化学反应速率例题讲解.docx

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化学反应速率例题讲解

第二章化学反应速率和化学平衡

第三节　　　化学平衡

复习目标：

1、理解化学平衡状态等基本概念，了解等效平衡的含义及其分类。

2、理解化学平衡状态形成的条件、适用范围、特征。

3、知道转化率的表达式，并能进行简单的计算，知道化学平衡常数的表达式及其表示的意义。

　　4、能描述浓度、压强、温度等条件对化学平衡的影响，理解勒沙特列原理的涵义。

复习重点：

1、化学平衡状态的特征；

2.描述浓度、压强、温度等条件对化学平衡的影响；

　　3.理解勒沙特列原理的涵义。

复习难点：

化学平衡状态判断，理解勒沙特列原理的涵义。

课时划分：

三课时

教学过程：

知识梳理

一、可逆反应与不可逆反应

正反应：

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，逆反应：

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

可逆反应：

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

可逆反应的特征：

“两同”是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

可逆反应的重要特征是转化率永远不可能达到100%，也就是反应一旦开始，那么，就不可能只存

在反应物，或只存在生成物。

二、化学平衡

化学平衡：

在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓

度保持不变的状态，称为化学平衡状态，简称化学平衡。

1.化学平衡的建立

以CO＋H2O（ｇ）

CO2＋H2反应为例。



在一定条件下，将0.01molCO和0.01molH2O（ｇ）通入1L密闭容器中，开始反应：

（1）反应刚开始时：



反应物的浓度__________，正反应速率。



生成物的浓度__________，逆反应速率__________。



（2）反应进行中：



反应物的浓度__________，正反应速率__________。



生成物的浓度__________，逆反应速率__________。



（3）肯定最终有一时刻，正反应速率与逆反应速率__________，此时，反应物的浓度__________，生成物的浓度也__________。

正反应速率和逆反应速率随时间的变化关系如图所示。



2.化学平衡状态

（1）定义：

（2）特征：

①逆：

②等：

③动：

④定：

⑤变：



（3）特点：

化学平衡的建立与建立的途径无关

（4）达到平衡的标志：



以ｍA（ｇ）＋ｎB（ｇ）ｐC（ｇ）为例

直接标志：



①速率关系：

正反应速率与逆反应速率相等，A消耗速率与A的生成速率相等，A消耗速率与C的消耗速率之比等于ｍ∶ｐ，B生成速率与C的生成速率之比等于n∶p。



②各物质的百分含量保持不变。



间接标志：



①混合气体的总压强、总体积、总物质的量不随时间的改变而改变。



②各物质的浓度不随时间的改变而改变。



③各物质的物质的量不随时间的改变而改变。



④各气体的体积、各气体的分压不随时间的改变而改变。



3、化学平衡常数：

（1）化学平衡常数的表示方法

对于一般的可逆反应：

mA+nB

pC+qD。

其中m、n、p、q分别表示化学方程式中个反应物和生成物的化学计量数。

当在一定温度下达到化学平衡时，这个反应的平衡常数可以表示为：

在一定温度下，可逆反应达到化学平衡时，生成物的浓度，反应物的浓度的关系依上述规律，其常数（用K表示）叫该反应的化学平衡常数

（2化学平衡常数的意义

平衡常数的大小不随反应物或生成物的改变而改变，只随温度的改变而改变。

即，K=f（T）。

平衡常数表示的意义：

可以推断反应进行的程度。

K很大，反应进行的程度很大，转化率大

K居中，典型的可逆反应，改变条件反应的方向变化。

K很小，反应进行的程度小，转化率小

［练习］2（气）

N204（气），在温度不变时

=K是个常数数；称为化学平衡常数，在弱电解质溶液中也是如此。

欲使

比值增大，在温度不变时应采取（BD）

A.体积不变，增加N02物质的量B.体积不变，增加N204物质的量

2、对于一般的可逆反应mA+nB

pC+qD，在一定温度下达平衡时反应物及生成物浓度满足下面关系：

=K，式中K为常数，在密闭容器中给CO和水蒸气的混合物加热到800℃时，有下列平衡：

CO+H20

C02+H2且K=1，若用2molCO和10molH20（气）相互混合并加热到800℃，达平衡时CO的转化率约为（D）

％B.50％C.66.7％D.83％

4、转化率

若定义某反应物M在可逆反应中的转化率为：

M的转化率=

那么如果M的转化率不再随时间而改变，也证明可逆反应已达到平衡状态。

［练习］1.x、y、z都是气体，反应前x、y的物质的量之比是1:

2，在一定条件下可逆反应x+2y

2z达到平衡时，测得反应物总的物质的量等于生成物总的物质的量，则平衡时x的转化率（D）

A.80％B.20％C.40％D.60％

2：

已知在450℃时，反应H2（g）+I2（g）

2HI（g）的K为50，由此推断出在450℃时，反应2HI（g）

H2（g）+I2（g）的化学平衡常数为（B）

A、50B、0.02C100D无法确定

三、化学平衡的移动

化学平衡是有条件的动态平衡，当影响化学平衡的条件改变时，原来的平衡被破坏，进而在新的条件下逐渐建立新的平衡，这个原平衡向新平衡的转化过程叫做化学平衡的移动

增大反应物浓度，或减小生成物浓度。

化学平衡向＿＿＿＿＿＿移动。

减小反应物浓度，或增大生成物浓度。

化学平衡向＿＿＿＿＿＿移动。

注意：

固体物质和纯液体无所谓浓度，其量改变，不影响平衡。

2、压强对化学平衡移动的影响。

对于有气体参加的可逆反应来说，气体的压强改变，也能引起化学平衡的移动。

对于3H2（g）+N2（g）

2NH3（g）在反应中1体积的N2与3体积的H2反应生成2体积的NH3，即反应前后气态物质的总体积发生了变化，反应后气体总体积减少了。

下表列入的是450℃时，N2与H2反应生成NH3的实验数据。

压强/MPa

100

NH3/%

由上表实验数据可以算出：

对反应前后气体总体积发生变化的化学反应，在其他条件不变的情况下，增大压强，会使化学平衡向着＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿移动。

减小压强，会使化学平衡向着＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿移动。

对于有些可逆反应里，反应前后气态物质的总体积没有发生变化，如2HI（g）

H2（g）+I2（g）在这种情况下，增大或减小压强都不能使化学平衡移动。

固态物质或液态物质的体积，受压强的影响很小，可以忽略不计。

因此，如果平衡混合物都是固体或液体，可以认为改变压强不能使化学平衡移动。

注意：

加入惰性气体后平衡体系是否发生移动，取决于平衡体系所占据的体积是否发生变化。

若在恒容的条件下加入惰性气体，它并不能引起体系中其它物质的浓度改变，所以平衡不移动；若在恒压情况下加入惰性气体，必然引起平衡体系占据的体积增大，体系中其它物质的浓度发生变化，使平衡发生移动。

复习：

对平衡3H2（g）+N2（g）

2NH3（g），

（1）如果在恒温恒容下加入氮气，平衡向——移动。

（2）如果在恒温恒容下加入氨气呢？

加入氩气又怎么样呢？

（3）如果需要增加氢气的转化率，可以有什么办法？

（4）如果增大压强，正反应速率＿＿＿，逆反应速率＿＿＿，氮气的转化率＿＿＿。

3、温度对化学平衡的影响

任何反应都伴随着能量的变化，通常表现为放热或吸热；所以温度对化学平衡移动也有影响。

如果升高温度，平衡向＿＿＿＿＿的方向移动；降低温度平衡向＿＿＿＿＿的方向移动。

练习：

可逆反应2A+B

2C，在不同压强及温度下达成平衡时，c的百分含量情况如图所示。

回答

（1）该反应的正反应是＿＿＿热反应，逆反应是气体体积＿＿＿的反应。

（2）若c是气态，则A为＿＿＿态，B为＿＿＿态。

（3）若B为固态，则A为＿＿＿态，c为＿＿＿态。

答案：

（1）吸，扩大，

（2）气，气（3）气，固态或液态

浓度、压强、温度对化学平衡的影响可以概括为平衡移动的原理，也叫勒夏特列原理：

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

催化剂能够同等程度的改变正逆反应的速率，所以使用催化剂不能使平衡发生移动，但是可以改变达到平衡所需要的时间。

疑难点拨

一、等效平衡规律及应用例析

在一定条件（定温、定压或定温、定容）下，对于同一可逆应，只要起始时加人物质的物质的量不同，而达到平衡时，同种物质的物质的量分数（或体积分数）相同，这样的平衡称为等效平衡。

根据反应条件（定温、定压或定温、定容）以及可逆反应的特点（反应前后气体分子数是否相等），可将等效平衡问题分成三类：

1．定温、定容条件下，反应前后气体分子数不相等的可逆反应

例1．在一固定体积的密闭容器中，加入2molA和1molB发生反应2A（g）+B（g）

3C（g）+D（g），达到平衡，c的浓度为wmol/L。

若维持容器体积和温度不变，下列四种配比作为起始物质，达平衡后，c的浓度仍为wmol/L的是

　　A.4molA+2molBB.1molA+0.5molB+1.5molC+0.5molD

　　C.3molC+1molD+1molBD.3molC+1molD

　　解析：

根据题意:

　　2A（g）+B（g）==3C（g）+D（g）（反应1）<==>2A（g）+B（g）==3C（g）+D（g）（反应2）

　　2mol　1mol　　0　　0　　　　　　　　　0　　0　　3mol　1mol

　　2A（g）+B（g）==3C（g）+D（g）（反应3）<==>2A（g）+B（g）==3C（g）+D（g）（反应4）

　　1mol　0.5mol　0　　0　　　　　　　　　0　　0　1.5mol　0.5mol

　　在恒温恒容下，反应

（1）的浓度和压强均是反应（3）的2倍，不满足条件相同，显然不等效，若要变成等效，有两条途径：

　　①对反应（3）增加1molA和0.5molB，使投料量与反应

（1）相同。

　　②因反应（3）与反应（4）等效，增加1.5molC和0.5molD相当于增加1molA和0.5molB，使投料量与反应

（1）相同。

则反应（3）变成

　　2A（g）+B（g）==3C（g）+D（g）（反应1）<==>2A（g）+B（g）==3C（g）+D（g）（反应3）

　　2mol　1mol　　0　　0　　　　　　　　1mol　0.5mol　1.5mol　0.5mol

　　所以，以3molC+1molD或以1molA+0.5molB+1.5molC+0.5molD作为起始物质均可形成与反应

（1）等效的平衡。

答案：

解题规律：

此种条件下，只要改变起始加入物质的物质的量，若通过可逆反应的化学计量数之比换算成同一半边的物质的物质的量与原平衡相同，则两平衡等效（此种情况下又称等同平衡，此法又称极限法）。

2．定温、定容条件下，反应前后气体分子数相等的可逆反应

　例2．恒温恒容下，可逆反应2HI

H2+I2（气）达平衡。

下列四种投料量均能达到同一平衡，请填写：

起始状态物质的量n/mol

平衡时HI的物质的量n/mol

①

②

③

g（g≥2m）

解析：

　　∵题干n（H2）起始:

n（I2）起始:

n（HI）平衡=1:

a<==>2:

　　∴n（HI）平衡=2a

　　根据反应：

2HI

H2+I222

　　根据题干n（H2）起始:

n（I2）起始:

n（HI）平衡=1:

　　则n（H2）起始:

n（I2）起始:

n（HI）平衡=0.5:

　　则H2和I2原有物质的量应为0和1-0.5=0.5mol

　　设起始HI为xmol

　　∵xmolHI<==>0.5xmolH2+0.5xmolI2

　　∴n（H2）起始=（m+0.5x）mol

　　n（I2）起始=（g+0.5x）mol

　　又∵n（H2）起始:

n（I2）起始=（m+0.5x）:

（g+0.5x）=1:

　　∴x=2（g-2m）

　　设n（HI）平衡为ymol，

　　则n（I2）起始:

n（HI）平衡=2:

a=（g+0.5x）:

　　∴y=（g-m）a

　　答案：

起始状态物质的量n/mol

平衡时HI的物质的量n/mol

①

②

③

g（g≥2m）

2（g-2m）

（g-m）a

解题规律：

此条件下，只要换算到同一半边时，反应物（或生成物）的物质的量的比例与原平衡相等，则两平衡等效。

3．定温、定压条件下，反应前后气体分子数任意型的可逆反应

例3．（2003年高考江苏卷第26题）

Ｉ．恒温、恒压下，在一个可变容积的容器中发生如下反应：

Ａ（气）＋Ｂ（气）

Ｃ（气）

（１）若开始时放入1molA和1molB，到达平衡后，生成amolC，这时Ａ的物质的量为__________mol。

（２）若开始时放入3molA和3molB，到达平衡后，生成Ｃ的物质的量为________mol；

（３）若开始时放入xmolA、2molB和1molC，到达平衡后，A和C的物质的量分别是ymol和3amol，则x=___mol，y=___mol。

平衡时，B的物质的量___（选填一个编号）。

（甲）大于2mol（乙）等于2mol

（丙）小于2mol（丁）可能大于、等于或小于2mol

作出此判断的理由是__________________________________________。

（４）若在（３）的平衡混合物中再加入3molC，待再次到达平衡后，C的物质的量分数是____________。

II．若维持温度不变，在一个与（Ｉ）反应前起始体积相同、且容积固定的容器中发生上述反应

（５）开始时放入1molA和1molB到达平衡后生成bmolC。

将b与（１）小题中的a进行比较_________（选填一个编号）。

（甲）ab（丙）a=b（丁）不能比较a和b的大小

作出此判断的理由是__________________________________________。

解析：

（1）利用关于化学平衡计算的三步骤解题法可以算出答案（1—a）mol；

（2）适用上面等效平衡规律c，由于开始加入的物质的量之比相等都为3，两平衡等效且平衡时各物质的量均为原来的3倍，所以生成C的物质的量为3a；

（3）平衡时C的物质的量为3a与第

（2）题平衡时C的物质的量相等，属于绝对量相等的等效平衡，相当于开始加入了3molX和3molY，可计算出X=2mol，Y=（3—3a）mol。

若平衡时C的物质的量为3a大于C的起始物质的量1mol，则反应正向进行，平衡时B的物质的量nB<2mol；同理可知：

3a=1,nB=2mol；3a<1,nB>2mol选丁；

（4）由于生成物只有C一种，因此在恒温、恒压下无论加入多少C，平衡时各物质的物质的量分数都不变，所以再次到达平衡后，C的物质的量分数是a/（2—a）；

解题规律：

此条件下，只要按化学计量数换算到同一半边后，各物质的量之比与原平衡相等，则两平衡等效。

三类等效平衡的比较：

等效类型

III

条件

恒温、恒容

恒温、恒压

起始投料

换算为方程式同一边物质，其“量”相同

换算为方程式同一边物质，其“量”符合同一比例

对反应的要求

任何可逆反应

反应前、后气体体积相等

任何可逆反应

平衡特点

质量分数W%

相同

浓度c

相同

成比例

相同（气体）

物质的量n

相同

成比例

二、例谈化学平衡在中学化学中的具体应用

化学平衡的具体应用：

化合反应和分解反应在一定条件下反应速率相等，各物质百分

含量保持不变的状态，为化学平衡．

1、用化学平衡解释浓H2SO4具有强氧化性、稀H2SO4具有弱氧化性。

SO3+H2O

SO3·H2O

2H＋+SO42－

平衡体系中的SO3具有强氧化性、H＋具有弱氧化性、SO42－无氧化性，浓H2SO4中，水少，则平衡向左移动，SO3浓度增大，所以氧化性增强；稀H2SO4中水多，平衡向右移动，SO3浓度减少而H＋浓度增大，呈现弱氧化性．

2、用化学平衡解释SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑发生反应的原理．

按照酸酐和含氧酸盐反应规律应当是CO2+Na2SiO3

Na2CO3+SiO2，但为什么SiO2能和Na2CO3发生反应．原因是：

SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑可看作是可逆反应，当在高温时，CO2从体系中逸走，则平衡向右移动，可发生上述反应．

3、溶解平衡：

难溶性物质在水中在一定条件下溶解速率和结晶速率相等，即各物质百分含量保持不变的状态．

①用溶解平衡解释CaCO3为什么难溶于水而溶解在比H2CO3强的可溶性酸中．

CaCO3是难溶于水的盐，不溶是相对的，溶解是绝对的，CaCO3放入水中存在一个溶解平衡，CaCO3是强电解质，溶解的部分全部电离成Ca2＋、CO32－，具体用下式表示：

把上述二式合并便是溶解平衡的化学方程式．

当强酸放入CaCO3中，强酸中的水使CaCO3形成溶解平衡，强酸电离出的H＋和CO32－结合生成CO2从体系中逸出，使平衡向溶解的方向移动，使CaCO3溶解在盐酸中，具体过程用下式表示：

②用溶解平衡原理解释为什么氢氧化铝既溶解在强酸又溶解在强碱溶液中。

Al（OH）3是难溶于水的碱，溶解是绝对的，不溶是相对的，在氢氧化铝悬浊液中存在一个溶解平衡．而溶解的氢氧化铝存在两个平衡：

酸式电离平衡和碱式电离平衡．在氢氧化铝悬浊液中加入强酸时，提供大量的H+，则和碱式电离出的OH-结合成难电离的水，打破碱式电离平衡，进一步打破溶解平衡，使Al（OH）3溶解在强酸中；悬浊液中加入强碱，电离大量的OH-，和Al（OH）3酸式电离出来的H+结合成难电离的水，破坏酸式电离平衡，又破坏了溶解平衡，使Al（OH）3溶解在强碱溶液中，可用下式表示：

所以Al（OH）3既可溶解在强酸中又可溶解在强碱溶液中．

3、电离平衡：

弱电解质在一定温度下，在水中电离成离子的速率和离子结合成分子的速率相等，即溶液中的溶质分子和电离出来的离子浓度保持不变的状态，称电离平衡。

用电离平衡解释中和等物质的量的HCl和HAc所消耗的NaOH的物质的量相同。

HCl为一元强酸，全部电离，NaOH为一元强碱，全部电离，所以1molNaOH（提供1molOH-）中和1molHCl（提供1molH＋）；HAc是一元弱酸，在溶液中存在电离平衡；HAc

H＋+Ac-，当在HAc溶液中加入NaOH时，产生的OH-和HAc电离出的H+结合成难电离的水，从而打破HAc的电离平衡，所以会使NaOH完全中和HAc，也就是1molNaOH完全中和1molHAc（未考虑水解）。

4、水解平衡：

盐中的弱酸根或弱碱阳离子和水发生水解反应速率和中和反应速率在一定条件下相等，即各物百分含量保持不变的状态，称为水解平衡。

①NaHCO3水溶液呈现碱性．Al2（SO4）3溶液呈现酸性的原因。

NaHCO3为强碱弱酸酸式盐，电离出的HCO3－和水发生水解，由于中和反应的存在，在一定条件下达到平衡，当达到平衡时，[OH-]＞[H＋]，所以溶液呈现碱性．

Al2（SO4）3是强酸弱碱盐，在水中电离出来的Al3＋和水发生水解反应，由于中和反应的存在，在一定条件下达到平衡，当达到平衡时，[H＋]＞[OH-]，所以溶液呈现酸性．

②用水解平衡解释泡沫灭火器的反应原理

泡沫灭火剂由两种物质组成：

玻璃瓶中装有明矾[KAl（SO4）2·（12H2O）]、钢筒与玻璃瓶之间装有NaHCO3溶液，待混合时，各自单水解产生的H＋和OH-结合成难电离的水，打破了各自的单水解平衡，分别向水解方向移动，水解较能彻底地进行，产生气体CO2及沉淀Al（OH）3．反应如下：

5、络合平衡：

络离子在水中电离出中心体和配位体的速率和中心体的离子与配位体结合成络离子的速率相等时，即各物百分含量保持不变的状态，称络合平衡．

三、化学平衡图象题的类型及解题策略

1．物质的量（或浓度）—时间图象

图1 A、B、C三种物质的物质的量随时间变化的关系图

例1.某温度下，在体积为5Ｌ的容器中，Ａ、Ｂ、Ｃ三种物质物质的量随着时间变化的关系如图1所示，则该反应的化学方程式为_________，2ｓ内用Ａ的浓度变化和用Ｂ的浓度变化表示的平均反应速率分别为_________、_________。

解析：

这类题目是讨论同一时间段内各物质的变化量的比例关系，且要注意物质的量减少的为反应物，物质的量增多的为生成物。

又因物质的量都不变时，反应物、生成物共存，故方程式要用“

”表示。

答案：

2Ａ3Ｂ＋Ｃ；0．08ｍｏｌ／（Ｌ·s）；0．12ｍｏｌ／（Ｌ·s）。

2．速率—时间图象

例2.把除去氧化膜的镁条投入到盛有少量稀盐酸的试管中，发现氢气发生的速率变化情况如图2所示，其中ｔ１～ｔ２速率变化的主要原因是_________；ｔ２～ｔ３速率变化的主要原因是_________。

图2 氢气发生速率变化曲线

解析：

这类题目是讨论速率受外界条件影响而变化的图象。

因速率随时间延长先升高后降低，故速率要受反应过程中物质的浓度、温度（或压强）两种因素变化的影响。

答案：

反应是放热反应，温度升高使化学反应速率提高；盐酸物质的量浓度变小使化学反应速率降低。

例3.某温度下，在密闭容器里ＳＯ２、Ｏ２、ＳＯ３三种气态物质建立化学平衡后，改变条件，对反应2ＳＯ２＋Ｏ２

2ＳＯ３（正反应放热）的正、逆反应速率的影响如图3所示。

图3 正、逆反应速率的变化曲线

①加催化剂对速率影响的图象是（　　）。

②升温对速率影响的图象是（　　）。

③增大反应容器体积对速率影响的图象是（　　）。

④增大Ｏ２的浓度对速率影响的图象是（　　）。

解析：

这类图象是讨论外界条件对化学平衡的影响。

解决这类题目的关键是分析改变条件的瞬间，正、逆反应速率的变化及变化幅度。

答案：

①Ｃ ②Ａ ③Ｄ ④Ｂ。

3.速率—压强（或温度）图象

例4.符合图象4的反应为（　　）。

Ａ．Ｎ２Ｏ３（ｇ）

ＮＯ２（ｇ）＋ＮＯ（ｇ）

Ｂ．3ＮＯ２（ｇ）＋Ｈ２Ｏ（l）

2ＨＮＯ３（l）＋ＮＯ（ｇ）

Ｃ．4ＮＨ３（ｇ）＋5Ｏ２（ｇ）

4ＮＯ（ｇ）＋6Ｈ２Ｏ（ｇ）

Ｄ．ＣＯ２（ｇ）＋Ｃ（ｓ）

2ＣＯ（ｇ）

图4 曲线图

解析：

此类图象中曲线的意义是外界条件（如温度、压强等）对正、逆反应速率影响的变化趋势及变化幅度。

答案Ｂ

4．转化率（或质量分数等）—压强、温度图象

例5.有一化学平衡ｍＡ（ｇ）＋ｎＢ（ｇ）

pＣ（ｇ）＋ｑＤ（ｇ），如图5所示是A的转化率同压强、温度的关系，分析图

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