第3节 化学反应的快慢和限度
第1课时 化学反应的快慢
课后篇巩固提升
夯实基础·轻松达标
1.下列哪些是影响化学反应速率的主要因素( )
A.压强 B.温度
C.催化剂 D.反应物的性质
答案D
解析影响化学反应速率大小的首要因素是内因,即反应物性质,其次才是外因。注意内因是反应物本身所固有的性质。
2.用锌粒与过量稀硫酸反应制氢气,欲增大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.滴加少量浓硝酸溶液 D.改用等质量的锌粉
答案C
解析升高温度反应速率增大,且不改变产生氢气的量,故A可行;滴加少量浓硫酸,反应物浓度增大,反应速率增大,且锌粒质量不变,产生氢气的量不变,故B可行;浓硝酸具有强氧化性,硝酸与锌粒反应不能生成氢气,故C不可行;锌粉与酸的接触面增大,反应速率增大,且生成氢气的量不变,故D可行。
3.在温度不变的条件下,恒容容器中进行反应:N2O42NO2,若N2O4的浓度由0.1 mol·L-1降到0.07 mol·L-1要用10 s,则N2O4的浓度从0.07 mol·L-1降到0.04 mol·L-1时,所用时间( )
A.等于10 s B.等于5 s
C.大于10 s D.小于10 s
答案C
解析反应物N2O4的浓度由0.1 mol·L-1降到0.07 mol·L-1,此段时间内的平均反应速率v(N2O4)=0.1mol·L-1-0.07 mol·L-110 s=0.003 mol·L-1·s-1,随着反应的进行,反应物的浓度逐渐减小,反应速率也逐渐减小,则N2O4的浓度由0.07 mol·L-1降到0.04 mol·L-1时,此段时间内用N2O4表示的平均反应速率小于0.003 mol·L-1·s-1,所用时间t>0.07mol·L-1-0.04 mol·L-10.003mol·L-1·s-1=10 s。
4.硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3+H2SO4Na2SO4+SO2+S↓+H2O,下列各项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
5
0.2
10
答案D
解析反应速率越大,反应首先出现浑浊现象。一般地,在影响化学反应速率的因素中温度的影响大于浓度的影响,因此反应温度在35 ℃时的反应速率大于温度在25 ℃时的反应速率,排除选项A、B;在温度相同时,物质的浓度越大,反应速率越快,由于0.2 mol·L-1>0.1 mol·L-1,所以D项实验反应速率最大,最先出现浑浊现象。
5.在2 L密闭容器中发生反应3A(g)+B(g)2C(g),若最初加入A和B的物质的量都是4 mol,前10秒A的平均反应速率为0.15 mol·L-1·s-1,则10秒钟后容器中B的物质的量为( )
A.2.5 mol B.3.7 mol
C.1 mol D.3 mol
答案D
解析A的平均反应速率为0.15 mol·L-1·s-1,则10秒钟消耗A的物质的量是0.15 mol·L-1·s-1×2 L×10 s=3.0 mol,所以根据方程式可知消耗B的物质的量是1.0 mol,则剩余B的物质的量是3.0 mol,故选D。
6.某学生为了探究锌与盐酸反应过程中反应速率的变化,他在100 mL稀盐酸中加入足量的锌粉,用排水集气法收集反应放出的氢气,实验记录如下(累计值,气体体积为标准状况下的体积):
时间/min
1
2
3
4
5
氢气的体积/mL
50
120
232
290
310
(1)哪一时间段(指0~1 min、1~2 min、2~3 min、3~4 min、4~5 min)反应速率最大 ,原因是 。?
(2)哪一段时段的反应速率最小 ,原因是 。?
(3)写出2~3 min时间段以盐酸的浓度变化来表示的该反应速率(设溶液体积不变) 。?
(4)如果反应太激烈,为了减缓反应速率而又不减少产生氢气的量,该学生在盐酸中分别加入等体积的下列溶液:A.蒸馏水、B.NaCl溶液、C.NaNO3溶液、D.CuSO4溶液、E.Na2CO3溶液,你认为可行的是 。?
答案(1)2~3 min 该反应是放热反应,此时间段温度高 (2)4~5 min 此时H+浓度小 (3)0.1 mol·L-1·min-1 (4)AB
解析(1)在0~1 min、1~2 min、2~3 min、3~4 min、4~5 min时间段中,产生气体的体积在标准状况下分别为50 mL、70 mL、112 mL、58 mL、20 mL,由此可知反应速率最大的时间段为2~3 min,这是由于该反应是放热反应,反应液温度升高,反应速率增大。(2)反应速率最小的时间段是4~5 min,此时温度虽然较高,但H+浓度很小,反应速率最小。(3)在2~3 min时间段内,n(H2)=0.112 L÷22.4 L·mol-1=0.005 mol,根据2HCl~H2可知,消耗HCl的物质的量为0.01 mol,浓度变化是0.1 mol·L-1,则v(HCl)=0.1 mol·L-1÷1 min=0.1 mol·L-1·min-1。(4)A.加入蒸馏水,H+浓度减小,反应速率减小且不减少产生氢气的量,A正确;B.加入NaCl溶液,H+浓度减小,反应速率减小且不减少产生氢气的量,B正确;C.加入硝酸钠溶液,在酸性溶液中硝酸根具有强氧化性,与金属反应得不到氢气,C错误;D.加入CuSO4溶液,Zn置换出Cu使生成H2的反应速率增大,但影响生成氢气的量,D错误;E.加入Na2CO3溶液,生成CO2气体,影响生成氢气的量,E错误。
提升能力·跨越等级
1.用2 g块状大理石与30 L 3 mol·L-1盐酸反应制取CO2气体,若要增大反应速率,可采取的措施是( )
①再加入30 mL 3 mol·L-1盐酸 ②改用30 mL 6 mol·L-1盐酸 ③改用2 g粉末状大理石
④适当升高温度
A.①②④ B.②③④
C.①③④ D.①②③
答案B
解析①改用60 mL 3 mol·L-1盐酸,体积增大,但浓度不变,反应速率不变,错误;②改用30 mL 6 mol·L-1盐酸,反应物浓度增大,反应速率增大,正确;③改用3 g粉末状大理石,固体表面积增大,反应速率增大,正确;④适当升高温度,反应速率增大,正确。
2.一定温度下,反应N2(g)+O2(g)2NO(g)在密闭容器中进行,下列措施不改变化学反应速率的是( )
A.恒容充入N2
B.缩小体积使压强增大
C.恒容充入氦气,使压强增大
D.恒压充入氦气
答案C
解析恒容充入N2,则增大氮气的浓度,可以加快该化学反应的速率,故A不符合题意;缩小体积使压强增大,则增大各组分浓度,可以加快该化学反应的速率,故B不符合题意;恒容充入氦气,各组分浓度不变,速率不变,故C符合题意;恒压充入氦气,体积增大,各组分浓度减小,速率减小,故D不符合题意。
3.
等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应,测定反应过程中产生氢气体积V的数据,根据数据绘制得如图曲线,则曲线a、b、c、d所对应的实验组别可能依次是( )
实验
组别
c(HCl)/(mol·L-1)
温度/℃
固体状态(Fe)
1
2.0
30
块状
2
2.5
30
块状
3
2.5
50
粉末状
4
2.5
50
块状
A.4、3、2、1 B.1、2、3、4
C.3、4、2、1 D.3、2、4、1
答案C
解析影响化学反应速率的客观因素主要有温度、浓度、反应物的接触面积、催化剂等,本题中只涉及温度、浓度和反应物的接触面积,三者结合分析才能得到正确答案。
4.某同学对水样中溶质M的分解速率的影响因素进行研究,在相同温度下,M的物质的量浓度( mol·L-1)随时间(min)变化的有关实验数据见下表:
时间/min
c(M)(mol·L-1)
0
5
10
15
20
25
Ⅰ(pH=2)
0.40
0.28
0.19
0.13
0.10
0.09
Ⅱ(pH=4)
0.40
0.31
0.24
0.20
0.18
0.16
Ⅲ(pH=4)
0.20
0.15
0.12
0.09
0.07
0.05
Ⅳ(pH=4,
含Cu2+)
0.20
0.09
0.05
0.03
0.01
0
下列说法不正确的是( )
A.在0~20 min内,Ⅰ中M的分解速率为0.015 mol·L-1·min-1
B.水样酸性越强,M的分解速率越大
C.在0~25 min内,Ⅲ中M的分解百分率比Ⅱ大
D.由于存在Cu2+,Ⅳ中M的分解速率比Ⅰ大
答案D
解析在0~20 min内,Ⅰ中M的分解速率为(0.40-0.10)mol·L-120min=0.015 mol·L-1·min-1,A正确;根据实验Ⅰ、Ⅱ数据对比可判断水样酸性越强,M的分解速率越快,B正确;在0~25 min内,Ⅲ中M的分解百分率是0.20mol·L-1-0.05 mol·L-10.20mol·L-1×100%=75%,Ⅱ中M的分解百分率是0.40mol·L-1-0.16 mol·L-10.40mol·L-1×100%=60%,C正确;根据题给数据可得Ⅳ中M的分解速率比Ⅰ小,D错误。
5.将等物质的量的A、B混合于2 L的密闭容器中,发生反应3A(g)+B(g)xC(g)+2D(g),经5 min时,测得D的浓度为0.5 mol·L-1,c(A)∶c(B)=3∶5,C的平均反应速率为0.1 mol·L-1·min-1。根据要求填空:
(1)5 min时A的浓度c(A)= mol·L-1,反应开始前容器中的A、B的物质的量:n(A)=n(B)= mol。?
(2)B的平均反应速率v(B)= mol·L-1·min-1。?
(3)x的值为 。?
答案(1)0.75 3 (2)0.05 (3)2
解析经5 min后,测得D的浓度为0.5 mol·L-1,则D的平均反应速率为0.1 mol·L-1·min-1,已知C的平均反应速率为0.1 mol·L-1·min-1,根据速率之比等于化学计量数之比可知,x=2。
设起始时A、B的物质的量浓度均为a mol·L-1,根据三段式法分析:
3A(g) + B(g)2C(g)+2D(g)
起始/(mol·L-1) a a 0 0
转化/(mol·L-1) 0.75 0.25 0.5 0.5
5 min时/(mol·L-1) a-0.75 a-0.25 0.5 0.5
c(A)∶c(B)=3∶5,
即(a-0.75)∶(a-0.25)=3∶5
解得a=1.5
(1)5 min时A的浓度c(A)=1.5 mol·L-1-0.75 mol·L-1=0.75 mol·L-1。反应开始前容器中的A、B的物质的量:n(A)=n(B)=1.5 mol·L-1×2 L=3.0 mol。
(2)前5 min内用B表示的平均反应速率v(B)=0.25 mol·L-1÷5 min=0.05 mol·L-1·min-1。
(3)x的值为2。
6.请根据下列有关规定的情景填空。
(1)①右图是把除去氧化膜的镁条投入稀盐酸中产生氢气的速率随时间的变化关系,曲线前段出现高峰的主要影响因素是 。?
②下图是过氧化氢在酶的催化作用下分解速率随温度的变化关系,曲线后段明显下降的主要影响因素是 。?
(2)利用光能和光催化剂,可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,CH4产量随光照时间的变化如图。在0~15小时内,CH4的平均生成速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ从大到小的顺序为 (填序号)。?
(3)以TiO2/Cu2Al2O4为催化剂,可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系如图。
①250~300 ℃时,温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是 。?
②当温度的取值范围在 时,温度是影响乙酸的生成速率的主要因素。?
答案(1)温度 浓度 (2)Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ (3)温度超过250 ℃时,催化剂的催化效率降低 300~400 ℃
解析(1)①根据影响反应速率的因素分析,可能原因是反应放热,温度升高导致反应速率加快;②随着反应进行,反应物浓度降低,所以反应速率减慢。
(2)反应速率可以用单位时间内甲烷的产量来衡量,从图像可以看出,在0~15小时内,CH4的平均生成速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ从大到小的顺序为Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ。
(3)①已知催化剂对反应温度是有要求的,在250~300 ℃时,温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是温度超过250 ℃时,催化剂的催化效率降低;②由上述分析可知,温度过高时催化剂催化效率降低,由图像可知300 ℃以后乙酸的生成速率随着温度升高又开始增大,所以当温度的取值范围在300~400 ℃时,温度是影响乙酸的生成速率的主要因素。
贴近生活·拓展创新
★汽车排放的尾气为大气污染源之一,目前可利用以下化学原理处理尾气:2NO+2CO2CO2+N2。
(1)写出CO2的结构式: 。?
(2)一定条件下,在容积固定的容器中进行上述反应,CO浓度与时间关系如图所示:
则反应速率v(a)、v(b)、v(c)的大小关系是 。?
(3)为研究如何提高该转化过程的反应速率,某课题组进行了以下实验探究。
【资料查阅】
A.不同的催化剂对同一反应的催化效率不同;
B.使用等质量相同的催化剂时,催化剂的比表面积对催化效率有影响。
【实验设计】课题组为探究某些外界条件对汽车尾气转化反应速率的影响规律,设计了以下对比实验。
实验
编号
实验
目的
T/℃
NO初始浓
度(mol·
L-1)
CO初始浓
度(mol·
L-1)
同种催化
剂的比表
面积(m2·g-1)
c(CO)不变
时所用的
时间min
Ⅰ
参照
实验
280
6.50×
10-3
4.00×
10-3
80
t
Ⅱ
280
6.50×
10-3
4.00×
10-3
120
0.5t
Ⅲ
360
6.50×
10-3
4.00×
10-3
80
0.2t
【结论】①实验编号Ⅱ的实验目的为 。?
②课题组探究外界条件对汽车尾气转化反应速率的影响的另一因素是温度,且升高温度时反应速率将 (填“增大”“减小”或“无影响”)。?
答案(1)OCO (2)v(a)>v(b)=v(c)
(3)①探究催化剂比表面积对反应速率的影响 ②增大
解析(1)CO2是共价化合物,碳原子与氧原子之间以共价双键结合。(2)a点CO浓度大,反应速率最快,b点CO浓度小,反应速率慢,即v(a)>v(b)=v(c)。(3)实验Ⅰ、Ⅱ中催化剂的比表面积不同,其他条件相同,则实验Ⅱ的目的是探究催化剂比表面积对反应速率的影响。实验Ⅱ、Ⅲ与实验Ⅰ的不同实验条件有温度和催化剂的比表面积,故探究的外界条件还有温度,且温度越高,反应速率越快。
课件35张PPT。第1课时 化学反应的快慢知识铺垫新知预习自主测试1.化学反应中物质变化的实质是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。
2.实验室中用氯酸钾受热分解制取O2,要用到二氧化锰,二氧化锰在该反应中起催化剂作用。
3.相同浓度的盐酸分别与碳酸氢钠、碳酸钠反应,碳酸氢钠产生氢气更快。
4.夏天食物容易坏,冬天食物坏的慢。知识铺垫新知预习自主测试一、化学反应速率
1.定义:化学反应速率用来衡量化学反应的快慢。
2.表示方法:可用单位时间某反应物浓度的减少量(绝对值)或某生成物浓度的增加量来表示。
3.计算公式及单位:化学反应速率的单位通常为mol·L-1·s-1或mol·L-1·min-1。
4.某化学反应中,各物质的反应速率之比等于方程式中各物质的化学计量数之比。知识铺垫新知预习自主测试二、影响化学反应速率的因素
1.内因
对于不同的化学反应来说,反应速率主要是由反应物本身的性质决定。在外界条件相同时,反应物的化学性质越活泼,化学反应速率越快,反应物的化学性质越不活泼,化学反应速率越慢。
2.外因
反应物浓度、反应的温度、反应物之间的接触面积、催化剂等是影响化学反应速率的外部因素。
增大反应物浓度、升高温度、增大反应物之间的接触面积以及使用催化剂等,都可以提高化学反应速率。另外,影响化学反应速率的条件还有压强(对于一些有气态物质参加的反应)、溶剂、光波、电磁波、超声波等。知识铺垫新知预习自主测试三、调控化学反应速率的意义 知识铺垫新知预习自主测试【微思考1】单位时间内,反应物消耗的物质的量越多,是不是反应速率越快?表面积相同的Mg和Fe分别与等浓度等体积的稀盐酸反应,生成气体的速率一样吗?
提示:不一定,反应物物质的量消耗多,浓度变化不一定大。Mg与稀盐酸反应速率更快,其原因是还原性Mg>Fe。
【微思考2】反应物的量、温度、压强中哪些因素发生变化肯定能影响化学反应速率?
提示:温度变化肯定影响化学反应速率,若反应物为固体或纯液体,改变其用量不影响反应速率,没有气态物质参加的反应,改变压强,不影响反应速率。知识铺垫新知预习自主测试1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)催化剂在反应前后质量不变,所以催化剂不参与化学反应。 ( )(3)由于固体浓度为一常数,所以块状CaCO3与粉末状CaCO3与等浓度的盐酸反应速率一样快。 ( )
(4)不管是吸热反应还是放热反应,升高温度时反应速率都加快。 ( )
(5)决定化学反应速率快慢的根本因素是温度、浓度和催化剂。 ( )
答案:(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)×知识铺垫新知预习自主测试2.一定能使反应速率加快的方法是( )
①升温 ②改变生成物浓度 ③增大反应物浓度 ④加压
A.①②③ B.①③
C.②③ D.①②③④
答案:B
解析:影响化学反应速率的外界条件有温度、压强、浓度、催化剂等。①升温与③增加反应物的浓度一定加快反应的速率;而②改变生成物浓度包括了减小生成物的浓度,减小生成物浓度会使反应速率减慢;④加压对于有气体参与的反应才有可能改变反应速率,对于没有气体参与的反应,将不会改变反应速率。知识铺垫新知预习自主测试3.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,则此反应的平均速率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)=0.01 0 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)=0.004 5 mol·L-1·s-1
答案:C
解析:半分钟后,水蒸气的物质的量增加了0.45 mol,则计量数之比,则v(NH3)=0.001 0 mol·L-1·s-1,v(O2)
=0.001 25 mol·L-1·s-1,v(NO)=0.001 0 mol·L-1·s-1,C项正确。任务一任务二素养脉络随堂检测 化学反应速率的计算与比较
问题探究
用纯净的CaCO3与100 mL稀盐酸反应制取CO2,实验过程记录如图所示(CO2的体积已折算为标准状况下的体积)。(1)哪一段表示的平均速率最快?
(2)EF段,用盐酸表示该反应的平均反应速率为多少?
(3)OE、EF、FG三段中,该反应用二氧化碳表示的平均反应速率之比为多少?任务一任务二素养脉络随堂检测提示:(1)由图可知,在1 min时间内,EF段生成二氧化碳的体积最多,故EF段反应速率最快。(3)OE、EF、FG三段中,时间相等,则该反应用二氧化碳表示的平均反应速率之比为224∶448∶112=2∶4∶1。任务一任务二素养脉络随堂检测知识归纳
1.理解化学反应速率的注意事项
(1)一个确定的化学反应涉及反应物、生成物等多种物质,因而定量表示一个化学反应的反应速率时,必须指明是哪一种反应物或生成物表示的反应速率。
(2)同一反应,用不同物质表示的反应速率其数值可能不同,但表示的意义相同,即表示整个化学反应的快慢。
(3)化学反应速率是不断变化的,有瞬时速率和平均速率之分,在中学阶段化学反应速率的计算只涉及一段时间内的平均反应速率,而不是某一时刻的瞬时反应速率。
(4)各物质的化学反应速率之比等于反应方程式中各物质的化学计量数之比。如反应aA(g)+bB(g)=cC(g)+dD(g)中,v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=a∶b∶c∶d。
(5)固体或纯液体的浓度可视为常数,因此一般不用固体或纯液体表示反应速率。任务一任务二素养脉络随堂检测2.化学反应速率的简单计算与大小比较 (2)对某一具体反应,只要知道其中一种物质的反应速率,其余物质的反应速率可根据化学方程式中的化学计量数之比求算。
(3)比较同一个化学反应在不同条件下化学反应速率的相对大小,一般有两种方法。
①应先把各物质的反应速率转化为用同一物质、同一单位表示的反应速率,然后再比较其数值大小,数值越大表明反应速率越大。任务一任务二素养脉络随堂检测典例剖析
例1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。下列说法正确的是 ( )
A.用A表示的化学反应速率是0.4 mol·L-1·min-1
B.分别用B、C、D表示化学反应速率,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B和C两物质的浓度都减小
答案:B
解析:A为固体,一般不用固体表示化学反应速率,因为固体的浓度为常数,A项错误;在同一反应中,用不同物质表示的化学反应速率(单位一致)的比值等于它们的化学计量数之比,B项正确;v(B)=0.3 mol·L-1·min-1为平均值,并非2 min末的反应速率,C项错误;B为反应物,C为生成物,在2 min内两者浓度不可能同时减小,D项错误。任务一任务二素养脉络随堂检测 变式训练1-1在不同条件下进行反应A(g)+3B(g) 4C(g)+2D(g),其平均反应速率v(X)如下,其中表示反应速率最快的是( )
A.v(A)=0.4 mol·L-1·s-1 B.v(B)=0.8 mol·L-1·s-1
C.v(C)=1.2 mol·L-1·s-1 D.v(D)=0.7 mol·L-1·s-1
答案:A任务一任务二素养脉络随堂检测变式训练1-2对于化学反应3W(g)+2X(g)=4Y(g)+3Z(g),下列反应速率关系正确的是( )
A.v(W)=3v(Z) B.2v(X)=3v(Z)
C.2v(X)=v(Y) D.3v(W)=2v(X)
答案:C
解析:化学反应速率之比等于化学计量数之比,v(W)∶v(Z)=3∶3=1∶1,故A项错误;v(X)∶v(Z)=2∶3,故B项错误;v(X)∶v(Y)=2∶4=1∶2,故C项正确;v(W)∶v(X)=3∶2,故D项错误。任务一任务二素养脉络随堂检测化学反应速率的影响因素
问题探究
反应物本身的性质、反应物浓度、温度、固体反应物表面积分别是怎样影响化学反应速率的?
提示:(1)探究反应物本身的性质对化学反应速率的影响。任务一任务二素养脉络随堂检测(2)探究反应物浓度对化学反应速率的影响。 任务一任务二素养脉络随堂检测(3)探究温度对化学反应速率的影响。 任务一任务二素养脉络随堂检测(4)探究催化剂对化学反应速率的影响。 任务一任务二素养脉络随堂检测(5)探究固体反应物表面积对化学反应速率的影响。 任务一任务二素养脉络随堂检测知识归纳
影响化学反应速率的因素 任务一任务二素养脉络随堂检测任务一任务二素养脉络随堂检测典例剖析
例2在反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)中,可使反应速率增大的措施是( )
①减小体积增大压强 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升高温度
A.①③④ B.②④⑥ C.①③⑥ D.③⑤⑥
答案:C
解析:①缩小容器的体积,可以使物质的浓度增大,化学反应速率加快,正确;②由于碳是固体,浓度不变,所以增加碳的量,化学反应速率不变,错误;③通入CO2,可以使物质的浓度增大,化学反应速率加快,正确;④恒压下充入N2容器的容积扩大,反应混合物的浓度降低,反应速率减小,错误;⑤恒容下充入N2,反应混合物的浓度不变,化学反应速率不变,错误;⑥升高温度,化学反应速率加快,正确。C项符合题意。任务一任务二素养脉络随堂检测变式训练2-1下列有关化学反应速率的说法中,正确的是( )
A.用铁片和稀硫酸反应制取氢气时,改用铁片和浓硫酸可以加快产生氢气的速率
B.100 mL 2 mol·L-1的盐酸与锌反应时,加入适量的氯化钠溶液,生成氢气的速率不变
C.二氧化硫的催化氧化是一个放热反应,所以升高温度,反应速率减慢
D.汽车尾气中的CO和NO可以缓慢反应生成N2和CO2,减小压强,反应速率减慢
答案:D
解析:常温下浓硫酸与铁发生钝化反应,加热时生成SO2气体,不能增大生成氢气的速率,A项错误;加入氯化钠,氯化钠不参与反应,但溶液体积增大,盐酸浓度减小,反应速率减小,B项错误;升高温度,反应速率增大,C项错误;压强越小反应速率越慢,所以减小压强反应速率减慢,D项正确。任务一任务二素养脉络随堂检测变式训练2-2(双选)在一密闭容器中充入1 mol H2和1 mol I2,压强为p,并在一定温度下使其发生反应H2(g)+I2(g) 2HI(g) ΔH<0。下列说法正确的是 ( )
A.保持容器容积不变,向其中加入1 mol H2(g),反应速率一定加快
B.保持容器容积不变,向其中加入1 mol N2(N2不参加反应),反应速率不变
C.保持容器内气体压强不变,向其中加入1 mol N2(N2不参加反应),反应速率一定加快
D.保持容器内气体压强不变,向其中加入1 mol H2(g)和1 mol I2(g),再次平衡时反应速率一定加快任务一任务二素养脉络随堂检测答案:AB
解析:增加反应物的浓度,反应速率加快,A正确;加入氮气,因为氮气不参与反应且容器体积不变,反应体系中各气体的浓度不变,故反应速率不变,B正确;保持压强不变,加入氮气,容器体积增大,反应体系中各气体的浓度减小,反应速率减慢,C错误;保持压强不变,再次充入1 mol H2(g)和1 mol I2(g),则容器容积增大为原来的2倍,再次平衡反应体系中各气体的浓度不变,反应速率不变,D错误。任务一任务二素养脉络随堂检测任务一任务二素养脉络随堂检测1.在生产、生活中为加快反应速率而采取的措施合理的是 ( )
A.食物放在冰箱中
B.在食品中添加适量防腐剂
C.在糕点包装内放置小包除氧剂
D.工业上燃烧硫铁矿制取SO2时,先将矿石粉碎
答案:D
解析:冰箱中温度较低,食物放在冰箱中,可减慢食物腐败的速率,A项错误;在食品中添加适量防腐剂,可减慢食品变质的速度,B项错误;在糕点包装内放置小包除氧剂,可抑制糕点的氧化,防止变质,C项错误;工业上燃烧硫铁矿制取SO2时,先将矿石粉碎,固体表面积增大,反应速率加快,D项正确。任务一任务二素养脉络随堂检测2.甲、乙两容器都进行A→B的反应,甲容器内每分钟减少了4 mol A,乙容器内每分钟减少了2 mol A,则甲容器内的化学反应速率与乙容器内关系是( )
A.甲快 B.甲慢
C.甲乙相等 D.不能确定
答案:D
解析:反应速率是单位时间内浓度的变化,题目中没有说明容器容积的大小,因此无法计算反应速率,D项正确。任务一任务二素养脉络随堂检测3.5.6 g铁粉投入到盛有100 mL 2 mol·L-1稀硫酸的烧杯中,2 min时铁粉刚好完全溶解(溶解前后溶液体积变化忽略不计),下列表示这个反应的速率正确的是 ( )
A.v(Fe)=0.5 mol·L-1·min-1
B.v(H2SO4)=1 mol·L-1·min-1
C.v(H2SO4)=0.5 mol·L-1·min-1
D.v(FeSO4)=1 mol·L-1·min-1
答案:C
解析:铁是固体,浓度视为常数,A项错误;消耗硫酸的物质的量为5.6/56 mol=0.1 mol,则v(H2SO4)=0.1/(100×10-3×2) mol·L-1·min-1=0.5 mol·L-1·min-1,B项错误,C项正确;同一反应中各物质的化学反应速率之比等于化学计量数之比,则v(FeSO4)=0.5 mol·L-1·min-1,D项错误。任务一任务二素养脉络随堂检测4.反应A+3B=2C+D在四种不同情况下的反应速率分别为①v(A)=0.15 mol·L-1·s-1 ②v(B)=0.6 mol·L-1·s-1 ③v(C)=0.5 mol·L-1·s-1 ④v(D)=0.45 mol·L-1·s-1
则反应进行由快到慢的顺序为( )
A.④>③>①>②
B.②>④>③>①
C.②>③>④>①
D.④>③>②>①
答案:D任务一任务二素养脉络随堂检测5.对于化学反应3X(g)+Y(g) Z(g),在其他条件不变时,改变其中一个条件,则生成Z的速率(填“增大”“减小”或“不变”):
(1)升高温度: ;?
(2)加入催化剂: ;?
(3)增大容器容积: ;?
(4)加入X: ;?
(5)加入Y: ;?
(6)压缩体积: .?任务一任务二素养脉络随堂检测答案:(1)增大 (2)增大 (3)减小 (4)增大 (5)增大 (6)增大
解析:(1)升高温度会加快化学反应速率。
(2)加入催化剂会增大反应速率。
(3)增大容器的容积,相当于减小其中各物质的浓度,所以反应速率减小。
(4)加入X增大反应物浓度,反应速率增大。
(5)加入Y增大反应物浓度,反应速率增大。
(6)压缩体积,会增大所有物质的浓度,反应速率增大。第2课时 化学反应的限度
课后篇巩固提升
夯实基础·轻松达标
1.下列对于可逆反应2M(g)+N(g)2P(g)达到平衡时的说法正确的是( )
A.M、N全部变成了P
B.反应已经停止
C.反应混合物中各组分的浓度不再改变
D.v(M)∶v(N)=2∶1
答案C
解析题给反应是可逆反应,所以反应物不可能完全转化为生成物,存在反应限度,故A错误;反应达到平衡状态时,正、逆反应速率相等,但反应并没有停止,故B错误;反应混合物中各成分的浓度不再改变是反应达到平衡状态的依据,故C正确;v(M)∶v(N)=2∶1,未体现正、逆反应速率关系,故D错误。
2.对可逆反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g),下列叙述正确的是( )
A.若单位时间内生成x mol NO的同时,消耗x mol NH3,则反应达到平衡状态
B.达到化学平衡时,若增大容器容积,则正反应速率减小,逆反应速率增大
C.化学反应速率关系是2v正(NH3)=3v正(H2O)
D.达到化学平衡时,4v正(O2)=5v逆(NO)
答案D
解析若单位时间内生成x mol NO的同时,一定消耗x mol NH3,不能体现正、逆反应速率相等,故A错误;达到化学平衡时,若增大容器容积,则物质的浓度减小,正、逆反应速率均减小,故B错误;化学反应中反应速率之比等于化学计量数之比,根据化学方程式可知3v正(NH3)=2v正(H2O)成立,故C错误;化学反应中反应速率之比等于化学计量数之比,根据化学方程式可知4v正(O2)=5v逆(NO),故D正确。
3.反应2SO2+O22SO3达到平衡状态后,下列说法正确的是( )
A.三氧化硫的生成速率与分解速率相等
B.二氧化硫、氧气、三氧化硫的分子数之比是2∶1∶2
C.二氧化硫与氧气不再化合生成三氧化硫
D.降低温度,原化学平衡状态未被破坏
答案A
解析可逆反应达到平衡状态以后正、逆反应速率相等,则三氧化硫的生成速率与分解速率相等,A项正确;平衡时二氧化硫、氧气、三氧化硫的分子数之比不一定是2∶1∶2,还与物质的初始浓度以及转化率有关系,B项错误;可逆反应达到平衡状态以后正、逆反应速率相等,但不为0,平衡时二氧化硫与氧气仍然反应生成三氧化硫,C项错误;降低温度,原化学平衡状态被破坏,D项错误。
4.
在一定温度下,容器内某一反应aNbM的物质的量随反应时间变化的曲线如右图所示,下列表述正确的是( )
A.a∶b=1∶2
B.t2时,逆反应速率大于正反应速率
C.t3时,正、逆反应速率相等,达到平衡
D.t1时,v(N)的反应速率是2t1 mol·L-1·min-1
答案C
解析由图像可知,反应中M的物质的量逐渐增多,N的物质的量逐渐减少,则在反应中N为反应物,M为生成物,根据图像,在相等的时间内消耗的N和M的物质的量之比a∶b=2∶1,选项A错误;由图可知t2时反应没有达到平衡,此时正反应速率大于逆反应速率,选项B错误;由图可知t3时,反应达到平衡,正、逆反应速率相等,选项C正确;容器的容积未知,且v(N)的反应速率也只能算出平均速率,选项D错误。
5.一定温度下,可逆反应3X(g)+Y(g)2Z(g)达到化学平衡的标志是( )
A.单位时间内生成3n mol X,同时消耗n mol Y
B.X的生成速率与Z的生成速率相等
C.X、Y、Z的浓度相等
D.X、Y、Z的分子数之比为3∶1∶2
答案A
解析X的生成代表逆反应方向,Y的消耗代表正反应方向,二者物质的量的变化符合化学计量数之比,A项正确;X、Z的生成分别代表了逆反应和正反应方向,但二者比例不符合化学方程式中的计量数比,B项错误;达到平衡时,各物质浓度不一定相等,C项错误;达到平衡时,分子数不一定符合化学计量数之比,D项错误。
6.在T ℃,将1 mol N2和3 mol H2充入体积为1 L的密闭容器中发生反应,一段时间后达到平衡。在相同温度下,测得容器压强是反应前的0.9倍。则N2的转化率为( )
A.15% B.20%
C.25% D.30%
答案B
解析设N2的转化率为x,根据三段式法分析:
N2+3H22NH3
开始/mol 1 3 0
转化/mol x 3x 2x
平衡/mol 1-x 3-3x 2x
平衡时压强是反应前的0.9倍,则(1-x)+(3-3x)+2x(1+3)=0.9,x=0.2,N2的转化率为20%,B项正确。
7.一定温度下,某恒容密闭容器中含有NO2、N2O4两种气体,反应开始至达到平衡状态过程中,两种物质的浓度随时间的变化如图所示:
(1)表示NO2浓度变化的曲线是 (填“x”或“y”),写出相应的化学方程式: 。?
(2)从反应开始至达到平衡的过程中,用N2O4表示的反应速率v(N2O4)= 。a、b两点对应状态中,x代表的物质的反应速率相对大小为v(a) v(b)。?
(3)若平衡后改变温度,容器中气体的平均摩尔质量变大,则反应向生成 (填“NO2”或“N2O4”)的方向进行。?
答案(1)x 2NO2N2O4 (2)0.4 mol·L-1·min-1 > (3)N2O4
解析(1)根据图像,到达平衡时x的浓度降低了8 mol·L-1,y的浓度增大了4 mol·L-1,因此表示NO2浓度变化的曲线是x,反应的化学方程式为2NO2N2O4。(2)从反应开始至达到平衡的过程中,用N2O4表示的反应速率v(N2O4)=ΔcΔt=4mol·L-110min=0.4 mol·L-1·min-1;a、b两点对应状态中,a点时c(NO2)较大,则NO2的反应速率v(a)>v(b);(3)若平衡后改变温度,容器中气体的平均摩尔质量变大,说明气体的物质的量变小,则反应向生成N2O4的方向进行。
提升能力·跨越等级
1.将0.2 mol·L-1的KI溶液和0.05 mol·L-1Fe2(SO4)3溶液等体积混合后,取混合液分别完成下列实验,能说明溶液中存在化学平衡“2Fe3++2I-2Fe2++I2”的是( )
实验
编号
实验操作
实验现象
①
滴入KSCN溶液
溶液变红色
②
滴入AgNO3溶液
有黄色沉淀生成
③
滴入K3[Fe(CN)6]溶液
有蓝色沉淀生成
④
滴入淀粉溶液
溶液变蓝色
已知:3Fe2++2[Fe(CN)6]3-Fe3[Fe(CN)6]2↓(蓝色沉淀)。
A.①和② B.②和④
C.③和④ D.①
答案D
解析将0.2 mol·L-1的KI溶液和0.05 mol·L-1Fe2(SO4)3溶液等体积混合后,根据方程式可知碘离子过量,因此只需要证明溶液中含Fe3+即可说明此反应为可逆反应,能建立化学平衡。①向溶液中滴入KSCN溶液,溶液变红,则说明溶液中有Fe3+,即能说明反应存在平衡,①正确;②由于碘离子过量,所以向溶液中滴入AgNO3溶液一定有黄色沉淀生成,不能说明反应存在平衡,②错误;③无论反应存不存在平衡,溶液中均存在Fe2+,滴入K3[Fe(CN)6]溶液均有蓝色沉淀生成,③错误;④无论反应存不存在平衡,溶液中均有I2,滴入淀粉溶液后溶液均变蓝色,故不能证明存在平衡,④错误。
2.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的是( )
A.2v(NH3)=v(CO2)
B.密闭容器中总压强不变
C.密闭容器中混合气体的平均摩尔质量不变
D.密闭容器中二氧化碳的体积分数不变
答案B
解析2v(NH3)=v(CO2)不能证明正、逆反应速率相等,A项错误;密闭容器中总压强不变,说明气体总物质的量不变,正、逆反应速率相等,B项正确;因为反应物是固体,所以整个密闭容器中混合气体的平均摩尔质量是个定值,始终不变,C项错误;因为反应物是固体,容器中氨气和二氧化碳的物质的量之比始终为2∶1,即氨气的体积分数不变,D项错误。
3.密闭容器中进行如下反应X(g)+3Y(g)2Z(g),X、Y、Z起始浓度分别是0.2 mol·L-1、0.6 mol·L-1、0.4 mol·L-1,当达到平衡时,下列数据可能正确的是 ( )
A.X为0.25 mol·L-1,Z为0.5 mol·L-1
B.Y为1.2 mol·L-1
C.X为0.3 mol·L-1,Z为0.3 mol·L-1
D.Z为0.6 mol·L-1
答案D
解析根据可逆反应平衡时反应物和生成物共存的特点可知,平衡时各物质浓度范围为0 mol·L-14.在一定温度下的恒压容器中,进行可逆反应A(g)+B(g)C(g)+2D(g)。下列能说明该反应达到平衡状态的是( )
①反应混合物的密度不再改变 ②混合气体的平均相对分子质量不再改变 ③C和D的物质的量之比为1∶2 ④体系压强不再改变 ⑤C的质量分数不再改变 ⑥v(A)∶v(C)=1∶1
A.①②④⑤ B.①②⑤
C.②⑤⑥ D.①②③④⑤⑥
答案B
解析①一定温度下的恒压容器中,反应混合物的密度不再改变,说明气体的物质的量不变,故能确定题给反应达到平衡状态;②因为A(g)+B(g)C(g)+2D(g)反应前后计量数之和不等,所以混合气体的平均相对分子质量不再改变,说明气体的物质的量不变,正、逆反应速率相等,达平衡状态;③C和D的物质的量之比为1∶2,不能说明反应达到平衡,故不选;④因为在一定温度下的恒压容器中,压强一直不变,故不选;⑤C的质量分数不再改变,说明气体的物质的量不变,正、逆反应速率相等,达平衡状态;⑥v(A)∶v(C)=1∶1,未体现正、逆反应速率的关系,故不选。所以能说明该反应达到平衡状态的是①②⑤。
5.一定条件下,对于可逆反应X(g)+4Y(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的浓度分別为0.1 mol·L-1、0.4 mol·L-1、0.1 mol·L-1,则下列判断正确的是 ( )
A.c1∶c2=4∶1
B.平衡时,Y和Z的生成速率之比为1∶2
C.c1的取值范围为0 mol·L-1D.若反应正向进行,X、Y的转化率相等
答案D
解析由方程式可得,X、Y按1∶4反应,又因为平衡时X、Y的浓度之比为1∶4,所以X、Y起始浓度之比也为1∶4,故A项错误;平衡时,不同物质表示的正、逆反应速率之比等于对应物质的化学计量数之比,所以Y和Z的生成速率之比为4∶2,即2∶1,故B项错误;若反应开始向右进行并达到平衡,平衡时X的浓度为0.1 mol·L-1,Z的浓度为0.1 mol·L-1,因为Z的浓度开始不是0,故Z的浓度变化小于0.1 mol·L-1,由方程式可知,X的浓度变化量小于0.05 mol·L-1,故c1<0.15 mol·L-1,若反应开始向左进行并达到平衡,平衡时X、Y的浓度之比为1∶4,等于化学计量数之比,可以是Z分解生成,因为X的起始浓度大于0,所以0 mol·L-16.(双选)在4 L密闭容器中充入6 mol A气体和5 mol B气体,在一定条件下发生反应3A(g)+B(g)2C(g)+xD(g),达到平衡时,生成了2 mol C,经测定,D的浓度为0.5 mol·L-1,下列判断正确的是( )
A.x=2
B.达到平衡时,在相同温度下容器内混合气体的压强是反应前的85%
C.平衡时A的浓度为1.50 mol·L-1
D.B的转化率为20%
答案AD
解析0.5 mol·L-1×4 L=2 mol,则平衡时生成C与D的物质的量相同,结合反应可知x=2,则根据三段式法分析:
3A(g)+B(g)2C(g)+2D(g)
开始/mol 6 5 0 0
转化/mol 3 1 2 2
平衡/mol 3 4 2 2
由上述分析可知,x=2,A项正确;
题给反应是反应前后气体体积不变的反应,即压强始终不变,B项错误;平衡时A的浓度为3mol4 L=0.75 mol·L-1,C项错误;
平衡时B的转化率为1mol5mol×100%=20%,D项正确。
7.在2 L密闭容器中进行反应pZ(g)+qQ(g)mX(g)+nY(g),式中m、n、p、q为化学计量数。在0~3 min末,各物质的物质的量的变化如下表所示:
物质
X
Y
Z
Q
起始/mol
0.7
1
2 min末/mol
0.8
2.7
0.8
2.7
3 min末/mol
0.8
已知:0~2 min末v(Q)=0.075 mol·L-1·min-1,v(Z)∶v(Y)=1∶2。
请回答下列问题:
(1)0~2 min末X的反应速率v(X)= 。?
(2)起始时n(Y)= 。?
(3)3 min末是否达到平衡 (填“是”或“否”)。?
(4)对于该反应,能增大正反应速率的措施是 (填序号,下同)。?
A.缩小容器体积 B.移走部分Q
C.通入大量He气 D.升高温度
答案(1)0.025 mol·L-1·min-1 (2)2.3 mol (3)是
(4)AD
解析(1)0~2 min末X的浓度由0.35 mol·L-1变为0.40 mol·L-1,所以v(X)=0.4mol·L-1-0.35 mol·L-12min=0.025 mol·L-1·min-1。
(2)v(Z)∶v(Y)=1∶2,则p∶n=1∶2,0~2 min末Z反应掉1 mol-0.8 mol=0.2 mol,则同时生成Y为0.2 mol×2=0.4 mol,则起始时n(Y)=2.7 mol-0.4 mol=2.3 mol。
(3)2 min末和3 min末Z的物质的量相等,则说明已经达到平衡。
(4)缩小容器体积,反应物浓度增大,正反应速率加快,故A正确;移走部分Q,反应物浓度减小,正反应速率减小,故B错误;通入大量He气,反应物浓度不变,正反应速率不变,故C错误;升高温度,正反应速率增大,故D正确。
8.某温度时,向某V L的密闭容器中充入3 mol H2(g)和3 mol I2(g),发生反应H2(g)+I2(g)2HI(g),已知生成2mol HI时,该反应放出的热量为26.5 kJ,
测得各物质的物质的量浓度与时间变化的关系如图所示。请回答下列问题:
(1)V= L。?
(2)该反应达到最大限度的时间是 s,该段时间内的平均反应速率v(HI)= mol·L-1·s-1。?
(3)该反应达到平衡状态时, (填“吸收”或“放出”)的热量为 kJ。?
(4)判断反应达平衡的依据是 (填序号)。?
①H2消耗的速率和I2消耗的速率相等 ②H2、I2、HI的浓度比为1∶1∶2 ③H2、I2、HI的浓度都不再发生变化 ④该条件下正、逆反应速率都为零 ⑤混合气体的平均相对分子质量不再发生变化
⑥气体的颜色不再发生变化
答案(1)3 (2)5 0.316 (3)放出 62.8 (4)③⑥
解析(1)根据图像知,氢气和碘的初始物质的量浓度为1 mol·L-1,所以容器的体积=3mol1mol·L-1=3 L。
(2)当反应达到平衡状态时,各物质的浓度不变,根据图像可知,反应达到最大限度的时间为5 s,v(HI)=ΔcΔt=(1.58-0)mol·L-15 s=0.316 mol·L-1·s-1。
(3)该反应的正反应是放热反应,所以当反应达到平衡状态时会放出热量,根据碘化氢的物质的量和反应热之间的关系式得,放出的热量为1.58mol·L-1×3 L×26.5 kJ·mol-12mol≈62.8 kJ。
(4)H2消耗的速率和I2消耗的速率相等,都是正反应,不能判断反应达到平衡状态,故①错误;H2、I2、HI的浓度之比为1∶1∶2,该反应不一定达到平衡状态,还与反应物初始浓度及转化率有关,故②错误;H2、I2、HI的浓度都不再发生变化,该反应正、逆反应速率相等,达到平衡状态,故③正确;正、逆反应速率都为零,该反应没有开始进行,所以一定没有达到平衡状态,平衡状态下正、逆反应速率相同且不为0,故④错误;反应前后气体质量和气体物质的量不变,混合气体的平均相对分子质量始终不发生变化,故⑤错误;气体的颜色不再发生变化,说明碘单质浓度不变,说明反应达到平衡状态,故⑥正确。
贴近生活·拓展创新
★Ⅰ.已知反应aA(g)+bB(g)cC(g),在某温度下,向2 L的密闭容器中投入一定量的A、B,两种气体的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。
(1)经测定前4 s内v(C)=0.05 mol·L-1·s-1,则该反应的化学方程式为 。?
(2)若上述反应分别在甲、乙、丙三个相同的密闭容器中进行,经同一段时间后,测得三个容器中的反应速率分别为甲:v(A)=0.3 mol·L-1·s-1;乙:v(B)=0.12 mol·L-1·s-1;丙:v(C)=9.6 mol·L-1·min-1,则甲、乙、丙三个容器中反应速率由快到慢的顺序为 (用甲、乙、丙表示)。?
Ⅱ.某学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化,他在100 mL稀盐酸中加入足量的锌粉,用排水集气法收集反应放出的氢气(气体体积已折合成标准状况),实验记录如表(累计值):
时间/min
1
2
3
4
5
6
氢气体
积/mL
50
120
224
392
472
502
(3)哪一时间段反应速率最大 (填0~1 min、1~2 min、2~3 min、3~4 min、4~5 min、5~6 min,下同),原因是 。?
(4)如果反应太剧烈,为了减缓反应而又不减少产生氢气的量,他在盐酸中分别加入等体积的下列溶液,你认为可行的是 (填字母)。?
A.CH3COONa B.NaNO3溶液
C.KCl溶液 D.Na2CO3溶液
Ⅲ.(5)下列说法可以证明反应H2(g)+I2(g)2HI(g)已达平衡状态的是 。?
A.单位时间内生成n mol H2的同时,生成n mol HI
B.一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂
C.温度和体积一定时,混合气体颜色不再变化
D.反应速率v(H2)=v(I2)=12v(HI)
E.温度和体积一定时,容器内压强不再变化
F.温度和体积一定时,混合气体的密度不再变化
答案(1)3A(g)+B(g)2C(g) (2)乙>甲>丙 (3)3~4 min 因该反应是放热反应,3~4 min时体系温度高,温度对反应速率的影响占主导作用 (4)AC (5)BC
解析(1)经测定前4 s内v(C)=0.05 mol·L-1·s-1,生成C的物质的量浓度是0.05 mol·L-1·s-1×4 s=0.2 mol·L-1,此时消耗A是0.8 mol·L-1-0.5 mol·L-1=0.3 mol·L-1,则a∶c=3∶2;平衡时消耗A与B分别是0.6 mol·L-1、0.2 mol·L-1,则a∶b=3∶1,所以该反应的化学方程式为3A(g)+B(g)2C(g)。
(2)如果都用物质A表示反应速率,则根据化学反应速率之比等于相应的化学计量数之比可知甲、乙、丙中用A表示的反应速率分别是0.3 mol·L-1·s-1、0.36 mol·L-1·s-1、0.24 mol·L-1·s-1,所以甲、乙、丙三个容器中反应速率由快到慢的顺序为乙>甲>丙。
(3)0~1 min、1~2 min、2~3 min、3~4 min、4~5 min、5~6 min内生成氢气的体积分别是50 mL、70 mL、104 mL、168 mL、80 mL、30 mL,因此反应速率最大的时间段是3~4 min,这是由于该反应是放热反应,此时温度高,温度对反应速率的影响占主导作用。
(4)CH3COONa与H+反应生成弱酸醋酸,H+浓度降低,反应速率减小,随着反应的进行,H+又逐渐电离出来,所以生成的氢气体积几乎不变,A项正确;加入NaNO3溶液,在酸性溶液中NO3-具有强氧化性,与金属反应不能得到氢气,B项错误;KCl溶液相当于稀释,氢离子浓度降低,反应速率减小,且生成的氢气体积不变,C项正确;Na2CO3溶液消耗H+产生二氧化碳,最终生成的氢气体积减少,D项错误。
(5)单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI不满足反应速率之比等于相应的化学计量数之比,反应没有达到平衡状态,A项错误;一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂分别代表正、逆反应速率,且满足反应速率之比是相应的化学计量数之比,说明达到平衡状态,B项正确;温度和体积一定时,混合气体颜色不再变化说明单质碘的浓度不再发生变化,达到平衡状态,C项正确;反应速率v(H2)=v(I2)=12v(HI),没有指明反应速率的方向,不能说明反应达到平衡状态,D项错误;反应前后气体体积不变,温度和体积一定时,容器内压强始终不变,不能说明反应达到平衡状态,E项错误;密度是混合气的质量和容器容积的比值,在反应过程中质量和容积始终是不变的,所以温度和体积一定时,混合气体的密度不再变化,不能说明反应达到平衡状态,F项错误。
课件36张PPT。第2课时 化学反应的限度知识铺垫新知预习自主测试1.决定化学反应速率快慢的最主要因素是反应物本身的性质,外界条件只起次要作用。
2.浓度、温度、催化剂、反应物接触面积等都会影响化学反应速率。知识铺垫新知预习自主测试一、可逆反应
1.认识化学反应存在限度
向2 mL 0.01 mol·L-1KI溶液中加入1 mL 0.01 mol·L-1FeCl3溶液,再加入几滴0.1 mol·L-1KSCN溶液。2.可逆反应的定义及表示方法
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称为可逆反应。可逆反应用化学方程式表示,但化学方程式中用知识铺垫新知预习自主测试3.正反应和逆反应 4.特点
(1)正反应(反应物→生成物)和逆反应(生成物→反应物)同时进行。
(2)正反应和逆反应发生的条件相同,在不同条件下能向两个方向进行的反应不能称为可逆反应。
(3)对于可逆反应来说,在一定条件下,反应物不能全部转化成生成物,即反应物与生成物共同存在,反应只能进行到一定程度。知识铺垫新知预习自主测试二、化学平衡
1.定义
在一定条件下可逆反应进行到一定程度时,反应物和生成物的浓度不再随时间的延长而发生变化,正反应速率和逆反应速率相等,这种状态称为化学平衡状态,简称化学平衡。
2.化学平衡状态的特征
化学平衡研究的对象是可逆反应。化学平衡是动态平衡,达到平衡状态时,正反应速率和逆反应速率相等,反应仍在进行,而不是反应停止了。一定条件下,在反应达平衡状态的混合物中,各组分的浓度及质量分数、体积分数保持一定(但不一定相等),不再随时间的变化而变化。
3.化学平衡状态的改变
化学平衡是在一定条件下暂时的平衡,若外界条件发生改变,则化学平衡状态可能随之发生改变,即可能发生化学平衡状态的改变。知识铺垫新知预习自主测试【微思考1】化学反应进行一段时间后,各组分的浓度相等或正好等于化学计量数之比时,化学反应是否达到平衡?
提示:不一定。化学反应达到平衡时,各组分的浓度保持不变,但不一定相等,也不一定等于化学计量数之比。
【微思考2】某一可逆反应,一定条件下达到了化学平衡状态。①若化学反应速率改变,平衡状态一定发生改变吗?②若平衡状态发生改变,化学反应速率一定改变吗?
提示:①不一定,如使用催化剂时,反应速率发生变化,但平衡状态不发生改变。
②一定,化学平衡状态发生改变的根本原因就是外界条件改变,使v(正)≠v(逆)。知识铺垫新知预习自主测试1.哈伯因发明了由氮气和氢气合成氨的方法而获得1918年的诺贝尔化学奖。现向一密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2,在一定条件下使该反应发生。下列有关说法正确的是( )
A.达到化学平衡时,N2将完全转化为NH3
B.达到化学平衡时,N2、H2、NH3的物质的量浓度一定相等
C.达到化学平衡时,N2、H2、NH3的物质的量浓度不再变化
D.达到化学平衡时,正反应和逆反应的速率都为零
答案:C
解析:合成氨反应为可逆反应,是不能进行彻底的反应,A错;可逆反应在一定条件下达到平衡状态,化学平衡状态是一种动态平衡,平衡时反应仍在进行,只是正、逆反应速率相等,D错;反应达到化学平衡时,各物质的浓度不再发生变化,但不一定相等,B错,C对。知识铺垫新知预习自主测试A.O2 B.SO2
C.O2和SO2 D.O2、SO2和SO3
答案:D知识铺垫新知预习自主测试3.下列关于化学平衡的说法中,不正确的是( )
A.当一个可逆反应达到化学平衡时,正、逆反应速率都为零
B.可逆反应达到化学平衡时,正、逆反应速率一定相等
C.当可逆反应达到化学平衡后,改变某些条件可以使平衡破坏
D.当反应达到化学平衡时,尽管正、逆反应都还在进行,但各物质的浓度保持不变
答案:A
解析:可逆反应达到化学平衡时,v(正)=v(逆)≠0,A项错误。任务一任务二素养脉络随堂检测 化学平衡状态的特征与判断
问题探究
下图是可逆反应X2+3Y2 2Z2在反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线,(1)t1时反应是否达到平衡状态?t2时正、逆反应速率的关系是怎样的?
(2)t2~t3时间段反应是否停止了?各物质的浓度还发生变化吗?
提示:(1)t1时,反应未达平衡状态,正反应速率大于逆反应速率,t2时,反应已经达到平衡状态,此时v(正)=v(逆)。
(2)t2~t3时反应已经处于平衡状态,正反应速率等于逆反应速率,正、逆反应仍在进行,各物质的浓度不再随时间的变化而变化。任务一任务二素养脉络随堂检测知识归纳
1.化学平衡状态的建立(正向建立平衡)任务一任务二素养脉络随堂检测2.化学平衡状态的特征 任务一任务二素养脉络随堂检测3.化学平衡状态判断的原则
(1)v(正)=v(逆),即“等”。
(2)各组分的浓度保持不变,即“定”。任务一任务二素养脉络随堂检测典例剖析
例1在一定温度下的密闭容器中,当下列物理量不再变化时,表明反应A(s)+2B(g) C(g)+D(g)已达平衡的是( )
A.混合气体的压强
B.混合气体的密度
C.混合气体的分子数目
D.混合气体的总物质的量
答案:B解析:A(s)+2B(g) C(g)+D(g)为反应前后气体体积不变的反应,压强始终不变,A错误;密度是混合气体的质量和容器容积的比值,在反应过程中容积始终是不变的,但混合气体的质量是变化的,B正确。根据方程式可知,反应前后气体体积不变,所以混合气体的总物质的量始终是不变的,C、D错误。任务一任务二素养脉络随堂检测化学平衡状态的判断依据
可逆反应达到化学平衡状态有两个主要特征,一是正反应速率和逆反应速率相等;二是反应混合物中各组分的百分含量保持不变。这两个特征是判断可逆反应达到平衡状态的核心依据。以反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)为例进行分析:
(1)直接依据。
①速率特征:指“等”,即v(正)=v(逆)。任务一任务二素养脉络随堂检测任务一任务二素养脉络随堂检测②含量特征:指“定”,即反应混合物中各组成成分的含量保持不变。例如:任务一任务二素养脉络随堂检测(2)间接依据。
①若m+n≠p+q,则混合气体的总物质的量、体系温度、总压强、平均摩尔质量不随时间的改变而改变,可说明反应达到了平衡状态。
②反应体系中有色物质的颜色不再改变。如反应2NO2(g) N2O4(g)(N2O4气体为无色,NO2气体呈红棕色),在恒温恒容密闭容器中,若混合气体的颜色不再发生变化,说明反应达到了平衡状态。
③若m+n=p+q,气体的总物质的量、总体积、总压强、平均摩尔质量、密度都不随时间的变化而变化,因此不能作为判断依据。任务一任务二素养脉络随堂检测变式训练1-1一定温度下,在一容积不变的密闭容器中发生的可逆反应2X(g) Y(g)+Z(s),下列选项不能作为反应达到平衡标志的是( )
A.反应容器中压强不再变化
B.混合气体的密度不再变化
C.混合气体的平均相对分子质量不再变化
D.Z的浓度不再改变
答案:D任务一任务二素养脉络随堂检测解析:该反应是一个反应前后气体体积改变的化学反应,反应容器中气体的压强不再发生变化,说明反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变,所以反应达到平衡状态,故A项不符合题意;该反应是一个反应前后气体的质量改变的化学反应,当反应达到平衡状态时,混合气体的质量不再发生变化,容器的容积不变,混合气体的密度不再变化,所以反应达到平衡状态,故B项不符合题意;该反应属于气体的质量和体积均发生变化的反应,混合气体的平均相对分子质量不再变化,说明反应达到平衡状态,故C项不符合题意;该反应中Z是固体,浓度始终不变,不能判断是否为平衡状态,故D项符合题意。任务一任务二素养脉络随堂检测变式训练1-2反应2NO2 2NO+O2在恒温恒容的容器中进行,能说明反应达平衡状态的标志是 ( )
①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2
②单位时间内生成n mol O2的同时,生成2n mol NO ③NO2、NO、O2的反应速率的比为2∶2∶1的状态 ④混合气体的颜色不再改变的状态 ⑤混合气体的密度不再改变的状态 ⑥混合气体的总压强不再改变的状态
A.①④⑥ B.①③④
C.②③⑤ D.①②③④⑤⑥任务一任务二素养脉络随堂检测答案:A
解析:①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2,同时又消耗n mol O2,氧气的正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故①正确;②无论反应是否达到平衡状态,单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO,不能据此判断平衡状态,故②错误;③用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为2∶2∶1时,正、逆反应速率是否相等不明确,不能据此判断平衡状态,故③错误;④混合气体的颜色不再改变时,二氧化氮的浓度不变,正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故④正确;⑤无论反应是否达到平衡状态,混合气体总质量不变、容器体积不变,则混合气体的密度始终不变,则不能根据密度判断平衡状态,故⑤错误;⑥反应后气体的压强增大,当混合气体的压强不再改变时,说明各物质的物质的量不变,即正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故⑥正确。任务一任务二素养脉络随堂检测化学平衡状态的改变
问题探究
(1)如下图所示将装有二氧化氮(NO2)和四氧化二氮(N2O4)混合气体的烧瓶分别浸入冷水和热水中,并与常温情况下进行对比。根据实验中的现象分析烧瓶中气体颜色变化的原因。
(2)化学平衡状态的改变,即化学平衡的移动是如何发生的?任务一任务二素养脉络随堂检测提示:(1)在实验过程中,可以观察到浸入冷水中的烧瓶里的气体混合物颜色变浅,这是因为温度降低后原平衡状态被破坏,在新的条件下达到新的平衡状态,导致二氧化氮浓度变小,四氧化二氮浓度变大。浸入热水中的烧瓶里的气体混合物颜色变深,这是因为温度升高后原平衡状态被破坏,在新的条件下达到新的平衡状态,导致二氧化氮浓度增加,四氧化二氮浓度减小。
(2)化学平衡是在一定条件下建立起来的,同一可逆反应在不同条件下将建立起不同的化学平衡状态。化学平衡移动的过程可以表示如下:任务一任务二素养脉络随堂检测知识归纳
1.化学平衡状态改变的含义
对一个化学平衡状态改变条件时,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,这种化学平衡的变化叫做化学平衡状态的改变。化学平衡状态的改变也就是可逆反应进行的限度发生了变化。
2.化学平衡状态的改变
可以用下列图示理解:3.影响化学平衡移动的外界因素
影响化学平衡移动的外界因素主要有温度、反应物的浓度、压强等。任务一任务二素养脉络随堂检测典例剖析
例2如图所示,三个烧瓶中分别充满NO2气体并分别放置在盛有下列物质的烧杯(烧杯内有水)中,在(1)中加入CaO,在(2)中不加其他任何物质,在(3)中加入NH4Cl晶体,发现(1)中红棕色变深,(3)中红任务一任务二素养脉络随堂检测下列叙述正确的是( ) B.NH4Cl溶于水时放出热量
C.烧瓶(1)中平衡混合气体的相对分子质量增大
D.烧瓶(3)中气体的压强增大
答案:A解析:加CaO的烧杯(1)中温度升高,(1)中红棕色变深,说明平衡逆向移动,也说明反应2NO2 N2O4是放热反应,平衡混合气体的相对分子质量减小;(3)中红棕色变浅,说明平衡正向移动,气体的压强减小,加NH4Cl晶体的烧杯(3)中温度降低,NH4Cl溶于水时吸收热量。任务一任务二素养脉络随堂检测变式训练2在已处于化学平衡状态的体系中,如果下列量发生变化,其中一定能表明平衡移动的是( )
A.反应混合物的浓度
B.反应物的转化率
C.正、逆反应速率
D.反应混合物的压强
答案:B
解析:如果反应前后气体物质的量不变,压缩气体体积增大压强,反应体系的各物质的浓度变大,但平衡不移动,故A、D错误;反应物的转化率的变化,说明化学平衡发生移动,故B正确;若正、逆反应速率变化量相等,则平衡不移动,故C错误。任务一任务二素养脉络随堂检测任务一任务二素养脉络随堂检测1.下列有关化学反应速率和限度的说法中,不正确的是 ( )
A.双氧水制氧气时加入少量二氧化锰,反应速率明显加快
B.铁粉代替铁钉与稀硫酸反应可以加快制取氢气的速率答案:D 任务一任务二素养脉络随堂检测2.下列对可逆反应的认识正确的是( )
A.既能向正反应方向进行,又能向逆反应方向进行的反应叫可逆反应
B.在同一条件下,同时向正反应和逆反应两个方向进行的反应叫可逆反应
C.电解水生成氢气和氧气与氢气和氧气点燃生成水的反应是可逆反应
D.在可逆反应进行中正反应速率与逆反应速率一定相等
答案:B
解析:可逆反应是在“同一条件下”、能“同时”向正反应和逆反应“两个方向”进行的化学反应,A错误;在同一条件下,同时向正反应和逆反应两个方向进行的反应叫可逆反应,B正确;电解水生成氢气和氧气与氢气和氧气点燃生成水的反应不是可逆反应,因为反应条件不同,C错误;可逆反应在未达到平衡时,正反应速率和逆反应速率不相等,D错误。任务一任务二素养脉络随堂检测3.—定条件下,在密闭容器中进行反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),当N2、H2、NH3的浓度不再改变时,下列说法正确的是( )
A.N2、H2完全转化为NH3
B.N2、H2、NH3的浓度一定相等
C.正、逆反应速率相等且等于零
D.反应已达到化学平衡状态
答案:D
解析:题给反应是可逆反应,N2和H2不能完全转化成氨气,故A错误;根据化学平衡状态的定义,反应达到平衡状态时浓度不变,但不一定相等,故B错误;化学平衡是动态平衡,反应达到化学平衡状态时正、逆反应速率相等,但不等于0,故C错误;根据化学平衡状态的定义可知,D正确。任务一任务二素养脉络随堂检测4.(双选)在恒温恒容条件下发生可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),下列能够说明反应已经达到平衡状态的是( )
A.c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2
B.氨气的百分含量不再变化
C.断开一个N≡N键的同时有6个N—H键断裂
D.混合气体的质量不随时间的变化而变化
答案:BC
解析:c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2时不能判断各组分的浓度不再变化,所以无法判断是否达到了平衡状态,选项A错误;NH3的百分含量不再变化,其他物质的百分含量也不会变化,说明正、逆反应速率相等,达到了平衡状态,选项B正确;一个N≡N键断裂的同时有6个N—H键断裂,能证明该反应达到平衡状态,选项C正确;根据质量守恒,由于反应物均为气体,故气体总质量始终不变,因此气体质量不变不能作为平衡状态的标志,选项D错误。任务一任务二素养脉络随堂检测5.氢气是合成氨的重要原料,合成氨反应的化学方程式为 (1)当合成氨反应达到平衡状态后,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下图所示。图中表示反应处于化学平衡状态的时间段(t1时刻后)为 。?(2)下列能证明反应已达化学平衡的标志为 。?
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.气体总质量不变任务一任务二素养脉络随堂检测答案:(1)t2~t3,t4~t5 (2)AB
解析:(1)v(正)=v(逆)时,表明反应处于化学平衡状态,故t2~t3和t4~t5时间段反应达到平衡。
(2)因合成氨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状态。反应时N2、H2、NH3的分子数之比为1∶3∶2不能说明反应达到平衡状态,C不符合题意。气体的总质量始终保持不变,D项也不符合题意。
