1、第3讲 化学反应速率和化学平衡一、化学反应速率1.表示方法：一定条件下,在2 L的密闭容器中发生反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g),10 s后测得N2的物质的量减少了0.2 mol。(1)10 s内,NH3的物质的量浓度增加了_molL-1。(2)10 s内,反应的平均速率v(H2)=_mol(Ls)-1。(3)反应过程中v(N2)v(H2)v(NH3)=_。0.20.031322.影响因素：(1)将相同形态、相同质量的Na、Mg、Al投入足量的相同浓度的稀盐酸中,反应速率最快的是_,反应速率最慢的是_,说明影响化学反应速率快慢的根本因素是_。(2)对于反应Fe(s)+2HCl(aq
2、)=FeCl2(aq)+H2(g),加快反应速率的方法有：_;_;_;_。NaAl反应物的性质升温增大c(HCl)铁块改为铁粉滴加少量CuSO4(aq)(3)对于反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),加快反应速率的方法有：_;_;_;_。升高温度增大反应物浓度增大压强加入催化剂二、化学平衡状态和化学平衡常数1.化学平衡状态的判断：对于恒容密闭容器中的反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)H=QkJmol-1(1)反应达到平衡状态时,各物质的浓度_,v正(NH3)和v逆(O2)的关系为_。保持不变5v正(NH3)=4v逆(O2)(2)能判断该反应达到平衡状态的依据有_
3、。单位时间内生成4nmol NO的同时生成4nmol NH3。容器内总压强不随时间改变。混合气体的密度不再改变。混合气体的平均相对分子质量不再改变。v(NH3)v(O2)=45。2.化学平衡常数：结合上述反应,完成下列内容(1)该反应的平衡常数表达式为K=(2)若增大体系的压强,则K值_,若升高温度,K值减小,则Q_0(填“”或“”)。不变0,在某密闭容器(体积可变)中达到平衡。(1)升高温度,反应速率_,平衡向_方向移动。(2)减小容器的容积,反应速率_,平衡向_方向移动。(3)继续充入水蒸气,反应速率_,平衡向_方向移动。达到新平衡后H2O(g)的转化率_,C(s)的转化率_。增大正反应增
4、大逆反应增大正反应减小增大(4)保持恒温、恒压,充入Ne,反应速率_,平衡向_方向移动;保持恒温、恒容,充入N2,反应速率_,平衡_。(5)加入催化剂,反应速率_,平衡_。(6)加入C(s),反应速率_,平衡_。减小正反应不变不移动增大不移动不变不移动(1)(2013大纲版全国卷)反应X(g)+Y(g)2Z(g);H0,达到平衡时减小容器体积,平衡向右移动。()分析：该反应中物质全部是气体,且反应前后气体体积不变,减小容器体积,平衡不移动。(2)(2012安徽高考)反应SO2(g)+2CO(g)2CO2(g)+S(l)H0,在恒容的密闭容器中进行,平衡前,随着反应的进行,容器内压强始终不变。(
5、)分析：反应前后气体分子数不等,正反应是气体体积减小的反应,随着反应的进行,平衡前容器内压强逐渐变小。(3)(2012山东高考)催化剂能改变可逆反应达到平衡的时间。()分析：催化剂能同等程度改变正、逆反应速率,可以改变可逆反应达到平衡的时间,但平衡不发生移动。(4)(2012江苏高考)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H0,其他条件不变时升高温度,反应速率v(H2)和H2的平衡转化率均增大。()分析：升高温度,v(H2)增大;但该反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,H2的转化率减小。(5)(2012安徽高考)反应SO2(g)+2CO(g)2CO2(g)+S(l)H0,在恒容的密闭容器中进
6、行,平衡时,其他条件不变,分离出硫,正反应速率加快。()分析：该条件下硫为液体,减少纯液体的量不影响化学反应速率。(6)(2012安徽高考)反应SO2(g)+2CO(g)2CO2(g)+S(l)H0,在恒容的密闭容器中进行,平衡时,其他条件不变,升高温度可提高SO2的转化率。()分析：该反应正方向是放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,SO2的转化率降低。(7)(2012上海高考)向锌与稀硫酸反应混合液中加入NH4HSO4固体,反应速率不变。()分析：加入NH4HSO4固体,溶液中c(H+)增大,反应速率加快。(8)(2012四川高考)对于反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)Hv
7、(逆)所以吸热反应方向(逆反应方向)的化学反应速率下降的程度更大。(9)(2012四川高考)恒温恒容下进行的可逆反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时,反应达到平衡。()分析：SO3的生成速率和SO2的消耗速率均为正反应速率,二者相等不能作为达到平衡状态的标志。(10)(2012上海高考)对于反应：3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g)Si3N4(s)+12HCl(g)H0、S0。()分析：该反应为分解反应,反应过程吸热,H0,反应中有气体生成,故为熵增反应,即S0。(15)(2011江苏高考)对于反应：2H2O2=2H2O+O2,加
8、入MnO2或降低温度都能加快O2的生成速率。()分析：加入催化剂,反应速率加快,但降低温度,反应速率一定减小。热点考向 1化学反应速率及影响因素【典例1】(2012福建高考)一定条件下,溶液的酸碱性对TiO2光催化染料R降解反应的影响如图所示。下列判断正确的是()A.在050 min之间,pH=2和pH=7时R的降解百分率相等B.溶液酸性越强,R的降解速率越小C.R的起始浓度越小,降解速率越大D.在20 min25 min之间,pH=10时R的平均降解速率为0.04 molL-1min-1【解题探究】(1)图像中纵坐标和横坐标的含义是什么?提示：纵坐标表示反应物染料R的物质的量浓度,单位为10
9、-4molL-1;横坐标表示反应时间,单位为min。(2)图像中曲线的斜率与R降解的反应速率的大小有何关系?提示：根据v(R)=可知,浓度-时间图像上曲线的斜率越大,R降解反应的反应速率越大。(3)图像中曲线的含义是什么?提示：图像中曲线表示在不同pH条件时,c(R)随浓度变化的趋势。本题答案：【解析】选A。根据图像,pH=2和pH=7条件下,在50 min时,R都是完全降解,浓度变为0,降解百分率都是100%,A正确;从图像中可以读出pH=2时,曲线下降是最快的即单位时间内R的浓度变化最大,说明溶液的酸性越强,降解速率越大,B错误;由图可知R的降解速率不仅与R的起始浓度有关,还与溶液的pH有
10、关,因此不能单纯依浓度的大小来判断R的降解速率,C错误;在20 min25 min,pH=10的R其浓度变化量为(0.6-0.4)10-4molL-1=0.210-4molL-1,则0.0410-4molL-1min-1,D错误。【易错警示】有关化学反应速率的易错点(1)错误地把化学反应速率等同于瞬时速率,化学反应速率是某一段时间内的平均速率,而不是瞬时速率。(2)进行化学反应速率的相关计算时,错误地用某物质的物质的量代替物质的量浓度计算,速率大小比较时易忽视各物质的速率的单位是否一致,单位书写是否正确。(3)错误地认为纯固体和纯液体不会改变化学反应速率,实际上不能用纯固体和纯液体物质的变化表
11、示化学反应速率,但若将固体的颗粒变小(增大固体的接触面积)则化学反应速率会加快。(4)错误地认为只要增大压强,化学反应速率一定增大;实际上反应在密闭固定容积的容器中进行,若充入氦气(或不参与反应的气体),压强增大,但参与反应的各物质的浓度不变,反应速率不变;若反应在密闭容积可变的容器中进行,充入氦气(或不参与反应的气体)而保持压强不变,相当于压强减小,反应速率减小。(5)不能正确区分外界条件对可逆反应的正、逆反应速率的影响趋势。如对Ha2B.t1a1,A错误;反应速率越大,达到平衡的时间越短,即t2t1,B错误;根据v(A)=可得c(A)=v(A)t,即阴影面积可表示A浓度的减小,催化剂不能改
12、变平衡状态,故阴影面积相等,C正确、D错误。热点考向 2化学平衡常数的计算与应用【典例2】CH4和H2O(g)在催化剂表面发生反应CH4+H2O CO+3H2,该反应在不同温度下的化学平衡常数如下表：温度/8001 0001 2001 400平衡常数0.451.92276.51 771.5(1)该反应是反应(选填“吸热”或“放热”)。(2)T时,向1 L密闭容器中投入1 mol CH4和1 mol H2O(g),平衡时c(CH4)=0.5 molL-1,该温度下反应CH4+H2O CO+3H2的平衡常数K=。(3)T时,向1 L密闭容器中投入2 mol CH4、1 mol H2O(g)、1 m
13、ol CO、2 mol H2,则反应的正反应速率逆反应速率(选填“”或“=”)。【解题探究】(1)平衡常数K值的大小可以说明反应进行的程度吗?提示：可以。K值越大,说明平衡体系中生成物所占的比例越大,它的正反应进行的程度越大,即反应进行得越完全,反应物转化率越大;反之,就越不完全,转化率越小。(2)平衡常数K受哪些因素的影响?与反应物或生成物的浓度是否有关?K与反应热效应关系是怎样的?提示：K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。若正反应为吸热反应,升高温度,K值增大;若正反应为放热反应,升高温度,K值减小。(3)如何根据Qc判断平衡移动的方向?提示：若Qc=K,处于平衡状态,若QcK
14、,平衡逆向移动,若QcK,平衡正向移动。【解析】(1)由表中数据可知,平衡常数随温度的升高而变大,说明升高温度平衡正向移动,该反应是吸热反应。(2)根据“三段式法”计算CH4+H2O CO+3H2起始物质的量浓度(molL-1)1 1 0 0转化物质的量浓度(molL-1)0.5 0.5 0.5 1.5平衡物质的量浓度(molL-1)0.5 0.5 0.5 1.5(3)4v(逆)。答案：(1)吸热(2)6.75 (3)【方法归纳】“三段式法”解答化学平衡计算题(1)步骤。写出有关化学平衡的反应方程式。确定各物质的起始、转化、平衡时的量(物质的量或物质的量浓度)。根据已知条件建立等式关系并做解答
15、。(2)方法：如mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量浓度分别为amolL-1、bmolL-1,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mxmolL-1。mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)起始物质的量浓度(molL-1)a b 0 0变化物质的量浓度(molL-1)mx nx px qx平衡物质的量浓度(molL-1)a-mx b-nx px qxK=(3)说明。反应物：c(平)=c(始)-c(变);生成物：c(平)=c(始)+c(变)。各物质的转化浓度之比等于化学方程式中化学计量数之比。转化率=100%。【变式训练】(2013安徽名校联盟联考)某可逆反应平衡常数
16、表达式为K=达到平衡状态时,如果升高温度(其他条件不变),则c(NO)减小。下列说法正确的是()A.反应的热化学方程式为NO2(g)+SO2(g)NO(g)+SO3(g)H0B.一定条件下达到平衡时,缩小容器体积,增大体系压强,气体颜色加深C.混合气体的平均摩尔质量保持不变,说明反应已达平衡D.使用合适的催化剂可使该反应的反应速率和平衡常数增大【解析】选B。升高温度,c(NO)减小,说明平衡逆向移动,所以正反应是放热反应,HbaB.若T2T1,则正反应一定是放热反应C.达到平衡时A2的转化率大小为bacD.若T2T1,达到平衡时b、d点的反应速率为vdvb【解题探究】(1)图像中纵、横坐标表示
17、什么量?提示：横坐标表示加入的反应物B2的物质的量,纵坐标表示生成物AB3的平衡体积分数。(2)其他条件不变时,增大某一反应物浓度和升高温度时,平衡将如何移动?提示：其他条件不变时,增大某一反应物浓度平衡将向着正反应方向移动,其他反应物的转化率增大;升高温度时,平衡将向着吸热反应的方向移动。本题答案：【解析】选A。在T2和n(A2)不变时达到平衡,增加B2的物质的量使平衡向正反应方向移动,导致生成物的物质的量增大,A正确;若T2T1,由图像可知,升高温度生成物AB3的体积分数增大,说明平衡向正反应方向移动,则正反应一定是吸热反应,B错误;当A2的物质的量一定时,n(B2)越大A2的转化率越大,
18、达到平衡时A2的转化率大小为cba,C错误;升高温度反应速率加快,若T2T1,达到平衡时b、d点的反应速率为vdvb,D错误。【方法归纳】解答化学平衡问题需注意的问题(1)分析化学平衡移动的一般思路。(2)化学平衡问题中的“三不混同”。不要将平衡的移动和速率的变化混同起来。如化学反应速率改变,平衡不一定发生移动,但平衡发生移动,化学反应速率一定改变;不能认为平衡正向移动一定是v(正)加快,v(逆)减慢等。不要将平衡的移动和浓度的变化混同起来。如不能认为平衡正向移动时,反应物浓度一定减少,生成物浓度一定增加等。不要将平衡的移动和反应物的转化率混同起来。不能认为平衡正向移动时,反应物的转化率一定提
19、高。【变式训练】(2013重庆高考)将E和F加入密闭容器中,在一定条件下发生反应：E(g)+F(s)2G(g),忽略固体体积,平衡时G的体积分数(%)随温度和压强的变化如下表所示：压强/MPa温度/1.02.03.081054.0ab915c75.0d1000ef83.0体积分数/%b0K(1 000)K(810)上述中正确的有()A.4个 B.3个 C.2个 D.1个【解析】选A。从所给反应E(g)+F(s)2G(g)可知,该反应是一个体积增大的反应,即S0,正确;结合表中数据“54.0”“75.0”“83.0”,这个过程是压强增大(平衡向逆反应方向移动,G的体积分数减小)和温度升高的过程,
20、所以温度升高平衡一定向正反应方向移动,正反应是吸热反应,即温度升高,化学平衡常数增大,正确;根据以上分析,b小于54.0,f大于83.0,所以b2p乙B.SO3的质量m：m甲=m丙2m乙C.c(SO2)与c(O2)之比为k：k甲=k丙k乙D.反应放出或吸收热量的数值Q：Q甲=Q丙2Q乙【解析】选B。恒温恒容,甲与乙起始n(SO2)n(O2)=21,甲等效为在乙的基础上增大一倍压强,平衡向正反应方向移动,转化率增大;丙按化学计量数转化到左边可得n(SO2)=2 mol,n(O2)=1 mol,与甲为等效平衡,平衡时对应各组分的物质的量相等,故压强p甲=p丙,甲等效为在乙的基础上增大一倍压强,平衡
21、向正反应方向移动,故p乙p甲2p乙,故p甲=p丙2m乙,故m甲=m丙2m乙,故B正确;对于甲、乙,SO2、O2起始物质的量之比等于化学计量数之比,c(SO2)与c(O2)之比为定值21,丙为分解反应,丙中c(SO2)与c(O2)之比为21,故k甲=k丙=k乙=21,故C错误;甲与丙为等效平衡,平衡时对应各组分的物质的量相等,且甲和丙为两个相反的过程,故Q甲+Q丙=197,但Q甲不一定等于Q丙,甲等效为在乙的基础上增大一倍压强,平衡向正反应方向移动,SO2转化率增大,故Q甲2Q乙,故D错误。1.下列条件一定能使反应速率增大的是()增加反应物的物质的量 升高温度 缩小反应容器的容积不断分离出生成物
22、 加入催化剂MnO2A.全部 B.C.D.【解析】选C。若增加固体的质量,反应速率不变;升高温度一定能加快反应速率;改变非气体反应的容积,反应速率不变;分离出固体或纯液体生成物,不改变反应速率;催化剂有一定的选择性,MnO2不能改变所有反应的反应速率。2.一定条件下,某固定容积的密闭容器中存在反应：2A(g)+B(s)2C(g)H0。下列描述中能证明上述反应已达平衡状态的是()A.摩尔质量：ACB.容器中混合气体的密度不随时间而变化C.容器中的气体压强不随时间而变化D.容器中A与C的物质的量之比等于11【解析】选B。对于某一纯净物来说,它的摩尔质量是固定不变的,故A错;因是有固体参加反应转化为
23、气体的反应,若平衡正向移动时,容器中混合气体的密度增大,B正确;该反应是气体分子数不变的反应,容器中的压强保持不变,故C错;平衡时容器中A与C的物质的量之比不一定是11,故D错。3.(2013厦门质检)一定条件下,Cu2+、Mn2+、Fe3+的浓度对乙酸在光照下催化降解速率的影响如图所示。下列判断不正确的是()A.该实验方案的缺陷之一是未做空白对照实验B.Cu2+、Mn2+提高乙酸降解速率的最佳浓度为0.1 mmolL-1C.Fe3+不能提高乙酸降解速率D.相同条件下,乙酸在Cu2+、Mn2+、Fe3+作用下的降解速率依次减小【解析】选A。该实验方案不必做空白对照实验,因为离子浓度为0时降解速
24、率为70%,A不正确;由图像可知：Cu2+、Mn2+浓度为0.1 mmolL-1时,乙酸降解速率最高,含Fe3+时乙酸降解速率降低,相同条件下,乙酸在Cu2+、Mn2+、Fe3+作用下的降解速率依次减小,B、C、D均正确。4.(2013枣庄一模)已建立化学平衡的某可逆反应,当改变条件使化学平衡向正反应方向移动时,下列有关叙述正确的是()生成物的体积分数一定增加;生成物的产量一定增加;反应物的转化率一定增大;反应物浓度一定降低;正反应速率一定大于逆反应速率;使用了合适的催化剂A.B.C.D.【解析】选B。若增加某反应物的浓度,平衡正向移动,但生成物的体积分数不一定增加,反应物的浓度不一定减小;平
25、衡向正反应方向移动,正反应速率一定大于逆反应速率,生成物的产量一定增加。5.(2013龙岩一模)一定条件下,恒容的密闭容器中,加入一定量的A与B发生反应A(s)+2B(g)C(g)+2D(g)H0,平衡时C的物质的量与加入B的物质的量的变化关系如下图所示。下列说法正确的是()A.增加A的物质的量,正反应速率加快B.平衡时,其他条件不变,当温度升高时,变大C.图中曲线的斜率表示反应的化学平衡常数D.平衡时,其他条件不变,再通入B,则反应混合物的温度升高【解析】选D。因A是固体,增加A的量不影响化学反应速率,A错误;平衡时,其他条件不变,当温度升高时,平衡向逆反应方向移动,变小,B错误;温度一定时
26、,化学平衡常数是定值,故图中曲线的斜率不能表示化学平衡常数,C错误;通入B,平衡正向移动,反应放出更多的热,导致体系温度升高,D正确。6.(2013海南高考)反应A(g)B(g)+C(g)在容积为1.0 L的密闭容器中进行,A的初始浓度为0.050 molL-1。温度T1和T2下A的浓度与时间关系如下图所示。回答下列问题：(1)上述反应的温度T1T2,平衡常数K(T1)K(T2)。(填“大于”“小于”或“等于”)(2)若温度T2时,5 min后反应达到平衡,A的转化率为70%,则：平衡时体系总的物质的量为。反应的平衡常数K=。反应在05 min区间的平均反应速率v(A)=。【解析】(1)温度越
27、高反应速率越快,到达平衡的时间越短,根据图像可知T1小于T2。由图像看出温度越高,到达平衡时c(A)越小,说明升高温度平衡向着正反应方向移动,即正反应为吸热反应,K(T1)小于K(T2)。(2)A(g)B(g)+C(g)初始浓度(molL-1)0.050 0 0改变量(molL-1)0.05070%0.05070%0.05070%平衡浓度(molL-1)0.015 0.035 0.035平衡时体系总的物质的量为(0.015+0.035+0.035)molL-11.0 L=0.085 mol。反应的平衡常数v(A)=0.007 molL-1min-1。答案：(1)小于 小于(2)0.085 mo
28、l0.0820.007 molL-1min-17.偏二甲肼与N2O4是常用的火箭推进剂,二者发生如下化学反应：(CH3)2NNH2(l)+2N2O4(l)=2CO2(g)+3N2(g)+4H2O(g)()(1)反应()中氧化剂是。(2)火箭残骸中常见红棕色气体,原因为N2O4(g)2NO2(g)()当温度升高时,气体颜色变深,则反应()为(填“吸热”或“放热”)反应。(3)一定温度下,反应()的焓变为H。现将1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中,下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是。若在相同温度下,上述反应改在体积为1 L的恒容密闭容器中进行,平衡常数(填“增大”“不变”或“减小”)
29、,反应3 s后NO2的物质的量为0.6 mol,则03 s内的平均反应速率v(N2O4)=molL-1s-1。(4)NO2可用氨水吸收生成NH4NO3。25时,将amol NH4NO3溶于水,溶液显酸性,原因是(用离子方程式表示)。向该溶液滴加bL氨水后溶液呈中性,则滴加氨水的过程中水的电离平衡将(填“正向”“不”或“逆向”)移动,所滴加氨水的浓度为molL-1。(NH3H2O的电离平衡常数取Kb=210-5molL-1)【解析】(1)分析元素的化合价可知,氮元素的化合价由N2O4中的+4价,变成了生成物N2中的0价,故可知N2O4为氧化剂。(2)由温度升高时,红棕色加深,说明升温平衡向生成N
30、O2的方向移动,即该反应的正反应为吸热反应。(3)作为化学平衡状态的标志,须由原来的“变量”变到“不变量”方可说明,在恒压条件下,随着反应的进行生成NO2,气体的总的物质的量不断增加,容器的体积增大,故密度变小,当密度不变时,可说明化学反应达到平衡状态,a正确;b图,作为反应热,H只与这个化学方程式有关,是一个不变量,它不会随着反应“量”的变化而变化,b错误;c图,用化学反应速率判断可逆反应是否达到平衡状态时,一定是“异向”,且它们的反应速率之比等于化学计量数之比,故c错误;d图,当N2O4的转化率不变时,说明v(正)=v(逆),反应达到了平衡状态,d正确。平衡常数是温度的函数,只受温度的影响
31、,故温度不变,化学平衡常数不变。由题意可知,NO2的化学反应速率,v(NO2)=0.2 molL-1s-1,由化学反应速率之比等于化学计量数之比,得出v(N2O4)=0.1 molL-1s-1。(4)NH4NO3溶液呈酸性，原因是发生了水解反应，对应的水解方程式为：+H2O NH3H2O+H+。滴加氨水后溶液由酸性变为中性,水的电离平衡向逆反应方向移动。由Kb=210-5 molL-1，c(OH-)10-7 molL-1，则c()200c(NH3H2O)，故n()200n(NH3H2O)，根据电荷守恒可知n()n()，则溶液中n()n(NH3H2O)a，根据物料守恒，滴加氨水的物质的量浓度c=(a-a)molb LmolL-1。答案：(1)N2O4 (2)吸热(3)a、d 不变0.1(4)+H2O NH3H2O+H+逆向
