鲁科版高中化学必修二 化学反应的快慢和限度 化学键化学反应规律(第1课时化学反应的快慢)

第2章化学键化学反应规律第3节化学反应的快慢和限度第1课时化学反应的快慢

一、化学反应速率【做一做】向体积为2L的密闭容器中通入10molSO2、10molO2,发生反应2SO2+O22SO3。反应5min时测得SO2的物质的量为6mol。△催化剂请完成下表中相关空格。物质SO2O2SO3起始浓度(mol·L-1)______变化浓度Δc(mol·L-1)______5min时浓度(mol·L-1)______5min内的化学反应速率(mol·L-1·min-1)____________化学反应速率之比________5502123420.40.20.42∶1∶2二、影响化学反应速率的因素影响因素变化规律内因_________________越活泼,反应越快反应物本身的性质影响因素变化规律外因温度升高温度,反应_____反应物浓度增大浓度,反应_____催化剂使用催化剂,改变反应速率压强(气体反应物)增大压强,反应_____固体接触面积接触面积越大,反应_____加快加快加快越快【想一想】在下列事实中,各是什么因素影响了化学反应速率。(1)集气瓶中H2和Cl2的混合气体,在瓶外点燃镁条时发生爆炸;(2)黄铁矿煅烧时要粉碎成矿粒;(3)熔化的KClO3放出气泡很慢,撒入少量MnO2,则很快产生气体;(4)同浓度、同体积的盐酸放入同样大小的锌粒和镁条,产生气体有快有慢;(5)同样大小的石灰石分别与0.1mol·L-1盐酸和1mol·L-1盐酸反应,速率不同。提示:(1)光(2)反应物的接触面积(3)催化剂(4)反应物本身的性质(5)反应物的浓度三、调控化学反应速率的意义【情境·思考】食品添加剂是为改善食品色、香、味等品质,以及为防腐和加工工艺的需要而加入食品中的人工合成的物质或者天然物质。例如油脂抗氧化剂就是一种常见的食品添加剂。请分析油脂抗氧化剂是如何利用了化学反应速率的原理。提示:食品中添加抗氧化剂,目的是减慢食品的变质速率,与反应速率有关。知识点一化学反应速率的计算及大小比较【重点释疑】1.化学反应速率的计算(1)定义式法:v(A)=(2)关系式法:对于化学反应:aA(g)+bB(g)====cC(g)+dD(g),满足如下关系:v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=a∶b∶c∶d。上述关系可总结为化学反应速率数值之比=化学计量数之比。2.化学反应速率的大小比较(1)归一法:①统一单位:若单位不统一,则要换算成相同的单位;②换算:若为不同物质表示的反应速率,则要换算成同一物质来表示反应速率;③比较:比较数值的大小,数值越大,反应速率越快。(2)比值法:比较化学反应速率与化学计量数的比值,如aA(g)+bB(g)====cC(g)+dD(g),比较若则说明用A表示的化学反应速率大于用B表示的化学反应速率。【知识拓展】“三段式”计算化学反应速率(1)计算模式设amol·L-1、bmol·L-1分别为A、B两种物质的起始浓度,mxmol·L-1为反应物A的转化浓度,nxmol·L-1为B的转化浓度,则:

mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)起始浓度(mol·L-1)a

b

0

0转化浓度(mol·L-1)mx

nx

px

qx终态浓度(mol·L-1)a-mx

b-nx

px

qx(2)基本步骤①确定反应物或生成物的起始加入量;②确定反应过程中各物质的变化量;③确定反应进行至某时刻时各物质的量;④依据题干中的条件建立等式关系进行解答;⑤应用比例关系解答:化学反应速率之比=浓度变化之比=物质的量变化之比=化学计量数之比。【思考·讨论】(1)若以mol·L-1·min-1为化学反应速率的单位,能用固体来表示某一反应的反应速率吗?提示:不能。固体或纯液体的浓度视为常数,Δc=0,因此不用固体或纯液体表示化学反应速率。(2)反应速率是该化学反应在某一时刻的瞬时速率吗?提示:不是。化学反应速率是一段时间内的平均反应速率,而不是某一时刻的瞬时速率。【案例示范】【典例】(2019·日照高一检测)(1)在反应A(g)+3B(g)====2C(g)中,若以物质A表示该反应的化学反应速率为0.2mol·L-1·min-1,则以物质B表示此反应的化学反应速率为________mol·L-1·min-1。

(2)在2L的密闭容器中,充入2molN2和3molH2,在一定条件下发生反应,3s后测得N2的物质的量为1.9mol,则以H2的浓度变化表示的反应速率为________。

(3)将10molA和5molB放入容积为10L的密闭容器中,某温度下发生反应:3A(g)+B(g)====2C(g),在最初2s内,消耗A的平均速率为0.06mol·L-1·s-1,则在2s时,容器中有________molA,此时C的物质的量浓度为________。

(4)反应:3A(g)+B(g)====2C(g)+2D(g),在不同条件下,用不同物质表示其反应速率,分别为①v(A)=0.6mol·L-1·min-1②v(B)=0.45mol·L-1·min-1③v(C)=0.015mol·L-1·min-1④v(D)=0.45mol·L-1·min-1,则此反应在不同条件下进行最快的是________。

A.②③ B.①③ C.②④ D.②【思维建模】计算化学反应速率的一般思路为【解析】(1)根据化学方程式中的计量数关系:v(B)=3v(A)=3×0.2mol·L-1·min-1=0.6mol·L-1·min-1。(2)解法一:3s内消耗的N2的物质的量为2mol-1.9mol=0.1mol,根据化学方程式N2+3H22NH3,可以计算出3s内消耗的H2的物质的量为0.3mol,根据化学反应速率的计算公式,v(H2)==0.05mol·L-1·s-1。高温、高压催化剂解法二:先计算出用N2表示的化学反应速率:v(N2)=

再根据化学方程式的计量数关系,计算出用H2表示的化学反应速率:v(H2)=3v(N2)=0.05mol·L-1·s-1。(3)

3A(g)

+B(g)====2C(g)起始浓度/mol·L-1 1.0 0.5 0转化浓度/mol·L-1 0.12 0.04 0.082s时浓度/mol·L-1 0.88 0.46 0.08则2s时,n(A)=0.88mol·L-1×10L=8.8mol,c(C)=0.08mol·L-1。(4)化学反应速率之比等于化学反应方程式中的化学计量数之比,即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=3∶1∶2∶2,则用A表示的化学反应速率分别为①中v(A)=0.6mol·L-1·min-1;②中v(A)=3v(B)=0.45mol·L-1·min-1×3=1.35mol·L-1·min-1;③中v(A)=v(C)=×0.015mol·L-1·min-1=0.0225mol·L-1·min-1;④中v(A)=v(D)=×0.45mol·L-1·min-1=0.675mol·L-1·min-1,所以在不同条件下,进行最快的是②。答案:(1)0.6

(2)0.05mol·L-1·s-1(3)8.8

0.08mol·L-1

(4)D【方法规律】反应速率大小比较的两种方法同一化学反应速率用不同物质表示时数值可能不同,比较化学反应速率的快慢不能只看数值大小,还要进行一定的转化:(1)方法一:换算成同一物质、同一单位表示,再比较数值大小。(2)方法二:比较化学反应速率与化学计量数的比值。如反应aA(g)+bB(g)====cC(g),要比较v(A)与v(B)的相对大小,即比较的相对大小,若则用v(A)表示的反应速率比用v(B)表示的反应速率大。【迁移·应用】1.(2019·菏泽高一检测)在1L的密闭容器中,发生反应4A(s)+3B(g)2C(g)+D(g),经2min后B的浓度减少0.6mol·L-1。对此反应速率的正确表示是 (

)世纪金榜导学号A.用A表示的反应速率是0.4mol·L-1·min-1B.用B、C、D分别表示反应的速率,其比值是3∶2∶1C.在第2min末的反应速率用B表示是0.3mol·L-1·min-1D.在这2min内用B表示的速率的值逐渐减小,用C表示的速率的值逐渐增大【解析】选B。A为固体,一般不用固体表示反应速率,A项错误;同一反应中,用不同物质表示的速率与方程式中各物质的化学计量数成正比,B项正确;反应速率为平均值,并非2min末的速率,C项错误;同一时间段内,用反应物、生成物表示的速率的意义是相同的,变化趋势也是一样的,D项错误。2.在N2+3H22NH3的反应中,经过一段时间后,NH3的浓度增加了0.6mol·L-1,在此时间内用NH3表示的反应速率为0.3mol·L-1·s-1。则此段时间是

(

)A.1s

B.2s

C.0.44s

D.1.33s高温、高压催化剂【解析】选B。【补偿训练】氨分解反应在容积为2L的密闭容器内进行。已知起始时氨气的物质的量为4mol,5s末为2.4mol,则用氨气表示该反应的速率为 (

)A.0.32mol·L-1·s-1B.0.16mol·L-1·s-1C.1.6mol·L-1·s-1D.0.8mol·L-1·s-1【解析】选B。v(NH3)==0.16mol·L-1·s-1。【素养提升】医学上把未满月(出生28天内)新生儿的黄疸,称之为新生儿黄疸,新生儿黄疸是指新生儿时期,由于胆红素代谢异常,引起血清中胆红素浓度升高,而出现以皮肤、黏膜、巩膜及其他组织被染成黄色为特征的病症,是新生儿中最常见的临床问题。科学家为探究胆红素的作用机理,在特定条件下用一定波长的光照射胆红素,发现其能发生分解反应,反应物浓度随反应时间变化如图所示,试计算反应4～8min的平均反应速率和推测第16min反应物的浓度。提示:由图可知,4～8min期间,反应物浓度变化为(20-10)μmol·L-1=10μmol·L-1,所以4～8min期间,反应速率为=2.5μmol·L-1·min-1。由图可知,0～4min期间,反应物浓度变化为(40-20)μmol·L-1=20μmol·L-1,4～8min期间,反应物浓度变化为(20-10)μmol·L-1=10μmol·L-1,可知,每隔4分钟,浓度变化量降为原来的一半。所以8～12min浓度变化为5μmol·L-1,12～16min浓度变化为2.5μmol·L-1。所以16min时浓度为10μmol·L-1-5μmol·L-1-2.5μmol·L-1=2.5μmol·L-1。知识点二外界条件对化学反应速率的影响【重点释疑】1.浓度(1)只适用于气体参加或在溶液中进行的化学反应。(2)在一定温度下,固体或纯液态物质的浓度是一个常数,改变其用量,对化学反应速率无影响。2.温度(1)对任何化学反应都适用,且不受反应物状态的影响。(2)不论是吸热反应还是放热反应,升高温度都能增大化学反应速率,降低温度都能减小化学反应速率。3.压强(1)压强对化学反应速率的影响实质是通过改变浓度对化学反应速率的影响实现的。(2)由于固体或液体的体积受压强的影响很小,所以压强只影响有气体参加的化学反应的反应速率。(3)改变压强必须引起反应物或生成物的浓度改变才能改变化学反应速率,否则,化学反应速率不变。如恒温恒容:充入稀有气体→容器压强增大,各反应物的浓度不变→化学反应速率不变。4.催化剂催化剂能同等程度地改变正、逆反应的化学反应速率。5.固体接触面积化学反应速率与固体颗粒的大小有关,颗粒越小,表面积越大,化学反应速率越快。【知识拓展】压强对反应速率影响的理解改变气体的压强,实质上是改变气体物质的浓度,从而达到改变(增大或减小)化学反应速率的目的。常见的有下列几种情况:(1)恒温时:增大压强体积缩小浓度增大反应速率加快。(2)恒容时:①充入气体反应物总压增大浓度增大反应速率加快。②充入“惰性气体”总压增大(各分压不变)浓度不变反应速率不变。(“惰性气体”是指不参与该反应的气体,并不是专指稀有气体)(3)恒压时:充入“惰性气体”体积增大浓度减小反应速率减慢。总之,在其他条件一定时,改变压强,若引起浓度改变,则化学反应速率改变。另外,由于压强的变化对固体、液体的体积影响很小,因而对它们浓度改变的影响也很小,可以认为改变压强对它们的反应速率无影响。【思考·讨论】(1)增加反应物的用量,一定能增大化学反应速率吗?为什么?提示:不一定,固态和纯液态反应物的浓度是一个常数,增加固态和纯液态物质的用量,化学反应速率不变。(2)升高温度,吸热反应和放热反应的速率都加快吗?提示:都加快。升高温度,分子运动加快,单位时间内有效碰撞次数增多,反应速率必然加快。(3)改变压强后,化学反应速率一定变化吗?提示:不一定,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。当压强改变,但对物质的浓度无影响时,化学反应速率不变。如恒容密闭容器中通入“惰性气体”时,化学反应速率不变。【案例示范】【典例】(2019·兰州高一检测)用酸性KMnO4和H2C2O4(草酸)反应研究影响反应速率的因素,离子方程式为2+5H2C2O4+6H+====2Mn2++10CO2↑+8H2O。一实验小组欲通过测定单位时间内生成CO2的速率,探究某种影响化学反应速率的因素,设计实验方案如下(KMnO4溶液已酸化):实验序号A溶液B溶液①20mL0.1mol·L-1H2C2O4溶液30mL0.01mol·L-1KMnO4溶液②20mL0.2mol·L-1H2C2O4溶液30mL0.01mol·L-1KMnO4溶液(1)该实验探究的是什么因素对化学反应速率的影响?如图一,相同时间内针筒中所得CO2的体积大小关系是什么?(2)若实验①在2min末收集了4.48mLCO2(标准状况下),则在2min末,c()为多少?(3)除通过测定一定时间内CO2的体积来比较反应速率外,本实验还可通过测定什么量来比较化学反应速率?(4)小组同学发现反应速率总是如图二,其中t1～t2时间内速率变快的主要原因可能是哪些?【解题指南】解答本题需要注意以下两点:(1)温度、浓度、压强、催化剂以及接触面积都影响化学反应速率;(2)可以用三段式求算化学反应速率及反应后的浓度。【解析】(1)对比①②实验可探究浓度对化学反应速率的影响,②中A溶液的浓度比①中大,化学反应速率大,相同时间内所得CO2的体积大;(2)CO2的物质的量为n(CO2)==0.0002mol,根据2+5H2C2O4+6H+====2Mn2++10CO2↑+8H2O,所以反应的的物质的量为n()=n(CO2)=×0.0002mol=0.00004mol,剩余的的物质的量为n()=30×10-3L×0.01mol·L-1-0.00004mol=0.00026mol,其物质的量浓度为c()==0.0052mol·L-1;(3)因实验中H2C2O4过量,故可通过测定KMnO4溶液完全褪色所需时间或产生相同体积气体所需时间来比较化学反应速率;(4)①该反应放热;②催化剂能加快化学反应速率,产物Mn2+是反应的催化剂。答案:(1)浓度②>①

(2)0.0052mol·L-1(3)KMnO4溶液完全褪色所需时间(或产生相同体积气体所需时间)。(4)①该反应放热;②催化剂能加快化学反应速率,产物Mn2+是反应的催化剂。【规律方法】化学反应速率大小的分析判断(1)在内因不相同的情况下(即反应物不相同),只能根据反应事实及实验现象定性分析反应的快慢。(2)在内因相同的情况下(即反应物相同),可根据外界条件对反应速率的影响来定量判断反应速率的大小。【迁移·应用】1.一定条件下,分别对反应C(s)+CO2(g)2CO(g)进行如下操作(只改变条件):①升高反应体系的温度;②增加反应物C的用量;③缩小反应体系的体积;④减少体系中CO的量。上述措施中一定能使反应速率显著变大的是 (

)A.①②③④

B.①③④

C.①②

D.①③高温【解析】选D。①升高反应体系的温度,反应速率显著增大,正确;②C为固体,增加反应物C的用量,反应速率不变,错误;③缩小反应体系的体积,CO2、CO的浓度增大,反应速率增大,正确;④减少体系中生成物CO的量,反应速率不可能增大,错误,选D。2.硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3+H2SO4====Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O。下列各组实验中最先出现浑浊的是 世纪金榜导学号(

)实验反应温度/℃Na2S2O3溶液稀硫酸H2OV/mLc/(mol·L-1)V/mLc/(mol·L-1)V/mLA2550.1100.15B2550.250.210C3550.1100.15D3550.250.210【解析】选D。升高温度,增大反应物的浓度就能提高化学反应速率,即最先出现浑浊,故选D。【素养提升】在用煤炭或者木柴生火时,我们通常用鼓风机或扇子扇火使炉火更旺,而且如果向炉膛内加入少量的碎煤或碎木屑同样会使炉火更旺。请解释为什么会有上述现象发生。提示:向炉膛内鼓入空气,会使氧气的浓度增大,从而加快燃料的燃烧;向炉膛内加入碎的燃料,会使燃料的接触面积增大,从而加快燃烧的速率。【课堂回眸】第2章化学键化学反应规律第3节化学反应的快慢和限度第2课时化学反应的限度

一、可逆反应1.含义:在相同条件下,能同时向_______两个方向进行的反应。2.表示:用“______”连接反应物和生成物。正、反3.特点【情境·思考】氨气和氯化氢气体常温下就能反应生成氯化铵固体,氯化铵固体在加热的条件下也能生成氨气和氯化氢气体,二者是不是可逆反应?为什么?提示:不是。因为二者反应的条件不同。二、化学平衡状态1.含义:在一定条件下_________进行到一定程度时,反应物和生成物的_____不再随时间的延长而发生变化,正反应速率和逆反应速率_____,这种状态称为化学平衡状态,简称化学平衡。可逆反应浓度相等2.化学平衡状态的建立(正向建立平衡)过程反应物、生成物浓度正、逆反应速率反应开始反应物浓度_____,生成物浓度_____v(正)_____,v(逆)为零,v(正)__v(逆)反应过程中反应物浓度逐渐_____,生成物浓度逐渐_____v(正)逐渐_____,v(逆)逐渐_____反应平衡反应物浓度和生成物浓度均_____v(正)__v(逆)最大最小最大>减小增大减小增大不变=3.图示4.特征【巧判断】(1)化学平衡状态时各物质的浓度相等。 (

)提示:×。化学平衡状态时各物质的浓度不变而不是相等。(2)化学反应达到平衡时,各物质的反应速率均相等。

(

)提示:×。化学反应达到平衡时,各物质的反应速率之比等于化学计量数之比。(3)化学反应的限度与时间的长短无关。 (

)提示:√。化学反应达到一定的限度后,如果条件不变,化学反应的限度不变。三、化学平衡移动1.探究温度对化学平衡的影响实验原理2NO2(g)N2O4(g)反应放热(红棕色)

(无色)实验步骤

实验现象热水中混合气体颜色较常温下的___,冰水中混合气体颜色较常温下的___实验结论混合气体受热颜色变___,说明NO2浓度_____,即平衡向_________方向移动;混合气体被冷却颜色变___,说明NO2浓度_____,即平衡向_________方向移动深浅深增大吸热反应浅减小放热反应2.化学平衡移动已达化学平衡的可逆反应中,当条件改变时,原来的化学平衡被破坏,并在新的条件下建立起新的化学平衡的过程。3.影响化学平衡的因素(1)温度:气体条件不变时,升高温度,平衡向_____反应的方向移动;降低温度,平衡向_____反应的方向移动。(2)其他因素:除温度外,___________、_____(有气体参加的可逆反应)等外界条件的改变也可以使化学平衡发生移动。吸热放热反应物浓度压强【情境·思考】可乐和雪碧中都溶解了二氧化碳,当打开可乐或雪碧时,会看到有大量气泡产生,为什么?提示:可乐中溶解有二氧化碳气体,二氧化碳与水反应的方程式为CO2+H2OH2CO3,打开瓶塞,压强减小,平衡向生成二氧化碳的方向移动,因此有大量气体冒出。【巧判断】(1)往平衡体系FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl中加入适量KCl固体,平衡逆向移动,溶液的颜色变浅。(

)提示:×。可逆反应的离子方程式为Fe3++3SCN-

Fe(SCN)3,钾离子和氯离子的浓度变化与平衡体系没有关系,所以平衡不移动,溶液颜色也不变浅。(2)化学平衡正向移动,反应物的转化率不一定增大。

(

)提示:√。如A和B反应,增加反应物A的浓度,A的转化率要降低,B的转化率增大。(3)化学平衡发生移动,化学反应速率一定改变;化学反应速率改变,化学平衡也一定发生移动。 (

)提示:×。化学平衡发生移动,说明v正不再等于v逆,速率一定发生变化,但如果速率发生变化,如果v正与v逆仍然相等,平衡并不移动。知识点一化学平衡状态的判断【重点释疑】1.直接标志(1)v(正)=v(逆)①同一种物质的生成速率等于消耗速率②在化学方程式同一边的不同物质的生成速率与消耗速率之比等于化学计量数之比③在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于化学计量数之比(2)各组分的浓度保持一定①各组分的浓度不随时间的改变而改变②各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变2.间接标志(1)恒温恒容反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体体积不等的反应)。(2)恒温恒压条件下,混合气体的密度不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体体积不等且无固体、液体参与或生成的反应)。(3)对于反应混合物中存在有颜色变化的物质的可逆反应,若体系中颜色不再改变,则反应达到平衡状态。(4)全是气体参加的反应前后化学计量数改变的可逆反应,平均相对分子质量保持不变。(5)对同一物质而言,断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。【方法规律】判断化学平衡状态的两个标志(1)“动态标志”即“速率标志”,指的是当用同种物质表示时,只要符合v(正)=v(逆),或者说在相同的时间内,某物质的生成量=某物质的消耗量;当用不同的物质表示时,要注意表明不同方向的反应速率,即正逆两个方向;再就是根据某物质的反应速率和化学计量数,求算出另外一种物质的反应速率,只要满足同种物质的v(正)=v(逆)即可。(2)“静态标志”指的是反应体系中,各物质物质的量浓度、质量分数等不变,而不是各物质的浓度相等或分子数满足一定的关系,这一点极具迷惑性。【思考·讨论】(1)在密闭容器中进行反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),当SO2、O2、SO3的浓度之比为2∶1∶2时,能否说明该反应达到化学平衡状态?提示:不能,因为不能说明各组分的浓度一定不变。也不能说明该反应的正、逆反应速率相等。△催化剂(2)对于在容积固定的密闭容器中进行的反应:2SO2+O2

2SO3,当压强恒定时,一定达到平衡吗?密度一定时呢?提示:压强恒定时,反应一定达到平衡,因为压强恒定,说明各气体的物质的量恒定;但密度恒定时,不一定达到平衡,因为气体的总质量守恒,容积不变,密度在任何时刻都不变。△催化剂(3)对于在容积固定的密闭容器中进行的反应:H2+I2

2HI,当压强恒定时,一定达到平衡吗?密度或混合气体平均相对分子质量一定时呢?提示:均不一定,因为该反应在反应前后气体的物质的量不变,所以压强、密度、混合气体平均相对分子质量均不变。【案例示范】【典例】(2019·福州高一检测)一定条件下,可逆反应N2+3H22NH3达到化学平衡状态,下列说法一定正确的是 (

)A.每1molN≡N断裂的同时有2molN—H生成B.N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2C.N2减少的速率和NH3减少的速率之比为1∶2D.气体体积为初始体积的

【思维建模】解答判断平衡状态问题的思维流程如下:【解析】选C。反应速率之比是相应的物质化学计量数之比,根据方程式可知,每1molN≡N断裂的同时有6molN—H生成,A不正确;平衡时物质的浓度不再发生变化,但各物质的浓度之间不一定相等或满足某种关系,B不正确;达到平衡状态时正逆反应速率相等,则N2减少的速率和NH3减少的速率之比为1∶2,C正确;不知道转化率,则不能确定气体体积和初始体积的关系,D不正确。【母题追问】(1)如果在恒温恒压条件下反应的压强不变,是否能判断反应达到平衡?提示:不能。恒压说明压强是个恒量,所以不能说明反应达到平衡。(2)不管任何条件,如果氨气的浓度不再发生变化,是否能说明反应达到平衡?提示:能。浓度不变说明反应达到一定限度,说明反应达到平衡。【规律方法】化学平衡状态判断的依据【迁移·应用】1.(2019·莱芜高一检测)下列说法可充分说明反应P(g)+Q(g)S(g)+R(g)在恒温恒容密闭容器中已达平衡的是 (

)A.容器里P、Q、R和S四种物质共存B.容器里Q和R的体积分数不再变化C.容器内气体压强、密度不随时间变化D.同一时间内生成nmolP同时生成nmolQ【解析】选B。可逆反应的平衡状态,即反应物和生成物的浓度不再随时间的变化而变化,正反应速率与逆反应速率相等的状态。该反应只要开始以后,必定P、Q、R和S四种物质共存,故A不能说明反应已达平衡状态。容器容积不变,气体Q和R的体积分数不再变化,即Q和R的浓度不变,P和S的浓度也不变,故B说明反应已达平衡状态。该反应在平衡前后各气体的总物质的量不变,又因为容器容积不变,则在达到平衡前后气体压强不变;该反应在平衡前后气体的总质量不变,又因为容器容积不变,则在达到平衡前后气体密度不变,故C不能说明反应已达平衡状态。D项只描述了逆反应,没有指明正反应的情况,故不能说明反应已达平衡状态。2.在一定温度下,反应H2(g)+I2(g)2HI(g)达到化学平衡状态的标志是 世纪金榜导学号(

)A.单位时间内生成nmolH2,同时就有nmolHI生成B.单位时间内有nmolH2生成,同时就有nmolI2生成C.容器内气体的总压强不随时间的变化而变化D.1个H—H键断裂的同时,有2个H—I键断裂【解析】选D。选项A,生成H2是逆反应,生成HI是正反应,根据化学方程式中的化学计量数关系,如果正、逆反应速率相等,则生成nmolH2的同时应有2nmolHI生成,因此A选项并没有达到化学平衡。选项B,生成H2和生成I2均是逆反应,没有说明正反应速率,且不管平衡是否建立,只要反应进行,生成H2和I2的物质的量之比始终为1∶1。因此B选项并不一定达到化学平衡。选项C,该反应前后气体总的物质的量保持不变,在其他条件一定时,反应从开始到反应达到平衡状态时,压强就一直保持不变,故气体总的压强不变不能说明反应已经达到平衡状态。选项D,断裂H—H键是正反应,断裂H—I键是逆反应,根据化学方程式的化学计量数关系,断裂1个H—H键的同时,有2个H—I键断裂,其正反应速率等于逆反应速率,因此D选项一定达到了化学平衡状态。【补偿训练】在一定温度下某密闭容器中,加入1molA、3molB、2molC和2molD,发生反应:mA(g)+nB(g)xC(g)+yD(s),各物质的物质的量随着时间的变化如图所示,则当下列条件成立时,能说明反应已经达到平衡状态的是:①C的生成速率与C的分解速率相等;②v正(A)=2v逆(C);③A、B、C的浓度不再变化;④反应物的转化率不再变化;⑤混合气体的压强不再变化;⑥混合气体的物质的量不再变化;⑦单位时间内消耗amolA,同时生成3amolB;⑧A、B、C、D的分子数之比为1∶3∶2∶2 (

)A.①②③④⑤⑥⑦B.①③④⑤⑥⑦C.①③④⑥⑦D.①③⑤⑥⑦⑧

【解析】选B。反应的化学方程式为A(g)+3B(g)2C(g)+2D(s),①C的生成速率与C的分解速率相等,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故正确;②当2v正(A)=v逆(C)时,正、逆反应速率相等,所以v正(A)=2v逆(C),不能说明正、逆反应速率相等,不能说明反应达到平衡状态,故错误;③A、B、C的浓度不再变化,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故正确;④反应物的转化率不再变化,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故正确;⑤反应前后气体物质的量不同,混合气体的压强不再变化,说明各组分浓度不变,反应达到平衡状态,故正确;⑥反应前后气体物质的量不同,混合气体的物质的量不再变化,说明各组分浓度不变,反应达到平衡状态,故正确;⑦单位时间内消耗amolA,同时生成3amolB,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故正确;⑧反应平衡后,各物质的分子数不变,不一定等于其化学计量数之比,这和加入的物质的多少以及反应程度有关,所以A、B、C、D的分子数之比为1∶3∶2∶2,不能说明反应达到平衡状态,故错误。知识点二化学反应速率与化学平衡的关系【重点释疑】1.化学反应速率与化学平衡的比较化学反应速率化学平衡概念单位时间内反应物或生成物浓度的变化量①条件一定;②可逆反应;③v(正)=v(逆)≠0;④各物质的浓度一定化学反应速率化学平衡本质物理量反应状态研究对象反应的快慢反应的限度研究范围所有化学反应可逆反应化学反应速率化学平衡特点单位不同,速率数值不同,用不同物质表示其值可能不同逆、动、等、定、变影响因素浓度、温度、压强、催化剂等浓度、温度、压强2.化学平衡的移动可以用下列图示理解:【易错提醒】化学平衡移动的几个易错点(1)可逆反应只有达到平衡后才会有平衡的移动,在没达到平衡之前是化学平衡的建立过程,不是化学平衡的移动。(2)平衡移动的本质是不同程度地改变了v(正)和v(逆),故化学反应速率改变,化学平衡不一定移动,但化学平衡发生了移动,则化学反应速率一定改变。(3)由于任何化学反应都伴有热效应,因此,对于可逆反应达到平衡状态后只要改变体系的温度,化学平衡一定发生移动,移动的方向取决于反应是放热还是吸热。(4)由于催化剂可同等程度地改变v(正)和v(逆),故催化剂不会使化学平衡发生移动。【思考·讨论】(1)对于所有的可逆反应,温度升高,v正、v逆如何改变?平衡一定移动吗?提示:温度升高,v正、v逆一定都增大,平衡一定移动,且平衡向吸热的方向移动。(2)对于可逆反应H2(g)+I2(g)2HI(g),加压时v正、v逆如何变化?平衡是否移动?加入催化剂呢?提示:加压时v正、v逆二者都增大,但平衡不移动;加入催化剂时二者也同幅度增大,平衡也不移动。【案例示范】【典例】(2019·泰安高一检测)红信石就是三氧化二砷的一种天然矿物,加工以后就是著名的砒霜。砷(As)是第四周期ⅤA族元素,可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物,有着广泛的用途。298K时,将20mL3xmol·L-1Na3AsO3、20mL3xmol·L-1I2和20mLNaOH溶液混合,发生反应:(aq)+I2(aq)+2OH-(aq)(aq)+2I-(aq)+H2O(l)。溶液中c()与反应时间(t)的关系如图所示。(1)下列可判断反应达到平衡的是________(填标号)。

a.溶液的pH不再变化b.v(I-)=2v()c.c()/c()不再变化 d.c(I-)=ymol·L-1(2)tm时,v正和v逆谁大?(3)tm时v逆和tn时v逆谁大?理由是什么?【解析】(1)pH不再变化,则c(OH-)不变,反应处于化学平衡状态,故a正确;根据各物质的反应速率之比等于化学方程式的化学计量数之比,v(I-)=2v()始终成立,不能作为平衡状态的判断依据,故b错误;达到平衡时各物质的浓度保持不变,即c()/c()不再变化,反应处于平衡状态,故c正确;达到平衡时c()=ymol·L-1,c(I-)=2ymol·L-1,故d错误。(2)tm时平衡向正反应方向移动,v正>v逆。(3)由图可知,tm时浓度比tn时小,所以tm时的逆反应速率小于tn时的逆反应速率。答案:(1)ac

(2)v正大于v逆

(3)tm时v逆小于tn时v逆,tm时生成物浓度较低【迁移·应用】1.(2019·德州高一检测)一定温度下,可逆反应A2(g)+B2(g)2AB(g)达到平衡状态的标志是 (

)A.单位时间内生成nmolA2,同时生成nmolABB.单位时间内生成2nmolAB的同时生成nmolB2C.体系内的总压不随时间变化D.单位时间内生成nmolA2的同时,生成nmolB2【解析】选B。单位时间内生成nmolA2,同时生成nmolAB,正逆反应速率不相等,反应未达到平衡状态,故A项错误;单位时间内生成2nmolAB的同时生成nmolB2,说明正逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故B项正确;反应前后气体体积相等,所以压强不变不能说明各组分浓度不变,反应不一定达到平衡状态,故C项错误;单位时间内生成nmolA2的同时,生成nmolB2,都是逆反应方向,无法证明是否达到平衡状态,故D项错误。2.一定条件下,0.3molX(g)与0.3molY(g)在体积为1L的密闭容器中发生反应:X(g)+3Y(g)2Z(g),下列示意图合理的是 世纪金榜导学号(

)【解析】选D。X减少0.1mol,消耗Y0.3mol,生成Z0.2mol,当达到平衡时X、Z的物质的量相同,但反应是可逆反应不能进行彻底,图象不符合反应达到平衡状态,故A不符合;反应速率之比等于化学方程式计量数之比,2v正(X)=v逆(Z),此时反应达到平衡状态,v正(X)=v逆(Z),不能说明反应达到平衡状态,故B不符合;Y消耗0.1mol,生成Z物质的量为0.1mol,图象中反应的定量关系不符合反应比,故C不符合;Y减少0.15mol,Z增加0.1mol,二者物质的量变化之比为0.15∶0.1=3∶2,与方程式的化学计量数一致,图象符合,故D符合。【补偿训练】可逆反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)正在逆向进行时,正反应速率和逆反应速率的大小是 (

)A.v正>v逆

B.v正<v逆C.v正=v逆

D.不能确定【解析】选B。可逆反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)正在逆向