1、专题2化学反应速率与化学平衡第一单元化学反应速率第一课时化学反应速率的表示方法课堂导学 新课引入烟花的燃烧瞬间完成,反应速率快。煤、石油的形成则需要很长时间,反应速率慢。食物变质,反应速率是快还是慢呢? 目标导学(见学生用书第22页)化学反应速率的概念及其定量表示方法化学反应速率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v=。理解的关键:(1) 浓度变化;(2) 为正值;(3) 不用纯固体或纯液体表示;(4) 是平均速率;(5) 单位。例题1发展低碳经济,构建低碳社会。科学家们提出利用以工业废气中的CO2为原料,以CuO与ZnO混合物为催化剂,其反应为CO2+3H2CH3OH
2、+H2O。某温度下,在体积为1 L的密闭容器中充入1 mol CO2和4 mol H2,测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下图所示。从反应开始到平衡,甲醇的平均反应速率v(CH3OH)=;氢气的转化率为。解析v(CH3OH)=0.075 molL-1min-1,氢气的转化率为100%=56.25%。答案 0.075 molL-1min-156.25%同一反应中不同物质间反应速率的规律同一反应用不同物质来表示反应速率时,其数值不一定相等;它们的比值等于化学方程式的计量数之比。对于在一个容器中的一般反应 aA+bBcC+dD来说有,v(A)v(B)v(C)v(D)=c(A)c(B)c(
3、C)c(D)=n(A)n(B)n(C)n(D)=abcd。例题2在一定条件下,在体积为V L的密闭容器中发生反应:mA+nBpC。t s末,A减少了1 mol,B减少了1.25 mol,C增加了0.5 mol。则mnp应为()A. 45 2B. 254C. 132D. 321解析物质的变化量之比等于化学计量数之比。答案A化学反应速率的测量方法1. 化学反应速率测定的基本思路: 化学反应速率是通过实验测定的。要测定不同反应时刻反应物或生成物的浓度,可通过观察和测量体系中的某一物质(反应物或生成物)的相关性质,再进行适当的转换和计算。2. 化学反应速率的测定方法:向锥形瓶中放入5 g大理石,再加入
4、20 mL 1 molL-1盐酸。每隔10 s观察一次注射器中气体的体积,记录实验数据,并绘制v(CO2)t曲线图。(1) 实验现象:大理石表面有气泡生成,注射器活塞向外移动。(2) 实验结论:可通过测量每隔一定时间产生气体的体积来测定反应速率。随着反应物浓度的降低,反应速率逐渐减小(忽略其他因素的影响)。例题3某研究小组拟用定量方法测量Al和Fe分别与酸反应的快慢,设计了如下图所示的装置:(1) 检查上图所示装置气密性的方法是。(2) 若要比较产生气体的快慢,可以测量相同时间内产生气体的体积,也可以测量。答案(1) 用手捂住锥形瓶,观察乙中长导管内液面是否上升(2) 产生相同体积的气体所需的
5、时间 备讲例题 1. 700 时,向容积为2 L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O,发生反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。反应过程中测定的部分数据见下表(t1t2):反应时间/minn(CO)/moln(H2)/mol01.200t10.80at20.800.40下列说法不正确的是()A. a=0.40B. 反应在t1 min内的平均速率为v(CO)= molL-1min-1C. 反应在t2 min内的平均速率为v(H2)=molL-1min-1D. 反应在t1t2 min内的净速率为0解析B项,没有考虑到容器的容积为2 L,错用CO物质的量的变化来代替物质的量浓度的变
6、化。答案B 课堂评价(见学生用书第2223页) 1. 化合物Bilirubin在一定波长的光照射下发生分解反应,反应物浓度随反应时间变化如下图所示,计算反应48 min间的平均反应速率和推测第16 min 反应物的浓度,结果应是()A. 2.5 molL-1min-1和2.0 molL-1B. 2.5 molL-1min-1和2.5 molL-1C. 3.0 molL-1min-1和3.0 molL-1D. 5.0 molL-1min-1和3.0 molL-1解析第8 min与第4 min时反应物浓度差c为10 molL-1,t为4 min,所以在48 min间的平均反应速率为2.5 molL
7、-1min-1,可以排除C、D两个答案;图中从08 min,反应物浓度降低了4倍,根据这一幅度,可以推测从816 min也降低4倍,即由10 molL-1降低到2.5 molL-1,因此推测第16 min反应物的浓度为2.5 molL-1,所以可以排除A而选B。答案B 2. 反应A(g)+3B(g)2C(g)+2D(g),在不同情况下测得反应速率,其中反应速率最快的是()A. v(D)=0.4 molL-1s-1B. v(B)=0.6 molL-1s-1C. v(C)=0.5 molL-1s-1D. v(A)=0.15 molL-1s-1解析根据速率之比等于化学计量数之比求解。答案C 3. 在
8、一定条件下,将8 mol A和25.7 mol B两种气体通入体积为W L的密闭容器中发生反应:mA(g)+nB(g)2C(g)。t s后,A、B、C的物质的量分别为7.5 mol、23.7 mol、1 mol。则m与n值应是()A. m=2,n=1B. m=1,n=3C. m=1,n=4D. m=3,n=1解析t s后,A、B、C的物质的量变化分别为0.5 mol、2 mol、1 mol,用A、B、C分别表示的反应速率之比为142,所以C项正确。答案C 4. 将4 mol A气体和2 mol B气体在2 L的容器中混合,并在一定条件下发生如下反应:2A(g)+B(g)2C(g)。若经2 s后
9、测得C的浓度为0.6 molL-1,下列说法正确的是()用物质A表示的反应的平均速率为0.3 molL-1s-1用物质B表示的反应的平均速率为0.6 molL-1s-12 s时物质A的转化率为70%2 s时物质B的浓度为0.7 molL-1A. B. C. D. 解析根据题意,2 s时,C的浓度为0.6 molL-1,利用化学方程式中的化学计量数之比,则B的浓度变化为0.3 molL-1,进而确定2 s时物质B的浓度为1 molL-1-0.3 molL-1=0.7 molL-1;A的转化浓度为0.6 molL-1,则A的转化率为30%;由C表示的反应速率,可推知v(A)=0.3 molL-1s
10、-1,v(B)=0.15 molL-1s-1。答案B趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成练习本第2021页中的练习。第二课时影响化学反应速率的因素课堂导学 新课引入生活中有很多的反应需要加快反应速率(如爆炸),也有很多反应需要减慢反应速率(如食物的腐败),也就是说有很多反应需要控制反应速率。那么,如何控制呢? 目标导学(见学生用书第2426页)影响化学反应速率的因素例题1某校化学小组用实验的方法利用Cu、Fe、Mg和不同浓度的硫酸(0.5 molL-1、2 molL-1、18.4 molL-1)来研究影响反应速率的因素。甲同学研究的实验报告如下表:实验步骤现象结论分别取等体积的2 molL
11、-1硫酸于试管中反应速率:MgFe,Cu不反应金属的性质越活泼,反应速率越快(1) 甲同学表中实验步骤为。(2) 甲同学的实验目的是;要得出正确的实验结论,还需控制的实验条件是。乙同学为了更精确地研究浓度对反应速率的影响,利用下图所示装置进行定量实验:(3) 乙同学在实验中应该测定的数据是。(4) 乙同学完成该实验应选用的实验药品是。该实验中不选用某浓度的硫酸,理由是。解析本题通过实验,对影响化学反应速率的因素进行了探究。决定反应速率的内因是反应物的性质,控制实验条件是实验的灵魂。答案(1) 分别投入大小、形状相同的Cu、Fe、Mg(2) 研究金属(或反应物)本身的性质与反应速率的关系温度相同
12、(3) 一定时间内产生气体的体积(或产生一定体积的气体所需时间)(4) Mg(或Fe)和0.5 molL-1硫酸和2 molL-1硫酸常温下Mg与18.4 molL-1硫酸反应生成SO2;Fe在18.4 molL-1硫酸中钝化浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响规律及其微观解释影响规律其他条件相同时,增大反应物的浓度,反应速率增大;减小反应物的浓度,反应速率减小微观解释在其他条件不变时,对某一反应而言,反应物分子中活化分子百分数是一定的,即活化分子浓度与反应物浓度成正比。反应物浓度增大单位体积内活化分子数增多单位时间内有效碰撞的次数增多化学反应速率加快注意事项一般情况下,在一定温度下固体或
13、纯液体的浓度是常数,因此改变其物质的量,对速率无影响;固体物质的反应速率与接触面积有关,颗粒越小,表面积越大,反应速率越快例题2在相同温度下,相同规格的铁片与下列不同浓度的酸反应生成氢气的速率最快的是()A. 3 molL-1盐酸B. 2 molL-1硫酸C. 2 molL-1醋酸D. 2 molL-1硝酸解析同温度、相同规格的铁片与酸反应生成氢气的速率取决于氢离子的浓度,浓度大反应速率快,B答案中的氢离子浓度最大,浓硫酸和硝酸与铁不能生成氢气,答案选B。答案B压强对反应速率的影响1. 改变压强,对化学反应速率产生影响的根本原因是引起浓度改变。所以在讨论压强对反应速率的影响时,应区分引起压强改
14、变的原因。(1) 对于没有气体参与的化学反应,由于改变压强时,反应物浓度变化很小,可忽略不计,因此对化学反应速率无影响。(2) 对于有气体参与的化学反应,有以下几种情况:恒温时,压缩体积压强增大反应物浓度增大反应速率加快。恒温时,对于恒容密闭容器:a. 充入气体反应物:总压强增大反应物浓度增加反应速率加快。b. 充入“惰性气体”:总压强增大反应物浓度未改变反应速率不变。恒温、恒压时:充入“惰性气体”体积增大气体反应物浓度减小反应速率减小。2. 压强对反应速率的影响规律及其微观解释影响规律对气体反应而言,增大压强(减少容器容积),相当于增大反应物的浓度,反应速率增大;减小压强(增大容器容积),相
15、当于减小反应物的浓度,反应速率减小微观解释增大压强单位体积内活化分子数增多有效碰撞次数增多化学反应速率加快;反之,化学反应速率减慢注意事项若是参加反应的物质是固体、液体或溶液,由于压强的变化对它们的浓度几乎无影响,可以认为反应速率不变例题3在一密闭容器中充入1 mol H2和1 mol I2,压强为p(Pa),并在一定温度下使其发生反应H2(g)+I2(g)2HI(g)HCBA(4) 0.11 molL-1(5) 随着c(H2O2)减小,反应速率减慢 2. 某活动小组以酸性KMnO4溶液和H2C2O4(草酸)溶液为反应物进行了下列三组实验,反应的化学方程式为2KMnO4+5H2C2O4+3H2
16、SO4K2SO4+2MnSO4+10CO2+8H2O。实验编号KMnO4H2C2O4(草酸)加入的其他物质体积/mL浓度/molL-1体积/mL浓度/molL-140.0120.140.0120.240.0120.1MnSO4固体 根据以上实验,下列说法不正确的是()A. 实验和可探究浓度对该反应速率的影响B. 实验和可探究催化剂对该反应速率的影响C. 实验和可探究催化剂对该反应速率的影响D. 实验中开始反应较慢,一段时间后变快,其原因是生成的MnSO4有自催化作用解析对比实验和,可以发现变量有两个:H2C2O4浓度不同和加与不加MnSO4固体,所以无法确定影响反应速率的因素,C项不正确。答案
17、C 课堂评价(见学生用书第26页) 1. Fe与稀硫酸反应制取氢气时,下列措施一定能使生成氢气的速率加快的是()A. 增加铁的量B. 增大硫酸的浓度C. 加热D. 增大压强解析错选A的误区是混淆了外界条件对反应速率影响的关系,浓度增大,反应速率加快,但铁为固体,增加铁的量,其浓度并没有改变;错选B的误区是把反应物的性质发生改变与反应发生改变混淆了,当H2SO4浓度增大时,可能转变为浓硫酸,浓硫酸与铁常温下会发生钝化,无氢气生成;错选D的误区是把增大反应物浓度与增大物质的浓度的关系混淆了,增大压强,只改变了氢气的浓度,而氢气是生成物,并没有改变反应物的浓度。答案C 2. 下列措施能减慢化学反应速
18、率的是()A. 将煤块粉碎后燃烧B. 将食物贮藏在冰箱中C. 用过氧化氢溶液制氧气时添加少量二氧化锰粉末D. 用粗锌替代纯锌与同浓度同体积的盐酸反应制氢气解析将固体粉碎、加入催化剂、形成原电池反应都能加快反应速率,A、C、D项错;B项正确。答案B 3. 下列有关化学反应速率的说法正确的是()A. 稀盐酸与锌反应时,加入适量的氯化钠溶液,生成氢气的速率减慢B. 用铁片和稀硫酸反应制取氢气,若改用铁片和浓硫酸可以加快产生氢气的速率C. 二氧化硫的催化氧化是放热反应,升高温度,反应速率减慢D. 合成氨中,增大压强,反应速率加快解析选项A中,加入氯化钠溶液,相当于对盐酸稀释,浓度降低,反应速率减慢;选
19、项B中,改用铁片与浓硫酸反应时,若常温则发生钝化,若加热则反应生成二氧化硫气体,得不到氢气;选项C中,不论该化学反应是放热反应还是吸热反应,升温,化学反应速率必然加快;选项D中,对有气体参与的反应,增大压强,气体的浓度增大,反应速率加快。答案AD 4. 下列说法正确的是()A. 等体积0.1 molL-1 HNO3和0.1 molL-1 H2SO4分别与等体积2 molL-1 NaOH溶液反应的速率相同B. 等质量的锌粒和锌粉分别同0.1 molL-1盐酸反应,速率相同C. 增大压强,反应速率一定加快D. 升高温度,反应速率一定加快解析0.1 molL-1 HNO3和0.1 molL-1 H2
20、SO4中 c(H+)不同,所以反应速率不同,A项错;固体形状(固体反应物的表面积)对反应速率有影响,相同条件下,粉状比块状速率快,B项错;对于非气体反应,增加压强不能加快反应速率,C项错。答案D趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成练习本第2223页中的练习。第二单元化学反应进行的方向和限度第一课时化学反应的方向课堂导学 新课引入汽车尾气中的主要污染物是一氧化氮以及燃料不完全燃烧所产生的一氧化碳,它们是现代城市中的大气污染物。为了减轻大气污染,人们提出通过以下反应来处理汽车尾气:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)。你能否判断这一方案是否可行?理论依据是什么? 目标导学(见学
21、生用书第2728页)自发过程和自发反应1. 自发过程:在一定条件下,不需要外力作用就能自动进行的过程。特点:(1) 体系趋向于从高能状态转变为低能状态。(2) 在密闭条件下,体系趋向于从有序状态转变为无序状态。2. 自发反应:在给定条件下,能自发地进行到显著程度的反应。3. 非自发反应:不能自发地进行,必须借助某种外力才能进行的反应。例题1过程的自发性的作用是()A. 判断过程的方向B. 确定过程是否一定会发生C. 判断过程发生的速率D. 判断过程的热效应解析反应过程的自发性用于判断反应过程的方向。答案A反应方向的焓判据焓判据:放热反应过程中体系能量降低,因此具有自发进行的倾向。但有些吸热反应
22、也可以自发进行,故只用焓变判断反应的方向不全面。例题2实验证明,多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是()A. 所有的放热反应都是自发进行的B. 所有的自发反应都是放热的C. 焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素D. 焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据解析多数能自发进行的反应都是放热反应,并不是所有能自发进行的反应都是放热反应,既然说“多数”,必定存在特例,所以只能说“焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素,但不是唯一因素”。答案C反应方向的熵判据1. 熵:量度体系混乱(或有序)的程度的物理量,符号为S(同一物质,三种状态下熵值:气态液态固态)。2. 熵判据:如
23、果发生变化后体系的混乱度增大(即熵增),S0,反应有自发进行的倾向,化学反应的S越大,越有利于反应自发进行;但有些熵减反应也可以自发进行,故只用熵判据判断反应的方向也不全面。例题3下列关于化学反应的熵变的叙述正确的是()A. 化学反应的熵变与反应的方向无关B. 化学反应的熵变直接决定了反应的方向C. 熵值增大的反应都是混乱度增大的反应D. 熵值增大的反应都能自发进行解析熵值增大的反应,即S0的反应容易自发进行,所以熵变与反应的方向有关,A项错;熵变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素,B项错;自发反应不一定S0,D项错。答案C焓变与熵变对反应方向的共同影响H-TS0,不能自发进行。具体
24、的几种情况如下:焓变(H)熵变(S)反应的自发性0任何温度下都能自发进行000高温下能自发进行00任何温度下都不能自发进行注意:过程的自发性只能用于判断反应进行的方向,不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。例题4下列关于H-TS的说法正确的是()A. H-TS可用于判断所有条件下的反应能否自发进行B. H-TS只用于判断温度、体积一定的反应能否自发进行C. H-TS只用于判断温度、压强一定的反应能否自发进行D. H-TS0的反应,在该条件下一定剧烈反应解析H-TS判据只适用判断一定温度和压强下的反应能否自发进行,A、B项错误,C项正确;H-TS0,该反应一定不能自发进行C. 如果某一反应
25、的正反应能自发进行,则其逆反应无法自发进行D. 向Fe(NO3)2溶液中加入稀硫酸,可观察到有红棕色气体生成,说明HNO3不稳定易分解解析并非所有自发进行的化学反应都是放热的,有些吸热反应也能自发进行,B项在高温条件下能自发进行,B项错误;红棕色气体的生成是Fe2+与H+和N作用的结果,D项错误。答案AC 2. 下列说法正确的是()A. 电解质溶于水发生电离的过程中,熵值增大B. 已知反应SO2(g)+H2O(g)H2SO3(l),该过程熵值增大C. 右图可表示爆炸反应的能量变化曲线D. 同温同压下,H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)在光照和点燃条件下的H不同解析通常情况下,三种状态下熵值
26、:气态液态固态,所以B选项是一个熵值减小的反应,错误;同一反应在不同条件下发生,其H相同,D选项错误。答案AC 课堂评价(见学生用书第28页) 1. 符合下列条件的化学反应一定能自发进行的是()A. H0,S0B. H0C. H0,S0D. H0,S0解析根据H-TS0反应能自发进行可知,H0的化学反应一定能自发进行。答案B 2. 对于化学反应方向的确定,下列说法正确的是()A. 反应的焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素B. 温度、压强一定时,放热反应能自发进行C. 在温度、压强一定的条件下,焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向D. 固体的溶解过程与焓变无关解析焓因素和熵因素共同决定一个
27、化学反应的方向,A项错、C项正确;放热反应,若S0,在低温时能自发进行,高温时不能自发进行,B项错;固体的溶解也有焓变,D项错。答案C3. 已知反应2CO(g)2C(s)+O2(g)的H为正值,S为负值。设H和S不随温度而变,下列说法正确的是()A. 低温下能自发进行B. 高温下能自发进行C. 低温下不能自发进行,高温下能自发进行D. 任何温度下都不能自发进行解析根据复合判据H-TS0时反应不能自发进行,又因为H0,S0,故H-TS0,此反应任何温度下都不能自发进行。答案D趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成练习本第2425页中的练习。第二课时化学平衡状态课堂导学 新课引入19世纪后期,人
28、们发现高炉炼铁所排出的高炉气中含有相当量的CO,有些工程师认为这是由于CO和铁矿石的接触时间不长所造成的,于是耗资建造了一个高大的炼铁高炉,以增加CO和铁矿石的接触时间。可是后来发现用这个高炉炼铁,所排出的高炉气中CO的含量并没有减少。你知道为什么吗? 目标导学(见学生用书第29页)可逆反应与不可逆反应1. 定义:在同一条件下,既能发生反应物转变为生成物的正向反应,又能发生生成物转变为反应物的逆向反应。2. 特点:反应物与生成物同时存在;转化率小于100%。3. 表示:用“”表示。例题1向平衡体系CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)中加入18O和 2H组成的H2O(g),当再次达到
29、平衡时,下列判断正确的是()A. 含18O的物质只有一种B. 含2H的物质有两种C. 含18O和含2H的物质各有两种D. 既含有2H又含有18O的物质只有一种解析本题考查了可逆反应的本质任何时刻反应物和生成物都是共存的。答案BD化学平衡状态的特征和标志1. 化学平衡状态的特征2. 化学平衡状态的标志反应特点mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)m+n=p+qm+np+q无条件判据v(正)=v(逆)平衡平衡各组分百分含量不变平衡平衡各组分浓度不变平衡平衡有条件判据压强不变不一定平衡平衡混合气体平均相对分子质量不变不一定平衡平衡混合气体密度不变不一定平衡恒压时平衡温度不变绝热体系平衡绝热体系
30、平衡颜色不变有有色分子参与反应时平衡有有色分子参与反应时平衡总体积不一定平衡恒压时平衡总物质的量不变不一定平衡平衡例题2在一定温度下,不能判断可逆反应A(g)+3B(g)2C(g)达到平衡的标志是()C的生成速率与C的分解速率相等单位时间内生成a mol A,同时生成3a mol BA、B、C的浓度不再变化体积不变的密闭容器中混合气体的总压强不再变化混合气体的物质的量不再变化单位时间内消耗a mol A,同时生成3a mol BA、B、C的分子数目比为1 3 2A. B. C. D. 解析A、B的生成指的都是逆反应速率,错;分子数目比等于化学计量数比不能说明达到平衡状态,错。答案选C。答案C
31、备讲例题 1. 密闭容器中进行的反应为X(g)+3Y(g)2Z(g),X、Y、Z 的起始浓度依次为0.1 molL-1、0.3 molL-1、0.2 molL-1,当反应达平衡时,各物质的浓度可能是()A. X=0.2 molL-1B. Y=0.5 molL-1C. Z=0.3 molL-1D. Z=0.4 molL-1解析可逆反应中,反应体系中各物质一定共存,如果A选项中的数据存在,则Z的浓度为0;如果D选项中的数据存在,则X、Y的浓度为0,这是不可能的,故A、D选项错误。答案BC 2. 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H=-196.6 kJmol-1是制备硫酸的重要反应。判断该反应
32、达到平衡状态的标志是(填字母)。a. SO2和SO3浓度相等b. SO2百分含量保持不变c. 在体积不变的容器中,气体的压强不变d. SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等e. 在体积不变的容器中混合气体的密度保持不变 f. SO2、O2、SO3的浓度保持不变解析可逆反应达到平衡状态有两个核心的判断依据:(1) 正、逆反应速率相等;(2) 反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变。只要抓住这两个特征就可确定是否达到平衡状态,对于随反应的发生而发生变化的物理量如果不变了,即说明可逆反应达到了平衡状态。答案bcf 课堂评价(见学生用书第29页) 1. 甲醇来源丰富、价格低廉、运输贮存方便,是一种重
33、要的化工原料,有着重要的用途和应用前景。若在恒温恒容的容器内进行反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),下列表示该反应达到平衡状态的标志是()A. 容器中混合气体的密度不再变化B. CO2百分含量保持不变C. 容器中混合气体的质量不再变化D. 有1个HH键生成的同时有 3个CH键生成解析反应前后都是气体,质量不变,又是恒容容器,密度也不变,A、C项错;CO2百分含量会随着反应的进行发生变化,待其不变了说明达到了平衡状态,B项正确;有3个HH键生成的同时有 3个CH键生成才能说明达到平衡状态,D项错。答案B 2. 在2NO2N2O4的可逆反应中,下列状态属于平衡状态的是()
34、A. v正=v逆0时的状态B. NO2全部转变成N2O4的状态C. c(NO2)=c(N2O4)的状态D. 体系的颜色不再发生变化的状态解析化学平衡状态的本质特征是正、逆反应速率相等,宏观表现是各组成成分的百分含量保持不变等。用这条原理可分析题中各种说法:A项,v正=v逆0时的状态显然是平衡状态;B项,由于2NO2N2O4是可逆反应,NO2不可能全部转化为N2O4;C项,平衡时NO2、N2O4的百分含量保持不变,但不一定存在c(NO2)=c(N2O4)的关系;D项,对于反应2NO2N2O4来讲,只有NO2呈红棕色,N2O4无色,体系的颜色不变说明NO2的浓度不变,反应处于平衡状态。答案AD 3
35、. 下列说法可以证明反应N2+3H22NH3已达到平衡状态的是()A. 1个NN键断裂的同时,有3个HH键形成B. 1个NN键断裂的同时,有3个HH键断裂C. 1个NN键断裂的同时,有6个NH键断裂D. 1个NN键断裂的同时,有6个HH键形成解析这是化学键与化学平衡综合的题目。NN键断裂与HH键断裂表示的都是正反应,B项错;1个NN键断裂的同时有6个HH键形成,虽然分别代表正、逆反应速率,v正(N2)=6v逆(H2),但是正、逆反应速率不等,D项错。答案AC 4. 一定温度下在容积恒定的密闭容器中,进行反应2A(s)+3B(g)C(g)+2D(g),当下列物理量不发生变化时,能作为该反应已达到
36、化学平衡状态的标志是()混合气体的密度容器内气体的压强混合气体总物质的量B的物质的量浓度A. B. C. D. 解析变化的量不变了说明达到了平衡状态,气体的质量会随着反应的进行发生变化,密度也会随着变化,B的物质的量浓度也会随着反应的进行发生变化,正确;混合气体总物质的量、压强一直不变,不能作为平衡的标志,错误。答案A趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成练习本第2627页中的练习。第三课时化学平衡常数课堂导学 新课引入同一个可逆反应,外界条件不同,反应进行的限度就不同;不同反应在相同外界条件下进行的程度也不同。化学上如何来衡量一个化学反应进行的限度大小呢? 目标导学(见学生用书第3031页
37、)化学平衡常数对于反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),K=(固体和纯液体的浓度为常数,通常不计入平衡常数表达式中)。注意:(1) 对于同一反应,温度不同时,K值越大,反应物的转化率越高,正反应进行的程度越大。(2) 对于一个可逆反应,其K值仅随温度的改变而改变,即温度一定、K值一定,不随其他外界条件的改变而改变。(3) K值的大小只能大致说明一个可逆反应的正向反应所进行的最大限度,并不能预示反应达到平衡所需要的时间。如298 K时,2SO2(g)+O22SO3(g) 的K(=3.61024)很大,但由于速率太慢,常温时,几乎不发生反应。(4) 化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常
38、数。若反应方向改变,则平衡常数改变。正、逆反应的平衡常数互为倒数;若化学方程式中各物质的计量数等倍扩大或缩小,平衡常数也会改变。例如N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡常数为K1,N2(g)+H2(g)NH3(g)的平衡常数为K2,NH3(g)N2(g)+H2(g)的平衡常数为K3,则K1和K2的关系式为K1=,K2和K3的关系式为K2=。例题1298 K时,各反应的平衡常数如下:N2(g)+O2(g)2NO(g)K=110302H2(g)+O2(g)2H2O(g)K=210812CO2(g)2CO(g)+O2(g)K=410-92则常温下,NO、H2O、CO2这三种化合物分解放氧的倾
39、向最大的是()A. B. C. D. 无法判断解析要判断NO、H2O、CO2这三种化合物分解放氧的倾向,则必须求出各个分解放氧反应的平衡常数,然后比较大小即可。由计算可知:2NO(g)N2(g)+O2(g)K=110-302H2O(g)2H2(g)+O2(g)K=510-822CO2(g)2CO(g)+O2(g)K=410-92平衡常数越大,表示反应进行得越彻底,因此反应即NO分解放氧的倾向最大。答案A有关化学平衡常数的计算对化学反应:aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)K=(注意要用各物质的平衡浓度代入而不能仅用物质的量代入)例题2在容积为1 L的恒容容器中,合成甲醇的热化学方程式:
40、CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H1=-116 kJmol-1,当温度分别为230 、250 和270 时,CO的转化率与的起始组成比的关系如下图所示。起始时CO的物质的量均为1 mol。利用图中a点对应的数据,计算该反应在对应温度下的平衡常数K(写出计算过程)。答案根据图像可知a点对应的CO的转化率为50%,H2的物质的量为1.5 mol。CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)起始浓度/molL-111.50转化浓度/molL-10.510.5平衡浓度/molL-10.50.50.5K=4有关化学平衡的计算有关化学平衡的计算一般涉及各组分的物质的量、浓度、转化率、百分含量、气体混合
41、物的密度、平均摩尔质量、压强等。通常的思路是写出平衡式,列出相关量(起始量、变化量、平衡量),确定各量之间的关系,列出比例式、等式或依据平衡常数求解。如以下反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量(mol)分别为a、b,达到平衡后,A的消耗量为mx,容器容积为V L。 mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)起始/mol:a b00变化/mol:mx nx pxqx平衡/mol:a-mxb-nxpxqx则有:(1) K=(2) 对于反应物:n(平)=n(始)-n(变);对于生成物:n(平)=n(始)+n(变)。(3) c平(A)=(4) (A)平=100%,
42、(A)(B)=(5) (A)=100%(6) =(7) (混)= gL-1(8) = gmol-1例题3已知:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)H=-25 kJmol-1,某温度下的平衡常数为400。此温度下,在1 L的密闭容器中加入CH3OH,反应到某时刻测得各组分的物质的量浓度如下表,下列说法正确的是()物质CH3OHCH3OCH3H2Oc/molL-10.81.241.24A. 平衡后升高温度,平衡常数不变B. 平衡时,c(CH3OCH3)=1.6 molL-1C. 平衡时,反应混合物的总能量减少40 kJD. 平衡时,再加入与起始等量的CH3OH,达新平衡后平衡常数变
43、大解析升高温度平衡常数发生变化,选项A错误;2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g);某时刻量/molL-10.81.241.24变化量/molL-12xxx平衡量/molL-10.8-2x1.24+x1.24+x=400,解得x=0.36 molL-1,平衡时,c(CH3OCH3)=1.24+x =1.6 molL-1,所有CH3OCH3(g)都是生成的量,故E=n(CH3OCH3)25 kJmol-1=1.6 mol25 kJmol-1=40 kJ,选项B、C正确;平衡常数与浓度无关,选项D错误。答案BC 备讲例题 1. 25 时,在含有Pb2+、Sn2+的某溶液中,加入过量金
44、属锡(Sn),发生反应Sn(s)+Pb2+(aq)Sn2+(aq)+Pb(s),体系中c(Pb2+)和c(Sn2+)用变化关系如下图所示。下列判断正确的是()A. K=B. 往平衡体系中加入少量Sn(NO3)2固体,此时正、逆反应速率都增大C. 25 时,该反应的平衡常数K1=2.2D. 25 时,Sn2+(aq)+Pb(s)Sn(s)+Pb2+(aq)的平衡常数为K2,则K1K2=1解析固体不列入平衡常数的表达式,A项错误;加入Sn(NO3)2固体瞬间,c(Sn2+)增大,c(Pb2+)不变,所以,逆反应速率增大,正反应速率不变,B项错误;由图可知,平衡时c(Sn2+)=0.22 molL-
45、1,c(Pb2+)=0.10 molL-1,所以平衡常数K=2.2,C项正确;在同一温度下,同一反应的正、逆反应平衡常数互为倒数,D项正确。答案CD 课堂评价(见学生用书第3132页) 1. 用于净化汽车尾气的反应:2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g),已知该反应速率极慢,570 K时平衡常数为11059。下列说法正确的是()A. 装有尾气净化装置的汽车排出的气体中一定不再含有NO或COB. 因为反应的平衡常数极大,所以反应速率极快,达到平衡所需的时间很短C. 加入高效催化剂,可以提高反应的速率,但平衡常数不变D. 570 K时该反应正向进行的程度很大,故使用催化剂并无实际意义
46、解析在一个可逆反应中,反应物不可能全部转化为生成物,故排出的气体中一定还含有NO和CO,A项错;平衡常数为11059,表明在570 K时,绝大部分的反应物能转化为生成物,但是反应速率慢,仍然需要使用催化剂,B、D项错;平衡常数仅和温度有关,加入催化剂可以加快反应速率,平衡常数不变,C项正确。答案C 2. 2 000 K时,反应CO(g)+O2(g)CO2(g)的平衡常数为K,则相同温度下反应 2CO2(g)2CO(g)+O2(g)的平衡常数K为()A. B. K2C. D. 解析平衡常数与化学方程式的写法有关,对于以上两个反应:K=、K=,所以K=。答案C 3. 某温度下,反应2CH3OH(g
47、)CH3OCH3(g)+H2O(g)的平衡常数为400,此温度下,在容积一定的密闭容器中加入CH3OH,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:物 质CH3OHCH3OCH3H2O浓度/molL-10.440.60.6下列说法正确的是()A. CH3OH的起始浓度为1.04 molL-1B. 此时逆反应速率大于正反应速率C. 平衡时CH3OH的浓度为0.04 molL-1D. 平衡时CH3OH的转化率小于80%解析根据某一时刻各物质的浓度判断,起始CH3OH的浓度为0.44 molL-1+0.6 molL-12=1.64 molL-1,A项不正确;设该温度下达平衡时,CH3OCH3的浓度为x mol
48、L-1,则c(H2O)=x molL-1,c(CH3OH)=(1.64-2x) molL-1,K=400,解得x=0.8,故平衡时CH3OH的浓度为(1.64-2x)molL-1=0.04 molL-1,C项正确;因为平衡时CH3OH的浓度为0.04 molL-1,所以表中数据所在该时刻未达到平衡,则此时正反应速率大于逆反应速率,B项错误;CH3OH的转化率为100%=100%97.6%80%。答案C 4. 700 时,向容积为2 L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O,发生反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。反应过程中测定的部分数据见下表(表中t1t2):反应时间/min
49、n(CO)/molH2O/mol01.200.60t10.80t20.20试求700 时该反应的平衡常数。解析t1时,参与反应的CO的物质的量为0.40 mol,则参与反应的H2O的物质的量也为0.40 mol,那么,t1时H2O物质的量为0.20 mol,比较t1、t2可知,t1时反应已经达到平衡状态,那么,生成的CO2、H2的物质的量为0.40 mol,则平衡时各物质的物质的量浓度分别为c(CO)=0.40 molL-1、c(H2O)=0.10 molL-1、c(CO2)=0.20 molL-1、c(H2)=0.20 molL-1,代入平衡常数表达式计算即可。答案1趁热打铁,事半功倍。请老
50、师布置同学们完成练习本第2829页中的练习。第三单元化学平衡的移动第一课时化学平衡的移动课堂导学 新课引入化学平衡状态是建立在一定条件基础上的,当一个可逆反应达到化学平衡状态后,如果改变浓度、压强、温度等反应条件,平衡状态是否会发生变化呢?工业合成氨的条件为什么选择高温、高压、催化剂呢? 目标导学(见学生用书第3334页)浓度、压强对化学平衡移动的影响1. 浓度对化学平衡移动的影响基本规律:在其他条件不变的情况下,增大反应物浓度或减小生成物浓度,平衡向正反应方向移动;减小反应物浓度或增大生成物浓度,平衡向逆反应方向移动。注意:增加固体或纯液体的量,由于浓度不变,所以化学平衡不移动。2. 压强对
51、化学平衡移动的影响基本规律:其他条件不变时,对于有气体参加的反应,增大压强,会使平衡向着气体体积减小的方向移动;减小压强,会使平衡向着气体体积增大的方向移动。但是压强改变,对于有气体参与而反应前后气态物质化学计量数不变的反应来说,平衡不移动。正向气体体积变化减小增大增大减小平衡移动原因加压加压减压减压速率变化v(正)、v(逆)同时增大,但v(正)v(逆)v(逆)、v(正)同时增大,但v(逆)v(正)v(正)、v(逆)同时减小,但v(正)v(逆)v(正)、v(逆)同时减小,但v(逆)v(正)平衡移动方向正向移动逆向移动正向移动逆向移动注意:若容器恒温恒容,充入惰性气体虽改变了容器内气体的总压强,
52、但却没有改变气体的浓度,故平衡不移动,转化率不变;若容器恒温恒压,充入惰性气体会使容器的容积增大,虽未减小容器内气体的总压强,但降低了各物质的浓度,从而使平衡向气体体积增大的方向移动。若正向移动,转化率增大;若逆向移动,转化率减小。例题1在一密闭容器中,反应mA(g)+nB(g)3C(g)达到平衡时,测得c(A)=0.5 molL-1。在温度不变的情况下,将容器体积增大一倍,当达到新的平衡时,测得c(A)=0.20 molL-1。下列判断正确的是()A. A的质量分数减小B. 化学计量数:m+n3C. 平衡向右移动D. 物质C的体积分数减小解析根据将容器体积增大一倍,当达到新的平衡时,测得c(
53、A)小于原浓度的一半,即平衡向正反应方向移动,可知m+n3,A的质量分数变小,A选项正确,B选项错误;平衡向正反应方向移动,C选项正确;物质C的体积分数增大,D选项错误。答案AC温度、催化剂对化学平衡移动的影响1. 温度对化学平衡移动的影响基本规律:其他条件不变的情况下,升高温度,平衡向吸热方向移动;降低温度,平衡向放热方向移动。2. 催化剂对化学平衡移动的影响由于催化剂能够同等程度地增加正反应速率和逆反应速率,因此,它对化学平衡的移动没有影响。但是使用催化剂,能改变反应到达平衡所需的时间。例题2反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在恒容密闭容器中进行。为探究温度、CO2等因素对该反应
54、的影响,进行了4组实验,结果如下表。下列说法不正确的是()组序号1234反应温度/225235225235反应前气体的物质的量/molCO2000.20.2CO3.03.02.82.8H27.07.07.07.0平衡时CH3OH的体积分数/%4.98.836.550.7A. 反应CO(g)+2H2(g)2CH3OH(g)的H0,选项A的说法错误;反应前后气体的计量数不同,压强不变时可以说明达平衡状态,选项B的说法正确;选择1、3组实验数据比较,少量CO2能提高平衡时CH3OH的体积分数,CO2不是催化剂,选项C的说法错误、选项D的说法正确。答案AC勒夏特列原理(平衡移动原理)如果改变影响平衡的
55、条件之一(如温度、压强,以及参加反应的化学物质的浓度),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。平衡移动的实质是因为条件的变化打破了正、逆反应速率相等的关系。v(正)v(逆),正向移动;v(正)v(逆)向右固体或纯液体浓度视为固定不变生成物浓度减小不变减小反应物浓度减小减小不变v(正)v(逆)向右升高或降低温度,v(正)、v(逆)增加或减小程度不同正反应放热增大增大v(正)v(逆)向左正反应吸热减小减小v(正)v(逆)向右压缩体积,增大压强m+np+q增大增大v(正)v(逆)向右反应物产物都是固体或液体,压强对平衡无影响m+n=p+q增大增大v(正)=v(逆)不移动容积不变,充入He不变不变v(
56、正)=v(逆)不移动分压不变压强不变,充入Hem+np+q减小减小v(正)v(逆)向左相当于减压m+n=p+q减小减小v(正)=v(逆)不移动m+nv(逆)向右例题3下列事实能用勒夏特列原理来解释的是()A. 由H2(g)、I2(g)、HI(g)组成的混合气体平衡体系加压后颜色加深B. 久置的氯水变成了稀盐酸C. 在FeCl2溶液中加入铁粉防止氧化变质D. 加入催化剂有利于SO2与O2反应制SO3解析A选项,由于反应2HI(g)H2(g)+I2(g)反应前后气体分子数相等,加压后平衡不移动,颜色加深是由于浓度变大的原因,故错误;B选项,Cl2+H2OHCl+HClO,2HClO2HCl+O2
57、,由于次氯酸见光会分解,消耗了次氯酸,使第一个可逆反应向正方向进行,不断的消耗了氯气,最终变为盐酸,故正确;C选项,在FeCl2溶液中加入铁粉,是防止发生氧化还原反应,与勒夏特列原理无关,故错误;D选项,加入催化剂反应平衡不移动,故错误。答案B化学平衡常数与化学平衡的移动1. K可用于判断化学反应是否达到平衡状态及平衡移动方向。如对化学反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)的任意状态,浓度商Qc=。若Qc=K,反应达到平衡状态;若QcK,平衡逆向移动。2. K可用于判断反应的热效应。若升高温度,K值增大,则正反应为吸热反应;若升高温度,K值减小,则正反应为放热反应。例题4某温度下反应
58、H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K=57.0,现向此温度下的真空容器中充入0.2 molL-1 H2(g)、0.5 molL-1 I2(g)及0.3 molL-1 HI(g),则下列说法正确的是()A. 反应正好达平衡B. 反应向左进行C. 反应向某方向进行一段时间后K57.0D. 反应向某方向进行一段时间后c(H2)0.2 molL-1解析Q=0.90,下列叙述正确的是()A. 加入少量W,逆反应速率增大B. 升高温度,平衡逆向移动C. 平衡后加入X,上述反应的H增大D. 当容器中气体压强不变时,反应达到平衡解析W为固体,其浓度可视为常数,所以加入少量W,逆反应速率不变,平衡不移
59、动,A项错误;该反应为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,B项错误;对于一个确定的化学方程式,其H是一个定值,平衡后加入X,平衡正移,体系的热效应改变,但是X(g)+Y(g)Z(g)+W(s)的H不变,C项错误;该反应正向反应气体体积减小,所以当容器中气体压强不变时,反应达到平衡,D项正确。答案D 4. 温度为T时,向V L的密闭容器中充入一定量的A和B,发生反应:A(g)+B(g)C(s)+xD(g)H0,容器中A、B、D的物质的量浓度随时间的变化如下图所示。下列说法正确的是()A. 反应在前10 min的平均反应速率v(D)=0.3 molL-1min-1B. 该反应的平衡常数表达式K=C.
60、 若平衡时保持温度不变,压缩容器体积平衡向逆反应方向移动D. 反应至15 min时,改变的条件是降低温度解析从图中可以看出,A、B、D的浓度的变化之比是1 1 2,即x=2,v(D)=0.3 molL-1min-1,A项正确;固体不出现在平衡表达式中,B项错;反应前后气体的化学计量数不变,压缩容器体积平衡不移动,C项错;反应至15 min时,速率减慢,A、B的物质的量增加,D的物质的量减少,推出改变的条件是降低温度,D项正确。答案AD趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成练习本第3031页中的练习。第二课时化学平衡的图像分析课堂导学 新课引入化学反应速率和化学平衡的有关理论具有一定的抽象性,
61、运用各种图像能直观反映可逆反应的变化规律及特点,能从定性和定量两个方面来分析和研究变化的因素、方向和限度。 目标导学(见学生用书第3637页)化学平衡图像的解题策略对于化学反应速率和化学平衡的有关图像问题,可按以下的方法进行分析:(1) 看图像,认清坐标系,搞清纵、横坐标所代表的意义,并与勒夏特列原理挂钩。所谓看图像,是指:一看轴(即横坐标和纵坐标的意义),二看点(即起点、折点、交点和终点),三看线(即线的走向和变化趋势),四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线等),五看量的变化(如温度、浓度、压强、转化率、产率、百分含量等的变化趋势)等,这是解题的基础。(2) 紧扣可逆反应的特征,搞清正反应方
62、向是吸热还是放热,体积是增大还是减小、不变,有无固体、纯液体物质参加或生成等。(3) 看清速率的变化及变化量的大小关系,注意图像的走向是否符合给定的反应,在条件与变化之间搭桥;也可以根据坐标的数据,判断反应物或生成物在化学方程式中的计量数,或据此求反应速率。(4) 看清起点、拐点、终点,注意图像是否经过“原点”,即是否有“O”点,尤其是特殊点的意义,看清曲线的变化趋势。(5) 先拐先平。例如,在转化率-时间图上,先出现拐点的曲线先达到平衡,此时逆向推理可得该变化的温度高、浓度大、压强高。(6) 定一议二。勒夏特列原理只适用于一个条件的改变,所以图像中有多个变量时,先固定一个量,再讨论另外两个量
63、的关系。(7) 注意图像题中物质的转化率与百分含量的关系,某物质的转化率与其“百分数”相反。例题1T 时在2 L刚性密闭容器中使X(g)与Y(g)发生反应生成Z(g)。反应过程中X、Y、Z的物质的量变化如图1所示;若保持其他条件不变,温度分别为T1和T2时,Y的体积分数(Y)与时间的关系如图2所示。则下列结论错误的是()图1图2图3A. 容器中发生的反应可表示为3X(g)+Y(g)2Z(g)B. 反应进行的前 4 min 内,用X表示的反应速率v(X)=0.15 molL-1min-1C. 保持其他条件不变,升高温度,反应的化学平衡常数K减小D. 若改变反应条件,使反应进程如图3所示,则改变的
64、条件是使用催化剂解析由图1可知:X、Y、Z的变化量之比等于312,A项正确;v(X)=0.075 molL-1min-1,B项错;由图2可知此反应的正反应是吸热反应,升高温度平衡正移,平衡常数增大,C项错;图3与图1相比平衡未移动,达到平衡的时间变短,则改变的条件是使用催化剂,D项正确。答案BC常见的化学平衡图像1. 浓度时间图像解这类题的关键是弄清:何为反应物、生成物;反应物、生成物的计量数关系;是否为可逆反应。例题2向某密闭容器中加入0.3 mol A、0.1 mol C和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应,各物质的浓度随时间变化如甲图所示t0t1阶段的c(B)变化未画出。乙图为t2时
65、刻后改变条件平衡体系中正、逆反应速率随时间变化的情况,且四个阶段都各改变一种反应条件且互不相同,t3t4阶段为使用催化剂。下列说法正确的是()甲乙A. 若t1=15 s,用A的浓度变化表示t0t1阶段的平均反应速率为0.004 molL-1s-1B. 该容器的容积为2 L,B的起始物质的量为0.02 molC. t4t5阶段改变的条件一定为减小压强D. t5t6阶段,容器内A的物质的量减少了0.06 mol,而此过程中容器与外界的热交换总量为a kJ,该反应的热化学方程式:3A(g)B(g)+2C(g)H=-50a kJmol-1解析向某密闭容器中加入0.3 mol A,图甲中A的初始浓度是0
66、.15 molL-1,说明容器的体积是2 L,15 s,v(A)=0.006 molL-1s-1,A项错;t3t4阶段为使用催化剂,则t4t5为减压,减压平衡不移动说明反应前后气体的化学计量数相等,A、C的浓度变化量之比是32,其化学计量数之比是32,则B是生成物,B的起始物质的量为0.04 mol,B项错、C项正确;t5t6阶段,改变的条件是升温,升温平衡正移,正反应是吸热反应,该反应的热化学方程式:3A(g)B(g)+2C(g)H=+50a kJmol-1,D项错。答案C2. 速率时间图像平衡体系条件变化速率变化平衡变化速率变化曲线任一平衡体系增大反应物的浓度v正、v逆均增大,且v正v逆正
67、向移动减小反应物的浓度v正、v逆均减小,且v逆v正逆向移动任一平衡体系增大生成物的浓度v正、v逆均增大,且v逆v正逆向移动减小生成物的浓度 v正、v逆均减小,且v正v逆 正向移动 正反应方向为气体体积增大的放热反应增大压强或升高温度v正、v逆均增大,且v逆v正逆向移动减小压强或降低温度v正、v逆均减小,且v正v逆 正向移动 任一平衡体系正催化剂或增大压强v正、v逆同等倍数增大平衡不移动负催化剂或减小压强v正、v逆同等倍数减小例题3某密闭容器中充入等物质的量的A和B,一定温度下发生反应A(g)+xB(g)2C(g),达到平衡后,只改变反应的一个条件,测得容器中物质的浓度、反应速率随时间变化如下图
68、所示。下列说法正确的是()A. 30 min时降低温度,40 min时升高温度B. 化学方程式中x=1,正反应为放热反应C. 该反应在第8 min时达到化学平衡状态D. 3040 min间该反应使用了催化剂解析改变浓度、压强会引起相关物质浓度的突变,改变温度、使用催化剂只能引起物质浓度的渐变。由图像知,第8 min 时三种物质的浓度相同,20 min 时达到化学平衡状态。30 min 时三种物质的浓度同时缩小为原来的75%,反应速率减小,但正、逆反应速率仍然相等,所以30 min时增大了容器的容积。压强的变化对平衡移动没有影响,故该反应为反应前后气体体积不变的反应,所以x=1。40 min 时
69、正、逆反应速率同时增大,说明温度升高,重新达到平衡状态后,反应物浓度增大,生成物浓度减小,平衡逆向移动,故正反应为放热反应。答案B3. 温度、压强、转化率、时间等之间三重关系的图像由右图可判断该反应的正反应是气体体积增大的反应,理由是p1时反应达到平衡所用时间短,故p1p2。从p1、p2的关系又可知,当压强大时,反应物的转化率小,故知该反应的正反应是气体总体积增大的反应。例题4某密闭容器中,加入一定量的X和Y,发生如下反应:2X+Y2Z。不同温度时,产物Z的生成情况如右下图所示,a为T1 时的情况,b为T2 时的情况,c为从时间t3开始加压的情况,下列叙述正确的是()A. 反应2X+Y2Z的
70、HK2解析T1 时先达到平衡,T1T2,由T1到T2降温,n(Z)增大,平衡正移,反应放热,A项正确、C项错误;c为T2时从时间t3开始加压的情况,所以温度不变,平衡常数不变,K1=K2,加压后n(Z)减小,平衡逆向移动,说明Z一定为气体,X一定为非气体,B项正确、D项错误。答案AB 备讲例题 1. 在某一容积可变的密闭容器中,可逆反应A(g)+B(g)xC(g)H符合图1所示关系。由此推断,对图2的说法不正确的是()A. HT2、p1p2。温度从T1降至T2,C的百分含量增大,故正反应放热,Hp2,x轴表示温度,y轴表示平衡混合气中G的体积分数。据此可判断()A. 上述反应是放热反应B. 上
71、述反应是吸热反应C. abD. ab解析由图像可知,随温度的升高(其他条件一定),G的体积分数减小,说明平衡向正反应方向移动,则正反应为吸热反应;其他条件不变时,增大压强,G的体积分数增大,平衡向逆反应方向移动,说明ab。答案BD 2. 合成氨反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-92.4 kJmol-1,在反应过程中,正反应速率的变化如下图。下列说法正确的是()A. t1时升高了温度B. t2时使用了催化剂C. t3时增大了压强D. t4时降低了温度解析t1时正反应速率增大,平衡向正反应方向移动,改变条件应该是增大压强;t2时正反应速率增大且不再变化,说明平衡不移动,改变条件是使
72、用了催化剂;t3时正反应速率减小且平衡向逆反应方向移动,改变条件应该是减小压强;t4时正反应速率不变,平衡向正反应方向移动,改变条件应该是减小生成物浓度。答案B 3. 如图所示,反应:X(g)+3Y(g)2Z(g)Hp2)下,达到平衡时,混合气体中Z的百分含量随温度变化的曲线应为()ABCD解析根据反应可知,该反应为放热反应,且反应物计量数之和大于生成物计量数。增大压强,Z的百分含量应增大,升高温度Z的百分含量降低。选项中C图像符合。答案C 4. 在一个固定容积的密闭容器中,可发生以下反应:A(g)+B(g)xC(g),符合图1所示的关系w(C)表示C的体积分数,由此推断关于图2的说法正确的是
73、()图1图2A. p3p4,y轴表示A的转化率B. p3p4,y轴表示混合气体C的体积分数D. p3T2,说明升温平衡逆移,B的体积分数增大,B项错;温度相同,先拐先平速率大,压强大,增大压强,C的百分含量增大,说明加压平衡正移,可以推出x=1,加压,A的转化率、混合气体C的体积分数均增大,A、C项正确;混合气体的密度一直不变,D项错。答案AC趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成练习本第3234页中的练习。第三课时等效平衡课堂导学 新课引入化学平衡状态与条件相关,而与建立平衡的途径无关。一定温度下,对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),在容积相同的三个容器中起始投料分别为:2
74、mol SO2、1 mol O2;2 mol SO3;1 mol SO2、0.5 mol O2、1 mol SO3。达到平衡时三个容器内平衡状态有何关系? 目标导学(见学生用书第3940页)等效平衡的定义及其理解1. 等效平衡的定义在一定条件(恒温、恒容或恒温、恒压)下,同一可逆反应体系,不管是从正反应开始,还是从逆反应开始,在达到化学平衡状态时,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。2. 概念的理解(1) 外界条件相同:通常可以是恒温、恒容或恒温、恒压。(2) “等效平衡”与“完全相同的平衡状态”不同: “等效平衡”只要求平衡混合物中各组分的物
75、质的量分数(或体积分数)对应相同,反应的速率、压强等可以不同。(3) 平衡状态只与始态有关,而与途径无关,只要物料相当,就达到相同的平衡状态。例题1一定温度时,向容积为2 L 的密闭容器中充入一定量的SO2和O2,发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。反应过程中测定的部分数据见下表(表中t10D. 相同温度下,起始时向容器中充入0.050 mol SO2和0.030 mol O2,达到平衡时SO2的转化率小于88%解析v(SO3)=v(SO2)= molL-1min-1,A项错;从表中的数据可以判断出,t1时反应已经达到平衡,平衡时n(SO2)=0.012 mol,c(SO2)=
76、0.006 0 molL-1,保持其他条件不变,起始时向容器中充入0.10 mol SO3和0.010 mol O2,和原平衡是等效平衡,B项正确;升高温度,平衡时c(SO2)=0.007 0 molL-1,大于原平衡的浓度,升温平衡逆移,正反应放热,H0,C项错;原平衡SO2的转化率等于88%,相同温度下,起始时向容器中充入0.050 mol SO2和0.030 mol O2,相当于减压,平衡逆移,反应物的转化率减小,D项正确。答案BD等效平衡的分类1. 恒温、恒容下,反应前后气体体积发生变化的反应(即V0的体系)如果按化学方程式中的计量关系转化为同一半边的物质,其物质的量与对应组分的起始加
77、入量相同,则建立的化学平衡状态是等效的。结果:达到平衡后,各组分的百分含量及各组分的浓度都是相等的。例如:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)2 mol 1 mol 0 mol0 mol 0 mol 2 mol0.5 mol 0.25 mol1.5 mol上述三种配比,按化学方程式的计量关系均转化为反应物,则SO2均为2 mol、O2均为1 mol,三者建立的平衡状态完全相同。理解:化学平衡的建立与途径无关,起始加反应物(或生成物),只要加入的物质极值转化后物质的量相等,又由于恒温恒容,此时的平衡不仅是等效的,而且是同一平衡。平衡时相同组分的物质的量、浓度、转化率及混合气体的密度、相对分子
78、质量都相等。例题2在一定温度下,把2 mol SO2和1 mol O2通入一定容积的密闭容器中,发生如下反应:2SO2+O22SO3,当此反应进行到一定程度时反应混合物就处于化学平衡状态。现在该容器中维持温度不变,令a、b、c分别代表初始时加入的SO2、O2、SO3的物质的量(mol),如果a、b、c取不同的数值,它们必须满足一定的相互关系,才能保证达到平衡状态时,反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡完全相同。(1) 若a=0,b=0,则c=。(2) 若a=0.5,则b=,c=。(3) a、b、c的取值必须满足的一般条件是、。(请用两个方程式表示,其中一个只含a和c,另一个只含b和c)解
79、析通过化学方程式2SO2+O22SO3可以看出,这是一个化学反应前后气体分子数不等的可逆反应,在恒温、恒容下建立同一化学平衡状态。起始时,无论怎样改变SO2、O2、SO3的物质的量,使化学反应从正反应开始,还是从逆反应开始,或者从正、逆反应同时开始,它们所建立起来的化学平衡状态的效果是完全相同的,即它们之间存在等效平衡关系。(1) 若a=0,b=0,这说明反应是从逆反应开始,通过化学方程式可以看出,反应从2 mol SO3开始,通过反应的化学计量数之比换算成SO2和O2的物质的量,恰好跟反应从2 mol SO2和1 mol O2的混合物开始是等效的,故c=2。(2) 由于a=0.52,这表示反
80、应从正、逆反应同时开始,通过化学方程式可以看出,要使0.5 mol SO2反应需要同时加入0.25 mol O2才能进行,通过反应的化学计量数之比换算成SO3的物质的量与0.5 mol SO3是等效的。这时若再加入1.5 mol SO3就与起始时加入2 mol SO3是等效的,通过等价转换可知,与起始时加入2 mol SO2和1 mol O2是等效的。故b=0.25,c=1.5。(3) 题中要求2 mol SO2和1 mol O2要与a mol SO2、b mol O2和c mol SO3建立等效平衡。由化学方程式可知,c mol SO3等价转换后与c mol SO2和 mol O2等效,也就
81、是说(a+c)mol SO2和b+mol O2与a mol SO2、b mol O2和c mol SO3等效,也就是与2 mol SO2和1 mol O2等效。故有a+c=2,b+=1。答案(1) 2(2) 0.251.5(3) a+c=2b+=1(或2b+c=2)2. 恒温、恒容下,反应前后气体体积没有变化的反应(即V=0的体系)如果按化学方程式的计量关系转化为同一半边的物质,其物质的量之比与对应组分的起始加入量之比相同,则建立的化学平衡状态是等效的。结果:达到平衡后,各组分的百分含量相同,但各组分的浓度并不一定相同。例如:2A(g)+3B(g)5C(g)2mol3mol00010molam
82、olbmolcmol如果此时满足=则、建立的化学平衡状态等效。理解:以上述反应为例,在等温时分别在1 L的容器和2 L的容器中加入2 mol A、3 mol B和4 mol A、6 mol B。容器中间有可抽动的隔板(隔板的体积忽略),此时容器左右两边的反应与容器完全相同,则达平衡时容器左右两边的反应与容器相同组分的物质的量、浓度、转化率及混合气体的密度、相对分子质量都相等。然后抽开隔板,由于浓度、温度、压强没变,根据勒夏特列原理,平衡不移动。此时容器中的组分的物质的量是容器中相同组分的2倍。然后压缩容器至1 L,由于该反应是气体体积不变的反应,增大压强,平衡不移动。所以两反应平衡时是等效的,
83、且相同组分的物质的量存在倍数的关系。如下图所示:例题3CO与H2O(g)在一定条件下可以发生反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H0。达到平衡时,VB=1.2a L,则下列说法正确的是()反应开始时,A容器中化学反应速率快B容器中X的转化率为40%,且比A容器中X的转化率大打开活塞K达新平衡后,B容器体积为2.6a L打开K,同时升高A、B的温度,达新平衡后,B的体积变大()A. B. C. D. 解析A中物质的浓度大、压强高,反应速率快,正确;根据三段法计算 B容器中X的转化率为40%,且A中压强大于B,平衡逆向移动,B中X的转化率比A容器中大,正确;根据题意,打开活塞K前
84、后反应达平衡时是属于恒温、恒压条件下的等效平衡,且相同组分的物质的量存在倍数的关系,打开活塞K前,B中的起始总物质的量是2 mol,打开活塞K后,A、B连通,其起始总物质的量是6 mol,所以打开活塞K前后平衡时物质的量的之比是13。根据pV=nRT可知=,所以打开活塞K后平衡时AB总体积是1.2a L3=3.6a L,则打开活塞K平衡后B的体积为(3.6a-a)L=2.6a L,正确;因为该反应为吸热反应,升温平衡正移,气体体积增大,所以打开K,同时升高A、B的温度,达新平衡后,B的体积变大,正确。答案B 课堂评价(见学生用书第4041页) 1. T1时,向容积为2 L的密闭容器中充入一定量
85、的A气体和B气体,发生如下反应:A(g)+2B(g)C(g)。反应过程中测定的部分数据见下表:反应时间/minn(A)/moln(B)/ mol01.001.20100.50300.20下列说法正确的是()A. 前10 min内反应的平均速率为v(C)=0.050 molL-1min-1B. 保持其他条件不变,起始时向容器中充入0.50 mol A气体和0.60 mol B气体,达到平衡时,n(C)T2),上述反应平衡常数为20,则正反应为放热反应解析前10 min内反应的平均速率为v(C)=v(A)=0.025 0 molL-1min-1,A项错;原平衡时生成的n(C)=0.5 mol,现在
86、投料的物质的量减半,若平衡不移动,生成的n(C)=0.25 mol,实际上相当于原平衡是减压,平衡逆移,n(C)0.25 mol,B项正确;其他条件不变,在达到平衡后持续缩小容器体积,物质的聚集状态会改变,平衡可能出现不移动或逆向移动,C项错;原反应的平衡常数是100,降温后平衡常数减小了,说明正反应是吸热反应,D项错。答案B 2. 已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H=-197 kJmol-1,按不同方式向甲、乙和丙3个相同容器内投入反应物,且保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下表:容器甲乙丙反应物投入量2 mol SO2、1 mol O21 mol SO2、0.5 m
87、ol O22 mol SO3k1k2k3反应的能量变化放出a kJ放出b kJ吸收c kJ气体密度123反应物转化率123下列关系式正确的是()A. k1=k32C. 2+31D. 2b+c197解析按照化学计量数之比投料,二氧化硫与氧气的物质的量浓度之比恒为2,A项错;恒容容器密度之比等于气体质量之比,m(甲)=m(丙)m(乙),B项正确;容器甲、丙等效,容器甲中反应物的转化率与容器丙中SO3的转化率之和等于1,乙容器对于甲容器相当于减压,平衡逆移,反应物的转化率减小,故乙、丙中反应物的转化率之和小于1,C项错;a+c=197,2ba,即2b+cT2、K1K2解析加入催化剂能降低活化能E,但
88、不能改变反应热H的大小,A项错误;图3随着起始物氢气的物质的量增加,平衡始终向正反应方向移动,N2的转化率始终增大,C项错误;图3中,在起始物氢气的物质的量相同时,T2到T1平衡时NH3的转化率增大,即平衡逆移,又据图1可知该反应为放热反应,所以T2到T1操作是升温,即T2T1、K1”、“”、“K。(3)2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O起始物质的量/mol:3100转化物质的量/mol:1.20.6NH3的平衡转化率为100%=40%答案(1) Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)H=-28.5 kJmol-1(2) (3) 2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O40%趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成专题2测试卷中的练习。