基本理论-化学反应速率与化学平衡

1、第三节 化学反应速率、化学平衡前提密闭容器中的可逆反应条件一定条件的T、P、c 影响化学平衡的因素本质V正=V逆0特征表现各组分的质 达化学平衡标志量分数不变 可先加入反应物，从正向开始途径 可先加入生成物，从逆向开始也可同时加入反应物和生成物，从正、逆向同时开始反应快慢反应程度化学反应生产条件选择目的：尽可能加快反应速率和提高反应进行的程度依据：外界条件对反应速率和化学平衡影响规律 弄清外界条件对速率和平衡影响的一致性和矛盾性原则：放热反应的温度由催化剂的活性温度决定符合理论前提下，注意实际可能性（动力、设备）化学平衡化学平衡建立化学平衡移动原因：反应条件改变引起V正V逆结果：速率和各组分质

2、量分数与原平衡比较均发生变化 V正>V逆 右移方向：V正=V逆 不移V正<V逆 左移注意：只有改变一个影响平衡条件时才适用浓度：增加反应物浓度，平衡右移压强：加压，平衡向气体体积减小方向移动温度：升温，平衡向吸热方向移动催化剂：（加快反应速率，但对平衡无影响）影响因素计算类型概念：单位时间内反应物或生成物的物质的量的变化表示方法：单位时间内反应浓度的减少或生成物浓度的增加来表示计算公式：V=c/t（V：平均速率，c：浓度变化，t：时间） 内因：反应物的性质（决定因素）外因：反应所处的条件，如浓度、温度、催化剂、光照等 多种因素都可影响反应速率影响因素：反应速率浓度的计算转化率计算压

3、强或体积比计算【知识网络】【易错指津】1要正确理解压强对化学平衡影响的实质：是浓度的影响，这是容器的体积改变使气体的浓度同时增大或减小。如：恒温恒容密闭容器中反应：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)+Q达平衡，“通入SO3后，体系压强增大，平衡向正方向移动”的说法是错的。很显然通入SO3后，SO3的浓度增大，平衡向逆方向移动。这里的压强的改变，并未影响SO2和O2的浓度，仅改变了SO3的浓度，对正反应速率无影响。2分清产量和产率之间的关系：产量是在单位时间内得到产物的多少；产率是实际产量和理论产量的比值。在实际生产过程中要求产量高，而不是产率高，因为未反应的原料可循环使用。3应用勒沙特

4、列原理研究平衡时，要注意三点：针对平衡体系。如对一个刚开始的气态反应，增大压强反应总是正向进行而不服从勒沙特列原理；改变影响平衡的一个条件，可用勒沙特列原理判定移动方向。当有“多个”条件改变时，若多个条件对平衡影响一致，则可强化此平衡移动，但多个条件对平衡影响相反时，应根据各条件改变对平衡影响的程度，判定移动方向；平衡移动的结果是“减弱”这种改变，而不是“消除”。如给某平衡状态的可逆反应体系升温10，由于化学反应向吸热方向进行的结果，使反应体系的最终温度小于(t+10)。4外界条件变化时，我们往往不是从正、逆反应速率增大或减小的程度来判断平衡移动的方向，因为这一变化无法直觉得到，而是从平衡移动

5、的方向来确定正确正、逆反应速率变化的大小。 分析平衡是否移动的思路：改变条件速率不变：平衡不移动，如容积不变时充入惰性气体 程度相同：平衡不移动。如使用催化剂或对气体体积无变化的反应改变压强 速率改变 程度不同：平衡移动。如浓度、压强、温度改变不要把正反应速率增大与平衡向正方向移动等同起来，正反应速率增大，逆反应速率同时也增大，平衡可能向正反应方向移动，也可能向逆反应方向移动，只有当正反应速率大于逆反应速率时，才使平衡向正反应移动；正反应速率虽然减小，只要正反应速率仍大于逆反应速率，平衡也会向正方向移动。不要把平衡向正方向移动与原料转化率的提高等同起来。当增大一种反应物的浓度，使平衡向正方向移

6、动，会使另一种反应物的转化率增加，但所增加的这种反应物的转化率并没提高。5化学平衡的移动是有方向性（向右、向左）的，而反应速率的变化是无方向性的，外界条件变化时，对于正、逆反应速率的影响是同步的，如温度升高时，反应的体系同时升高温度，绝不可能温度的变化只作用于正反应或逆反应，而是正、逆反应的反应速率都会增大。由于正、逆反应的反应物速率增大或改小的程度也不一样，就引起了平衡向某一方向的移动。6达到化学平衡的标志（1）从反应速率判断：V正=V逆正逆反应的描述速率相等同一物质消耗和生成同一物质 速率的数值相等反应物和生成物 消耗或生成不同物质速率的比值与化学计量数相等（2）从混合气体中气体的体积分数

7、或物质的量浓度不变判断（3）从容器内压强、混合气体平均相对分子质量、混合气体的密度不变等判断，需与可逆反应中m+n和p+q是否相等，容器的体积是否可变，物质的状态等因素有关，应具体情况具体分析。【典型例题评析】例1 已知反应A+3B 2C+D在某段时间内以A的浓度变化表示的化学反应速率为1mol.L-1min-1，则此段时间内以C的浓度变化表示的化学反应速率为（2000年全国高考题） mol.L-1min-1 B.1 mol.L-1min-1 C.2 mol.L-1min-1 D.3 mol.L-1min-1思路分析：根据“同一反应中各物质化学反应速率之比等于化学计量数之比”的规律可得：V(C

8、)=2V(A)=2×1mol.L-1min-1=2mol.L-1min-1。答案：C方法要领：掌握不同物质变化表示的速率与化学方程式中物质化学计量数的关系和反应速率的概念。运用“反应的速率比等于化学计量数之比”计算不同物质的反应速率，既快又准确。应明确的是：不论以反应物减少的速率还是以生成物增加的速率，其值均大于0；所指的反应速率均为平均速率；解题中要注意反应速率的单位，主要是时间的单位和体积的大小。例2 在一定条件下可逆反应A(气)+3B(气) 2C(气)达到平衡的标志是（1998年全国高考题）A.C生成的速率与C分解的速率相等 B.单位时间生成n molA，同时生成3n molB

9、C.A、B、C浓度不再变化 D.A、B、C的分子数之比为1:3:2 思路分析：化学平衡是指在一定的条件下，可逆反应中正逆反应速率相等，反应混合物各组成成分百分含量不再改变时，反应所处的状态。A中：同一物质的生成速率和分解速率即表示为正、逆反应速率A正确；C中：A、B、C浓度不变即其百分含量不变(如反应前后体积不变的气相反应例外)，该选项也正确。而B中的说法符合反应中的任何时刻的情况；D是反应的一种特定情况，分子数比等于化学计量数比与正逆反应速率是否相等没有必然联系，不一定是平衡状态。答案：A、C方法要领：只有对可逆反应达到平衡的标志充分理解，才能顺利完成该题。判断可逆反应达到平衡状态的方法和依

10、据例举反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)混合物体系中各成分的含量各物质的物质的量或各物质的物质的量的分数一定平衡各物质的质量或各物质质量分数一定平衡各气体的体积或体积分数一定平衡总体积、总压力、总物质的量一定不一定平衡正、逆反应速率的关系在单位时间内消耗了m molA同时生成m molA，即V(正)=V(逆)平衡在单位时间内消耗了n molB同时消耗了p molC，则V(正)=V(逆)平衡V(A):V(B):V(C):V(D)=m:n:p:q，V(正)不一定等于V(逆)不一定平衡在单位时间内生成n molB，同时消耗了q molD，因均指V(逆)不一定平衡压强m+np+q时，总

11、压力一定（其他条件一定）平衡m+n=p+q时，总压力一定（其他条件一定）不一定平衡混合气体平均相对分子质量MrMr一定时，只有当m+np+q时平衡Mr一定时，但m+n=p+q时不一定平衡温度任何反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时（其他不变）平衡体系的密度密度一定不一定平衡其他如体系颜色不再变化等平衡例3 取pH均等于2的盐酸和醋酸各100mL，分别稀释2倍后，再分别加入0.03g锌粉，在相同条件下充分反应，有关叙述正确的是（2000年上海高考题）A.醋酸与锌反应放出的氢气多 B.盐酸和醋酸分别与锌反应放出的氢气一样多C.醋酸与锌反应速率大 D.盐酸和醋酸分别与锌反应的速率一样大思路分析：影

12、响生成氢气多少的是酸最多提供的H+的物质的量多少，而与其浓度大小无关，影响生成氢气速率大小的是酸已电离的H+浓度大小，而与其物质的量多少无关。n(HCl)=0.01mol/L×0.1L=0.001mol n(Zn)=0.03g÷65g.mol-1=0.00046moln(CH3COOH)=(0.101mol/L×0.1L)÷>0.001mol (为CH3COOH的电离度)由反应关系可知，两酸均过量，则产生同样多的氢气。c(H+)均为0.01mol/L的两酸稀释相同倍数后，由于醋酸的继续电离度，使得c(H+)醋酸>c(H+)盐酸，故醋酸产生氢气

13、的速率大。答案：B、C方法要领：分清反应速率与浓度有关（本题与H+浓度有关，而不是酸的浓度），产生气体的量与金属和酸的相对量有关。例4 100mL6mol/LH2SO4跟过量锌粉反应，在一定温度，为了减缓反应进行的速率，但又不影响生成氢气的总量，可向反应物中加入适量的（1995年全国高考题）A.碳酸钠（固体） B.水 C.硫酸钾溶液 D.硫酸铵（固体）思路分析：H2发生速率取决于H+，H2产生的量取决于的H+量，因Na2CO3可与H2SO4反应生成CO2消耗H+，而影响H2产量，水和K2SO4溶液都不消耗H+即不影响产量，但都能稀释H2SO4而降低H+，所以B、C均符合条件；(NH4)2SO4

14、固体既不影响H2产量，也不降低发生速率。答案：B、C方法要领：影响化学反应速率的因素有：浓度、压强、温度、催化剂等，该题主要考查浓度对化学反应速率的影响。解题的关键是：所加的物质一是能降低H+的浓度，二是不能消耗H+。符合此条件有：降低温度；加水或加NaCl或K2SO4等物质的溶液（注意不能加硝酸盐）；加强碱弱酸盐（使自由H+的暂时以弱酸的形式储存起来）；加Cu2+、Cu或炭粉等形成原电池。T1,P2T2,P2T2,P1tn(Z)例5 反应2X(g)+Y(g) 2Z(g)+热量，在不同温度（T1和T2）及压强（P1和P2）下，产物Z的物质的量n(Z)与反应时间（t）的关系如右图所示。下列判断正

15、确的是（1997年全国高考题）A.T1<T2，P1<P2 B.T1<T2，P1>P2C.T1>T2，P1>P2 D.T1>T2，P1<P2思路分析：压强相同（P2），达到平衡所用的时间T1小，说明T1反应速率快，所以可知T1>T2，C、D可能正确；相同温度（T2）时，达平衡后Z的物质的量P1大，说明压强为P1时，平衡向生成Z的方向移动。而生成Z的方向是气体体积减小的方向，所以P1>P2。 答案：C方法要领：对于速率，平衡图象题，一般可据“早折”“早平衡”“条件高”（即折点代表平衡点，平衡时用的时间短，温度越高，压强越大，浓度越大等）。

16、比较有关条件时，一般是确定其它条件不变，只考虑其中某一个条件的影响。认识图像的方法：（1）一看面：横、纵坐标的含义；函数关系。二看线：坐标中曲线的变化；函数的增减性、斜率等。三看点：曲线上的原点、交点、拐点、特殊点等的含义。 （2）遇到有两个变量（如温度和压强）的图像。应先让其中一个条件不变，分析另一个条件变化时对y轴的影响，然后再综合起来解决问题。解化学平衡图像题应特别注意：“定一议二”，即图像中有三个量时，则确定一个量（恒量）来分别讨论另两个量的关系；“先拐先平”，即曲线中先出现拐点的，则该曲线所示条件下先出现平衡，该曲线所示温度或压强较大。a0V/mol.L-1.s-1t/sdbV正V逆

17、例6 在容积固定的4L密闭容器中进行可逆反应X(g)+2Y(g) 2Z(g)，并达到平衡，在此过程中以Y的浓度改变表示的反应速率V(正)、V(逆)与时间t的关系如下图。图中阴影部分的面积表示(2000年江苏省竞赛题)A.X的浓度的减少 B.Y的物质的量的减少C.Z的浓度的增加 D.X的物质的量的减少思路分析：考查学生化学反应速率和化学平衡的相关知识以及识图和形数结合的能力。此题形式新颖、构思巧妙，将化学反应速率、化学平衡与速率时间变化图有机地结合在一起。解题时，也必须运用以上两方面的知识和能力。根据题意以及对速率时间图的分析可知：图中阴影部分面积相当于“V正×t-V逆×t”

18、，由于此题中V正是以Y的浓度变化表示的反应速率，因此“V正×t-V逆×t”就等于反应中转化了的Y的浓度与生成的Y的浓度之差，即Y的浓度的净减少量但在所提供的四个选项中，并无“Y的浓度的减少”这一选项，这就需要再作一步转化。从化学方程式可知，反应物Y与生成Z物的化学计量数相同。因此，Y的浓度减少等于Z的浓度增加。t/s速度答案：C方法要领：在物理学中的匀变速直线运动中常用右图来分析速率时间和位移的关系。时间t时质点的位移相当于图中阴影部分所占的面积.。分别比较匀变速直线运动中速度与化学反应速率的单位，位移与物质的量浓度单位（如下表）：速度：m./s化学反应速率：mol/(L.

19、s)位移：m物质的量浓度：mol/L比较后得出，用类似于匀变速直线运动中的图像分析方法来解决有关的问题：从中得出图中阴影部分来分析解决本题，即阴影部分是Y的浓度减少值。本题常见的错解是选B。这主要是对各量的单位分析不仔细造成的。此题中v的单位为mol.L.-1S-1，t的单位是s，故vt的单位应为mol.L-1。因此“V正×t-V逆×t”只能是Y浓度的减少而不是Y物质的量的减少。例7 在5L的密闭容器中充入2molA气体和1molB气体，在一定条件下发生反应：2A(g)+B(g) 2C(g)，达到平衡时，在相同温度下测得容器内混合气体的压强是反应前的5/6，则A的转化率为（

20、1999年广东高考题）A.67% B.50% C.25% D.5%思路分析：本题是一道基础的化学平衡计算题，可直接由反应前后的压强之比列式便可得解。设A的转化率为x 2A(g)+B(g) 2C(g) n(总)起始量(mol) 2 1 0 3转化量(mol) 2x x 2x平衡量(mol) 2-2x 1-x 2x 3-x因为恒温恒容，P(平)/ P(始)=n(平)/n(始) 即(3-x)/3=5/6，得x=0.5，即50%。答案：B方法要领：有关化学平衡的计算题运用以上格式进行列表，会使思路显得格外清晰，不易出错。一题多解：恒温恒容时，气体的压强之比等于其物质的量之比，平衡时的总压强为反应前的5

21、/6，说明平衡时总的物质的量为反应前的5/6，即5/6×(2mol+1mol)=2.5mol，较反应前减少了0.5mol，根据反应方程式中所示的差量关系可知：2A(g)+B(g) 2C(g) n2mol 1mol 2mol 1mol参加反应的A的物质的量为1mol，则A的转化率为1mol÷2mol=0.5，即50%。例8 X、Y、Z为三种气体，把a mol X和b mol Y充入一密闭容器中，发生反应X+2Y 2Z，达到平衡时，若它们的物质的量满足：n(X)+n(Y)=n(Z)，则Y的转化率为（1999年全国高考题）A. B. C. D.思路分析：本题是一平衡转化率的计算题

22、，根据题目的已知条件：n(X)+n(Y)=n(Z)，列等式求得n(Y)的变化量，然后由转化率定义式求解。设平衡时Z的物质的量为p，有X + 2Y 2Z， 起始（mol） a b 0 平衡（mol） a-p/2 b-p p依题意有：a-p/2+ b-p = p p=2(a+b)/5 Y的转化率为p/b=2(a+b)/5b×100%。答案：B一题多解：巧解：转化率应为n(Y)已变化/b×100%，观察A、B、C、D四个选项，分母中含“b”只有B项。例9 反应速度V和反应物浓度的关系是用实验方法测定的。化学反应H2+Cl22HCl的反应速度V可表示为V=K式中K为常数，m、n值可

23、用下表中数据确定之。（1998年上海高考题）(mol/L)(mol/L)V(mol/L·s)1.01.01.0K2.01.02.0K2.04.04.0K由此可推得，m、n值正确的是 A.m=1、n=1 B.m=、n= C.m=、n=1 D.m=1、n=思路分析：题中给出三组实验数据（三种特殊值），要求推导反应速率表示式中m、n的值（普遍适用的值），观察已知数据与反应速率表示式，进行简单推算即可知结果。把第一组和第二组数据代入V=K式中得：1.0V=K(1.0)m(1.0)n 2.0V=K(2.0)m(1.0)n /得：m=1把第二组和第三组数据代入V=K式中得：2.0V=K(2.0)

24、m(1.0)n 4.0V=K(2.0)m(4.0)n /得：n=1/2答案：D方法要领：考查学生由个别（特殊）推出一般（普遍）规律归纳思想与能力。这种能力对进行科学研究来说，是很重要的。从科学实验的数据处理中发现符合反应的通式公式V=KH21Cl21/2。这一结果说明了某一化学反应的反应速率规律并不是简单的由化学方程式的计量数决定的，而是来源于实验的测定，用到的是最简单的数学方法。通过发现规律的过程中考核学生的归纳和抽象思维能力，这是符合创新和过程教育要求的。例10 一真空密闭容器中盛有1molPCl5，加热到200时发生如下反应： PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g)反应达到平衡时，

25、PCl5所占体积分数为M%。若同一温度和同一容器中，最初投入的是2molPCl5，反应达到平衡时，PCl5所占体积分数为N%。则M和N的正确关系是（1996年高考化学试测题）A.M>N B.N>M C.M=N D.无法比较思路分析：此题可看成是1molPCl5反应达平衡后，其余条件不变，再投入1molPCl5，平衡当然向右移动：PCl5减小，PCl3和Cl2增加，但PCl5的体积分数N%是否比原来M%小，难以判断。若换一个角度，用压强的改变来考虑，比较好理解：假设将2molPCl5投入到另一个容积为题给容器2倍的反应器里，保持题给的其他条件不变，达到化学平衡后，PCl5的体积分数也

26、应为M%，然后缩小容器的容积，由于PCl5的分解是一个体积增大的反应，缩小容器容积等于加大压强，平衡移向气体体积小的一方（PCl5），故PCl5所占体积分数N%在原来M%的基础上增大。答案：B引申发散：从本题的分析出发，凡是定温、定容的可逆反应aA(g) bB(g)+cC(g)，在达到平衡后又通入反应气体，该气体的体积分数是缩小、扩大还是不变，有3种情况：气体的体积扩大反应，通入反应气体，其体积分数增大。气体的体积缩小反应，通入反应气体，其体积分数减小。气体的体积不变反应，通入反应气体，其体积分数不变。脱矿矿化例11 牙齿表面由一层硬的、组成为Ca(PO4)3OH的物质保护着，它在唾液中存在下

27、列平衡：（1997年全国高考题）Ca(PO4)3OH（固） 5Ca2+3PO43-+OH-进食后，细菌和酶作用于食物，产生有机酸，这时牙齿受腐蚀，其原因是 。 已知Ca(PO4)3F（固）的溶解度比上面的矿化产物更小，质地更坚固。请用离子方程式表示，当牙膏中配有氟化物添加剂后能防止龋牙的原因 。 根据以上原理，请你提出一种其他促进矿化的办法： 。思路分析：由于生成的有机酸能中和OH-，使平衡向脱矿方向移动，加速腐蚀牙齿。而使用含氟牙膏后，增加F-离子的浓度，平衡就向矿化方向移动，生成溶解度更小，质地更坚硬的Ca(PO4)3F，达到固齿的目的，若增大Ca2+或PO43-的浓度均有利于平衡向矿化方

28、向移动。答案：生成的有机酸，中和OH-，使平衡向脱矿方向移动，加速牙齿腐蚀：5Ca2+3PO43-+F-=Ca(PO4)3F；加入Ca2+或PO43-。方法要领：试题结合生产、生活实际这是命题的方向。这要求学习时不仅要掌握书本知识的基本内容，还要把知识迁移到如何解释或者解决实际问题上，做到理论与实际相结合，这是当前高考改革的方向。试题一方面考查化学知识，同时提供了爱护牙齿方法。正确理解脱矿、矿化的概念，方能顺利解题。例12 可逆反应：3A(气) 3B(?)+C(?)-Q，随着温度升高，气体平均相对分子质量有变小趋势，则下列判断正确的是(1999年上海高考题)A.B和C可能都是固体 B.B和C一

29、定都是气体 C.若C为固体，则B一定是气体 D.B和C可能都是气体 思路分析：本题与一般化学平衡试题的设计有所不同，命题时是给出“温度升高，气体平均相对分子质量变小”这一已知条件，反过来要求判断可逆反应中生成物的状态。根据计算式：Mr=m/n，要使M变小，一种情况是m减少，n不变；另一种情况是m不变，n增大，这样，问题就转化为温度升高，平衡正向移动，要使M减小，讨论B、C处于什么状态。答案：C、D方法要领：一由温度改变判平衡移动方向，二据式量变化结合题中选项逐一作出判断。例13 某化学反应2A BD在四种不同条件下进行，B、D起始浓度为见0。反应物A的浓度（mol/L）随反应时间（min）的变

30、化情况如下表：（2001年上海市高考题）根据上述数据，完成下列填空：（1）在实验1，反应在10至20 min时间内平均速率为 mol/(L·min)。（2）在实验2，A的初始浓度c(2) mol/L，反应经20 min就达到平衡，可推测实验2中还隐含的条件是 。（3）设实验3的反应速率为V3，实验1的反应速率为V1，则V3 V1（填、，且c(3) 1.0mol/L（填、）（4）比较实验4和实验1，可推测该反应是 反应（选填吸热、放热）。理由是 。思路分析：本题以化学平衡为背景，主要考查了考生对基础知识的掌握情况。由题干和所给数据我们可以提取以下主要知识点：（1）化学反应速率的基本概念及有关计算；（2）等效平衡；（3）化学平衡常数的概念及运用；（4）影响化学平衡的条件。（1）V(A)=(0.80mol/L-0.67mol/L)/10min=0.013mol/(L.min)（2）由实验1实验2数据分析，两种者的化学平衡可视为等效平衡，这样容易得到c(2)=1.0mol/L。另解：实验1、2温度