课件73张PPT。第二节 化学反应的速率与限度
第1课时 化学反应的速率一、化学反应速率的含义及表示方法:【微思考】
(1)在反应C(s)+CO2(g) 2CO(g)中,能否用C来表示该反应的速率?
提示:不能。反应前后固体或纯液体的浓度几乎不发生变化,故不能用于表示化学反应速率。(2)化学反应速率能否表示某反应瞬间的速率?
提示:化学反应速率是一段时间内的平均速率,而不是瞬间速率。二、 影响化学反应速率的因素:
1.内因:影响化学反应速率的主要因素是反应物本身的性质。【想一想】
形状大小相同的铁块和铝块分别与等浓度的盐酸反应,生成氢气的速率哪个快?
提示:铝。决定反应速率快慢的主要因素是反应物本身的性质。2.外因:
(1)实验探究:
①催化剂的影响:加入FeCl3溶液产生气泡的速率明显加快催化剂可以加快反应速率②温度的影响:浸在热水里的试管中产生气泡的速率明显快于浸在冷水中的试管温度越高速率越快③浓度的影响:不加水的试管中产生气泡的速率更快浓度越大反应速率越快(2)外界因素对速率的影响:
其他条件不变时,改变某一条件:加快加快降低加快降低加快降低【情境·思考】
古代皇室专用版冰箱——“冰鉴”
在周朝的时候,古人就发明了一种东西,专门用来保存“冰”。最开始的时候,冰鉴只是用来保存冰,让皇帝解暑用的,而到了后面,有个御膳房的厨师发现:在北方,冬天下雪的时候,寒气可以让食物“更长久”的保鲜,而冰也是一种寒气,所以就发明了用冰鉴进行保鲜。(1)古代的“冰鉴”和现代的冰箱能够较长时间保存食物的原理是什么?
提示:通过降低温度,降低化学反应的速率,起到延长食品保存时间的作用。(2)生活中用煤粉代替煤块并向炉膛鼓风,可以使炉火更旺,原理是什么?
提示:增大煤与空气的接触面积,加快反应速率。知识点一 化学反应速率的正确理解与比较
【重点释疑】
1.正确理解化学反应速率2.化学反应速率的比较方法:
(1)归一法:(2)比值法:
比较化学反应速率与化学计量数的比值。如反应
aA+bB cC,要比较v(A)与v(B)的相对大小:
若 →v(A)>v(B)。3.化学反应速率的计算:
(1)公式法。
v(A)= (2)“三段式”法。
①写出有关反应的化学方程式。
②找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。③根据已知条件列方程式计算。
例如,反应 mA + nB pC
t0 s/mol·L-1 a b 0
转化/mol·L-1 x
t1 s/mol·L-1 a-x 则:v(A)= mol·L-1·s-1、
v(B)= mol·L-1·s-1、
v(C)= mol·L-1·s-1。【思考·讨论】
(1)锌与稀硫酸反应制取氢气反应中,哪些物质可以表示该反应的速率?
提示:硫酸、硫酸锌。硫酸、硫酸锌溶解于水中,浓度可以表示;锌是固体,浓度几乎不变;由于氢气脱离了溶液,故其浓度无法表示。(2)对于反应3A(g)+B(g)====2C(g)+2D(g),在不同
条件下,用A、B表示的反应速率分别为条件
①v(A)=0.6 mol·L-1·min-1;条件②v(B)=
0.45 mol·L-1·min-1;则该反应在条件①的速率
比条件②的速率快吗?提示:同一个化学反应,用不同物质表示其反应速率时,数值可能不同,所以比较同一个化学反应的反应速率的相对大小时,不能直接比较数值大小,应先转化为同一物质、同一单位,然后再比较其数值大小,数值越大表明反应越快。将条件①的速率换算成用B表示的速率为v(B)=0.2 mol·L-1·min-1,即条件②的速率比条件①的速率快。【案例示范】
【典例】(2019·成都高一检测)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【解题指南】解答本题要注意以下3点:
(1)同一个反应用不同物质表示的化学反应速率之比等于化学计量数之比。
(2)化学反应速率是某物质在单位时间内浓度的变化值,属于平均速率。
(3)不用固体和纯液体表示反应速率。【解析】选B。A为固体,一般不用固体表示反应速率,所以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,所以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。【母题追问】(1)上题2 min内用C表示的速率为________。?
提示:0.2 mol·L-1·min-1。v(B)=0.6 mol·L-1 ÷
2 min =0.3 mol·L-1·min-1,则v(C)=v(B)÷3×2
=0.2 mol·L-1·min-1。(2)上题2 min内减少的A的物质的量为________。?
提示:0.8 mol。2 min内减少的n(B)=0.6 mol·L-1
×1 L=0.6 mol,则n(A)=n(B)÷3×4=0.8 mol。【迁移·应用】
1.(2019·滁州高一检测)一定温度下,向容积为2 L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应,反应中各物质的物质的量变化如图所示,下列对该反应的推断合理的是 ( )A.该反应的化学方程式为3B+4D 6A+2C
B.反应进行到1 s时,v(A)=v(D)
C.反应进行到6 s时,B的平均反应速率为
0.05 mol·L-1·s-1
D.反应进行到6 s时,各物质的反应速率相等【解析】选C。Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)
=(1.2-0) mol∶(1.0-0.4) mol∶(1.0-0.2) mol
∶(0.4-0) mol=6∶3∶4∶2,所以化学方程式为
3B+4C 6A+2D,A错误;不论在什么时刻,用各物质
表示的速率之比等于化学计量数之比,B、D错误。2.在2A+B====3C+4D反应中,表示该反应速率最快的
是( )
A.v(A)=0.5 mol·L-1·s-1
B.v(B)=0.3 mol·L-1·s-1
C.v(C)=0.8 mol·L-1·s-1
D.v(D)=1 mol·L-1·s-1【解析】选B。用反应速率判断反应快慢的方法,首先
把各物质的反应速率除以其化学方程式中的化学计量
数:A选项 =0.25 mol·L-1·s-1,B选项
=0.3 mol·L-1·s-1,C选项 mol·L-1·s-1,
D选项 =0.25 mol·L-1·s-1;然后比较大小,B选项
最大。【补偿训练】
(2019·聊城高一检测)反应A(g)+3B(g)====2C(g)
+2D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为①v(A)=
0.45 mol·L-1·min-1 ②v(B)=0.6 mol·L-1·s-1
③v(C)=0.4 mol·L-1·s-1 ④v(D)=0.45 mol·L-1·s-1,
该反应进行的快慢顺序为 ( )A.④>③=②>① B.④<③=②<①
C.①>②>③>④ D.④>③>②>①【解析】选A。若将各反应速率均转化为以B表示的
反应速率,且以mol·L-1·s-1为单位,①、②、③、
④表示的速率分别是0.022 5 mol·L-1·s-1、
0.6 mol·L-1·s-1、0.6 mol·L-1·s-1、
0.675 mol·L-1·s-1,故A正确。知识点二 化学反应速率的影响因素
【重点释疑】
1.内因:2.外因:
在其他条件相同时,改变某一条件:【易错提醒】(1)由于增大反应物浓度造成的反应速率减慢,此时要考虑常温下铁和铝在浓硫酸和浓硝酸中的钝化。例如,铁和稀硫酸生成氢气的反应,若将稀硫酸换成浓硫酸,发生钝化,反应不进行。
(2)中学阶段一般只讨论其他条件相同时,改变一个条件对化学反应速率的影响。【知识拓展】压强对反应速率的影响
有气体参加的反应,改变压强对反应速率的影响实质是改变体积,使反应物的浓度改变。
(1)压缩体积或充入反应物,使压强增大,都能加快化学反应速率。
(2)体积不变,充入不参与反应的气体。虽然总的压强增大,但反应物浓度不发生变化,故化学反应速率不变。【思考·讨论】
(1)实验室常用30%左右的硫酸与足量的锌粒反应制取H2,当反应一段时间后,气泡变得稀少了,如果添加一些适当浓度的硫酸溶液到反应容器中,气泡又会重新增多起来,原因是什么?提示:反应的离子方程式为Zn+2H+====Zn2++ H2↑。c(H+)的大小影响着该反应的反应速率。气泡变稀少了,是因为c(H+)减小了,反应速率减慢。添加一些适当浓度的硫酸溶液,由于溶液中c(H+)又迅速增大,因而反应速率加快,产生气泡的速率又加快了。(2)在恒压条件下,发生反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),向容器中通入氦气,化学反应速率如何变化?
提示:减小。总压强不变,通入氦气体积增大,反应物的浓度减小,反应速率减小。(3)在恒容条件下,发生反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),向容器中通入氦气,化学反应速率如何变化?
提示:不变。容器体积不变,通入氦气,反应物的浓度不变,反应速率不变。【案例示范】
【典例】(2019·黄冈高一检测)下列条件下的反应,放出氢气最快的是 ( )【思维建模】分析影响化学反应速率因素的一般步骤【解析】选B。因决定化学反应速率的因素是反应物本身的性质,在上述金属中镁的活泼性最强,但硝酸与金属反应得不到氢气,4 mol·L-1 H2SO4中氢离子的浓度为8 mol·L-1,但Cu不与稀硫酸反应,金属与酸反应的本质是与氢离子反应,3 mol·L-1 HCl中氢离子的浓度为3 mol·L-1,Al比Fe活泼,所以放出氢气最快的是Al。【方法规律】 分析判断反应速率大小时应遵循的思路【迁移·应用】
1.(2019·邯郸高一检测)下列条件一定能使化学反应速率增大的是 ( )
①增加反应物的物质的量 ②升高温度
③缩小反应容器的体积 ④加入生成物
A.只有② B.②③
C.①② D.全部【解析】选A。增加反应物的物质的量不一定改变反应物的浓度。反应物、生成物为固态或纯液态时增加反应物的物质的量,都不影响反应速率,①④错误;缩小反应容器的体积可以增大有气体参与的反应的化学反应速率,对没有气体参与的反应的反应速率无影响。2.(2019·淄博高一检测)下列有关反应速率的说法正确的是 ( )
A.用铁片和稀硫酸反应制氢气时,改用98%的硫酸可以加快反应速率
B.100 mL 2 mol·L-1的盐酸跟锌片反应,加入适量的氯化钠溶液,反应速率不变C.SO2的催化氧化反应是一个放热的反应,所以升高温度,反应速率变慢
D.汽车尾气中的NO和CO可以缓慢反应生成N2和CO2,减小压强反应速率变慢【解析】选D。铁和浓硫酸钝化,所以错误,不选A;加入氯化钠溶液,盐酸的浓度减小,所以速率减慢,不选B;升温,反应速率加快,错误,不选C;减小压强,反应速率减慢,正确,选D。【补偿训练】
1.对于硫酸工业中SO2的催化氧化反应2SO2+O2
2SO3,下列说法错误的是 ( )
A.使用催化剂能加快化学反应速率
B.增大压强对反应速率无影响
C.降低反应温度,化学反应速率减慢
D.增大O2浓度,化学反应速率增大【解析】选B。使用催化剂,加快反应速率,A项正确;该反应为气相反应,增大压强可增大反应物的浓度,则反应速率增大,B项错误;降低温度,化学反应速率降低,C项正确;增大O2浓度,化学反应速率增大,D项正确。2.(2019·潍坊高一检测)下列食品添加剂中,其使用目的与反应速率有关的是 ( )
A.抗氧化剂 B.调味剂
C.着色剂 D.增稠剂【解析】选A。抗氧化剂能阻止或延缓食品的氧化变质,与反应速率有关,故A正确;调味剂是为了增加食品的味道,与反应速率无关,故B错误;着色剂是为了给食品添加某种颜色,与反应速率无关,故C错误;增稠剂可以提高食品的黏稠度,使食品加工体系更趋于稳定状态,与反应速率无关,故D错误。【素养提升】
2019年7月1日,《上海市生活垃圾管理条例》正式施行,上海开启了生活垃圾分类 “强制时代”。按照总体部署,继上海之后,全国另外45座城市也将跟进实施生活垃圾强制分类。生活中有很多资源容易被浪费,如废铁、旧塑料等。为了变废为宝,某同学利用废铁片与盐酸的反应制备氢气时,经过测定产生H2的速率随时间的变化如图所示。(1)对于该反应,影响反应速率的因素有哪些?
提示:这是固体与水溶液之间进行的反应,影响反应速率的因素有盐酸的浓度、温度和铁片的表面积。
(2)分析O～a段产生氢气速率几乎为零的原因?
提示:废铁片的表面有铁锈,开始阶段盐酸先与铁的氧化物反应,无氢气产生。(3)随着反应的进行盐酸的浓度逐渐减小,但a～b段产生氢气的速率却逐渐增大的原因是什么?
提示:铁与盐酸的反应是放热反应,放出的热量使溶液的温度升高,使反应速率增大,且增大的程度大于盐酸浓度减小使速率减小的程度,故速率逐渐增大。(4)b～c段产生氢气的速率逐渐减小的原因是什么?
提示:随着反应进行到最后阶段,发生反应的反应物的量减小,放出的热量减小,盐酸浓度减小使速率减小起到了主要作用,故速率逐渐减小。
(5)还可以采取什么措施加快该反应的速率?
提示:将铁片粉碎、滴入几滴硫酸铜溶液等。【课堂回眸】课件105张PPT。第2课时
化学反应的限度
化学反应条件的控制一、 化学反应限度
1.可逆反应:【想一想】
什么是可逆反应?它有什么特点?
提示:在同一条件下正反应方向和逆反应方向均能进行的化学反应叫可逆反应。特点如下:2.化学平衡的建立:
(1)化学平衡建立的分析:
①浓度对速率的影响的角度:
在一定条件下,向反应容器中加入N2和H2发生反应:
N2+3H2 2NH3。最大最大最小最小>减小减小增大增大>不变不变不变不变=②利用速率—时间(v-t)图象分析:(2)化学平衡状态的概念:在一定条件下,可逆反应进行
到一定程度时,正反应速率和逆反应速率相等,反应物
的浓度和生成物的浓度都_________,达到一种表面静止
的状态。不再改变【想一想】
在已达到平衡的可逆反应2SO2+O2 2SO3中,由18O2代替等物质的量的O2。一段时间后,18O存在于哪些物质中?提示:化学平衡是动态平衡,18O2代替等物质的量的O2后,18O2与SO2结合生成含18O的SO3,同时含18O的SO3分解,使SO2、O2中也含有18O,因此18O存在于SO2、O2、SO3这三种物质中。(3)化学反应的限度:
①化学平衡状态是可逆反应达到给定条件下所能达到
的_________。
②任何可逆反应在给定条件下的进行程度都有一定的
限度。
③改变反应条件可以在一定程度上改变一个化学反应
的限度,即改变该反应的化学平衡。最大程度【巧判断】
(1)一个可逆反应达到的平衡状态就是该反应所能达到的最大限度。 ( )
提示:×。化学平衡状态是可逆反应达到给定条件下所能达到的最大程度,条件改变限度可能改变。(2)化学反应达到平衡状态时,该反应停止了。 ( )
提示:×。可逆反应是动态平衡。(3)可逆反应达到平衡状态时,各反应物、生成物的浓度相等。 ( )
提示:×。可逆反应达到平衡状态时,各反应物、生成物的浓度不再改变,并非相等。二、化学反应条件的控制
1.目的:2.化工生产中反应条件的调控:
(1)考虑因素:
化工生产中调控反应条件时,需要考虑控制反应条件
的_____和___________。成本实际可能性(2)实例——合成氨生产条件的选择:【情境·思考】
生活中有很多现象都存在化学知识,如炉火越扇越旺,但蜡烛的火焰一扇就灭。(1)同样是扇风结果为什么不同,试解释其中的原因?
提示:“炉火越扇越旺”是扇风为燃烧提供了足量的氧气促进燃烧;“蜡烛的火焰一扇就灭”是由于空气流动带走大量的热量,使温度降低,低于了蜡烛的着火点。(2)为了提高燃料的燃烧效率,应如何调控燃烧反应的条件?
提示:①燃料与空气或氧气接触,且空气要适当过量。②尽可能使燃料充分燃烧,提高能量的转化率。③尽可能充分地利用燃料燃烧所释放出的热量,提高热能的利用率。知识点 化学反应(限度)平衡状态的理解和判断
【重点释疑】
1.化学平衡状态的特征——“五字诀”:2.化学平衡状态判断“三关注”“一等一不变”
(1)三关注:
①关注反应条件,是恒温恒容,恒温恒压,还是绝热恒容容器;
②关注反应特点,是等体积反应,还是非等体积反应;
③关注特殊情况,是否有固体参加或生成,或固体的分解反应。(2)一等一不变:【易错提醒】(1)化学平衡的实质是同种物质的正、逆反应速率相等。用不同物质的正、逆反应速率判断是否达到化学平衡状态时,要根据化学反应速率之比等于化学计量数之比,转化为同种物质的速率进行比较。
(2)利用v(正)=v(逆)>0判断平衡状态时注意:反应速率必须是一正一逆,不能都是v(正)或都是v(逆)。【思考·讨论】
某恒温恒容密闭容器中,发生如下反应:2A(g)+B(g)
3C(g)+D(s),混合气体的压强不再改变能否表明
该反应已达到平衡状态?提示:不能。D是固体,反应前后气体的物质的量不变,由于容器的体积不变,故气体的压强始终不变,因此压强不再改变,不能表明该反应已达到平衡状态。【案例示范】
【典例】在一个体积固定的密闭容器中,进行的可逆
反应A(s)+3B(g) 3C (g)。下列叙述中表明可逆反
应一定达到平衡状态的是 ( )①C的生成速率与C的分解速率相等;②单位时间内生成
a mol A,同时生成3 a mol B;③B的浓度不再变化;
④混合气体总的物质的量不再发生变化;⑤A、B、C的
物质的量之比为1∶3∶3;⑥混合气体的密度不再变化
A.①②③ B.①③④⑥
C.①③⑥ D.①③④【思维建模】解答有关化学平衡标志的思维流程如下:【解析】选C。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,故①正确;②化学反应速率之比
等于化学计量数之比,无论是否达到平衡状态,都存在
单位时间内生成a mol A,同时生成3 a mol B,故②错
误;③当反应达到化学平衡状态时,各物质的浓度不变,
故③正确;④气体反应物与气体生成物的化学计量数之
和相等,无论是否达到平衡状态,混合气体总的物质的量都不变,故④错误;⑤平衡时各物质的物质的量取决于起始配料比以及转化的程度,不能作为判断是否达到平衡状态的依据,故⑤错误;⑥A为固体,当气体的总质量不变时,反应达到平衡状态,故⑥正确。【母题追问】(1)混合气体的平均相对分子质量不变能否说明该反应达到平衡?
提示:能。根据M= ,A是固体,反应前后气体的物质的量不变,但质量是改变的,因此当平均相对分子质量不再改变时,说明达到平衡。(2)若A为气体,①～⑥中能够说明反应达到平衡状态的有哪些?
提示:①③④。A为气体,则反应前后气体的总物质的量不相等,则④能够说明达到平衡;气体的质量和体积都不变,则密度始终不变,不能说明达到平衡。其他与原题一致。【迁移·应用】
(2019·淮北高一检测)在恒温下的密闭容器中,有可
逆反应:2NO+O2 2NO2(正反应为放热反应),不能说明
已经达到平衡状态的是 ( )
A.正反应生成NO2的速率和逆反应生成O2的速率相等
B.反应容器中压强不变
C.混合气体颜色深浅保持不变
D.混合气体的平均相对分子质量不随时间变化而变化【解析】选A。该反应是一个反应前后气体物质的量不相等的反应,因此混合气体的平均相对分子质量、压强以及颜色保持不变,即说明达到平衡。A中表示的速率虽然方向相反 ,但速率之比不等于化学计量数之比,即应该是正反应生成NO2的速率和逆反应生成O2的速率的2倍相等,故A错。【补偿训练】
1.(2019·宿州高一检测)一定温度下,反应A2(g)+
B2(g) 2AB(g)达到平衡的标志是 ( )
A.单位时间内生成n mol A2同时生成n mol AB
B.容器内的总压强不随时间的变化而变化
C.单位时间内生成2n mol AB同时生成n mol B2
D.单位时间内生成n mol A2同时生成n mol B2 【解析】选C。在一定条件下,判断一个反应是否达到
平衡,主要看正逆反应速率是否相等,体系中各组分的
浓度(或含量)是否保持不变。A项中,生成A2是逆反应,
生成AB是正反应。显然v(正)中,压强不随时间的变化而变化,不能说明反应混合物
中A2、B2和AB的浓度是否保持一定,v(正)是否等于
v(逆)。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,反应从开始至反应达到平衡压强就一直保持不变,故压强不变不能说明反应是否达到平衡状态;C项中,表明v(正)=v(逆),反应已达到平衡状态;D项中,只说明了逆反应速率,没有说明正反应速率,且不管平衡是否建立,只要反应在进行,生成A2和B2的物质的量之比始终为1∶1。2.相同温度和压强下,在容积为2 L的密闭容器中发生
反应:2HI H2+I2(g),达到平衡状态的标志是 ( )
A.c(H2)保持不变
B.c(H2)=c(I2)
C.2v正(HI)=v逆(I2)
D.拆开2 mol H—I共价键,同时生成1 mol H—H共价键【解析】选A。在一定条件下的可逆反应中,如果正、逆反应速率相等,各组分的百分含量保持不变,则达到化学平衡状态。A项,c(H2)保持不变,符合要求;B项,c(H2)=c(I2),不一定是保持不变,不符合要求;C项,应为v正(HI)=2v逆(I2),错误;D项,拆开2 mol H—I共价键是正反应,同时生成1 mol H—H共价键,也是正反应,错误。3.(2019·青岛高一检测)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)在体积不变的密闭容器中反应,下列叙述表示处于化学平衡状态的是 ( )
A.N2、H2、NH3的浓度比为1∶3∶2的状态
B.混合气体的密度不随时间而变化
C.当有1 mol N≡N键断裂时,有6 mol N—H键断裂
D.单位时间内消耗a mol N2的同时,消耗3a mol的H2的状态【解析】选C。A中,N2、H2、NH3的浓度比等于化学计量数之比时,不能确定是否处于平衡状态,因为无法以v正=v逆和浓度是否不变进行判断。B中,因容器的体积不变,而混合气体的总质量不改变,则无论平衡与否,混合气体的密度均不变化。C中,当有1 mol N≡N键断裂时,相当于生成2 mol NH3(1 mol NH3中含有3 mol N—H键),即生成6 mol N—H,与有6 mol N—H键断裂符合v(NH3)正=v(NH3)逆,故处于化学平衡状态。D中,消耗a mol N2的同时消耗3a mol H2是同向的,不管平衡与否,只要N2和H2反应就一定符合该比例。【素养提升】
化学平衡是一个相对静止的状态,是可逆反应在一定条
件下达到的最大限度。回答有关硫酸制备中重要反应
2SO2+O2 2SO3的有关问题:(1)对于该反应的下列判断正确的有哪些?
①2 mol SO2和足量的O2反应,必生成2 mol SO3
②平衡时SO2、O2、SO3的分子数之比为2∶1∶2
③平衡时SO2的消耗速率必定等于O2的生成速率的2倍
④平衡时SO2的浓度必为O2浓度的2倍提示:③。由于该反应是可逆反应,反应不可能完全进行,所以2 mol SO2和足量的O2反应,产生的SO3的物质的量必然小于2 mol,①错误;在反应过程中,SO2、O2、SO3这几种物质的分子数之比为2∶1∶2,但是平衡时不一定是这种关系,②错误;因为在平衡时任何物质的消耗速率与产生速率相同,在任何时刻SO2的消耗速率必定等于O2的消耗速率的2倍,当SO2的消耗速率等于O2生成速率的2倍时,则说明O2的消耗速率等于O2生成速率,因此反应达到平衡状态,③正确;如果起始加入的SO2、O2的比例不是2∶1,则达到平衡时SO2的浓度不是O2浓度的2倍,④错误。(2)加快该反应速率的因素有哪些?
提示:使用催化剂、升高温度、增大反应物浓度、增大压强等。(3)以下是该反应在不同条件下达到平衡状态时SO2的转化率。从以上数据分析,最好选择的反应条件是什么?选择时考虑的因素有哪些?
提示:选择400℃、0.1MPa。选择适宜的反应条件,既可以增大反应速率,缩短生产周期,又可以达到较大的反应限度,从而获得较大的产率。【课堂回眸】【核心整合】
1.化学反应速率2.化学平衡——反应限度3.“三段式”法在化学反应速率计算中的应用
有关化学反应速率的计算往往数据比较多,关系复杂,往往可以通过“三段式”法,使各种数据直观、条理清晰、便于分析和计算。(1) “三段式”法的基本步骤
a.写出化学反应方程式并配平。
b.根据题意,依次列出各反应物和生成物的起始浓度(或物质的量)、浓度(或物质的量)的变化量及一段时间后的浓度(或物质的量),未知量可以设未知数表示。c.根据起始浓度(或物质的量)与一段时间后的浓度(或物质的量)的差等于浓度(或物质的量)的变化量,变化量之比等于对应物质的化学计量数之比,列出关系式计算。(2)具体实例有
v(A)= mol·L-1·s-1,v(B)= mol·L-1·s-1,
v(C)= mol·L-1·s-1,B的转化率为 ×100%。【素养迁移】
1.(2019·沈阳高一检测)下列各图所示的措施中,是为了加快其化学反应速率的是 ( )【解析】选C。铁门表面喷漆是为了防止铁锈蚀,减小反应速率,A项错误。把食物放在冰箱中降温保存,是为了降低反应速率,B项错误。用扇子扇煤炉火,使其中的空气浓度增大,增大反应物的浓度,反应速率加快,C项正确。将木头电线杆头稍微烧焦些,使木头表面覆盖一层不容易反应的物质,因此可以使反应速率减慢,D项错误。2.在一定温度下,某密闭且体积不变的容器内有可逆反
应:A(g)+3B(g) 2C(g)。不能说明该反应达到化学
平衡的标志是 ( )
A.C物质的生成速率和分解速率相等
B.A、B、C的浓度不再变化
C.单位时间内生成a mol物质A,同时生成3a mol物质B
D.A、C物质的分子数之比不变【解析】选C。C物质的生成速率和分解速率相等,说明正、逆反应速率相等,A正确;对于可逆反应来说,判断反应是否已经达到平衡,主要看正逆反应速率是否相等,体系中各组分的浓度(或含量)是否保持不变,B项正确; C选项只说明了逆反应速率,没有说明正反应速率,C错误;随反应的进行A、C物质的分子数之比发生改变,当该比值不变时,说明达到化学平衡的标志,D正确。3.一定条件下,将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器
中发生反应NO2(g)+SO2(g) SO3(g)+NO(g)。下列能
说明反应达到平衡状态的是 ( )
A.体系压强保持不变
B.混合气体颜色保持不变
C.SO3和NO的体积比保持不变
D.每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2【解析】选B。反应NO2(g)+SO2(g) SO3(g)+NO(g)是
体积不变的可逆反应,因此A项不能说明;颜色的深浅与
气体的浓度大小有关,而在反应体系中只有二氧化氮是
红棕色气体,所以混合气体颜色保持不变时即说明NO2
的浓度不再发生变化,因此B项可以说明;SO3和NO是生
成物,因此在任何情况下二者的体积比总是满足1∶1,C项不能说明;SO3和NO2一个作为生成物,一个作为反应物,因此在任何情况下每消耗1 mol SO3的同时必然会生成1 mol NO2,因此D项也不能说明。【互动探究】(1)将上题A项“压强”改为“气体的总物质的量”能否说明达到平衡状态?
提示:不能。该反应前后气体的物质的量始终保持不变。(2)将上题C项“SO3和NO”改为“NO2和SO2”能否说明达到平衡状态?
提示:能。开始时NO2与SO2体积比为1∶2,变化量之比为1∶1,未达到平衡时NO2与SO2体积比会发生变化,当保持不变时,表明反应达到平衡状态。4.在10 L密闭容器中,1 mol A和3 mol B在一定条件下
反应:A(g)+xB(g) 2C(g),2 min后反应达到平衡时,
测得混合气体共3.4 mol,生成0.4 mol C,则下列计算
结果正确的是 ( )
A.平衡时,物质的量之比n(A)∶n(B)∶n(C)=2∶11∶4
B.x值等于3
C.A的转化率为20%
D.B的平均反应速率为0.4 mol·L-1·min-1【解析】选C。
A(g)+xB(g) 2C(g)
起始物质的量(mol) 1 3 0
转化物质的量(mol) 0.2 0.2x 0.4
平衡物质的量(mol) 0.8 3-0.2x 0.4则0.8 mol+3 mol-0.2x mol+0.4 mol=3.4 mol,x=4,
B错;平衡时,物质的量之比为0.8∶(3-0.8)∶0.4
=4∶11∶2,A错;A的转化率为 ×100%=20%,C正确;
v(B)= ÷2 min=0.04 mol·L-1·min-1,D错。5.(原创题)氮氧化物包括多种化合物,如一氧化二氮
(N2O)、一氧化氮 (NO)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮
(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)等。除二
氧化氮以外,其他氮氧化物均极不稳定,遇光、湿或热变
成二氧化氮及一氧化氮,一氧化氮又变为二氧化氮。某
温度下,真空密闭容器中发生反应:2NO2 2NO+O2,经
4 min后,测得混合气中NO2浓度为0.12 mol·L-1,O2的浓
度为0.24 mol·L-1,且各物质的浓度不再发生变化。求:(1)NO2的起始浓度是多少?
(2)4 min时NO2的转化率是多少?
(3)4 min内生成NO的化学反应速率是多少?
(4)4 min时NO的体积分数是多少?
(5)4 min时容器的压强是开始时的多少倍?【解析】 2NO2 2NO+ O2
c(起始)/mol·L-1 a 0 0
c(转化)/mol·L-1 2c 2c c
c(4 min)/mol·L-1 a-2c 2c c
由题意得:a-2c=0.12 mol·L-1,c=0.24 mol·L-1。(1)NO2的起始浓度为a=0.12 mol·L-1+2×
0.24 mol·L-1=0.6 mol·L-1。
(2)α(NO2)= ×100%= ×100%=80%。
(3)v(NO)= =0.12 mol·L-1·min-1。(4)设容器体积为V L,则NO的体积分数=
×100%=
×100%=57.1%。
(5)设容器体积为V L, 答案:(1)0.6 mol·L-1 (2)80%
(3)0.12 mol·L-1·min-1 (4)57.1% (5)1.4课题任务:以化学反应与热能、电能的转化为载体,解决能源问题
【情境创设】
中国氢能联盟在潍柴集团发布首个《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》,这是国内第一个高质量的氢能全产业链研究成果。 据白皮书研究数据显示,2050年氢能将在中国终端能源体系中占比达到10%,与电力协同互补,共同成为中国终端能源体系的消费主体。届时,可实现二氧化碳减排约7亿吨/年,累计拉动33万亿元经济产值。推动氢能产业高质量发展,是优化能源结构、保障能源安全和提高国家制造业创新能力的重要方向。【素养解读】
1.核心素养:
(1)证据推理与模型认知:建立认知模型,并能运用模型解释化学现象,揭示现象的本质和规律。
(2)科学探究与创新意识:能发现和提出有探究价值的问题,能从问题和假设出发,依据研究目的,设计探究方案。(3)科学态度与社会责任:具有探索未知、崇尚真理的意识;具有节约资源、保护环境的可持续发展意识。
2.素养目标:
通过课题的探究学习,掌握化学能与热能、电能的转化知识,初步养成绿色应用意识,增强社会责任感。【素养探究】
【探究一】氢能源的燃烧
1.能源有多种分类方法,按基本形态分为一次能源和二次能源。按能源性质分为燃料型能源和非燃料型能源(水能、风能、地热能、海洋能)。按污染分为污染型能源和清洁型能源。(1)按照上面分类标准,氢能源属于哪些类型?
提示:H2是通过化学反应由水得到的,属于二次能源;燃烧放热,产物为水,故属于燃料型能源和清洁型能源。(2)根据下列信息判断氢气燃烧生成水时的热量变化:则H2O分解为H2与O2时放出还是吸收热量?生成1 mol H2O时热量变化是多少?提示:根据能量变化可知,1 mol H2与 mol O2断键时吸收685 kJ能量,而生成1 mol H2O放出930 kJ能量,所以H2燃烧生成1 mol H2O的反应放热245 kJ,则H2O的分解是吸热反应。(3)一定量的氢气在一定条件下完全燃烧生成气态水,放出热量值为Q1,等量的H2在同样条件下完全燃烧生成液态水,放出热量值为Q2,则Q1与Q2的关系如何?
提示:Q1Q1。(4)TiO2在光照射下可使水分解:2H2O 2H2↑+O2↑,该过程类似植物的光合作用。如图是光照射下TiO2分解水的装置示意图。该装置有哪些形式的能量转化?铂电极上发生的是氧化反应还是还原反应?提示:该装置光分解水是将光能转化为化学能,发生氧化还原反应,生成氢气和氧气,电子的转移经过R,又将化学能转化为电能;铂电极上生成氢气的反应为2H++2e-====H2↑,是还原反应。【探究二】氢氧燃料电池
2.燃料燃烧时化学能转化为热能、光能等,但热能也不能被充分利用,如一部分随烟散失掉。燃料电池的出现,很大程度上提高了燃料能量的利用率。(1)氢氧燃料电池能量转化率高,具有广阔的发展前景。现用氢氧燃料电池进行如图所示的实验(图中所用电极均为惰性电极):氢氧燃料电池的正负极分别是哪一极?OH-如何移动?使用一段时间后电解质溶液的碱性如何变化?试写出电极反应式。提示:通H2的一极发生氧化反应,为负极,通O2的一极发
生还原反应,为正极;OH-移向负极(即a极);a电极的电极反应为H2-2e-+2OH-====2H2O,b电极的电极反应为O2+2H2O+4e-====4OH-。总反应式为2H2+O2====2H2O,则KOH溶液浓度减小,碱性减弱。(2)在直接以甲醇为燃料的电池中,电解质溶液为酸性,负极、正极的反应式分别是什么?
提示:负极:CH3OH+H2O-6e-====CO2↑+6H+,正极:
O2+4H++4e-====2H2O。【探究三】迁移应用
3.如图为甲烷的燃料电池,将铂电极放置在KOH溶液中,然后向两极分别通入CH4和O2,即可产生电流,称为燃料电池。通入CH4的电极为正极还是负极?写出反应的化学方程式和正、负极电极反应式。提示:CH4燃料电池中发生的反应为CH4+2O2+2OH-====
C +3H2O,碳元素的化合价升高,通入CH4的电极为负
极,通入O2的电极为正极;正、负极电极反应式分别为O2+2H2O+4e-====4OH-,CH4+10OH--8e-====C +7H2O。【素养评价】
1.宏观辨识与微观探析—水平1:能从物质的宏观特征入手对物质及其反应进行分类和表征。
2.科学探究与创新意识—水平2:能对简单化学问题的解决提出可能的假设,依据假设设计实验方案,能运用多种方式收集实验证据,基于实验事实得出结论,提出自己的看法。3.证据推理与模型认知—水平3:能通过定性与定量结合的方式收集证据,能通过定性分析和定量计算推出合理的结论;能认识物质及其变化的理论模型和研究对象之间的异同,能对模型和原型的关系进行评价及改进模型;能说明模型使用的条件和适用范围。4.科学探究与创新意识—水平4:能根据文献和实际需要提出综合性的探究课题,根据假设提出多种探究方案,评价和优化方案。
5.科学探究与创新意识—水平3:具有较强的问题意识,能提出探究的问题和假设,依据假设提出实验方案,独立完成实验。6.证据推理与模型认知—水平4:能依据各类物质及其反应的不同特征寻找充分的证据,能解释证据与结论之间的关系。
7.科学态度与社会责任—水平3:具有理论联系实际的观念,有将化学成果应用于生产、生活的意识,能依据实际条件并运用所学的化学知识和方法解决生产、生活中简单的化学问题。温馨提示：
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课堂检测·素养达标
1.关于化学反应速率的说法正确的是 ( )
A.化学反应速率可表示反应进行的程度
B.化学反应速率是指一定时间内,任何一种反应物浓度的减少或任何一种生成物浓度的增加
C.对于任何化学反应来说,反应速率越快,反应现象就越明显
D.根据反应速率的大小可知化学反应进行的相对快慢
【解析】选D。化学反应速率可表示反应进行的快慢,不能表示进行的程度;固体和水无法用浓度表示,只能用消耗或生成的物质的量来表示;某些反应速率较大的反应其反应现象并不明显,例如酸碱中和反应。
2.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。速率之比等于化学方程式中的化学计量数之比。A项,v(W)=v(Z);B项,3v(X)=2v(Z);C项,2v(X)=v(Y);D项,2v(W)=3v(X)。
3.硝酸是工业生产中的重要原料,工业制备硝酸的流程为NH3→NO→NO2→HNO3。
其中一个重要反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)在10 L密闭容器中进行,半分钟后,水蒸气的物质的量增加了0.45 mol,则此反应的速率v(X)(反应物的消耗速率或产物的生成速率)可表示为 ( )
A.v(NH3)=0.010 mol·L-1·s-1
B.v(O2)=0.001 0 mol·L-1·s-1
C.v(NO)=0.001 0 mol·L-1·s-1
D.v(H2O)=0.045 mol·L-1·s-1
【解析】选C。v(H2O)==0.001 5 mol·L-1·s-1。则v(NO)=v(H2O)=×
0.001 5 mol·L-1·s-1=0.001 0 mol·L-1·s-1;v(NH3)=v(NO)=
0.001 0 mol·L-1·s-1;v(O2)=v(H2O)=×0.001 5 mol·L-1·s-1=0.001 25 mol·L-1·s-1。
【补偿训练】
将5.6 g铁粉投入足量的100 mL 2 mol·L-1稀硫酸中,2 min时铁粉刚好完全溶解。下列有关这个反应的反应速率表示正确的是 ( )
A.铁的反应速率=0.5 mol·L-1·min-1
B.硫酸的反应速率=0.5 mol·L-1·min-1
C.硫酸亚铁的生成速率=0.25 mol·L-1·min-1
D.氢气的反应速率=0.5 mol·L-1·min-1
【解析】选B。根据反应速率计算公式,需要计算2 min时间内反应物浓度的变化量,在反应Fe+H2SO4FeSO4+H2↑中,溶液中溶质浓度发生变化的只有反应物硫酸和生成物硫酸亚铁。5.6 g Fe的物质的量==0.1 mol。H2SO4的物质的量=生成FeSO4的物质的量=0.1 mol。H2SO4的消耗速率=FeSO4的生成速率==0.5 mol·L-1·min-1。
4.下列有关化学反应速率的说法中正确的是 ( )
A.氢气与氮气能够缓慢地反应生成氨气,使用合适的催化剂可以提高化学反应速率
B.等质量的锌粉和锌片与相同体积、相同浓度的盐酸反应,反应速率相等
C.用铁片与硫酸制备氢气时,浓硫酸可以加快产生氢气的速率
D.增大反应CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)的压强,反应速率不变
【解析】选A。锌粉与盐酸的接触面积大,所以锌粉与盐酸反应产生氢气的速率比锌片快,B错误;浓硫酸能够使铁钝化,形成的氧化膜隔绝了硫酸与铁的接触,反应停止,C错误;尽管反应前后气体的物质的量不变,但增大压强,反应体系中的有关气体的浓度增大,反应速率增大,D错误。
5.(2019·平顶山高一检测)下列说法中正确的是 ( )
A.0.1 mol·L-1盐酸和0.1 mol·L-1硫酸与2 mol·L-1 NaOH溶液反应速率相同
B.大理石块和大理石粉与0.1 mol·L-1盐酸反应的速率相同
C.等量的Mg粉、Al粉和0.1 mol·L-1盐酸反应速率相同
D.0.1 mol·L-1盐酸和0.1 mol·L-1硝酸与相同形状和大小的大理石反应的速率相同
【解析】选D。A选项是酸碱中和,硫酸的H+浓度是盐酸的2倍,所以速率不同;B选项中大理石块与盐酸接触面小,反应慢;C选项中Mg比Al活泼,反应速率快。
6.在日常的生活、生产中有许多充分利用外界条件对化学反应速率产生影响的例子,如冰箱保存食品,煤炉扇风炉火变旺,酸奶加酵母发酵快,空气中水蒸气含量越高,铁越容易生锈等。
在下列事实中,各是什么因素影响了化学反应速率。
事实
影响因素
(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
(6)
夏天食品容易变质,而冬天不易发生该现象
【解析】影响化学反应速率的因素除了浓度、温度、压强、催化剂以外,光、电磁波、超声波、反应物颗粒的大小、溶剂的性质等,也会对化学反应速率产生影响。
答案: (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 (6)反应温度
7.某学生为了探究锌与盐酸反应过程中速率变化,在100 mL稀盐酸中加入足量的锌粉,标准状况下测得数据累计值如下:
时间/min
1
2
3
4
5
氢气体积/mL
50
120
232
290
310
(1)在0～1 min、1～2 min、2～3 min、3～4 min、4～5 min时间段中,反应速率最大的时间段是________,原因为____________。?
反应速率最小的时间段是________,原因为____________。?
(2)在2～3 min时间段内,用盐酸的浓度变化表示的反应速率为____________。?
(3)为了减缓反应速率但不减少产生氢气的量,在盐酸中分别加入等体积的下列溶液,其中可行的是____________。?
A.蒸馏水 B.Na2SO4溶液 C.NaNO3溶液
D.CuSO4溶液 E.Na2CO3溶液
【解析】(1)在0～1 min、1～2 min、2～3 min、3～4 min、4～5 min时间段中,产生氢气的体积(mL)分别是50、70、112、58、20,2～3 min时间段中,反应速率最大,因为该反应是放热反应,此时溶液的温度最高;4～5 min时间段中,反应速率最小,因为此时反应物的浓度最小。
(2)在2～3 min时间段内,用盐酸的浓度变化表示的反应速率为112 mL×10-3L·mL-1÷22.4 L·mol-1×2÷0.1 L÷1 min=0.1 mol·L-1·min-1。
(3)Na2SO4不参与化学反应,故Na2SO4溶液相当于水,溶液体积增大,氢离子浓度减小,反应速率减小;加入NaNO3溶液时,溶液中存在硝酸,不再与锌反应产生氢气;加入Na2CO3溶液会消耗稀盐酸,使产生的氢气减少;加入CuSO4溶液,会构成原电池,加快反应速率。
答案:(1)2～3 min 该反应是放热反应,2～3 min时溶液温度最高,反应速率最快 4～5 min 此时反应物的浓度最小,反应速率最慢
(2)0.1 mol·L-1·min-1
(3)A、B
【互动探究】向盐酸中滴入少量硫酸铜溶液,反应速率将________,原因是________________________。?
提示:加快。向盐酸中滴入少量硫酸铜溶液,锌与硫酸铜反应,置换出铜附着在锌上,与盐酸构成原电池,加快反应速率。
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课堂检测·素养达标
1.对于化学反应的限度的叙述,错误的是 ( )
A.任何可逆反应都有一定的限度
B.化学反应达到限度时,正逆反应速率相等
C.化学反应的限度与时间的长短无关
D.化学反应的限度是不可改变的
【解析】选D。任何可逆反应都有一定的限度,当反应达到限度时,即反应达到化学平衡,此时v(正)= v(逆),对同一可逆反应,达到化学平衡时,当外界条件不变时,反应的限度不变,与时间长短无关,但当外界条件发生改变,引起v(正)与v(逆)不相等时,化学平衡被破坏,化学反应的限度也会发生改变。
2.(2019·西安高一检测) 一定条件下的密闭容器中,可逆反应2A(g)
B(g)+3C(g)在下列四种状态中处于平衡状态的是 ( )
反应速率/mol·L-1·min-1
A
B
C
D
v(正)
v(A)=2
v(A)=1
v(A)=1
v(A)=2
v(逆)
v(B)=2
v(B)=1.5
v(C)=1.5
v(C)=2
【解析】选C。按平衡状态的特点,将以不同物质表示的反应速率转化成同一物质向正、逆两个方向的反应速率,C项是相等的。
3.生活中家庭常用的燃料气体有三种:天然气、水煤气和液化石油气。
天然气和液化石油气燃烧的主要化学方程式依次为CH4+2O2CO2+2H2O,
C3H8+5O23CO2+4H2O,现有一套以天然气为燃料的灶具,今改为烧液化石油气,应采用的正确措施是 ( )
A.减少空气进入量,增大石油气进入量
B.增大空气进入量,减少石油气进入量
C.减少空气进入量,减少石油气进入量
D.增大空气进入量,增大石油气进入量
【解析】选B。从化学方程式可知,单位体积的甲烷比液化石油气燃烧耗O2少,若改烧液化石油气,必须增大进空气量,减少进石油气量。
【补偿训练】
1.下列各关系式中能说明反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已达平衡状态的是( )
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。A项中都是正反应速率,不能确定是否达到平衡;B项中v正(N2)≠ v逆(N2),不是平衡状态;C项中v正(H2)=v逆(H2),处于平衡状态;D项中v正(N2)≠v逆(N2),不是平衡状态。
2.在一密闭容器中放入1 mol X,进行可逆反应2X(g)3Y(g),反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的变化关系如图所示,下列叙述正确的是 ( )
A.t1时,只有正反应在进行
B.t2～t3时间段,反应停止
C.t2时,容器内有1.5 mol Y
D.t2～t3时间段,X、Y的物质的量均没有发生变化
【解析】选D。t1时,正、逆反应速率都大于零,都在进行,A错误; t2～t3时间段,正、逆反应速率都大于零,反应仍在进行,X、Y的物质的量均没有发生变化,B错误,D正确;t2时,反应达到平衡,但X未完全转化为Y,故Y小于1.5 mol ,C错误。
3.硫酸是一种重要的化工产品,硫酸的消耗量常被视为一个国家工业发展水平的一种标志。目前的重要生产方法是“接触法”,有关接触氧化反应2SO2+O22SO3的说法不正确的是 ( )
A.该反应为可逆反应,故在一定条件下二氧化硫和氧气不可能全部转化为三氧化硫
B.达到平衡后,反应就停止了,故此时正、逆反应速率相等且均为0
C.一定条件下,向某密闭容器中加入2mol SO2和1mol O2,则从反应开始到达到平衡的过程中,正反应速率不断减小,逆反应速率不断增大,某一时刻,正、逆反应速率相等
D.在利用上述反应生产三氧化硫时,要同时考虑反应所能达到的限度和化学反应速率两方面的问题
【解析】选B。对于可逆反应来说,在一定条件下反应物不可能全部转化为产物,反应只能进行到一定程度。在达到平衡的过程中,正反应速率不断减小,逆反应速率不断增大,最终正、逆反应速率相等,即达到平衡,此时反应物和生成物的浓度都不再随时间的变化而变化,但反应并没有停止,正、逆反应都依然进行着。
4.某生产工艺可以在一定条件下利用水与CO反应,即消除CO对环境的污染,同时得到清洁能源——氢气,该反应原理为:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。
(1)在容积为5 L的密闭容器中,加入0.2 mol CO和0.2 mol H2O(g),在催化剂存在的条件下高温加热,发生上述反应,并放出热量。反应中CO2的浓度随时间变化的曲线如图所示。
根据图中数据,从反应开始达到平衡时,CO的化学反应速率为多少?反应达到平衡时c(H2) 为多少?
提示:0.003 mol·L-1·min-1,0.03 mol·L-1。由题图可知从第10 min时反应达到平衡状态,则v(CO)=v(CO2)===0.003 mol·L-1·min-1;反应时转化的浓度之比=化学方程式中化学计量数之比,所以c(H2)=Δc(H2)=Δc(CO2)=0.03 mol·L-1。
(2)下列能够作为该反应达到平衡状态的依据什么?
A.单位时间内CO消耗的物质的量和CO2消耗的物质的量相等
B.CO、H2O、CO2、H2的浓度都相等
C.CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化
D.正、逆反应速率都为0
提示:AC。达到化学平衡状态的标志是各物质的百分含量保持一定,浓度保持不变,正、逆反应速率相等且不为0。
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课时素养评价 十
化学反应的速率
(40分钟 70分)
一、选择题(本题包括10小题,每小题5分,共50分)
1.下列关于化学反应速率的叙述不正确的是 ( )
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.单位时间内某物质的浓度变化大,则该物质反应速率就快
C.化学反应速率可以用单位时间内生成某物质的质量多少来表示
D.化学反应速率的单位有mol·L-1·s-1或mol·L-1·min-1
【解析】选C。化学反应速率通常表示单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量。
2.某温度下,浓度都是1 mol·L-1的两种气体X2和Y2,在密闭容器中反应生成Z,反应2 min后,测得参加反应的X2为0.6 mol·L-1,用Y2变化表示的反应速率v(Y2)=0.1 mol·L-1·min-1,生成的c(Z)=0.4 mol·L-1,则该反应方程式为( )
A.3X2+Y22X3Y
B.2X2+Y22X2Y
C.X2+2Y22XY2
D.X2+3Y22XY3
【解析】选A。Y2的反应速率v(Y2)=0.1 mol·L-1·min-1,则反应的Y2的浓度变化为0.1 mol·L-1·min-1×2 min=0.2 mol·L-1,可以得到在反应过程中各物质的浓度变化为X2为0.6 mol·L-1、Y2为0.2 mol·L-1、Z为0.4 mol·L-1,故反应的方程式为3X2+Y22X3Y。
3.(2019·开封高一检测)把下列四种X溶液分别加入四个盛有10 mL 2 mol·L-1盐酸的烧杯中,均加入水稀释到100 mL。此时,X与盐酸缓缓地进行反应,其中反应速率最大的是 ( )
A.10 ℃ 20 mL 3 mol·L-1的X溶液
B.20 ℃ 30 mL 2 mol·L-1的X溶液
C.20 ℃ 10 mL 4 mol·L-1的X溶液
D.10 ℃ 20 mL 2 mol·L-1的X溶液
【解析】选B。温度越高,反应速率越大;浓度越大,反应速率越大。由于溶液体积均为100 mL,则X物质的量越大,浓度越大。
【补偿训练】
已知CaCO3和盐酸反应的化学方程式为CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑,下列措施中可使生成CO2的速率加快的是(不考虑CaCO3与盐酸接触面积改变的影响)
( )
A.加大CaCO3的量
B.加大盐酸的浓度
C.加大盐酸的量
D.减小CaCl2的浓度
【解析】选B。增大反应物的量不影响化学反应速率,改变反应物的浓度才影响化学反应速率,由于给定的反应是不可逆反应,因此,此化学反应的速率和生成物的浓度无关。
4.(2019·湘潭高一检测)一定温度下,在固定体积的密闭容器中发生下列反应:2HIH2+I2。若c(HI)由0.1 mol·L-1降到0.07 mol·L-1时,需要15 s,那么c(HI)由0.07 mol·L-1降到0.05 mol·L-1时,所需反应的时间为 ( )
A.5 s B.10 s
C.大于10 s D.小于10 s
【解析】选C。随着反应不断进行:c(HI)逐渐减小,v(正)逐渐减小。所以,c(HI)由0.07 mol·L-1降到0.05 mol·L-1,所用时间应大于10 s。
5.(2019·东营高一检测)已知某条件下,合成氨反应的数据如下:
N2+3H22NH3
N2
H2
NH3
起始浓度/mol·L-1
1.0
3.0
0.2
2 s末浓度/mol·L-1
0.6
1.8
1.0
4 s末浓度/mol·L-1
0.4
1.2
1.4
当用氨气浓度的增加来表示该反应的速率时,下列说法中错误的是( )
A.2 s末氨气的反应速率=0.4 mol·L-1·s-1
B.前2 s时间内氨气的平均反应速率=0.4 mol·L-1·s-1
C.前4 s时间内氨气的平均反应速率=0.3 mol·L-1·s-1
D.2～4 s时间内氨气的平均反应速率=0.2 mol·L-1·s-1
【解析】选A。化学反应速率是平均反应速率,而不是瞬时速率,A错误;前2 s时间内氨气的平均反应速率=(1.0-0.2) mol·L-1÷2 s=0.4 mol·L-1·s-1,B正确;前4 s时间内氨气的平均反应速率=(1.4-0.2) mol·L-1÷4 s=0.3 mol·L-1·s-1,C正确;2～4 s时间内氨气的平均反应速率=(1.4-1.0) mol·L-1÷2 s=0.2 mol·L-1·s-1,D正确。
6.(2019·天津静海区高一检测)在C(s)+CO2(g)2CO(g)反应中可使反应速率增大的措施是 ( )
①缩小容器的体积 ②增加碳的量 ③通入CO2
④恒压下充入N2 ⑤恒容下充入N2 ⑥通入CO
A. ①③⑤ B. ②④⑥
C. ①③⑥ D. ③⑤⑥
【解析】选C。缩小容器体积,压强增大,反应速率加快,①正确; C是固体,增加C的量,不影响反应速率,②错误;通入CO2,CO2浓度增大,反应速率加快,③正确;恒压下充入N2,体积增大,参加反应的气体的浓度减小,反应速率减小,④错误;恒容下充入N2,参加反应的气体的浓度不变,反应速率不变,⑤错误;通入CO,气体浓度增大,反应速率增大,⑥正确。
7.两只敞口烧杯中分别发生如下反应:一只烧杯中反应为A+BC+D,反应温度为T1,另一只烧杯中反应为M+NP+Q,反应温度为T2,T1>T2,则两只烧杯中反应速率快慢为 ( )
A.前者快 B.后者快
C.一样快 D.无法确定
【解析】选D。化学反应速率的决定因素是反应物自身的性质,两只烧杯中反应物不同,所以无法判断反应速率的快慢。
8.某同学利用锌粒与盐酸反应制备氢气,对于100 mL 1 mol·L-1盐酸与锌粒的反应,采取下列措施能使反应速率加快的是 ( )
①升高温度
②改用100 mL 3 mol·L-1盐酸
③改用300 mL 1 mol·L-1盐酸
④用等量锌粉代替锌粒
⑤滴入少量CuSO4溶液
A.①②④⑤ B.①③④⑤
C.①②③④ D.①②④
【解析】选A。①升高温度时反应速率加快;②改用100 mL 3 mol·L-1盐酸时浓度变大,化学反应速率加快;③改用300 mL 1 mol·L-1盐酸时虽然溶液的体积增大但是溶液的浓度没变,故反应速率几乎不变;④用等量锌粉代替锌粒加大了反应物的接触面积使反应速率加快;⑤滴入少量CuSO4溶液,锌与硫酸铜反应生成铜单质,锌、铜与盐酸构成了原电池使反应速率加快。
【易错提醒】
(1)只有氧化还原反应才有可能利用构成原电池加快反应速率。
(2)增大反应物的浓度不一定加快反应速率,如铁与稀硫酸的反应,用浓硫酸代替稀硫酸,由于钝化反应停止。
9.(2019·洛阳高一检测)把0.6 mol X气体和0.4 mol Y气体混合于容积为2 L的容器中,使其发生如下反应:3X(g)+Y(g)nZ(g)+2W(g)。5 min末生成0.2 mol W,若测知以Z浓度变化表示的平均反应速率为0.01 mol·L-1·min-1,则n的值为
( )
A.4 B.3 C.2 D.1
【解析】选D。因为v(Z)=0.01 mol·L-1·min-1,则5 min末时生成Z的物质的量n(Z)=5 min×0.01 mol·L-1·min-1×2 L=0.1 mol,n(Z)∶n(W)=0.1 mol∶
0.2 mol=n∶2,故n=1。
10.CaCO3与稀盐酸反应(放热反应)生成CO2的量与反应时间的关系如图所示。下列结论不正确的是 ( )
A.反应开始2分钟内平均反应速率最大
B.反应4分钟后平均反应速率最小
C.反应开始4分钟内温度对反应速率的影响比浓度大
D.反应4分钟后反应速率下降的原因是盐酸浓度逐渐减小
【解析】选A。由图象知:2 min内产生0.1 mol CO2,4 min内产生0.3 mol CO2,所以A项不正确;4 min后反应速率减小是盐酸浓度减小使反应速率减小占主要因素,4 min前反应速率增大是因为反应放热使反应速率加快占主要因素,所以B、C、D三项均正确。
【互动探究】(1)除上题涉及的条件外,还可以采取什么措施加快上述反应的速率?
提示:将CaCO3粉碎增加固体表面积。
(2)若反应前后溶液体积不变,都为200 mL,则2～4 min内,用HCl表示的反应速率是多少?
提示:2～4 min内生成CO2的物质的量是0.2 mol,则消耗HCl的物质的量为
0.4 mol,则用HCl表示的反应速率为=1 mol·L-1·min-1。
二、非选择题(本题包括2小题,共20分)
11.(10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
12.(10分)下表是稀硫酸与某金属反应的实验数据:
实
验
序
号
金属
质量/g
金属
状态
c(H2SO4)
/ mol·L-1
V(H2SO4)
/ mL
溶液
温度/℃
金属消
失的时
间/s
反
应
前
反
应
后
1
0.10
丝
0.5
50
20
34
500
2
0.10
粉末
0.5
50
20
35
50
3
0.10
丝
0.7
50
20
36
250
4
0.10
丝
0.8
50
20
35
200
5
0.10
粉末
0.8
50
20
36
25
6
0.10
丝
1.0
50
20
35
125
7
0.10
丝
1.0
50
35
50
50
8
0.10
丝
1.1
50
20
34
100
9
0.10
丝
1.1
50
30
44
40
分析上述数据,回答下列问题:
(1)实验4和5表明,____________对反应速率有影响,____________反应速率越快,能表明同一规律的实验还有____________(填实验序号)。?
(2)仅表明反应物浓度对反应速率产生影响的实验有____________(填实验序号)。?
(3)本实验中影响反应速率的其他因素还有____________,其实验序号是____________。?
(4)实验中的所有反应,反应前后溶液的温度变化值(约15℃)相近,推测其原因:________________。?
【解析】(1)实验4与实验5相比较,其他条件相同,但金属的状态不同,粉末状明显比丝状反应速率快,这说明接触面积越大,反应速率越快。符合这一规律的实验还有实验1、2。
(2)实验1、3、4、6、8反应前金属的状态相同(均为丝状),反应前温度相同(均为20℃),硫酸的体积相同,但硫酸的浓度不同,造成它们的反应速率不同,金属消失的时间不同。其中硫酸的浓度越大,反应速率越快,金属消失的时间越短。实验2、5同样也能反映出浓度对化学反应速率的影响。
(3)通过实验6、7(或实验8、9)能体现出反应溶液的温度越高,化学反应速率越快,金属消失的时间越短。
(4)几次实验中,因金属的质量相等,且硫酸过量(但体积均为50 mL),金属跟酸反应放出的热量相等,所以溶液温度的变化值相近。
答案:(1)固体反应物的表面积 接触面积越大 1、2
(2)1、3、4、6、8(或2、5)
(3)反应温度 6、7(或8、9)
(4)因每个反应加入的金属质量和硫酸溶液体积均相等,且硫酸过量,产生热量相等,所以溶液温度变化值相近
(20分钟 30分)
一、选择题(本题包括2小题,每小题6分,共12分)
13.下列关于化学反应速率的说法中正确的是 ( )
A.同时改变两个变量来研究反应速率的变化,能更快得出有关规律
B.放热反应的反应速率总是大于吸热反应的反应速率
C.一定条件下,使用催化剂一定能加快反应速率
D.相同温度下,H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g)中,密闭容器中两种反应物浓度为0.020 mol·L-1的反应速率大于两种反应物浓度为0.010 mol·L-1的反应速率
【解析】选D。同时改变两个变量来研究化学反应速率的变化,不容易判断影响反应速率的主导因素,因此更难得出有关规律,A错;化学反应速率与反应是放热还是吸热无关,B错;催化剂能改变反应速率,但不一定加快化学反应速率,C错;同一个反应中,物质的浓度越高,反应速率越大,D正确。
14.为了说明影响化学反应快慢的因素,甲、乙、丙、丁四位学生分别设计了如下A～D四个实验,你认为结论不正确的是 ( )
A.将相同大小、形状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.两支试管中分别加入相同质量的氯酸钾,其中一支试管中再加入少量二氧化锰,同时加热,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、催化剂等主要因素外,还有光、固体颗粒大小、超声波等,但A项中镁和铝由于活泼性不同,决定了镁和盐酸比铝和盐酸反应要快得多,反应物的性质是影响反应速率大小的决定因素。
【补偿训练】
硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应:Na2S2O3+H2SO4Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O下列各组实验中最先出现浑浊的是 ( )
实
验
反应
温度
/℃
Na2S2O3溶液
稀硫酸
H2O
V/mL
c/(mol·L-1)
V/mL
c/(mol·L-1)
V/mL
A
25
5
0.1
10
0.1
5
B
25
5
0.2
5
0.2
10
C
35
5
0.1
10
0.1
5
D
35
5
0.2
10
0.2
5
【解析】选D。最先出现浑浊说明化学反应速率最快,温度越高,化学反应速率越快,故答案在C和D中选择,又因为反应中,反应物的浓度越大,反应速率越快,故选D。
二、非选择题(本题包括1小题,共18分)
15.某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中,发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。请回答下列问题:
(1)上述实验中发生反应的化学方程式有?_____________________________;?
(2)硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是?__________________;?
(3)要加快上述实验中气体产生的速率,还可采取的措施有_______________
________________________(答两种);?
(4)为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,该同学设计了如下一系列的实验。将表中所给的混合溶液分别加入6个盛有过量Zn粒的反应瓶中,收集产生的气体,记录获得相同体积的气体所需时间。
实验混合溶液
A
B
C
D
E
F
4 mol·L-1H2SO4/mL
30
V1
V2
V3
V4
V5
饱和CuSO4溶液/mL
0
0.5
2.5
5
V6
20
H2O/mL
V7
V8
V9
V10
10
0
①请完成此实验设计,其中:V1=________,V6=________,V9=________;?
②该同学最后得出的结论为当加入少量CuSO4溶液时,生成氢气的速率会大大提高,但当加入的CuSO4溶液超过一定量时,生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因?__________________。?
【解析】(1)锌与稀硫酸反应的化学方程式为Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑。另外锌也与硫酸铜发生反应,方程式为CuSO4+ZnZnSO4+Cu;
(2)由于CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn形成Cu-Zn原电池,因此加快了氢气产生的速率;
(3)要加快上述实验中气体产生的速率,还可采取的措施有升高反应温度、适当增大硫酸的浓度、增加锌的比表面积等;
(4)①为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,则硫酸的浓度应该是相同的,因此最终溶液的体积必需相等,根据表中数据可知总体积是50 mL,则V1=30,V6=50-10-30=10,V9=50-30-2.5=17.5。
②当加入一定量的CuSO4后,生成的单质Cu会沉积在Zn的表面,降低了Zn与H2SO4溶液的接触面积,且H2SO4溶液的浓度变得较小,因此反应速率会减小。
答案:(1)CuSO4+ZnZnSO4+Cu,Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑
(2)CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn形成Cu-Zn原电池,加快了氢气产生的速率
(3)升高反应温度、适当增大硫酸的浓度、增加锌的比表面积等
(4)①30 10 17.5
②当加入一定量的CuSO4后,生成的单质Cu会沉积在Zn的表面,降低了Zn与H2SO4溶液的接触面积,且H2SO4溶液的浓度变得较小
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课时素养评价 十一
化学反应的限度 化学反应条件的控制
(40分钟 70分)
一、选择题(本题包括10小题,每小题5分,共50分)
1.下列关于化学反应限度的说法中正确的是 ( )
A.Cl2溶于水发生了可逆反应
B.当一个可逆反应达到平衡状态时,正向反应速率和逆向反应速率相等且等于零
C.平衡状态时,各物质的浓度保持相等
D.化学反应的限度不可以通过改变条件而改变
【解析】选A。A项,发生了可逆反应:Cl2+H2OHCl+HClO,正确;B项,达到平衡状态,v正=v逆≠0,错误;C项,达到平衡状态,各物质的浓度保持不变,不一定相等,错误;D项,一定条件下化学反应达到限度,改变浓度、温度或压强,平衡可能改变,错误。
【补偿训练】
下列反应中可判断为可逆反应的是 ( )
A.氢气在氯气中燃烧生成氯化氢,氯化氢受热分解生成氢气和氯气
B.氮气与氢气在高温、高压、催化剂作用下可以生成氨气,同时氨气又分解为氮气和氢气
C.单质溴可以置换出碘,氯气又可以置换出溴
D.氯气和水反应生成盐酸和次氯酸,次氯酸在光照条件下可分解为盐酸和氧气
【解析】选B。正、逆两方向的反应条件相同且同时进行时属于可逆反应。A条件不一样,错误;CD反应物、生成物不一样,错误。
2.(2019·长沙高一检测)下列措施可以提高燃料燃烧效率的是( )
①提高燃料的着火点 ②降低燃料的着火点 ③将固体燃料粉碎 ④将液体燃料雾化处理 ⑤将煤进行气化处理 ⑥通入适当过量的空气
A.①③④⑤ B.②③⑤⑥
C.③④⑤⑥ D.①②③④
【解析】选C。着火点是固有性质,不能改变,①②错误;③④⑤⑥都可以使燃料与氧气充分接触,正确。
3.在一密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol·、0.1 mol·L-1、0.2 mol·L-1,当反应达到平衡时,可能存在的数据是 ( )
A.SO2为0.4 mol·L-1,O2为0.2 mol·L-1
B.SO2为0.25 mol·L-1
C.SO3为0.4 mol·L-1
D.SO2、SO3均为0.15 mol·L-1
【解析】选B。化学反应的限度决定了可逆反应中的各种成分是不可能完全转化的,所以平衡时各物质的浓度范围为000.05) mol·L-1=0.25 mol·L-1,故D错误。
4.某可逆反应达到平衡状态时,下列说法正确的是 ( )
①正反应和逆反应同时进行,两者的速率完全相等
②反应物和生成物同时存在,两者的浓度相同
③混合物的组成比例不会因时间而改变
A.① B.①③ C.② D.①②③
【解析】选B。可逆反应达到平衡状态时,v(正)=v(逆)≠0,且各组分的含量保持不变,故①③正确;而反应物和生成物浓度相同,只是反应达到的某一特殊状态,并不一定达到平衡。
5.(2019·聊城高一检测)CO和H2在一定条件下可以合成乙醇:2CO(g)+4H2(g)
CH3CH2OH(g)+H2O(g),下列叙述中能说明上述反应在一定条件下已达到最大限度的是 ( )
A.CO全部转化为乙醇
B.正反应和逆反应的化学反应速率均为零
C.CO和H2以1∶2的物质的量之比反应生成乙醇
D.反应体系中乙醇的物质的量浓度不再变化
【解析】选D。可逆反应的最大限度即达到化学平衡状态,对于可逆反应,反应不能进行到底,A错;化学平衡为动态平衡,正、逆反应速率相等且不为零,B错;CO和H2以1∶2的物质的量之比反应,不能说明正、逆反应速率相等,C错。
【补偿训练】
一定温度下在一容积不变的密闭容器中发生可逆反应2X(g)Y(g)+Z(s),下列叙述不能说明该反应达到化学平衡状态的是 ( )
A.混合气体的密度不再变化
B.反应容器中Y的质量分数不变
C.X的分解速率与Y的消耗速率相等
D.单位时间内生成1 mol Y的同时生成2 mol X
【解析】选C。因Z为固体,若未达到平衡,混合气体的密度会发生变化,A项可作平衡标志;C项中X的分解速率与Y的消耗速率之比等于2∶1时才符合要求。
6.(2019·韶山高一检测)一定条件下,体积为10 L的密闭容器中,1 mol X和1 mol Y进行反应:2X(g)+Y(g)Z(g)正反应为放热反应,经60 s达到平衡,生成
0.3 mol Z。下列说法正确的是 ( )
A.以X浓度变化表示的反应速率为0.001 mol·L-1·s-1
B.反应经过60 s时一定能达到化学平衡
C.反应放出的热量可用于提高反应速率
D.反应达到平衡时,n(X)∶n(Y)=1∶1
【解析】选C。生成0.3 mol Z,则消耗0.6 mol X,则60 s内以X浓度变化表示的反应速率为0.001 mol·L-1·s-1,但A没有说明时间段,A错误;在该条件下,
60 s达到平衡,其他条件下时间可能改变,B错误;反应放出的热量使反应温度升高,可用于提高反应速率,C正确;反应达到平衡时,n(X)∶n(Y)=0.4 mol∶
0.7 mol=4∶7,D错误。
7.X、Y、Z为三种气体,把a mol X和b mol Y充入一密闭容器中,发生反应X+2Y2Z。达到平衡时,若它们的物质的量满足:n(X)+n(Y)=n(Z),则Y的转化率为 ( )
A.×100% B.×100%
C.×100% D.×100%
【解析】选B。设反应达平衡时消耗Y的物质的量为x。则:
X + 2Y 2Z
起始量/mol a b 0
转化量/mol x x
平衡量/mol a- b-x x
依题意可得:(a-)+(b-x)=x,解得
x= mol
Y的转化率为×100%=×100%。
8.(2019·洛阳高一检测)一定条件下,发生可逆反应:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g),下列叙述中,不能作为此可逆反应已经达到化学平衡状态的标志的是 ( )
A.NH3的消耗速率等于NO的生成速率
B.NH3的消耗速率等于NO的消耗速率
C.NH3的浓度和NO的浓度都不发生改变
D.密闭容器内的压强不发生改变
【解析】选A。当v正=v逆时,为平衡状态,A项叙述均表示正反应速率,且反应过程中二者恒相等,故不能判断可逆反应达到平衡状态;B项叙述前者表示正反应速率,后者表示逆反应速率,当二者相等时,可逆反应达到平衡状态;该反应为气体体积增大的反应,在反应过程中体系压强增大,当压强不再改变时,则达到平衡状态。
9.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。
【互动探究】(1)上图中逆反应速率最大的点是哪个?
提示:d、e。随着反应的进行逆反应速率逐渐增大,达到平衡时速率不再改变,故逆反应速率d=e>c>b>a。
(2)合成氨反应采用“673 K、30 MPa”的原因是什么?
提示:该温度下速率较快且氨气的产率较高,温度低反应速率低,生产成本高;该压强下氨气产率已经很高,如果再增大压强对设备的要求就高,生产成本提高。
10.(2019·济宁高一检测)一定温度下,在容积恒定的密闭容器中进行反应A(s)+2B(g)C(g)+D(g),下列叙述能表明该反应已达到平衡状态的是 ( )
①混合气体的密度不变
②容器内气体的压强不变
③混合气体的总物质的量不变
④B的物质的量浓度不变
⑤v正(C)=v逆(D)
⑥v正(B)=2v逆(C)
A.①④⑤⑥ B.②③⑥
C.②④⑤⑥ D.只有④
【解析】选A。①容积恒定的密闭容器中,混合气体密度不变,也就是质量不变,对于有固体参加或者有固体生成的反应来说,质量不变说明已经达到平衡。②这是一个反应前后压强不变的反应,压强不变不能说明反应达到平衡。③该反应是反应前后气体的化学计量数不变的反应,也就是气体物质的量不变的反应,不能用物质的量是否变化衡量反应是否达到平衡。④B的物质的量浓度不变说明生成B的量与消耗B的量相等,也就是正逆反应速率相等,此时反应达到平衡。⑤v正(C)=v逆(D),说明正逆反应速率相等,此时反应达到平衡。⑥v正(B)=2v逆(C),说明正逆反应速率相等,此时反应达到平衡。
二、非选择题(本题包括2小题,共20分)
11.(10分)(2017·南平高一检测)Ⅰ.对于4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2,试回答有关的问题:
(1)常选用哪些物质浓度的变化来表示该反应的速率______;?
(2)为了提高生成SO2的速率,可以采用的措施是________。?
A.增加FeS2的量 B.增大O2的浓度
C.升高温度 D.减小压强
Ⅱ.某可逆反应在某体积为5 L的密闭容器中进行,在从0～3分钟各物质的量的变化情况如图所示(A,B,C均为气体)
(3)该反应的化学方程式为______________;?
(4)在一定温度下,体积不变的密闭容器中,上述反应达到平衡的标志是________(填字母)。?
A.气体总质量保持不变
B.A、B、C的浓度都相等
C.A、B、C的浓度不再发生变化
D.A、B、C的分子数之比为2∶1∶2
E.正反应和逆反应都已停止
F.容器内气体密度不再发生变化
【解析】Ⅰ.(1)FeS2与Fe2O3为固体,不能用来表示反应速率,O2与SO2为气体,可用O2与SO2浓度的变化来表示该反应的速率。
(2)A.FeS2为固体,增加FeS2的量,不影响化学反应速率,错误;B.增大O2的浓度,反应物浓度变大,反应速率加快,正确;C.升高温度,化学反应速率加快,正确;D.减小压强,反应速率减小,错误。
Ⅱ.(3)根据图象可知A、B物质的量减少,为反应物,C物质的量增大为生成物,2分钟时达到平衡,该反应为可逆反应,0～2分钟A、B、C物质的量改变量分别为2 mol、1 mol、2 mol,所以该反应的化学方程式为2A(g)+B(g)2C(g)
(4)A.根据质量守恒,不论反应是否平衡,气体总质量保持不变,所以气体总质量保持不变不能判断反应达到平衡,错误;B.A、B、C的浓度是否相等与反应是否平衡无关,错误;C.A、B、C的浓度不再发生变化,说明正反应速率等于逆反应速率,说明反应达到平衡,正确;D.A、B、C的分子数之比与反应是否平衡无关,错误;E.反应平衡时正反应速率等于逆反应速率,不是0,错误;F.根据质量守恒定律,气体质量不变,容器的体积固定,则不论是否平衡,密度保持不变,所以容器内气体密度不再发生变化,不能判断反应达到平衡,错误。
答案:Ⅰ.(1)O2、SO2 (2)BC
Ⅱ.(3)2A(g)+B(g)2C(g) (4)C
12. (10分)在一定条件下,A气体与B气体反应生成C气体。反应过程中,反应物与生成物的浓度随时间变化的曲线如图。回答下列问题:
(1)该反应的化学方程式为____________。?
(2)0～t1 s内A的反应速率为________。?
(3)反应后与反应前的压强之比为________。?
(4)(t1+10)s时,A气体的体积分数为________,此时v正(A)________(填“>”“<”或“=”)v逆(B)。?
(5)关于该反应的说法正确的是________(填字母)。?
a.到达t1 s时反应已停止
b.在t1 s之前B气体的消耗速率大于它的生成速率
c.在t1 s时C气体的正反应速率等于逆反应速率
【解析】(1)从0到t1 s时,Δc(A)=0.8 mol·L-1-0.2 mol·L-1=0.6 mol·L-1,
Δc(B)=0.5 mol·L-1-0.3 mol·L-1=0.2 mol·L-1,Δc(C)=0.4 mol·L-1,三者之比为Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)=0.6 mol·L-1∶0.2 mol·L-1∶0.4 mol·L-1=3∶1∶2,所以化学方程式为3A+B2C。
(2)0～t1 s内A的反应速率为= mol·L-1·s-1。
(3)压强之比等于物质的量之比,为9∶13。
(4)A气体的体积分数为=≈22.2%;在t1～(t1+10)s反应处于平衡状态,v正(A)=3v逆(B),故v正(A)>v逆(B)。
(5)a项,可逆反应不可能停止,错误;b项,在t1 s之前,反应未达平衡,仍然向正反应方向进行,故B气体的消耗速率大于它的生成速率,正确;c项,在t1 s时,反应达到平衡,故C气体的正反应速率等于逆反应速率,正确。
答案:(1)3A+B2C (2) mol·L-1·s-1 (3)9∶13 (4)22.2% > (5)bc
(20分钟 30分)
一、选择题(本题包括2小题,每小题6分,共12分)
13.一定条件下,容积固定的密闭容器中对于可逆反应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),达到平衡时,X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.08 mol·L-1,则下列判断不合理的是 ( )
A.c1∶c2=1∶3
B.平衡时,Y和Z的生成速率之比为2∶3
C.达到平衡时,容器内的压强不再变化
D.c1的取值范围为0 mol·L-1【解析】选B。设X转化的浓度为x,
X(g) + 3Y(g) 2Z(g)
初始 c1 c2 c3
转化 x 3x 2x
平衡 0.1 mol·L-1 0.3 mol·L-1 0.08 mol·L-1
则c1∶c2=(x+0.1 mol·L-1)∶(3x+0.3 mol·L-1)=1∶3,故A正确;平衡时,正、逆反应速率相等,则Y和Z的生成速率之比为3∶2,故B错误;反应前后气体的体积不等,达到平衡状态时,压强不变,故C正确;反应为可逆反应,物质不可能完全转化,故有014.将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。可以判断该分解反应已经达到化学平衡状态的是 ( )
A.2v(NH3)=v(CO2)
B.密闭容器中NH3与CO2的物质的量之比不变
C.密闭容器中混合气体的密度不变
D.密闭容器中氨气的体积分数不变
【解析】选C。A项,未指明其速率是代表正反应速率还是逆反应速率,且倍数关系也不正确;由于得到的气体中NH3与CO2的体积比恒为2∶1,且体系中只有这两种气体,故NH3的体积分数始终不变,B、D项不能说明是平衡状态。该反应中NH2COONH4为固体,当压强或气体密度不变时,反应达到平衡状态, C项能说明是平衡状态。
二、非选择题(本题包括1小题,共18分)
15.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)上述反应________(填“是”或“不是”)可逆反应。?
(2)如图所示,表示NO2变化曲线的是________。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________(填序号)。?
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
【解析】(2)由平衡体系2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)知,NO2为生成物,n(NO2)=
Δn(NO)=0.020 mol-0.007 mol=0.013 mol,
c(NO2)==0.006 5 mol·L-1
故表示NO2变化曲线的为b。
v(NO)====0.003 mol·L-1·s-1,则v(O2)=v(NO)=
0.001 5mol·L-1·s-1。
(3)a项中未指明正、逆反应速率,故无法说明该反应是否达到平衡状态;由于该反应是反应前后气体体积不相等的反应,当容器内压强保持不变时,说明该反应已达到平衡状态,故b项正确;c项中已说明正、逆反应速率相等,故说明该反应已达到平衡状态;由于气体总质量不变,气体总体积也不变,因此,无论该反应是否达到平衡,容器内密度总保持不变,故d项无法说明该反应是否达到平衡状态。
答案:(1)是 (2)b 1.5×10-3 mol·L-1·s-1
(3)bc
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