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-化学反应速率化学平衡-第 10 页化学反应速率 化学平衡考点1 化学反应速率及影响因素一、知识梳理1意义： ，常根据反应物消耗或生成物产生的快慢来粗略比较反应速率的大小。2.符号 计算公式 单位 3影响因素(1)内因(主要因素)： 。(2)外因浓度：浓度对有气体参加的反应或溶液中发生的反应速率产生影响，在其他条件不变时，增大反应物浓度，可增大反应速率。压强：只影响有气体参加的化学反应速率，增大压强，气体体积缩小，浓度增大，反应速率加快，当改变容器内压强而有关反应的气体浓度无变化时，反应速率不变。温度：对任何反应的速率都有影响，一般温度每升高10 ，反应速率增大24倍。催化剂：具有选择性，即它对某一反应或某种反应起催化作用，催化剂参与反应过程，但反应前后质量与化学性质不变。其他因素：光、颗粒大小、溶剂等。二、典例分析例1在容积为1.00 L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4(g) 2NO2(g)，在060 s 时间段，N2O4 的浓度由 0.100 mol·L1 变为 0.040 mol·L1，反应速率v(N2O4)为_mol·L1·s1。特别提醒（1）化反应过程的实质：反应物分子之间发生碰撞是化反应发生的先决条件。能发生反应的碰撞叫有效碰撞。能发生有效碰撞的能量较高的分子叫活化分子。只有活化分子之间采取合适的取向的碰撞才是有效碰撞。（2）在同一反应中，影响反应速率的因素是外因，即外界条件，主要有温度、浓度、压强、催化剂等。（还有像反应颗粒（固体）的大小、光、波等对化反应速率也有影响）浓度、压强、温度、催化剂的变化与活化分子的分数、有效碰撞次数及反应速率的关系。温度、催化剂增加活化分子百分数；压强、浓度增加单位体积内活化分子数目。考点2 化学反应速率计算一、 知识梳理化学反应速率是表示反应进行快慢的物理量，它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。计算公式如下：v(B)。用上式进行某物质反应速率计算时需注意以下几点：1浓度变化只适应于气体和溶液中的溶质，不适用于固体和纯液体。2化学反应速率是某段时间内的平均反应速率，而不是即时速率，且计算时取正值。3同一反应用不同的物质表示反应速率时，数值可能不同，但意义相同。不同物质表示的反应速率之比等于其化学计量数之比。4对于可逆反应，反应进行的净速率是正、逆反应速率之差，当达到平衡时，净速率为零。5、化学反应速率的数值之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。如：化学方程式为mA(g)nB(g)=pC(g)的反应中，其中各种物质的化学反应速率满足关系：v(A)v(B)v(C)mnp。例2. 下列四个数据都表示合成氨的反应速率，其中代表同一反应速率的是()vN20.3 mol·L1·min1vNH30.9 mol·L1·min1vH20.015 mol·L1·s1vH22.25 mol·L1·min1考点3 化学平衡状态判断一、 知识梳理1. 化平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。可逆反应达到平衡的依据：(1) 根据化平衡状态的本质特征正反应速率与逆反应速率相等；(2) 根据化平衡状态的宏观表现各组分的浓度保持不变。2. 对于密闭容器中的可逆反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)是否达到平衡可以归纳如下表：化学反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)是否平衡混合物体系中各成分的含量各物质的物质的量或物质的质量分数一定各物质的质量或质量分数一定各气体的体积或体积分数一定总体积、总压强、总物质的量一定正、逆反应速率之间的关系在单位时间内消耗了m mol A，同时也生成了m mol A，即v(正)v(逆)在单位时间内消耗了n mol B，同时也消耗了p mol C，即v(正)v(逆)v(A)v(B)v(C)v(D)mnpq v(正)不一定等于v(逆)在单位时间内生成了n mol B，同时也消耗了q mol D，即叙述的都是v(逆)压强其他条件一定、总压强一定，且mnpq其他条件一定、总压强一定，且mnpq混合气体的平均相对分子质量平均相对分子质量一定，且mnpq平均相对分子质量一定，且mnpq温度任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时气体的密度密度一定颜色反应体系内有色物质的颜色稳定不变二、 典例探究例3. 工业上在合成塔中采用下列反应合成甲醇：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)HQ kJ· mol1，判断该可逆反应达到平衡状态的标志是()A生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等B混合气体的密度不变C容器的压强不变DH值不变三、 特别提醒用不同物质表示的反应速率之比等于化学计量数之比，不一定是平衡状态，因为不论是否达到平衡，该关系一定存在。各物质的物质的量之比等于方程式的化学计量数比，不一定是平衡状态，因为此条件并不能说明各组分的物质的量不再变化了。用不同物质表示的正、逆反应速率之比等于方程式的化学计量数比，一定是平衡状态。考点四 平衡的移动一、知识梳理1. 化平衡移动2. 影响化平衡的因素勒夏特列原理：如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度等)，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。条件的改变(其他条件不变)化平衡的移动浓度增大反应物浓度或减小生成物浓度向正反应方向移动减小反应物浓度或增大生成物浓度向逆反应方向移动压强(对有气体存在的反应)反应前后气体分子数改变增大压强向气体体积减小的方向移动减小压强向气体体积增大的方向移动反应前后气体分子数不变改变压强平衡不移动温度升高温度向吸热反应方向移动降低温度向放热反应方向移动催化剂使用催化剂平衡不移动3.化学平衡图像问题（1）以反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),m+np+q且H0为例 vt图象： 此类图象定性地揭示了（正）、（逆）随时间（含条件改变对速率的影响）而变化的规律，体现了平衡的“动、等、定、变”的基本特征，以及平衡移动的方向 ct图象：此类图象能说明各平衡体系组分（或某一成分）在反应过程中的变化情况解题时要注意各物质曲线的折点（达平衡时刻），各物质浓度变化的内在联系及比例符合化学方程式中化学计量数关系等情况 cp(T)图象：该类图象的纵坐标为物质的平衡浓度或反应物的转化率，横坐标为温度或压强。化学平衡图像题的解题方法(1)首先要看清楚横轴和纵轴意义(特别是纵轴)以及曲线本身属等温线还是等压线。(当有多余曲线及两个以上条件时，要注意“定一议二”)(2)找出曲线上的特殊点，并理解其含义。(如“先拐先平数值大”)(3)根据纵轴随横轴的变化情况，判定曲线正确走势，以淘汰错误的选项。二、典例探究例4. 下列实验事实不能用平衡移动原理解释的是()t/2550100Kw/10141.015.4755.0A. B.c(氨水)/ (mol·L1)0.10.01pH11.110.6 D.例6一定条件下，通过下列反应可以制备特种陶瓷的原料MgO：MgSO4(s)CO(g)MgO(s)CO2(g)SO2(g)H>0该反应在恒容的密闭容器中达到平衡后，若仅改变图中横坐标x的值，重新达到平衡后，纵坐标y随x变化趋势合理的是()选项 x yA温度容器内混合气体的密度BCO的物质的量CO2与CO的物质的量之比CSO2的浓度平衡常数KDMgSO4的质量(忽略体积)CO的转化率三、特别提醒(1)当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时，由于其“浓度”是恒定的，不随其量的增减而变化，故改变这些固体或液体的量，对平衡没影响。(2)对于反应前后气态物质的化学计量数相等的反应，压强的变化对正、逆反应速率的影响程度是等同的，故平衡不移动。(3)“惰性气体”对化学平衡的影响。恒温、恒容条件原平衡体系体系总压强增大体系中各组分的浓度不变平衡不移动。恒温、恒压条件原平衡体系容器容积增大，各反应气体的分压减小体系中各组分的浓度同倍数减小。(4)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。（5）移动的结果只是减弱了外界条件的变化，而不能完全抵消外界条件的变化，新平衡时此物理量更靠近于改变的方向。如增大反应物A的浓度，平衡右移，A的浓度在增大的基础上减小，但达到新平衡时，A的浓度一定比原平衡大；同理，若改变的是温度、压强等，其变化也相似。考点5 平衡常数 转化率一、知识梳理1. 化学平衡常数(1)平衡常数K的表达式：对于一般的可逆反应：mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)当在一定温度下达到化学平衡时，该反应的平衡常数为：注意：a在平衡常数表达式中，反应物A、B和生成物C、D的状态全是气态，c(A)、c(B)、c(C)、c(D)均为平衡时的浓度b当反应混合物中有固体或纯液体时，他们的浓度是一个常数，不写入平衡常数的表达式中例如，反应在高温下 Fe3O4(s) + 4H2 3Fe(s) + 4H2O(g)的平衡常数表达式为：c平衡常数K的表达式与化学方程式的书写方式有关。(2)平衡常数K值的特征：K值的大小与浓度、压强和是否使用催化剂无关即对于一个给定的反应，在一定温度下，不论起始浓度(或压强)和平衡浓度(或压强)如何，也不论是否使用催化剂，达平衡时，平衡常数均相同。K值随温度的变化而变化对于一个给定的可逆反应，温度不变时，K值不变(而不论反应体系的浓度或压强如何变化)；温度不同时，K值不同因此，在使用平衡常数K值时，必须指明反应温度(3)平衡常数表达式K值的意义：判断可逆反应进行的方向将某一时刻时的生成物的浓度用化学方程式中相应的化学计量数为指数的乘积，与某一时刻时的反应物的浓度用化学方程式中相应的化学计量数为指数的乘积之比值，叫做浓度商，用Q表示即：当QK时，体系达平衡状态；当QK，为使Q等于K，则分子(生成物浓度的乘积)应增大，分母(反应物浓度的乘积)应减小，因此反应自左向右(正反应方向)进行，直至到达平衡状态；同理，当QK时，则反应自右向左(逆反应方向)进行，直至到达平衡状态表示可逆反应进行的程度K值越大，正反应进行的程度越大，反应物的转化率越高；K值越小，正反应进行的程度越小，逆反应进行的程度越大，反应物的转化率越低2转化率反应物的转化率()：×100%3. 反应物用量对平衡转化率的影响(1)若反应物只有一种，如aA(g) bB(g) + cC(g)，则增加A的量，平衡向正反应方向移动，但A的平衡转化率究竟如何变化，要分析反应前后气体体积的相对大小如：若ab+c，则A的转化率不变；若ab+c，则A的转化率增大；若ab+c，则A的转化率减小(2)若反应物不只一种，如aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g)则：若只增加反应物A的量，平衡向正反应方向移动，反应物B的转化率增大A的转化率减小。若按原比例同倍数地增加反应物A与B的量，A、B的转化率的变化有以下三种情况：a当a+bc+d时，A、B的转化率都不变；b当a+bc+d时，A、B的转化率都增大；c当a+bc+d时，A、B的转化率都减小4. 等效平衡 等效平衡有两种类型：mA（g）+ nB（g） pC（g）+ qD（g）：类恒温恒容：若m + n p + q，只要“极限转换”后，与原起始物质的物质的量（或浓度）相等，就可以达到相同平衡状态。若m + n = p + q，只要“极限转换”后，对应物质的物质的量之比相等，就可达到相同的平衡状态。类恒温恒压：只要“极限转换”后，对应物质的物质的量之比相等，可达到相同的平衡状态。二、典例探究例6.在10 L恒容密闭容器中充入X(g)和Y(g)，发生反应X(g)Y(g)M(g)N(g)，所得实验数据如下表：实验编号温度/起始时物质的量/mol平衡时物质的量/moln(X)n(Y)n(M)7000.400.100.0908000.100.400.0808000.200.30a9000.100.15b下列说法正确的是()A实验中，若5 min时测得n(M)0.050 mol，则0至5 min 时间内，用N表示的平均反应速率v(N)1.0×102 mol/(L·min)B实验中，该反应的平衡常数K2.0C实验中，达到平衡时，X的转化率为60%D实验中，达到平衡时，b>0.060例7. N2O5是一种新型硝化剂，在一定温度下可发生以下反应：2N2O5(g)4NO2(g)O2(g)H>0 T1温度时，向密闭容器中通入N2O5，部分实验数据见下表：时间/s05001 0001 500c(N2O5)/mol·L15.003.522.502.50下列说法中不正确的是()AT1温度下，500 s时O2的浓度为0.74 mol·L1B平衡后其他条件不变，将容器的体积压缩到原来的1/2，则再平衡时c(N2O5)>5.00 mol·L1CT1温度下的平衡常数为K1，T2温度下的平衡常数为K2，若T1>T2，则K1K2DT1温度下的平衡常数K1125，平衡时N2O5的转化率为0.5高考真题练习1.（2012·全国，8，6分）合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得，其中的一步反应为CO（g）H2O（g）CO2（g）H2（g）H<0反应达到平衡后，为提高CO的转化率，下列措施中正确的是（）A.增加压强 B.降低温度C.增大CO的浓度 D.更换催化剂2.（2014·新课标全国卷，26，13分）在容积为1.00 L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4（g）2NO2（g），随温度升高，混合气体的颜色变深。回答下列问题：（1）反应的H0（填“大于”或“小于”）；100 时，体系中各物质浓度随时间变化如上图所示。在060 s时段，反应速率v（N2O4）为mol·L1·s1；反应的平衡常数K1为。（2）100 时达平衡后，改变反应温度为T，c（N2O4）以0.002 0 mol·L1·s1的平均速率降低，经10 s后又达到平衡。T100 （填“大于”或“小于”），判断理由是。列式计算温度T时反应的平衡常数K2。（3）温度T时反应达平衡后，将反应容器的容积减少一半，平衡向（填“正反应”或“逆反应”）方向移动，判断理由是_。3.（2013·课标全国卷，28，14分）在1.0 L密闭容器中放入0.10 molA（g），在一定温度进行如下反应：A（g）B（g）C（g）H85.1 kJ·mol1反应时间（t）与容器内气体总压强（p）的数据见下表：时间t/h0124816202530总压强p/100 kPa4.915.586.327.318.549.509.529.539.53回答下列问题：（1）欲提高A的平衡转化率，应采取的措施为。（2）由总压强p和起始压强p0计算反应物A的转化率（A）的表达式为，平衡时A的转化率为，列式并计算反应的平衡常数K。（3）由总压强p和起始压强p0表示反应体系的总物质的量n总和反应物A的物质的量n（A），n总mol，n（A）mol。下表为反应物A浓度与反应时间的数据，计算：a。反应时间t/h04816c（A）/（mol·L1）0.10a0.0260.006 5分析该反应中反应物的浓度c（A）变化与时间间隔（t）的规律，得出的结论是，由此规律推出反应在12 h时反应物的浓度c（A）为mol·L1。4.（2013·四川理综，6，6分）在一定温度下，将气体X和气体Y各0.16 mol充入10 L恒容密闭器中，发生反应X（g）Y（g）2Z（g） H<0，一段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如下表：t/min2479n（Y）/mol0.120.110.100.10下列说法正确的是（）A.反应前2 min的平均速率v（Z）2.0×103 mol·（L·min）1B.其他条件不变，降低温度，反应达到新平衡前v（逆）>v（正）C.该温度下此反应的平衡常数K1.44D.其他条件不变，再充入0.2 mol Z，平衡时X的体积分数增大5.（2016·江苏化学，15，4分）一定温度下，在3个体积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2（g）CO（g）CH3OH（g） 达到平衡，下列说法正确的是（双选）（）容器温度/K物质的起始浓度/mol·L1物质的平衡浓度/mol·L1c（H2）c（CO）c（CH3OH）c（CH3OH）4000.200.1000.0804000.400.200500000.100.025A.该反应的正反应放热B.达到平衡时，容器中反应物转化率比容器中的大C.达到平衡时，容器中c（H2）大于容器中c（H2）的两倍D.达到平衡时，容器中的正反应速率比容器中的大6.（2014·江苏化学，15，4分）一定温度下，在三个体积均为1.0 L 的恒容密闭容器中发生反应：2CH3OH（g）CH3OCH3（g）H2O（g）容器编号温度（）起始物质的量（mol）平衡物质的量（mol）CH3OH（g）CH3OCH3（g）H2O（g）3870.200.0800.0803870.402070.200.0900.090下列说法正确的是（双选）（）A.该反应的正反应为放热反应B.达到平衡时，容器中的CH3OH体积分数比容器中的小C.容器中反应到达平衡所需时间比容器中的长D.若起始时向容器中充入CH3OH 0.15 mol、CH3OCH3 0.15 mol和H2O 0.10 mol，则反应将向正反应方向进行7.（2016·四川理综，6，7分）一定条件下，CH4与H2O（g）发生反应：CH4（g）H2O（g）CO（g）3H2（g）。设起始Z，在恒压下，平衡时CH4的体积分数（CH4）与Z和T（温度）的关系如图所示。下列说法正确的是（）A.该反应的焓变H>0B.图中Z的大小为a>3>bC.图中X点对应的平衡混合物中3D.温度不变时，图中X点对应的平衡在加压后（CH4）减小2017年高考真题化学平衡汇编（2017全国 I 卷 28）（3） H2S 与 CO2 在高温下发生反应：H2S(g)+CO2(g)COS(g) +H2O(g)。在 610 k 时，将 0.10 mol CO2 与 0.40 mol H2S 充入 2.5 L 的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为 0.02。H2S 的平衡转化率a1 =_%，反应平衡常数 K=_。在 620 K 重复试验，平衡后水的物质的量分数为 0.03，H2S 的转化率a2 _a1，该反应的 H_0。向反应器中再分别充入下列气体，能使 H2S 转化率增大的是_（填标号） AH2S BCO2CCOSDN2（2017全国 II 卷 27）丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题：（1） 正丁烷（C4H10）脱氢制 1-丁烯（C4H8）的热化学方程式如下：C4H10(g)= C4H8(g)+H2(g)H1已知：C4H10(g)+ O2(g)= C4H8(g)+H2O(g)H2=119 kJ·mol1H2(g)+ O2(g)= H2O(g)H3=242kJ·mol1反应的H1 为_kJ·mol1。图（a）是反应平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x_0.1（填“大于”或“小于”）；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是_（填标号）。A升高温度B降低温度C增大压强D降低压强（2） 丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器（氢气的作用是活化催化剂），出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图（b）为丁烯产率与进料气中 n（氢气）/n（丁烷）的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是_。（3） 图（c）为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在 590之前随温度升高而增大的原因可能是_、_；590之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是_。（2017全国 III 卷 28）（4） 298 K 时，将 20 mL 3x mol·L1 Na3AsO3、20 mL 3x mol·L1 I2 和 20 mL NaOH 溶液混合，发生反应：AsO33(aq)+I2(aq)+2OHAsO43(aq)+2I(aq)+ H2O(l)。溶液中 c(AsO43)与反应时间（t）的关系如图所示。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(AsO33)c. c (AsO43)/c (AsO33)不再变化d. c(I)=y mol·L1tm 时，v 正_ v 逆（填“大于”“小于”或“等于”）。tm 时 v 逆_ tn 时 v 逆（填“大于”“小于”或“等于”），理由是_。若平衡时溶液的 pH=14，则该反应的平衡常数 K 为_。（2017北京卷 26）（1）氯化过程：TiO2 与 Cl2 难以直接反应，加碳生成 CO 和 CO2 可使反应得以进行。已知：TiO2(s)+2 Cl2(g)= TiCl4(g)+ O2(g)H1=+175.4 kJ·mol-12C(s)+O2(g)=2CO(g)H2=-220.9 kJ·mol-1沸腾炉中加碳氯化生成 TiCl4(g)和 CO(g)的热化学方程式：_。氯化过程中 CO 和 CO2 可以相互转化，根据如图判断：CO2 生成 CO 反应的H_0（填“”“”或“=”），判断依据：_。（2017江苏卷 10）H2O2 分解速率受多种因素影响。实验测得 70时不同条件下 H2O2 浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是A图甲表明，其他条件相同时，H2O2 浓度越小，其分解速率越快B图乙表明，其他条件相同时，溶液 pH 越小，H2O2 分解速率越快C图丙表明，少量 Mn 2+存在时，溶液碱性越强，H2O2 分解速率越快D图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2+对 H2O2 分解速率的影响大（2017江苏卷 15双选）温度为 T1 时，在三个容积均为 1 L 的恒容密闭容器中仅发生反应：2NO2(g) 2NO(g)+O2 (g) (正反应吸热)。实验测得：v 正= v(NO2)消耗=k 正c2(NO2)， v 逆=v(NO)消耗=2v(O2)消耗=k 逆c2(NO)·c(O2)，k 正、k 逆为速率常数，受温度影响。下列说法正确的是A达平衡时，容器与容器中的总压强之比为 45B达平衡时，容器中氧气的浓度和二氧化氮的浓度比值比容器中的大C达平衡时，容器中 NO 的体积分数小于 50%D当温度改变为 T2 时，若 k 正=k 逆，则 T2> T1（2017天津卷 6）常压下羰基化法精炼镍的原理为：Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)。230时，该反应的平衡常数 K=2×105。已知：Ni(CO)4 的沸点为 42.2，固体杂质不参与反应。第一阶段：将粗镍与 CO 反应转化成气态 Ni(CO)4；第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至 230制得高纯镍。下列判断正确的是_。A增加 c(CO)，平衡向正向移动，反应的平衡常数增大B第一阶段，在 30和 50两者之间选择反应温度，选 50C第二阶段，Ni(CO)4 分解率较低D该反应达到平衡时，v 生成Ni(CO)4=4v 生成(CO)（2017海南卷 11双选）已知反应 CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H0。在一定温度和压强下于密闭容器中，反应达到平衡。下列叙述正确的是A升高温度，K 减小B减小压强，n(CO2)增加C更换高效催化剂，(CO)增大D充入一定量的氮气，n(H2)不变（20174浙江卷 12）已知：X(g)2Y(g)3Z(g) Ha kJ·mol1(a0)。下列说法不正确的是A0.1 mol X 和 0.2 mol Y 充分反应生成 Z 的物质的量一定小于 0.3 molB达到化学平衡状态时，X、Y、Z 的浓度不再发生变化C达到化学平衡状态时，反应放出的总热量可达 a kJD升高反应温度，逆反应速率增大，正反应速率减小（20174浙江卷 21）对水样中溶质 M 的分解速率影响因素进行研究。在相同温度下，M 的物质的量浓度(mol·L1)随时间(min)变化的有关实验数据见下表。时间水样0510152025(pH2)0.400.280.190.130.100.09(pH4)0.400.310.240.200.180.16(pH4)0.200.150.120.090.070.05pH(4，含Cu2+)0.200.090.050.030.010下列说法不正确的是A在 020 min 内，中 M 的分解速率为 0.015 mol·L1·min1B水样酸性越强，M 的分解速率越快C在 025 min 内，中 M 的分解百分率比大D由于 Cu2+存在，中 M 的分解速率比快