《新学案》2015年春高中化学苏教版选修四课堂导入+重难点突破+复习检测：专题二 化学反应速率与化学平衡（含解析）
文档属性
| 名称 | 《新学案》2015年春高中化学苏教版选修四课堂导入+重难点突破+复习检测：专题二 化学反应速率与化学平衡（含解析） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版 | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2015-03-21 12:34:49 | ||
图片预览
文档简介
专 题 2 化学反应速率与化学平衡
第一单元 化学反应速率
第一课时 化学反应速率的表示方法
课堂导学
新课引入
烟花的燃烧瞬间完成,反应速率快。煤、石油的形成则需要很长时间,反应速率慢。食物变质,反应速率是快还是慢呢
目标导学(见学生用书第22页)
化学反应速率的概念及其定量表示方法
化学反应速率通常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。即v=。
理解的关键:(1) 浓度变化;(2) 为正值;(3) 不用纯固体或纯液体表示;(4) 是平均速率;(5) 单位。
例题1 发展低碳经济,构建低碳社会。科学家们提出利用以工业废气中的CO2为原料,以CuO与ZnO混合物为催化剂,其反应为CO2+3H2CH3OH+H2O。某温度下,在体积为1 L的密闭容器中充入1 mol CO2和4 mol H2,测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下图所示。
( http: / / www.21cnjy.com )
从反应开始到平衡,甲醇的平均反应速率v(CH3OH)= ;氢气的转化率为 。
解析 v(CH3OH)==0.075 mol·L-1·min-1,氢气的转化率为×100%=56.25%。
答案 0.075 mol·L-1·min-1 56.25%
同一反应中不同物质间反应速率的规律
同一反应用不同物质来表示反应速率时,其数值不一定相等;它们的比值等于化学方程式的计量数之比。
对于在一个容器中的一般反应 aA+bBcC+dD来说有,v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)∶Δc(D)=Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)=a∶b∶c∶d。
例题2 在一定条件下,在体积为V L的密闭容器中发生反应:mA+nBpC。t s末,A减少了1 mol,B减少了1.25 mol,C增加了0.5 mol。则m∶n∶p应为 ( )
A. 4∶5∶ 2 B. 2∶5∶4
C. 1∶3∶2 D. 3∶2∶1
解析 物质的变化量之比等于化学计量数之比。
答案 A
化学反应速率的测量方法
1. 化学反应速率测定的基本思路: 化学 ( http: / / www.21cnjy.com )反应速率是通过实验测定的。要测定不同反应时刻反应物或生成物的浓度,可通过观察和测量体系中的某一物质(反应物或生成物)的相关性质,再进行适当的转换和计算。
2. 化学反应速率的测定方法:向锥形瓶中放 ( http: / / www.21cnjy.com )入5 g大理石,再加入20 mL 1 mol·L-1盐酸。每隔10 s观察一次注射器中气体的体积,记录实验数据,并绘制v(CO2)—t曲线图。
(1) 实验现象:大理石表面有气泡生成,注射器活塞向外移动。
(2) 实验结论:可通过测量每隔一定时间产生气体的体积来测定反应速率。随着反应物浓度的降低,反应速率逐渐减小(忽略其他因素的影响)。
例题3 某研究小组拟用定量方法测量Al和Fe分别与酸反应的快慢,设计了如下图所示的装置:
( http: / / www.21cnjy.com )
(1) 检查上图所示装置气密性的方法是
。
(2) 若要比较产生气体的快慢,可以测量相同时间内产生气体的体积,也可以测量 。
答案 (1) 用手捂住锥形瓶,观察乙中长导管内液面是否上升
(2) 产生相同体积的气体所需的时间
备讲例题
1. 700 ℃时,向容积为2 L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O,发生反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。反应过程中测定的部分数据见下表(t1>t2):
反应时间/min n(CO)/mol n(H2)/mol
0 1.20 0
t1 0.80 a
t2 0.80 0.40
下列说法不正确的是 ( )
A. a=0.40
B. 反应在t1 min内的平均速率为
v(CO)= mol·L-1·min-1
C. 反应在t2 min内的平均速率为
v(H2)=mol·L-1·min-1
D. 反应在t1~t2 min内的净速率为0
解析 B项,没有考虑到容器的容积为2 L,错用CO物质的量的变化来代替物质的量浓度的变化。
答案 B
课堂评价(见学生用书第22~23页)
1. 化合物Bilirubin在一定波长 ( http: / / www.21cnjy.com )的光照射下发生分解反应,反应物浓度随反应时间变化如下图所示,计算反应4~8 min间的平均反应速率和推测第16 min 反应物的浓度,结果应是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. 2.5 μmol·L-1·min-1和2.0 μmol·L-1
B. 2.5 μmol·L-1·min-1和2.5 μmol·L-1
C. 3.0 μmol·L-1·min-1和3.0 μmol·L-1
D. 5.0 μmol·L-1·min-1和3.0 μmol·L-1
解析 第8 min与第4 ( http: / / www.21cnjy.com )min时反应物浓度差Δc为10 μmol·L-1,Δt为4 min,所以在4~8 min间的平均反应速率为2.5 μmol·L-1·min-1,可以排除C、D两个答案;图中从0~8 min,反应物浓度降低了4倍,根据这一幅度,可以推测从8~16 min也降低4倍,即由10 μmol·L-1降低到2.5 μmol·L-1,因此推测第16 min反应物的浓度为2.5 μmol·L-1,所以可以排除A而选B。
答案 B
2. 反应A(g)+3B(g)2C(g)+2D(g),在不同情况下测得反应速率,其中反应速率最快的是 ( )
A. v(D)=0.4 mol·L-1·s-1
B. v(B)=0.6 mol·L-1·s-1
C. v(C)=0.5 mol·L-1·s-1
D. v(A)=0.15 mol·L-1·s-1
解析 根据速率之比等于化学计量数之比求解。
答案 C
3. 在一定条件下,将8 mol A和25.7 mol B两种气体通入体积为W L的密闭容器中发生反应:mA(g)+nB(g)2C(g)。t s后,A、B、C的物质的量分别为7.5 mol、23.7 mol、1 mol。则m与n值应是 ( )
A. m=2,n=1 B. m=1,n=3
C. m=1,n=4 D. m=3,n=1
解析 t s后,A、B、C的物质的量变 ( http: / / www.21cnjy.com )化分别为0.5 mol、2 mol、1 mol,用A、B、C分别表示的反应速率之比为1∶4∶2,所以C项正确。
答案 C
4. 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 mol·L-1,下列说法正确的是 ( )
①用物质A表示的反应的平均速率为0.3 mol·L-1·s-1
②用物质B表示的反应的平均速率为0.6 mol·L-1·s-1
③2 s时物质A的转化率为70%
④2 s时物质B的浓度为0.7 mol·L-1
A. ①③ B. ①④ C. ②③ D. ③④
解析 根据题意,2 s时,C的浓度 ( http: / / www.21cnjy.com )为0.6 mol·L-1,利用化学方程式中的化学计量数之比,则B的浓度变化为0.3 mol·L-1,进而确定2 s时物质B的浓度为1 mol·L-1-0.3 mol·L-1=0.7 mol·L-1;A的转化浓度为0.6 mol·L-1,则A的转化率为30%;由C表示的反应速率,可推知v(A)=0.3 mol·L-1·s-1,v(B)=0.15 mol·L-1·s-1。
答案 B
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第20~21页中的练习。
第二课时 影响化学反应速率的因素
课堂导学
新课引入
生活中有很多的反应需要加快反应速率 ( http: / / www.21cnjy.com )(如爆炸),也有很多反应需要减慢反应速率(如食物的腐败),也就是说有很多反应需要控制反应速率。那么,如何控制呢
目标导学(见学生用书第24~26页)
影响化学反应速率的因素
( http: / / www.21cnjy.com )
例题1 某校化学小组用实验的方法利用Cu、F ( http: / / www.21cnjy.com )e、Mg和不同浓度的硫酸(0.5 mol·L-1、2 mol·L-1、18.4 mol·L-1)来研究影响反应速率的因素。
甲同学研究的实验报告如下表:
实验步骤 现 象 结 论
①分别取等体积的2 mol·L-1硫酸于试管中 反应速率:Mg>Fe,Cu不反应 金属的性质越活泼,反应速率越快
②
(1) 甲同学表中实验步骤②为 。
(2) 甲同学的实验目的是 ;要得出正确的实验结论,还需控制的实验条件是 。
乙同学为了更精确地研究浓度对反应速率的影响,利用下图所示装置进行定量实验:
( http: / / www.21cnjy.com )
(3) 乙同学在实验中应该测定的数据是
。
(4) 乙同学完成该实验应 ( http: / / www.21cnjy.com )选用的实验药品是 。该实验中不选用某浓度的硫酸,理由是 。
解析 本题通过实验,对影响化学反应速率的因素进行了探究。决定反应速率的内因是反应物的性质,控制实验条件是实验的灵魂。
答案 (1) 分别投入大小、形状相同的Cu、Fe、Mg
(2) 研究金属(或反应物)本身的性质与反应速率的关系 温度相同
(3) 一定时间内产生气体的体积(或产生一定体积的气体所需时间)
(4) Mg(或Fe)和 ( http: / / www.21cnjy.com )0.5 mol·L-1硫酸和2 mol·L-1硫酸 常温下Mg与18.4 mol·L-1硫酸反应生成SO2;Fe在18.4 mol·L-1硫酸中钝化
浓度对反应速率的影响
浓度对反应速率的影响规律及其微观解释
影响规律 其他条件相同时,增大反应物的浓度,反应速率增大;减小反应物的浓度,反应速率减小
微观解释 在其他条件不变时,对某一反应而言,反应 ( http: / / www.21cnjy.com )物分子中活化分子百分数是一定的,即活化分子浓度与反应物浓度成正比。反应物浓度增大→单位体积内活化分子数增多→单位时间内有效碰撞的次数增多→化学反应速率加快
注意事项 ①一般情况下,在一定温度下固体或纯液体 ( http: / / www.21cnjy.com )的浓度是常数,因此改变其物质的量,对速率无影响;②固体物质的反应速率与接触面积有关,颗粒越小,表面积越大,反应速率越快
例题2 在相同温度下,相同规格的铁片与下列不同浓度的酸反应生成氢气的速率最快的是( )
A. 3 mol·L-1盐酸 B. 2 mol·L-1硫酸
C. 2 mol·L-1醋酸 D. 2 mol·L-1硝酸
解析 同温度、相同规格的铁片与酸反 ( http: / / www.21cnjy.com )应生成氢气的速率取决于氢离子的浓度,浓度大反应速率快,B答案中的氢离子浓度最大,浓硫酸和硝酸与铁不能生成氢气,答案选B。
答案 B
压强对反应速率的影响
1. 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。所以在讨论压强对反应速率的影响时,应区分引起压强改变的原因。
(1) 对于没有气体参与的化学反应,由于改变压强时,反应物浓度变化很小,可忽略不计,因此对化学反应速率无影响。
(2) 对于有气体参与的化学反应,有以下几种情况:
①恒温时,压缩体积压强增大反应物浓度增大反应速率加快。
②恒温时,对于恒容密闭容器:
a. 充入气体反应物:总压强增大反应物浓度增加反应速率加快。
b. 充入“惰性气体”:总压强增大反应物浓度未改变反应速率不变。
③恒温、恒压时:充入“惰性气体”体积增大气体反应物浓度减小反应速率减小。
2. 压强对反应速率的影响规律及其微观解释
影响规律 对气体反应而言,增大压强(减少容器容积) ( http: / / www.21cnjy.com ),相当于增大反应物的浓度,反应速率增大;减小压强(增大容器容积),相当于减小反应物的浓度,反应速率减小
微观解释 增大压强→单位体积内活化分子数增多→有效碰撞次数增多→化学反应速率加快;反之,化学反应速率减慢
注意事项 若是参加反应的物质是固体、液体或溶液,由于压强的变化对它们的浓度几乎无影响,可以认为反应速率不变
例题3 在一密闭容器中充入1 mol H2和1 mol I2,压强为p(Pa),并在一定温度下使其发生反应H2(g)+I2(g)2HI(g) ΔH<0。反应进行一段时间后,改变下列条件,能使反应速率变慢的是(N2不参加反应) ( )
A. 保持容器容积不变,向其中加入1 mol H2
B. 保持容器容积不变,向其中加入1 mol N2
C. 保持容器内压强不变,向其中加入1 mol N2
D. 保持容器内压强不变,向其中再加入1 mol H2和 1 mol I2
解析 保持容器容积不变,向其中加入1 ( http: / / www.21cnjy.com ) mol H2,增大反应物浓度,反应速率加快,A项不正确;保持容器容积不变,向其中加入1 mol N2,原体系中各物质的浓度没有变化,反应速率不变,B项不正确;保持容器内压强不变,向其中加入1 mol N2,容器体积增大,原体系中各物质的浓度减小,反应速率减小,C项正确;保持容器内压强不变,向其中再加入1 mol H2和1 mol I2,反应物浓度增加,反应速率加快,D项不正确。
答案 C
温度对反应速率的影响
温度对反应速率的影响规律及其微观解释
影响规律 在其他条件相同时,升高温度,绝大多数化学反应的反应速率增大;降低温度,反应速率减小
微观解释 在其他条件相同时,升高温度,反应物分子的能量增加→活化分子数增多→活化分子的百分数增加→有效碰撞次数增多→化学反应速率加快
注意事项 ①温度对反应速率的影响规律不受反应热效 ( http: / / www.21cnjy.com )应的限制,吸热反应、放热反应均适用。升温时,吸热反应的化学反应速率比放热反应增加的程度大;②经验规则:温度每升高10 ℃,反应速率通常增大到原来的2~4倍
例题4 下列四支试管中,过氧化氢分解的化学反应速率最大的是 ( )
试管 温度 过氧化氢浓度 催化剂
A 室温(25 ℃) 12% 有
B 水浴加热(50 ℃) 4% 无
C 水浴加热(50 ℃) 12% 有
D 室温(25 ℃) 4% 无
解析 温度越高、浓度越大、有催化剂,反应速率越大,C正确。
答案 C
催化剂对反应速率的影响
催化剂对反应速率的影响规律及其微观解释
影响规律 一般的,催化剂可以加快化学反应速率
微观解释 ( http: / / www.21cnjy.com )由于催化剂可以降低化学反应的活化能(如上图)→活化分子百分数增加→有效碰撞次数增多→化学反应速率增大
注意事项 催化剂不能改变反应方向,不能改变生成物的量,也不能使本来不能发生的反应变为可能
例题5 据报道,科学家开发出了利用太阳能分解水的新型催化剂。下列有关水分解过程的能量变化示意图正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A
( http: / / www.21cnjy.com )
B
( http: / / www.21cnjy.com )
C
( http: / / www.21cnjy.com )
D
解析 水的分解是吸热过程,选项A、C错误;加入催化剂,降低反应的活化能,选项B正确。
答案 B
备讲例题
1. 把0.01 mol M ( http: / / www.21cnjy.com )nO2粉末加入50 mL过氧化氢的溶液里(ρ=1.1 g·L-1),在标准状况下,放出气体的体积V与时间t的关系曲线如下图所示。
( http: / / www.21cnjy.com )
(1) 实验时放出气体的总体积是 。
(2) 放出一半气体所需的时间约为 。
(3) A、B、C、D各点反应速率快慢的顺序是 。
(4) 过氧化氢溶液的初始物质的量浓度为 。
(5) 根据曲线形状解释反应速率的变化情况是 。
解析 (1) 用作图法求解,对应V轴体积是60 mL,即放出气体的总体积。
(2) 60 mL的一半是30 mL,30 mL对应的时间约是1 min。
(3) 反应物浓度随着反应的进行而逐渐 ( http: / / www.21cnjy.com )减小,在不考虑其他因素的影响情况下,反应速率将逐渐减小。所以,开始时,反应物浓度大,反应速率快,故A、B、C、D四点中,D点最快,A点最慢。
(4) 2H2O22H2O+O2↑
2 22.4
n(H2O2) 0.06 L
n(H2O2)=0.005 4 mol
c(H2O2)==0.11 mol·L-1
(5) 曲线的斜率逐渐减小,说明随反应物浓度的下降,反应速率逐渐减慢。
答案 (1) 60 mL (2) 1 mi ( http: / / www.21cnjy.com )n (3) D>C>B>A (4) 0.11 mol·L-1 (5) 随着c(H2O2)减小,反应速率减慢
2. 某活动小组以酸性KMnO4溶液和H2C2O4(草酸)溶液为反应物进行了下列三组实验,反应的化学方程式为2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O。
实验编号 KMnO4 H2C2O4(草酸) 加入的其他物质
体积/mL 浓度/mol·L-1 体积/mL 浓度/mol·L-1
① 4 0.01 2 0.1 —
② 4 0.01 2 0.2 —
③ 4 0.01 2 0.1 MnSO4固体
根据以上实验,下列说法不正确的是 ( )
A. 实验①和②可探究浓度对该反应速率的影响
B. 实验①和③可探究催化剂对该反应速率的影响
C. 实验②和③可探究催化剂对该反应速率的影响
D. 实验①中开始反应较慢,一段时间后变快,其原因是生成的MnSO4有自催化作用
解析 对比实验②和③,可以发现变量有两个:H2C2O4浓度不同和加与不加MnSO4固体,所以无法确定影响反应速率的因素,C项不正确。
答案 C
课堂评价(见学生用书第26页)
1. Fe与稀硫酸反应制取氢气时,下列措施一定能使生成氢气的速率加快的是 ( )
A. 增加铁的量 B. 增大硫酸的浓度
C. 加热 D. 增大压强
解析 错选A的误区是混淆了外 ( http: / / www.21cnjy.com )界条件对反应速率影响的关系,浓度增大,反应速率加快,但铁为固体,增加铁的量,其浓度并没有改变;错选B的误区是把反应物的性质发生改变与反应发生改变混淆了,当H2SO4浓度增大时,可能转变为浓硫酸,浓硫酸与铁常温下会发生钝化,无氢气生成;错选D的误区是把增大反应物浓度与增大物质的浓度的关系混淆了,增大压强,只改变了氢气的浓度,而氢气是生成物,并没有改变反应物的浓度。
答案 C
2. 下列措施能减慢化学反应速率的是 ( )
A. 将煤块粉碎后燃烧
B. 将食物贮藏在冰箱中
C. 用过氧化氢溶液制氧气时添加少量二氧化锰粉末
D. 用粗锌替代纯锌与同浓度同体积的盐酸反应制氢气
解析 将固体粉碎、加入催化剂、形成原电池反应都能加快反应速率,A、C、D项错;B项正确。
答案 B
3. 下列有关化学反应速率的说法正确的是( )
A. 稀盐酸与锌反应时,加入适量的氯化钠溶液,生成氢气的速率减慢
B. 用铁片和稀硫酸反应制取氢气,若改用铁片和浓硫酸可以加快产生氢气的速率
C. 二氧化硫的催化氧化是放热反应,升高温度,反应速率减慢
D. 合成氨中,增大压强,反应速率加快
解析 选项A中,加入氯化钠溶液,相当于 ( http: / / www.21cnjy.com )对盐酸稀释,浓度降低,反应速率减慢;选项B中,改用铁片与浓硫酸反应时,若常温则发生钝化,若加热则反应生成二氧化硫气体,得不到氢气;选项C中,不论该化学反应是放热反应还是吸热反应,升温,化学反应速率必然加快;选项D中,对有气体参与的反应,增大压强,气体的浓度增大,反应速率加快。
答案 AD
4. 下列说法正确的是 ( )
A. 等体积0.1 mol·L-1 HNO3和0.1 mol·L-1 H2SO4分别与等体积2 mol·L-1 NaOH溶液反应的速率相同
B. 等质量的锌粒和锌粉分别同0.1 mol·L-1盐酸反应,速率相同
C. 增大压强,反应速率一定加快
D. 升高温度,反应速率一定加快
解析 0.1 mol·L-1 HNO3 ( http: / / www.21cnjy.com )和0.1 mol·L-1 H2SO4中 c(H+)不同,所以反应速率不同,A项错;固体形状(固体反应物的表面积)对反应速率有影响,相同条件下,粉状比块状速率快,B项错;对于非气体反应,增加压强不能加快反应速率,C项错。
答案 D
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第22~23页中的练习。
第二单元 化学反应进行的方向和限度
第一课时 化学反应的方向
课堂导学
新课引入
汽车尾气中的主要污染物是一氧化氮以及燃料不完全燃烧所产生的一氧化碳,它们是现代城市中的大气污染物。为了减轻大气污染,人们提出通过以下反应来处理汽车尾气:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)。你能否判断这一方案是否可行 理论依据是什么
目标导学(见学生用书第27~28页)
自发过程和自发反应
1. 自发过程:在一定条件下,不需要外力作用就能自动进行的过程。
特点:(1) 体系趋向于从高能状态转变为低能状态。
(2) 在密闭条件下,体系趋向于从有序状态转变为无序状态。
2. 自发反应:在给定条件下,能自发地进行到显著程度的反应。
3. 非自发反应:不能自发地进行,必须借助某种外力才能进行的反应。
例题1 过程的自发性的作用是 ( )
A. 判断过程的方向
B. 确定过程是否一定会发生
C. 判断过程发生的速率
D. 判断过程的热效应
解析 反应过程的自发性用于判断反应过程的方向。
答案 A
反应方向的焓判据
焓判据:放热反应过程中体系能量降低,因此具有自发进行的倾向。但有些吸热反应也可以自发进行,故只用焓变判断反应的方向不全面。
例题2 实验证明,多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是 ( )
A. 所有的放热反应都是自发进行的
B. 所有的自发反应都是放热的
C. 焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素
D. 焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据
解析 多数能自发进行的反应都是放热反应, ( http: / / www.21cnjy.com )并不是所有能自发进行的反应都是放热反应,既然说“多数”,必定存在特例,所以只能说“焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素,但不是唯一因素”。
答案 C
反应方向的熵判据
1. 熵:量度体系混乱(或有序)的程度的物理量,符号为S(同一物质,三种状态下熵值:气态>液态>固态)。
2. 熵判据:如果发生变化后体系的混乱度增大 ( http: / / www.21cnjy.com )(即熵增),ΔS>0,反应有自发进行的倾向,化学反应的ΔS越大,越有利于反应自发进行;但有些熵减反应也可以自发进行,故只用熵判据判断反应的方向也不全面。
例题3 下列关于化学反应的熵变的叙述正确的是 ( )
A. 化学反应的熵变与反应的方向无关
B. 化学反应的熵变直接决定了反应的方向
C. 熵值增大的反应都是混乱度增大的反应
D. 熵值增大的反应都能自发进行
解析 熵值增大的反应,即ΔS>0的反 ( http: / / www.21cnjy.com )应容易自发进行,所以熵变与反应的方向有关,A项错;熵变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素,B项错;自发反应不一定ΔS>0,D项错。
答案 C
焓变与熵变对反应方向的共同影响
ΔH-TΔS<0,能自发进行;ΔH-TΔS=0,平衡状态;ΔH-TΔS>0,不能自发进行。具体的几种情况如下:
焓变(ΔH) 熵变(ΔS) 反应的自发性
<0 >0 任何温度下都能自发进行
<0 <0 较低温度下能自发进行
>0 >0 高温下能自发进行
>0 <0 任何温度下都不能自发进行
注意:过程的自发性只能用于判断反应进行的方向,不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。
例题4 下列关于ΔH-TΔS的说法正确的是( )
A. ΔH-TΔS可用于判断所有条件下的反应能否自发进行
B. ΔH-TΔS只用于判断温度、体积一定的反应能否自发进行
C. ΔH-TΔS只用于判断温度、压强一定的反应能否自发进行
D. ΔH-TΔS<0的反应,在该条件下一定剧烈反应
解析 ΔH-TΔS判据只适用判断一定温 ( http: / / www.21cnjy.com )度和压强下的反应能否自发进行,A、B项错误,C项正确;ΔH-TΔS<0的反应可以自发进行,但不一定会剧烈反应,也可能缓慢进行,D项错误。
答案 C
备讲例题
1. 下列说法正确的是 ( )
A. 在一定条件下,氨气可将NO2转化成无毒的物质,是因为氨气具有还原性
B. CO2(g)+C(s)2CO(g) ΔH>0,该反应一定不能自发进行
C. 如果某一反应的正反应能自发进行,则其逆反应无法自发进行
D. 向Fe(NO3)2溶液中加入稀硫酸,可观察到有红棕色气体生成,说明HNO3不稳定易分解
解析 并非所有自发进行的化学反应都是放热的,有些吸热反应也能自发进行,B项在高温条件下能自发进行,B项错误;红棕色气体的生成是Fe2+与H+和N作用的结果,D项错误。
答案 AC
2. 下列说法正确的是 ( )
A. 电解质溶于水发生电离的过程中,熵值增大
B. 已知反应SO2(g)+H2O(g)H2SO3(l),该过程熵值增大
( http: / / www.21cnjy.com )
C. 右图可表示爆炸反应的能量变化曲线
D. 同温同压下,H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同
解析 通常情况下,三种状态下熵值:气态> ( http: / / www.21cnjy.com )液态>固态,所以B选项是一个熵值减小的反应,错误;同一反应在不同条件下发生,其ΔH相同,D选项错误。
答案 AC
课堂评价(见学生用书第28页)
1. 符合下列条件的化学反应一定能自发进行的是 ( )
A. ΔH<0,ΔS<0 B. ΔH<0,ΔS>0
C. ΔH>0,ΔS>0 D. ΔH>0,ΔS<0
解析 根据ΔH-TΔS<0反应能自发进行可知,ΔH<0且ΔS>0的化学反应一定能自发进行。
答案 B
2. 对于化学反应方向的确定,下列说法正确的是( )
A. 反应的焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素
B. 温度、压强一定时,放热反应能自发进行
C. 在温度、压强一定的条件下,焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向
D. 固体的溶解过程与焓变无关
解析 焓因素和熵因素共同决定一个化 ( http: / / www.21cnjy.com )学反应的方向,A项错、C项正确;放热反应,若ΔS<0,在低温时能自发进行,高温时不能自发进行,B项错;固体的溶解也有焓变,D项错。
答案 C
3. 已知反应2CO(g)2C(s)+O2(g)的ΔH为正值,ΔS为负值。设ΔH和ΔS不随温度而变,下列说法正确的是 ( )
A. 低温下能自发进行
B. 高温下能自发进行
C. 低温下不能自发进行,高温下能自发进行
D. 任何温度下都不能自发进行
解析 根据复合判据ΔH-TΔS<0时 ( http: / / www.21cnjy.com )反应自发进行,ΔH-TΔS>0时反应不能自发进行,又因为ΔH>0,ΔS<0,T>0,故ΔH-TΔS>0,此反应任何温度下都不能自发进行。
答案 D
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第24~25页中的练习。
第二课时 化学平衡状态
课堂导学
新课引入
19世纪后期,人们发现高炉炼铁所排出的 ( http: / / www.21cnjy.com )高炉气中含有相当量的CO,有些工程师认为这是由于CO和铁矿石的接触时间不长所造成的,于是耗资建造了一个高大的炼铁高炉,以增加CO和铁矿石的接触时间。可是后来发现用这个高炉炼铁,所排出的高炉气中CO的含量并没有减少。你知道为什么吗
目标导学(见学生用书第29页)
可逆反应与不可逆反应
1. 定义:在同一条件下,既能发生反应物转变为生成物的正向反应,又能发生生成物转变为反应物的逆向反应。
2. 特点:反应物与生成物同时存在;转化率小于100%。
3. 表示:用“”表示。
例题1 向平衡体系CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)中加入18O和 2H组成的H2O(g),当再次达到平衡时,下列判断正确的是 ( )
A. 含18O的物质只有一种
B. 含2H的物质有两种
C. 含18O和含2H的物质各有两种
D. 既含有2H又含有18O的物质只有一种
解析 本题考查了可逆反应的本质——任何时刻反应物和生成物都是共存的。
答案 BD
化学平衡状态的特征和标志
1. 化学平衡状态的特征
( http: / / www.21cnjy.com )
2. 化学平衡状态的标志
反应特点 mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
m+n=p+q m+n≠p+q
无条件判据 v(正)=v(逆) 平衡 平衡
各组分百分含量不变 平衡 平衡
各组分浓度不变 平衡 平衡
有条件判据 压强不变 不一定平衡 平衡
混合气体平均相对分子质量不变 不一定平衡 平衡
混合气体密度不变 不一定平衡 恒压时平衡
温度不变 绝热体系平衡 绝热体系平衡
颜色不变 有有色分子参与反应时平衡 有有色分子参与反应时平衡
总体积 不一定平衡 恒压时平衡
总物质的量不变 不一定平衡 平衡
例题2 在一定温度下,不能判断可逆反应A(g)+3B(g)2C(g)达到平衡的标志是 ( )
①C的生成速率与C的分解速率 ( http: / / www.21cnjy.com )相等 ②单位时间内生成a mol A,同时生成3a mol B ③A、B、C的浓度不再变化 ④体积不变的密闭容器中混合气体的总压强不再变化 ⑤混合气体的物质的量不再变化 ⑥单位时间内消耗a mol A,同时生成3a mol B ⑦A、B、C的分子数目比为1 ∶ 3 ∶ 2
A. ②⑤ B. ①③ C. ②⑦ D. ⑤⑥
解析 A、B的生成指的都是逆反应速率,②错;分子数目比等于化学计量数比不能说明达到平衡状态,⑦错。答案选C。
答案 C
备讲例题
1. 密闭容器中进行的反应为X(g)+3Y(g)2Z(g),X、Y、Z 的起始浓度依次为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.2 mol·L-1,当反应达平衡时,各物质的浓度可能是 ( )
A. X=0.2 mol·L-1 B. Y=0.5 mol·L-1
C. Z=0.3 mol·L-1 D. Z=0.4 mol·L-1
解析 可逆反应中,反应体系 ( http: / / www.21cnjy.com )中各物质一定共存,如果A选项中的数据存在,则Z的浓度为0;如果D选项中的数据存在,则X、Y的浓度为0,这是不可能的,故A、D选项错误。
答案 BC
2. 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196.6 kJ·mol-1是制备硫酸的重要反应。判断该反应达到平衡状态的标志是 (填字母)。
a. SO2和SO3浓度相等
b. SO2百分含量保持不变
c. 在体积不变的容器中,气体的压强不变
d. SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等
e. 在体积不变的容器中混合气体的密度保持不变
f. SO2、O2、SO3的浓度保持不变
解析 可逆反应达到平衡状态有两个核心的判断 ( http: / / www.21cnjy.com )依据:(1) 正、逆反应速率相等;(2) 反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变。只要抓住这两个特征就可确定是否达到平衡状态,对于随反应的发生而发生变化的物理量如果不变了,即说明可逆反应达到了平衡状态。
答案 bcf
课堂评价(见学生用书第29页)
1. 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。若在恒温恒容的容器内进行反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),下列表示该反应达到平衡状态的标志是 ( )
A. 容器中混合气体的密度不再变化
B. CO2百分含量保持不变
C. 容器中混合气体的质量不再变化
D. 有1个H—H键生成的同时有 3个C—H键生成
解析 反应前后都是气体,质量不变,又是恒容容 ( http: / / www.21cnjy.com )器,密度也不变,A、C项错;CO2百分含量会随着反应的进行发生变化,待其不变了说明达到了平衡状态,B项正确;有3个H—H键生成的同时有 3个C—H键生成才能说明达到平衡状态,D项错。
答案 B
2. 在2NO2N2O4的可逆反应中,下列状态属于平衡状态的是 ( )
A. v正=v逆≠0时的状态
B. NO2全部转变成N2O4的状态
C. c(NO2)=c(N2O4)的状态
D. 体系的颜色不再发生变化的状态
解析 化学平衡状态的本质特征是正、逆反应速率相等,宏观表现是各组成成分的百分含量保持不变等。用这条原理可分析题中各种说法:A项,v正=v逆≠0时的状态显然是平衡状态;B项,由于2NO2N2O4是可逆反应,NO2不可能全部转化为N2O4;C项,平衡时NO2、N2O4的百分含量保持不变,但不一定存在c(NO2)=c(N2O4)的关系;D项,对于反应2NO2N2O4来讲,只有NO2呈红棕色,N2O4无色,体系的颜色不变说明NO2的浓度不变,反应处于平衡状态。
答案 AD
3. 下列说法可以证明反应N2+3H22NH3已达到平衡状态的是 ( )
A. 1个N≡N键断裂的同时,有3个H—H键形成
B. 1个N≡N键断裂的同时,有3个H—H键断裂
C. 1个N≡N键断裂的同时,有6个N—H键断裂
D. 1个N≡N键断裂的同时,有6个H—H键形成
解析 这是化学键与化学平衡综合的题目。N≡N ( http: / / www.21cnjy.com )键断裂与H—H键断裂表示的都是正反应,B项错;1个N≡N键断裂的同时有6个H—H键形成,虽然分别代表正、逆反应速率,v正(N2)=6v逆(H2),但是正、逆反应速率不等,D项错。
答案 AC
4. 一定温度下在容积恒定的密闭容器中,进行反应2A(s)+3B(g)C(g)+2D(g),当下列物理量不发生变化时,能作为该反应已达到化学平衡状态的标志是 ( )
①混合气体的密度 ②容器内气体的压强 ③混合气体总物质的量 ④B的物质的量浓度
A. ①④ B. ②③ C. ②③④ D. ④
解析 变化的量不变了说明达到 ( http: / / www.21cnjy.com )了平衡状态,气体的质量会随着反应的进行发生变化,密度也会随着变化,B的物质的量浓度也会随着反应的进行发生变化,①④正确;混合气体总物质的量、压强一直不变,不能作为平衡的标志,②③错误。
答案 A
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第26~27页中的练习。
第三课时 化学平衡常数
课堂导学
新课引入
同一个可逆反应,外界条件不同,反 ( http: / / www.21cnjy.com )应进行的限度就不同;不同反应在相同外界条件下进行的程度也不同。化学上如何来衡量一个化学反应进行的限度大小呢
目标导学(见学生用书第30~31页)
化学平衡常数
对于反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),K=(固体和纯液体的浓度为常数,通常不计入平衡常数表达式中)。
注意:
(1) 对于同一反应,温度不同时,K值越大,反应物的转化率越高,正反应进行的程度越大。
(2) 对于一个可逆反应,其K值仅随温度的改变而改变,即温度一定、K值一定,不随其他外界条件的改变而改变。
(3) K值的大小只能大致说明一个可逆反应的正向反应所进行的最大限度,并不能预示反应达到平衡所需要的时间。如298 K时,2SO2(g)+O22SO3(g) 的K(=3.6×1024)很大,但由于速率太慢,常温时,几乎不发生反应。
(4) 化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。①若反应方向改变,则平衡常数改变。正、逆反应的平衡常数互为倒数;②若化学方程式中各物质的计量数等倍扩大或缩小,平衡常数也会改变。例如N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡常数为K1,N2(g)+H2(g)NH3(g)的平衡常数为K2,NH3(g)N2(g)+H2(g)的平衡常数为K3,则K1和K2的关系式为K1=,K2和K3的关系式为K2=。
例题1 298 K时,各反应的平衡常数如下:
①N2(g)+O2(g)2NO(g) K=1×1030
②2H2(g)+O2(g)2H2O(g) K=2×1081
③2CO2(g)2CO(g)+O2(g) K=4×10-92
则常温下,NO、H2O、CO2这三种化合物分解放氧的倾向最大的是 ( )
A. ① B. ②
C. ③ D. 无法判断
解析 要判断NO、H2O、CO2这三种化合物分解放氧的倾向,则必须求出各个分解放氧反应的平衡常数,然后比较大小即可。由计算可知:
①2NO(g)N2(g)+O2(g) K=1×10-30
②2H2O(g)2H2(g)+O2(g) K=5×10-82
③2CO2(g)2CO(g)+O2(g) K=4×10-92
平衡常数越大,表示反应进行得越彻底,因此反应①即NO分解放氧的倾向最大。
答案 A
有关化学平衡常数的计算
对化学反应:aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)
K=(注意要用各物质的平衡浓度代入而不能仅用物质的量代入)
例题2 在容积为1 L的恒容容器中,合成甲醇的热化学方程式:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1=-116 kJ·mol-1,当温度分别为230 ℃、250 ℃和270 ℃时,CO的转化率与的起始组成比的关系如下图所示。起始时CO的物质的量均为1 mol。利用图中a点对应的数据,计算该反应在对应温度下的平衡常数K(写出计算过程)。
( http: / / www.21cnjy.com )
答案 根据图像可知a点对应的CO的转化率为50%,H2的物质的量为1.5 mol。
CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)
起始浓度/mol·L-1 1 1.5 0
转化浓度/mol·L-1 0.5 1 0.5
平衡浓度/mol·L-1 0.5 0.5 0.5
K===4
有关化学平衡的计算
有关化学平衡的计算一般涉及各组分的物质的量 ( http: / / www.21cnjy.com )、浓度、转化率、百分含量、气体混合物的密度、平均摩尔质量、压强等。通常的思路是写出平衡式,列出相关量(起始量、变化量、平衡量),确定各量之间的关系,列出比例式、等式或依据平衡常数求解。
如以下反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量(mol)分别为a、b,达到平衡后,A的消耗量为mx,容器容积为V L。
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
起始/mol: a b 0 0
变化/mol: mx nx px qx
平衡/mol: a-mx b-nx px qx
则有:
(1) K=
(2) 对于反应物:n(平)=n(始)-n(变);对于生成物:n(平)=n(始)+n(变)。
(3) c平(A)=
(4) α(A)平=×100%,α(A)∶α(B)=∶=
(5) φ(A)=×100%
(6) =
(7) (混)= g·L-1
(8) = g·mol-1
例题3 已知:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-25 kJ·mol-1,某温度下的平衡常数为400。此温度下,在1 L的密闭容器中加入CH3OH,反应到某时刻测得各组分的物质的量浓度如下表,下列说法正确的是( )
物质 CH3OH CH3OCH3 H2O
c/mol·L-1 0.8 1.24 1.24
A. 平衡后升高温度,平衡常数不变
B. 平衡时,c(CH3OCH3)=1.6 mol·L-1
C. 平衡时,反应混合物的总能量减少40 kJ
D. 平衡时,再加入与起始等量的CH3OH,达新平衡后平衡常数变大
解析 升高温度平衡常数发生变化,选项A错误;
2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g);
某时刻量/mol·L-1 0.8 1.24 1.24
变化量/mol·L-1 2x x x
平衡量/mol·L-1 0.8-2x 1.24+x 1.24+x
=400,解得x=0.36 mol·L-1,平衡时,c(CH3OCH3)=1.24+x =1.6 mol·L-1,所有CH3OCH3(g)都是生成的量,故ΔE=Δn(CH3OCH3)×25 kJ·mol-1=1.6 mol×25 kJ·mol-1=40 kJ,选项B、C正确;平衡常数与浓度无关,选项D错误。
答案 BC
备讲例题
( http: / / www.21cnjy.com )
1. 25 ℃时,在含有Pb2+、Sn2+的某溶液中,加入过量金属锡(Sn),发生反应Sn(s)+Pb2+(aq)Sn2+(aq)+Pb(s),体系中c(Pb2+)和c(Sn2+)用变化关系如下图所示。下列判断正确的是( )
A. K=
B. 往平衡体系中加入少量Sn(NO3)2固体,此时正、逆反应速率都增大
C. 25 ℃时,该反应的平衡常数K1=2.2
D. 25 ℃时,Sn2+(aq)+Pb(s)Sn(s)+Pb2+(aq)的平衡常数为K2,则K1·K2=1
解析 固体不列入平衡常数的表达式,A项错误;加入Sn(NO3)2固体瞬间,c(Sn2+)增大,c(Pb2+)不变,所以,逆反应速率增大,正反应速率不变,B项错误;由图可知,平衡时c(Sn2+)=0.22 mol·L-1,c(Pb2+)=0.10 mol·L-1,所以平衡常数K==2.2,C项正确;在同一温度下,同一反应的正、逆反应平衡常数互为倒数,D项正确。
答案 CD
课堂评价(见学生用书第31~32页)
1. 用于净化汽车尾气的反应:2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g),已知该反应速率极慢,570 K时平衡常数为1×1059。下列说法正确的是 ( )
A. 装有尾气净化装置的汽车排出的气体中一定不再含有NO或CO
B. 因为反应的平衡常数极大,所以反应速率极快,达到平衡所需的时间很短
C. 加入高效催化剂,可以提高反应的速率,但平衡常数不变
D. 570 K时该反应正向进行的程度很大,故使用催化剂并无实际意义
解析 在一个可逆反应中,反应物不可能全 ( http: / / www.21cnjy.com )部转化为生成物,故排出的气体中一定还含有NO和CO,A项错;平衡常数为1×1059,表明在570 K时,绝大部分的反应物能转化为生成物,但是反应速率慢,仍然需要使用催化剂,B、D项错;平衡常数仅和温度有关,加入催化剂可以加快反应速率,平衡常数不变,C项正确。
答案 C
2. 2 000 K时,反应CO(g)+O2(g)CO2(g)的平衡常数为K,则相同温度下反应 2CO2(g)2CO(g)+O2(g)的平衡常数K'为( )
A. B. K2 C. D.
解析 平衡常数与化学方程式的写法有关,对于以上两个反应:K=、K'=,所以K'=。
答案 C
3. 某温度下,反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)的平衡常数为400,此温度下,在容积一定的密闭容器中加入CH3OH,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:
物 质 CH3OH CH3OCH3 H2O
浓度/mol·L-1 0.44 0.6 0.6
下列说法正确的是 ( )
A. CH3OH的起始浓度为1.04 mol·L-1
B. 此时逆反应速率大于正反应速率
C. 平衡时CH3OH的浓度为0.04 mol·L-1
D. 平衡时CH3OH的转化率小于80%
解析 根据某一时刻各物质的浓度判断,起始CH3OH的浓度为0.44 mol·L-1+0.6 mol·L-1×2=1.64 mol·L-1,A项不正确;设该温度下达平衡时,CH3OCH3的浓度为x mol·L-1,则c(H2O)=x mol·L-1,c(CH3OH)=(1.64-2x) mol·L-1,K===400,解得x=0.8,故平衡时CH3OH的浓度为(1.64-2x)mol·L-1=0.04 mol·L-1,C项正确;因为平衡时CH3OH的浓度为0.04 mol·L-1,所以表中数据所在该时刻未达到平衡,则此时正反应速率大于逆反应速率,B项错误;CH3OH的转化率为×100%=×100%≈97.6%>80%。
答案 C
4. 700 ℃时,向容积为2 L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O,发生反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。反应过程中测定的部分数据见下表(表中t1>t2):
反应时间/min n(CO)/mol H2O/mol
0 1.20 0.60
t1 0.80
t2 0.20
试求700 ℃时该反应的平衡常数。
解析 t1时,参与反应的CO的物质 ( http: / / www.21cnjy.com )的量为0.40 mol,则参与反应的H2O的物质的量也为0.40 mol,那么,t1时H2O物质的量为0.20 mol,比较t1、t2可知,t1时反应已经达到平衡状态,那么,生成的CO2、H2的物质的量为0.40 mol,则平衡时各物质的物质的量浓度分别为c(CO)=0.40 mol·L-1、c(H2O)=0.10 mol·L-1、c(CO2)=0.20 mol·L-1、c(H2)=0.20 mol·L-1,代入平衡常数表达式计算即可。
答案 1
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第28~29页中的练习。
第三单元 化学平衡的移动
第一课时 化学平衡的移动
课堂导学
新课引入
化学平衡状态是建立在一定条件基础 ( http: / / www.21cnjy.com )上的,当一个可逆反应达到化学平衡状态后,如果改变浓度、压强、温度等反应条件,平衡状态是否会发生变化呢 工业合成氨的条件为什么选择高温、高压、催化剂呢
目标导学(见学生用书第33~34页)
浓度、压强对化学平衡移动的影响
1. 浓度对化学平衡移动的影响
基本规律:在其他条件不变的情况下,增大 ( http: / / www.21cnjy.com )反应物浓度或减小生成物浓度,平衡向正反应方向移动;减小反应物浓度或增大生成物浓度,平衡向逆反应方向移动。
注意:增加固体或纯液体的量,由于浓度不变,所以化学平衡不移动。
2. 压强对化学平衡移动的影响
基本规律:其他条件不变时,对于有气 ( http: / / www.21cnjy.com )体参加的反应,增大压强,会使平衡向着气体体积减小的方向移动;减小压强,会使平衡向着气体体积增大的方向移动。但是压强改变,对于有气体参与而反应前后气态物质化学计量数不变的反应来说,平衡不移动。
正向气体体积变化 减小 增大 增大 减小
平衡移动原因 加压 加压 减压 减压
速率变化 v(正)、v(逆)同时增大,但v'(正)>v'(逆) v(逆)、v(正)同时增大,但v'(逆)>v'(正) v(正)、v(逆)同时减小,但v'(正)>v'(逆) v(正)、v(逆)同时减小,但v'(逆)>v'(正)
平衡移动方向 正向移动 逆向移动 正向移动 逆向移动
注意:①若容器恒温恒容,充入惰性 ( http: / / www.21cnjy.com )气体虽改变了容器内气体的总压强,但却没有改变气体的浓度,故平衡不移动,转化率不变;②若容器恒温恒压,充入惰性气体会使容器的容积增大,虽未减小容器内气体的总压强,但降低了各物质的浓度,从而使平衡向气体体积增大的方向移动。若正向移动,转化率增大;若逆向移动,转化率减小。
例题1 在一密闭容器中,反应mA(g)+nB(g)3C(g)达到平衡时,测得c(A)=0.5 mol·L-1。在温度不变的情况下,将容器体积增大一倍,当达到新的平衡时,测得c(A)=0.20 mol·L-1。下列判断正确的是 ( )
A. A的质量分数减小
B. 化学计量数:m+n>3
C. 平衡向右移动
D. 物质C的体积分数减小
解析 根据将容器体积增大一倍,当达到新 ( http: / / www.21cnjy.com )的平衡时,测得c(A)小于原浓度的一半,即平衡向正反应方向移动,可知m+n<3,A的质量分数变小,A选项正确,B选项错误;平衡向正反应方向移动,C选项正确;物质C的体积分数增大,D选项错误。
答案 AC
温度、催化剂对化学平衡移动的影响
1. 温度对化学平衡移动的影响
基本规律:其他条件不变的情况下,升高温度,平衡向吸热方向移动;降低温度,平衡向放热方向移动。
2. 催化剂对化学平衡移动的影响
由于催化剂能够同等程度地增加正反应速率和逆反应速率,因此,它对化学平衡的移动没有影响。但是使用催化剂,能改变反应到达平衡所需的时间。
例题2 反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在恒容密闭容器中进行。为探究温度、CO2等因素对该反应的影响,进行了4组实验,结果如下表。下列说法不正确的是 ( )
组序号 1 2 3 4
反应温度/℃ 225 235 225 235
反应前气体的物质的量/mol CO2 0 0 0.2 0.2
CO 3.0 3.0 2.8 2.8
H2 7.0 7.0 7.0 7.0
平衡时CH3OH的体积分数/% 4.9 8.8 36.5 50.7
A. 反应CO(g)+2H2(g)2CH3OH(g)的ΔH<0
B. 当容器中压强不变时,说明可逆反应达到平衡
C. 根据表中信息,说明CO2是该反应的催化剂
D. 少量CO2能提高平衡时CH3OH的体积分数
解析 选择1、2组实验数 ( http: / / www.21cnjy.com )据比较,温度升高、CH3OH的体积分数增大,平衡正移,正反应吸热,ΔH>0,选项A的说法错误;反应前后气体的计量数不同,压强不变时可以说明达平衡状态,选项B的说法正确;选择1、3组实验数据比较,少量CO2能提高平衡时CH3OH的体积分数,CO2不是催化剂,选项C的说法错误、选项D的说法正确。
答案 AC
勒夏特列原理(平衡移动原理)
如果改变影响平衡的条件之一(如温度、压强,以及参加反应的化学物质的浓度),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。平衡移动的实质是因为条件的变化打破了正、逆反应速率相等的关系。v(正)>v(逆),正向移动;v(正)条件变化 反应特点 v(正) v(逆) v(正)与v(逆)的关系 移动方向 说明
反应物浓度增大 增大 不变 v(正)>v(逆) 向右 固体或纯液体浓度视为固定不变
生成物浓度减小 不变 减小
反应物浓度减小 减小 不变 v(正)生成物浓度增大 不变 增大
升高温度 正反应吸热 增大 增大 v(正)>v(逆) 向右 升高或降低温度,v(正)、v(逆)增加或减小程度不同
正反应放热 增大 增大 v(正)正反应吸热 减小 减小 v(正)降低温度
正反应放热 减小 减小 v(正)>v(逆) 向右
压缩体积,增大压强 m+n>p+q 增大 增大 v(正)>v(逆) 向右 反应物产物都是固体或液体,压强对平衡无影响
m+n=p+q 增大 增大 v(正)=v(逆) 不移动
容积不变,充入He 不变 不变 v(正)=v(逆) 不移动 分压不变
压强不变,充入He m+n>p+q 减小 减小 v(正)m+n=p+q 减小 减小 v(正)=v(逆) 不移动
m+nv(逆) 向右
例题3 下列事实能用勒夏特列原理来解释的是 ( )
A. 由H2(g)、I2(g)、HI(g)组成的混合气体平衡体系加压后颜色加深
B. 久置的氯水变成了稀盐酸
C. 在FeCl2溶液中加入铁粉防止氧化变质
D. 加入催化剂有利于SO2与O2反应制SO3
解析 A选项,由于反应2HI(g)H2(g)+I2(g)反应前后气体分子数相等,加压后平衡不移动,颜色加深是由于浓度变大的原因,故错误;B选项,Cl2+H2OHCl+HClO,2HClO2HCl+O2 ↑,由于次氯酸见光会分解,消耗了次氯酸,使第一个可逆反应向正方向进行,不断的消耗了氯气,最终变为盐酸,故正确;C选项,在FeCl2溶液中加入铁粉,是防止发生氧化还原反应,与勒夏特列原理无关,故错误;D选项,加入催化剂反应平衡不移动,故错误。
答案 B
化学平衡常数与化学平衡的移动
1. K可用于判断化学反应是否达到平衡状态及平衡移动方向。如对化学反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)的任意状态,浓度商Qc=。①若Qc=K,反应达到平衡状态;②若QcK,平衡逆向移动。
2. K可用于判断反应的热效应。若升高温度,K值增大,则正反应为吸热反应;若升高温度,K值减小,则正反应为放热反应。
例题4 某温度下反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K=57.0,现向此温度下的真空容器中充入0.2 mol·L-1 H2(g)、0.5 mol·L-1 I2(g)及0.3 mol·L-1 HI(g),则下列说法正确的是 ( )
A. 反应正好达平衡
B. 反应向左进行
C. 反应向某方向进行一段时间后K<57.0
D. 反应向某方向进行一段时间后c(H2)<0.2 mol·L-1
解析 Q===0.9答案 D
备讲例题
1. 下列对化学平衡移动的分析不正确的是( )
①已达平衡的反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),当增加反应物的物质的量时,平衡一定向正反应方向移动
②已达平衡的反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),当增大N2的浓度时,平衡向正反应方向移动,N2的转化率一定升高
③有气体参加的反应平衡时,若减小反应器容积时,平衡一定向气体体积增大的方向移动
④有气体参加的反应达平衡时,在恒压反应器中充入稀有气体,平衡一定不移动
A. ①④ B. ①②③
C. ②③④ D. ①②③④
解析 ①增加固体C的量,由于浓度不 ( http: / / www.21cnjy.com )变,所以化学平衡不移动;②增大反应物N2的浓度,平衡向正反应方向移动,H2的转化率升高,但N2的转化率降低;③有气体参加的反应达平衡时,若减小反应器容积即增大压强,平衡一定向气体体积减小的方向移动;④有气体参加的反应达平衡时,在恒压反应器中充入稀有气体,会使容器的容积增大,降低了各物质的浓度,从而使平衡向气体体积增大的方向移动。
答案 D
( http: / / www.21cnjy.com )
2. 向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2,在一定条件下使反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)达到平衡,正反应速率随时间变化如右图所示。由图可得出的正确结论是 ( )
A. 反应在c点达到平衡状态
B. 反应物浓度:a点小于b点
C. 反应物的总能量低于生成物的总能量
D. Δt1=Δt2时,SO2的转化率:a~b 段小于b~c段
解析 这是一个反应前后气 ( http: / / www.21cnjy.com )体体积不变的可逆反应,由于容器恒容,因此压强不影响反应速率只考虑温度和浓度的影响。由图可以看出随着反应的进行正反应速率逐渐增大,因为只要开始反应,反应物浓度就要降低,反应速率应该降低,但此时正反应却是升高的,这说明此时温度的影响是主要的,由于容器是绝热的,因此只能是放热反应,从而导致容器内温度升高、反应速率加快,C项不正确;但当到达c点后正反应速率反而降低,这么说此时反应物浓度的影响是主要的,因为反应物浓度越来越小了,但反应不一定达到平衡状态,所以A、B项均不正确;正反应速率越快,消耗的二氧化硫就越多,D项正确。
答案 D
课堂评价(见学生用书第34~35页)
1. 在FeCl3溶液中滴加无色的KSCN溶液后,有以下可逆反应存在:FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl。已知Fe(SCN)3呈血红色,则在该平衡体系中加入少量KCl晶体后(忽略溶液体积的变化),红色将 ( )
A. 变深 B. 变浅 C. 不变 D. 无法确定
解析 加入KCl,溶液中K+、Cl-浓度变大,但是K+、Cl-不参与离子反应Fe3++3SCN-Fe(SCN)3,所以对该平衡无影响。
答案 C
2. 将1.0 mol PCl3和1.0 mol Cl2充入体积不变的密闭容器中,一定条件下发生反应:PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g),达到平衡时PCl5为0.3 mol·L-1,如果此时再充入1.0 mol PCl3和1.0 mol Cl2,在相同温度下再达到平衡时,PCl5的物质的量浓度是 ( )
A. 0.6 mol·L-1
B. 大于0.3 mol·L-1,小于0.6 mol·L-1
C. 大于0.6 mol·L-1
D. 小于0.3 mol·L-1
解析 构造等效平衡,1.0 mol ( http: / / www.21cnjy.com ) PCl3和1.0 mol Cl2充入体积为V的容器中,2.0 mol PCl3和2.0 mol Cl2充入体积为2V的容器中,平衡时PCl5为0.3 mol·L-1,但实际的体积是V,则相当于加压,平衡右移,PCl5的物质的量浓度大于0.6 mol·L-1,C项正确。
答案 C
3. 某温度下,体积一定的密闭容器中进行如下可逆反应:X(g)+Y(g)Z(g)+W(s) ΔH>0,下列叙述正确的是 ( )
A. 加入少量W,逆反应速率增大
B. 升高温度,平衡逆向移动
C. 平衡后加入X,上述反应的ΔH增大
D. 当容器中气体压强不变时,反应达到平衡
解析 W为固体,其浓度可视为常数,所以加入少量W,逆反应速率不变,平衡不移动,A项错误;该反应为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,B项错误;对于一个确定的化学方程式,其ΔH是一个定值,平衡后加入X,平衡正移,体系的热效应改变,但是X(g)+Y(g)Z(g)+W(s)的ΔH不变,C项错误;该反应正向反应气体体积减小,所以当容器中气体压强不变时,反应达到平衡,D项正确。
答案 D
4. 温度为T时,向V L的密闭容器中充入一定量的A和B,发生反应:A(g)+B(g)C(s)+xD(g) ΔH>0,容器中A、B、D的物质的量浓度随时间的变化如下图所示。下列说法正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. 反应在前10 min的平均反应速率v(D)=0.3 mol·L-1·min-1
B. 该反应的平衡常数表达式K=
C. 若平衡时保持温度不变,压缩容器体积平衡向逆反应方向移动
D. 反应至15 min时,改变的条件是降低温度
解析 从图中可以看出,A、B、D的浓度的变化之比是1 ∶ 1 ∶ 2,即x=2,v(D)==0.3 mol·L-1·min-1,A项正确;固体不出现在平衡表达式中,B项错;反应前后气体的化学计量数不变,压缩容器体积平衡不移动,C项错;反应至15 min时,速率减慢,A、B的物质的量增加,D的物质的量减少,推出改变的条件是降低温度,D项正确。
答案 AD
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第30~31页中的练习。
第二课时 化学平衡的图像分析
课堂导学
新课引入
化学反应速率和化学平衡的有关理论 ( http: / / www.21cnjy.com )具有一定的抽象性,运用各种图像能直观反映可逆反应的变化规律及特点,能从定性和定量两个方面来分析和研究变化的因素、方向和限度。
目标导学(见学生用书第36~37页)
化学平衡图像的解题策略
对于化学反应速率和化学平衡的有关图像问题,可按以下的方法进行分析:
(1) 看图像,认清坐标系,搞清纵 ( http: / / www.21cnjy.com )、横坐标所代表的意义,并与勒夏特列原理挂钩。所谓看图像,是指:一看轴(即横坐标和纵坐标的意义),二看点(即起点、折点、交点和终点),三看线(即线的走向和变化趋势),四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线等),五看量的变化(如温度、浓度、压强、转化率、产率、百分含量等的变化趋势)等,这是解题的基础。
(2) 紧扣可逆反应的特征,搞清正反应方向是吸热还是放热,体积是增大还是减小、不变,有无固体、纯液体物质参加或生成等。
(3) 看清速率的变化及变 ( http: / / www.21cnjy.com )化量的大小关系,注意图像的走向是否符合给定的反应,在条件与变化之间搭桥;也可以根据坐标的数据,判断反应物或生成物在化学方程式中的计量数,或据此求反应速率。
(4) 看清起点、拐点、终点,注意图像是否经过“原点”,即是否有“O”点,尤其是特殊点的意义,看清曲线的变化趋势。
(5) 先拐先平。例如,在转化率-时间图上,先出现拐点的曲线先达到平衡,此时逆向推理可得该变化的温度高、浓度大、压强高。
(6) 定一议二。勒夏特列原理只适用于一个条件的改变,所以图像中有多个变量时,先固定一个量,再讨论另外两个量的关系。
(7) 注意图像题中物质的转化率与百分含量的关系,某物质的转化率与其“百分数”相反。
例题1 T ℃时在2 L刚性密 ( http: / / www.21cnjy.com )闭容器中使X(g)与Y(g)发生反应生成Z(g)。反应过程中X、Y、Z的物质的量变化如图1所示;若保持其他条件不变,温度分别为T1和T2时,Y的体积分数φ(Y)与时间的关系如图2所示。则下列结论错误的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
图1
( http: / / www.21cnjy.com )
图2
( http: / / www.21cnjy.com )
图3
A. 容器中发生的反应可表示为3X(g)+Y(g)2Z(g)
B. 反应进行的前 4 min 内,用X表示的反应速率v(X)=0.15 mol·L-1·min-1
C. 保持其他条件不变,升高温度,反应的化学平衡常数K减小
D. 若改变反应条件,使反应进程如图3所示,则改变的条件是使用催化剂
解析 由图1可知:X、Y、Z的变化量之比等于3∶1∶2,A项正确;v(X)==0.075 mol·L-1·min-1,B项错;由图2可知此反应的正反应是吸热反应,升高温度平衡正移,平衡常数增大,C项错;图3与图1相比平衡未移动,达到平衡的时间变短,则改变的条件是使用催化剂,D项正确。
答案 BC
常见的化学平衡图像
1. 浓度—时间图像
解这类题的关键是弄清:①何为反应物、生成物;②反应物、生成物的计量数关系;③是否为可逆反应。
例题2 向某密闭容器中加入0.3 mol A ( http: / / www.21cnjy.com )、0.1 mol C和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应,各物质的浓度随时间变化如甲图所示[t0~t1阶段的c(B)变化未画出]。乙图为t2时刻后改变条件平衡体系中正、逆反应速率随时间变化的情况,且四个阶段都各改变一种反应条件且互不相同,t3~t4阶段为使用催化剂。下列说法正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
甲
乙
A. 若t1=15 s,用A的浓度变化表示t0~t1阶段的平均反应速率为0.004 mol·L-1·s-1
B. 该容器的容积为2 L,B的起始物质的量为0.02 mol
C. t4~t5阶段改变的条件一定为减小压强
D. t5~t6阶段,容器内A的物质的量减少了0.06 mol,而此过程中容器与外界的热交换总量为a kJ,该反应的热化学方程式:3A(g)B(g)+2C(g) ΔH=-50a kJ·mol-1
解析 向某密闭容器中加入0.3 mol A,图甲中A的初始浓度是0.15 mol·L-1,说明容器的体积是2 L,15 s,v(A)==0.006 mol·L-1·s-1,A项错;t3~t4阶段为使用催化剂,则t4~t5为减压,减压平衡不移动说明反应前后气体的化学计量数相等,A、C的浓度变化量之比是3∶2,其化学计量数之比是3∶2,则B是生成物,B的起始物质的量为0.04 mol,B项错、C项正确;t5~t6阶段,改变的条件是升温,升温平衡正移,正反应是吸热反应,该反应的热化学方程式:3A(g)B(g)+2C(g) ΔH=+50a kJ·mol-1,D项错。
答案 C
2. 速率—时间图像
平衡体系 条件变化 速率变化 平衡变化 速率变化曲线
任一平衡体系 增大反应物的浓度 v正、v逆均增大,且v正>v逆 正向移动 ( http: / / www.21cnjy.com )
减小反应物的浓度 v正、v逆均减小,且v逆>v正 逆向移动 ( http: / / www.21cnjy.com )
任一平衡体系 增大生成物的浓度 v正、v逆均增大,且v逆>v正 逆向移动 ( http: / / www.21cnjy.com )
减小生成物的浓度 v正、v逆均减小,且v正>v逆 正向移动 ( http: / / www.21cnjy.com )
正反应方向为气体体积增大的放热反应 增大压强或升高温度 v正、v逆均增大,且v逆>v正 逆向移动 ( http: / / www.21cnjy.com )
减小压强或降低温度 v正、v逆均减小,且v正>v逆 正向移动 ( http: / / www.21cnjy.com )
任一平衡体系 正催化剂或增大压强 v正、v逆同等倍数增大 平衡不移动 ( http: / / www.21cnjy.com )
负催化剂或减小压强 v正、v逆同等倍数减小 ( http: / / www.21cnjy.com )
例题3 某密闭容器中充入等物质的量的A和B,一定温度下发生反应A(g)+xB(g)2C(g),达到平衡后,只改变反应的一个条件,测得容器中物质的浓度、反应速率随时间变化如下图所示。下列说法正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com ) ( http: / / www.21cnjy.com )
A. 30 min时降低温度,40 min时升高温度
B. 化学方程式中x=1,正反应为放热反应
C. 该反应在第8 min时达到化学平衡状态
D. 30~40 min间该反应使用了催化剂
解析 改变浓度、压强会引起相关物质浓 ( http: / / www.21cnjy.com )度的突变,改变温度、使用催化剂只能引起物质浓度的渐变。由图像知,第8 min 时三种物质的浓度相同,20 min 时达到化学平衡状态。30 min 时三种物质的浓度同时缩小为原来的75%,反应速率减小,但正、逆反应速率仍然相等,所以30 min时增大了容器的容积。压强的变化对平衡移动没有影响,故该反应为反应前后气体体积不变的反应,所以x=1。40 min 时正、逆反应速率同时增大,说明温度升高,重新达到平衡状态后,反应物浓度增大,生成物浓度减小,平衡逆向移动,故正反应为放热反应。
答案 B
( http: / / www.21cnjy.com )
3. 温度、压强、转化率、时间等之间三重关系的图像
由右图可判断该反应的正反 ( http: / / www.21cnjy.com )应是气体体积增大的反应,理由是p1时反应达到平衡所用时间短,故p1>p2。从p1、p2的关系又可知,当压强大时,反应物的转化率α小,故知该反应的正反应是气体总体积增大的反应。
例题4 某密闭容器中,加入一定量的X和Y,发生如下反应:2X+Y2Z。不同温度时,产物Z的生成情况如右下图所示,a为T1 ℃时的情况,b为T2 ℃时的情况,c为从时间t3开始加压的情况,下列叙述正确的是 ( )
A. 反应2X+Y2Z的 ΔH<0
B. Z一定为气体,X一定为非气体
C. 升高温度,化学平衡向正反应方向移动
D. 若t2~t3段平衡常数为K1,t4后平衡常数为K2,则K1>K2
解析 T1 ℃时先达到平 ( http: / / www.21cnjy.com )衡,T1>T2,由T1到T2降温,n(Z)增大,平衡正移,反应放热,A项正确、C项错误;c为T2℃时从时间t3开始加压的情况,所以温度不变,平衡常数不变,K1=K2,加压后n(Z)减小,平衡逆向移动,说明Z一定为气体,X一定为非气体,B项正确、D项错误。
答案 AB
备讲例题
1. 在某一容积可变的密闭容器中,可逆反应A(g)+B(g)xC(g) ΔH符合图1所示关系。由此推断,对图2的说法不正确的是( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. ΔH<0
B. x=1
C. y轴表示混合气体的密度
D. y轴表示B的质量分数
解析 根据图1中三个状态下到达平衡的 ( http: / / www.21cnjy.com )时间可知,T1>T2、p1答案 D
课堂评价(见学生用书第37~38页)
1. 反应L(s)+aG(g)bR(g) 达到平衡时,温度和压强对该反应的影响如下图所示,图中压强p1>p2,x轴表示温度,y轴表示平衡混合气中G的体积分数。
( http: / / www.21cnjy.com )
据此可判断 ( )
A. 上述反应是放热反应
B. 上述反应是吸热反应
C. a>b
D. a解析 由图像可知,随温度的升高(其他条 ( http: / / www.21cnjy.com )件一定),G的体积分数减小,说明平衡向正反应方向移动,则正反应为吸热反应;其他条件不变时,增大压强,G的体积分数增大,平衡向逆反应方向移动,说明a答案 BD
2. 合成氨反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
ΔH=-92.4 kJ·mol-1,在反应过程中,正反应速率的变化如下图。下列说法正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. t1时升高了温度 B. t2时使用了催化剂
C. t3时增大了压强 D. t4时降低了温度
解析 t1时正反应速率增大,平衡向正反应 ( http: / / www.21cnjy.com )方向移动,改变条件应该是增大压强;t2时正反应速率增大且不再变化,说明平衡不移动,改变条件是使用了催化剂;t3时正反应速率减小且平衡向逆反应方向移动,改变条件应该是减小压强;t4时正反应速率不变,平衡向正反应方向移动,改变条件应该是减小生成物浓度。
答案 B
3. 如图所示,反应:X(g)+3Y(g)2Z(g) ΔH<0,在不同温度、不同压强(p1>p2)下,达到平衡时,混合气体中Z的百分含量随温度变化的曲线应为 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )A ( http: / / www.21cnjy.com )B
( http: / / www.21cnjy.com )C ( http: / / www.21cnjy.com )D
解析 根据反应可知,该反应为放热反应, ( http: / / www.21cnjy.com )且反应物计量数之和大于生成物计量数。增大压强,Z的百分含量应增大,升高温度Z的百分含量降低。选项中C图像符合。
答案 C
4. 在一个固定容积的密闭容器中,可发生以下反应:A(g)+B(g)xC(g),符合图1所示的关系[w(C)表示C的体积分数],由此推断关于图2的说法正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
图1
( http: / / www.21cnjy.com )
图2
A. p3>p4,y轴表示A的转化率
B. p3C. p3>p4,y轴表示混合气体C的体积分数
D. p3解析 图1,压强相同时,先拐先平速率大,温度 ( http: / / www.21cnjy.com )高,T1>T2,说明升温平衡逆移,B的体积分数增大,B项错;温度相同,先拐先平速率大,压强大,增大压强,C的百分含量增大,说明加压平衡正移,可以推出x=1,加压,A的转化率、混合气体C的体积分数均增大,A、C项正确;混合气体的密度一直不变,D项错。
答案 AC
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第32~34页中的练习。
第三课时 等效平衡
课堂导学
新课引入
化学平衡状态与条件相关,而与建立平衡的途径无关。一定温度下,对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),在容积相同的三个容器中起始投料分别为:①2 mol SO2、1 mol O2;②2 mol SO3;③1 mol SO2、0.5 mol O2、1 mol SO3。达到平衡时三个容器内平衡状态有何关系
目标导学(见学生用书第39~40页)
等效平衡的定义及其理解
1. 等效平衡的定义
在一定条件(恒温、恒容或恒温、 ( http: / / www.21cnjy.com )恒压)下,同一可逆反应体系,不管是从正反应开始,还是从逆反应开始,在达到化学平衡状态时,任何相同组分的百分含量(体积分数、物质的量分数等)均相同,这样的化学平衡互称等效平衡。
2. 概念的理解
(1) 外界条件相同:通常可以是恒温、恒容或恒温、恒压。
(2) “等效平衡”与“完全相同的 ( http: / / www.21cnjy.com )平衡状态”不同: “等效平衡”只要求平衡混合物中各组分的物质的量分数(或体积分数)对应相同,反应的速率、压强等可以不同。
(3) 平衡状态只与始态有关,而与途径无关,只要物料相当,就达到相同的平衡状态。
例题1 一定温度时,向容积为2 L 的密闭容器中充入一定量的SO2和O2,发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。反应过程中测定的部分数据见下表(表中t1反应时间/min n(SO2)/mol n(O2)/mol
0 0.10 0.060
t1 0.012
t2 0.016
A. 反应在0~t1 min内的平均速率为v(SO3)= mol·L-1·min-1
B. 保持其他条件不变,起始时向容器中充入0.10 mol SO3和0.010 mol O2,达到平衡时,n(SO2)=0.012 mol
C. 保持其他条件不变,升高温度,平衡时c(SO2)=0.007 0 mol·L-1,则反应的ΔH>0
D. 相同温度下,起始时向容器中充入0.050 mol SO2和0.030 mol O2,达到平衡时SO2的转化率小于88%
解析 v(SO3)=v(SO2)== mol·L-1·min-1,A项错;从表中的数据可以判断出,t1时反应已经达到平衡,平衡时n(SO2)=0.012 mol,c(SO2)=0.006 0 mol·L-1,保持其他条件不变,起始时向容器中充入0.10 mol SO3和0.010 mol O2,和原平衡是等效平衡,B项正确;升高温度,平衡时c(SO2)=0.007 0 mol·L-1,大于原平衡的浓度,升温平衡逆移,正反应放热,ΔH<0,C项错;原平衡SO2的转化率等于88%,相同温度下,起始时向容器中充入0.050 mol SO2和0.030 mol O2,相当于减压,平衡逆移,反应物的转化率减小,D项正确。
答案 BD
等效平衡的分类
1. 恒温、恒容下,反应前后气体体积发生变化的反应(即ΔV≠0的体系)
如果按化学方程式中的计量关系转化为同一半边的物质,其物质的量与对应组分的起始加入量相同,则建立的化学平衡状态是等效的。
结果:达到平衡后,各组分的百分含量及各组分的浓度都是相等的。
例如:
2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)
①2 mol 1 mol 0 mol
②0 mol 0 mol 2 mol
③0.5 mol 0.25 mol 1.5 mol
上述三种配比,按化学方程式的计量关系均转化为反应物,则SO2均为2 mol、O2均为1 mol,三者建立的平衡状态完全相同。
理解:化学平衡的建立与途径无 ( http: / / www.21cnjy.com )关,起始加反应物(或生成物),只要加入的物质极值转化后物质的量相等,又由于恒温恒容,此时的平衡不仅是等效的,而且是同一平衡。平衡时相同组分的物质的量、浓度、转化率及混合气体的密度、相对分子质量都相等。
例题2 在一定温度下,把2 mol SO2和1 mol O2通入一定容积的密闭容器中,发生如下反应:2SO2+O22SO3,当此反应进行到一定程度时反应混合物就处于化学平衡状态。现在该容器中维持温度不变,令a、b、c分别代表初始时加入的SO2、O2、SO3的物质的量(mol),如果a、b、c取不同的数值,它们必须满足一定的相互关系,才能保证达到平衡状态时,反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡完全相同。
(1) 若a=0,b=0,则c= 。
(2) 若a=0.5,则b= ,c= 。
(3) a、b、c的取值必须满足的一般条件是 、 。(请用两个方程式表示,其中一个只含a和c,另一个只含b和c)
解析 通过化学方程式2SO2+O22SO3可以看出,这是一个化学反应前后气体分子数不等的可逆反应,在恒温、恒容下建立同一化学平衡状态。起始时,无论怎样改变SO2、O2、SO3的物质的量,使化学反应从正反应开始,还是从逆反应开始,或者从正、逆反应同时开始,它们所建立起来的化学平衡状态的效果是完全相同的,即它们之间存在等效平衡关系。
(1) 若a=0,b=0,这说明反应是从逆反 ( http: / / www.21cnjy.com )应开始,通过化学方程式可以看出,反应从2 mol SO3开始,通过反应的化学计量数之比换算成SO2和O2的物质的量,恰好跟反应从2 mol SO2和1 mol O2的混合物开始是等效的,故c=2。
(2) 由于a=0.5<2,这表示反应从正 ( http: / / www.21cnjy.com )、逆反应同时开始,通过化学方程式可以看出,要使0.5 mol SO2反应需要同时加入0.25 mol O2才能进行,通过反应的化学计量数之比换算成SO3的物质的量与0.5 mol SO3是等效的。这时若再加入1.5 mol SO3就与起始时加入2 mol SO3是等效的,通过等价转换可知,与起始时加入2 mol SO2和1 mol O2是等效的。故b=0.25,c=1.5。
(3) 题中要求2 mol SO2和1 mol O2要与a mol SO2、b mol O2和c mol SO3建立等效平衡。由化学方程式可知,c mol SO3等价转换后与c mol SO2和 mol O2等效,也就是说(a+c)mol SO2和b+mol O2与a mol SO2、b mol O2和c mol SO3等效,也就是与2 mol SO2和1 mol O2等效。故有a+c=2,b+=1。
答案 (1) 2 (2) 0.25 1.5
(3) a+c=2 b+=1(或2b+c=2)
2. 恒温、恒容下,反应前后气体体积没有变化的反应(即ΔV=0的体系)
如果按化学方程式的计量关系转化为同一半边的物质,其物质的量之比与对应组分的起始加入量之比相同,则建立的化学平衡状态是等效的。
结果:达到平衡后,各组分的百分含量相同,但各组分的浓度并不一定相同。
例如:2A(g)+3B(g)5C(g)
①2mol 3mol 0
②0 0 10mol
③amol bmol cmol
如果此时满足=
则①、②、③建立的化学平衡状态等效。
理解:以上述反应为例,在等温时分别在1 L的 ( http: / / www.21cnjy.com )容器Ⅰ和2 L的容器Ⅱ中加入2 mol A、3 mol B和4 mol A、6 mol B。容器Ⅱ中间有可抽动的隔板(隔板的体积忽略),此时容器Ⅱ左右两边的反应与容器Ⅰ完全相同,则达平衡时容器Ⅱ左右两边的反应与容器Ⅰ相同组分的物质的量、浓度、转化率及混合气体的密度、相对分子质量都相等。然后抽开隔板,由于浓度、温度、压强没变,根据勒夏特列原理,平衡不移动。此时容器Ⅱ中的组分的物质的量是容器Ⅰ中相同组分的2倍。然后压缩容器Ⅱ至1 L,由于该反应是气体体积不变的反应,增大压强,平衡不移动。所以两反应平衡时是等效的,且相同组分的物质的量存在倍数的关系。如下图所示:
( http: / / www.21cnjy.com )
例题3 CO与H2O(g)在一定条件下可以发生反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH<0。820 ℃时,在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中,起始时按照下表进行投料,下列判断正确的是 ( )
起始物质的量 甲 乙 丙
n(H2O)/mol 0.10 0.20 0.20
n(CO)/mol 0.10 0.10 0.20
A. 甲容器中平均反应速率v(CO)与乙容器中平均反应速率v(CO)相同
B. 该反应的平衡常数表达式为K=
C. 平衡时,甲容器中CO的转化率与丙容器中CO的转化率相同
D. 平衡时,乙中c(H2O)是甲中的2倍
解析 乙容器中的水蒸气的浓度大于甲容器,和一氧化碳的碰撞就多,反应速率就快,A项错;该反应的平衡常数表达式为K=,B项错;甲容器对丙容器相当于减压,而减压对该反应来说平衡不移动,C项正确;对于D可以构造等效平衡,若乙容器中的CO也是0.2 mol,则平衡时,乙中c(H2O)是甲中的2倍,现在相当于达到平衡后减少0.1 mol CO,平衡逆移,c(H2O)浓度变大,D项错。
答案 C
3. 恒温、恒压条件下
如果按化学方程式的计量关系转化为同一半边的物质,其物质的量之比与对应组分的起始加入量之比相同,则建立的化学平衡状态是等效的。
结果:达到平衡后,各组分的百分含量相同,但各组分的浓度并不一定相同。
例题4 已知甲为恒温、恒压容器 ( http: / / www.21cnjy.com ),乙为恒温、恒容容器。两容器中均充入2 mol SO2、1 mol O2,初始时两容器的温度、体积相同。一段时间后反应达到平衡,为使两容器中的SO2在平衡混合物中的物质的量分数相同,下列措施可行的是( )
A. 向甲容器中充入一定量的氦气
B. 向乙容器中充入一定量的SO3气体
C. 升高乙容器的温度
D. 增大甲容器的压强
解析 甲容器相对乙容器是加压,为使两容器中的 ( http: / / www.21cnjy.com )SO2在平衡混合物中的物质的量分数相同,则可以使甲容器逆移或使乙容器正移,A、B项正确;C、D项错。
答案 AB
备讲例题
1. 如下图所示,向A中充入 2 mol X和2 mol Y,向B中充入1 mol X和1 mol Y,起始VA=VB=a L,在相同温度和有催化剂的条件下,两容器中各自发生下列反应:X(g)+Y(g)2Z(g)+W(g) ΔH>0。达到平衡时,VB=1.2a L,则下列说法正确的是 ( )
①反应开始时,A容器中化学 ( http: / / www.21cnjy.com )反应速率快 ②B容器中X的转化率为40%,且比A容器中X的转化率大 ③打开活塞K达新平衡后,B容器体积为2.6a L ④打开K,同时升高A、B的温度,达新平衡后,B的体积变大 ( )
A. ①②③ B. ①②③④
C. ②④ D. ④
解析 A中物质的浓度大、压强高,反应速率快,①正确;根据三段法计算 B容器中X的转化率为40%,且A中压强大于B,平衡逆向移动,B中X的转化率比A容器中大,②正确;根据题意,打开活塞K前后反应达平衡时是属于恒温、恒压条件下的等效平衡,且相同组分的物质的量存在倍数的关系,打开活塞K前,B中的起始总物质的量是2 mol,打开活塞K后,A、B连通,其起始总物质的量是6 mol,所以打开活塞K前后平衡时物质的量的之比是1∶3。根据pV=nRT可知=,所以打开活塞K后平衡时AB总体积是1.2a L×3=3.6a L,则打开活塞K平衡后B的体积为(3.6a-a)L=2.6a L,③正确;因为该反应为吸热反应,升温平衡正移,气体体积增大,所以打开K,同时升高A、B的温度,达新平衡后,B的体积变大,④正确。
答案 B
课堂评价(见学生用书第40~41页)
1. T1℃时,向容积为2 L的密闭容器中充入一定量的A气体和B气体,发生如下反应:A(g)+2B(g)C(g)。反应过程中测定的部分数据见下表:
反应时间/min n(A)/mol n(B)/ mol
0 1.00 1.20
10 0.50
30 0.20
下列说法正确的是 ( )
A. 前10 min内反应的平均速率为v(C)=0.050 mol·L-1·min-1
B. 保持其他条件不变,起始时向容器中充入0.50 mol A气体和0.60 mol B气体,达到平衡时,n(C)<0.25 mol
C. 若密闭容器体积可变,其他条件不变,在达到平衡后持续缩小容器体积,则平衡一直会正向移动
D. 温度为T2 ℃时(T1>T2),上述反应平衡常数为20,则正反应为放热反应
解析 前10 min内反应的平均速率为v(C)=v(A)==0.025 0 mol·L-1·min-1,A项错;原平衡时生成的n(C)=0.5 mol,现在投料的物质的量减半,若平衡不移动,生成的n(C)=0.25 mol,实际上相当于原平衡是减压,平衡逆移,n(C)<0.25 mol,B项正确;其他条件不变,在达到平衡后持续缩小容器体积,物质的聚集状态会改变,平衡可能出现不移动或逆向移动,C项错;原反应的平衡常数是100,降温后平衡常数减小了,说明正反应是吸热反应,D项错。
答案 B
2. 已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-197 kJ·mol-1,按不同方式向甲、乙和丙3个相同容器内投入反应物,且保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下表:
容器 甲 乙 丙
反应物投入量 2 mol SO2、1 mol O2 1 mol SO2、0.5 mol O2 2 mol SO3
k1 k2 k3
反应的能量变化 放出a kJ 放出b kJ 吸收c kJ
气体密度 ρ1 ρ2 ρ3
反应物转化率 α1 α2 α3
下列关系式正确的是 ( )
A. k1=k3ρ2
C. α2+α3>1 D. 2b+c>197
解析 按照化学计量数之比投 ( http: / / www.21cnjy.com )料,二氧化硫与氧气的物质的量浓度之比恒为2,A项错;恒容容器密度之比等于气体质量之比,m(甲)=m(丙)>m(乙),B项正确;容器甲、丙等效,容器甲中反应物的转化率与容器丙中SO3的转化率之和等于1,乙容器对于甲容器相当于减压,平衡逆移,反应物的转化率减小,故乙、丙中反应物的转化率之和小于1,C项错;a+c=197,2b答案 B
3. 某温度下,H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)的平衡常数K=。该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中,投入H2(g)和CO2(g),其起始浓度如下:
起始浓度 甲 乙 丙
c(H2)/mol·L-1 0.010 0.020 0.020
c(CO2)/mol·L-1 0.010 0.010 0.020
下列判断不正确的是 ( )
A. 平衡时,乙中CO2的转化率大于60%
B. 平衡时,甲和丙中H2的转化率均是60%
C. 平衡时,丙中c(CO2)是甲中的2倍,是0.012 mol·L-1
D. 反应开始时,丙中的反应速率最快,甲中的反应速率最慢
解析 设转化的CO2的物质的量为x mol。
H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)
起始量/mol·L-1:
0.01 0.01 0 0
转化量/mol·L-1:
x x x x
平衡量/mol·L-1:
0.01-x 0.01-x x x
K==,解得x=0.006。
所以甲中CO2的转化率为60%。
H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g),该反应为气体体积不变的反应,在恒温、恒容下,只要投料成比例即为等效平衡,故甲、丙为等效平衡。达到平衡后,H2的转化率相等,B项正确;平衡时,丙中CO2的转化量为0.012 mol·L-1,平衡量为0.008 mol·L-1,C项错误;乙相当于向甲平衡体系再充入H2,所以乙中CO2的转化率大于60%,A项正确;反应物浓度越大,反应速率越快,D项正确。
答案 C
4. 一定条件下存在反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),其正反应放热。现有三个相同的2 L恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,在Ⅰ中充入1 mol CO和1 mol H2O,在Ⅱ中充入1 mol CO2和1 mol H2,在Ⅲ中充入2 mol CO和2 mol H2O,700 ℃条件下开始反应。达到平衡时,下列说法正确的是 ( )
A. 容器Ⅰ、Ⅱ中正反应速率相同
B. 容器Ⅰ、Ⅲ中反应的平衡常数相同
C. 容器Ⅰ中CO的物质的量比容器Ⅱ中的多
D. 容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和小于1
解析 在Ⅰ中充入1 mol CO和1 ( http: / / www.21cnjy.com ) mol H2O,在Ⅱ中充入1 mol CO2和1 mol H2,刚开始时,容器Ⅰ中正反应速率最大,容器Ⅱ中正反应速率为0,达到平衡时,容器Ⅰ中温度大于700 ℃,容器Ⅱ中温度小于700 ℃,所以容器Ⅰ中正反应速率大于容器Ⅱ中正反应速率,A项错;容器Ⅲ可看成容器Ⅰ体积压缩一半,各物质浓度增加一倍,若温度恒定,则平衡不移动,但恒容绝热的情况下,容器Ⅲ中温度比容器Ⅰ中高,更有利于平衡向逆反应方向移动,故平衡常数容器Ⅲ小于容器Ⅰ,B项错;若温度恒定,容器Ⅰ、Ⅱ等效,但两者温度不等,达到平衡时,容器Ⅰ中温度大于700 ℃,容器Ⅱ中温度小于700 ℃,有利于容器Ⅰ平衡向逆反应方向移动,有利于容器Ⅱ平衡向正反应方向移动,故容器Ⅰ中CO的物质的量比容器Ⅱ中的多,C项正确;若温度恒定,容器Ⅰ、Ⅱ等效,容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和等于1,但两者温度不等,达到平衡时,容器Ⅰ中温度大于700 ℃,容器Ⅱ中温度小于700 ℃,有利于容器Ⅰ平衡向逆反应方向移动,有利于容器Ⅱ平衡向正反应方向移动,故容器Ⅰ中CO的转化率相应减小,容器Ⅱ中CO2的转化率同样会相应减小,因此,容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和小于1,D项正确。
答案 CD
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第35~36页中的练习。
专题2复习课
单元网络(见学生用书第41页)
( http: / / www.21cnjy.com )
单元整合(见学生用书第42~43页)
化学反应速率
( http: / / www.21cnjy.com )
例题1 合成氨反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。图1表示在一定的温度下此反应过程中的能量的变化,图2表示在2 L的密闭容器中反应时N2的物质的量随时间的变化曲线。图3表示在其他条件不变的情况下,改变起始物氢气的物质的量对此反应平衡的影响。
( http: / / www.21cnjy.com )图1 ( http: / / www.21cnjy.com )图2
( http: / / www.21cnjy.com )图3
下列说法正确的是 ( )
A. 该反应为自发反应,由图1可得加入适当的催化剂,E和ΔH都减小
B. 图2中0~10 min内该反应的平 ( http: / / www.21cnjy.com )均速率v(H2)=0.045 mol·L-1·min-1,从11 min起其他条件不变,压缩容器的体积为1 L,则n(N2)的变化曲线为d
C. 图3中a、b、c三点所处的平衡状态中,反应物N2的转化率最高的是b点
D. 图3中T1和T2表示温度,对应温度下的平衡常数为K1、K2,则T1>T2、K1>K2
解析 加入催化剂能降低活化能E,但不能改变反应热ΔH的大小,A项错误;图3随着起始物氢气的物质的量增加,平衡始终向正反应方向移动,N2的转化率始终增大,C项错误;图3中,在起始物氢气的物质的量相同时,T2到T1平衡时NH3的转化率增大,即平衡逆移,又据图1可知该反应为放热反应,所以T2到T1操作是升温,即T2答案 B
化学平衡
( http: / / www.21cnjy.com )
例题2 研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义。
(1) 将CO2与焦炭作用生成CO,CO可用于炼铁等。已知:
Fe2O3(s)+3C(s,石墨)2Fe(s)+3CO(g)
ΔH1=+489.0 kJ·mol-1
C(s,石墨)+CO2(g)2CO(g)
ΔH2=+172.5 kJ·mol-1
则CO还原Fe2O3(s)的热化学方程式为
。
(2) 二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向,将CO2转化为甲醇的热化学方程式如下:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH
①该反应的平衡常数表达式为K= 。
②取一定体积CO2和H2的混合气体 ( http: / / www.21cnjy.com )(物质的量之比为1∶3),加入恒容密闭容器中,发生上述反应。反应过程中测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系如图1所示,则该反应的ΔH (填“>”、“<”或“=”)0。
( http: / / www.21cnjy.com )
图1
( http: / / www.21cnjy.com )
图2
③在两种不同条件下发生反应,测得C ( http: / / www.21cnjy.com )H3OH的物质的量随时间变化如图2所示,曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ (填“>”、“<”或“=”)KⅡ。
(3) 以CO2为原料还可以合成多种物质。工业上尿素[CO(NH2)2]由CO2和NH3在一定条件下合成,其反应的化学方程式为 。当氨碳比=3,达平衡时CO2的转化率为60%,则NH3的平衡转化率为 。
解析 (1) 利用盖斯定律,第一个热化学方程式减去第二个热化学方程式乘以3,即可得目标热化学方程式:Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) ΔH=-28.5 kJ·mol-1。(2) ①根据平衡常数表达式定义可得。②达到平衡后,升温平衡逆移,说明正反应是放热反应。③从图2可知,改变的条件是温度,而且Ⅰ的温度低于Ⅱ的温度,该反应的正反应是放热反应,升温平衡逆移,KⅠ>KⅡ。
(3) 2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O
起始物质的量/mol: 3 1 0 0
转化物质的量/mol: 1.2 0.6
NH3的平衡转化率为×100%=40%
答案 (1) Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) ΔH=-28.5 kJ·mol-1
(2) ①
②< ③>
(3) 2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O 40%
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《专题2测试卷》中的练习。
第一单元 化学反应速率
第一课时 化学反应速率的表示方法
课堂导学
新课引入
烟花的燃烧瞬间完成,反应速率快。煤、石油的形成则需要很长时间,反应速率慢。食物变质,反应速率是快还是慢呢
目标导学(见学生用书第22页)
化学反应速率的概念及其定量表示方法
化学反应速率通常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。即v=。
理解的关键:(1) 浓度变化;(2) 为正值;(3) 不用纯固体或纯液体表示;(4) 是平均速率;(5) 单位。
例题1 发展低碳经济,构建低碳社会。科学家们提出利用以工业废气中的CO2为原料,以CuO与ZnO混合物为催化剂,其反应为CO2+3H2CH3OH+H2O。某温度下,在体积为1 L的密闭容器中充入1 mol CO2和4 mol H2,测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下图所示。
( http: / / www.21cnjy.com )
从反应开始到平衡,甲醇的平均反应速率v(CH3OH)= ;氢气的转化率为 。
解析 v(CH3OH)==0.075 mol·L-1·min-1,氢气的转化率为×100%=56.25%。
答案 0.075 mol·L-1·min-1 56.25%
同一反应中不同物质间反应速率的规律
同一反应用不同物质来表示反应速率时,其数值不一定相等;它们的比值等于化学方程式的计量数之比。
对于在一个容器中的一般反应 aA+bBcC+dD来说有,v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)∶Δc(D)=Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)=a∶b∶c∶d。
例题2 在一定条件下,在体积为V L的密闭容器中发生反应:mA+nBpC。t s末,A减少了1 mol,B减少了1.25 mol,C增加了0.5 mol。则m∶n∶p应为 ( )
A. 4∶5∶ 2 B. 2∶5∶4
C. 1∶3∶2 D. 3∶2∶1
解析 物质的变化量之比等于化学计量数之比。
答案 A
化学反应速率的测量方法
1. 化学反应速率测定的基本思路: 化学 ( http: / / www.21cnjy.com )反应速率是通过实验测定的。要测定不同反应时刻反应物或生成物的浓度,可通过观察和测量体系中的某一物质(反应物或生成物)的相关性质,再进行适当的转换和计算。
2. 化学反应速率的测定方法:向锥形瓶中放 ( http: / / www.21cnjy.com )入5 g大理石,再加入20 mL 1 mol·L-1盐酸。每隔10 s观察一次注射器中气体的体积,记录实验数据,并绘制v(CO2)—t曲线图。
(1) 实验现象:大理石表面有气泡生成,注射器活塞向外移动。
(2) 实验结论:可通过测量每隔一定时间产生气体的体积来测定反应速率。随着反应物浓度的降低,反应速率逐渐减小(忽略其他因素的影响)。
例题3 某研究小组拟用定量方法测量Al和Fe分别与酸反应的快慢,设计了如下图所示的装置:
( http: / / www.21cnjy.com )
(1) 检查上图所示装置气密性的方法是
。
(2) 若要比较产生气体的快慢,可以测量相同时间内产生气体的体积,也可以测量 。
答案 (1) 用手捂住锥形瓶,观察乙中长导管内液面是否上升
(2) 产生相同体积的气体所需的时间
备讲例题
1. 700 ℃时,向容积为2 L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O,发生反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。反应过程中测定的部分数据见下表(t1>t2):
反应时间/min n(CO)/mol n(H2)/mol
0 1.20 0
t1 0.80 a
t2 0.80 0.40
下列说法不正确的是 ( )
A. a=0.40
B. 反应在t1 min内的平均速率为
v(CO)= mol·L-1·min-1
C. 反应在t2 min内的平均速率为
v(H2)=mol·L-1·min-1
D. 反应在t1~t2 min内的净速率为0
解析 B项,没有考虑到容器的容积为2 L,错用CO物质的量的变化来代替物质的量浓度的变化。
答案 B
课堂评价(见学生用书第22~23页)
1. 化合物Bilirubin在一定波长 ( http: / / www.21cnjy.com )的光照射下发生分解反应,反应物浓度随反应时间变化如下图所示,计算反应4~8 min间的平均反应速率和推测第16 min 反应物的浓度,结果应是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. 2.5 μmol·L-1·min-1和2.0 μmol·L-1
B. 2.5 μmol·L-1·min-1和2.5 μmol·L-1
C. 3.0 μmol·L-1·min-1和3.0 μmol·L-1
D. 5.0 μmol·L-1·min-1和3.0 μmol·L-1
解析 第8 min与第4 ( http: / / www.21cnjy.com )min时反应物浓度差Δc为10 μmol·L-1,Δt为4 min,所以在4~8 min间的平均反应速率为2.5 μmol·L-1·min-1,可以排除C、D两个答案;图中从0~8 min,反应物浓度降低了4倍,根据这一幅度,可以推测从8~16 min也降低4倍,即由10 μmol·L-1降低到2.5 μmol·L-1,因此推测第16 min反应物的浓度为2.5 μmol·L-1,所以可以排除A而选B。
答案 B
2. 反应A(g)+3B(g)2C(g)+2D(g),在不同情况下测得反应速率,其中反应速率最快的是 ( )
A. v(D)=0.4 mol·L-1·s-1
B. v(B)=0.6 mol·L-1·s-1
C. v(C)=0.5 mol·L-1·s-1
D. v(A)=0.15 mol·L-1·s-1
解析 根据速率之比等于化学计量数之比求解。
答案 C
3. 在一定条件下,将8 mol A和25.7 mol B两种气体通入体积为W L的密闭容器中发生反应:mA(g)+nB(g)2C(g)。t s后,A、B、C的物质的量分别为7.5 mol、23.7 mol、1 mol。则m与n值应是 ( )
A. m=2,n=1 B. m=1,n=3
C. m=1,n=4 D. m=3,n=1
解析 t s后,A、B、C的物质的量变 ( http: / / www.21cnjy.com )化分别为0.5 mol、2 mol、1 mol,用A、B、C分别表示的反应速率之比为1∶4∶2,所以C项正确。
答案 C
4. 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 mol·L-1,下列说法正确的是 ( )
①用物质A表示的反应的平均速率为0.3 mol·L-1·s-1
②用物质B表示的反应的平均速率为0.6 mol·L-1·s-1
③2 s时物质A的转化率为70%
④2 s时物质B的浓度为0.7 mol·L-1
A. ①③ B. ①④ C. ②③ D. ③④
解析 根据题意,2 s时,C的浓度 ( http: / / www.21cnjy.com )为0.6 mol·L-1,利用化学方程式中的化学计量数之比,则B的浓度变化为0.3 mol·L-1,进而确定2 s时物质B的浓度为1 mol·L-1-0.3 mol·L-1=0.7 mol·L-1;A的转化浓度为0.6 mol·L-1,则A的转化率为30%;由C表示的反应速率,可推知v(A)=0.3 mol·L-1·s-1,v(B)=0.15 mol·L-1·s-1。
答案 B
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第20~21页中的练习。
第二课时 影响化学反应速率的因素
课堂导学
新课引入
生活中有很多的反应需要加快反应速率 ( http: / / www.21cnjy.com )(如爆炸),也有很多反应需要减慢反应速率(如食物的腐败),也就是说有很多反应需要控制反应速率。那么,如何控制呢
目标导学(见学生用书第24~26页)
影响化学反应速率的因素
( http: / / www.21cnjy.com )
例题1 某校化学小组用实验的方法利用Cu、F ( http: / / www.21cnjy.com )e、Mg和不同浓度的硫酸(0.5 mol·L-1、2 mol·L-1、18.4 mol·L-1)来研究影响反应速率的因素。
甲同学研究的实验报告如下表:
实验步骤 现 象 结 论
①分别取等体积的2 mol·L-1硫酸于试管中 反应速率:Mg>Fe,Cu不反应 金属的性质越活泼,反应速率越快
②
(1) 甲同学表中实验步骤②为 。
(2) 甲同学的实验目的是 ;要得出正确的实验结论,还需控制的实验条件是 。
乙同学为了更精确地研究浓度对反应速率的影响,利用下图所示装置进行定量实验:
( http: / / www.21cnjy.com )
(3) 乙同学在实验中应该测定的数据是
。
(4) 乙同学完成该实验应 ( http: / / www.21cnjy.com )选用的实验药品是 。该实验中不选用某浓度的硫酸,理由是 。
解析 本题通过实验,对影响化学反应速率的因素进行了探究。决定反应速率的内因是反应物的性质,控制实验条件是实验的灵魂。
答案 (1) 分别投入大小、形状相同的Cu、Fe、Mg
(2) 研究金属(或反应物)本身的性质与反应速率的关系 温度相同
(3) 一定时间内产生气体的体积(或产生一定体积的气体所需时间)
(4) Mg(或Fe)和 ( http: / / www.21cnjy.com )0.5 mol·L-1硫酸和2 mol·L-1硫酸 常温下Mg与18.4 mol·L-1硫酸反应生成SO2;Fe在18.4 mol·L-1硫酸中钝化
浓度对反应速率的影响
浓度对反应速率的影响规律及其微观解释
影响规律 其他条件相同时,增大反应物的浓度,反应速率增大;减小反应物的浓度,反应速率减小
微观解释 在其他条件不变时,对某一反应而言,反应 ( http: / / www.21cnjy.com )物分子中活化分子百分数是一定的,即活化分子浓度与反应物浓度成正比。反应物浓度增大→单位体积内活化分子数增多→单位时间内有效碰撞的次数增多→化学反应速率加快
注意事项 ①一般情况下,在一定温度下固体或纯液体 ( http: / / www.21cnjy.com )的浓度是常数,因此改变其物质的量,对速率无影响;②固体物质的反应速率与接触面积有关,颗粒越小,表面积越大,反应速率越快
例题2 在相同温度下,相同规格的铁片与下列不同浓度的酸反应生成氢气的速率最快的是( )
A. 3 mol·L-1盐酸 B. 2 mol·L-1硫酸
C. 2 mol·L-1醋酸 D. 2 mol·L-1硝酸
解析 同温度、相同规格的铁片与酸反 ( http: / / www.21cnjy.com )应生成氢气的速率取决于氢离子的浓度,浓度大反应速率快,B答案中的氢离子浓度最大,浓硫酸和硝酸与铁不能生成氢气,答案选B。
答案 B
压强对反应速率的影响
1. 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。所以在讨论压强对反应速率的影响时,应区分引起压强改变的原因。
(1) 对于没有气体参与的化学反应,由于改变压强时,反应物浓度变化很小,可忽略不计,因此对化学反应速率无影响。
(2) 对于有气体参与的化学反应,有以下几种情况:
①恒温时,压缩体积压强增大反应物浓度增大反应速率加快。
②恒温时,对于恒容密闭容器:
a. 充入气体反应物:总压强增大反应物浓度增加反应速率加快。
b. 充入“惰性气体”:总压强增大反应物浓度未改变反应速率不变。
③恒温、恒压时:充入“惰性气体”体积增大气体反应物浓度减小反应速率减小。
2. 压强对反应速率的影响规律及其微观解释
影响规律 对气体反应而言,增大压强(减少容器容积) ( http: / / www.21cnjy.com ),相当于增大反应物的浓度,反应速率增大;减小压强(增大容器容积),相当于减小反应物的浓度,反应速率减小
微观解释 增大压强→单位体积内活化分子数增多→有效碰撞次数增多→化学反应速率加快;反之,化学反应速率减慢
注意事项 若是参加反应的物质是固体、液体或溶液,由于压强的变化对它们的浓度几乎无影响,可以认为反应速率不变
例题3 在一密闭容器中充入1 mol H2和1 mol I2,压强为p(Pa),并在一定温度下使其发生反应H2(g)+I2(g)2HI(g) ΔH<0。反应进行一段时间后,改变下列条件,能使反应速率变慢的是(N2不参加反应) ( )
A. 保持容器容积不变,向其中加入1 mol H2
B. 保持容器容积不变,向其中加入1 mol N2
C. 保持容器内压强不变,向其中加入1 mol N2
D. 保持容器内压强不变,向其中再加入1 mol H2和 1 mol I2
解析 保持容器容积不变,向其中加入1 ( http: / / www.21cnjy.com ) mol H2,增大反应物浓度,反应速率加快,A项不正确;保持容器容积不变,向其中加入1 mol N2,原体系中各物质的浓度没有变化,反应速率不变,B项不正确;保持容器内压强不变,向其中加入1 mol N2,容器体积增大,原体系中各物质的浓度减小,反应速率减小,C项正确;保持容器内压强不变,向其中再加入1 mol H2和1 mol I2,反应物浓度增加,反应速率加快,D项不正确。
答案 C
温度对反应速率的影响
温度对反应速率的影响规律及其微观解释
影响规律 在其他条件相同时,升高温度,绝大多数化学反应的反应速率增大;降低温度,反应速率减小
微观解释 在其他条件相同时,升高温度,反应物分子的能量增加→活化分子数增多→活化分子的百分数增加→有效碰撞次数增多→化学反应速率加快
注意事项 ①温度对反应速率的影响规律不受反应热效 ( http: / / www.21cnjy.com )应的限制,吸热反应、放热反应均适用。升温时,吸热反应的化学反应速率比放热反应增加的程度大;②经验规则:温度每升高10 ℃,反应速率通常增大到原来的2~4倍
例题4 下列四支试管中,过氧化氢分解的化学反应速率最大的是 ( )
试管 温度 过氧化氢浓度 催化剂
A 室温(25 ℃) 12% 有
B 水浴加热(50 ℃) 4% 无
C 水浴加热(50 ℃) 12% 有
D 室温(25 ℃) 4% 无
解析 温度越高、浓度越大、有催化剂,反应速率越大,C正确。
答案 C
催化剂对反应速率的影响
催化剂对反应速率的影响规律及其微观解释
影响规律 一般的,催化剂可以加快化学反应速率
微观解释 ( http: / / www.21cnjy.com )由于催化剂可以降低化学反应的活化能(如上图)→活化分子百分数增加→有效碰撞次数增多→化学反应速率增大
注意事项 催化剂不能改变反应方向,不能改变生成物的量,也不能使本来不能发生的反应变为可能
例题5 据报道,科学家开发出了利用太阳能分解水的新型催化剂。下列有关水分解过程的能量变化示意图正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A
( http: / / www.21cnjy.com )
B
( http: / / www.21cnjy.com )
C
( http: / / www.21cnjy.com )
D
解析 水的分解是吸热过程,选项A、C错误;加入催化剂,降低反应的活化能,选项B正确。
答案 B
备讲例题
1. 把0.01 mol M ( http: / / www.21cnjy.com )nO2粉末加入50 mL过氧化氢的溶液里(ρ=1.1 g·L-1),在标准状况下,放出气体的体积V与时间t的关系曲线如下图所示。
( http: / / www.21cnjy.com )
(1) 实验时放出气体的总体积是 。
(2) 放出一半气体所需的时间约为 。
(3) A、B、C、D各点反应速率快慢的顺序是 。
(4) 过氧化氢溶液的初始物质的量浓度为 。
(5) 根据曲线形状解释反应速率的变化情况是 。
解析 (1) 用作图法求解,对应V轴体积是60 mL,即放出气体的总体积。
(2) 60 mL的一半是30 mL,30 mL对应的时间约是1 min。
(3) 反应物浓度随着反应的进行而逐渐 ( http: / / www.21cnjy.com )减小,在不考虑其他因素的影响情况下,反应速率将逐渐减小。所以,开始时,反应物浓度大,反应速率快,故A、B、C、D四点中,D点最快,A点最慢。
(4) 2H2O22H2O+O2↑
2 22.4
n(H2O2) 0.06 L
n(H2O2)=0.005 4 mol
c(H2O2)==0.11 mol·L-1
(5) 曲线的斜率逐渐减小,说明随反应物浓度的下降,反应速率逐渐减慢。
答案 (1) 60 mL (2) 1 mi ( http: / / www.21cnjy.com )n (3) D>C>B>A (4) 0.11 mol·L-1 (5) 随着c(H2O2)减小,反应速率减慢
2. 某活动小组以酸性KMnO4溶液和H2C2O4(草酸)溶液为反应物进行了下列三组实验,反应的化学方程式为2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O。
实验编号 KMnO4 H2C2O4(草酸) 加入的其他物质
体积/mL 浓度/mol·L-1 体积/mL 浓度/mol·L-1
① 4 0.01 2 0.1 —
② 4 0.01 2 0.2 —
③ 4 0.01 2 0.1 MnSO4固体
根据以上实验,下列说法不正确的是 ( )
A. 实验①和②可探究浓度对该反应速率的影响
B. 实验①和③可探究催化剂对该反应速率的影响
C. 实验②和③可探究催化剂对该反应速率的影响
D. 实验①中开始反应较慢,一段时间后变快,其原因是生成的MnSO4有自催化作用
解析 对比实验②和③,可以发现变量有两个:H2C2O4浓度不同和加与不加MnSO4固体,所以无法确定影响反应速率的因素,C项不正确。
答案 C
课堂评价(见学生用书第26页)
1. Fe与稀硫酸反应制取氢气时,下列措施一定能使生成氢气的速率加快的是 ( )
A. 增加铁的量 B. 增大硫酸的浓度
C. 加热 D. 增大压强
解析 错选A的误区是混淆了外 ( http: / / www.21cnjy.com )界条件对反应速率影响的关系,浓度增大,反应速率加快,但铁为固体,增加铁的量,其浓度并没有改变;错选B的误区是把反应物的性质发生改变与反应发生改变混淆了,当H2SO4浓度增大时,可能转变为浓硫酸,浓硫酸与铁常温下会发生钝化,无氢气生成;错选D的误区是把增大反应物浓度与增大物质的浓度的关系混淆了,增大压强,只改变了氢气的浓度,而氢气是生成物,并没有改变反应物的浓度。
答案 C
2. 下列措施能减慢化学反应速率的是 ( )
A. 将煤块粉碎后燃烧
B. 将食物贮藏在冰箱中
C. 用过氧化氢溶液制氧气时添加少量二氧化锰粉末
D. 用粗锌替代纯锌与同浓度同体积的盐酸反应制氢气
解析 将固体粉碎、加入催化剂、形成原电池反应都能加快反应速率,A、C、D项错;B项正确。
答案 B
3. 下列有关化学反应速率的说法正确的是( )
A. 稀盐酸与锌反应时,加入适量的氯化钠溶液,生成氢气的速率减慢
B. 用铁片和稀硫酸反应制取氢气,若改用铁片和浓硫酸可以加快产生氢气的速率
C. 二氧化硫的催化氧化是放热反应,升高温度,反应速率减慢
D. 合成氨中,增大压强,反应速率加快
解析 选项A中,加入氯化钠溶液,相当于 ( http: / / www.21cnjy.com )对盐酸稀释,浓度降低,反应速率减慢;选项B中,改用铁片与浓硫酸反应时,若常温则发生钝化,若加热则反应生成二氧化硫气体,得不到氢气;选项C中,不论该化学反应是放热反应还是吸热反应,升温,化学反应速率必然加快;选项D中,对有气体参与的反应,增大压强,气体的浓度增大,反应速率加快。
答案 AD
4. 下列说法正确的是 ( )
A. 等体积0.1 mol·L-1 HNO3和0.1 mol·L-1 H2SO4分别与等体积2 mol·L-1 NaOH溶液反应的速率相同
B. 等质量的锌粒和锌粉分别同0.1 mol·L-1盐酸反应,速率相同
C. 增大压强,反应速率一定加快
D. 升高温度,反应速率一定加快
解析 0.1 mol·L-1 HNO3 ( http: / / www.21cnjy.com )和0.1 mol·L-1 H2SO4中 c(H+)不同,所以反应速率不同,A项错;固体形状(固体反应物的表面积)对反应速率有影响,相同条件下,粉状比块状速率快,B项错;对于非气体反应,增加压强不能加快反应速率,C项错。
答案 D
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第22~23页中的练习。
第二单元 化学反应进行的方向和限度
第一课时 化学反应的方向
课堂导学
新课引入
汽车尾气中的主要污染物是一氧化氮以及燃料不完全燃烧所产生的一氧化碳,它们是现代城市中的大气污染物。为了减轻大气污染,人们提出通过以下反应来处理汽车尾气:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)。你能否判断这一方案是否可行 理论依据是什么
目标导学(见学生用书第27~28页)
自发过程和自发反应
1. 自发过程:在一定条件下,不需要外力作用就能自动进行的过程。
特点:(1) 体系趋向于从高能状态转变为低能状态。
(2) 在密闭条件下,体系趋向于从有序状态转变为无序状态。
2. 自发反应:在给定条件下,能自发地进行到显著程度的反应。
3. 非自发反应:不能自发地进行,必须借助某种外力才能进行的反应。
例题1 过程的自发性的作用是 ( )
A. 判断过程的方向
B. 确定过程是否一定会发生
C. 判断过程发生的速率
D. 判断过程的热效应
解析 反应过程的自发性用于判断反应过程的方向。
答案 A
反应方向的焓判据
焓判据:放热反应过程中体系能量降低,因此具有自发进行的倾向。但有些吸热反应也可以自发进行,故只用焓变判断反应的方向不全面。
例题2 实验证明,多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是 ( )
A. 所有的放热反应都是自发进行的
B. 所有的自发反应都是放热的
C. 焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素
D. 焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据
解析 多数能自发进行的反应都是放热反应, ( http: / / www.21cnjy.com )并不是所有能自发进行的反应都是放热反应,既然说“多数”,必定存在特例,所以只能说“焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素,但不是唯一因素”。
答案 C
反应方向的熵判据
1. 熵:量度体系混乱(或有序)的程度的物理量,符号为S(同一物质,三种状态下熵值:气态>液态>固态)。
2. 熵判据:如果发生变化后体系的混乱度增大 ( http: / / www.21cnjy.com )(即熵增),ΔS>0,反应有自发进行的倾向,化学反应的ΔS越大,越有利于反应自发进行;但有些熵减反应也可以自发进行,故只用熵判据判断反应的方向也不全面。
例题3 下列关于化学反应的熵变的叙述正确的是 ( )
A. 化学反应的熵变与反应的方向无关
B. 化学反应的熵变直接决定了反应的方向
C. 熵值增大的反应都是混乱度增大的反应
D. 熵值增大的反应都能自发进行
解析 熵值增大的反应,即ΔS>0的反 ( http: / / www.21cnjy.com )应容易自发进行,所以熵变与反应的方向有关,A项错;熵变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素,B项错;自发反应不一定ΔS>0,D项错。
答案 C
焓变与熵变对反应方向的共同影响
ΔH-TΔS<0,能自发进行;ΔH-TΔS=0,平衡状态;ΔH-TΔS>0,不能自发进行。具体的几种情况如下:
焓变(ΔH) 熵变(ΔS) 反应的自发性
<0 >0 任何温度下都能自发进行
<0 <0 较低温度下能自发进行
>0 >0 高温下能自发进行
>0 <0 任何温度下都不能自发进行
注意:过程的自发性只能用于判断反应进行的方向,不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。
例题4 下列关于ΔH-TΔS的说法正确的是( )
A. ΔH-TΔS可用于判断所有条件下的反应能否自发进行
B. ΔH-TΔS只用于判断温度、体积一定的反应能否自发进行
C. ΔH-TΔS只用于判断温度、压强一定的反应能否自发进行
D. ΔH-TΔS<0的反应,在该条件下一定剧烈反应
解析 ΔH-TΔS判据只适用判断一定温 ( http: / / www.21cnjy.com )度和压强下的反应能否自发进行,A、B项错误,C项正确;ΔH-TΔS<0的反应可以自发进行,但不一定会剧烈反应,也可能缓慢进行,D项错误。
答案 C
备讲例题
1. 下列说法正确的是 ( )
A. 在一定条件下,氨气可将NO2转化成无毒的物质,是因为氨气具有还原性
B. CO2(g)+C(s)2CO(g) ΔH>0,该反应一定不能自发进行
C. 如果某一反应的正反应能自发进行,则其逆反应无法自发进行
D. 向Fe(NO3)2溶液中加入稀硫酸,可观察到有红棕色气体生成,说明HNO3不稳定易分解
解析 并非所有自发进行的化学反应都是放热的,有些吸热反应也能自发进行,B项在高温条件下能自发进行,B项错误;红棕色气体的生成是Fe2+与H+和N作用的结果,D项错误。
答案 AC
2. 下列说法正确的是 ( )
A. 电解质溶于水发生电离的过程中,熵值增大
B. 已知反应SO2(g)+H2O(g)H2SO3(l),该过程熵值增大
( http: / / www.21cnjy.com )
C. 右图可表示爆炸反应的能量变化曲线
D. 同温同压下,H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同
解析 通常情况下,三种状态下熵值:气态> ( http: / / www.21cnjy.com )液态>固态,所以B选项是一个熵值减小的反应,错误;同一反应在不同条件下发生,其ΔH相同,D选项错误。
答案 AC
课堂评价(见学生用书第28页)
1. 符合下列条件的化学反应一定能自发进行的是 ( )
A. ΔH<0,ΔS<0 B. ΔH<0,ΔS>0
C. ΔH>0,ΔS>0 D. ΔH>0,ΔS<0
解析 根据ΔH-TΔS<0反应能自发进行可知,ΔH<0且ΔS>0的化学反应一定能自发进行。
答案 B
2. 对于化学反应方向的确定,下列说法正确的是( )
A. 反应的焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素
B. 温度、压强一定时,放热反应能自发进行
C. 在温度、压强一定的条件下,焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向
D. 固体的溶解过程与焓变无关
解析 焓因素和熵因素共同决定一个化 ( http: / / www.21cnjy.com )学反应的方向,A项错、C项正确;放热反应,若ΔS<0,在低温时能自发进行,高温时不能自发进行,B项错;固体的溶解也有焓变,D项错。
答案 C
3. 已知反应2CO(g)2C(s)+O2(g)的ΔH为正值,ΔS为负值。设ΔH和ΔS不随温度而变,下列说法正确的是 ( )
A. 低温下能自发进行
B. 高温下能自发进行
C. 低温下不能自发进行,高温下能自发进行
D. 任何温度下都不能自发进行
解析 根据复合判据ΔH-TΔS<0时 ( http: / / www.21cnjy.com )反应自发进行,ΔH-TΔS>0时反应不能自发进行,又因为ΔH>0,ΔS<0,T>0,故ΔH-TΔS>0,此反应任何温度下都不能自发进行。
答案 D
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第24~25页中的练习。
第二课时 化学平衡状态
课堂导学
新课引入
19世纪后期,人们发现高炉炼铁所排出的 ( http: / / www.21cnjy.com )高炉气中含有相当量的CO,有些工程师认为这是由于CO和铁矿石的接触时间不长所造成的,于是耗资建造了一个高大的炼铁高炉,以增加CO和铁矿石的接触时间。可是后来发现用这个高炉炼铁,所排出的高炉气中CO的含量并没有减少。你知道为什么吗
目标导学(见学生用书第29页)
可逆反应与不可逆反应
1. 定义:在同一条件下,既能发生反应物转变为生成物的正向反应,又能发生生成物转变为反应物的逆向反应。
2. 特点:反应物与生成物同时存在;转化率小于100%。
3. 表示:用“”表示。
例题1 向平衡体系CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)中加入18O和 2H组成的H2O(g),当再次达到平衡时,下列判断正确的是 ( )
A. 含18O的物质只有一种
B. 含2H的物质有两种
C. 含18O和含2H的物质各有两种
D. 既含有2H又含有18O的物质只有一种
解析 本题考查了可逆反应的本质——任何时刻反应物和生成物都是共存的。
答案 BD
化学平衡状态的特征和标志
1. 化学平衡状态的特征
( http: / / www.21cnjy.com )
2. 化学平衡状态的标志
反应特点 mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
m+n=p+q m+n≠p+q
无条件判据 v(正)=v(逆) 平衡 平衡
各组分百分含量不变 平衡 平衡
各组分浓度不变 平衡 平衡
有条件判据 压强不变 不一定平衡 平衡
混合气体平均相对分子质量不变 不一定平衡 平衡
混合气体密度不变 不一定平衡 恒压时平衡
温度不变 绝热体系平衡 绝热体系平衡
颜色不变 有有色分子参与反应时平衡 有有色分子参与反应时平衡
总体积 不一定平衡 恒压时平衡
总物质的量不变 不一定平衡 平衡
例题2 在一定温度下,不能判断可逆反应A(g)+3B(g)2C(g)达到平衡的标志是 ( )
①C的生成速率与C的分解速率 ( http: / / www.21cnjy.com )相等 ②单位时间内生成a mol A,同时生成3a mol B ③A、B、C的浓度不再变化 ④体积不变的密闭容器中混合气体的总压强不再变化 ⑤混合气体的物质的量不再变化 ⑥单位时间内消耗a mol A,同时生成3a mol B ⑦A、B、C的分子数目比为1 ∶ 3 ∶ 2
A. ②⑤ B. ①③ C. ②⑦ D. ⑤⑥
解析 A、B的生成指的都是逆反应速率,②错;分子数目比等于化学计量数比不能说明达到平衡状态,⑦错。答案选C。
答案 C
备讲例题
1. 密闭容器中进行的反应为X(g)+3Y(g)2Z(g),X、Y、Z 的起始浓度依次为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.2 mol·L-1,当反应达平衡时,各物质的浓度可能是 ( )
A. X=0.2 mol·L-1 B. Y=0.5 mol·L-1
C. Z=0.3 mol·L-1 D. Z=0.4 mol·L-1
解析 可逆反应中,反应体系 ( http: / / www.21cnjy.com )中各物质一定共存,如果A选项中的数据存在,则Z的浓度为0;如果D选项中的数据存在,则X、Y的浓度为0,这是不可能的,故A、D选项错误。
答案 BC
2. 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196.6 kJ·mol-1是制备硫酸的重要反应。判断该反应达到平衡状态的标志是 (填字母)。
a. SO2和SO3浓度相等
b. SO2百分含量保持不变
c. 在体积不变的容器中,气体的压强不变
d. SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等
e. 在体积不变的容器中混合气体的密度保持不变
f. SO2、O2、SO3的浓度保持不变
解析 可逆反应达到平衡状态有两个核心的判断 ( http: / / www.21cnjy.com )依据:(1) 正、逆反应速率相等;(2) 反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变。只要抓住这两个特征就可确定是否达到平衡状态,对于随反应的发生而发生变化的物理量如果不变了,即说明可逆反应达到了平衡状态。
答案 bcf
课堂评价(见学生用书第29页)
1. 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。若在恒温恒容的容器内进行反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),下列表示该反应达到平衡状态的标志是 ( )
A. 容器中混合气体的密度不再变化
B. CO2百分含量保持不变
C. 容器中混合气体的质量不再变化
D. 有1个H—H键生成的同时有 3个C—H键生成
解析 反应前后都是气体,质量不变,又是恒容容 ( http: / / www.21cnjy.com )器,密度也不变,A、C项错;CO2百分含量会随着反应的进行发生变化,待其不变了说明达到了平衡状态,B项正确;有3个H—H键生成的同时有 3个C—H键生成才能说明达到平衡状态,D项错。
答案 B
2. 在2NO2N2O4的可逆反应中,下列状态属于平衡状态的是 ( )
A. v正=v逆≠0时的状态
B. NO2全部转变成N2O4的状态
C. c(NO2)=c(N2O4)的状态
D. 体系的颜色不再发生变化的状态
解析 化学平衡状态的本质特征是正、逆反应速率相等,宏观表现是各组成成分的百分含量保持不变等。用这条原理可分析题中各种说法:A项,v正=v逆≠0时的状态显然是平衡状态;B项,由于2NO2N2O4是可逆反应,NO2不可能全部转化为N2O4;C项,平衡时NO2、N2O4的百分含量保持不变,但不一定存在c(NO2)=c(N2O4)的关系;D项,对于反应2NO2N2O4来讲,只有NO2呈红棕色,N2O4无色,体系的颜色不变说明NO2的浓度不变,反应处于平衡状态。
答案 AD
3. 下列说法可以证明反应N2+3H22NH3已达到平衡状态的是 ( )
A. 1个N≡N键断裂的同时,有3个H—H键形成
B. 1个N≡N键断裂的同时,有3个H—H键断裂
C. 1个N≡N键断裂的同时,有6个N—H键断裂
D. 1个N≡N键断裂的同时,有6个H—H键形成
解析 这是化学键与化学平衡综合的题目。N≡N ( http: / / www.21cnjy.com )键断裂与H—H键断裂表示的都是正反应,B项错;1个N≡N键断裂的同时有6个H—H键形成,虽然分别代表正、逆反应速率,v正(N2)=6v逆(H2),但是正、逆反应速率不等,D项错。
答案 AC
4. 一定温度下在容积恒定的密闭容器中,进行反应2A(s)+3B(g)C(g)+2D(g),当下列物理量不发生变化时,能作为该反应已达到化学平衡状态的标志是 ( )
①混合气体的密度 ②容器内气体的压强 ③混合气体总物质的量 ④B的物质的量浓度
A. ①④ B. ②③ C. ②③④ D. ④
解析 变化的量不变了说明达到 ( http: / / www.21cnjy.com )了平衡状态,气体的质量会随着反应的进行发生变化,密度也会随着变化,B的物质的量浓度也会随着反应的进行发生变化,①④正确;混合气体总物质的量、压强一直不变,不能作为平衡的标志,②③错误。
答案 A
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第26~27页中的练习。
第三课时 化学平衡常数
课堂导学
新课引入
同一个可逆反应,外界条件不同,反 ( http: / / www.21cnjy.com )应进行的限度就不同;不同反应在相同外界条件下进行的程度也不同。化学上如何来衡量一个化学反应进行的限度大小呢
目标导学(见学生用书第30~31页)
化学平衡常数
对于反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),K=(固体和纯液体的浓度为常数,通常不计入平衡常数表达式中)。
注意:
(1) 对于同一反应,温度不同时,K值越大,反应物的转化率越高,正反应进行的程度越大。
(2) 对于一个可逆反应,其K值仅随温度的改变而改变,即温度一定、K值一定,不随其他外界条件的改变而改变。
(3) K值的大小只能大致说明一个可逆反应的正向反应所进行的最大限度,并不能预示反应达到平衡所需要的时间。如298 K时,2SO2(g)+O22SO3(g) 的K(=3.6×1024)很大,但由于速率太慢,常温时,几乎不发生反应。
(4) 化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。①若反应方向改变,则平衡常数改变。正、逆反应的平衡常数互为倒数;②若化学方程式中各物质的计量数等倍扩大或缩小,平衡常数也会改变。例如N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡常数为K1,N2(g)+H2(g)NH3(g)的平衡常数为K2,NH3(g)N2(g)+H2(g)的平衡常数为K3,则K1和K2的关系式为K1=,K2和K3的关系式为K2=。
例题1 298 K时,各反应的平衡常数如下:
①N2(g)+O2(g)2NO(g) K=1×1030
②2H2(g)+O2(g)2H2O(g) K=2×1081
③2CO2(g)2CO(g)+O2(g) K=4×10-92
则常温下,NO、H2O、CO2这三种化合物分解放氧的倾向最大的是 ( )
A. ① B. ②
C. ③ D. 无法判断
解析 要判断NO、H2O、CO2这三种化合物分解放氧的倾向,则必须求出各个分解放氧反应的平衡常数,然后比较大小即可。由计算可知:
①2NO(g)N2(g)+O2(g) K=1×10-30
②2H2O(g)2H2(g)+O2(g) K=5×10-82
③2CO2(g)2CO(g)+O2(g) K=4×10-92
平衡常数越大,表示反应进行得越彻底,因此反应①即NO分解放氧的倾向最大。
答案 A
有关化学平衡常数的计算
对化学反应:aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)
K=(注意要用各物质的平衡浓度代入而不能仅用物质的量代入)
例题2 在容积为1 L的恒容容器中,合成甲醇的热化学方程式:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1=-116 kJ·mol-1,当温度分别为230 ℃、250 ℃和270 ℃时,CO的转化率与的起始组成比的关系如下图所示。起始时CO的物质的量均为1 mol。利用图中a点对应的数据,计算该反应在对应温度下的平衡常数K(写出计算过程)。
( http: / / www.21cnjy.com )
答案 根据图像可知a点对应的CO的转化率为50%,H2的物质的量为1.5 mol。
CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)
起始浓度/mol·L-1 1 1.5 0
转化浓度/mol·L-1 0.5 1 0.5
平衡浓度/mol·L-1 0.5 0.5 0.5
K===4
有关化学平衡的计算
有关化学平衡的计算一般涉及各组分的物质的量 ( http: / / www.21cnjy.com )、浓度、转化率、百分含量、气体混合物的密度、平均摩尔质量、压强等。通常的思路是写出平衡式,列出相关量(起始量、变化量、平衡量),确定各量之间的关系,列出比例式、等式或依据平衡常数求解。
如以下反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量(mol)分别为a、b,达到平衡后,A的消耗量为mx,容器容积为V L。
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
起始/mol: a b 0 0
变化/mol: mx nx px qx
平衡/mol: a-mx b-nx px qx
则有:
(1) K=
(2) 对于反应物:n(平)=n(始)-n(变);对于生成物:n(平)=n(始)+n(变)。
(3) c平(A)=
(4) α(A)平=×100%,α(A)∶α(B)=∶=
(5) φ(A)=×100%
(6) =
(7) (混)= g·L-1
(8) = g·mol-1
例题3 已知:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-25 kJ·mol-1,某温度下的平衡常数为400。此温度下,在1 L的密闭容器中加入CH3OH,反应到某时刻测得各组分的物质的量浓度如下表,下列说法正确的是( )
物质 CH3OH CH3OCH3 H2O
c/mol·L-1 0.8 1.24 1.24
A. 平衡后升高温度,平衡常数不变
B. 平衡时,c(CH3OCH3)=1.6 mol·L-1
C. 平衡时,反应混合物的总能量减少40 kJ
D. 平衡时,再加入与起始等量的CH3OH,达新平衡后平衡常数变大
解析 升高温度平衡常数发生变化,选项A错误;
2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g);
某时刻量/mol·L-1 0.8 1.24 1.24
变化量/mol·L-1 2x x x
平衡量/mol·L-1 0.8-2x 1.24+x 1.24+x
=400,解得x=0.36 mol·L-1,平衡时,c(CH3OCH3)=1.24+x =1.6 mol·L-1,所有CH3OCH3(g)都是生成的量,故ΔE=Δn(CH3OCH3)×25 kJ·mol-1=1.6 mol×25 kJ·mol-1=40 kJ,选项B、C正确;平衡常数与浓度无关,选项D错误。
答案 BC
备讲例题
( http: / / www.21cnjy.com )
1. 25 ℃时,在含有Pb2+、Sn2+的某溶液中,加入过量金属锡(Sn),发生反应Sn(s)+Pb2+(aq)Sn2+(aq)+Pb(s),体系中c(Pb2+)和c(Sn2+)用变化关系如下图所示。下列判断正确的是( )
A. K=
B. 往平衡体系中加入少量Sn(NO3)2固体,此时正、逆反应速率都增大
C. 25 ℃时,该反应的平衡常数K1=2.2
D. 25 ℃时,Sn2+(aq)+Pb(s)Sn(s)+Pb2+(aq)的平衡常数为K2,则K1·K2=1
解析 固体不列入平衡常数的表达式,A项错误;加入Sn(NO3)2固体瞬间,c(Sn2+)增大,c(Pb2+)不变,所以,逆反应速率增大,正反应速率不变,B项错误;由图可知,平衡时c(Sn2+)=0.22 mol·L-1,c(Pb2+)=0.10 mol·L-1,所以平衡常数K==2.2,C项正确;在同一温度下,同一反应的正、逆反应平衡常数互为倒数,D项正确。
答案 CD
课堂评价(见学生用书第31~32页)
1. 用于净化汽车尾气的反应:2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g),已知该反应速率极慢,570 K时平衡常数为1×1059。下列说法正确的是 ( )
A. 装有尾气净化装置的汽车排出的气体中一定不再含有NO或CO
B. 因为反应的平衡常数极大,所以反应速率极快,达到平衡所需的时间很短
C. 加入高效催化剂,可以提高反应的速率,但平衡常数不变
D. 570 K时该反应正向进行的程度很大,故使用催化剂并无实际意义
解析 在一个可逆反应中,反应物不可能全 ( http: / / www.21cnjy.com )部转化为生成物,故排出的气体中一定还含有NO和CO,A项错;平衡常数为1×1059,表明在570 K时,绝大部分的反应物能转化为生成物,但是反应速率慢,仍然需要使用催化剂,B、D项错;平衡常数仅和温度有关,加入催化剂可以加快反应速率,平衡常数不变,C项正确。
答案 C
2. 2 000 K时,反应CO(g)+O2(g)CO2(g)的平衡常数为K,则相同温度下反应 2CO2(g)2CO(g)+O2(g)的平衡常数K'为( )
A. B. K2 C. D.
解析 平衡常数与化学方程式的写法有关,对于以上两个反应:K=、K'=,所以K'=。
答案 C
3. 某温度下,反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)的平衡常数为400,此温度下,在容积一定的密闭容器中加入CH3OH,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:
物 质 CH3OH CH3OCH3 H2O
浓度/mol·L-1 0.44 0.6 0.6
下列说法正确的是 ( )
A. CH3OH的起始浓度为1.04 mol·L-1
B. 此时逆反应速率大于正反应速率
C. 平衡时CH3OH的浓度为0.04 mol·L-1
D. 平衡时CH3OH的转化率小于80%
解析 根据某一时刻各物质的浓度判断,起始CH3OH的浓度为0.44 mol·L-1+0.6 mol·L-1×2=1.64 mol·L-1,A项不正确;设该温度下达平衡时,CH3OCH3的浓度为x mol·L-1,则c(H2O)=x mol·L-1,c(CH3OH)=(1.64-2x) mol·L-1,K===400,解得x=0.8,故平衡时CH3OH的浓度为(1.64-2x)mol·L-1=0.04 mol·L-1,C项正确;因为平衡时CH3OH的浓度为0.04 mol·L-1,所以表中数据所在该时刻未达到平衡,则此时正反应速率大于逆反应速率,B项错误;CH3OH的转化率为×100%=×100%≈97.6%>80%。
答案 C
4. 700 ℃时,向容积为2 L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O,发生反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。反应过程中测定的部分数据见下表(表中t1>t2):
反应时间/min n(CO)/mol H2O/mol
0 1.20 0.60
t1 0.80
t2 0.20
试求700 ℃时该反应的平衡常数。
解析 t1时,参与反应的CO的物质 ( http: / / www.21cnjy.com )的量为0.40 mol,则参与反应的H2O的物质的量也为0.40 mol,那么,t1时H2O物质的量为0.20 mol,比较t1、t2可知,t1时反应已经达到平衡状态,那么,生成的CO2、H2的物质的量为0.40 mol,则平衡时各物质的物质的量浓度分别为c(CO)=0.40 mol·L-1、c(H2O)=0.10 mol·L-1、c(CO2)=0.20 mol·L-1、c(H2)=0.20 mol·L-1,代入平衡常数表达式计算即可。
答案 1
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第28~29页中的练习。
第三单元 化学平衡的移动
第一课时 化学平衡的移动
课堂导学
新课引入
化学平衡状态是建立在一定条件基础 ( http: / / www.21cnjy.com )上的,当一个可逆反应达到化学平衡状态后,如果改变浓度、压强、温度等反应条件,平衡状态是否会发生变化呢 工业合成氨的条件为什么选择高温、高压、催化剂呢
目标导学(见学生用书第33~34页)
浓度、压强对化学平衡移动的影响
1. 浓度对化学平衡移动的影响
基本规律:在其他条件不变的情况下,增大 ( http: / / www.21cnjy.com )反应物浓度或减小生成物浓度,平衡向正反应方向移动;减小反应物浓度或增大生成物浓度,平衡向逆反应方向移动。
注意:增加固体或纯液体的量,由于浓度不变,所以化学平衡不移动。
2. 压强对化学平衡移动的影响
基本规律:其他条件不变时,对于有气 ( http: / / www.21cnjy.com )体参加的反应,增大压强,会使平衡向着气体体积减小的方向移动;减小压强,会使平衡向着气体体积增大的方向移动。但是压强改变,对于有气体参与而反应前后气态物质化学计量数不变的反应来说,平衡不移动。
正向气体体积变化 减小 增大 增大 减小
平衡移动原因 加压 加压 减压 减压
速率变化 v(正)、v(逆)同时增大,但v'(正)>v'(逆) v(逆)、v(正)同时增大,但v'(逆)>v'(正) v(正)、v(逆)同时减小,但v'(正)>v'(逆) v(正)、v(逆)同时减小,但v'(逆)>v'(正)
平衡移动方向 正向移动 逆向移动 正向移动 逆向移动
注意:①若容器恒温恒容,充入惰性 ( http: / / www.21cnjy.com )气体虽改变了容器内气体的总压强,但却没有改变气体的浓度,故平衡不移动,转化率不变;②若容器恒温恒压,充入惰性气体会使容器的容积增大,虽未减小容器内气体的总压强,但降低了各物质的浓度,从而使平衡向气体体积增大的方向移动。若正向移动,转化率增大;若逆向移动,转化率减小。
例题1 在一密闭容器中,反应mA(g)+nB(g)3C(g)达到平衡时,测得c(A)=0.5 mol·L-1。在温度不变的情况下,将容器体积增大一倍,当达到新的平衡时,测得c(A)=0.20 mol·L-1。下列判断正确的是 ( )
A. A的质量分数减小
B. 化学计量数:m+n>3
C. 平衡向右移动
D. 物质C的体积分数减小
解析 根据将容器体积增大一倍,当达到新 ( http: / / www.21cnjy.com )的平衡时,测得c(A)小于原浓度的一半,即平衡向正反应方向移动,可知m+n<3,A的质量分数变小,A选项正确,B选项错误;平衡向正反应方向移动,C选项正确;物质C的体积分数增大,D选项错误。
答案 AC
温度、催化剂对化学平衡移动的影响
1. 温度对化学平衡移动的影响
基本规律:其他条件不变的情况下,升高温度,平衡向吸热方向移动;降低温度,平衡向放热方向移动。
2. 催化剂对化学平衡移动的影响
由于催化剂能够同等程度地增加正反应速率和逆反应速率,因此,它对化学平衡的移动没有影响。但是使用催化剂,能改变反应到达平衡所需的时间。
例题2 反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在恒容密闭容器中进行。为探究温度、CO2等因素对该反应的影响,进行了4组实验,结果如下表。下列说法不正确的是 ( )
组序号 1 2 3 4
反应温度/℃ 225 235 225 235
反应前气体的物质的量/mol CO2 0 0 0.2 0.2
CO 3.0 3.0 2.8 2.8
H2 7.0 7.0 7.0 7.0
平衡时CH3OH的体积分数/% 4.9 8.8 36.5 50.7
A. 反应CO(g)+2H2(g)2CH3OH(g)的ΔH<0
B. 当容器中压强不变时,说明可逆反应达到平衡
C. 根据表中信息,说明CO2是该反应的催化剂
D. 少量CO2能提高平衡时CH3OH的体积分数
解析 选择1、2组实验数 ( http: / / www.21cnjy.com )据比较,温度升高、CH3OH的体积分数增大,平衡正移,正反应吸热,ΔH>0,选项A的说法错误;反应前后气体的计量数不同,压强不变时可以说明达平衡状态,选项B的说法正确;选择1、3组实验数据比较,少量CO2能提高平衡时CH3OH的体积分数,CO2不是催化剂,选项C的说法错误、选项D的说法正确。
答案 AC
勒夏特列原理(平衡移动原理)
如果改变影响平衡的条件之一(如温度、压强,以及参加反应的化学物质的浓度),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。平衡移动的实质是因为条件的变化打破了正、逆反应速率相等的关系。v(正)>v(逆),正向移动;v(正)
反应物浓度增大 增大 不变 v(正)>v(逆) 向右 固体或纯液体浓度视为固定不变
生成物浓度减小 不变 减小
反应物浓度减小 减小 不变 v(正)
升高温度 正反应吸热 增大 增大 v(正)>v(逆) 向右 升高或降低温度,v(正)、v(逆)增加或减小程度不同
正反应放热 增大 增大 v(正)
正反应放热 减小 减小 v(正)>v(逆) 向右
压缩体积,增大压强 m+n>p+q 增大 增大 v(正)>v(逆) 向右 反应物产物都是固体或液体,压强对平衡无影响
m+n=p+q 增大 增大 v(正)=v(逆) 不移动
容积不变,充入He 不变 不变 v(正)=v(逆) 不移动 分压不变
压强不变,充入He m+n>p+q 减小 减小 v(正)
m+n
例题3 下列事实能用勒夏特列原理来解释的是 ( )
A. 由H2(g)、I2(g)、HI(g)组成的混合气体平衡体系加压后颜色加深
B. 久置的氯水变成了稀盐酸
C. 在FeCl2溶液中加入铁粉防止氧化变质
D. 加入催化剂有利于SO2与O2反应制SO3
解析 A选项,由于反应2HI(g)H2(g)+I2(g)反应前后气体分子数相等,加压后平衡不移动,颜色加深是由于浓度变大的原因,故错误;B选项,Cl2+H2OHCl+HClO,2HClO2HCl+O2 ↑,由于次氯酸见光会分解,消耗了次氯酸,使第一个可逆反应向正方向进行,不断的消耗了氯气,最终变为盐酸,故正确;C选项,在FeCl2溶液中加入铁粉,是防止发生氧化还原反应,与勒夏特列原理无关,故错误;D选项,加入催化剂反应平衡不移动,故错误。
答案 B
化学平衡常数与化学平衡的移动
1. K可用于判断化学反应是否达到平衡状态及平衡移动方向。如对化学反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)的任意状态,浓度商Qc=。①若Qc=K,反应达到平衡状态;②若Qc
2. K可用于判断反应的热效应。若升高温度,K值增大,则正反应为吸热反应;若升高温度,K值减小,则正反应为放热反应。
例题4 某温度下反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K=57.0,现向此温度下的真空容器中充入0.2 mol·L-1 H2(g)、0.5 mol·L-1 I2(g)及0.3 mol·L-1 HI(g),则下列说法正确的是 ( )
A. 反应正好达平衡
B. 反应向左进行
C. 反应向某方向进行一段时间后K<57.0
D. 反应向某方向进行一段时间后c(H2)<0.2 mol·L-1
解析 Q===0.9
备讲例题
1. 下列对化学平衡移动的分析不正确的是( )
①已达平衡的反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),当增加反应物的物质的量时,平衡一定向正反应方向移动
②已达平衡的反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),当增大N2的浓度时,平衡向正反应方向移动,N2的转化率一定升高
③有气体参加的反应平衡时,若减小反应器容积时,平衡一定向气体体积增大的方向移动
④有气体参加的反应达平衡时,在恒压反应器中充入稀有气体,平衡一定不移动
A. ①④ B. ①②③
C. ②③④ D. ①②③④
解析 ①增加固体C的量,由于浓度不 ( http: / / www.21cnjy.com )变,所以化学平衡不移动;②增大反应物N2的浓度,平衡向正反应方向移动,H2的转化率升高,但N2的转化率降低;③有气体参加的反应达平衡时,若减小反应器容积即增大压强,平衡一定向气体体积减小的方向移动;④有气体参加的反应达平衡时,在恒压反应器中充入稀有气体,会使容器的容积增大,降低了各物质的浓度,从而使平衡向气体体积增大的方向移动。
答案 D
( http: / / www.21cnjy.com )
2. 向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2,在一定条件下使反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)达到平衡,正反应速率随时间变化如右图所示。由图可得出的正确结论是 ( )
A. 反应在c点达到平衡状态
B. 反应物浓度:a点小于b点
C. 反应物的总能量低于生成物的总能量
D. Δt1=Δt2时,SO2的转化率:a~b 段小于b~c段
解析 这是一个反应前后气 ( http: / / www.21cnjy.com )体体积不变的可逆反应,由于容器恒容,因此压强不影响反应速率只考虑温度和浓度的影响。由图可以看出随着反应的进行正反应速率逐渐增大,因为只要开始反应,反应物浓度就要降低,反应速率应该降低,但此时正反应却是升高的,这说明此时温度的影响是主要的,由于容器是绝热的,因此只能是放热反应,从而导致容器内温度升高、反应速率加快,C项不正确;但当到达c点后正反应速率反而降低,这么说此时反应物浓度的影响是主要的,因为反应物浓度越来越小了,但反应不一定达到平衡状态,所以A、B项均不正确;正反应速率越快,消耗的二氧化硫就越多,D项正确。
答案 D
课堂评价(见学生用书第34~35页)
1. 在FeCl3溶液中滴加无色的KSCN溶液后,有以下可逆反应存在:FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl。已知Fe(SCN)3呈血红色,则在该平衡体系中加入少量KCl晶体后(忽略溶液体积的变化),红色将 ( )
A. 变深 B. 变浅 C. 不变 D. 无法确定
解析 加入KCl,溶液中K+、Cl-浓度变大,但是K+、Cl-不参与离子反应Fe3++3SCN-Fe(SCN)3,所以对该平衡无影响。
答案 C
2. 将1.0 mol PCl3和1.0 mol Cl2充入体积不变的密闭容器中,一定条件下发生反应:PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g),达到平衡时PCl5为0.3 mol·L-1,如果此时再充入1.0 mol PCl3和1.0 mol Cl2,在相同温度下再达到平衡时,PCl5的物质的量浓度是 ( )
A. 0.6 mol·L-1
B. 大于0.3 mol·L-1,小于0.6 mol·L-1
C. 大于0.6 mol·L-1
D. 小于0.3 mol·L-1
解析 构造等效平衡,1.0 mol ( http: / / www.21cnjy.com ) PCl3和1.0 mol Cl2充入体积为V的容器中,2.0 mol PCl3和2.0 mol Cl2充入体积为2V的容器中,平衡时PCl5为0.3 mol·L-1,但实际的体积是V,则相当于加压,平衡右移,PCl5的物质的量浓度大于0.6 mol·L-1,C项正确。
答案 C
3. 某温度下,体积一定的密闭容器中进行如下可逆反应:X(g)+Y(g)Z(g)+W(s) ΔH>0,下列叙述正确的是 ( )
A. 加入少量W,逆反应速率增大
B. 升高温度,平衡逆向移动
C. 平衡后加入X,上述反应的ΔH增大
D. 当容器中气体压强不变时,反应达到平衡
解析 W为固体,其浓度可视为常数,所以加入少量W,逆反应速率不变,平衡不移动,A项错误;该反应为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,B项错误;对于一个确定的化学方程式,其ΔH是一个定值,平衡后加入X,平衡正移,体系的热效应改变,但是X(g)+Y(g)Z(g)+W(s)的ΔH不变,C项错误;该反应正向反应气体体积减小,所以当容器中气体压强不变时,反应达到平衡,D项正确。
答案 D
4. 温度为T时,向V L的密闭容器中充入一定量的A和B,发生反应:A(g)+B(g)C(s)+xD(g) ΔH>0,容器中A、B、D的物质的量浓度随时间的变化如下图所示。下列说法正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. 反应在前10 min的平均反应速率v(D)=0.3 mol·L-1·min-1
B. 该反应的平衡常数表达式K=
C. 若平衡时保持温度不变,压缩容器体积平衡向逆反应方向移动
D. 反应至15 min时,改变的条件是降低温度
解析 从图中可以看出,A、B、D的浓度的变化之比是1 ∶ 1 ∶ 2,即x=2,v(D)==0.3 mol·L-1·min-1,A项正确;固体不出现在平衡表达式中,B项错;反应前后气体的化学计量数不变,压缩容器体积平衡不移动,C项错;反应至15 min时,速率减慢,A、B的物质的量增加,D的物质的量减少,推出改变的条件是降低温度,D项正确。
答案 AD
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第30~31页中的练习。
第二课时 化学平衡的图像分析
课堂导学
新课引入
化学反应速率和化学平衡的有关理论 ( http: / / www.21cnjy.com )具有一定的抽象性,运用各种图像能直观反映可逆反应的变化规律及特点,能从定性和定量两个方面来分析和研究变化的因素、方向和限度。
目标导学(见学生用书第36~37页)
化学平衡图像的解题策略
对于化学反应速率和化学平衡的有关图像问题,可按以下的方法进行分析:
(1) 看图像,认清坐标系,搞清纵 ( http: / / www.21cnjy.com )、横坐标所代表的意义,并与勒夏特列原理挂钩。所谓看图像,是指:一看轴(即横坐标和纵坐标的意义),二看点(即起点、折点、交点和终点),三看线(即线的走向和变化趋势),四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线等),五看量的变化(如温度、浓度、压强、转化率、产率、百分含量等的变化趋势)等,这是解题的基础。
(2) 紧扣可逆反应的特征,搞清正反应方向是吸热还是放热,体积是增大还是减小、不变,有无固体、纯液体物质参加或生成等。
(3) 看清速率的变化及变 ( http: / / www.21cnjy.com )化量的大小关系,注意图像的走向是否符合给定的反应,在条件与变化之间搭桥;也可以根据坐标的数据,判断反应物或生成物在化学方程式中的计量数,或据此求反应速率。
(4) 看清起点、拐点、终点,注意图像是否经过“原点”,即是否有“O”点,尤其是特殊点的意义,看清曲线的变化趋势。
(5) 先拐先平。例如,在转化率-时间图上,先出现拐点的曲线先达到平衡,此时逆向推理可得该变化的温度高、浓度大、压强高。
(6) 定一议二。勒夏特列原理只适用于一个条件的改变,所以图像中有多个变量时,先固定一个量,再讨论另外两个量的关系。
(7) 注意图像题中物质的转化率与百分含量的关系,某物质的转化率与其“百分数”相反。
例题1 T ℃时在2 L刚性密 ( http: / / www.21cnjy.com )闭容器中使X(g)与Y(g)发生反应生成Z(g)。反应过程中X、Y、Z的物质的量变化如图1所示;若保持其他条件不变,温度分别为T1和T2时,Y的体积分数φ(Y)与时间的关系如图2所示。则下列结论错误的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
图1
( http: / / www.21cnjy.com )
图2
( http: / / www.21cnjy.com )
图3
A. 容器中发生的反应可表示为3X(g)+Y(g)2Z(g)
B. 反应进行的前 4 min 内,用X表示的反应速率v(X)=0.15 mol·L-1·min-1
C. 保持其他条件不变,升高温度,反应的化学平衡常数K减小
D. 若改变反应条件,使反应进程如图3所示,则改变的条件是使用催化剂
解析 由图1可知:X、Y、Z的变化量之比等于3∶1∶2,A项正确;v(X)==0.075 mol·L-1·min-1,B项错;由图2可知此反应的正反应是吸热反应,升高温度平衡正移,平衡常数增大,C项错;图3与图1相比平衡未移动,达到平衡的时间变短,则改变的条件是使用催化剂,D项正确。
答案 BC
常见的化学平衡图像
1. 浓度—时间图像
解这类题的关键是弄清:①何为反应物、生成物;②反应物、生成物的计量数关系;③是否为可逆反应。
例题2 向某密闭容器中加入0.3 mol A ( http: / / www.21cnjy.com )、0.1 mol C和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应,各物质的浓度随时间变化如甲图所示[t0~t1阶段的c(B)变化未画出]。乙图为t2时刻后改变条件平衡体系中正、逆反应速率随时间变化的情况,且四个阶段都各改变一种反应条件且互不相同,t3~t4阶段为使用催化剂。下列说法正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
甲
乙
A. 若t1=15 s,用A的浓度变化表示t0~t1阶段的平均反应速率为0.004 mol·L-1·s-1
B. 该容器的容积为2 L,B的起始物质的量为0.02 mol
C. t4~t5阶段改变的条件一定为减小压强
D. t5~t6阶段,容器内A的物质的量减少了0.06 mol,而此过程中容器与外界的热交换总量为a kJ,该反应的热化学方程式:3A(g)B(g)+2C(g) ΔH=-50a kJ·mol-1
解析 向某密闭容器中加入0.3 mol A,图甲中A的初始浓度是0.15 mol·L-1,说明容器的体积是2 L,15 s,v(A)==0.006 mol·L-1·s-1,A项错;t3~t4阶段为使用催化剂,则t4~t5为减压,减压平衡不移动说明反应前后气体的化学计量数相等,A、C的浓度变化量之比是3∶2,其化学计量数之比是3∶2,则B是生成物,B的起始物质的量为0.04 mol,B项错、C项正确;t5~t6阶段,改变的条件是升温,升温平衡正移,正反应是吸热反应,该反应的热化学方程式:3A(g)B(g)+2C(g) ΔH=+50a kJ·mol-1,D项错。
答案 C
2. 速率—时间图像
平衡体系 条件变化 速率变化 平衡变化 速率变化曲线
任一平衡体系 增大反应物的浓度 v正、v逆均增大,且v正>v逆 正向移动 ( http: / / www.21cnjy.com )
减小反应物的浓度 v正、v逆均减小,且v逆>v正 逆向移动 ( http: / / www.21cnjy.com )
任一平衡体系 增大生成物的浓度 v正、v逆均增大,且v逆>v正 逆向移动 ( http: / / www.21cnjy.com )
减小生成物的浓度 v正、v逆均减小,且v正>v逆 正向移动 ( http: / / www.21cnjy.com )
正反应方向为气体体积增大的放热反应 增大压强或升高温度 v正、v逆均增大,且v逆>v正 逆向移动 ( http: / / www.21cnjy.com )
减小压强或降低温度 v正、v逆均减小,且v正>v逆 正向移动 ( http: / / www.21cnjy.com )
任一平衡体系 正催化剂或增大压强 v正、v逆同等倍数增大 平衡不移动 ( http: / / www.21cnjy.com )
负催化剂或减小压强 v正、v逆同等倍数减小 ( http: / / www.21cnjy.com )
例题3 某密闭容器中充入等物质的量的A和B,一定温度下发生反应A(g)+xB(g)2C(g),达到平衡后,只改变反应的一个条件,测得容器中物质的浓度、反应速率随时间变化如下图所示。下列说法正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com ) ( http: / / www.21cnjy.com )
A. 30 min时降低温度,40 min时升高温度
B. 化学方程式中x=1,正反应为放热反应
C. 该反应在第8 min时达到化学平衡状态
D. 30~40 min间该反应使用了催化剂
解析 改变浓度、压强会引起相关物质浓 ( http: / / www.21cnjy.com )度的突变,改变温度、使用催化剂只能引起物质浓度的渐变。由图像知,第8 min 时三种物质的浓度相同,20 min 时达到化学平衡状态。30 min 时三种物质的浓度同时缩小为原来的75%,反应速率减小,但正、逆反应速率仍然相等,所以30 min时增大了容器的容积。压强的变化对平衡移动没有影响,故该反应为反应前后气体体积不变的反应,所以x=1。40 min 时正、逆反应速率同时增大,说明温度升高,重新达到平衡状态后,反应物浓度增大,生成物浓度减小,平衡逆向移动,故正反应为放热反应。
答案 B
( http: / / www.21cnjy.com )
3. 温度、压强、转化率、时间等之间三重关系的图像
由右图可判断该反应的正反 ( http: / / www.21cnjy.com )应是气体体积增大的反应,理由是p1时反应达到平衡所用时间短,故p1>p2。从p1、p2的关系又可知,当压强大时,反应物的转化率α小,故知该反应的正反应是气体总体积增大的反应。
例题4 某密闭容器中,加入一定量的X和Y,发生如下反应:2X+Y2Z。不同温度时,产物Z的生成情况如右下图所示,a为T1 ℃时的情况,b为T2 ℃时的情况,c为从时间t3开始加压的情况,下列叙述正确的是 ( )
A. 反应2X+Y2Z的 ΔH<0
B. Z一定为气体,X一定为非气体
C. 升高温度,化学平衡向正反应方向移动
D. 若t2~t3段平衡常数为K1,t4后平衡常数为K2,则K1>K2
解析 T1 ℃时先达到平 ( http: / / www.21cnjy.com )衡,T1>T2,由T1到T2降温,n(Z)增大,平衡正移,反应放热,A项正确、C项错误;c为T2℃时从时间t3开始加压的情况,所以温度不变,平衡常数不变,K1=K2,加压后n(Z)减小,平衡逆向移动,说明Z一定为气体,X一定为非气体,B项正确、D项错误。
答案 AB
备讲例题
1. 在某一容积可变的密闭容器中,可逆反应A(g)+B(g)xC(g) ΔH符合图1所示关系。由此推断,对图2的说法不正确的是( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. ΔH<0
B. x=1
C. y轴表示混合气体的密度
D. y轴表示B的质量分数
解析 根据图1中三个状态下到达平衡的 ( http: / / www.21cnjy.com )时间可知,T1>T2、p1
课堂评价(见学生用书第37~38页)
1. 反应L(s)+aG(g)bR(g) 达到平衡时,温度和压强对该反应的影响如下图所示,图中压强p1>p2,x轴表示温度,y轴表示平衡混合气中G的体积分数。
( http: / / www.21cnjy.com )
据此可判断 ( )
A. 上述反应是放热反应
B. 上述反应是吸热反应
C. a>b
D. a
2. 合成氨反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
ΔH=-92.4 kJ·mol-1,在反应过程中,正反应速率的变化如下图。下列说法正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A. t1时升高了温度 B. t2时使用了催化剂
C. t3时增大了压强 D. t4时降低了温度
解析 t1时正反应速率增大,平衡向正反应 ( http: / / www.21cnjy.com )方向移动,改变条件应该是增大压强;t2时正反应速率增大且不再变化,说明平衡不移动,改变条件是使用了催化剂;t3时正反应速率减小且平衡向逆反应方向移动,改变条件应该是减小压强;t4时正反应速率不变,平衡向正反应方向移动,改变条件应该是减小生成物浓度。
答案 B
3. 如图所示,反应:X(g)+3Y(g)2Z(g) ΔH<0,在不同温度、不同压强(p1>p2)下,达到平衡时,混合气体中Z的百分含量随温度变化的曲线应为 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )A ( http: / / www.21cnjy.com )B
( http: / / www.21cnjy.com )C ( http: / / www.21cnjy.com )D
解析 根据反应可知,该反应为放热反应, ( http: / / www.21cnjy.com )且反应物计量数之和大于生成物计量数。增大压强,Z的百分含量应增大,升高温度Z的百分含量降低。选项中C图像符合。
答案 C
4. 在一个固定容积的密闭容器中,可发生以下反应:A(g)+B(g)xC(g),符合图1所示的关系[w(C)表示C的体积分数],由此推断关于图2的说法正确的是 ( )
( http: / / www.21cnjy.com )
图1
( http: / / www.21cnjy.com )
图2
A. p3>p4,y轴表示A的转化率
B. p3
D. p3
答案 AC
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第32~34页中的练习。
第三课时 等效平衡
课堂导学
新课引入
化学平衡状态与条件相关,而与建立平衡的途径无关。一定温度下,对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),在容积相同的三个容器中起始投料分别为:①2 mol SO2、1 mol O2;②2 mol SO3;③1 mol SO2、0.5 mol O2、1 mol SO3。达到平衡时三个容器内平衡状态有何关系
目标导学(见学生用书第39~40页)
等效平衡的定义及其理解
1. 等效平衡的定义
在一定条件(恒温、恒容或恒温、 ( http: / / www.21cnjy.com )恒压)下,同一可逆反应体系,不管是从正反应开始,还是从逆反应开始,在达到化学平衡状态时,任何相同组分的百分含量(体积分数、物质的量分数等)均相同,这样的化学平衡互称等效平衡。
2. 概念的理解
(1) 外界条件相同:通常可以是恒温、恒容或恒温、恒压。
(2) “等效平衡”与“完全相同的 ( http: / / www.21cnjy.com )平衡状态”不同: “等效平衡”只要求平衡混合物中各组分的物质的量分数(或体积分数)对应相同,反应的速率、压强等可以不同。
(3) 平衡状态只与始态有关,而与途径无关,只要物料相当,就达到相同的平衡状态。
例题1 一定温度时,向容积为2 L 的密闭容器中充入一定量的SO2和O2,发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。反应过程中测定的部分数据见下表(表中t1
0 0.10 0.060
t1 0.012
t2 0.016
A. 反应在0~t1 min内的平均速率为v(SO3)= mol·L-1·min-1
B. 保持其他条件不变,起始时向容器中充入0.10 mol SO3和0.010 mol O2,达到平衡时,n(SO2)=0.012 mol
C. 保持其他条件不变,升高温度,平衡时c(SO2)=0.007 0 mol·L-1,则反应的ΔH>0
D. 相同温度下,起始时向容器中充入0.050 mol SO2和0.030 mol O2,达到平衡时SO2的转化率小于88%
解析 v(SO3)=v(SO2)== mol·L-1·min-1,A项错;从表中的数据可以判断出,t1时反应已经达到平衡,平衡时n(SO2)=0.012 mol,c(SO2)=0.006 0 mol·L-1,保持其他条件不变,起始时向容器中充入0.10 mol SO3和0.010 mol O2,和原平衡是等效平衡,B项正确;升高温度,平衡时c(SO2)=0.007 0 mol·L-1,大于原平衡的浓度,升温平衡逆移,正反应放热,ΔH<0,C项错;原平衡SO2的转化率等于88%,相同温度下,起始时向容器中充入0.050 mol SO2和0.030 mol O2,相当于减压,平衡逆移,反应物的转化率减小,D项正确。
答案 BD
等效平衡的分类
1. 恒温、恒容下,反应前后气体体积发生变化的反应(即ΔV≠0的体系)
如果按化学方程式中的计量关系转化为同一半边的物质,其物质的量与对应组分的起始加入量相同,则建立的化学平衡状态是等效的。
结果:达到平衡后,各组分的百分含量及各组分的浓度都是相等的。
例如:
2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)
①2 mol 1 mol 0 mol
②0 mol 0 mol 2 mol
③0.5 mol 0.25 mol 1.5 mol
上述三种配比,按化学方程式的计量关系均转化为反应物,则SO2均为2 mol、O2均为1 mol,三者建立的平衡状态完全相同。
理解:化学平衡的建立与途径无 ( http: / / www.21cnjy.com )关,起始加反应物(或生成物),只要加入的物质极值转化后物质的量相等,又由于恒温恒容,此时的平衡不仅是等效的,而且是同一平衡。平衡时相同组分的物质的量、浓度、转化率及混合气体的密度、相对分子质量都相等。
例题2 在一定温度下,把2 mol SO2和1 mol O2通入一定容积的密闭容器中,发生如下反应:2SO2+O22SO3,当此反应进行到一定程度时反应混合物就处于化学平衡状态。现在该容器中维持温度不变,令a、b、c分别代表初始时加入的SO2、O2、SO3的物质的量(mol),如果a、b、c取不同的数值,它们必须满足一定的相互关系,才能保证达到平衡状态时,反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡完全相同。
(1) 若a=0,b=0,则c= 。
(2) 若a=0.5,则b= ,c= 。
(3) a、b、c的取值必须满足的一般条件是 、 。(请用两个方程式表示,其中一个只含a和c,另一个只含b和c)
解析 通过化学方程式2SO2+O22SO3可以看出,这是一个化学反应前后气体分子数不等的可逆反应,在恒温、恒容下建立同一化学平衡状态。起始时,无论怎样改变SO2、O2、SO3的物质的量,使化学反应从正反应开始,还是从逆反应开始,或者从正、逆反应同时开始,它们所建立起来的化学平衡状态的效果是完全相同的,即它们之间存在等效平衡关系。
(1) 若a=0,b=0,这说明反应是从逆反 ( http: / / www.21cnjy.com )应开始,通过化学方程式可以看出,反应从2 mol SO3开始,通过反应的化学计量数之比换算成SO2和O2的物质的量,恰好跟反应从2 mol SO2和1 mol O2的混合物开始是等效的,故c=2。
(2) 由于a=0.5<2,这表示反应从正 ( http: / / www.21cnjy.com )、逆反应同时开始,通过化学方程式可以看出,要使0.5 mol SO2反应需要同时加入0.25 mol O2才能进行,通过反应的化学计量数之比换算成SO3的物质的量与0.5 mol SO3是等效的。这时若再加入1.5 mol SO3就与起始时加入2 mol SO3是等效的,通过等价转换可知,与起始时加入2 mol SO2和1 mol O2是等效的。故b=0.25,c=1.5。
(3) 题中要求2 mol SO2和1 mol O2要与a mol SO2、b mol O2和c mol SO3建立等效平衡。由化学方程式可知,c mol SO3等价转换后与c mol SO2和 mol O2等效,也就是说(a+c)mol SO2和b+mol O2与a mol SO2、b mol O2和c mol SO3等效,也就是与2 mol SO2和1 mol O2等效。故有a+c=2,b+=1。
答案 (1) 2 (2) 0.25 1.5
(3) a+c=2 b+=1(或2b+c=2)
2. 恒温、恒容下,反应前后气体体积没有变化的反应(即ΔV=0的体系)
如果按化学方程式的计量关系转化为同一半边的物质,其物质的量之比与对应组分的起始加入量之比相同,则建立的化学平衡状态是等效的。
结果:达到平衡后,各组分的百分含量相同,但各组分的浓度并不一定相同。
例如:2A(g)+3B(g)5C(g)
①2mol 3mol 0
②0 0 10mol
③amol bmol cmol
如果此时满足=
则①、②、③建立的化学平衡状态等效。
理解:以上述反应为例,在等温时分别在1 L的 ( http: / / www.21cnjy.com )容器Ⅰ和2 L的容器Ⅱ中加入2 mol A、3 mol B和4 mol A、6 mol B。容器Ⅱ中间有可抽动的隔板(隔板的体积忽略),此时容器Ⅱ左右两边的反应与容器Ⅰ完全相同,则达平衡时容器Ⅱ左右两边的反应与容器Ⅰ相同组分的物质的量、浓度、转化率及混合气体的密度、相对分子质量都相等。然后抽开隔板,由于浓度、温度、压强没变,根据勒夏特列原理,平衡不移动。此时容器Ⅱ中的组分的物质的量是容器Ⅰ中相同组分的2倍。然后压缩容器Ⅱ至1 L,由于该反应是气体体积不变的反应,增大压强,平衡不移动。所以两反应平衡时是等效的,且相同组分的物质的量存在倍数的关系。如下图所示:
( http: / / www.21cnjy.com )
例题3 CO与H2O(g)在一定条件下可以发生反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH<0。820 ℃时,在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中,起始时按照下表进行投料,下列判断正确的是 ( )
起始物质的量 甲 乙 丙
n(H2O)/mol 0.10 0.20 0.20
n(CO)/mol 0.10 0.10 0.20
A. 甲容器中平均反应速率v(CO)与乙容器中平均反应速率v(CO)相同
B. 该反应的平衡常数表达式为K=
C. 平衡时,甲容器中CO的转化率与丙容器中CO的转化率相同
D. 平衡时,乙中c(H2O)是甲中的2倍
解析 乙容器中的水蒸气的浓度大于甲容器,和一氧化碳的碰撞就多,反应速率就快,A项错;该反应的平衡常数表达式为K=,B项错;甲容器对丙容器相当于减压,而减压对该反应来说平衡不移动,C项正确;对于D可以构造等效平衡,若乙容器中的CO也是0.2 mol,则平衡时,乙中c(H2O)是甲中的2倍,现在相当于达到平衡后减少0.1 mol CO,平衡逆移,c(H2O)浓度变大,D项错。
答案 C
3. 恒温、恒压条件下
如果按化学方程式的计量关系转化为同一半边的物质,其物质的量之比与对应组分的起始加入量之比相同,则建立的化学平衡状态是等效的。
结果:达到平衡后,各组分的百分含量相同,但各组分的浓度并不一定相同。
例题4 已知甲为恒温、恒压容器 ( http: / / www.21cnjy.com ),乙为恒温、恒容容器。两容器中均充入2 mol SO2、1 mol O2,初始时两容器的温度、体积相同。一段时间后反应达到平衡,为使两容器中的SO2在平衡混合物中的物质的量分数相同,下列措施可行的是( )
A. 向甲容器中充入一定量的氦气
B. 向乙容器中充入一定量的SO3气体
C. 升高乙容器的温度
D. 增大甲容器的压强
解析 甲容器相对乙容器是加压,为使两容器中的 ( http: / / www.21cnjy.com )SO2在平衡混合物中的物质的量分数相同,则可以使甲容器逆移或使乙容器正移,A、B项正确;C、D项错。
答案 AB
备讲例题
1. 如下图所示,向A中充入 2 mol X和2 mol Y,向B中充入1 mol X和1 mol Y,起始VA=VB=a L,在相同温度和有催化剂的条件下,两容器中各自发生下列反应:X(g)+Y(g)2Z(g)+W(g) ΔH>0。达到平衡时,VB=1.2a L,则下列说法正确的是 ( )
①反应开始时,A容器中化学 ( http: / / www.21cnjy.com )反应速率快 ②B容器中X的转化率为40%,且比A容器中X的转化率大 ③打开活塞K达新平衡后,B容器体积为2.6a L ④打开K,同时升高A、B的温度,达新平衡后,B的体积变大 ( )
A. ①②③ B. ①②③④
C. ②④ D. ④
解析 A中物质的浓度大、压强高,反应速率快,①正确;根据三段法计算 B容器中X的转化率为40%,且A中压强大于B,平衡逆向移动,B中X的转化率比A容器中大,②正确;根据题意,打开活塞K前后反应达平衡时是属于恒温、恒压条件下的等效平衡,且相同组分的物质的量存在倍数的关系,打开活塞K前,B中的起始总物质的量是2 mol,打开活塞K后,A、B连通,其起始总物质的量是6 mol,所以打开活塞K前后平衡时物质的量的之比是1∶3。根据pV=nRT可知=,所以打开活塞K后平衡时AB总体积是1.2a L×3=3.6a L,则打开活塞K平衡后B的体积为(3.6a-a)L=2.6a L,③正确;因为该反应为吸热反应,升温平衡正移,气体体积增大,所以打开K,同时升高A、B的温度,达新平衡后,B的体积变大,④正确。
答案 B
课堂评价(见学生用书第40~41页)
1. T1℃时,向容积为2 L的密闭容器中充入一定量的A气体和B气体,发生如下反应:A(g)+2B(g)C(g)。反应过程中测定的部分数据见下表:
反应时间/min n(A)/mol n(B)/ mol
0 1.00 1.20
10 0.50
30 0.20
下列说法正确的是 ( )
A. 前10 min内反应的平均速率为v(C)=0.050 mol·L-1·min-1
B. 保持其他条件不变,起始时向容器中充入0.50 mol A气体和0.60 mol B气体,达到平衡时,n(C)<0.25 mol
C. 若密闭容器体积可变,其他条件不变,在达到平衡后持续缩小容器体积,则平衡一直会正向移动
D. 温度为T2 ℃时(T1>T2),上述反应平衡常数为20,则正反应为放热反应
解析 前10 min内反应的平均速率为v(C)=v(A)==0.025 0 mol·L-1·min-1,A项错;原平衡时生成的n(C)=0.5 mol,现在投料的物质的量减半,若平衡不移动,生成的n(C)=0.25 mol,实际上相当于原平衡是减压,平衡逆移,n(C)<0.25 mol,B项正确;其他条件不变,在达到平衡后持续缩小容器体积,物质的聚集状态会改变,平衡可能出现不移动或逆向移动,C项错;原反应的平衡常数是100,降温后平衡常数减小了,说明正反应是吸热反应,D项错。
答案 B
2. 已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-197 kJ·mol-1,按不同方式向甲、乙和丙3个相同容器内投入反应物,且保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下表:
容器 甲 乙 丙
反应物投入量 2 mol SO2、1 mol O2 1 mol SO2、0.5 mol O2 2 mol SO3
k1 k2 k3
反应的能量变化 放出a kJ 放出b kJ 吸收c kJ
气体密度 ρ1 ρ2 ρ3
反应物转化率 α1 α2 α3
下列关系式正确的是 ( )
A. k1=k3
C. α2+α3>1 D. 2b+c>197
解析 按照化学计量数之比投 ( http: / / www.21cnjy.com )料,二氧化硫与氧气的物质的量浓度之比恒为2,A项错;恒容容器密度之比等于气体质量之比,m(甲)=m(丙)>m(乙),B项正确;容器甲、丙等效,容器甲中反应物的转化率与容器丙中SO3的转化率之和等于1,乙容器对于甲容器相当于减压,平衡逆移,反应物的转化率减小,故乙、丙中反应物的转化率之和小于1,C项错;a+c=197,2b
3. 某温度下,H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)的平衡常数K=。该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中,投入H2(g)和CO2(g),其起始浓度如下:
起始浓度 甲 乙 丙
c(H2)/mol·L-1 0.010 0.020 0.020
c(CO2)/mol·L-1 0.010 0.010 0.020
下列判断不正确的是 ( )
A. 平衡时,乙中CO2的转化率大于60%
B. 平衡时,甲和丙中H2的转化率均是60%
C. 平衡时,丙中c(CO2)是甲中的2倍,是0.012 mol·L-1
D. 反应开始时,丙中的反应速率最快,甲中的反应速率最慢
解析 设转化的CO2的物质的量为x mol。
H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)
起始量/mol·L-1:
0.01 0.01 0 0
转化量/mol·L-1:
x x x x
平衡量/mol·L-1:
0.01-x 0.01-x x x
K==,解得x=0.006。
所以甲中CO2的转化率为60%。
H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g),该反应为气体体积不变的反应,在恒温、恒容下,只要投料成比例即为等效平衡,故甲、丙为等效平衡。达到平衡后,H2的转化率相等,B项正确;平衡时,丙中CO2的转化量为0.012 mol·L-1,平衡量为0.008 mol·L-1,C项错误;乙相当于向甲平衡体系再充入H2,所以乙中CO2的转化率大于60%,A项正确;反应物浓度越大,反应速率越快,D项正确。
答案 C
4. 一定条件下存在反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),其正反应放热。现有三个相同的2 L恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,在Ⅰ中充入1 mol CO和1 mol H2O,在Ⅱ中充入1 mol CO2和1 mol H2,在Ⅲ中充入2 mol CO和2 mol H2O,700 ℃条件下开始反应。达到平衡时,下列说法正确的是 ( )
A. 容器Ⅰ、Ⅱ中正反应速率相同
B. 容器Ⅰ、Ⅲ中反应的平衡常数相同
C. 容器Ⅰ中CO的物质的量比容器Ⅱ中的多
D. 容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和小于1
解析 在Ⅰ中充入1 mol CO和1 ( http: / / www.21cnjy.com ) mol H2O,在Ⅱ中充入1 mol CO2和1 mol H2,刚开始时,容器Ⅰ中正反应速率最大,容器Ⅱ中正反应速率为0,达到平衡时,容器Ⅰ中温度大于700 ℃,容器Ⅱ中温度小于700 ℃,所以容器Ⅰ中正反应速率大于容器Ⅱ中正反应速率,A项错;容器Ⅲ可看成容器Ⅰ体积压缩一半,各物质浓度增加一倍,若温度恒定,则平衡不移动,但恒容绝热的情况下,容器Ⅲ中温度比容器Ⅰ中高,更有利于平衡向逆反应方向移动,故平衡常数容器Ⅲ小于容器Ⅰ,B项错;若温度恒定,容器Ⅰ、Ⅱ等效,但两者温度不等,达到平衡时,容器Ⅰ中温度大于700 ℃,容器Ⅱ中温度小于700 ℃,有利于容器Ⅰ平衡向逆反应方向移动,有利于容器Ⅱ平衡向正反应方向移动,故容器Ⅰ中CO的物质的量比容器Ⅱ中的多,C项正确;若温度恒定,容器Ⅰ、Ⅱ等效,容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和等于1,但两者温度不等,达到平衡时,容器Ⅰ中温度大于700 ℃,容器Ⅱ中温度小于700 ℃,有利于容器Ⅰ平衡向逆反应方向移动,有利于容器Ⅱ平衡向正反应方向移动,故容器Ⅰ中CO的转化率相应减小,容器Ⅱ中CO2的转化率同样会相应减小,因此,容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和小于1,D项正确。
答案 CD
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《练习本》第35~36页中的练习。
专题2复习课
单元网络(见学生用书第41页)
( http: / / www.21cnjy.com )
单元整合(见学生用书第42~43页)
化学反应速率
( http: / / www.21cnjy.com )
例题1 合成氨反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。图1表示在一定的温度下此反应过程中的能量的变化,图2表示在2 L的密闭容器中反应时N2的物质的量随时间的变化曲线。图3表示在其他条件不变的情况下,改变起始物氢气的物质的量对此反应平衡的影响。
( http: / / www.21cnjy.com )图1 ( http: / / www.21cnjy.com )图2
( http: / / www.21cnjy.com )图3
下列说法正确的是 ( )
A. 该反应为自发反应,由图1可得加入适当的催化剂,E和ΔH都减小
B. 图2中0~10 min内该反应的平 ( http: / / www.21cnjy.com )均速率v(H2)=0.045 mol·L-1·min-1,从11 min起其他条件不变,压缩容器的体积为1 L,则n(N2)的变化曲线为d
C. 图3中a、b、c三点所处的平衡状态中,反应物N2的转化率最高的是b点
D. 图3中T1和T2表示温度,对应温度下的平衡常数为K1、K2,则T1>T2、K1>K2
解析 加入催化剂能降低活化能E,但不能改变反应热ΔH的大小,A项错误;图3随着起始物氢气的物质的量增加,平衡始终向正反应方向移动,N2的转化率始终增大,C项错误;图3中,在起始物氢气的物质的量相同时,T2到T1平衡时NH3的转化率增大,即平衡逆移,又据图1可知该反应为放热反应,所以T2到T1操作是升温,即T2
化学平衡
( http: / / www.21cnjy.com )
例题2 研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义。
(1) 将CO2与焦炭作用生成CO,CO可用于炼铁等。已知:
Fe2O3(s)+3C(s,石墨)2Fe(s)+3CO(g)
ΔH1=+489.0 kJ·mol-1
C(s,石墨)+CO2(g)2CO(g)
ΔH2=+172.5 kJ·mol-1
则CO还原Fe2O3(s)的热化学方程式为
。
(2) 二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向,将CO2转化为甲醇的热化学方程式如下:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH
①该反应的平衡常数表达式为K= 。
②取一定体积CO2和H2的混合气体 ( http: / / www.21cnjy.com )(物质的量之比为1∶3),加入恒容密闭容器中,发生上述反应。反应过程中测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系如图1所示,则该反应的ΔH (填“>”、“<”或“=”)0。
( http: / / www.21cnjy.com )
图1
( http: / / www.21cnjy.com )
图2
③在两种不同条件下发生反应,测得C ( http: / / www.21cnjy.com )H3OH的物质的量随时间变化如图2所示,曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ (填“>”、“<”或“=”)KⅡ。
(3) 以CO2为原料还可以合成多种物质。工业上尿素[CO(NH2)2]由CO2和NH3在一定条件下合成,其反应的化学方程式为 。当氨碳比=3,达平衡时CO2的转化率为60%,则NH3的平衡转化率为 。
解析 (1) 利用盖斯定律,第一个热化学方程式减去第二个热化学方程式乘以3,即可得目标热化学方程式:Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) ΔH=-28.5 kJ·mol-1。(2) ①根据平衡常数表达式定义可得。②达到平衡后,升温平衡逆移,说明正反应是放热反应。③从图2可知,改变的条件是温度,而且Ⅰ的温度低于Ⅱ的温度,该反应的正反应是放热反应,升温平衡逆移,KⅠ>KⅡ。
(3) 2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O
起始物质的量/mol: 3 1 0 0
转化物质的量/mol: 1.2 0.6
NH3的平衡转化率为×100%=40%
答案 (1) Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) ΔH=-28.5 kJ·mol-1
(2) ①
②< ③>
(3) 2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O 40%
趁热打铁,事半功倍。请老师布置同学们完成《专题2测试卷》中的练习。