第三节 化学反应的速率和限度
第1课时 化学反应的速率
一、化学反应速率
1．概念
化学反应速率是用来衡量化学反应过程进行的快慢的物理量。通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量(均取正值)表示。
2．计算公式及单位
化学反应速率常用v(B)表示，其计算公式为v(B)＝其中，v表示B物质的反应速率，Δc表示B物质浓度的变化值，Δt表示反应的时间变化，化学反应速率的常用单位为mol·L－1·min－1或mol·L－1·s－1。
3．实例
某反应的反应物A浓度在5 min内由6 mol·L－1变成了1 mol·L－1，则v(A)＝1 mol·L－1·min－1。
将4 mol A和2 mol B在2 L容器中混合，一定条件下发生反应：2A(固)＋B(气)===2C(气)＋D(液)＋3E(气)，若2 s后测C的物质的量为2 mol。现判断下列说法是否正确：
(1)v(A)＝0.5 mol·L－1·s－1(×)
(2)v(B)＝－0.25 mol·L－1·s－1(×)
(3)v(C)＝0.5 mol·L－1·s－1(√)
(4)v(D)＝0.25 mol·L－1·s－1(×)
(5)v(E)＝0.75 mol·L－1·s－1(√)
(6)以上物质表示化学反应速率是某一时刻的瞬时速率(×)
(7)以上物质表示化学反应速率是一段时间内的平均反应速率(√)
已知反应：4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)在5 L的密闭容器中进行。20 s后，NO的物质的量增加了1.6 mol。
(1)此时用NO表示该反应的反应速率v(NO)是多少？
(2)20 s后，NH3、O2、H2O物质的量变化了多少？用NH3、O2、H2O表示的化学反应速率v(NH3)、v(O2)、v(H2O)分别是多少？
(3)同一反应在相同时间内，用不同物质表示的反应速率，其数值是否相同？表示的反应快慢是否相同？用不同物质表示的反应速率其数值有什么规律？
答案 (1)v(NO)＝0.016 mol·L－1·s－1。
(2)NH3的物质的量减少了1.6 mol，O2的物质的量减少了2 mol，H2O的物质的量增加了
2.4 mol；v(NH3)＝0.016 mol·L－1·s－1，v(O2)＝0.02 mol·L－1·s－1，v(H2O)＝0.024 mol·L－1·s－1。
(3)同一反应在相同时间内，用不同物质表示的反应速率，其数值可能不同，但表示的反应快慢相同；反应速率之比等于各物质化学计量数之比。
对化学反应速率的正确理解
(1)化学反应速率无负值。不论是用单位时间内反应物浓度的减少量还是用单位时间内生成物浓度的增加量来表示，化学反应速率均为正值。
(2)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。
(3)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。
(4)在同一化学反应里，用不同的物质表示的反应速率可能不同，但意义相同，所以描述反应速率时必须指明具体的物质。
(5)关系式法：化学反应速率之比＝物质的量浓度的变化之比＝物质的量的变化量之比＝化学计量数之比。
二、影响化学反应速率的因素
1．内因
反应物本身的性质是影响化学反应速率的决定因素。
2．外因(其他条件不变)
[实验探究]
(1)探究温度对H2O2分解反应速率的影响。
实验操作
实验现象
产生气泡由快到慢的顺序：C>B>A
实验结论
升高温度，反应速率加快
降低温度，反应速率减慢
(2)探究催化剂对H2O2分解反应速率的影响。
实验操作
实验现象
产生气泡速率的相对大小：②>①，③>①
实验结论
催化剂加快H2O2分解反应的速率
(3)浓度、固体的表面积等因素对化学反应速率的影响。
[问题探究]
(1)实验室常用约30%左右的硫酸(浓度约3.7 mol·L－1)与锌粒反应制取氢气，当反应进行一段时间后，气泡变得稀少(锌粒还有剩余)，如果添加一些适当浓度的硫酸溶液到反应容器中，气泡又重新增多。原因是什么？
提示 增大反应物的浓度，使反应物之间的接触机会增大，加快反应速率。
(2)人们常把固体试剂溶于水配成溶液后再进行化学实验，原因是什么？
提示 溶液中溶质以分子或离子形式存在，且分布均匀，极大地增加了反应物分子或离子间直接接触的机会，可以加快反应速率。
(3)实验时，通常要将两种块状或颗粒状的固体药品研细，并混匀后再进行反应。原因是什么？
提示 固体研细后其表面积大大增加，使反应物之间的接触机会增大，可以提高反应速率。
[探究结论]
影响因素
规律
内因
反应物本身的性质
反应物的化学性质越活泼，化学反应速率越快；反之化学反应速率越慢
外因
浓度
增大反应物的浓度，化学反应速率增大；减小反应物的浓度，化学反应速率减小
温度
升高温度，化学反应速率增大；
降低温度，化学反应速率减小
催化剂
一般地，使用催化剂能极大地加快反应速率
固体的表面积
增大固体反应物的表面积，化学反应速率加快
其他
光照、溶剂、形成原电池等，也能影响化学反应速率
(1)钾与水反应的反应速率比钠与水反应的反应速率快的原因是钾、钠本身性质决定的，钾的金属活动性强于钠的(√)
(2)铁粉与一定浓度的盐酸反应时，增加铁粉的用量可以加快反应速率(×)
(3)夏天的时候，牛奶保存时间短，原因是夏天温度高，加快牛奶腐败速度(√)
(4)化工生产过程中常常使用催化剂来加快反应速率，提高生产效率(√)
(5)实验室常用大理石与盐酸反应制取CO2，不用纯碱与盐酸反应制取CO2的原因是大理石是块状的，纯碱是粉末状，纯碱接触面积大，反应速率太快，难于控制和收集(√)
(6)相同条件下，铁分别与相同浓度的硫酸和盐酸制取氢气，反应速率相同(×)
1．下表是某种金属与稀硫酸反应时测得的实验数据。
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/℃
金属消失所需时间/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
请回答下列问题：
(1)反应速率最大的是实验__________(填实验序号，下同)，反应速率最小的是__________。
(2)实验③和实验④是探究________对化学反应速率的影响，实验⑥和实验⑦是探究__________对化学反应速率的影响。
(3)实验②中金属消失的时间比实验①短，原因是______________________________，实验②反应后温度较高的原因是________________________________。
答案 (1)⑤ ① (2)浓度 温度 (3)粉末状态的金属与酸反应速率较大 反应速率较大，金属消失所需时间较短，热量损失较少
解析 (1)金属消失所需时间越短，反应速率越大，金属消失所需时间越长，反应速率越小，由表格中的数据可知实验⑤反应速率最大，实验①反应速率最小。(2)实验③和实验④的金属状态及反应前的温度均相同，但硫酸的浓度不相同，故这两个实验是探究浓度对化学反应速率的影响。实验⑥和实验⑦的金属状态及硫酸浓度均相同，但反应前硫酸的温度不同，故这两个实验是探究温度对化学反应速率的影响。(3)粉末状态的金属与稀硫酸接触面积较大，反应速率较大；两个实验放出的热量相等，但实验②反应时间较短，与外界热量交换较少，故其反应后温度较高。
变量控制
科学研究中，对于多因素(多变量)的问题，常常采用只改变其中的某一个因素，控制其他因素不变的研究方法，使多因素的问题变成几个单因素的问题，分别加以研究，最后再将几个单因素问题的研究结果加以综合。
2．一定条件下，分别对反应C(s)＋CO2(g)2CO(g)进行如下操作(只改变该条件)：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
答案 D
解析 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。
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)压缩体积或充入气态反应物，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。
1．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．化学反应速率可以用单位时间内生成某物质的质量的多少来表示
D．化学反应速率常用单位有mol·L－1·s－1和mol·L－1·min－1
答案 C
解析 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，而不采用物质的质量或物质的量。
2．已知合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，其浓度数据如下：
N2
H2
NH3
起始浓度/mol·L－1
1.0
3.0
0
2 s末浓度/mol·L－1
0.6
1.8
0.8
当用氨气浓度的增加来表示该化学反应的速率时，其速率为( )
A．0.2 mol·L－1·s－1 B．0.4 mol·L－1·s－1
C．0.6 mol·L－1·s－1 D．0.8 mol·L－1·s－1
答案 B
解析 v(NH3)＝＝0.4 mol·L－1·s－1，B项正确。
3．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，均加水稀释到50 mL，此时，X和盐酸缓慢地进行反应，其中反应最快的是( )
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 ℃ 10 mL 2 mol·L－1的X溶液
答案 B
解析 在化学反应中，当其他条件不变时，浓度越大，反应速率越快；温度越高，反应速率越快。本题中要综合考虑浓度和温度的影响。先比较浓度的大小，这里的浓度应该是混合以后的浓度，由于混合后各烧杯中盐酸的浓度相等，因此只要比较X的浓度即可，X浓度越大，反应速率越快。因为反应后溶液的体积均为50 mL，所以X的物质的量越大，浓度就越大。通过观察可知，混合后A、B选项中X的浓度相等，且比C、D两项的大，但B中温度更高，因此B的反应速率最大。
4．实验室用锌粒与2 mol·L－1硫酸溶液制取氢气，下列措施不能增大化学反应速率的是( )
A．用锌粉代替锌粒
B．改用3 mol·L－1硫酸溶液
C．改用热的2 mol·L－1硫酸溶液
D．向该硫酸溶液中加入等体积的水
答案 D
解析 A项，用锌粉代替锌粒，增大表面积，反应速率加快；B项，改用3 mol·L－1硫酸溶液，浓度增大，反应速率加快；C项，改用热的2 mol·L－1硫酸溶液，温度升高，反
应速率加快；D项，向该硫酸溶液中加入等体积的水，浓度减小，反应速率减小。
5．在下列事实中，什么因素影响了化学反应速率？
(1)集气瓶中有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细小的矿粒。____________________________________。
(3)熔化的KClO3放出气泡很慢，加入少量MnO2后很快产生气体。__________。
(4)同浓度、同体积的盐酸中放入同样大小的锌粒和镁块，产生气体的速率有快有慢。__________。
(5)同样大小的石灰石分别在0.1 mol·L－1的盐酸和1 mol·L－1的盐酸中反应，反应速率不同。________。
(6)夏天食品容易变质，冬天就不易发生该现象。_____________________________________。
答案 (1)光照 (2)固体表面积
(3)催化剂 (4)反应物本身的性质
(5)浓度 (6)温度
题组一 化学反应速率及计算
1．下列关于化学反应速率的说法正确的是( )
A．对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显
B．化学反应速率通常表示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．化学反应速率为0.8 mol·L－1·s－1是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L－1
D．根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行的快慢
答案 D
解析 A项，化学反应速率越大，反应现象不一定越明显，如盐酸与氢氧化钠溶液的反应；B项，固体或纯液体的浓度可视为常数，一般不用固体或纯液体表示化学反应速率；C项，0.8 mol·L－1·s－1表示1 s的时间内，某物质的浓度变化了0.8 mol·L－1；D项，化学反应速率就是表示化学反应进行快慢的物理量。
2．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＝0.25 mol·L－1·min－1
C．硫酸亚铁的生成速率＝0.5 mol·L－1·min－1
D．氢气的反应速率＝0.5 mol·L－1·min－1
答案 C
解析 根据反应速率计算公式，需要计算2 min时间内各物质浓度的变化量。在反应Fe＋H2SO4===FeSO4＋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。参加反应的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。
3．已知4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)，若反应速率分别用v(NH3)、v(O2)、v(NO)、v(H2O)表示，则正确的关系式为( )
A．4v(NH3)＝5v(O2) B．5v(O2)＝6v(H2O)
C．2v(NH3)＝3v(H2O) D．4v(O2)＝5v(NO)
答案 D
解析 在同一化学反应里，各物质的反应速率之比等于各物质的化学计量数之比。A选项应为5v(NH3)＝4v(O2)；B选项应为6v(O2)＝5v(H2O)；C选项应为3v(NH3)＝2v(H2O)。
4．在2A(g)＋B(g)3C(g)＋4D(g)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
答案 B
解析 用反应速率判断反应快慢时，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。
5．(2019·蚌埠高一检测)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＋4D6A＋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
答案 C
解析 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＋4C6A＋2D，A项错误；不论在什么时刻，用各物质表示的速率之比都等于化学计量数之比，B、D项错误；反应进行到6 s时，v(B)＝＝0.05 mol·L－1·s－1，C项正确。
6．(2019·甘肃临夏期末)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
答案 B
解析 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。
题组二 影响化学反应速率的因素
7．(2019·大同高一检测)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
答案 D
解析 常温下，铁在浓硫酸中发生钝化，A错误；加入氯化钠溶液，盐酸的浓度减小，所以反应速率减慢，B错误；升温，反应速率加快，C错误；减小压强，反应速率减慢，D正确。
8．在反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)中，可使反应速率增大的措施是( )
①增大压强 ②升高温度 ③通入CO2 ④增加碳的量
⑤用等量炭粉代替焦炭
A．①②③ B．②③④⑤ C．①②③⑤ D．②③④
答案 C
解析 因为碳是固体，只增加它的量，不能加快反应速率，但是若用炭粉代替焦炭，能增大与CO2的接触面积，所以反应速率加快。
9．下列各组反应(表中物质均为反应物)，反应刚开始时，放出H2的速率最大的是( )
选项
金属(粉末状)
酸的浓度
体积
反应温度
A
0.1 mol Mg
6 mol·L－1 硝酸
10 mL
60 ℃
B
0.1 mol Mg
3 mol·L－1盐酸
10 mL
60 ℃
C
0.1 mol Fe
3 mol·L－1盐酸
10 mL
60 ℃
D
0.1 mol Mg
3 mol·L－1硫酸
10 mL
60 ℃
答案 D
解析 金属与硝酸反应不产生H2，排除A项；Fe不如Mg活泼，排除C项；其他两项中只比较c(H＋)即可，显然3 mol·L－1盐酸中c(H＋)小于3 mol·L－1硫酸中c(H＋)，因此D项放出H2的速率最大。
10．某实验探究小组研究320 K时N2O5的分解反应：2N2O5===4NO2＋O2。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
答案 C
解析 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，C项正确，D项错误。
11．100 mL 6 mol·L－1硫酸溶液与过量锌粒反应，一定温度下，为了减缓反应进行的速率，但又不影响生成氢气的总量，可采取的措施是( )
A．加入少量碳酸钠粉末 B．加入少量硫酸铜溶液
C．加入适量NaCl溶液 D．加热
答案 C
解析 加入少量碳酸钠粉末，消耗硫酸，生成氢气的总量减少，A项错误；加入少量的硫酸铜溶液，锌置换出铜，形成原电池，加快反应速率，B项错误；加入适量NaCl溶液，氢离子浓度减小，反应速率减小，不影响生成氢气的总量，C项正确；温度升高，反应速率增大，D项错误。
12．(2019·太原高一检测)为了探究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．相同温度下，将大小、形状相同的镁条和铝条与相同浓度的稀盐酸反应时，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．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
答案 A
解析 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，还有光照、固体颗粒大小、超声波等。镁和铝由于活动性不同，决定了镁和盐酸反应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，A项错误；等质量的固体，表面积越大，反应速率越大，B项正确；光照可以加快反应速率，C项正确；催化剂可以加快反应速率，D项正确。
13．在密闭容器中发生下列反应：I2(g)＋H2(g)2HI(g)(正反应为放热反应)。起始时，n(H2)＝a mol，n(I2)＝b mol。只改变表中列出的条件，其他条件不变，试将化学反应速率的改变填入相关的表格中(填“增大”“减小”或“不变”)。
编号
改变的条件
反应速率
(1)
升高温度
(2)
加入催化剂
(3)
再充入a mol H2
(4)
将容器的容积扩大到原来的2倍
(5)
保持容积不变，通入b mol Ne
答案 (1)增大 (2)增大 (3)增大 (4)减小 (5)不变
解析 (1)不论正反应是吸热还是放热，升高温度都会使化学反应速率增大。
(2)若无特别说明，通常所说的催化剂即为“正催化剂”，加入催化剂，可加快化学反应速率。
(3)再充入a mol H2，c(H2)增大，化学反应速率增大。
(4)扩大容器的容积，容器内各物质的浓度减小，化学反应速率减小。
(5)在密闭容器中通入Ne(g)，保持容积不变，并未改变反应物浓度，化学反应速率不变。
14．(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______。
答案 (1)0.6 (2)0.05 mol·L－1·s－1
(3)8.8 0.08 mol·L－1
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＋3H22NH3，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)＝＝ mol·L－1·s－1，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 0.06×2,＝0.12 0.04 0.08
2 s时浓度/mol·L－1 1.0－0.12＝0.88 ?0.5－0.04＝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。
15．某探究性学习小组用相同质量的锌和相同浓度的足量的稀盐酸反应得到实验数据如表所示：
实验编号
锌的形态
反应温度/℃
收集100 mL氢气所需时间/s
Ⅰ
薄片
15
200
Ⅱ
薄片
25
90
Ⅲ
粉末
25
10
(1)该实验的目的是探究________、________对锌和稀盐酸反应速率的影响。
(2)实验Ⅰ和Ⅱ表明________，化学反应速率越大。
(3)能表明固体的表面积对反应速率有影响的实验编号是________和________。
(4)请设计一个实验方案证明盐酸的浓度对该反应的速率的影响：_______________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)固体表面积 温度 (2)温度越高 (3)Ⅱ Ⅲ (4)在相同的温度下，采用相同形态的质量相同的锌片与两种体积相同但浓度不同的盐酸反应
解析 (1)影响化学反应速率的因素有固体表面积、温度、催化剂、浓度，对气体来说还有压强等。根据表格提供的信息，锌有薄片和粉末两种状态，反应温度有15 ℃和25 ℃，可知该实验的目的是探究固体表面积和温度对反应速率的影响。(2)根据表格提供的信息，实验Ⅰ和实验Ⅱ中锌片的形态相同，温度不同，温度高的收集相同体积的氢气所需时间短，说明化学反应速率大。(3)探究固体表面积对反应速率的影响，需要温度相同。(4)探究浓度对化学反应速率的影响，必须其他条件相同，故设计的实验方案为在相同的温度下，采用相同形态的质量相同的锌片与两种体积相同但浓度不同的盐酸反应。
第2课时 化学反应的限度 化学反应条件的控制
一、可逆反应
1．定义
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。
2．特点
3．表示方法
书写可逆反应的化学方程式时不用“===”而用“”。
1．有两个化学反应：2H2＋O22H2O和2H2O2H2↑＋O2↑。它们属于可逆反应吗？
提示 不属于。可逆反应是在同一条件下，正向反应和逆向反应同时进行的化学反应。以上两个反应是在不同条件下进行的反应，不属于可逆反应。
2．把3 mol H2和1 mol N2充入密闭容器中反应，最终可以生成2 mol NH3吗？为什么？
提示 不能。合成氨反应是可逆反应，不能完全转化，故生成NH3的物质的量小于2 mol。
3．对于可逆反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，在混合气体中充入一定量的18O2，足够长的时间后，18O原子( )
A．只存在于O2中
B．只存在于SO2和O2中
C．只存在于SO3和O2中
D．存在于SO2、O2和SO3中
答案 D
解析 加入18O2会与SO2反应生成含18O原子的SO3，SO3又会分解成含18O原子的SO2及O2，故SO2、O2和SO3中均含18O原子。
二、化学平衡状态
1．化学平衡状态的建立过程
图示：
2．化学平衡状态的概念
如果外界条件(温度、浓度、压强等)不发生改变，当可逆反应进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率相等，反应物的浓度与生成物的浓度不再改变，达到一种表面静止的状态，称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。
3．化学反应的限度
化学平衡状态是可逆反应达到的一种特殊状态，是在给定条件下化学反应所能达到或完成的最大程度，即该反应进行的限度。任何可逆反应在给定条件下的进程都有一定的限度。
1．可逆反应中，是否反应物的反应速率与生成物的反应速率相等即达到化学平衡状态？
提示 不一定。若反应物和生成物的化学计量数相等，且反应速率中有一个表示正反应速率，另一个表示逆反应速率，则达到平衡状态，若二者的化学计量数不相等，或均表示同一方向的反应速率，则不能说明反应达到平衡状态。
2．如何理解“正、逆反应速率相等即达到平衡状态”？
提示 是指同一物质的生成速率和消耗速率相等。
3．化学反应进行一段时间后，各组分浓度相等或正好等于计量数之比时，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，浓度不一定相等，也不一定等于化学计量数之比。
4．H2(g)＋I2(g)2HI(g)已经达到平衡状态的标志是__________(填序号)。
①c(H2)＝c(I2)＝c(HI)
②c(H2)∶c(I2)∶c(HI)＝1∶1∶2
③c(H2)∶c(I2)∶c(HI)不再变化
④单位时间内生成n mol H2的同时生成2n mol HI
⑤单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol I2
⑥反应速率v(H2)＝v(I2)＝v(HI)
⑦一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂
⑧温度和体积一定时，容器内压强不再变化
⑨温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化
⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化
答案 ③④⑦⑨
解析 ①和②分别体现了化学平衡建立过程中的某一种特定状态，这不一定是平衡状态；③体现了c(H2)、c(I2)和c(HI)都不再变化，这是一种平衡状态；④体现了v逆(H2)＝v正(HI)，即v正＝v逆，这是一种平衡状态；⑤未体现v正＝v逆，都为逆反应速率，这不一定是平衡状态；⑥未体现v正＝v逆，这不一定是平衡状态；⑦体现了v正＝v逆，这是一种平衡状态；⑧体现的是反应从开始到化学平衡过程中的任意状态，这不一定是平衡状态；⑨体现了c(I2)、c(H2)和c(HI)都不再变化，这是一种平衡状态；⑩体现的是反应从开始到化学平衡过程中的任意状态，这不一定是平衡状态。
5．(2019·福建南平检测)在两个恒温、恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应：(甲)2X(g)Y(g) (乙)A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)，当下列物理量不再发生变化时，其中能表明(甲)、(乙)均达到化学平衡状态的有( )
①混合气体的密度
②反应容器中生成物的百分含量
③反应物的消耗速率与生成物的消耗速率之比等于化学计量数之比
④混合气体的压强
⑤混合气体的平均相对分子质量
⑥混合气体的总物质的量
A．①②③⑤ B．①③⑤⑥ C．②③⑤ D．②③④
答案 C
解析 ①(甲)混合气体的密度始终不变，所以不能作为平衡状态的标志，故错误；②反应容器中生成物的百分含量不变，说明各组分物质的量不变，达平衡状态，故正确；③反应物的消耗速率与生成物的消耗速率之比等于化学计量数之比，说明正、逆反应速率相等，故正确；④(乙)混合气体的压强始终不变，故错误；⑤混合气体的平均相对分子质量不变，说明正、逆反应速率相等，故正确；⑥(乙)混合气体的总物质的量始终不变，故错误。综上所述，C正确。
判断可逆反应达到平衡状态的标志
1．直接标志
(1)v正＝v逆≠0(化学平衡的本质)
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相应物质的化学计量数之比。
③化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于相应物质的化学计量数之比。
(2)各组分的浓度保持一定(化学平衡的特征)
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——“变量不变”
(1)反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于有气体参与且反应前后气体的体积不等的可逆反应)。
(2)混合气体的密度不随时间的改变而变化(适用于①恒压且反应前后气体的体积不等的可逆反应；②恒容且有固体、液体参与或生成的可逆反应)。
(3)对于反应混合物中存在有颜色物质的可逆反应，若体系的颜色不再改变，则反应达到平衡状态。
(4)体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化。
3．不能作为标志的条件——定量不能作为判据
(1)恒容容器中，对于全部是气体的反应体系，密度不变不能作为反应达到化学平衡状态的标志。
(2)恒容容器中，对于化学方程式两边气态物质的化学计量数之和相等的反应，压强不变不能作为反应达到化学平衡状态的标志。
(3)对于全部是气体的反应体系，若反应物和生成物的化学计量数之和相等，则气体的平均相对分子质量不变不能作为反应达到化学平衡状态的标志。
三、化学反应条件的控制
1．化学反应条件的选择
由于化学反应的速率受化学性质(或反应物自身的性质)、温度、固体的表面积、反应物的状态、溶液的浓度、催化剂等条件的影响，因此人们通常从上述方面考虑，选取适当的条件，可以控制化学反应速率，又可以提高化学反应的限度(注意：催化剂不能改变反应的限度)。
(1)关于人类需要或对人类有利的化学反应——提高生产或工作效率，提高原料的利用率或转化率。
(2)关于有害或对人类不需要的化学反应——降低反应速率或隔离会引发反应的物质。
(3)关于特定条件环境或特殊需要的化学反应——要对化学反应条件进行特殊的控制。
2．燃料充分燃烧条件的选择
(1)燃料燃烧的条件
①燃料与空气接触；
②温度达到燃料的着火点。
(2)燃料充分燃烧的条件
①要有足够的空气或氧气(助燃剂)；
②燃料与空气或氧气要有足够大的接触面积。
(3)燃料充分燃烧的意义
①使有限的能量发挥最大的作用，节约能源；
②降低污染程度。
3．提高燃烧效率的措施
(1)尽可能使燃料充分燃烧，提高能量的转化率。关键是燃料与空气或氧气要尽可能充分地接触，且空气或氧气要适当过量。
(2)尽可能充分地利用燃料燃烧所放出的热能，提高热能的利用率。
1．将煤块粉碎、经脱硫处理、在适当过量的空气中燃烧，这样处理的目的是( )
①使煤充分燃烧，提高煤的利用率 ②减少SO2的产生，避免造成“酸雨” ③减少有毒的CO产生，避免污染空气 ④减少CO2的产生，避免“温室效应”
A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②③④
答案 A
解析 煤块粉碎是为了提高煤的利用率；脱硫是为了减少SO2的产生；过量空气是为了减少CO的产生。
2．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
答案 C
解析 理论上，提高燃料燃烧效率的常用方法是增大燃料与空气的接触面积，并通入适当过量的空气。对于①和②，由于燃料的着火点是其固有的性质，不可改变，故这两项措施不可行。③、④、⑤所采取的措施均是为了增大燃料与空气的接触面积。
提高燃料的燃烧效率的意义在于节约能源、节省资源、减少污染。
1．下列关于化学反应限度的说法中正确的是( )
A．一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的最大限度
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
答案 A
解析 平衡状态就是一个可逆反应在该条件下所能达到的最大限度，A正确；反应达到平衡时v正＝v逆≠0，各物质浓度保持不变但不一定相等，且当外界条件发生改变时，这种状态可能会发生改变，B、C、D错误。
2．一定条件下的可逆反应2NO2(红棕色)2NO(无色)＋O2(无色)，在恒压密闭容器中充入NO2，达到化学平衡状态的标志是( )
A．反应停止了
B．NO的正反应速率与O2的逆反应速率相等
C．c(NO)∶c(O2)＝2∶1
D．气体的颜色不再变化
答案 D
解析 A项，反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，但反应并没有停止，故错误；B项，NO的正反应速率与O2的逆反应速率之比为2∶1时才能确定反应达到平衡状态，故错误；C项，c(NO)∶c(O2)始终是2∶1，不能作为判断是否达到平衡的依据，故错误；D项，混合气体的颜色不再改变，说明NO2气体的浓度不变，达到平衡状态，故正确。
3．在体积不变的密闭容器中发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，下列叙述表示该反应处于化学平衡状态的是( )
A．N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2
B．混合气体的密度不随时间变化
C．当有1 mol N≡N键断裂时，有6 mol N—H键断裂
D．单位时间内生成2a mol NH3，同时消耗a mol N2
答案 C
解析 A中，N2、H2、NH3的浓度之比等于化学计量数之比时，不能确定是否处于平衡状态；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；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)，即形成6 mol N—H键，同时有6 mol N—H键断裂，符合v正(NH3)＝v逆(NH3)，故处于化学平衡状态；D中，两反应速率均表示正反应速率，反应进行的任何阶段均成比例。
4．化学反应限度的调控在工业生产和环保技术等方面得到了广泛的应用，如果设法提高化学反应的限度，下面说法中错误的是( )
A．能够节约原料和能源 B．能够提高产品的产量
C．能够提高经济效益 D．能够提高化学反应速率
答案 D
解析 提高化学反应的限度，可使更多的反应物转化为生成物，提高产品的产量，提高原料的利用率，但不一定提高化学反应速率。
5．CH4、CH3OH既是重要的化工原料，又是未来重要的能源物质。
(1)将1.0 mol CH4和2.0 mol H2O(g)通入容积为100 L的反应室，在一定条件下发生反应CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)，测得在5 min时达到平衡，CH4的平衡转化率为40%。则0～5 min内，用H2表示该反应的平均反应速率为____________________________。
(2)在一定条件下和有催化剂存在时，将1.0 mol CH4与2.0 mol H2O(g)充入密闭容器中发生反应CH4(g)＋H2O(g)CH3OH(g)＋H2(g)，下列措施可以加快化学反应速率的是________(填字母)。
a．恒容条件下加He b．恒压条件下加He
c．升高温度 d．充入更多的H2O(g)
e．缩小容器的体积 f．及时分离生成的CH3OH
(3)在恒容条件下进行反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，可作为该反应达到平衡的标志是________(填字母)。
A．消耗1 mol CO2的同时生成1 mol CH3OH
B．混合气体的密度不变
C．混合气体的平均相对分子质量不变
D．v正(H2)＝3v逆(CH3OH)
E．容器内压强不变
F．CH3OH(g)浓度不变
G．CO2(g)与H2(g)反应速率的比值不变
答案 (1)0.002 4 mol·L－1·min－1 (2)cde (3)CDEF
解析 (1)0～5 min内，v(H2)＝3v(CH4)＝3×＝0.002 4 mol·L－1·min－1。
(2)恒容条件下加He，体系压强增大但反应物浓度不变，化学反应速率不变；恒压条件下加He，反应物浓度减小，化学反应速率减小；升温能加快反应速率，充入更多的H2O(g)，增大了反应物浓度，反应速率加快；缩小容器的体积能增大反应物浓度，反应速率加快；及时分离生成的CH3OH不能使反应速率加快。
(3)A项，均表示正反应，错误；B项，因为反应物、生成物全是气体，且为恒容容器，混合气体的密度始终不变，错误；C项，尽管混合气体质量不变，但混合气体的物质的量是变化的，当混合气体的平均相对分子质量不变时，说明混合气体的物质的量不变，反应达到平衡状态，正确；E项，该反应是反应前后气体分子总数发生变化的反应，正确；G项，不能说明反应达到平衡状态，错误。
题组一 化学平衡状态
1．下列不属于可逆反应的是( )
A．氯气与水反应生成盐酸与次氯酸
B．N2与H2在一定条件下可以生成NH3，同时NH3又可分解为N2和H2
C．电解水生成H2和O2，氢气和氧气转化为H2O
D．SO2溶于水和H2SO3分解
答案 C
解析 可逆反应指在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应，电解水生成氢气和氧气，氢气和氧气点燃生成水，反应条件不同，不是可逆反应。
2．在密闭容器中发生反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1和0.2 mol·L－1，在一定条件下，当反应达到一定限度时，各物质的浓度可能是( )
A．X为0.2 mol·L－1
B．Y为0.1 mol·L－1
C．Z为0.4 mol·L－1
D．Z为0.1 mol·L－1时，Y为0.4 mol·L－1
答案 B
解析 化学反应的限度决定了可逆反应中的各成分是不能完全转化的，反应可能正向进行，也可能逆向进行，所以当反应达到一定限度时各物质的浓度范围为0＜c(X)＜0.2 mol·L－1,0＜c(Y)＜0.6 mol·L－1,0＜c(Z)＜0.4 mol·L－1。而当c(Z)＝0.1 mol·L－1时，c(Y)＝0.45 mol·L－1。
3．向一密闭容器中放入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)的关系曲线如图所示，下列叙述正确的是( )
A．t1时，只有正反应
B．t2～t3时，反应不再发生
C．t2时，容器内有1.5 mol Y
D．t2～t3时，X、Y的物质的量均没有发生变化
答案 D
解析 t1时，v正＞v逆＞0，正、逆反应都在发生，A项错误；t2～t3时，v正＝v逆＞0，反应并未停止，B项错误；该反应为可逆反应，1 mol X不能完全反应，所以当反应达到平衡时，容器内Y的物质的量小于1.5 mol，C项错误；t2～t3时为化学平衡状态，X、Y的物质的量均不发生变化，D项正确。
4．在一定温度下，向密闭容器中充入一定量的NO2和SO2，发生反应：NO2(g)＋SO2(g)NO(g)＋SO3(g)，当化学反应达到平衡时，下列叙述正确的是( )
A．SO2和SO3的物质的量一定相等
B．NO2和SO3的物质的量一定相等
C．反应后混合物的总物质的量一定等于反应开始时NO2和SO2的总物质的量
D．SO2、NO2、NO、SO3的物质的量一定相等
答案 C
解析 题中没有给出各物质的投料情况，NO2、SO2、NO和SO3的量之间没有必然的关系，可能相等，也可能不等，A、B、D项错；该反应反应前后气体分子数不变，故反应后混合物的总物质的量一定等于反应开始时NO2和SO2的总物质的量，C项正确。
题组二 化学平衡状态的判断
5．(2019·成都月考)在一定条件下，使一定量的A和B气体混合发生反应2A(g)＋3B(g)4C(g)。下列描述中，说明反应已达到平衡状态的是( )
A．各物质的浓度之比c(A)∶c(B)∶c(C)＝2∶3∶4
B．混合气体中各物质的浓度相等
C．单位时间内，消耗a mol A物质的同时消耗2a mol C物质
D．混合气体的体积是反应开始前的
答案 C
解析 化学平衡状态时，各组分浓度保持不变，不是浓度相等；用不同物质的反应速率表示达到平衡，要求反应方向是一正一逆，且反应速率之比为化学计量数之比。
6．可逆反应2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)在体积固定的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是( )
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
③用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为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混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A．①④⑥⑦ B．②③⑤⑦
C．①③④⑤ D．全部
答案 A
解析 ①中单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2，知v正＝v逆，所以能说明达到平衡状态；②所描述的都是指正反应方向的速率，无法判断；③无论达到平衡与否，物质的反应速率之比都等于化学方程式中物质的化学计量数之比；④有色气体的颜色不变能够说明达到了化学平衡；因容器体积固定，密度是一个常数，所以⑤不能说明达到平衡；该反应是一个反应前后气体体积不等的反应，容器的体积又固定，所以⑥⑦均能说明达到平衡。
7．下列可以证明2HI(g)H2(g)＋I2(g)已达平衡状态的是( )
①单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI
②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂
③温度和体积一定时，混合气体密度不再变化
④v(H2)＝v(I2)＝0.5v(HI)
⑤c(HI)∶c(H2)∶c(I2)＝2∶1∶1
⑥温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化
⑦温度和体积一定时，容器内压强不再变化
⑧温度和压强一定时，混合气体的平均相对分子质量不再变化
⑨温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化
A．②③④⑤⑥ B．②⑥⑦⑧⑨
C．①②⑥⑧ D．②⑥⑨
答案 D
解析 ③该反应是反应前后气体分子数不变的反应，所以温度和体积一定时混合气体密度始终不变；④未指明正、逆反应；⑤三种物质的浓度比等于相应的化学计量数比时不一定是平衡状态；③④⑤不能作为达到平衡状态的标志，A项错误。⑦温度和体积一定时，容器内压强始终不变；⑧温度和压强一定时，混合气体的平均相对分子质量始终不变；⑦⑧不能作为达到平衡状态的标志，B项错误。①单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI，不符合对应的化学计量数比，C项错误。②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂，表明正、逆反应速率相等；⑥温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化，符合化学平衡的定义；⑨温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化，说明碘的浓度不再变化，可以作为达到平衡状态的标志，D项正确。
8．一定温度下，在某恒容的密闭容器中，建立化学平衡：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)。下列叙述中不能说明该反应已达到化学平衡状态的是( )
A．体系的压强不再发生变化
B．v正(CO)＝v逆(H2O)
C．生成n mol CO的同时生成n mol H2
D．1 mol H—H键断裂的同时断裂2 mol H—O键
答案 C
解析 A项，由于该反应前后气体体积改变，当体系的压强不再发生变化时，说明反应已达到化学平衡状态；B项，CO的正反应速率等于其逆反应速率，说明反应已达到化学平衡状态；C项，生成CO、H2均表示反应向正反应方向进行，没有表示出正、逆反应速率的关系，不能说明反应已达化学平衡状态；D项，H—H键断裂和H—O键断裂是两个相反的反应方向，1 mol H—H键断裂的同时断裂2 mol H—O键，即消耗1 mol H2的同时消耗了1 mol H2O，可知H2的消耗量等于其生成量，说明反应已达到化学平衡状态。
题组三 化学平衡计算与图像
9．在容积可变的密闭容器中，2 mol N2和8 mol H2在一定条件下发生反应，达到平衡时，H2的转化率为25%，则平衡时氮气的体积分数接近于( )
A．5% B．10% C．15% D．20%
答案 C
解析 达到平衡时，H2转化的物质的量为8 mol×25%＝2 mol。在一定条件下，N2与H2发生反应：
N2＋3H22NH3
起始物质的量/mol 2 8 0
转化物质的量/mol 2
平衡物质的量/mol 6
同温同压下，气体的体积比等于其物质的量之比，故平衡时氮气的体积分数为×100%≈15%。
10．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．化学方程式：2NM
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，M的浓度是N浓度的2倍
答案 A
解析 在t2时，N的物质的量为4 mol，减少4 mol，M的物质的量为4 mol，增加2 mol，反应的化学方程式为2NM，A项正确；t2时，M、N物质的量还在变化，所以没有达到平衡状态，B项错误；t3时，达到平衡状态，则正、逆反应速率相等，C项错误；t1时，N的物质的量为6 mol，M的物质的量为3 mol，则N的浓度是M浓度的2倍，D项错误。
题组四 化学反应条件的控制
11．化学反应条件的控制具有重要的现实意义。如下反应条件的控制中，不恰当的是( )
A．为防止铁生锈，在其表面涂一层防锈油漆
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．降温加快H2O2的分解速率
答案 D
解析 A项，防止铁生锈，可在其表面涂一层防锈油漆，阻止铁与潮湿的空气接触；B项，面粉厂、加油站周围的空气中飘浮着可燃性的气体或粉尘，遇明火可能会发生爆炸，所以面粉厂、加油站均要严禁烟火；C项，加入MnO2，对KClO3的分解起催化作用，可以加快化学反应速率；D项，降温会使化学反应速率减小，减慢H2O2的分解速率。
12．通过控制或改变反应条件可以加快、减缓甚至阻止反应的进行，使化学反应有利于人类的生存和提高生活质量。下列各图所示的措施中，能加快化学反应速率的是( )
答案 C
13．某可逆反应在体积为5 L的密闭容器中进行，0～3 min 内各物质的物质的量的变化情况如图所示(A、B、C均为气体)。
(1)该反应的化学方程式为__________________________________________。
(2)反应开始至2 min时，B的平均反应速率为________________。
(3)能说明该反应已达到平衡状态的是________(填字母)。
a．v(A)＝2v(B)
b．容器内压强保持不变
c．2v逆(A)＝v正(B)
d．容器内混合气体的密度保持不变
(4)在密闭容器里，通入a mol A(g)、b mol B(g)、c mol C(g)，发生上述反应，当改变下列条件时，反应速率会减小的是________(填序号)。
①降低温度 ②加入催化剂 ③增大容器体积
答案 (1)2A＋B2C (2)0.1 mol·L－1·min－1 (3)b (4)①③
解析 (1)从图像分析，在相同时间内，A减少了2 mol，B减少了1 mol，C增加了2 mol，所以该反应的化学方程式为2A＋B??2C。
(2)2 min内B减少了1 mol，所以v(B)＝＝0.1 mol·L－1·min－1。
(3)a.没有说明正、逆反应方向，不能说明反应已达平衡；b.压强不变说明反应达到平衡状态；c.反应达到平衡状态时，A的逆反应速率应该是B的正反应速率的2倍，表示为v逆(A)＝2v正(B)，所以错误；d.容器内的密度始终不变。
(4)①降温，反应速率减小；②加入催化剂，反应速率增大；③增大容器的体积，物质的浓度减小，反应速率减小，所以选①③。
14．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)下列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
答案 (1)3A＋B2C
(2) mol·L－1·s－1
(3)9∶13
(4)22.2% ＞
(5)bc
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＋B??2C。
(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。
15．(2018·武汉高一检测)一定温度下，在2 L的密闭容器中，M、N两种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示：
(1)反应的化学方程式为__________________________________。
(2)反应达到最大限度的时间是________min，该时间内的平均反应速率v(N)＝________。
(3)反应达到平衡状态时，放出6Q kJ的热量，则当容器中充入1 mol N时，反应放出的热量______(填序号，下同)。
①等于Q kJ ②小于Q kJ ③大于Q kJ ④等于2Q kJ
(4)判断该反应达到平衡状态的依据是________。
①该条件下，正、逆反应速率都为零
②该条件下，混合气体的密度不再发生变化
③该条件下，混合气体的压强不再发生变化
④该条件下，单位时间内消耗2 mol N的同时，生成1 mol M
(5)能加快反应速率的措施是________。
①升高温度
②容器体积不变，充入惰性气体Ar
③容器压强不变，充入惰性气体Ar
④使用催化剂
答案 (1)2NM
(2)6 0.5 mol·L－1·min－1
(3)② (4)③ (5)①④
解析 (1)如题图在相同时间内，Δn(N)＝2Δn(M)
则方程式为2N??M。
(2)根据图像可知反应进行到6 min时物质的量不再发生变化，因此反应达到最大限度的时间是6 min，该时间内的平均反应速率v(N)＝＝0.5 mol·L－1·min－1。
(3)反应达到平衡状态时，放出6Q kJ的热量，即消耗6 mol N放出6Q kJ的热量，由于是可逆反应，则1 mol N不能完全消耗，所以反应放出的热量为小于Q kJ，答案选②。
(4)①达到平衡状态时正、逆反应速率相等，但不能为零，错误；②密度是混合气体的质量和容器容积的比值，在反应过程中混合气体的质量和容器容积始终是不变的，因此该条件下，混合气体的密度不再发生变化不能说明反应达到平衡状态，错误；③正反应体积减小，则该条件下，混合气体的压强不再发生变化能说明反应达到平衡状态，正确；④该条件下，单位时间内消耗2 mol N的同时，生成1 mol M均表示正反应速率，不能说明反应达到平衡状态，错误；答案选③。
(5)①升高温度反应速率加快；②容器体积不变，充入惰性气体Ar，反应物浓度不变，反应速率不变；③容器压强不变，充入惰性气体Ar，容器容积增大，反应物浓度减小，反应速率减小；④使用催化剂反应速率加快；答案选①④。
