第10单元化学反应速率和化学平衡_2013114152245595.doc

第10讲 化学反应速率和化学平衡班级 姓名 学号 一、化学反应速率 化学反应方向【考点透视】了解化学反应速率的概念和平均反应速率的定量表示方法。了解温度、浓度、压强和催化剂等影响化学反应速率的一般规律。认识催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。认识化学反应速率的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。了解化学反应的可逆性。能用焓变和熵变说明常见简单化学反应的方向。1、化学反应速率【例1】(1)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后测得C的浓度为0.6 molL1，现有下列几种说法：用物质A表示反应的平均速率为0.3 molL1s1 用物质B表示反应的平均速率为0.6 molL1s12 s时物质A的转化率为70% 2 s时物质B的浓度为0.7 molL1其中正确的是 A B C D2影响化学反应速率的因素(1)内因(主要因素) ：反应物本身的_。(2)外因(其他条件不变，只改变一个条件) ) 【例2】、反应3Fe（s）+4H2O（g） Fe3O4（s）+4H2（g），在一可变的容积的密闭容器中进行，试回答：增加Fe的量，其正反应速率的变化是 （填增大、不变、减小，以下相同）将容器的体积缩小一半，其正反应速率 ，逆反应速率 。保持体积不变，充入N2使体系压强增大，其正反应速率 ，逆反应速率 。保持压强不变，充入N2使容器的体积增大，其正反应速率 ，逆反应速率 。（3）从活化分子角度的理论解释有效碰撞：能发生反应的分子之间的碰撞。 活化分子：能够发生_的分子。活化能：如图E1表示_；E2表示活化分子变成生成物分子放出的能量；E2E1表示_。(2)理论解释(有气体参加的化学反应) 项目条件改变活化能分子总数单位体积内有效碰撞次数化学反应速率活化分子数活化分子百分数增大浓度增大压强升高温度加催化剂【例3】、对于密闭容器中的反应：N2（g）+3H2（g） 2NH3（g）；H 0，在673K，30MPa下n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如下图所示。下列叙述正确的是 n t2 abcdeNH3H20t1tA点a处的正反应速率比点b处的大 B点 c处的正反应速率比逆反应速率大C点d (t1时刻) 的n(N2)比点 e (t2时刻) 处的n(N2)大D其他条件不变，773K下反应时，(正)将减小，(逆)将增大 【例4】、某密闭容器中加入0.3molA、0.1molC和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应，各物质浓度随时间变化如图甲所示t0t1阶段c(B)未画出。图乙为t2后改变互不相同的某一条件时反应速率跟时间的关系，其中t3t4阶段使用催化剂。下列说法正确的是t2t1t0c/molL1c(A)t/sc(B)c(C)0.150.110.060.05t4t5t3t2t1vt6t/s 甲 乙A若t115 s，生成物C在t0t1时间段的平均反应速率为0.004molL1s1Bt4t5阶段改变的条件为降低反应温度CB的起始物质的量为0.02mol Dt5t6阶段改变的条件是增大反应物浓度3、化学反应进行的方向焓变、熵变都是判断反应能否进行的依据，但都不是唯一依据。利用H -TS 的符号可判断恒温恒压条件下反应的方向：（1） H -TS0时， 反应 ；（2） H TS = 0时，反应 ；（3） HTS0时， 反应 。可见，化学反应体系的焓变 （H 0）和熵变 （S 0）都有利于反应正向进行。当焓变和熵变的作用相反且相差不大时，温度可能对反应的方向起决定性作用。【例5】、根据你所学的知识和已有的生活经验，分析下列变化在常温下是否能自发的进行。这些变化过程的焓变和熵变是否有利于变化自发的进行？（1）CO2(s) CO2(g) H0，S0 （2）Ag+(aq)+Cl-(aq)=AgCl(s) H0，S0（3）2Mg(s)+ O2(g)=MgO(s) H0，S0（4）K(s)+H2O(l)=K+(aq)+OH-(aq) +1/2H2(g) H0，S0【例6】、下列有关说法正确的是（）ASO2(g)+H2O (g)=H2SO3 (l)，该过程熵值增大BSO2(g)=S(s) +O2(g) ；H0，S0，该反应不能自发进行C3S (s) +2H2O (l) = SO2(g)+2H2S (g)，常温常压下能自发进行D若某反应的H0，S0，则该反应一定能自发进行二、 化学平衡移动原理【考点透视】理解化学平衡的含义。理解浓度、温度、压强、催化剂等对化学平衡影响的一般规律。1、化学平衡状态： （1）定义：化学平衡状态是指在一定条件下的 反应， 相等，反应混合物中各组分的 保持 的状态。（2）化学平衡状态的特征： 动： 正=逆0 ，正逆反应仍在进行，为动态平衡。 定：外界条件一定,反应物与生成物浓度保持 ，百分组成保持 。变：影响平衡的外界条件改变，平衡状态被破坏而发生移动，最终建立新的平衡。2、可逆反应到达平衡状态的标志【例7】、100 时，将0.1 mol N2O4置于1L密闭的烧瓶中，然后将烧瓶放入100 的恒温槽中，烧瓶内的气体逐渐变为红棕色：N2O4(g) 2NO2 (g)。下列结论不能说明上述反应在该条件下已经达到反应限度的是 N2O4的消耗速率与NO2的生成速率之比为12， NO2的生成速率与NO2消耗速率相等， 烧瓶内气体的压强不再变化， 烧瓶内气体的质量不再变化， NO2的物质的量浓度不再改变， 烧瓶内气体的颜色不再加深， 烧瓶内气体的平均相对分子质量不再变化， 烧瓶内气体的密度不再变化。 A B C只有 D只有3、化学平衡的移动勒沙特列原理如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强或温度等），平衡就向 这种改变的方向移动。【例8】 在密闭容器中，进行下列反应. 2A（）B（）C（） D（）（） H0达到平衡后，下列说法中正确的是 A若恒温定容情况下，充入一些稀有气体压强增大，但平衡不移动 B若恒温定压条件下，充入一些稀有气体，则B的转化率将增大 C若定容升温，在新平衡体系中A的质量分数将减小 D在温度、压强和容积都相同时，在另一密闭容器中加入2 mol A、1 mol B、1 molC， 平衡时两个容器中D和E的浓度分别相等【例9】、某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对化学平衡的影响，得到如下变化规律（图中P表示压强，T表示温度，n表示物质的量）：根据以上规律判断，下列结论正确的是A反应：H0，P2P1 B反应：H0，T1T2C反应：H0，T2T1；或H0，T2T1 D反应：H0，T2T14、化学平衡移动与反应物转化率的关系（1）温度或压强的变化，引起平衡向正反应方向移动时，反应物的转化率一定升高，反之亦然。（2）反应物用量的改变对化学平衡影响的一般规律：、若反应物只有一种：aA(g) bB(g) + cC(g)，在不改变其他条件时，增加A的量平衡向正反应方向移动，但是A的转化率与气体物质的计量数有关：(可用等效平衡的方法分析)。若a = b + c ：A的转化率 ；若a b + c ： A的转化率 ； 若a c+ d，A、B的转化率 ；如a + b c + d，A、B的转化率 。【例10】、将H2(g)和Br2(g)充入恒容密闭容器，恒温下发生反应H2（g）+Br2(g) 2HBr（g）g平衡时Br2(g)的转化率为a；若初始条件相同，绝热下进行上述反应，平衡时Br2(g)的转化率为b。a与b的关系是 AabBa=bCabD无法确定【例11】、向某密闭容器中充入1molCO和2molH2O（g），发生反应：CO+H2O (g) CO2 +H2。当反应达到平衡时，CO的体积分数为x。若维持容器的体积和温度不变，起始物质按下列四种配比充入该容器中，达到平衡时CO的体积分数大于x的是（ ）A0.5molCO+2molH2O(g)+1molCO2+1molH2 B1molCO+1molH2O(g)+1molCO2+1molH2 . C0.5molCO+1.5molH2O(g)+0.4molCO2+0.4molH2 D0.5molCO+1.5molH2O(g)+0.5molCO2+0.5molH2 5、等效平衡等效平衡全等平衡相似平衡外界条件恒温恒容恒温恒容（气体系数和相等）恒温恒压等效条件平衡时各物质的物质的量对应相等平衡时各物质间量的比值相同等效结果（平衡时）各物质的物质的量、气体体积、体积分数等等均完全相同各气态物质的体积分数相同各气体物质浓度、体积分数均相同解题思路按化学反应方程式折算成初始物质，各物质的物质的量对应相等按化学反应方程式折算成初始物质，各物质的物质的量之比相同【例12】、（2010江苏卷）在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下（已知 kJmol）容器甲乙丙反应物投入量1mol N2、3mol H22mol NH34mol NH3NH3浓度（molL）c1c2c3反应的能量变化放出akJ吸收bkJ吸收ckJ体系压强（Pa）p1p2p3反应物转化率下列说法正确的是 A B C D三、化学平衡常数及其计算【考点透视】 理解化学平衡和化学平衡常数的含义，能用化学平衡常数计算反应物的转化率。 了解化学反应的可逆性。能用焓变和熵变说明常见简单化学反应的方向。 认识化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。1、化学平衡常数（1）定义：在一定温度下，当一个可逆反应达到 时，生成物浓度幂之积与反应物浓度之积的比值是一个常数。用符号K表示。（2）表示式：对于一般的可逆反应：mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) ,在一定温度下达到化学平衡时，该反应的平衡常数为：K= （3）意义：K值的大小，表示一定温度下，该反应达到平衡时，反应进行的程度，K值越大，反应进行的程度越大，反应物的转化率越大。（4）应用：在一定温度下，某时刻反应是否达到平衡，可用该时刻生成物浓度幂之积与反应物浓度之积的比值Qc与该温度时平衡常数值进行比较。如果该时刻，A、B、C、D的物质的量浓度分别为c(A)、c(B)、c(C)、c(D)则K 反应向 方向进行=K 反应达到 K 反应向 方向进行 (5)注意：使用平衡常数，必须指明温度。K只受温度影响。在应用平衡常数表达式时，稀溶液中的水分子浓度可不写。当反应中有固体物质参加或生成时，在平衡常数表达式中，不写固体的浓度。化学平衡常数表达式与化学方程式书写方式有关。【例13】、某温度，反应SO2(g)+ 1/2O2(g) SO3(g)的平衡常数K=50，在同一温度下，反应2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g) 的平衡常数K值应为 A. 2500 B. 100 C.4104 D. 2102【例14】、在25时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表：物质XYZ初始浓度/molL-10.10.20平衡浓度/molL-10.050.050.1下列说法错误的是： A反应达到平衡时，X的转化率为50 B反应可表示为X+3Y2Z，其平衡常数为1600C增大压强使平衡向生成Z的方向移动，平衡常数增大 D改变温度可以改变此反应的平衡常数班级 姓名 学号 【巩固练习】1、（2011江苏高考）下列说法正确的是A.一定温度下，反应MgCl2(1)Mg(1) Cl2(g)的 H0 S0B.水解反应NH4H2ONH3H2OH达到平衡后，升高温度平衡逆向移动C.铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应D.对于反应2H2O22H2OO2, 加入MnO2或升高温度都能加快O2的生成速率2、下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是 A使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨 B高压比低压条件更有利于合成氨的反应C500左右比室温更有利于合成氨的反应 D合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率3、（2012江苏）下列有关说法正确的是ACaCO3(s) =CaO(s)+CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的H0B镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈CN2(g)+3H2(g) =2NH3(g)HT1 Cb点时，平衡体系中A、B原子数之比为1:3D向a点的平衡体系中加入A2，可达到b点的平衡状态6、（2011江苏高考）700时，向容积为2L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O,发生反应：CO(g)H2O(g) CO2H2(g) 反应过程中测定的部分数据见下表（表中t1t2）:反应时间/minn(CO)/molH2O/ mol01.200.60t10.80t20.20下列说法正确的是A.反应在t1min内的平均速率为v(H2)0.40/t1 molL1min1B.保持其他条件不变，起始时向容器中充入0.60molCO和1.20 molH2O，到达平衡时，n(CO2)0.40 mol。C.保持其他条件不变，向平衡体系中再通入0.20molH2O，与原平衡相比，达到新平衡时CO转化率增大，H2O的体积分数增大D.温度升至800，上述反应平衡常数为0.64，则正反应为吸热反应7、（2012江苏大联考）正丁醛可在羰基钴催化下由丙烯氢甲酰化获得：CH3CHCH2COH2CH3CH2CH2CHO（正丁醛），副反应：CH3CHCH2COH2(CH3)2CHCHO（异丁醛），温度对丙烯氢甲酰化产物中正、异醛比的影响如下图：下列说法正确的是A丙烯氢甲酰化反应是放热反应B丙烯与CO、H2混合催化时，可能有丙烷及正丁醇等副产物生成C相同物质的量的丙烯合成正丁醛时，温度越高，所获得的正丁醛的产量一定越大D温度不变时，只改变体系的压强，对产率没有影响8、（2012苏北四市一模）一定温度下，容积为2 L的甲、乙两固定容积的密闭容器中，发生反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)。达平衡时测得有关数据如下表。容 器甲乙反应物投入量2 mol SO2、1 mol O24 mol SO3n(SO3)/mol1.6a反应物的转化率12下列说法正确的是A1+21 B1.6a0C曲线II对应的条件改变是降低压强D保持温度不变，若将平衡后的容器体积缩至1L，重新达平 衡时则2 molL1c(CH3OH) v（逆）D80C达到平衡时，测得n（CO）=0.3mol，则Ni（CO）4的平衡浓度为2mol/L11、（2012南通一模）在容积为2 L的3个密闭容器中发生反应3A(g)B(g)xC(g)，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时有关数据如下：容器甲乙丙反应物投入量3 mol A、2 mol B6 mol A、4 mol B2 mol C到达平衡的时间（min）58A的浓度（mol/L）c1c2C的体积分数w1w3混合气体密度（g/L）12下列说法正确的是A若xc2 B 容器甲中反应从开始到达平衡平均速率为v(A)0.3 molL1min1C若w3w1，可断定x4 D无论x的值是多少，均有21212、氨催化氧化是硝酸工业的基础，在某催化剂作用下只发生主反应和副反应，有关物质产率与温度的关系如右图。4NH3(g)5O2(g)4NO(g)6H2O(g) H905 kJmol1 4NH3(g)3O2(g)2N2(g)6H2O(g) H1268 kJmol1 产率100%NON2T/800900780840下列说法中正确的是A工业上氨催化氧化生成 NO时，温度应控制在780840之间B工业上采用物料比n(O2)n(NH3)在1.72.0，主要是为了提高反应速率C在加压条件下生产能力可提高56倍，是因为加压可提高NH3生成NO的转化率DN2氧化为NO的热化学方程式：N2(g)O2(g)2NO(g) H181.5 kJmol113、（2012南通模拟）一定温度下，将1molA和1molB气体充入2L恒容密闭容器，发生反应A(g)+ B(g)xC(g)+D(s)，t1时达到平衡。在t2、t3时刻分别改变反应的一个条件，测得容器中气体C的浓度随时间变化如图所示。下列说法正确的是A反应方程式中的x1Bt2时刻改变的条件是使用催化剂Ct3时刻改变的条件是移去少量物质DDt1t3间该反应的平衡常数均为414、（镇江期末）在一定温度下，向容积为2L的密闭容器中充入一定量的CO和NO2发生反应： 4CO(g)+2NO2(g)N2(g)+4CO2(g) H 0。有关该反应的描述正确的是： 图3表示在其他条件不变的情况下，改变起始物CO的物质的量对此反应平衡的影响图2表示在2L的密闭容器中反应时NO2的物质的量随时间的变化曲线 图1 A在一定温度、固定容积的密闭容器里，混合气体的密度不再改变可以说明上述可逆反应已达平衡B由图1可得加入适当的催化剂，E和H 都减小C图2中010min内该反应的平均速率v(co)=0.03mol L-1 min-1，从11min起其它条件不变，压缩容器的体积为1L，则n(NO2)的变化曲线为dD图3中T1和T2表示温度，对应温度下的平衡常数为K1、K2，则：T1T2，K1K215、（2012江苏） 温度为T时，向2.0 L恒容密闭容器中充入1.0 mol PCl5，反应PCl5(g)=PCl3(g)+Cl2(g)经过一段时间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表：t / s 0 50 150250 350n(PCl3) / mol00. 16 0. 190. 20 0. 20下列说法正确的是 A 反应在前50 s 的平均速率v(PCl3)= 0. 0032 molL-1s-1 B 保持其他条件不变，升高温度，平衡时c(PCl3)= 0. 11 molL-1，则反应的驻Hv(逆) D 相同温度下，起始时向容器中充入2. 0 mol PCl3 和2. 0 mol Cl2，达到平衡时，PCl3 的转化率小于80%16、（2012扬州一模）苯乙烯（C6H5CHCH2）是生产各种塑料的重要单体，其制备原理是：C6H5C2H5(g)C6H5CHCH2(g)H2 (g)，实际生产中常以高温水蒸气作为反应体系的稀释剂（水蒸气不参加反应），右图为乙苯的平衡转化率与水蒸气的用量、体系总压强的关系。下列说法正确的是Aa点转化率为75%，若起始向1 L恒容容器中充入1 mol乙 苯，则平衡常数为2.25Bb点转化率为50%，则混合气体中苯乙烯的体积分数为1/19C恒容时加入稀释剂能减小C6H5C2H5平衡转化率Db点和c点温度和压强相同，所以反应速率也相等17、（2012南通期末）甲醇来源丰富、价格低廉、运输贮存方便，是一种重要的化工原料，有着重要的用途和应用前景。工业生产甲醇的常用方法是：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H90.8 kJ/mol。已知：2H2(g)+ O2(g)= 2H2O (l) H571.6 kJ/molH2(g) +O2(g) = H2O(g) H241.8 kJ/molH2的燃烧热为 kJ/mol。CH3OH(g)O2(g)CO(g)2H2O(g)的反应热H 。若在恒温恒容的容器内进行反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，则可用来判断该反应达到平衡状态的标志有 。（填字母）ACO百分含量保持不变 B容器中H2浓度与CO浓度相等C容器中混合气体的密度保持不变 DCO的生成速率与CH3OH的生成速率相等工业上利用甲醇制备氢气的常用方法有两种： 甲醇蒸汽重整法。该法中的一个主要反应为CH3OH(g)CO(g)2H2(g)，此反应能自发进行的的原因是 。 甲醇部分氧化法。在一定温度下以Ag/CeO2ZnO为催化剂时原料气比例对反应的选择性（选择性越大，表示生成的该物质越多）影响关系上图所示。则当n(O2)/n(CH3OH)0.25时，CH3OH与O2发生的主要反应方程式为 ；在制备H2时最好控制n(O2)/n(CH3OH) 。在稀硫酸介质中，甲醇燃料电池负极发生的电极反应式为 。18、（2012南通一模）煤直接燃烧的能量利用率较低，为提高其利用率，工业上将煤气化（转变成CO和H2）后再合成乙醇、二甲醚等多种能源。右图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，非常适合进行现场酒精检测。则该电池的负极反应式为 。已知：H2(g)、CO(g)和CH3CH2OH(l)的燃烧热分别为285.8 kJmol1、283.0 kJmol1和1365.5 kJmol1。反应2CO(g)4H2(g)CH3CH2OH(l)H2O(l) 的H 。煤气化所得气体可用于工业合成二甲醚，其反应如下：2CO(g)4H2(g)CH3OCH3(g)H2O(g)同时发生副反应：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)、CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)。在温度250、压强3.0 MPa时，某工厂按投料比V(H2)V(CO)a进行生产，平衡时反应体系中各组分体积分数如下表：物质H2COCO2(CH3)2OCH3OHH2O体积分数0.540.0450.180.180.0150.03250时反应：CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g)的平衡常数为 ；投料比a ；该工厂用100吨煤（含炭80%、气化为CO的利用率为90%）在该条件下可生产多少吨二甲醚？（写出计算过程）19、（2011浙江高考）某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵（NH2COONH4）分解反应平衡常数和水解反应速率的测定。（1）将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)2NH3(g)CO2(g)。实验测得不同温度下的平衡数据列于下表：温度()15.020.025.030.035.0平衡总压强(kPa)5.78.312.017.124.0平衡气体总浓度(103mol/L)2.43.44.86.89.4可以判断该分解反应已经达到化学平衡的是_。A B密闭容器中总压强不变C密闭容器中混合气体的密度不变 D密闭容器中氨气的体积分数不变根据表