课件79张PPT。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2 L的密闭容器中通入10 mol SO2、
10 mol O2,发生反应2SO2+O2 2SO3。反应5 min
时测得SO2的物质的量为6 mol。请完成下表中相关空格。5502123420.40.20.42∶1∶2二、影响化学反应速率的因素反应物本身的性质加快加快加快越快【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0.1 mol·L-1盐酸和
1 mol·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a mol·L-1、b mol·L-1分别为A、B两种物质的起始浓度,mx mol·L-1为反应物A的转化浓度,nx mol·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0.2 mol·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2 L的密闭容器中,充入2 mol N2和3 mol H2,在一定条件下发生反应,3 s后测得N2的物质的量为1.9 mol,则以H2的浓度变化表示的反应速率为________。?(3)将10 mol A和5 mol B放入容积为10 L的密闭容器中,某温度下发生反应:3A(g)+B(g)====2C(g),在最初
2 s内,消耗A的平均速率为0.06 mol·L-1·s-1,则在
2 s 时,容器中有________mol A,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)=0.6 mol·L-1·min-1
②v(B)=0.45 mol·L-1·min-1
③v(C)=0.015 mol·L-1·min-1
④v(D)=0.45 mol·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)=3×0.2 mol·L-1·min-1=0.6 mol·L-1·
min-1。(2)解法一:3 s内消耗的N2的物质的量为2 mol-
1.9 mol=0.1 mol,根据化学方程式N2+3H2 2NH3,
可以计算出3 s内消耗的H2的物质的量为0.3 mol,根据
化学反应速率的计算公式,v(H2)= =0.05 mol·
L-1·s-1。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)
=0.05 mol·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 0.08
2 s时浓度/mol·L-1 0.88 0.46 0.08
则2 s时,n(A)=0.88 mol·L-1×10 L=8.8 mol,
c(C)=0.08 mol·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)=0.6 mol·
L-1·min-1;②中v(A)=3v(B)=0.45 mol·L-1·min-1
×3=1.35 mol·L-1·min-1;③中v(A)= v(C)=
×0.015 mol·L-1·min-1=0.022 5 mol·L-1·min-1;④中v(A)= v(D)= ×0.45 mol·L-1·min-1=
0.675 mol·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)0.05 mol·L-1·s-1
(3)8.8 0.08 mol·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1 L的密闭容器中,发生反
应4A(s)+3B(g) 2C(g)+D(g),经2 min后B的浓度减
少0.6 mol·L-1。对此反应速率的正确表示是 ( )A.用A表示的反应速率是0.4 mol·L-1·min-1
B.用B、C、D分别表示反应的速率,其比值是3∶2∶1
C.在第2 min末的反应速率用B表示是0.3 mol·L-1·
min-1
D.在这2 min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2 min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+3H2 2NH3的反应中,经过一段时间
后,NH3的浓度增加了0.6 mol·L-1,在此时间内用NH3表
示的反应速率为0.3 mol·L-1·s-1。则此段时间是
( )
A.1 s B.2 s
C.0.44 s D.1.33 s【解析】选B。 【补偿训练】
氨分解反应在容积为2 L的密闭容器内进行。已知起始时氨气的物质的量为4 mol,5 s末为2.4 mol,则用氨气表示该反应的速率为 ( )
A.0.32 mol·L-1·s-1
B.0.16 mol·L-1·s-1
C.1.6 mol·L-1·s-1
D.0.8 mol·L-1·s-1【解析】选B。v(NH3)= =0.16 mol·
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4～8 min的平均反应速率和推测第16 min反应物的浓度。提示:由图可知,4～8 min期间,反应物浓度变化为(20-
10)μ mol·L-1=10μ mol·L-1,所以4～8 min期间,反
应速率为 =2.5μ mol·L-1·min-1。由图可
知,0～4 min期间,反应物浓度变化为(40-20)μ mol·
L-1=20μ mol·L-1,4～8 min期间,反应物浓度变化为
(20-10)μ mol·L-1=10μ mol·L-1,可知,每隔4分钟,浓度变化量降为原来的一半。所以8～12 min浓度变化为5μ mol·L-1,12～16 min浓度变化为2.5μ mol·
L-1。所以16 min时浓度为10μ mol·L-1-5μ mol·
L-1-2.5μ mol·L-1=2.5μ mol·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):(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2 min末收集了4.48 mL CO2(标准状况
下),则在2 min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)= =0.000 2 mol,
根据2 +5H2C2O4+6H+====2Mn2++10CO2↑+8H2O,所
以反应的 的物质的量为n( )= n(CO2)=
×0.000 2 mol=0.000 04 mol,剩余的 的物
质的量为n( )=30×10-3 L×0.01 mol·L-1-0.000 04 mol=0.000 26 mol,其物质的量浓度为
c( )= =0.005 2 mol·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)0.005 2 mol·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【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 ( )【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】
课件91张PPT。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)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+H2O H2CO3 ,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+3KSCN ? Fe(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。(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。(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+3H2 ? 2NH3达到化学平衡状态,下列说法一定正
确的是 ( )
A.每1 mol N≡N断裂的同时有2 mol N—H生成
B.N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2
C.N2减少的速率和NH3减少的速率之比为1∶2
D.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1 mol N≡N断裂的同时有
6 mol N—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n mol P同时生成n mol Q【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 ( )
A.单位时间内生成n mol H2,同时就有n mol HI生成
B.单位时间内有n mol H2生成,同时就有n mol I2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n mol H2的同时应有2n mol HI
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1 mol A、3 mol B、
2 mol C和2 mol D,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a mol A,同时生成3a mol
B;⑧A、B、C、D的分子数之比为1∶3∶2∶2 ( )
A.①②③④⑤⑥⑦
B.①③④⑤⑥⑦
C.①③④⑥⑦
D.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
a mol A,同时生成3a mol B,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。298 K时,将20 mL 3x mol·L-1Na3AsO3、20 mL
3x mol·L-1I2和20 mL NaOH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-)=y mol·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( )=y mol·L-1,c(I-)=2y mol·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n mol A2,同时生成n mol AB
B.单位时间内生成2n mol AB的同时生成n mol B2
C.体系内的总压不随时间变化
D.单位时间内生成n mol A2的同时,生成n mol B2【解析】选B。单位时间内生成n mol A2,同时生成
n mol AB,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2n mol AB的同时生成
n mol B2,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n mol A2的同时,生成n mol B2,
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,0.3 mol X(g)与0.3 mol Y(g)在体积为
1 L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 ( )【解析】选D。X减少0.1 mol,消耗Y 0.3 mol,生成Z
0.2 mol,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0.1 mol,生成Z物质的量为0.1 mol,图象中反应的定量关系不符合反应比,故C不符合;Y减少0.15 mol, Z增加0.1 mol,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
在逆向进行时,正反应速率和逆反应速率的大小为v正<
v逆。【课堂回眸】
【核心整合】
1.化学反应的速率与限度的关系2.实例
(1)化学平衡状态的建立过程(2)在体积固定的容器中,对于反应A(g)+B(g) ? 3C(g)
(正反应为放热反应),下列叙述为平衡状态标志的是_____
_______。
①单位时间内A、B生成C的分子数与分解C的分子数相等
②外界条件不变时,A、B、C浓度不随时间变化而变化
③体系温度不再变化
④体系的压强不再变化
⑤体系的分子总数不再变化①②③④⑤【素养迁移】
1.(2018·天津学考)在高温、高压和有催化剂的恒容密闭容
器中进行反应:N2(g)+3H2(g) ? 2NH3(g)。下列叙述
正确的是 ( )
A.在上述条件下,N2能全部转化为NH3
B.使用合适的催化剂是为了提高H2的转化率
C.达到平衡时,体系中各物质的浓度一定相等
D.当正反应速率等于逆反应速率且不为零时,该反应达到平衡【解析】选D。由于此反应为可逆反应,因此N2不可能完全转化为NH3,故A项错误;催化剂只能加快反应速率,不能改变平衡状态,故B项错误;达到化学平衡后,体系中各组分的浓度不再发生改变而不是相等,故C项错误;可逆反应进行到正逆反应速率相等时就达到了化学平衡状态,故D项正确。2.下列关于提高燃料燃烧效率的说法,不正确的是
( )
A.空气量越多越好
B.应通入适量的空气
C.固体燃料燃烧前最好粉碎
D.液体燃料燃烧时可以以雾状喷出【解析】选A。燃料燃烧时,把固体粉碎或液体雾化都是为了增大与空气的接触面积以利于充分燃烧,而空气的量要适当,因为空气量过多,会带走一部分热量。3.随着人们生活水平的逐渐提高,小轿车已经走进了千家万户。但是汽车尾气的排放会带来一定的环境问题,如光化学烟雾、酸雨等,因此汽车尾气无害化处理成为环境化学工作者的一个重要课题。已知汽车尾气中的NO和CO气体在一定条件下可以发生
反应2NO(g)+2CO(g) ? N2(g)+2CO2(g)。则下列说法
不正确的是 ( )
A.升高温度可使该反应的逆反应速率降低
B.使用高效催化剂可有效提高正反应速率
C.反应达到平衡后,NO的反应速率保持恒定
D.单位时间内消耗CO和CO2的物质的量相等时,反应达
到平衡【解析】选A。升温,无论是正反应,还是逆反应,反应速率均加快,A项错误;催化剂可以加快化学反应速率,B项正确;达到平衡后,各物质的反应速率保持不变,C项正确;由于CO和CO2的化学计量数相等,故当两者单位时间内消耗的物质的量相等时,反应即达到平衡,D项正确。4.请从化学反应快慢的角度解释人们为什么使用电冰箱保存食物?提示:食物腐败是因为发生了化学反应,在其他条件相同时,温度越低,化学反应速率越慢,人们用电冰箱把食物放置在低温下保存,以减缓食物的腐败。5.受条件的限制,现在农村还有很多地方以燃烧木柴取暖、做饭。刚开始生火火不旺时经常用扇子往炉灶里扇气,请从化学反应原理的角度给以解释。提示:增加氧气的浓度,提高燃烧的速率。6.合成氨工业在20世纪初期形成,开始用氨作火炸药工
业的原料,为战争服务;第一次世界大战结束后,转向为
农业、工业服务。合成氨的热化学方程式是N2(g)+
3H2(g) ? 2NH3(g),反应是放热反应。(1)试从影响反应速率的条件角度探究应该选择怎样的反应条件?
提示:一般来说,为了提高生产效率,应加快化学反应速率,所以从反应速率的角度应该选择高温、高压、高浓度、催化剂。(2)试从影响反应限度的条件角度探究应该选择怎样的反应条件?
提示:根据合成氨反应的特点,为了提高原料的转化率,要让反应向正反应方向移动,需要低温、高压、增大反应物浓度或减少生成物浓度。(3)根据实际情况,查阅资料,总结合成氨反应的实际条件。
提示:温度太低不利于反应速率和催化剂的效果,所以合成氨一般采取较高温度;压强过大对设备的要求高,增加成本,所以合成氨一般采取中压;增加氮气的浓度有利于提高成本较高的氢气的转化率,也利于平衡正向移动;减少氨气的浓度有利于平衡正向移动。
课堂检测·素养达标
1.(2019·台州高一检测)下列关于化学反应速率的说法,不正确的是 ( )
A.化学反应速率是衡量化学反应进行快慢程度的物理量
B.化学反应速率的大小主要取决于反应物的性质
C.化学反应速率用单位时间内反应物浓度变化表示时为负值
D.化学反应速率常用单位有mol·L-1·s-1和mol·L-1·min-1
【解析】选C。化学反应速率用单位时间内反应物或生成物的浓度变化量来表示,均取正值。
2.(2018·天津合格考)下列条件不能加快H2O2分解速率的是 ( )
A.加热H2O2溶液
B.向H2O2溶液中滴入FeCl3溶液
C.向H2O2溶液中加入少量MnO2
D.向H2O2溶液中滴入蒸馏水
【解析】选D。向过氧化氢溶液中滴加蒸馏水会使其浓度降低,降低过氧化氢的分解速率。
3.(2019·南京高一检测)对于可逆反应2A+3B2C,下列条件的改变一定可以加快化学反应速率的是 ( )
A.增大压强 B.升高温度
C.增加A的量 D.加入二氧化锰作催化剂
【解析】选B。若该反应无气体或增大压强时并没有引起物质浓度的改变,则反应速率就不改变,A错误;升高温度,反应速率一定增大,B正确;若A为固体,增加其用量时,因浓度不变,其反应速率不变,C错误;有些反应不用催化剂,不同的反应有不同的催化剂,二氧化锰不是“万能”催化剂,D错误。
4.已知4NH3+5O24NO+6H2O,若反应速率分别用v(NH3)、v(O2)、v(NO)、v(H2O)表示(单位:mol·L-1·min-1),则正确的关系是 ( )
A.v(NH3)=v(O2) B.v(O2)=v(H2O)
C.v(NH3)=v(H2O) D.v(O2)=v(NO)
【解析】选D。v(NH3)∶v(O2)∶v(NO)∶v(H2O)=4∶5∶4∶6,所以v(NH3)=v(O2),
v(O2)=v(H2O),v(NH3)=v(H2O),A、B、C选项错误。
5.在一定条件下,反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在10 L恒容密闭容器中进行,测得2 min内,H2的物质的量由20 mol减少到8 mol,则2 min内H2的化学反应速率为 ( )
A.1.2 mol·L-1·min-1 B.1.8 mol·L-1·min-1
C.0.6 mol·L-1·min-1 D.0.2 mol·L-1·min-1
【解析】选C。2 min内H2减少的浓度为=1.2 mol·L-1,v(H2)=
=0.6 mol·L-1·min-1。
【补偿训练】
高炉炼铁的原理为3CO(g)+Fe2O3(s)3CO2(g)+2Fe(s)。若此反应在恒容密闭容器中发生,则下列说法正确的是 ( )
A.增加Fe2O3的量反应速率加快
B.升高温度反应速率不一定变化
C.再充入CO反应速率加快
D.充入N2使压强增大反应速率加快
【解析】选C。Fe2O3为固体,增加固体的量,浓度未变,反应速率不变,A项错误;温度对任何反应的速率都有影响,B项错误;充入CO后,c(CO)增大,反应速率加快,C项正确;恒容充入N2,虽然压强增大,但并未引起c(CO)的变化,反应速率不变,D项错误。
6.(新思维·新考向)(1)100 mL 2 mol·L-1的盐酸与过量锌片反应,为减小反应速率,又不影响生成氢气的总量,可采用的方法是________。 ?
A.加入适量6 mol·L-1的盐酸
B.加入适量Na2CO3溶液
C.加入适量Na2SO4溶液
D.加入适量蒸馏水
(2)某化学兴趣小组为了研究反应A+BC+D(在溶液中进行)的反应速率,他们将A、B在一定条件下反应并测定反应中生成物C的浓度随反应时间的变化情况,绘制出如图所示的曲线。
①在O～t1、t1～t2、t2～t3各相同的时间段里,反应速率最大的是________。?
②从反应速率的变化情况,可以看出该反应可能是________(填“放热”或“吸热”)反应,请说出你的依据__?_______________________。?
【解析】(1)加入适量的6 mol·L-1的盐酸,氢离子浓度增大,反应速率加快,生成氢气增多,A不选;加入适量Na2CO3溶液,消耗盐酸,溶液生成氢气的总量减小,B不选;加入适量Na2SO4溶液,溶液体积变大,则减小氢离子浓度,反应速率减小,C选;加入适量蒸馏水,溶液体积变大,则减小氢离子浓度,反应速率减小,D选。(2)①分析图象可知:t1～t2时间段里,C的物质的量浓度的变化值最大,因此该时间段里,生成C的物质的量最大,其反应速率最大。②分析图象可知:O～t1时间段C的浓度增加较慢,t1～t2时间段,C的浓度增加很快;由此推知该反应为放热反应,温度升高,反应速率加快。
答案:(1)CD (2)①t1～t2 ②放热 分析图象可知:O～t1时间段C的浓度增加较慢,t1～t2时间段,C的浓度增加很快;由此推知该反应为放热反应
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课堂检测·素养达标
1.(2019·菏泽高一检测)下列各组反应互为可逆反应的是 ( )
①2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O CO2+H2O+Na2CO32NaHCO3
②SO2+H2OH2SO3 H2SO3SO2↑+H2O
③2SO2+O22SO3 2SO32SO2+O2
④NH3+HClNH4Cl NH4ClNH3↑+HCl↑
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
【解析】选B。①、④中两反应的条件不相同,不互为可逆反应。
2.下列叙述不能肯定判断某化学平衡发生移动的是 ( )
A.反应体系的温度改变
B.反应混合物中各组分的百分含量改变
C.正、逆反应速率改变
D.反应物的转化率
【解析】选C。正、逆反应速率改变后可能v正=v逆,则平衡不移动。
3.(2018·海南合格考)一定条件下,2SO2+O22SO3达到平衡状态时,有关说法正确的是 ( )
A.该反应是可逆反应
B.反应已停止
C.SO2完全转化为SO3
D.SO3不再分解
【解析】选A。能达到平衡状态的反应一定是可逆反应,所以A正确;达到平衡状态后反应并没有停止,只是消耗速率等于生成速率,B、D错误;可逆反应不能进行完全,所以C错误。
4.(2019·苏州高一检测)在一定温度下的恒容密闭容器中,能说明反应X2(g)
+Y2(g)2XY(g)已达到平衡的是 ( )
A.容器内的总压强不随时间变化
B.容器中气体的平均相对分子质量不随时间变化
C.XY气体的物质的量分数不变
D.X2和Y2的消耗速率相等
【解析】选C。该反应的特点:一是可逆反应;二是反应前后气体体积相等。根据气体压强之比等于气体物质的量之比推断,该反应在整个反应过程中总压强是不变的,A不能说明该反应已经达到平衡;同理推断,容器中气体的平均相对分子质量始终不随时间变化而变化,B不能说明该反应已经达到平衡;X2和Y2的化学计量数相等且均为反应物,其消耗速率始终相等,D不能说明该反应已经达到平衡。
【补偿训练】
(2019·汕头高一检测)可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的正、逆反应速率可用单位时间内各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是 ( )
A.3v正(N2)=v正(H2)
B.v正(N2)=v逆(NH3)
C.2v正(H2)=3v逆(NH3)
D.v正(N2)=3v逆(H2)
【解析】选C。根据反应速率之比等于化学计量数之比,可判断C项中v(正)
=v(逆),反应已达平衡状态。
5. (2019·临汾高一检测)在某一容积为5 L的密闭容器内,加入0.2 mol的CO和0.2 mol的H2O,在催化剂存在的条件下高温加热,发生如下反应:CO(g)+
H2O(g)CO2(g)+H2(g),反应中CO2的浓度随时间变化情况如图:
(1)根据图中数据,反应开始至达到平衡时,CO的化学反应速率为_________,反应达平衡时,c(H2)=____________。?
(2)判断该反应达到平衡的依据是__________(填序号)。?
①CO减少的速率和CO2减少的速率相等
②CO、H2O、CO2、H2的浓度都相等
③CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化
【解析】(1)由图分析10 min达到平衡,CO2浓度增加了0.03 mol·L-1,则CO浓度减小0.03 mol·L-1,所以v(CO)==0.003 mol·L-1·min-1,由于起始时,H2浓度为0,所以达到平衡时c(H2)=0.03 mol·L-1;
(2)化学平衡是动态平衡,是正、逆反应速率相等,并不是停止反应。CO减少的速率是正反应速率,CO2减少的速率是逆反应速率,当二者相等时,v正(CO)=v逆(CO),可逆反应达到平衡。反应达到平衡时,各组分的浓度不再发生变化。
答案:(1)0.003 mol·L-1·min-1 0.03 mol·L-1 (2)①③
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课时素养评价 十一
化学反应的快慢
(40分钟 70分)
一、选择题(本题包括10小题,每小题4分,共40分)
1.(2019·宿州高一检测)下列关于化学反应速率说法正确的是 ( )
A.化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物浓度的减小或任何一种生成物浓度的增加
B.化学反应速率0.8 mol·L-1·s-1是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L-1
C.根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行的快慢
D.对于任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显
【解析】选C。化学反应速率是指单位时间内反应物或生成物浓度的变化量,故A、B错误;反应速率的意义在于衡量化学反应进行的快慢,故C正确;反应速率大,现象不一定明显,如盐酸和NaOH溶液的反应,故D错误。
2.(2019·德州高一检测)如下反应条件的控制中,不恰当的是 ( )
A.为加快H2O2的分解速率增大H2O2的浓度
B.为防止火灾,在面粉厂、加油站等场所要严禁烟火
C.为加快KClO3的分解速率而加入MnO2
D.为加快H2O2的分解速率而把反应容器放到冷水中冷却
【解析】选D。降低温度会降低化学反应速率。
【补偿训练】
(2019·济南高一检测)化工生产中,为加快反应速率应优先考虑的措施是
( )
A.选用适宜的催化剂 B.采用高压
C.采用高温 D.增大反应物浓度
【解析】选A。高压、高温和增加反应物的浓度会分别从设备、能源、原料各方面较多地增加生产成本,而催化剂在使用中没消耗,成本投入较少。
3.(2019·宁阳高一检测)下列四种溶液跟锌片反应,最初反应速率最快的是
( )
A.10 ℃ 20 mL 3 mol·L-1的盐酸溶液
B.20 ℃ 30 mL 2 mol·L-1的盐酸溶液
C.20 ℃ 20 mL 2 mol·L-1的盐酸溶液
D.20 ℃ 10 mL 2 mol·L-1的硫酸溶液
【解析】选D。锌与稀酸反应的本质为Zn+2H+H2↑+Zn2+,B、C、D的温度都是20 ℃,而A的温度为10 ℃,B、C、D中D的c(H+)最大,根据温度越高,反应速率越快,浓度越大,反应速率越快,D中反应温度最高,氢离子浓度最大,最初反应速率最快,故选D。
4.(2019·孝感高一检测)已知某反应中各物质的浓度变化如下:
aA(g) + bB(g)cC(g)
起始浓度/mol·L-1 3.0 1.0 0
2 s末浓度/mol·L-1 1.8 0.6 0.8
据此可推算出上述化学反应方程式为 ( )
A.3A(g)+B(g)2C(g)
B.A(g)+2B(g)2C(g)
C.A(g)+3B(g)2C(g)
D.2A(g)+B(g)3C(g)
【解析】选A。由题意可知Δc(A)=3.0 mol·L-1-1.8 mol·L-1=
1.2 mol·L-1,Δc(B)=1.0 mol·L-1-0.6 mol·L-1=0.4 mol·L-1,Δc(C)=
0.8mol·L-1,a∶b∶c=∶∶=∶∶=
3∶1∶2。
5.(2019·南京高一检测)在2 L密闭容器中,发生以下反应:2A(g)+B(g)
2C(g)+D(g)。若最初加入的A和B都是4 mol,在前10 s A的平均反应速率为0.12 mol·L-1·s-1,则10 s时,容器中B的物质的量是 ( )
A.1.6 mol B.2.8 mol
C.2.4 mol D.1.2 mol
【解析】选B。根据化学反应速率之比等于对应物质的化学计量数之比,可得v(B)=0.5v(A)=0.5×0.12 mol·L-1·s-1=0.06 mol·L-1·s-1,则Δc(B)=
0.06 mol·L-1·s-1×10 s=0.6 mol·L-1,Δn(B)=0.6 mol·L-1×2 L=1.2 mol,
故10 s时容器中B的物质的量为4 mol-1.2 mol=2.8 mol。
6.(2019·淄博高一检测)将锌粒投入一定浓度的稀硫酸中,实际反应速率和时间的关系与下图最接近的是 ( )
【解析】选D。锌和稀硫酸反应放热,开始时,浓度比较大,且随反应进行温度升高,所以反应速率逐渐加快,但是随着反应进行到一定程度,浓度对反应速率的影响较大,所以随着硫酸浓度越来越小,反应速率越来越慢。
7.在碘钟实验中,3I-+S2+2S的反应速率可以用与加入的淀粉溶液显蓝色的时间来度量。某探索性学习小组在20 ℃时,测定下表中不同浓度下淀粉溶液显蓝色的时间,则时间最短的是 ( )
实验编号
①
②
③
④
起始浓度
c(I-)/(mol·L-1)
0.040
0.080
0.080
0.080
起始浓度
c(S2)/(mol·L-1)
0.040
0.040
0.060
0.080
A.① B.②
C.③ D.④
【解析】选D。起始反应物浓度越大,反应速率越快,显色时间越短。实验①的浓度最小,故显色时间最长;实验④的浓度最大,故显色时间最短。
【补偿训练】
(2019·贵港高一检测)为了说明影响化学反应快慢的因素,甲、乙、丙、丁四位同学分别设计了如下四个实验,不正确的是 ( )
A.将大小、形状相同的镁条和铝条与相同浓度的盐酸反应时,两者速率一样大
B.在相同条件下,等质量的大理石块和大理石粉与相同浓度的盐酸反应,大理石粉反应快
C.将浓硝酸分别放在冷暗处和强光照射下,会发现光照可以加快浓硝酸的分解
D.向两支试管中分别加入等体积等浓度的H2O2溶液,其中一支试管中再加入少量二氧化锰,同时加热两支试管,产生氧气的快慢不同
【解析】选A。影响化学反应速率的因素很多,外界条件除浓度、压强、温度、催化剂等因素外还有光、固体颗粒大小、超声波等,而A项中的镁和铝是由于其活泼性不同,决定了反应的速率不同。
8.(2018·山东合格考)用稀硫酸与过量锌粒反应制取氢气,欲加快化学反应速率而不改变产生氢气的量,下列措施不可行的是 ( )
A.升高温度
B.滴加少量浓硫酸
C.滴加少量硫酸铜溶液
D.改用等质量的锌粉
【解析】选B。滴加少量的浓硫酸,会使氢离子的量变多,生成的氢气变多。升温、滴加少量硫酸铜溶液锌置换出铜形成原电池、锌粒变为锌粉均能加快反应速率,又没有改变生成氢气的量。
【补偿训练】
改变下列条件能加快反应Fe+2FeCl33FeCl2的反应速率的是 ( )
A.增大压强 B.增多固体铁的用量
C.升高温度 D.减小FeCl3的浓度
【解析】选C。由于该反应是没有气体参加或生成的反应,增大压强,反应速率不发生改变,故A错误;由于增加固体物质的量,反应速率不会变化,故B错误;由于升高温度,反应速率一定加快,故C正确;由于减小了氯化铁的浓度,反应速率减小,故D错误。
9.一定温度下,对于反应N2+O22NO在密闭容器中进行,下列措施能增大反应速率的是 ( )
①缩小体积使压强增大 ②恒容,充入N2 ③恒容充入氦气 ④恒压充入氦气
A.①② B.②③
C.③④ D.①④
【解析】选A。①、②都能增大物质的浓度,所以能使反应速率增大,③无影响,④使容器体积增大,反应物浓度减小,反应速率减小。
10.(2019·新乡高一检测)某实验探究小组研究320 K时N2O5的分解反应:2N2O5(g)
4NO2(g)+O2(g)。如图是该小组根据所给表格中的实验数据绘制的。下列有关说法正确的是 ( )
t/min
0
1
2
3
4
c(N2O5)/mol·L-1
0.160
0.114
0.080
0.056
0.040
c(O2)/mol·L-1
0
0.023
0.040
0.052
0.060
A.曲线Ⅰ是N2O5的浓度变化曲线
B.曲线Ⅱ是O2的浓度变化曲线
C.N2O5的浓度越大,反应速率越快
D.O2的浓度越大,反应速率越快
【解析】选C。结合表格中N2O5和O2的初始浓度可知曲线Ⅰ、Ⅱ分别是O2、N2O5的浓度变化曲线,A、B项错误;利用表格中数据进行计算,无论是用N2O5的浓度变化,还是用O2的浓度变化得出的反应速率都随着反应的进行而减小,而随着反应的进行,N2O5的浓度减小,O2的浓度增大,故C项正确,D项错误。
二、非选择题(本题包括2小题,共30分)
11.(15分)(2019·平顶山高一检测)某温度时,在2 L容器中的X、Y、Z物质的量随时间的变化关系曲线如图所示。
(1)由图中的数据分析,该反应的化学方程式为___________。?
(2)反应开始至2 min、5 min时Z的平均反应速率为________、________。?
(3)5 min后Z的生成速率与6 min末Z的生成速率相比较________(填“大”“小”或“相等”)。?
【解析】(1)由图可知,X、Y的物质的量随时间的增加而减小、Z的物质的量随时间的增加而增大,所以X、Y为反应物,Z为生成物。反应进行到2 min时,Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)=(1.0 mol-0.7 mol)∶(1.0 mol-0.9 mol)∶
(0.3 mol-0.1 mol)=3∶1∶2,X、Y、Z的化学计量数之比为3∶1∶2。又因为5 min后各物质的物质的量不随时间改变,反应物与生成物同时存在,反应为可逆反应,该反应的化学方程式为3X+Y2Z。
(2)2 min内v(Z)==0.05 mol·L-1·min-1;5 min内v(Z)==0.04 mol·L-1·min-1。
(3)5 min时,Z的物质的量达到最大且不再改变,各物质的反应速率不再改变,故5 min后Z的生成速率与6 min末Z的生成速率相等。
答案:(1)3X+Y2Z (2)0.05 mol·L-1·min-1
0.04 mol·L-1·min-1 (3)相等
12.(15分)将气体A、B置于固定容积为2 L的密闭容器中,发生如下反应:3A(g)
+B(g)2C(g)+2D(g),反应进行到10 s末,测得A的物质的量为1.8 mol,B的物质的量为0.6 mol,C的物质的量为0.8 mol,则:
(1)用C表示10 s内反应的平均反应速率为_______________;?
(2)反应前A的物质的量浓度是_______________;?
(3)10 s末,生成物D的浓度为_______________;?
(4)若改变下列条件,生成D的速率如何变化(用“增大”“减小”或“不变”填空)。
编号
改变的条件
生成D的速率
①
降低温度
②
增大A的浓度
③
使用催化剂
④
恒容下充入Ne
(不参与体系反应)
【解析】 3A(g)+B(g)2C(g)+2D(g)
初始物质的量/mol 3.0 1.0 0 0
转化物质的量/mol 1.2 0.4 0.8 0.8
10 s末物质的量/mol 1.8 0.6 0.8 0.8
(1)v(C)==0.04 mol·L-1·s-1。
(2)c(A)==1.5 mol·L-1。(3)c(D)==0.4 mol·L-1。(4)降低温度,反应速率减小;增大反应物浓度、使用催化剂,反应速率增大;恒容条件下充入稀有气体,反应物的浓度不变,反应速率不变。
答案:(1)0.04 mol·L-1·s-1 (2)1.5 mol·L-1
(3)0.4 mol·L-1 (4)①减小 ②增大 ③增大 ④不变
(20分钟 30分)
一、选择题(本题包括3小题,每小题6分,共18分)
13.(2019·铜陵高一检测)对于化学反应3W(g)+2X(g)4Y(g)+3Z(g),下列反应速率关系中,正确的是 ( )
A.v(W)=3v(Z) B.2v(X)=3v(Z)
C.2v(X)=v(Y) D.3v(W)=2v(X)
【解析】选C。对于同一化学反应用不同物质表示的化学反应速率,反应速率之比等于方程式中相应物质的化学计量数之比。A项,v(W)∶v(Z)=3∶3=1∶1,所以v(W)=v(Z),A项错误;B项,v(X)∶v(Z)=2∶3,所以3v(X)=2v(Z),B项错误;C项,v(X)∶v(Y)=2∶4=1∶2,所以2v(X)=v(Y),C项正确;D项,v(W)∶v(X)=3∶2,所以2v(W)=3v(X),D项错误。
【补偿训练】
(2019·北师大附中高一检测)将N2、H2的混合气体分别充入甲、乙、丙三个容器后,测得反应速率分别为甲:v(H2)=3 mol·L-1·min-1;乙:v(N2)=2 mol·L-1·min-1;丙:v(NH3)=1 mol·L-1·min-1。则三个容器中合成氨的速率 ( )
A.v(甲)>v(乙)>v(丙)
B.v(乙)>v(丙)>v(甲)
C.v(丙)>v(甲)>v(乙)
D.v(乙)>v(甲)>v(丙)
【解析】选D。N2、H2合成氨的反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),三个容器中的反应速率都转化为N2的反应速率,分别为甲:v(N2)=v(H2)=1 mol·L-1·min-1;乙:v(N2)=2 mol·L-1·min-1;丙:v(N2)=v(NH3)=0.5 mol·L-1·min-1,即v(乙)>v(甲)>v(丙)。
14.(2019·南宁高一检测)已知FeCl3和MnO2都可作H2O2分解制O2的催化剂,为了探究温度对化学反应速率的影响,下列实验方案可行的是 ( )
【解析】选D。当探究温度对化学反应速率的影响时,必须保证在其他条件相同的情况下,再改变温度观察反应速率的变化。
【方法规律】控制变量法探究化学反应速率的影响因素
研究某种因素对同一化学反应的反应速率的影响时,应固定其他条件不变,只改变一种条件研究该条件对化学反应速率的影响。
15.等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应,测定在不同时间(t)产生氢气体积(V)的数据,绘制得到如图所示的4条曲线,则曲线a、b、c、d所对应的实验组别可能是 ( )
组别
c(HCl)/mol·
温度/℃
状态
1
2.0
25
块状
2
2.5
30
块状
3
2.5
50
块状
4
2.5
30
粉末状
A.4、2、3、1 B.1、2、3、4
C.3、4、2、1 D.1、2、4、3
【解析】选C。其他条件一定时,溶液的浓度越大,化学反应速率越快;温度的升高和固体由块状变为粉末状都能显著加快反应速率。实验1中盐酸的浓度最小,反应的温度最低,所以化学反应速率最慢;实验3的反应温度比实验2的反应温度高,所以实验3的反应速率大于实验2的反应速率;实验3和实验4虽然浓度相同,但反应的温度不同,物质的状态也不相同,无法比较,故答案可能是3、4、2、1或4、3、2、1。
二、非选择题(本题包括1小题,共12分)
16.(2019·日照高一检测)用如图所示的装置进行实验:
(1)在检查完装置的气密性后,向试管a中加入10 mL 6 mol·L-1的稀硝酸和1 g 铜片,立即用带有导管的橡皮塞塞紧试管口,请写出在试管a中可能发生的反应的化学方程式????????????????????__。?
(2)实验过程中常常反应开始时速率缓慢,随后逐渐加快,这是由于___________
_______,当反应进行一段时间后速率又逐渐减慢,原因是________?__。?
(3)欲较快地制得NO,可采取的措施是________。?
A.加热 B.使用铜粉
C.稀释硝酸 D.改用浓硝酸
【解析】(1)a中可能发生的反应有Cu和稀硝酸反应生成NO,NO和O2反应生成NO2,NO2和 H2O反应生成HNO3。
(2)Cu和HNO3反应制NO时的离子方程式为3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O,开始温度较低,反应较慢,此反应为放热反应,随着反应的进行温度逐渐升高,反应速率增大,但是随反应的进行c(H+)、c(N)减小,故反应一段时间后速率又变慢。
(3)要想加快NO的生成速率,可升温或增大反应物的接触面积,若改用浓硝酸,则产物不是NO,而是NO2。
答案:(1)3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O ,2NO+O22NO2,3NO2+H2O2HNO3+NO (2)反应放热使温度升高,反应速率加快 HNO3浓度降低,反应速率又逐渐减小 (3)AB
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课时素养评价 十二
化学反应的限度
(40分钟 70分)
一、选择题(本题包括9小题,每小题5分,共45分)
1.对于可逆反应:M+NQ达到平衡时,下列说法正确的是 ( )
A.M、N、Q 3种物质的浓度一定相等
B.M、N全部变成了Q
C.反应混合物中各成分的百分组成不再变化
D.反应已经停止
【解析】选C。反应达到平衡时,各浓度不再变化,反应物不能完全转化为生成物,反应仍在进行没有停止。
2.(2019·北京101中学高一检测)在一定温度下体积不变的密闭容器中,可逆反应A(g)+3B(g)2C(g)+2D(g)达到平衡状态的标志是 ( )
A.各物质的浓度相等
B.A、B、C、D的浓度之比为1∶3∶2∶2
C.正反应速率与逆反应速率均为零
D.正反应速率与逆反应速率相等
【解析】选D。各物质的浓度相等时,该反应不一定达到平衡状态,与反应物初始浓度及转化率有关,选项A错误;A、B、C、D的浓度之比为1∶3∶2∶2,不能说明各组分的浓度不再变化,无法判断是否达到了平衡状态,选项B错误;达到平衡状态时,正逆反应速率相等,但不等于零,选项C错误;正逆反应速率相等,且不等于零时,反应达到平衡状态,选项D正确。
3.(2019·济南高一检测)对处于化学平衡的体系,从化学平衡与化学反应速率的关系可知 ( )
A.化学反应速率变化时,化学平衡一定发生移动
B.化学平衡发生移动时,化学反应速率一定变化
C.正反应进行的程度大,正反应速率一定大
D.只有在催化剂存在下,才会发生化学反应速率变化而化学平衡不移动的情况
【解析】选B。使用催化剂时,正、逆反应速率同等程度增大,平衡并不移动,A错误;化学平衡移动的过程就是由v(正)=v(逆)变为v(正)≠v(逆),再转化为v'(正)=v'(逆)的过程,B正确;反应进行的程度和反应速率无必然联系,故反应进行的程度大,正反应速率不一定大,C错误;对于类似H2(g)+I2(g)2HI(g)的反应,其他条件不变,缩小体积时,H2(g)、I2(g)、HI(g)的浓度同等程度增大,正、逆反应速率同等程度增大,故平衡不移动,D错误。
4.如图是可逆反应X2+3Y22Z在反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线,下列叙述不正确的是 ( )
A.t1、t2时,用不同物质表示正、逆反应速率有2v(X2)=v(Z)
B.t2时,反应已达到了一定限度
C.t2～t3,反应不再发生
D.t2～t3,各物质的浓度不再发生变化
【解析】选C。对于任何化学反应,无论在何时,用不同物质表示同一反应的化学反应速率时,均存在反应速率之比等于化学计量数之比,A项正确;t2～t3,反应达到一定的限度,但没有停止,B项正确,C项错误;此时各物质的浓度不再发生变化,D项正确。
5.催化还原是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。在恒容密闭容器中,CO2和H2在催化剂作用下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。下列说法能充分说明该反应已经达到化学平衡状态的是 ( )
A.CO2、H2、CH3OH、H2O的浓度相等
B.CO2、H2、CH3OH、H2O的浓度均不再发生变化
C.单位时间内消耗1 mol CO2,同时生成1 mol CH3OH
D.CO2、H2、CH3OH、H2O的分子数之比为1∶3∶1∶1
【解析】选B。当体系达到平衡状态时,CO2、H2、CH3OH、H2O的浓度可能相等,也可能不相等,故A错误;当CO2、H2、CH3OH、H2O的浓度均不再变化,说明正、逆反应速率相等,达到平衡状态,故B正确;消耗CO2和生成CH3OH都是正反应,无法确定正反应速率和逆反应速率的关系,不能确定是否达到平衡状态,故C错误;当体系达到平衡状态时,CO2、H2、CH3OH、H2O的分子数不再发生变化,而不是它们的分子数之比不变,故D错误。
6.在密闭容器中通入一定量的HI气体,使其在一定条件下发生反应:2HI(g)
H2(g)+I2(g)。下列叙述中,一定属于平衡状态的是 ( )
A.HI、H2、I2的浓度相等
B.混合气体的颜色不再变化
C.混合气体的总压强不再变化
D.v(HI)∶v(H2)∶v(I2)=2∶1∶1
【解析】选B。反应体系中各物质浓度相等不一定是平衡状态,A错误;三种物质中只有I2有颜色,既然颜色不变,说明I2的量不再增多也不再减少,则一定是平衡状态,B正确;因为该反应反应前后气体总物质的量不变,所以无论是否平衡,体系总压强都不变,故C错误;在任何条件下,用各物质表示的化学反应速率之比都等于化学计量数之比,D错误。
7.用氮化硅(Si3N4)陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件,能大幅度提高发动机的热效率。工业上用化学气相沉积法制备氮化硅,其反应如下:3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g)Si3N4(s)+12HCl(g)。一定条件下,在密闭恒容的容器中,能表示上述反应达到化学平衡状态的是 ( )
A.v逆(N2)=3v正(H2)
B.v正(HCl)=4v正(SiCl4)
C.混合气体密度保持不变
D.c(N2)∶c(H2)∶c(HCl)=1∶3∶6
【解析】选C。利用化学反应速率之比等于方程式中化学计量数之比可知,A项应为3v逆(N2)=v正(H2),才表示v(正)=v(逆),故A错误;B项均表示正反应速率,无论反应是否处于平衡状态,都成立,B错误;混合气体密度不变,说明体系中混合气体质量不变,若未达到平衡,则混合气体质量改变,所以C项表示达到平衡状态;D项表示的浓度关系与是否平衡无关,错误。
8.(2019·深圳高一检测)500 ℃时,将2 mol N2和2.25 mol H2充入体积为10 L的恒容密闭容器中,反应达到平衡时,NH3的浓度不可能是 ( )
A.0.1 mol·L-1 B.0.12 mol·L-1
C.0.05 mol·L-1 D.0.16 mol·L-1
【解析】选D。由题意知,该反应中N2过量。假设2.25 mol H2完全参与反应,则生成NH3的浓度为0.15 mol·L-1,由于该反应是可逆反应,H2不可能完全转化生成NH3,故平衡时NH3的浓度小于0.15 mol·L-1。
9.(2018·山东合格考)恒温恒容条件下,能说明反应A(s)+2B(g)C(g)+D(g)一定处于化学平衡状态的是 ( )
A.混合气体的密度不再改变
B.容器内的压强保持不变
C.C与D的物质的量相等
D.消耗1 mol B的同时生成0.5 mol D
【解析】选A。混合气体的质量不再变化,由于是在恒容条件下,说明反应已处于平衡状态,A正确;气体系数前后相等,压强是个恒量,B错误;C与D的物质的量相等不能说明浓度不再改变,所以不能说明反应达到平衡状态,C错误;消耗1 mol B的同时生成0.5 mol D均表示正反应速率,所以不能说明反应达到平衡状态,D错误。
【方法规律】化学平衡标志的判断应注意的问题
(1)正逆反应速率相等与反应混合物中各组分的百分含量均保持不变是判断化学平衡状态的基本方法。这两个关系中的任何一个都可以单独用作判断化学反应是否达到平衡状态的标准。
(2)在mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)反应中,v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q,在应用v(正)=v(逆)判断化学平衡状态时要充分注意这一点。
(3)化学平衡状态中,反应混合物里各组成成分的浓度(或百分比含量)保持不变,但是某些物理量保持不变的化学反应状态并不一定是化学平衡状态。因此,在应用反应混合物里各组成成分的浓度、百分含量、物质的颜色、气体的压强、气体的密度、气体的平均摩尔质量等判断化学平衡状态时,一定要慎重。
【补偿训练】
合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要意义。对于密闭容器中的反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),在673 K、30 MPa下,n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如图所示。下列叙述正确的是 ( )
A.点a的正反应速率比点b的小
B.点c处反应达到平衡
C.点d(t1时刻)和点e(t2时刻)处n(N2)不一样
D.点e处反应达到平衡
【解析】选D。由图可知,a点时n(H2)比b点大,即反应物浓度大,所以a点的正反应速率大于b点,A项错误,虽然c点时n(H2)=n(NH3),但二者的物质的量仍在随时间发生变化,故c点并没达到平衡,B项错误;由于在t1、t2时,n(H2)、n(NH3)不再随时间发生变化,表明反应已达到平衡,故d、e两点处n(N2)相等,C项错误,D项正确。二、非选择题(本题包括2小题,共25分)
10.(15分)(2019·威海高一检测) 某化学实验小组同学设计如图所示装置,烧瓶A、B中装有相同浓度的NO2和N2O4的混合气体,中间用止水夹K夹紧,烧杯甲中盛放100 mL 6 mol·L-1的盐酸,烧杯乙中盛放100 mL的冷水,两烧杯液体温度相同。现向烧杯甲的溶液中放入25 g NaOH固体,同时向烧杯乙中放入25 g NH4NO3固体,搅拌使之溶解。
(1)写出烧瓶中存在的反应的化学方程式________,?
实验前烧瓶中气体呈________色。?
(2)请将该实验探究的题目补充完整?????????????????__。?
(3)分别向甲、乙烧杯中加NaOH固体和NH4NO3固体后,某同学又用温度计测量两烧杯中液体的温度,发现甲中温度____________,乙中温度______________,原因是________________________。同时发现A瓶中气体颜色变深,B瓶中气体颜色变浅。?
(4)由此,该小组同学得出的结论是??????????????__。?
【解析】烧瓶中的NO2和N2O4存在着相互转化反应, 2NO2N2O4,NO2红棕色,N2O4无色,烧瓶中气体呈红棕色,从实验操作可看出,该小组同学欲探究温度对化学平衡的影响。NaOH固体溶解且与盐酸发生中和反应均放热,使甲烧杯中溶液温度升高,平衡2NO2N2O4向左移动,气体颜色变深;NH4NO3溶于水吸热,使乙烧杯中溶液温度降低,平衡2NO2N2O4向右移动,B瓶中气体颜色变浅。
答案:(1)2NO2N2O4 红棕
(2)温度对化学平衡的影响
(3)升高 降低 甲中固体NaOH溶解放热,中和盐酸也放热,溶液温度升高,乙中NH4NO3溶解吸热,溶液温度降低
(4)温度升高时,2NO2N2O4向逆反应方向移动,温度降低时,向正反应方向移动,温度能影响化学平衡的移动
11.(10分)某研究小组决定用实验探究的方法证明化学反应具有一定的限度,在一定条件下会达到“平衡状态”。他们设计了如下实验:取5 mL 0.1 mol·L-1KI溶液于试管中,滴加0.1 mol·L-1FeCl3溶液2 mL,
(1)写出上述实验过程中反应的离子方程式。
提示:反应的离子方程式为2Fe3++2I-2Fe2++I2。
(2)怎样通过实验说明上述反应的发生。
提示:只要证明反应后的溶液中存在Fe2+和I2,就说明上述反应发生了。因此取少量反应液,加入少量CCl4,振荡,发现CCl4层显浅紫色,证明萃取到I2,即有I2生成(或取少量反应液,滴加淀粉溶液,若溶液变蓝,则说明生成了I2)。
(3)甲同学取少量反应液,滴加AgNO3溶液,发现有少量黄色沉淀(AgI)。此同学能否证明反应存在一定的限度?
提示:否。因为反应后的溶液中存在单质碘,且溶液中存在过量的I-。
(4)请你设计实验说明此反应具有一定的限度。
提示:取反应后的溶液少量,滴加KSCN溶液,溶液出现红色现象,说明该反应存在一定的限度。
(20分钟 30分)
一、选择题(本题包括2小题,每小题7分,共14分)
12.(2019·黄山高一检测)一定条件下,对于反应X(g)+3Y(g)2Z(g),若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)。达平衡时,X、Y、Z浓度分别为
0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1和0.08 mol·L-1,则下列判断不合理的是 ( )
①c1∶c2=1∶3
②平衡时,Y和Z的生成速率之比为2∶3
③X和Y的转化率不相等
④c1的取值范围为0A.①② B.③④ C.①④ D.②③
【解析】选D。分析浓度变化关系:
X(g)+3Y(g)2Z(g)
c起始/(mol·L-1) c1 c2 c3
c平衡/(mol·L-1) 0.1 0.3 0.08
化学方程式中反应物化学计量数之比为1∶3,所以反应中X和Y必然以1∶3消耗,因为达平衡时X和Y浓度之比为1∶3,故c1∶c2=1∶3,①正确;平衡时,Y和Z的生成速率之比应该和化学方程式中计量数之比相等,故Y和Z的生成速率之比为3∶2,②错误;由于起始时反应物是按方程式计量数之比配料,故X和Y转化率相等,③错误;运用极限法,假设Z完全转化为反应物,c1的极限值为0.14 mol·L-1,而题设c1>0,反应又是可逆的,故④正确。
13.在一定温度下,容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示,下列表述正确的是 ( )
A.反应的化学方程式为2MN
B.t2时,正、逆反应速率相等,达到平衡
C.t3时,正反应速率大于逆反应速率
D.t1时,N的浓度是M浓度的2倍
【解析】选D。从曲线变化的趋势看,n(N)逐渐减小,n(M)逐渐增加。当t=0时,n(M)、n(N)均不为0,分别为2 mol、8 mol;t1时N由8 mol减至6 mol,减少2 mol,M增加1 mol,说明M、N之间的反应可表示为2NM;t1时M为3 mol,N为6 mol,即N的浓度为M的2倍;t2时M、N两物质的物质的量相等,且为4 mol,并非正、逆反应速率相等;t3时,M、N的物质的量不随时间改变,是化学平衡的特征,说明正、逆反应速率相等。
【补偿训练】
(2019·北京101中学高一检测)已知:转化率=某一反应物转化的量÷该反应物的初始量×100%。在一密闭容器中加入A、B、C三种气体,保持温度一定,在t1～t4时刻测得各物质的浓度如下表。据此判断下列结论不正确的是 ( )
测定时刻/s
t1
t2
t3
t4
c(A)/(mol·L-1)
6
3
2
2
c(B)/(mol·L-1)
5
3.5
3
3
c(C)/(mol·L-1)
1
2.5
3
3
A.在t4时刻,该反应处于化学平衡状态
B.t3时,A的转化率比B的转化率高
C.t1至t2时刻,该反应的速率为3 mol·L-1·s-1
D. 该反应的化学方程式是2A(g)+B(g)C(g)
【解析】选C。由表中数据可知,在t3时刻开始,该反应中各组分的浓度保持不变,处于化学平衡状态,A正确; t3时,A的转化率(×100%≈66.7%)比B的转化率(×100%=40%)高,B正确;化学反应速率必须指明以哪种反应物来表示,C不正确;达平衡时A、B、C的物质的量浓度改变的量之比为4∶2∶2=2∶1∶1,根据化学反应速率之比等于化学计量数之比,故该反应的化学方程式是2A(g)+B(g)
C(g),D正确。
二、非选择题(本题包括1小题,共16分)
14.(2019·扬州高一检测)氢气是合成氨的重要原料,合成氨反应的化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) 。该反应为放热反应且每生成2 mol NH3,放出92.4 kJ的热量。
(1)当合成氨反应达到平衡后,改变某一外界条件(不改变N2、H2和NH3的量),反应速率与时间的关系如图所示。图中表示反应处于化学平衡状态的时间段(t1时刻后)为?????????????????????????__。?
(2)在一定温度下,向一个容积为1 L的容器中通入2 mol氮气和8 mol氢气及固体催化剂,使之反应。已知平衡时容器内气体的压强为起始时的80%。
①N2的转化率(反应物的转化浓度与该反应物的起始浓度比值的百分比)为_______________。?
②反应达到平衡时,放出热量为________(填序号)。?
A.小于92.4 kJ
B.等于92.4 kJ
C.大于92.4 kJ
D.可能大于或小于或等于92.4 kJ
(3)下列能证明反应已达化学平衡的标志为______(填序号)。?
A.压强不变
B.体系的温度不变
C.N2、H2、NH3的分子数之比为1∶3∶2
D.v正(N2)=v正(H2)
【解析】(1)v正=v逆时,表明反应处于化学平衡状态,故t2～t3,t4～t5段符合。
(2)气体的压强为起始的80%,则气体的物质的量也为起始时的80%,则减少量为20%,因此,反应后气体的总物质的量减少(2 mol+8 mol)×20%=2 mol。
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
1 3 2 Δn=2
Δn: 1 mol 3 mol 2 mol 2 mol
因此反应中有1 mol N2和3 mol H2反应生成2 mol NH3,则反应放出热量为92.4 kJ,N2转化率为×100%=50%。
(3)因该反应是气体分子数减少且正反应为放热的反应,故压强、温度不变能证明反应达到化学平衡;反应达平衡时,N2、H2、NH3的浓度不再变化,与化学计量数之比无关,C错误;D项v正(N2)、v正(H2)同方向,不能说明反应到达平衡状态。
答案:(1)t2～t3、t4～t5
(2)①50% ②B
(3)AB
【补偿训练】
(2019·朝阳区高一检测)在2 L密闭容器内,800 ℃时反应2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如表:
时间(s)
0
1
2
3
4
5
n(NO)
(mol)
0.020
0.010
0.008
0.007
0.007
0.007
(1)A点处v(正)______v(逆),A点正反应速率__________B点正反应速率(填“大于”“等于”或“小于”)。?
(2)图中表示NO2变化的曲线是________。用O2表示从0～2 s内该反应的平均速率v=______。?
(3)能说明该反应已达到平衡状态的是______。?
a.v(NO2)=2v(O2)
b.容器内压强保持不变
c.v逆(NO)=2v正(O2)
d.容器内密度保持不变
(4)能使该反应的反应速率增大的是__________。?
a.及时分离出NO2气体
b.适当升高温度
c.增大O2的浓度
d.选择高效催化剂
【解析】(1)A点,反应未达平衡,由表中数据知n(NO)随反应进行不断减小,说明反应从正向开始,所以A点v(正)>v(逆);A点处反应物的浓度大于B点,所以A点正反应速率大于B点。
(2)图中纵坐标为浓度,平衡时消耗n(NO)=0.020 mol-0.007 mol=0.013 mol,生成n(NO2)=0.013 mol。平衡时c(NO2)=0.006 5 mol·L-1,所以NO2的变化曲线为b。0～2 s内,NO的消耗浓度为=0.006 mol·L-1,故v(O2)==
1.5×10-3 mol·L-1·s-1。
(3)a表示是同一方向的速率,在任何时候都成立,而d中容器的体积及气体的总质量都不变,气体的密度也始终不变。
(4)分离出NO2气体后,浓度减小,反应速率减慢,而升高温度,选择高效催化剂及增大反应物浓度都会使反应速率增大。
答案:(1)大于 大于
(2)b 1.5×10-3 mol·L-1·s-1
(3)bc (4)bcd
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