，但由于平衡移动它减弱了这种增大的结果，没有增大的那么多而已。
二、典例剖析
例1、反应4NH3（g）＋5O2（g）
4NO（g）＋6H2O（g）在2L的密闭容器中进行，1min后，NH3减少了0.12mol，则平衡每秒钟浓度变化正确的是（ ）
A．NO：
0.001mol·L－1
B．H2O：
0.002mol·L－1
C．NH3：
0.002mol·L－1
D．O2：
0.00125mol·L－1
例2、在一个密闭容器中发生如下反应：
，反应过程中某一时刻SO2、SO3、O2的浓度分别为0.2mol·L－1、0.2mol·L－1、0.2mol·L－1，当反应达到平衡时可能的数据是（ ）
A．c（SO3）=0.4mol·L－1
B．c（SO2）=c（SO3）=0.15mol·L－1
C．c（SO2）=0.25mol·L－1
D．c（SO2）＋c（SO3）=0.4mol·L－1
因可逆反应不能进行到底，故不能取等号，0＜c（SO2）＜0.4mol·L－1，0.1mol·L－1＜c（O2）＜0.3mol·L－1，0＜c（SO3）＜0.4mol·L－1。
又根据S元素守恒，故D正确，B若孤立静止的看，则c（SO2）和c（SO3）有可能为0.15mol·L－1，但二者不能同时相等，否则不合题意。
答案：
CD
例3、合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义，对于密闭容器中的反应：
，637K，30MPa，下列n（NH3）和n（H2）随时间变化的关系如图所示。
下列叙述正确的是（ ）
A．点a的正反应速率比点b的大
B．点c处反应达到平衡
C．点d（t1时刻）和点e（t2时刻）处n（N2）不一样
D．其他条件不变，773K下反应至t1时刻，n（H2）比上图中d点的值大
提示：
因合成NH3正反应速率与c（H2）大小有关，c（H2）随时间由0到t1区间由大到小易知a点正反应速率大于b点，A对；在c点虽然n（H2）=n（NH3），但二者物质的量仍然在随时间的变化而变化，故c点没有达化学平衡状态，B错；在时间t1～t2区间，n（H2）、n（NH3）不随时间变化而变化，故达平衡状态，故点d（t1所处时刻）和点e（t2所处时刻）n（N2）大小相等，C错；由于合成氨反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，在其他条件不变时773K下反应至t1时n（H2）比图中d的值大，D正确。
答案：
AD
例4、密闭容器中，保持一定温度，进行如下反应：
N2（g）＋3H2（g）
2NH3（g）。
已知加入lmolN2和3molH2，在恒压条件下，达到平衡时生成amolNH3[见下表中编号
（1）的一行]；在恒容条件下，达到平衡时生成bmolNH3[见下表中编号（4）的一行]。
若相同条件下，达到平衡时混合物中各组分的百分含量不变，请填空：
起始时各物质的物质的量（mol）
平衡时NH3的物质的量（mol）
编号
x（N2）
y（H2）
z（NH3）
恒压
（1）
1
3
0
a
（2）
3
0
（3）
0.2
0.5a
x、y、z取值必须满足的一般条件：
________________。
恒容
（4）
1
3
0
b
（5）
0
0
b
（6）
2.25
b
x、y、z取值必须满足的一般条件（一个只含x、z，另一个只含y、z）：
________________________；________________________。
a与b的关系是：
a________b（填“＞”“＜”或“=”＝
解析：
平衡
（1）
（2）（3）为恒温恒压下等效平衡
由于平衡
（1）
（2）和（3）互为恒温恒压下等效平衡，故有：
对
（1）和
（2）有：
平衡（4）（5）（6）为恒温恒容条件下故有：
（4）1 3 0 b
（5）0 0 z3 b
极限转化：
0
（6）x4 2.25 z4 b
极限转化：
0
由于（4）（5）（6）互为恒温恒容条件下等效平衡故有：
因为恒温恒压条件下反应物的转化率大于恒温恒容条件下的转化率，∴a>b。
答案：
（2）y（H2）=9mol；n（NH3）平=3amol，
（3）x（N2）=0.4mol；y（H2）=1.2mol
y=3x（x≥0，z≥0，x、y、z不同时为0）
（5）z（NH3）=2mol
（6）x（N2）=0.75mol；z（NH3）=0.5mol
2x＋z=2；2y＋3z=6
a＞b
例5、在反应
（正反应为放热反应）趋向平衡时，下列曲线符合勒夏特列原理的是（）
提示：
当温度为T0时，上述可逆反应达到平衡，当温度高于T0时，即升高温度平衡向逆反应方向（正反应为放热反应），V（逆）＞V（正），而不是V（逆）＞V（正），A错；对于B图象，当升高温度时，平衡向吸热反应方向移动，即平衡逆移，AB2%应减小而不是增大，故B错；对于C图象，当压强一定时，升高温度平衡向逆反应方向移动，B2%应增大而图象上为减小，故C错；对于D，当压强一定时升高温度平衡逆移，AB2%减小，符合图象，当温度一定时，增大压强平衡正移，AB2%增大，符合D图，故D正确。
答案：
D
例6、在一密闭容器中，反应
达到平衡后，保持温度不变，将容器体积增大l倍，当达到新的平衡时，B的浓度是原来的60%，则（ ）
A．平衡向正反应方向移动了
B．物质A的转化率减少了
C．物质B的质量分数增加了
D．a＞b
解析：
在条件变化的瞬间，当体积增大一倍时的直接结果是A、B浓度为原来的50%，容器内压强为原来的
，但达新平衡时B的浓度为原来的60%，说明当增大体积时平衡向生成B的反应方向发生了移动。
答案：
AC
例7、在一个固定体积的密闭容器中，向容器中充入2molA和1molB，发生如下反应：
，反应达到化学平衡时C的浓度为1.2mol·L－1。
（1）若使容器温度升高，平衡时混合气体的平均相对摩尔质量减小，则正反应为__________（填“吸热”或“放热”）反应。
（2）若维持容器体积和温度不变，按下列方法加入起始物质，达到平衡时C的浓度仍为1.2mol·L－1的是__________（用序号填空）
①4molA＋2molB ②3molC＋lmolD＋1molB
③3molC＋2molD ④1.6molA＋0.8molB＋0.6molD
（3）向容器中加入3molC和0.8molD，反应达到平衡时C的浓度仍为1.2mol·L－1，则容器的容积V应大于__________L，小于__________L。
解析：
（1）由达平衡时：
温度升高平衡混和气体相对摩尔质量减小的原因是气体物质的量不变气体质量减小，说明平衡向正反应方向移动，故正反应吸热。
（2）在恒温恒容条件下①达平衡时和原平衡状态为等效平衡，但平衡时c（C）=2.4mol·L－1。
对于②若无1molB则3molC和1molD经极限转化后可换算为2molA、lmolB与原平衡等效，但由于有1molB，故与原平衡不等效。
对于③将3molC和2molD拆开为：
3molC和1molD经极限转化后为：
2molA和1molB与原平衡等效，再加入1molD（s）平衡不移动。
③符合题意。
对于④0.6molD因无C，故D无法转化成A、B，故该平衡与原平衡等效，但平衡时c（C）＜1.2mol·L－1。
综上所述只有③符合。
（3）由
知可用极限法求出C和D完全转化和完全没有转化时C的物质的量浓度进而求出两极限时的体积。
例8、在容积相同的不同容器中，分别充入等量的按体积比1∶1混合的N2和H2，在不同温度下发生反应
并在第10S时分别测定其中NH3的体积分数并绘成如下图的曲线。
（1）A、B、C、D、E五点中，尚未达到化学平衡的点是________。
（2）该可逆反应的正反应是_________（填“吸热”或“放热”）反应。
（3）由T1向T2变化时，v正________v逆（填>、<或=，下同）；由T3向T4变化时，v正_______v逆。
（4）已知E点对应的纵坐标为20%，问E点混合气体的平均相对分子质量是________。
答案：
（1）A、B
（2）放热
（3）>；<
（4）18
起始 1 1 0
平衡 1－x 1－3x 2x
冲刺练习
一、选择题
1、反应C（s）＋H2O（g）
CO（g）＋H2（g）在一体积可变的密闭容器中进行，下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是（ ）
A．增加少量固体碳
B．恒温下将容器的体积缩小一半
C．保持体积温度不变，充入N2使体系压强增大
D．保持压强温度不变，充入N2使容器体积变大
2、在一定温度下的固定体积的容器中，当下列物理量不再发生变化时，表明反应
已达平衡状态的是（ ）
A．混合气体的压强 B．混合气体密度
C．B的物质的量浓度 D．气体总物质的量
3、在可逆反应：
（正反应为放热反应）中，要使逆反应速率增大，可采取的措施是（ ）
A．减小压强 B．减少NH3的浓度
C．降低温度 D．升高温度
4、下图中，a曲线表示一定条件下可逆反应
的反应过程。
若使a曲线变为b曲线可采取的措施有（ ）
A．加催化剂 B．增大Y的浓度
C．降低温度 D．增大体系压强
5、将固体NH4I置于密闭容器中，在某温度下发生下列反应：
当反应达到平衡时c（H2）=0.5mol·L－1，c（HI）=4mol·L－1，则NH3的浓度为（ ）
A．3.5mol·L－1 B．4mol·L－1
C．4.5mol·L－1 D．5mol·L－1
6、一定温度下，在2L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。
下列描述正确的是（ ）
A．反应开始到10s，用Z表示的反应速率为0.158mol·L－1·s－1
B．反应开始到10s，X的物质的量浓度减少了0.79mol·L－1
C．反应开始到10s时，Y的转化率为79.0%
D．反应的化学方程式为：
7、已知反应
；△H＜0，m＋n＞q，在恒容密闭容器中反应达到平衡时，下列说法正确的是（ ）
A．通入稀有气体使压强增大，平衡将正向移动
B．X的正反应速率是Y的逆反应速率的m/n倍
C．降低温度，混合气体的平均相对分子质量变小
D．增加X的物质的量，Y的转化率降低
8、在一定温度下，容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示，下列表述中正确的是（ ）
A．反应的化学方程式为：
B．t2时，正逆反应速率相等，达到平衡
C．t3时，正反应速率大于逆反应速率
D．t1时，N的浓度是M浓度的2倍
9、下图表示可逆反应：
；△H＜0。
达到平衡状态时受外界因素影响导致平衡移动的曲线，据此判断影响此平衡移动的因素是（ ）
A．升高温度，同时加压
B．减小压强，同时降温
C．增大反应物的浓度，使用催化剂
D．增大反应物的浓度，同时减小生成物浓度
10、某温度下，在一容积可变的容器中，反应
达到平衡时，A、B和C的物质的量分别为4mol、2mol和4mol。
保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整，可使平衡右移的是（ ）
A．均减半 B．均加倍
C．均增加1mol D．均减少1mol
11、可逆反应
，反应过程中，当其他条件不变时，C的体积分数
在不同温度（T）和不同压强（p）的条件下随时间（t）的变化关系如图所示。
下列叙述正确的是（ ）
A．达到平衡后，若使用催化剂，C的体积分数将增大
B．达到平衡后，若温度升高，化学平衡向逆反应方向移动
C．化学方程式中，n＞e＋f
D．达到平衡后，增加A的质量有利于化学平衡向正反应方向移动
12、在一定体积和一定条件下有反应：
，现分别从两条途径建立平衡：
Ⅰ起始浓度N21mol·L－1，H23mol·L－1，
Ⅱ起始浓度N22mol·L－1，H26mol·L－1。
下列叙述正确的是（ ）
A．Ⅰ和Ⅱ两途径达到平衡时，体系内各成分的体积百分含量相同
B．达到平衡时，Ⅰ途径体系内混合气体的平均相对分子质量为Ⅱ途径体系内混合气体平均相对分子质量的一半
C．达到平衡时，Ⅰ途径体系内混合气体的密度为途径Ⅱ体系内混合气体的密度的
D．达到平衡时，Ⅱ途径体系内混合气体的压强是Ⅰ途径内混合气体压强的2倍
13、一定温度下将amolPCl5通入一个容积不变的反应器中，达到如下平衡：
，测得平衡混合气体的压强为p1，此时再向反应器中通入amolPCl5，在相同的温度下再度达到平衡，测得压强为p2。
则p1和p2的关系是（ ）
A．2p1＜p2 B．2p1=p2
C．2p1＞p2 D．无法判断
14、在一定条件下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中NH3的体积分数为25%，若反应前后条件保持不变，则反应后缩小的气体与原反应物的体积比值是（ ）
15、在一定条件下，将物质的量之比为1︰3的N2和H2混合气体102g通入密闭容器中，达到平衡后，测知混合气体的平均分子量为12.5，则混合气体中NH3的质量为（ ）
A．28.35g B．32.64g
C．38.04g D．65.28g
[提示]
二、综合题
16、把氮气和氢气以1︰1物质的量比混匀后分成四等份，分别同时充入A、B、C、D四个装有催化剂的密闭容器中（各容器的容积固定），在相同温度下，四个容器中的合成氨反应相继达到化学平衡状态。
分析表中实验数据后回答问题（表中各空不必填写）。
A
B
C
D
平衡时混合物的平均相对分子质量
16
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