第二节 影响化学反应速率的因素
学习目标
核心素养
1.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学反应速率的影响。2．初步运用有效碰撞理论和活化分子等知识解释外界条件对化学反应速率的影响。3．初步学会设计“对照实验”，比较条件的改变对化学反应速率快慢的影响。
1.宏观辨识与微观探析：从宏观和微观的角度，了解有效碰撞理论，理解影响反应速率的因素。2．变化观念与平衡思想：形成化学反应速率由定性认识到定量认识的发展变化过程，做到理性认识化学反应速率，能够定量表征化学反应速率。3．证据推理与模型认知：能用一定的理论模型说明外界条件改变对化学反应速率的影响。
一、有效碰撞理论
1．有效碰撞：
2．活化能和活化分子：
(1)活化分子：能够发生有效碰撞的分子。
(2)活化能：活化分子所多出的那部分能量(或普通分子转化成活化分子所需要的能量)。
3．化学反应的过程：
二、影响化学反应速率的因素
1．内因——反应物的性质：影响化学反应速率的主要因素是反应物本身的性质。例如金属钠与冷水剧烈反应，而镁和沸水仅能微弱反应。
2．外因——外界因素：
(1)浓度(其他条件不变)
①实验
②规律
反应物浓度增大(减小)→反应速率增大(减小)
③解释
反应物浓度增大→单位体积活化分子数增多→单位时间内有效碰撞次数增多→反应速率增大(反应物浓度减小，则与之相反)
(2)压强(针对有气体参加的反应)
①压强对反应速率的影响规律
对于有气体参加的反应，在相同温度下，增大体系压强(减小容器容积)，反应速率增大；减小体系压强(增大容器容积)，反应速率减小。
②压强对反应速率影响的微观解释
增大压强→体积缩小→反应物浓度增大→单位体积内活化分子数增多→单位时间内有效碰撞的次数增多→反应速率增大；反之，反应速率减小。
(3)温度
①规律
当其他条件不变时，
②解释
反之，降低温度，反应速率减小。
(4)催化剂
①规律
当其他条件不变时，使用催化剂，可以加快化学反应速率。(若不特别指明，催化剂就是指正催化剂)
②解释
(5)其他因素对化学反应速率的影响
如光辐照、放射线辐照、超声波、电弧、强磁场、高速研磨、增大反应物接触面积等，均会对化学反应速率产生影响。
探究点一
有效碰撞理解化学反应速率
运用有效碰撞理论解释浓度、压强、温度、催化剂等对化学反应速率的影响见下表：
总结浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响，如图所示：
总的来说，反应条件属于增大(指增大压强、增大浓度、升高温度)的，不管正反应还是逆反应，反应速率均增大。一般情况下，催化剂改变速率程度最大，其次是温度，最后是浓度。
1．所有的物质混合，在碰撞过程中都能发生化学反应吗？
提示：不同物质之间能否发生化学反应，是由物质本身的性质决定的，并不是所有的物质碰撞都能发生化学反应，那些不能发生化学反应的物质再怎么碰撞也不会发生化学反应。
2．一个反应的发生一般经历哪几个过程？
提示：如下图
3．为什么说活化能越低，化学反应速率越快？
提示：在一定条件下，活化分子所占的百分数是固定不变的。活化分子的百分数越大，单位体积内活化分子数越多，单位时间内有效碰撞的次数越多，化学反应速率就越快。
活化能低―→普通分子易变成活化分子―→活化分子百分数大―→有效碰撞次数多―→反应速率快
【例1】 下列说法正确的是( )
A．增大反应物浓度可增大单位体积内活化分子的百分数，从而使有效碰撞次数增大
B．有气体参加的化学反应，若增大压强(即缩小反应容器的体积)，可增加活化分子的百分数，从而使反应速率增大
C．升高温度能使化学反应速率增大，主要原因是增加了反应物分子中活化分子的百分数
D．催化剂不影响反应的活化能，但能增大单位体积内活化分子的百分数，从而增大反应速率
【思路分析】 首先分析外界条件的改变是否引起了活化分子数或活化分子百分数的增加，然后判断外界条件的改变对反应速率的影响。
【解析】 增大反应物浓度，单位体积内分子总数增多，而活化分子的百分数没有发生变化，A项错误；在有气体参加的化学反应中，通过缩小反应容器的体积来增大压强，可使气体反应物的浓度增大，但活化分子的百分数没有发生变化，B项错误；催化剂降低了反应的活化能，从而增大了单位体积内活化分子的百分数，D项错误。
【答案】 C
下列说法正确的是( C )
①活化分子间的碰撞一定能发生化学反应
②普通分子间的碰撞有时也能发生化学反应
③活化分子比普通分子具有较高的能量
④化学反应的实质是原子的重新组合
⑤化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成过程
⑥化学反应的实质是活化分子有合适取向的有效碰撞
A．①③④⑤
B．②③⑥
C．④⑤⑥
D．②④⑤
解析：化学反应的分解过程为―→
①观点错误，因为活化分子间发生有合适取向、且力度合适的碰撞时，才能发生化学反应。②观点错误，因为普通分子间的碰撞并非有效碰撞，因而不会发生化学反应。③指代不明确，即某种普通分子所具有的能量可能比另一种活化分子的能量高，因而是错误的。
探究点二
正确理解和应用影响化学反应速率的因素
1．浓度对化学反应速率的影响
(1)影响反应速率的是反应物或生成物的浓度，而不是物质的量或反应物的总量。
(2)溶液中发生离子反应时，与反应无关的离子浓度的大小对反应速率无影响，如NaOH溶液和盐酸反应时，增大Na＋或Cl－的浓度，对该反应的反应速率无影响。
(3)固态或纯液体的浓度是常数，则有：
①增加固体用量时，化学反应速率不变；
②增大固体表面积或将固体溶于溶剂中，化学反应速率增大。
2．压强对化学反应速率的影响
压强对反应速率的影响，是通过改变气体的浓度来实现的，故一般意义上的增大压强是指压缩气体的体积。对有气体参加的反应，压强对化学反应速率的影响可简化理解为：压强改变―→，常见的形式有以下几种情况：
(1)恒温时
增大压强体积缩小反应速率增大。
(2)恒温恒容时
①充入反应气体该物质浓度增大该反应速率迅速增大。
②充入“无关气体”(如He、Ne、Ar、N2等不参与本反应也不干扰本反应的气体，下同)总压强增大，但反应混合物的各组分浓度没有改变，反应速率不变。
(3)恒温恒压时
充入“无关气体”体积增大反应混合物各组分的浓度减小反应速率减小。
【示例】 以2SO2＋O2??2SO3为例，通过下列方法讨论改变压强对反应速率的影响。
(1)保持温度不变，将容器体积缩小：SO2、O2、SO3的浓度都增大，单位体积内活化分子的数目增加，反应速率加快。
(2)保持容积不变，①充入O2，增大压强：增大了反应物的浓度，单位体积内活化分子的数目增加，反应速率加快。
②充入N2或与反应无关的气体如稀有气体，增大压强：SO2、O2、SO3的浓度都没有变化，单位体积内活化分子的数目不变，反应速率不变。
(3)保持压强不变，充入N2或与反应无关的气体如稀有气体，体积必将增大，SO2、O2、SO3的浓度均减小，单位体积内活化分子的数目减少，反应速率减小。
3．温度对化学反应速率的影响
(1)温度影响化学反应速率的规律
当其他条件相同时，升高温度反应速率增大，降低温度反应速率减小。
①温度对反应速率的影响规律，对吸热反应、放热反应都适用，且不受反应物状态的限制。
②许多实验表明：温度每升高10
℃，反应速率通常增大到原来的2～4倍。
可用公式表示为：＝(2～4)(t2－t1)/10。
4．催化剂对化学反应速率的影响
催化剂(正催化剂)能够增大化学反应速率的原因，是它能够降低反应所需的能量，这样就会使更多的反应物分子成为活化分子，大大增加单位体积内反应物分子中活化分子所占的百分数，从而成千上万倍地增大化学反应速率。
①有的化学反应不需要催化剂，有的化学反应需要催化剂，有的化学反应需要催化剂但尚未找到合适的催化剂，有的催化剂对多个化学反应都有催化作用，有的催化剂只能对一个化学反应有催化作用，如酶。
②催化剂的类型：催化剂的类型有正催化剂：加速反应的催化剂。负催化剂：减慢反应的催化剂，又叫阻化剂。助催化剂：提高催化剂的催化效率，而本身不具有催化作用。如不特别说明，通常所说的催化剂指正催化剂。
③催化剂中毒：催化剂的催化性能往往因接触少量杂质而明显下降甚至遭到破坏，这种现象叫催化剂中毒。工业上为了防止催化剂中毒而把原料进行净化除去毒物。
④催化剂只有在一定温度下才能最大限度地显示其催化作用，不同的催化剂对温度的要求不一定相同。
1．增加反应物的量，反应速率一定会增大吗？
提示：不一定。对于固体或纯液体，其浓度可视为常数，因而其物质的量的改变，不会影响反应速率。
2．使用催化剂反应速率都会增大吗？
提示：不一定。催化剂对反应速率的改变包括增大或减小。增大反应速率的催化剂为正催化剂，减小反应速率的催化剂为负催化剂，通常所说的催化剂指正催化剂。
3．为什么改变压强对只有固体、液体参与的反应速率没有影响？
提示：压强改变对反应速率的影响与浓度改变对反应速率的影响是一致的。压强的改变实质引起了气体的浓度改变，从而使反应速率发生变化。若反应物全部为固体、液体或溶液，由于压强变化对其浓度几乎无影响，故可认为反应速率不变，如2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑反应物中无气体，生成物中有气体，改变压强，反应速率不变。
【例2】 下列各组反应(表中物质均为反应物)中，反应刚开始时，放出氢气的反应速率最大的是( )
选项
金属(块状)
酸的浓度及体积
反应温度/℃
A
0.4
mol
Mg
6
mol·L－1硝酸10
mL
70
B
0.3
mol
Mg
3
mol·L－1盐酸40
mL
60
C
0.4
mol
Fe
3
mol·L－1盐酸50
mL
60
D
0.1
mol
Mg
3
mol·L－1硫酸10
mL
60
【思路分析】 解答本题的思路如下：
【解析】 依据金属的化学性质，金属镁的活动性比铁的强，首先排除C项；硝酸具有强氧化性，与金属反应很难放出氢气，排除A项；影响放出氢气的速率与固体镁的多少无关，只与溶液中H＋浓度的大小有关，D项符合题意。
【答案】 D
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，根据数据绘制图，则曲线a、b、c、d所对应的实验组别可能是( C )
组别
c(HCl)(mol/L)
温度(℃)
状态
1
2.0
25
块状
2
2.5
30
块状
3
2.5
50
粉末状
4
2.5
30
粉末状
A.4－3－2－1
B．1－2－3－4
C．3－4－2－1
D．1－2－4－3
解析：影响反应速率的因素主要有温度、浓度、接触面积、催化剂，本题中只有温度、浓度和接触面积，三者兼顾分析才能得到正确答案。图像中曲线a对应的实验反应最快，故其浓度较大、温度较高，应为粉末状。
1．对于一定条件下进行的化学反应：2SO3(g)??2SO2(g)＋O2(g)，改变下列条件，可以提高反应物活化分子百分数的是( B )
①增大压强 ②升高温度 ③加入催化剂 ④增大反应物浓度
A．①②
B．②③
C．①②③
D．①②④
解析：活化分子比普通分子具有更高的能量，若想提高活化分子百分数，可采取的方法：一是升高温度，使一部分原来能量较低的分子变成活化分子，从而提高活化分子百分数；二是加入催化剂，降低反应所需活化能，使更多的反应物分子成为活化分子，大大提高了反应物中活化分子百分数。
2．10
mL
1
mol·L－1盐酸与一小块大理石的化学反应：CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O，下列措施能使化学反应速率提高的是( B )
A．加入一定量的CaCl2
B．加入5
mL
1.5
mol·L－1盐酸
C．加入15
mL
0.5
mol·L－1盐酸
D．加入5
mL
H2O
解析：CaCl2是反应中的生成物，其浓度增大，不能增大反应速率；加入1.5
mol·L－1的盐酸可使1
mol·L－1的盐酸浓度增大，加快化学反应速率；加入0.5
mol·L－1的盐酸可使1
mol·L－1的盐酸浓度减小，减慢化学反应速率；加水相当于稀释使盐酸的浓度减小，从而使反应速率减慢。
3．下列说法中正确的是( D )
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：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。
4．反应C(s)＋H2O(g)??CO(g)＋H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行，下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是( B )
①增加C的量
②将容器的体积缩小一半
③保持体积不变，充入N2使体系压强增大
④保持压强不变，充入N2使容器体积增大
A．①②
B．①③
C．②③
D．③④
解析：①中C为固态反应物，增加固体的量对反应速率无影响；②将容器的体积缩小一半，压强增大，反应速率加大；③中充入N2使体系压强增大，但容器的容积未变，参加反应的各种气体浓度不变，反应速率不变；④保持恒压，充入N2使容器体积增大，参加反应的各种气体浓度减小，反应速率减小。
5．在室温下，同种规格的铝片分别与下列物质混合，化学反应速率最大的是( C )
A．0.1
mol·L－1的盐酸15
mL
B．0.2
mol·L－1的盐酸12
mL
C．0.15
mol·L－1的硫酸8
mL
D．18
mol·L－1的浓硫酸15
mL
解析：铝放入盐酸或稀硫酸中发生化学反应的离子方程式均为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，A、B、C三个选项中，C中c(H＋)最大，反应最快；D项中的浓硫酸使铝钝化。
6．把下列4种X的溶液分别加入4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与盐酸缓和地进行反应。其中反应速率最大的是( A )
A．20
mL
3
mol·L－1的X溶液
B．20
mL
2
mol·L－1的X溶液
C．10
mL
4
mol·L－1的X溶液
D．10
mL
2
mol·L－1的X溶液
解析：稀释后溶液中X的浓度(盐酸浓度相等)分别为：1.2
mol·L－1、0.8
mol·L－1、0.8
mol·L－1、0.4
mol·L－1。反应物浓度越大，反应速率越大。
7．下列措施能明显增大化学反应速率的是( D )
A．Na与水反应时增大水的用量
B．将稀硫酸改为98%的浓硫酸与Zn反应制取H2
C．在硫酸溶液与NaOH溶液反应时，增大压强
D．恒温恒容条件下，在合成氨反应中增加氮气的量
解析：A项，增大水的用量对Na与水的反应速率无明显影响，错误；B项，改为浓硫酸后将得不到H2，错误；C项，无气体参与和生成的反应，压强变化对化学反应速率无明显影响，错误；D项，增大反应物的浓度可以加快反应速率，正确。
8．草酸与高锰酸钾在酸性条件下能够发生如下反应：MnO＋H2C2O4＋H＋―→Mn2＋＋CO2↑＋H2O(未配平)。用4
mL
0.001
mol/L
KMnO4溶液与2
mL
0.01
mol/L
H2C2O4溶液，研究不同条件对化学反应速率的影响。改变的条件如下：
组别
10%硫酸体积/mL
温度/℃
其他物质
Ⅰ
2
20
Ⅱ
2
20
10滴饱和MnSO4溶液
Ⅲ
2
30
Ⅳ
1
20
1
mL蒸馏水
(1)该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为2?5。
(2)如果研究催化剂对化学反应速率的影响，使用实验Ⅰ和Ⅱ(用Ⅰ～Ⅳ表示，下同)；如果研究温度对化学反应速率的影响，使用实验Ⅰ和Ⅲ。
(3)对比实验Ⅰ和Ⅳ，可以研究c(H＋)(或硫酸溶液的浓度)对化学反应速率的影响，实验Ⅳ中加入1
mL蒸馏水的目的是确保所有实验中c(KMnO4)、c(H2C2O4)不变和溶液总体积不变。
解析：(1)根据电子守恒列式可得：n(MnO)×(7－2)＝n(H2C2O4)×2×(4－3)，则n(MnO)?n(H2C2O4)＝2?5。(2)利用变量探究实验研究某一因素对化学反应速率的影响时，要保证其他各条件完全相同。体现了化学实验的控制变量思想。(3)对比Ⅰ和Ⅳ，反应的温度、溶液的体积等都相同，仅有c(H＋)不同，故可研究c(H＋)对反应速率的影响。加1
mL水的目的是确保c(KMnO4)、c(H2C2O4)不变和溶液总体积不变。
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12
-第1课时 化学平衡状态
学习目标
核心素养
1.了解化学反应的可逆性，了解可逆反应的概念、特点。2．了解化学平衡的建立。3．理解化学平衡的特征。
1.变化观念与平衡思想：形成调控化学反应限度或化学平衡状态的思路方法，对化学反应限度的认识从静态认识上升到动态认识。2．科学探究与创新意识：针对典型案例，能从化学反应的限度、化学反应速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。
一、可逆反应与不可逆反应
1．可逆反应
(1)概念
在相同条件下，既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应。
(2)表示方法
约定采用“??”表示，把从左向右的反应称作正(向)反应，从右向左的反应称作逆(向)反应。例如：SO2与H2O反应可表示为SO2＋H2O??H2SO3。
(3)特征
可逆反应发生的条件相同，反应不能进行到底，反应物不能实现完全转化，反应体系中，与化学反应有关的各种物质共存。
2．不可逆反应
有些反应的逆反应进行程度太小因而可忽略，把几乎完全进行的反应叫不可逆反应，用“===”表示。例如：Ba2＋＋SO===BaSO4↓。
二、化学平衡
1．化学平衡的建立
如果把某一可逆反应的反应物装入密闭容器，其反应过程如下：
(1)反应开始时：v(正)最大，v(逆)为零。
(2)反应进行时：反应物浓度减小→v(正)逐渐变小。生成物浓度由零逐渐增大→v(逆)从零开始逐渐增大。
(3)反应达到平衡时：v(正)＝v(逆)，反应混合物中各组分的浓度不再发生变化。
以上过程可用下图表示：
2．概念
在一定条件下的可逆反应里，当正、逆两个方向的反应速率相等，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持恒定的状态。
3．特点——“五大特征”
探究点一
可逆反应
1．可逆反应的特征
(1)正反应和逆反应在相同条件下进行；否则，不是可逆反应。
(2)正、逆反应同时进行，即进行的时间、地点是相同的，反应物和生成物共存。
(3)无论一种反应物如何过量，其他反应物不可能反应完全。
2．可逆反应中示踪原子的存在
当可逆反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)进行到一定程度后，向体系中充入一定量的18O2，一段时间后，SO2、O2、SO3中均含有18O。
3．可逆反应中的反应热
正反应和逆反应反应热数值相等，符号相反。
4．可逆反应中各成分物质的浓度(物质的量)范围
分别假设反应物、生成物中某(投料)相对较少物质完全反应，浓度为0，其他物质剩余浓度为最小极限，另一方各成分浓度则为最大极限，一种物质的浓度范围在最大(小)极限之间。
5．可逆反应与不可逆反应的区别
可逆反应
不可逆反应
概念
在相同条件下，既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应。从左向右的反应称为正反应，从右向左的反应称为逆反应
逆反应进行程度太小可以忽略、几乎完全进行的反应叫不可逆反应
表示方法
用“??”连接反应物与生成物
用“===”连接反应物与生成物
特征
(1)正、逆反应同时在相同条件下进行；(2)反应不能进行到底，反应物不能完全转化为生成物；(3)可逆反应通常不能进行到底，反应物的转化率不能达到100%，反应体系中得到的总是反应物与生成物的混合物
反应能进行到底，反应物能完全转化为生成物
1．氢气的燃烧2H2＋O22H2O和水的电解2H2O2H2↑＋O2↑互为可逆反应吗？
提示：二者不互为可逆反应。可逆反应必须在同一反应条件下进行。尽管两个反应的反应过程相反，但反应条件不同，故二者不互为可逆反应。
2．已知N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g) ΔH＝－92.4
kJ/mol。在密闭容器中充入1
mol
N2和3
mol
H2使之反应，结果放出的热量小于92.4
kJ，为什么？
提示：因为该反应为可逆反应，1
mol
N2和3
mol
H2不可能完全反应转化为2
mol
NH3。
【例1】 在密闭容器中进行反应：X2(g)＋Y2(g)??2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1
mol·L－1、0.3
mol·L－1、0.2
mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡状态时，各物质的浓度可能是( )
A．c(Z)＝0.3
mol·L－1
B．c(X2)＝0.2
mol·L－1
C．c(Y2)＝0.4
mol·L－1
D．c(X2)＋c(Y2)＋c(Z)＝0.55
mol·L－1
【思路分析】
【解析】 假设反应由正反应方向开始进行，由于Y2(g)过量，则完全转化时，Z(g)的浓度为0.4
mol·L－1；假设反应由逆反应方向开始进行，则完全转化时，X2(g)、Y2(g)的浓度分别为0.2
mol·L－1、0.4
mol·L－1。由题意知，该反应为可逆反应，反应物不可能完全转化为生成物，生成物也不可能完全转化为反应物，故A项正确，B、C项错误；又该反应是反应前后总体积不变的反应，反应达到平衡状态时，不论X2、Y2、Z怎么变化，总物质的量不会改变，物质的总浓度也不会改变，即c(X2)＋c(Y2)＋c(Z)＝0.6
mol·L－1，D项错误。
【答案】 A
在一定条件下，可逆反应A2(g)＋B2(g)??2C(g)达到平衡时，A2、B2和C的浓度分别为0.5
mol/L、0.1
mol/L、1.6
mol/L，若用a、b、c分别表示A2、B2、C的初始浓度(mol/L)，则：
(1)a、b应满足的关系是a－b＝0.4。
(2)a的取值范围是0.4≤a≤1.3。
解析：(1)由于在建立平衡的过程中A2、B2的浓度变化相同，所以两者任何时刻浓度之差应等于a与b的差。
a
mol/L－b
mol/L＝0.5
mol/L－0.1
mol/L＝0.4
mol/L，即a－b＝0.4。
(2)若平衡从正向建立，即C的初始浓度为0，则初始浓度c(A2)＝0.5
mol/L＋×1.6
mol/L＝1.3
mol/L，c(B2)＝0.1
mol/L＋×1.6
mol/L＝0.9
mol/L。
若平衡从逆向建立，即B2的初始浓度为0，则A2的初始浓度为0.4
mol/L，此时C的初始浓度为1.6
mol/L＋2×0.1
mol/L＝1.8
mol/L。
因此有0.4≤a≤1.3,0≤b≤0.9。
探究点二
判断可逆反应是否达到平衡的标志
1．直接标志：v正＝v逆，要求大小相等，方向相反。
(1)速率标志：指“等”，即v正＝v逆，有两层含义：对于同一物质而言，该物质的生成速率等于它的消耗速率；对于不同的物质而言，反应速率之比等于化学方程式中的化学计量数之比，但必须是不同方向的反应速率。
(2)含量标志：指“定”，即反应混合物中各组分的含量保持不变。
2．间接标志：指所表述的内容并非直接而是间接反映“等”和“定”的意义。
(1)反应物的转化率保持不变。
(2)产物的产率保持不变。
(3)绝热的恒容反应体系中的温度保持不变。
(4)某化学键的破坏速率和生成速率相等。
3．“特殊”标志：指所表述的内容并不能适用所有反应，只适用于某些反应达到化学平衡状态。
(1)体系中气体物质的总质量保持不变。
(2)体系中气体物质的总物质的量(或体积或分子个数)保持不变。
(3)体系中气体物质的平均相对分子质量保持不变。
(4)气体的总压强不再发生改变。(恒容密闭容器中)
(5)体系中气体的密度不再发生改变。(恒压密闭容器中)
以上五项中，对于Δn≠0的可逆反应，除(1)外均可作为判断反应达到平衡状态的标志；但对于Δn＝0的可逆反应，此五项均不能作为判断反应达到平衡的标志。
4．以反应mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)为例来说明
特别提醒：(1)可逆反应达到平衡状态时有两个核心判断依据：
①正反应速率和逆反应速率相等。
②反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变。
依据其他有关的量判断可逆反应是否达到平衡状态时，最终都要回归到这两个核心依据上来。
(2)“不一定平衡”是指在现有条件下无法判断是否达到平衡。
1．在一定温度下的恒容密闭容器中发生反应N2＋3H2??2NH3，当c(N2)?c(H2)?c(NH3)＝1?3?2时，能说明该反应达到平衡状态吗？
提示：不能。当c(N2)、c(H2)、c(NH3)不再随时间变化时，即说明反应达到平衡，且N2、H2、NH3的物质的量浓度之比不一定等于其化学计量数之比。
2．对于可逆反应N2＋3H2??2NH3，若v正(N2)＝v逆(NH3)，此时反应是否达平衡状态？3v正(N2)＝v正(H2)呢？
提示：第一种情况不是平衡状态。因为对于同一反应用不同反应物表示反应速率时，反应速率与方程式中的各物质的化学计量数成正比。v正(N2)＝v逆(NH3)时，正、逆反应速率并不相等，而是正反应速率大于逆反应速率。平衡时应为2v正(N2)＝v逆(NH3)。
第二种情况也不是平衡状态。因为N2和H2都是反应物，在反应的任何时段都会有3v正(N2)＝v正(H2)。若是3v正(N2)＝v逆(H2)，就是平衡状态。
【例2】 可逆反应：2NO2??2NO＋O2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
【思路分析】 解答本题可以从化学平衡的直接标志和间接标志进行分析判断。
【解析】 ①中单位时间内生成n
mol
O2的同时必消耗2n
mol
NO2，同种物质的生成速率和消耗速率相等，所以①能说明已达到平衡状态，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，同一方向的速率之比总是等于方程式中的化学计量数之比；④有色气体的颜色不变能够说明已达到化学平衡状态；因容器体积固定，密度是一个常数，所以⑤不能说明；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均能说明已达到平衡状态。
【答案】 A
在一定温度下的定容容器中，当下列哪些项不再发生变化时，表明反应A(g)＋2B(g)??C(g)＋D(g)已达到平衡状态( B )
①混合气体的压强
②混合气体的密度
③B的物质的量浓度
④混合气体的总物质的量
⑤混合气体的平均相对分子质量
⑥v(C)与v(D)的比值
⑦混合气体的总质量
⑧混合气体的总体积
A．①②③④⑤⑥⑦⑧
B．①③④⑤
C．①②③④⑤⑦
D．①③④⑤⑧
解析：题给反应是一个反应前后气体分子数不相等的反应，因此在定容容器中，若①混合气体的压强、③B的物质的量浓度、④混合气体的总物质的量、⑤混合气体的平均相对分子质量不再变化，则均能证明该反应达到化学平衡状态。②中ρ＝始终不变化；⑥中没有指明是正反应速率还是逆反应速率，无法判断；⑦混合气体的总质量始终不变化；⑧在定容容器中，混合气体的总体积始终不变化。
1．下列有关可逆反应的说法不正确的是( C )
A．可逆反应是指在同一条件下能同时向正逆两个方向进行的反应
B．2HIH2＋I2是可逆反应
C．CaCO3CaO＋CO2↑是可逆反应
D．只有可逆反应才存在化学平衡
解析：CaCO3受热才能分解，CaO与CO2在常温下就能发生化合反应，两个反应条件不同，是不可逆反应。可逆反应中反应物不能完全转化为生成物，即反应不能进行到底。故正确答案为C。
2．下列对于反应C(s)＋H2O(g)??CO(g)＋H2(g)的描述正确的是( D )
A．达平衡时，各反应物和生成物浓度相同
B．增大压强，对此反应速率无影响
C．达平衡时，c(H2O)?c(CO)＝1?1
D．达平衡时，H2O转化为CO的速率等于CO转化为水的速率
解析：A项中平衡时各反应物和生成物的浓度不变，但不一定相同，A错；B项中增大压强，反应速率增大，B错；C项平衡时c(H2O)、c(CO)不再变化，但不一定是c(H2O)?c(CO)＝1?1，C错；D项说明v正(H2O)＝v逆(H2O)，D正确。
3．对可逆反应4NH3(g)＋5O2(g)??4NO(g)＋6H2O(g)，下列叙述正确的是( A )
A．达到化学平衡时，4v正(O2)＝5v逆(NO)
B．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
C．达到化学平衡时，若增加容器容积，则正反应速率减小，逆反应速率增大
D．化学反应速率关系是：2v正(NH3)＝3v正(H2O)
解析：本题综合考查化学平衡的建立及外界条件对化学反应速率的影响。根据不同物质表示同一反应时的速率关系可知，v逆(O2)?v逆(NO)＝5?4，v逆(NO)＝v逆(O2)，代入A中表达式知v正(O2)＝v逆(O2)，A正确；NO的生成与NH3的消耗均表示正反应速率，故B不正确；达到平衡时，增加容器容积，反应物、生成物浓度同时减小，正、逆反应速率同时减小，C不正确。在反应的任意状态总有v正(NH3)?v正(H2O)＝4?6即3v正(NH3)＝2v正(H2O)，D不正确。
4．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/L、0.1
mol/L、0.2
mol/L。当反应达到平衡时，可能存在的数据是( B )
A．SO2为0.4
mol/L、O2为0.2
mol/L
B．SO3为0.25
mol/L
C．SO2、SO3均为0.15
mol/L
D．SO3为0.4
mol/L
解析：A项数据表明，题中0.2
mol/L的SO3完全转化成了SO2和O2，即平衡时，c(SO3)＝0，这是不可能的；B项可能；C项数据表明SO2、SO3均在原浓度基础上减少了0.05
mol/L，这也是不可能的；D项数据表明SO2完全转化成了SO3，即平衡时c(SO2)＝0，c(O2)＝0，这也是不可能的。
5．一定温度下，反应N2O4(g)??2NO2(g)的焓变为ΔH。现将1
mol
N2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图能说明反应达到平衡状态的是( D )
A．①②
B．②④
C．③④
D．①④
解析：因反应容器保持恒压，且反应前后气体分子数不相等，所以达到平衡前容器体积随反应进行而不断变化，结合ρ＝m/V可知，若气体密度不再变化，说明容器体积不再变化，即气体的物质的量不再变化，反应达到平衡状态，①符合题意；无论是否达到平衡，反应的ΔH都不变，②不符合题意；反应开始时，加入1
mol
N2O4，随着反应的进行，N2O4的浓度逐渐变小，故v正(N2O4)逐渐变小，直至达到平衡，而图像与之不符，③不符合题意；N2O4的转化率不再变化，说明N2O4的浓度不再变化，反应达到平衡状态，④符合题意。综上所述，D项正确。
6．一定温度下，可逆反应：A(g)＋3B(g)??2C(g)达到平衡状态的标志是( A )
A．C生成的速率与C分解的速率相等
B．单位时间内生成n
mol
A，同时生成3n
mol
B
C．A、B、C三物质的浓度的变化量之比为1?3?2
D．平衡时A、B、C三物质的分子数之比为1?3?2
解析：化学平衡状态的标志是正反应速率与逆反应速率相等。C的生成速率是正反应速率，C的分解速率是逆反应速率，A正确；生成n
mol
A和生成3n
mol
B表示的都是逆反应速率，B错误；无论平衡与否，A、B、C三物质的浓度的变化量之比始终等于1?3?2，C错误；假如平衡时A、B、C三物质的分子数之比等于1?3?2，这也是一种特殊情况，而不是平衡的标志，D错误。
7．一定温度下，在固定容积的密闭容器中，可逆反应：mA(s)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)，当m、n、p、q为任意正整数时，下列状态：①体系的压强不再发生变化，②体系的密度不再发生变化，③各组分的物质的量浓度不再改变，④各组分的质量分数不再改变，⑤反应速率vB?vC?vD＝n?p?q，其中，能说明反应已达到平衡的是( B )
A．只有③④
B．只有②③④
C．只有①②③④
D．①②③④⑤
解析：若n＝p＋q，压强不变时，不能说明反应已达平衡；根据ρ＝，随着反应的进行，m(气)变而V不变，故ρ是变量，故ρ不变时，反应已达到平衡。vB?vC?vD＝n?p?q不能说明v(正)＝v(逆)。
8．在200
℃，将1
mol
H2(g)和2
mol
I2(g)充入到体积为V
L的密闭容器中，发生反应：
I2(g)＋H2(g)??2HI(g) ΔH＝－c
kJ/mol
(1)反应刚开始时，由于c(H2)＝
mol/L，c(I2)＝
mol/L，而c(HI)＝0，所以化学反应速率v(正)最大，而v(逆)最小(为零)。
(2)随着反应的进行，反应混合物中各组分浓度的变化趋势为c(H2)减小，c(I2)减小，而c(HI)增大，从而化学反应速率v(正)减小，而v(逆)增大。(以上填“增大”“减小”或“不变”)
(3)当反应进行到v(正)与v(逆)相等时，此可逆反应就达到了平衡。若保持外界条件不变时，反应混合物的总物质的量为3
mol。此时放出的热量Q<(填“>”“<”或“＝”)c
kJ。
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-第2课时 影响化学平衡状态的因素
学习目标
核心素养
1.通过实验等探究方式，讨论分析浓度、压强、温度影响平衡移动的规律。2．了解催化剂影响化学反应速率的实质，并进一步探讨对化学平衡的影响，从而了解催化剂在化工生产中的应用。3．理解影响化学平衡移动的因素，加深对勒夏特列原理的理解；并能结合图像分析外界条件改变对化学平衡移动的影响。
1.变化观念与平衡思想：理解外界条件对化学平衡状态的影响，关注体系和环境中的多个要素之间的关系，对化学反应限度的认识由孤立认识发展到系统认识。2．科学探究与创新意识：理解化学反应限度与反应条件的关系，能进行化学反应条件的选择和优化。
一、化学平衡的移动：
1．含义：在一定条件下，可逆反应达到化学平衡状态，如果改变影响平衡的条件，如浓度、温度、压强等，化学平衡状态被破坏，即v(正)不等于v(逆)，直至v(正)、v(逆)再次相等，在新的条件下达到新的化学平衡状态。
2．图示表示
二、外界条件对化学平衡的影响：
以N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g) ΔH<0为例：
探究点一
影响化学平衡的因素
一、外界条件影响化学平衡的规律
1．浓度变化对化学平衡的影响规律
化学平衡
aA＋bB??cC＋dD(A、B、C、D为非固体和纯液体)
体系浓度的变化
增大反应物浓度
增大生成物浓度
减小生成物浓度
减小反应物浓度
反应速率的变化
v正瞬间增大，v逆瞬间不变，v正′>v逆′
v逆瞬间增大，v正瞬间不变，v逆′>v正′
v逆瞬间减小，v正瞬间不变，v正′>v逆′
v正瞬间减小，v逆瞬间不变，v逆′>v正′
平衡移动的方向
正反应方向
逆反应方向
正反应方向
逆反应方向
反应速率与时间的图像
规律总结
在其他条件不变的情况下，增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，都可以使平衡向正反应方向移动；增大生成物的浓度或减小反应物的浓度，都可以使平衡向逆反应方向移动
2.温度变化对化学平衡的影响规律
3.压强变化对化学平衡的影响规律
二、注意事项
1．对平衡体系中的固体和纯液体，其浓度可看作常数，增大或减小固体或纯液体的量并不影响v正、v逆的大小，所以化学平衡不移动。
2．只要是增大浓度，不论是增大反应物的浓度，还是生成物的浓度，新平衡状态下的反应速率一定大于原平衡状态的反应速率；减小浓度，新平衡状态下的反应速率一定小于原平衡状态的反应速率。
3．反应物有两种或两种以上时，增加一种反应物的浓度，可提高另一种反应物的转化率，但是该物质本身的转化率降低。
4．FeCl3与KSCN在溶液里的反应，实质是Fe3＋与SCN－的离子反应，K＋和Cl－并未参加反应。因此，要使可逆反应FeCl3＋3KSCN??Fe(SCN)3＋3KCl的化学平衡发生移动，不能采用改变c(K＋)或c(Cl－)的方法。
5．任意的化学反应都伴随着能量的变化(放热或吸热)。在可逆反应里，正反应为放(吸)热反应，逆反应必为吸(放)热反应。
6．任意可逆反应的化学平衡状态，都能受温度的影响而发生移动。
7．无气体参与的化学平衡，由于改变压强不能改变化学反应速率，所以改变压强不能使无气体物质存在的化学平衡发生移动。
8．“惰性气体”对化学平衡的影响
(1)恒温、恒容条件
平衡体系体系总压强增大―→体系中各成分的浓度不变―→平衡不移动
(2)恒温、恒压条件
平衡体系总体积增大，成分的分压减小―→各组分的浓度同等倍数减小平衡向气体体积增大的方向移动
1．在溶液中进行的反应，如果稀释溶液，化学平衡向哪个方向移动？
提示：如果稀释溶液，反应物的浓度减小，生成物的浓度也减小，v正、v逆都减小，但减小的程度不一样，总的结果是化学平衡向化学方程式中化学计量数增大的方向移动。
2．对于反应H2O(g)＋CO(g)??H2(g)＋CO2(g)，如果增大压强，反应速率是否改变，化学平衡是否移动？
提示：增大压强，正、逆反应速率均增大，且增大的倍数相同，v正＝v逆，平衡不移动。对于反应前后气体体积相等的可逆反应，改变压强只能改变化学反应速率，而对化学平衡无影响。
3．催化剂对化学平衡有影响吗？
提示：无影响。由于催化剂能够同等程度地改变正、逆反应速率，因此它对化学平衡的移动无影响，但是使用催化剂，能改变反应达到化学平衡所需的时间。使用催化剂时，反应速率的改变和平衡移动间的关系如图所示。
【例1】 可逆反应mA(g)＋nB(？)??pC(g)＋qD(？)(其中A和C都是无色气体)，当达到化学平衡时，下列叙述正确的是( )
A．增大压强，平衡不移动，说明(m＋n)一定等于(p＋q)
B．升高温度，A的转化率减小，说明正反应是吸热反应
C．若增加B的量，平衡体系颜色加深，说明B必是气体
D．若B是气体，增加A的量，A、B的转化率都一定增大
【思路分析】 分析化学平衡移动的一般思路：
【解析】 改变压强，平衡不移动，只能说明该反应为反应前后气体体积相等的反应，而B、D的状态不清楚，A项错误；根据平衡移动原理，升高温度，A的转化率减小，说明平衡向逆反应方向移动，说明正反应是放热反应，B项错误；由于A、C为无色气体，而增加B的量，体系的颜色加深，不管该颜色是来自于B，还是来自于D，均是因为增加气体B所致，C项正确；若增加A的量，A的转化率减小，D项错误。
【答案】 C
可逆反应2A(s)＋3B(g)??C(g)＋2D(g) ΔH<0在一定条件下达到平衡状态，下列有关叙述正确的是( B )
①增加物质A的量，平衡向正反应方向移动
②升高温度，平衡向逆反应方向移动，v正减小
③压强增大一倍，平衡不移动，v正、v逆不变
④增大B的浓度，v正>v逆
⑤加入催化剂，物质B的转化率增大
A．①②
B．④
C．③
D．④⑤
解析：A是固体，增加物质A的量对化学平衡无影响；而增大物质B的浓度，正反应速率增大，平衡向正反应方向移动，v正>v逆；升高温度，v正、v逆均增大，但v逆增大的程度更大，平衡向逆反应方向移动；该反应为反应前后气体体积相等的反应，压强增大，平衡不移动，但v正、v逆都增大；催化剂不能使化学平衡发生移动，物质B的转化率不变。
探究点二
勒夏特列原理
1．如果改变影响平衡的条件之一(如温度、浓度、压强等)，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
简单记忆：“改变”→“减弱这种改变”。
2．勒夏特列原理是对改变条件对化学平衡影响的一个总述，特别要注意对“减弱这种改变”的正确理解，其中的“减弱”不等于“消除”更不是“扭转”，具体理解如下：
改变影响平衡的一个条件
化学平衡移动方向
化学平衡移动结果
增大反应物浓度
向正反应方向移动
反应物浓度减小，但比原来的大
减小反应物浓度
向逆反应方向移动
反应物浓度增大，但比原来的小
增大生成物浓度
向逆反应方向移动
生成物浓度减小，但比原来的大
减小生成物浓度
向正反应方向移动
生成物浓度增大，但比原来的小
增大体系压强
向气体体积减小的反应方向移动
体系压强减小，但比原来的大
减小体系压强
向气体体积增大的反应方向移动
体系压强增大，但比原来的小
升高温度
向吸热反应方向移动
体系温度降低，但比原来的高
降低温度
向放热反应方向移动
体系温度升高，但比原来的低
3.勒夏特列原理只适用于判断“改变影响平衡的一个条件”时平衡移动的方向。若同时改变影响平衡移动的几个条件，不能简单地根据勒夏特列原理来判断平衡移动的方向，只有在改变的条件对平衡移动的方向影响一致时，才能根据勒夏特列原理来判断平衡移动的方向。如A(g)＋3B(g)??2C(g) ΔH<0，同时加压、升温，平衡移动的方向无法确定。若加压又同时降温，则平衡向正反应方向移动。
4．勒夏特列原理不仅适用于化学平衡，也适用于其他平衡体系如溶解平衡、电离平衡、水解平衡等。但不适用于未达到平衡的体系，也不能解决反应速率进行的快慢、催化剂的催化作用等问题。
工业合成氨的化学方程式为N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)，该反应在“高温、高压、催化剂”的条件下进行。如何用勒夏特列原理解释？不能用勒夏特列原理解释的反应条件是什么？为什么？
提示：该反应的正反应为放热反应，升高温度，化学平衡向减弱放热的方向，即向吸热方向移动(逆反应方向)；该反应为反应后气体体积减小的反应，增大压强化学平衡向减弱压强的方向，即体积减小的方向(正反应方向)移动。催化剂只能改变化学反应速率，不能用勒夏特列原理解释。
【例2】 下列事实，不能用平衡移动原理来解释的是( )
A．反应CO＋NO2??CO2＋NO ΔH<0，升高温度可使平衡向逆反应方向移动
B．合成NH3的反应，为提高NH3的产率，理论上应采取相对较低温度的措施
C．溴水中存在平衡：Br2＋H2O??HBr＋HBrO，当加入AgNO3溶液后，溶液颜色变浅
D．对2HI(g)??H2(g)＋I2(g)，增大平衡体系的压强(压缩体积)可使体系颜色变深
【解析】 A项，该正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动；B项，合成氨的反应是放热反应，理论上采取低温条件有利于反应向正反应方向进行，但需同时考虑温度对反应速率的影响，温度太低，反应速率也会太小；C项，加入Ag＋后，Ag＋与Br－反应，使c(Br－)减小，平衡向正反应方向移动，溶液颜色变浅；D项，因2HI(g)??H2(g)＋I2(g)，方程式两边气体分子数相等，压缩体系的体积，增大压强，体积减小，各组分的浓度增大，颜色变深，但不是由平衡移动引起的，因此不能用勒夏特列原理解释。
【答案】 D
下列各组物质的颜色变化，可用勒夏特列原理解释的是( A )
A．氯水在光照下颜色变浅最终为无色
B．H2、I2、HI平衡混合气加压后颜色变深
C．氯化铁溶液加铁粉振荡后颜色变浅
D．在常压条件下将SO2转化为SO3
解析：A选项，氯水在光照下颜色变浅最终为无色，是由于氯水中的次氯酸(生成物)分解(浓度降低)，促使平衡向正反应方向移动，消耗氯气，氯水颜色变浅；B选项，H2、I2、HI平衡混合气加压后平衡不发生移动，颜色变深是由于体积减小，浓度变大；C选项，是氯化铁溶液和铁粉发生氧化还原反应，生成亚铁离子，颜色变浅；D选项，是反应本身的特点，该反应在通常状况下，转化率就非常大。
1．如图所示是恒温条件下某化学反应的反应速率随反应时间变化的示意图，下列叙述与示意图不相符合的是( C )
A．反应达到平衡时，正反应速率和逆反应速率相等
B．该反应达到平衡态Ⅰ后，增大反应物浓度，平衡发生移动，达到平衡态Ⅱ
C．该反应达到平衡态Ⅰ后，减小反应物浓度，平衡发生移动，达到平衡态Ⅱ
D．同一种反应物在平衡态Ⅰ和平衡态Ⅱ时浓度不相等
解析：由题给图像可以看出，由平衡态Ⅰ到平衡态Ⅱ的转化过程中，逆反应速率未改变，正反应速率突然增大，可知是增大反应物的浓度，B项正确，C项不正确；由于平衡向正反应方向移动，可知两平衡态下同一种反应物的浓度不相等，D项正确；反应达到平衡时，正反应速率和逆反应速率相等，A项正确。
2．已知：COCl2(g)??CO(g)＋Cl2(g) ΔH>0。当反应达到平衡时，采取下列措施：①降温，②恒容通入惰性气体，③增加CO的浓度，④加压，⑤加催化剂，⑥恒压通入惰性气体。其中能减小COCl2转化率的是( B )
A．①②④
B．①③④
C．②③⑥
D．③⑤⑥
解析：①降温，平衡左移，COCl2转化率减小；②恒容通入惰性气体，平衡不受影响，COCl2转化率不变；③增加CO的浓度，平衡左移，COCl2转化率减小；④加压，平衡左移，COCl2转化率减小；⑤加催化剂，平衡不受影响，COCl2转化率不变；⑥恒压通入惰性气体，相当于减压，平衡右移，COCl2转化率增大。
3．体积一定的恒温密闭容器中加入等物质的量的X、Y，进行如下可逆反应：X(g)＋Y(g)??Z(g)＋W(s) ΔH>0。下列叙述正确的是( A )
A．若继续充入X，平衡向正反应方向移动，Y的转化率增大
B．若继续充入Z，平衡逆向移动，Z的体积分数减小
C．若移走部分W，平衡正向移动
D．平衡后移走X，上述反应的ΔH减小
解析：通入Z，平衡逆向移动，Z的体积分数增大，B项错误；W为固体，改变其用量，平衡不移动，C项错误；ΔH只和方程式中的化学计量数及状态有关，与反应物的量无关，D项错误。
4．有三支试管，分别加入下列物质：
甲：10
mL
0.01
mol·L－1
FeCl3溶液和10
mL
0.01
mol·L－1
KSCN溶液
乙：5
mL
水、10
mL
0.01
mol·L－1
FeCl3溶液和5
mL
0.01
mol·L－1
KSCN溶液
丙：10
mL
0.1
mol·L－1
FeCl3溶液和10
mL
0.1
mol·L－1
KSCN溶液
观察这三支试管的颜色，其中颜色最浅的是( B )
A．甲试管
B．乙试管
C．丙试管
D．无法判断
解析：三支试管中存在如下平衡体系：Fe3＋＋3SCN－??Fe(SCN)3(红色)，由于乙试管中Fe3＋和SCN－的浓度最小，故颜色最浅。
5．对于密闭容器中的可逆反应：mX(g)＋nY(s)??pZ(g) ΔH<0，达到化学平衡后，改变条件，下列叙述不正确的是( C )
A．增大压强，化学平衡不一定发生移动
B．通入氦气，化学平衡不一定发生移动
C．增加X或Y的物质的量，化学平衡一定发生移动
D．其他条件不变，升高温度，化学平衡一定发生移动
解析：由于该反应体积变化不明确，故改变压强不能确定化学平衡是否移动，A项正确；在恒容条件下充入氦气，没有改变平衡体系中各物质的浓度，平衡不移动，B项正确；由于Y为固体，改变其用量不影响化学平衡，C项不正确；对于任何反应而言，改变温度均改变平衡状态，故D项正确。
6．已知：C(s)＋CO2(g)??2CO(g) ΔH>0。该反应达到平衡后，下列条件有利于平衡向正反应方向移动的是( A )
A．升高温度和减小压强
B．降低温度和减小压强
C．降低温度和增大压强
D．升高温度和增大压强
解析：根据勒夏特列原理，正反应是吸热反应，且反应后气体物质的量增大，故升温、减压有利于平衡正向移动。
7．反应：mA＋nB??pC在某温度下达到平衡时：
(1)若A、B、C都是气体，减压后，正反应速率小于逆反应速率，则m、n、p的关系为m＋n>p。
(2)若只有C为气体，且m＋n＝p，在加压时，化学平衡发生移动，则平衡必定是向逆反应方向发生移动。
(3)如果在体系中增加或减少B的量，平衡均不移动，则B是液态或固态。
(4)若升高温度，A的转化率减小，则此反应的逆反应是吸热反应。
解析：(1)若A、B、C都是气体，减压后，正反应速率小于逆反应速率，则平衡逆向移动，故m＋n>p。(2)若只有C为气体，m＋n＝p，则加压时，平衡向气体化学计量数小的方向移动，即逆向移动。(3)若增加或减少B的量，平衡均不移动，则B为固态或液态。(4)升高温度，A的转化率减小，则平衡逆向移动，此反应的逆反应为吸热反应。
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10
-第3课时 化学平衡常数和化学平衡计算
学习目标
核心素养
1.知道化学平衡常数的含义，会根据化学反应书写化学平衡常数表达式。2．能够利用化学平衡常数进行简单的计算。如计算物质的平衡浓度、转化率等。
1.证据推理与模型认知：了解平衡常数的概念，建立化学平衡常数模型，体会化学平衡常数在判断化学平衡状态、化学反应进行的方向、分析预测化学平衡移动的方向等方面的功能价值。2．科学探究与创新意识：结合生产实例，开展关于化学反应条件的选择与优化的讨论，形成从限度、快慢、能耗等多角度综合调控化学反应的基本思路和方法，发展绿色化学的观念和辩证思维的能力。
一、化学平衡常数
1．定义
在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡状态时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数(简称平衡常数)，用符号K表示。
2．表达式
对于一般的可逆反应mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)
在一定温度下，K＝。
3．意义
(1)K值越大，说明正反应进行的程度越大，反应物的转化率越大；反之反应物转化越不完全，转化率就越小。
(2)K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。
二、平衡转化率
1．概念
平衡时已转化了的某反应物的量与转化前该反应物的量之比。
2．表达式
转化率＝×100%
对于可逆反应mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)
α(A)＝×100%＝×100%
3．特点
一个确定的可逆反应在一定温度时平衡常数一定，但反应物的转化率因反应物的投料比不同而不同。
探究点一 化学平衡常数
化学平衡常数使用注意事项及应用
1．使用化学平衡常数应注意的问题
(1)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。
(2)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，由于其浓度可看做“1”而不代入公式。
(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数，与反应方程式的书写有关。
①若反应方向改变，则平衡常数改变。
②若方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。
如N2＋3H2??2NH3 K＝a则有：
2NH3??N2＋3H2 K′＝1/a
N2＋H2??NH3 K″＝a
2．化学平衡常数的应用
(1)判断反应进行的程度
K值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，正向反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，反应物转化率越大；反之，就越不完全，转化率就越小。
(2)利用K值可判断反应的热效应
若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应。
若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。
(3)计算转化率
依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数可以计算平衡浓度(或起始浓度)，从而计算反应物的转化率。
(4)判断平衡移动方向
利用平衡常数可从定量的角度解释恒温下浓度、压强对化学平衡移动的影响。
对于可逆反应mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)在任意状态下，生成物的浓度和反应物的浓度之间的关系用Q＝表示，则：
当Q＝K时，反应处于平衡状态；
当Q当Q>K时，反应向逆反应方向进行。
特别提醒：(1)化学平衡常数表达式中各物质的浓度必须是平衡状态下的浓度，不能用任一时刻的浓度值。
(2)化学平衡常数不表示反应的快慢，即化学反应速率快，K值不一定大。
(3)使用催化剂能改变化学反应速率，但不会改变平衡常数。
1．对于反应H2(g)＋I2(g)??2HI(g) ΔH<0
(1)现增大H2的浓度，平衡向哪个方向移动，化学平衡常数K如何变化？
(2)若升高温度，平衡常数如何变化？
提示：(1)向正反应方向移动，K不变。
(2)K减小。
2．几个化学方程式相加、相减得总反应的化学方程式(如下面的几个化学方程式)，则总反应的平衡常数与分步反应的平衡常数的关系是什么？
2NO(g)＋O2(g)??2NO2(g) K1
2NO2(g)??N2O4(g) K2
2NO(g)＋O2(g)??N2O4(g) K3
提示：2NO(g)＋O2(g)??2NO2(g)的平衡常数为K1，
2NO2(g)??N2O4(g)的平衡常数为K2，
2NO(g)＋O2(g)??N2O4(g)的平衡常数为K3，
总反应的平衡常数等于分步平衡常数之积或商。
对于上述化学方程式，总反应的平衡常数等于分步反应的平衡常数之积即K3＝K1·K2。
【例1】 (Ⅰ)已知在448
℃时，反应H2(g)＋I2(g)??2HI(g)的平衡常数
K1为49，则该温度下反应2HI(g)??H2(g)＋I2(g)的平衡常数K2为__________；反应H2(g)＋I2(g)??HI(g)的平衡常数K3为________。
(Ⅱ)在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：
CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g)，其化学平衡常数K和温度t的关系如下表所示：
t/℃
700
800
830
1
000
1
200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
回答下列问题：
(1)该反应的化学平衡常数表达式为K＝________。
(2)该反应为________反应(填“吸热”或“放热”)。
(3)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________。
A．容器中压强不变
B．混合气体中c(CO)不变
C．v(H2)正＝v(H2O)逆
D．c(CO2)＝c(CO)
(4)某温度下，平衡浓度符合下式：c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为________℃。
(5)在800
℃时，发生上述反应，某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)为2
mol/L，c(H2)为1.5
mol/L，c(CO)为1
mol/L，c(H2O)为3
mol/L，则下一时刻，反应向________(填“正向”或“逆向”)进行。
【思路分析】
→平衡常数表达式
?
→区分反应放热或吸热
?
→比较v正、v逆的大小
【解析】 (Ⅰ)第2个反应与第1个反应互为可逆反应，平衡常数互为倒数关系，第3个反应的化学计量数与第1个相比，缩小为一半，平衡常数也发生变化得K3＝K1。
(Ⅱ)通过表中K和温度t的关系可知，温度越高，K值越大，反应向正向进行的程度越大，说明正向反应为吸热方向。当c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)时，K＝1，此时温度由表中数据可知为830
℃。判断反应进行的方向时，可根据Q与K的大小关系判断，此时刻下，Q＝＝＝1>0.9，所以反应向逆反应方向进行。
【答案】 (Ⅰ) 7
(Ⅱ)(1)
(2)吸热 (3)BC (4)830 (5)逆向
在某温度下，将H2和I2各0.1
mol的气态混合物充入10
L的密闭容器中，发生反应H2(g)＋I2(g)??2HI(g)，连续测定c(I2)的变化，5
s时测定c(I2)＝0.008
0
mol·L－1并保持不变。则：
(1)反应的平衡常数的表达式是K＝。
(2)此温度下，平衡常数值为0.25。
(3)若在此温度下，在10
L的密闭容器中充入0.2
mol
HI气体，达到平衡时，HI的转化率为80%。
解析：(2)c(I2)＝0.008
0
mol·L－1
c(H2)＝0.008
0
mol·L－1
c(HI)＝0.004
0
mol·L－1
K＝＝0.25。
(3)设生成的H2的浓度为x
mol·L－1，
2HI(g) ?? H2(g)＋I2(g)
起始/mol·L－1
0.02
0
0
转化/mol·L－1
2x
x
x
平衡/mol·L－1
0.02－2x
x
x
K′＝＝ x＝0.008
α(HI)＝×100%＝80%。
探究点二 平衡转化率
1．平衡转化率是指平衡时已转化了的某反应物的量与转化前该反应物的量之比，用来表示反应限度。对于反应：aA＋bB??cC＋dD，反应物A的转化率可以表示为：
α(A)＝×100%
＝×100%
(1)可逆反应达到平衡后各物质浓度的变化关系。
①反应物：平衡浓度＝起始浓度－转化浓度。
②生成物：平衡浓度＝起始浓度＋转化浓度。
③各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中相应的化学计量数之比。
(2)反应物的转化率(α)。
转化率(α)＝×100%。
(3)产品的产率。
产率＝
×100%。
2．平衡移动方向与反应物转化率的关系
(1)压强和温度的影响
温度或压强改变后，若能使化学平衡向正反应方向移动，则反应物的转化率一定增大。
(2)反应物用量的影响
若反应物只有一种，如aA(g)??bB(g)＋cC(g)，增加A的量，平衡正向移动，A的转化率的变化为：
a．若在恒温恒压条件，A的转化率不变；
b．若在恒温恒容条件，相当于(等效于)加压，A的转化率与气态物质的化学计量数有关：
a＝b＋c，A的转化率不变；
a>b＋c，A的转化率增大；
a若反应物不止一种，
如aA(g)＋bB(g)??cC(g)＋dD(g)
a．若只增加A的量，平衡向正反应方向移动，则A的转化率减小，B的转化率增大。
b．若在恒温恒压条件下，同等倍数地增加A、B的物质的量，平衡向正反应方向移动，但A、B的转化率不变。
c．若在恒温恒容条件下，同等倍数地增加A、B的物质的量，平衡向正反应方向移动，A、B的转化率与气态物质的化学计量数有关：
a＋b＝c＋d，A、B转化率不变；
a＋b>c＋d，A、B转化率增大；
a＋b【例2】 某温度下，在一个2
L的密闭容器中，加入3
mol
A和2
mol
B，发生反应3A(g)＋2B(g)??4C(s)＋2D(g)，一段时间后反应达到平衡，测得生成1.6
mol
C，则下列说法正确的是( )
A．该反应的化学平衡常数表达式是K＝
B．B的平衡转化率是40%
C．增大该体系的压强，化学平衡常数增大
D．增加反应物B的量，B的平衡转化率增大
【解析】 生成物C是固体，不能出现在平衡常数的表达式中，A项错误。生成1.6
mol
C，则消耗B
0.8
mol，所以B的平衡转化率是0.8
mol÷2
mol×100%＝40%，B项正确。该反应的平衡常数只与温度有关系，C项错误。增加反应物B的量，平衡向正反应方向移动，则A的转化率升高，但B的转化率降低，D项错误。
【答案】 B
在一个密闭容器中，用等物质的量的A和B发生反应：A(g)＋2B(g)??2C(g)。当反应达到平衡时，如果混合气体中A和B的物质的量之和与C的物质的量相等，则此时A的转化率为( A )
A．40%
B．50%
C．60%
D．70%
解析：本题要抓住文字部分所给信息，可用“三步曲”式方法计算，但步骤多，易出错。估算法：若B反应完全，A反应完一半，所以A的转化率不得≥50%。本题以参加反应某物质为载体，考查对化学平衡概念理解的程度。A(g)＋2B(g)??2C(g)，A和B以物质的量1?2参加反应，现A、B等物质的量，当A的转化率为50%时，B反应完全。然而B不可能反应完，故A的转化率小于50%。故正确答案为A。
探究点三 化学平衡的计算模式
1．解题模型
2．举例说明计算模式
mA(g) ＋ nB(g)
??
pC(g)
＋
qD(g)
c初(mol/L)
a
b
0
0
Δc(mol/L)
mx
nx
px
qx
c平(mol/L)
a－mx
b－nx
px
qx
反应物：c平＝c初－Δc；生成物：c平＝c初＋Δc。
3．常用的重要公式或计量关系
(1)v(A)?v(B)?v(C)?v(D)＝m?n?p?q(未达到平衡时，用于确定化学方程式中未知的化学计量数)。
(2)K＝＝。
(3)对于反应物：n(平)＝n(始)－n(变)；
对于生成物：n(平)＝n(始)＋n(变)。
(4)c(A)平＝
mol/L，同理可计算c(B)平、c(C)平、c(D)平。
(5)A的转化率α(A)＝×100%[或等于消耗的质量(浓度)与起始质量(浓度)之比]，同理可计算α(B)。
(6)α(A)?α(B)＝?[若a?b＝m?n，即投料比等于化学计量数之比，则α(A)＝α(B)]。
(7)A的体积(物质的量)分数φ(A)＝
×100%，同理可计算φ(B)、φ(C)、φ(D)。
(8)平衡和起始时的压强比＝(同T、V时)，＝(同T、p时)，＝(同质量的气体时)等。
(9)混合气体的密度(混)＝
g/L。
(10)混合气体的平衡摩尔质量
＝
g/mol。
【例3】 在一定条件下，向密闭容器中充入30
mL
CO和20
mL水蒸气，使其反应，当反应CO(g)＋H2O(g)??CO2(g)＋H2(g)达到平衡时，水蒸气的体积分数与H2的体积分数相等，则下列叙述错误的是( )
A．平衡后CO的体积分数为40%
B．平衡后CO的转化率为25%
C．平衡后水的转化率为50%
D．平衡后混合气体的平均相对分子质量为24
【解析】 设达到平衡时，反应掉CO的体积为x。
CO(g) ＋ H2O(g)??CO2(g)＋H2(g)
起始：
30
mL
20
mL
0
0
变化：
x
x
x
x
平衡：
30
mL－x
20
mL－x
x
x
由题意知：20
mL－x＝x，故x＝10
mL。
故平衡后CO的体积分数为×100%＝40%，CO的转化率为×100%≈33.3%，H2O的转化率为×100%＝50%，平衡后混合气体的平均相对分子质量不变，仍为＝24。
【答案】 B
已知可逆反应：M(g)＋N(g)??P(g)＋Q(g) ΔH>0，请回答下列问题：
(1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为：c(M)＝
1
mol·L－1,
c(N)＝2.4
mol·L－1；达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为25%；
(2)若反应温度升高，M的转化率增大(填“增大”“减小”或“不变”)；
(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为：c(M)＝
4
mol·L－1，c(N)＝a
mol·L－1；达到平衡后，c(P)＝2
mol·L－1，a＝6;_
(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为：c(M)＝c(N)＝b
mol·L－1，达到平衡后，M的转化率为41%。
解析：(1)M转化的物质的量浓度为0.6
mol·L－1，则N转化的物质的量浓度也是0.6
mol·L－1，所以N的转化率为×100%＝25%。
(2)由于该反应的正反应为吸热反应，所以升高温度，化学平衡正向移动，M的转化率增大。
(3) M(g)＋N(g)??P(g)＋Q(g)
①起始/(mol·L－1)
1
2.4
0
0
转化/(mol·L－1)
0.6
0.6
0.6
0.6
平衡/(mol·L－1)
0.4
1.8
0.6
0.6
②起始/(mol·L－1)
4
a
0
0
转化/(mol·L－1)
2
2
2
2
平衡/(mol·L－1)
2
a－2
2
2
＝，解得a＝6。
(4)设M转化的物质的量浓度为x
mol·L－1，
＝，解得x＝0.41b，
故M的转化率为41%。
1．下列关于平衡常数的说法正确的是( D )
A．在平衡常数表达式中，反应物浓度用起始浓度，生成物浓度用平衡浓度
B．在任何条件下，化学平衡常数是一个恒定值
C．对于放热反应，升高温度，K值增大，反应物的转化率增大
D．从平衡常数的大小可以推断一个反应进行的程度
解析：A项，在平衡常数表达式中，反应物、生成物的浓度均为平衡浓度；B项，平衡常数与温度有关，温度改变，平衡常数随之改变；C项，对于放热反应，升高温度平衡逆向移动，K值减小，反应物转化率减小。
2．对于反应3Fe(s)＋4H2O(g)??Fe3O4(s)＋4H2(g)的平衡常数，下列说法正确的是( B )
A．K＝
B．K＝
C．增大H2O(g)的浓度或减小H2的浓度，会使平衡常数减小
D．改变反应的温度，平衡常数不一定变化
解析：固体、纯液体的浓度可视为常数，不写入平衡常数表达式中，故该反应的平衡常数K＝，K只与温度有关，与浓度、压强无关。
3．物质的量之比为2?3的N2和H2，在一定条件下反应，并达平衡。在此过程中，下列说法正确的是( C )
A．在建立平衡的过程中，N2和H2的物质的量之比始终是2?3
B．N2的转化率始终为H2转化率的2倍
C．N2的转化率始终为H2转化率的1/2
D．达到平衡时，平衡体系的总物质的量与起始时的总物质的量之比可为1?2
解析：假设N2和H2的物质的量分别为2
mol、3
mol，
设反应的N2物质的量为x。
由 N2 ＋ 3H2 ?? 2NH3
n(始)
2
mol
3
mol
0
n(变)
x
3x
2x
n(平)
2
mol－x
3
mol－3x
2x
A项应为≠(因0mol，则3x＝3.75
mol>3
mol，故不可能，则D错误。
4．在25
℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表：
物质
X
Y
Z
初始浓度/mol·L－1
0.1
0.2
0
平衡浓度/mol·L－1
0.05
0.05
0.1
下列说法错误的是( C )
A．反应达到平衡时，X的转化率为50%
B．反应可表示为X＋3Y??2Z，其平衡常数为1
600
C．增大压强使平衡向生成Z的方向移动，平衡常数增大
D．升高温度平衡常数增大，则此反应为吸热反应
解析：平衡建立的过程中，X的转化浓度为0.05
mol·L－1，其转化率为×100%＝50%，A正确；平衡建立过程中，X、Y、Z转化的浓度分别为0.05
mol·L－1、0.15
mol·L－1、0.1
mol·L－1，三者的化学计量数之比为1?3?2，反应可表示为X＋3Y??2Z，平衡常数K＝＝1
600，B正确；平衡常数只与温度有关，C错误；对于吸热反应，升温K值增大，D正确。
5．已知某化学反应的平衡常数表达式为K＝，在不同的温度下该反应的平衡常数值分别为
温度/℃
700
800
830
1
000
1
200
K
1.67
1.11
1.00
0.60
0.38
下列有关叙述错误的是( C )
A．该反应的化学方程式为
CO(g)＋H2O(g)??CO2(g)＋H2(g)
B．上述反应的正反应是放热反应
C．如果在一定容积的密闭容器中加入CO2和H2各1
mol,
5
min后，温度升高到830
℃，此时测得CO2为0.4
mol，则该反应达到平衡状态
D．某温度下，如果平衡浓度符合下列关系式：＝，判断此时的温度是1
000
℃
解析：平衡常数表达式中，分子中的物质是生成物，分母中的物质是反应物，A项正确；该反应的平衡常数随着温度的升高而减小，故该反应是放热反应，B项正确；由n(CO2)＝0.4
mol可推知，该状态下，n(H2)＝0.4
mol、n(H2O)＝0.6
mol、n(CO)＝0.6
mol，K＝≠1，由此可知，该反应没有达到化学平衡状态，C项错误；将所给关系式进行变化，可知该条件下平衡常数为0.6，D项正确。
6．某一温度时，反应H2(g)＋I2(g)??2HI(g)的平衡常数为K1；反应HI(g)??H2(g)＋I2(g)的平衡常数为K2，则K1、K2的关系为( C )
A．K1＝2K2
B．K1＝K
C．K1＝
D．K1＝K2
解析：由题知，K1＝，K2＝，
故K1＝。
7．煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及产率等问题。
已知CO(g)＋H2O(g)??H2(g)＋CO2(g)的平衡常数随温度的变化如下表所示：
温度/℃
400
500
830
1
000
平衡常数K
10
9
1
0.6
试回答下列问题：
(1)上述反应的正反应是放热反应(填“放热”或“吸热”)。
(2)某温度下，上述反应达到平衡后，保持容器体积不变，升高温度，正反应速率增大(填“增大”“减小”或“不变”)，容器内混合气体的压强增大(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)830
℃时，在恒容反应器中发生上述反应，按下表中的物质的量投入反应混合物，其中向正反应方向进行的有B、C(填字母)。
投料
A
B
C
D
n(CO2)/mol
3
1
0
1
n(H2)/mol
2
1
0
1
n(CO)/mol
1
2
3
0.5
n(H2O)/mol
5
2
3
2
(4)在830
℃时，在2
L的密闭容器中加入4
mol
CO(g)和6
mol
H2O(g)达到平衡时，CO的转化率是60%。
解析：(1)由表格可知，升温，化学平衡常数减小，故正反应为放热反应。(2)升高温度，正、逆反应速率均增大；容器体积不变的情况下，升高温度，则容器内混合气体的压强增大。(3)830
℃时，化学平衡常数为1，即若n(CO2)×n(H2)℃时，化学平衡常数为1，设CO的转化浓度为x
mol/L，
CO(g)＋H2O(g)??H2(g)＋CO2(g)
起始浓度(mol/L)
2
3
0
0
转化浓度(mol/L)
x
x
x
x
平衡浓度(mol/L)
2－x
3－x
x
x
平衡常数K＝＝＝1，解得x＝1.2，则CO的转化率＝×100%＝60%。
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13
-第四节 化学反应进行的方向
学习目标
核心素养
1.了解自发过程和化学反应的自发性。2．通过“有序”和“无序”的对比，了解熵和熵变的概念。3．初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓变和熵变解释化学反应的方向。
1.证据推理与模型认知：了解判断化学反应进行方向的三个判据，构建判断化学反应自发性的模型。2．科学态度与社会责任：了解三个判据的发展变化过程，理解科学知识的曲折发展历程，了解化学反应自发性的研究对生产的重要作用。
一、自发过程与自发反应
1．自发过程
(1)含义：在一定条件下，不用借助于外力就可以自动进行的过程。
(2)特点
①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者释放热量)。
②在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。
2．自发反应
在给定的一组条件下，可以自发地进行到显著程度的反应。
二、化学反应进行方向的判据
1．焓判据
放热反应过程中体系能量降低，具有自发进行的倾向，因此可用焓变来判断反应进行的方向。
2．熵判据
(1)熵
用来度量体系混乱程度的物理量。熵值越大，混乱程度越大。符号为S。单位：J·mol－1·K－1。
(2)熵值大小的比较
同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)。
(3)熵增原理
在与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变(符号ΔS)大于零。
(4)熵判据
体系有自发地向混乱度增加(即熵增)的方向转变的倾向，因此可用熵变来判断反应进行的方向。
3．复合判据
过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率，若允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。综合考虑焓判据和熵判据的复合判据，将更适合于所有的过程，只根据一个方面来判断反应进行的方向是不全面的。
研究表明，在温度、压力一定的条件下，化学反应的方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果，反应方向的判据为ΔH－TΔS：
ΔH－TΔS<0 反应能自发进行
ΔH－TΔS＝0 反应达到平衡状态
ΔH－TΔS>0 反应不能自发进行
探究点一 化学反应进行方向的判据
1．焓判据
定义
放热反应过程中体系能量降低，具有自发进行的倾向
自发反应与焓变的关系
多数放热反应能自发进行(ΔH<0)
NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)2Na(s)＋2H2O(l)===2NaOH(aq)＋H2(g)CaO(s)＋H2O(l)===Ca(OH)2(aq)
很多吸热反应也能自发进行(ΔH>0)
2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)
有一些吸热反应常温下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行(ΔH>0)
CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)
结论
多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有很多吸热反应能自发进行，因此，反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素
2.熵判据
混乱度
表示体系的不规则或无序状态，混乱度增加意味着体系变得更加无序
熵
热力学上用来表示混乱度的状态函数。体系的有序性越高，即混乱度越低，熵值就越小
熵判据
体系有自发地向混乱度增加(即熵增)的方向转变的倾向
熵值大小的判断
①反应熵变ΔS＝生成总熵－反应总熵；②S气态>S液态>S固态；③与物质的量成正比
自发反应与熵变的关系
许多熵增的反应在常温、常压下可以自发进行。产生气体的反应，气体的物质的量增大，熵变为正值，为熵增反应
2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g)NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)
有些熵增的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行
CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)C(s，石墨)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)
少数熵减的反应，在一定条件下也可以自发进行
2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)
结论
反应熵变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素
3.用焓变和熵变的复合判据判断反应进行的方向
体系的自由能变化(化学符号ΔG)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行的方向的判断，ΔG＝ΔH－TΔS。
当ΔH<0，ΔS>0，即ΔG<0，反应自发进行。
当ΔH>0，ΔS<0，即ΔG>0，反应不能自发进行。
当ΔH>0，ΔS>0，或ΔH<0，ΔS<0时，反应是否自发进行与温度有关，在一定温度下，可使ΔG＝0，即反应达到平衡状态。
1．有人说自发过程就是自发反应，你认为这种说法正确吗？为什么？
提示：不正确。因为自发过程是指在一定条件下，不用借助外力就可以自动进行的过程；自发反应是指在一定条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应。自发过程可以是物理过程，不一定是自发反应；而自发反应一定是自发过程。
2．发生离子反应的条件之一是生成气体，试利用上面讲的熵判据加以解释，由此你对于理论的指导作用是否有新的体会？
提示：由于反应中生成气体是熵增加的过程，所以增大了反应的自发性。与之相似的如用浓磷酸与食盐固体反应制取HCl气体，对复分解反应来说看似矛盾，但生成了HCl气体，是熵增加的过程，HCl气体脱离反应体系，使得反应得以正常进行。在熔融态，用金属钠与KCl反应制取钾，把反应温度控制在金属钾的沸点以上，使钾以气体形式产生，既是熵增加的过程，同时又是减少生成物浓度使平衡向正反应方向移动的过程，这些都是利用理论知识使看似不能发生的反应得以进行。
【例】 下列对化学反应方向的说法正确的是( )
A．反应2A(g)＋B(g)===3C(s)＋D(g)在一定条件下能自发进行，说明该反应的ΔH>0
B．常温下，反应2Na2SO3(s)＋O2(g)===2Na2SO4(s)能自发进行，则ΔH<0
C．反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH>0
D．一定温度下，反应2NaCl(s)===2Na(s)＋Cl2(g)的ΔH<0，ΔS>0
【解析】 ΔH－TΔS<0，反应能自发进行。若反应的ΔS<0，反应能自发进行，则ΔH<0，A、C项错误，B项正确；2NaCl(s)===2Na(s)＋Cl2(g)属于分解反应，为吸热反应，ΔH>0，D项错误。
【答案】 B
下列反应中在高温下不能自发进行的是( B )
A．MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)
B．CO(g)===C(s)＋1/2O2(g)
C．NH4Cl(s)===NH3(g)＋HCl(g)
D．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)
解析：已知在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大；A、B、C、D中的反应均为分解反应且都为吸热反应，即ΔH>0；A、C、D三个反应又是熵增的反应，所以在高温下能自发进行，B不是熵增的反应，在高温下不能自发进行。
1．下列关于自发过程的叙述正确的是( C )
A．只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程
B．需要加热才能够进行的过程肯定不是自发过程
C．同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能
D．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程
解析：在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程为自发过程，A项错误；有的自发反应需要加热才能进行，如高温自发反应，B项错误；同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能，C项正确；非自发过程在一定条件下可能变为自发过程，D项错误。
2．下列说法完全正确的是( D )
A．自发进行的反应均是ΔH<0的反应
B．ΔS为正值的反应均能自发进行
C．物质的量增加的反应，ΔS为正值
D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g) ΔS>0
3．下列有关反应进行的方向说法正确的是( B )
A．常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行
B．NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g) ΔH＝＋185.57
kJ·mol－1，能自发进行，原因是体系有自发向混乱度增加的方向转变的倾向
C．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据
D．在其他条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向
解析：有些熵值增大的吸热反应可以自发进行，如碳酸氢铵的分解反应，A项错误；碳酸氢铵分解虽是吸热反应，但生成气体，属于熵增反应，B项正确；将熵值和焓变二者综合起来(即利用复合判据)可以判断反应进行的方向，C项错误；使用催化剂只能降低反应的活化能，不能改变反应的方向，D项错误。
4．已知：(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝＋74.9
kJ·mol－1，下列说法正确的是( A )
A．该反应中熵变、焓变皆大于0
B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行
C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定能自发进行
D．能自发进行的反应一定是放热反应，不能自发进行的反应一定是吸热反应
解析：根据反应方程式可知该反应中熵变、焓变都大于0，A项正确；该反应是吸热反应，但也是熵增大的反应，所以也可能自发进行，B项错误；碳酸盐分解反应中熵增加，但不是在任何条件下碳酸盐分解都能够自发进行，如CaCO3的分解仅在高温下自发，C项错误；能自发进行的反应不一定是放热反应，不能自发进行的反应也不一定是吸热反应，D项错误。
5．下列有关说法不正确的是( B )
A．反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0
B．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0
C．一定温度下，反应MgCl2(l)===Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH>0、ΔS>0
D．常温下，反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0
解析：A中反应消耗气体，ΔS<0，因其室温自发，则ΔH<0(正确)。B中反应生成气体，ΔS>0，因其室温不自发(高温自发)，则ΔH>0(不正确)。因镁与氯气反应放热，其逆反应(C中反应)吸热，即ΔH>0；又反应生成气体，即ΔS>0(正确)。D中反应生成气体，ΔS>0，因其常温不自发(高温自发)，则ΔH>0(正确)。
6．判断下列反应的熵值的变化，在每小题后面的横线上填上“增加”、“减小”或“无明显变化”。
(1)2H2(g)＋O2(g)2H2O(l)减小。
(2)H2(g)＋Cl2(g)2HCl(g)无明显变化。
(3)(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)增加。
(4)Cu(s)＋Cl2(g)CuCl2(s)减小。
解析：判断熵值变化的依据是同温同压下，气态熵值>液态熵值>固态熵值，状态都是气态时，看物质的量的多少，物质的量越多，熵值越大。故(1)减小，(2)无明显变化，(3)增加，(4)减小。
7．已知反应：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在298
K、100
kPa的条件下，其ΔH＝－113.0
kJ·mol－1，ΔS＝－145.3
J·(mol·K)－1。
该反应能(填“能”或“不能”)用于消除汽车尾气中的NO，理由为该反应的ΔH－TΔS＝－69.7_kJ·mol－1<0，说明该反应在理论上是可行的，所以有可能用于消除汽车尾气中的NO。
解析：ΔG＝ΔH－T·ΔS＝－113.0
kJ·mol－1－298
K×[－145.3×10－3
kJ·(mol·K)－1]＝－69.7
kJ·mol－1<0，故理论上该反应能自发进行。
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-第一节 化学反应速率
学习目标
核心素养
1.了解化学反应速率的概念，会定量表示化学反应速率。2．掌握化学反应速率的简单计算。3．学会化学反应速率的测定方法，会比较化学反应速率的快慢。
1.变化观念与平衡思想：了解化学反应速率的一般表示方法，了解化学反应速率的其他表示方法，形成不同的反应可用不同的方法来表示反应速率的变化观念。2．证据推理与模型认知：建立有关化学反应速率计算的模型，掌握有关速率计算的方法。3．科学探究与创新意识：了解化学反应速率的测定原理和方法，学会确定变量和测定变量，通过对比的方法，研究影响化学反应速率的因素，发展基于变量关系的证据推理素养。
一、化学反应速率
1．定义：定量描述化学反应进行快慢程度的物理量。
2．表示方法：用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
表达式：v＝。
3．单位：常用mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1等。
4．同一反应中不同物质的化学反应速率的表示
对任意一个化学反应mA＋nB===pY＋qZ，反应体系中各物质的浓度分别表示为c(A)、c(B)、c(Y)和c(Z)，则反应速率分别表示为：v(A)＝，v(B)＝，v(Y)＝，v(Z)＝。
二、化学反应速率的测定
1．化学反应速率测定的基本思路
化学反应速率是通过实验测定的。因为化学反应中发生变化的是体系中的化学物质(包括反应物和生成物)，所以与其中任何一种化学物质的浓度(或质量)相关的性质在测量反应速率时都可以加以利用。
2．用于化学反应速率测定的物质的性质
(1)直接可观察的性质，如释放出气体的体积和体系的压强。
(2)依靠科学仪器才能测量的性质，如颜色的深浅、光的吸收、光的发射、导电能力等。
(3)在溶液中，当反应物或产物本身有比较明显的颜色时，常常利用颜色深浅和显色物质浓度间的正比关系来跟踪反应的过程和测量反应速率。
探究点一
正确理解化学反应速率
1．化学反应速率
化学反应速率常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
(1)符号：v。
(2)数学表达式：v(X)＝＝。
例如，对于反应mA＋nB===pY＋qZ，用不同物质表示的化学反应速率分别为：
vA＝，vB＝，vY＝，vZ＝
(3)单位：
v(X)——物质X表示的化学反应速率，单位：mol/(L·s)或mol·L－1·s－1等；
Δc(X)——物质X的物质的量浓度的变化量(取正值)，单位：mol/L；
Δn(X)——物质X的物质的量的变化量(取正值)，单位：mol；
V——反应体系的总体积，单位：L；
Δt——变化的时间，单位：s、min、h等。
2．理解化学反应速率要注意的几个问题
(1)化学反应速率的计算公式：v＝。单位是mol·(L·s)－1或mol·(L·min)－1或mol·(L·h)－1。
(2)无论是反应物还是生成物，其化学反应速率的值都取正值。
(3)对于给定的一个化学反应，有关的物质的量是不断变化的，因此化学反应速率有平均速率和即时(瞬时)速率之分。在中学化学里，我们能够计算的是单位时间内的反应速率即平均速率，而在速率图像上的每一点则表示的是即时速率。右图是某一反应过程的实际反应速率图像。
(4)由于一个化学反应里各物质之间的化学计量数不一定相同，所以在同一个化学反应里，不同物质所表示的化学反应速率数值不一定相同。虽然用不同物质表示的化学反应速率不一定相同，但是它们的实际意义却完全相同，即一种物质的化学反应速率也就代表了整个化学反应的反应速率。表示化学反应速率时，应注明是用哪种物质表示的化学反应速率。
(5)对于给定的化学反应，aA＋bB===cC＋dD，各物质的化学计量数之比＝发生变化的物质的量之比＝化学反应速率之比，即a?b?c?d＝n(A)?n(B)?n(C)?n(D)＝vA?vB?vC?vD。
(6)在一定温度下，纯固态和纯液态物质，单位体积里的物质的量保持不变，因此液态或固态纯物质物质的量浓度可以看成常数，所以不能用纯固态和纯液态的物质来表示化学反应的反应速率。
1．为什么用不同物质表示的反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比？
提示：根据化学方程式，各物质变化的浓度(即各物质的浓度变化量)之比等于化学方程式中的化学计量数之比，各物质的浓度变化量再除以相同的时间即得到用各物质表示的反应速率，则用不同物质表示的反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。
2．在合成氨反应中，若已知N2的化学反应速率，能否确定相同条件下H2和NH3的化学反应速率？
提示：能够确定，它们之间的关系为v(NH3)＝2v(N2)，v(H2)＝3v(N2)。
【例1】 已知一定条件下，合成氨反应的一些数据如下：
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
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
当用氨的浓度增加量来表示该反应的速率时，下列说法中错误的是( )
A．2
s末氨的反应速率为0.4
mol·L－1·s－1
B．前2
s内氨的平均反应速率为0.4
mol·L－1·s－1
C．前4
s内氨的平均反应速率为0.3
mol·L－1·s－1
D．2～4
s内氨的平均反应速率为0.2
mol·L－1·s－1
【思路分析】 依据定义计算化学反应速率，找出物质的量浓度改变量和时间。
【解析】 A项，不符合反应速率的定义，2
s末的速率是瞬时速率，在本题条件下是不能求解的，错误；氨在2
s末，浓度增加了1.0
mol·L－1－0.2mol·L－1＝0.8
mol·L－1，故前2
s内氨的平均反应速率为＝0.4
mol·L－1·s－1，B正确；前4
s内氨的平均反应速率为＝0.3
mol·L－1·s－1，C正确；2～4
s内氨的平均反应速率为
＝0.2
mol·L－1·s－1，D正确。
【答案】 A
反应N2＋3H2??2NH3，在2
L密闭容器中进行，半分钟末有0.6
mol
NH3生成。下列表示的化学反应速率正确的是( C )
①v(NH3)＝0.6
mol·(L·min)－1
②v(N2)＝0.005
mol·(L·s)－1
③v(H2)＝0.9
mol·(L·min)－1
④v(NH3)＝0.02
mol·(L·s)－1
⑤v(H2)＝0.01
mol·(L·s)－1
⑥v(N2)＝0.03
mol·(L·s)－1
A．①③⑥
B．②④⑤
C．①②③
D．④⑤⑥
解析：已知半分钟末有0.6
mol
NH3生成，可列式求算：
N2 ＋ 3H2 ?? 2NH3
0.15
0.45
0.3
v(NH3)＝0.6
mol·(L·min)－1或0.01
mol·(L·s)－1，v(N2)＝0.3
mol·(L·min)－1或0.005
mol·(L·s)－1，v(H2)＝0.9
mol·(L·min)－1或0.015
mol·(L·s)－1。
探究点二
化学反应速率的计算和大小比较
1．化学反应速率的计算
(1)利用反应速率的定义式v＝求算。
(2)利用化学反应中各物质的速率之比等于化学计量数之比的规律求算。
(3)利用三段式进行计算
①求解化学反应速率计算题的一般步骤：
a．写出有关反应的化学方程式；
b．找出各物质的起始量、转化量、某时刻量；
c．根据已知条件列方程计算。
例如，对于反应：mA＋nB===pC＋qD。A的浓度为a
mol·L－1，B的浓度为b
mol·L－1，反应进行至t1
s时，A消耗了x
mol·L－1，则反应速率可计算如下：
mA ＋ nB === pC ＋ qD
起始浓度/mol·L－1
a
b
0
0
转化浓度/mol·L－1
x
最终浓度/mol·L－1
a－x
b－
则v(A)＝
mol·L－1·s－1，
v(B)＝
mol·L－1·s－1，
v(C)＝
mol·L－1·s－1，
v(D)＝
mol·L－1·s－1。
②计算时注意以下量的关系
a．对反应物：c起始－c转化＝c某时刻
b．对生成物：c起始＋c转化＝c某时刻
c．转化率：×100%
2．化学反应速率的大小比较
(1)归一法：先统一单位，再依据化学反应速率之比等于化学计量数之比，将同一反应中的用不同物质表示的反应速率，转化成用同一种物质表示的反应速率，然后直接依据数值进行比较。例如：
对于反应2SO2＋O2??2SO3，如果
a．v(SO2)＝2
mol·L－1·min－1，
b．v(O2)＝3
mol·L－1·min－1，
c．v(SO3)＝4
mol·L－1·min－1，比较反应速率的大小，可以将三者表示的反应速率都转化为O2表示的反应速率再作比较。
换算得出：a.v(O2)＝1
mol·L－1·min－1，c.v(O2)＝2
mol·L－1·min－1，则反应速率的大小关系为b>c>a。
(2)比值法：用各物质的量表示的反应速率除以对应各物质的化学计量数，然后再对求出的数值进行大小排序，数值大的反应速率快。例如：
对于反应mA＋nB??pC＋qD，若v(A)/m>v(B)/n，则反应速率A>B。
1．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①：v(A)＝0.6
mol·L－1·min－1；
条件②：v(B)＝0.45
mol·L－1·min－1；
则该反应在哪个条件下的反应速率快？
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的反应速率换算成用B表示的反应速率为v(B)＝0.2
mol·L－1·min－1，即条件②的反应速率比条件①的反应速率快。
2．在反应mA＋nB===pC＋qD中，若v(A)＝4
mol·L－1·min－1，而v(B)＝1
mol·L－1·min－1，A表示的反应速率比B表示的反应速率快，则m、n符合什么关系？
提示：不同物质表示的化学反应速率之比＝化学计量数之比，即m?n＝v(A)?v(B)，已知v(A)?v(B)＝4?1，由于A表示的反应速率比B表示的反应速率快，则m?n<4?1。
【例2】 将等物质的量的A、B混合于2
L的密闭容器中，发生如下反应：3A(g)＋B(g)??xC(g)＋2D(g)，经4
min后，测得D的浓度为0.5
mol/L，c(A)?c(B)＝3?5，C的平均反应速率为0.125
mol/(L·min)。
此时A的浓度c(A)＝________
，B的反应速率为__________，x的值为________。
【思路分析】
在进行反应速率计算时，一定要注意题给的量是物质的量还是物质的量浓度，二者之间通过容器的容积进行换算。
【解析】 由4
min
内D的浓度变化量为0.5
mol·L－1，可以求出A、B、C的浓度变化量分别为×0.5
mol·L－1、×0.5
mol·L－1、×0.5
mol·L－1。
设A、B的起始浓度均为c
mol·L－1，则可以得到下列关系：
3A(g) ＋ B(g)
===
xC(g)＋2D(g)
起始浓度(mol·L－1)
c
c
0
0
转化浓度(mol·L－1)
0.75
0.25
0.25x
0.5
4
min
后浓度(mol·L－1)
(c－0.75)
(c－0.25)
0.25x
0.5
由题意c(A)?c(B)＝(c－0.75)?(c－0.25)＝3?5，解得c＝1.5，则4
min后c(A)＝c
mol·L－1－0.75
mol·L－1＝0.75
mol·L－1。
根据v(B)＝或先求v(D)再根据v(B)?v(D)＝1?2，求得v(B)＝0.062
5
mol·L－1·min－1。
根据v(B)?v(C)＝1?2＝1?x，求得x＝2。
【答案】 0.75
mol·L－1 0.062
5
mol·L－1·min－1
2
将4
mol
A气体和2
mol
B气体在2
L的容器中混合并在一定条件下发生如下反应：2A(g)＋B(g)??2C(g)，若经2
s后测得C的浓度为0.6
mol/L，现有下列几种说法：
①用物质A表示的反应的平均速率为0.3
mol/(L·s)；
②用物质B表示的反应的平均速率为0.6
mol/(L·s)；
③2
s时物质A的转化率为70%；
④2
s时物质B的浓度为0.7
mol/L。
其中正确的是( B )
A．①③
B．①④
C．②③
D．③④
解析：解题时先利用所给条件列出反应式：
2A(g)
＋
B(g)
??
2C(g)
起始浓度mol/L
＝2
＝1
0
2
s时浓度mol/L
2－0.6＝1.4
1－＝0.7
0.6
利用算出的数据，就可以对各说法进行分析。
①依据化学反应速率的定义可知：
v(A)＝＝0.3
mol/(L·s)。
②同理可得：
v(B)＝＝0.15
mol/(L·s)。
③依据转化率的定义可知：
A的转化率＝×100%＝30%。
④2
s时B的浓度为0.7
mol/L。
检查4个选项，只有①④正确，故正确答案为B。
探究点三
化学反应速率的图像的分析
化学反应速率图像是化学反应速率变化状况在直角坐标系中以图的形式表达的结果，是化学反应速率变化规律的反映。认识和应用化学反应速率图像时，要立足于化学反应方程式，应用化学反应速率变化的规律，分析直角坐标系及其图像的含义。
1．化学反应速率图像一般有两种
(1)速率—时间图像：此类图像定性地提示了各物质的速率随时间而变化的规律。
(2)浓度(或物质的量)—时间图像：此类图像能说明各反应体系组分(或某一成分)在反应过程中的变化情况。
2．解答此类题目时，应注意的问题
(1)要看清楚“横轴和纵轴”的意义。横轴一般表示时间，要看清纵轴表示的物理量，是速率还是浓度(或者物质的量)。
(2)弄清图像上“点”的意义，特别是一些特殊点(如与坐标轴的交点、转折点、几条曲线的交叉点)的意义，找出曲线上的特殊点，并理解其含义。
(3)弄清图像上“线”所示的增减性，弄清图像斜率的大小及意义。根据纵轴随横轴的变化情况，正确判定曲线走势，理解曲线斜率出现变化的原因。
3．由图像推导化学方程式的方法
(1)反应物及生成物的确定。反应开始时，反应物的物质的量、质量或浓度随反应的进行减小；生成物的物质的量、质量或浓度随反应的进行增加。
(2)化学方程式中各物质化学计量数的确定。化学计量数之比＝物质的量变化量之比＝浓度的变化量之比＝化学反应速率之比。
(3)反应是否可逆的确定。观察最终浓度或物质的量随时间的变化，即是否具有与横轴平行的直线存在，若存在，则反应为可逆反应。
例如：某温度时，在定容(V
L)容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。
根据图像可进行如下计算：
(1)某物质的平均速率、转化率，如
v(X)＝
mol/(L·s)，
Y的转化率＝×100%。
(2)确定化学方程式的系数之比
如X、Y、Z三种物质的系数比为(n1－n3)?(n2－n3)?n2。
【例3】 一定温度下，在2
L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列描述正确的是( )
A．反应开始到10
s，用Z表示的反应速率为0.158
mol·L－1·s－1
B．反应开始到10
s，X的物质的量浓度减少了0.79
mol·L－1
C．反应开始到10
s时，Y的转化率为79.0%
D．反应的化学方程式为X(g)＋Y(g)??Z(g)
【思路分析】 分析化学反应速率的图像，应注意以下几个方面：
(1)看起点，分清反应物和生成物，浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物，生成物多数以原点为起点。
(2)灵活应用“反应速率之比＝化学计量数之比＝浓度变化量之比＝物质的量变化量之比”这一公式求算化学反应速率、确定物质的化学计量数、书写化学方程式。
【解析】 由图像数据计算不同物质的浓度变化表示的化学反应速率之比，也就是化学计量数之比，然后即可推出化学方程式。由图像可知：X、Y的物质的量逐渐减少，为反应物，Z的物质的量逐渐增多，为生成物。它们的物质的量变化分别为X：(1.20－0.41)
mol＝0.79
mol；Y：(1.00－0.21)
mol＝0.79
mol；Z：(1.58－0)
mol＝1.58
mol。
A项：v(Z)＝＝＝0.079
mol·L－1·s－1；
B项：Δc(X)＝＝＝0.395
mol·L－1；
C项：Y的转化率为＝×100%＝79.0%；
D项：化学方程式各物质的系数之比等于转化的各物质的物质的量之比，也等于各物质的反应速率之比，所以化学方程式为X(g)＋Y(g)??2Z(g)。由于10
s后X、Y、Z的物质的量均保持不变，故为可逆反应。
【答案】 C
用大理石(杂质不与稀盐酸反应)与稀盐酸反应制CO2，实验过程记录如右图所示，下列有关说法正确的是( B )
A．OE段表示的反应速率最快
B．EF段表示的反应速率最快，收集的CO2最多
C．FG段表示的收集CO2最多
D．OG段表示随着时间的推移，反应速率逐渐增大
解析：CaCO3与稀盐酸反应的化学方程式：CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O，图像的横坐标是时间，纵坐标是生成二氧化碳的体积，很明显是用单位时间内放出CO2的体积来表示其反应速率的，表现在图像上就是曲线的斜率，斜率越大，反应速率越大，放出的CO2越多。由图可以看出，EF段反应速率最快，收集的CO2最多；整个反应过程中，反应速率加快的幅度先小(OE段)后大(EF段)再小(FG段)，而不是逐渐增大，所以只有B项正确。
探究点四
化学反应速率的测定
1．测定思路
基本思路
化学反应速率是通过实验测定的。因为化学反应中发生变化的是体系中的化学物质，所以与其中任何一种化学物质的浓度(或质量)相关的性质在测量化学反应速率时都可以利用
用于化学反应速率测量的基本性质
①可直接观察的性质：如释放气体的体积和体系的压强；②依靠科学仪器才能测量的性质：如颜色的深浅、光的吸收、光的发射、导电能力等；③在溶液中，当反应物或产物本身有比较明显的颜色时，常利用颜色的深浅和显色物质浓度间的正比关系来跟踪反应的过程和测量反应速率
2.测量化学反应速率时，常采用的物理方法
(1)量气法：对于反应2H2O22H2O＋O2↑，可测量反应中唯一的气体产物氧气在温度、压强一定时的体积变化；
(2)比色法：由于物质对待定波长的光的吸收性能不同，因此可以通过吸光度来测定反应物浓度。例如，在丙酮的溴化反应过程中：CH3COCH3＋Br2―→CH3COCH2Br＋HBr，有色反应物Br2吸收波长为450
nm的光波，因此可用分光光度计测量溶液对该波长的吸光度，据此计算化学反应速率；
(3)电导法：根据离子导电能力的差异，通过电导率的变化测定反应物中离子浓度的变化，从而计算化学反应速率。例如，在乙酸乙酯皂化反应中：CH3COOC2H5＋OH－―→CH3COO－＋C2H5OH，由于OH－的电导率远大于CH3COO－的电导率，可以利用电导仪测量出溶液电导率的变化，据此求得OH－浓度的变化，从而求得化学反应速率；
(4)此外，激光技术也已广泛应用于化学反应速率的测定。
3．实验探究
实验目的
测量锌与硫酸的反应速率
实验用品
锥形瓶、双孔塞、分液漏斗、直角导管、50
mL注射器、铁架台、秒表、锌粒、1
mol/L硫酸、4
mol/L硫酸
实验步骤
①按如右图所示连接装置，加入40
mL
1
mol/L硫酸，测量收集10
mL
H2所用的时间；②按如右图所示连接另一套装置，加入40
mL
4
mol/L硫酸，测量收集10
mL
H2所用的时间
实验现象
锌与硫酸反应产生气泡；收集10
mL气体，②所用时间比①所用时间短
实验结论
4
mol/L硫酸与锌反应比1
mol/L硫酸与锌反应的反应速率大
注意事项：上述实验是一个对比实验，除浓度外，需要控制其他条件都相同，这样才能得出不同浓度时反应速率的数据。需要控制的条件：
控制的条件
锌粒
锌粒的形状、大小、质量等必须相同
硫酸
两种不同浓度的硫酸的温度、加入的快慢等必须相同
装置
装置采用的分液漏斗、锥形瓶规格必须相同；两套装置的气密性均必须良好
环境
两套装置所处环境温度必须相同
对于上述实验，还能根据反应速率相关量的哪些变化来测定锌与硫酸的反应速率？
提示：(1)相同时间段内产生H2体积的多少。
(2)相同时间段内溶液中H＋浓度的变化。
(3)相同时间段内锌粒质量、Zn2＋浓度的变化。
(4)用传感器测定体系中气体压强的变化、溶液中温度的变化、导电能力的变化等。
【例4】 某化学兴趣小组设计实验探究反应速率的测定和比较。
[实验步骤]
(1)取一套装置(装置如图所示)，加入40
mL
1
mol·L－1的稀硫酸，测量收集10
mL
H2所需的时间。
(2)取另一套装置，加入40
mL
4
mol·L－1的硫酸，测量收集10
mL
H2所需的时间。
[实验现象]
锌跟硫酸反应__________________，收集10
mL气体，(2)所用时间比(1)所用时间________。
[实验结论]
4
mol·L－1硫酸与锌反应比1
mol·L－1硫酸与锌反应速率________。
[注意事项]
(1)锌粒的颗粒(即表面积)大小________；
(2)40
mL的硫酸要迅速加入；
(3)装置________，且计时要迅速准确；
(4)气体收集可以用排水量气装置代替。
[实验讨论]
除本实验测定反应速率的方法外，可行的方案还有：
(1)___________________________________________________；
(2)___________________________________________________；
(3)___________________________________________________。
【解析】 Zn与H2SO4发生反应生成H2，故看到有气泡产生，因反应物浓度越大，反应越快，故实验(2)比(1)所用时间短，此时要保证锌粒的表面积相同，同时该实验装置气密性要良好。测定该实验的反应速率还有如下方法：(1)测定单位时间内产生H2的体积；(2)测一段时间内H＋的浓度变化；(3)测一段时间内锌粒质量的变化。
【答案】 [实验现象]产生气泡 短
[实验结论]大
[注意事项](1)基本相同 (3)气密性良好
[实验讨论](1)测定单位时间内产生H2的体积
(2)测定一段时间内H＋的浓度变化
(3)测定一定时间内锌粒质量变化(任意两条即可)
某温度下按如图安装好实验装置，在锥形瓶内盛6.5
g锌粒(颗粒大小基本相同)，通过分液漏斗加入40
mL
2.5
mol/L的硫酸溶液，将产生的H2收集在一个注射器中，用时10
s时恰好收集到气体的体积为50
mL(若折合成0
℃、101
kPa条件下的H2体积为44.8
mL)，在该温度下，下列说法不正确的是( C )
A．用锌粒来表示10
s内该反应的速率为0.013
g/s
B．忽略锥形瓶内溶液体积的变化，用H＋来表示10
s内该反应的速率为0.01
mol/(L·s)
C．忽略锥形瓶内溶液体积的变化，用Zn2＋来表示10
s内该反应的速率为0.01
mol/(L·s)
D．用H2来表示10
s内该反应的速率为0.000
2
mol/s
解析：10
s时产生的H2为0.002
mol。
Zn ＋ H2SO4
===
ZnSO4 ＋ H2↑
1
1
1
1
0．002
mol
0.002
mol
0.002
mol
0.002
mol
反应掉的m(Zn)＝0.002
mol×65
g/mol＝0.130
g
v(Zn)＝＝0.013
g/s，
v(H＋)＝＝0.01
mol/(L·s)，
v(Zn2＋)＝＝0.005
mol/(L·s)，
v(H2)＝＝0.000
2
mol/s。
1．下列说法正确的是( C )
A．化学反应速率是对可逆反应而言的，非可逆反应不谈化学反应速率
B．在可逆反应里，正反应的化学反应速率是正值，逆反应的化学反应速率是负值
C．在同一化学反应里，其化学反应速率可以用反应物浓度的改变来表示，也可以用生成物浓度的改变来表示，其数值可能相同，也可能不相同
D．化学反应速率的单位可以是g·L－1·s－1，也可以是kg·L－1·s－1，甚至可以用t·L－1·s－1等来表示
解析：本题考查对化学反应速率概念的认识。由其概念：“单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加”可以看出：它适合所有的反应，并非专指可逆反应，所以A不正确；单位时间是正值，反应物浓度的减小或生成物浓度的增大也是正值，那么其比也必为正值，所以B不正确。由化学反应速率的概念公式可以看出D不正确。
2．下列说法中，正确的是( C )
A．化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物物质的量的减少或任何一种生成物物质的量的增加
B．化学反应速率为0.8
mol·L－1·s－1是指1秒钟时某物质的浓度为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，反应速率越快，反应现象就越明显
解析：反应速率不能用纯液体或纯固体的物质的量的变化来表示，故A错误；反应速率是平均反应速率而不是瞬时反应速率，故B不正确；有些反应，反应速率越快，反应现象不一定越明显，如酸碱的中和反应等，故D不正确。
3．下列四个数据都表示合成氨的反应速率，其中能代表是同一反应的是( D )
①v(N2)＝0.3
mol·L－1·min－1 ②v(NH3)＝0.9
mol·L－1·min－1 ③v(H2)＝0.6
mol·L－1·min－1
④v(H2)＝0.022
5
mol·L－1·s－1
A．①②
B．①③
C．③④
D．②④
解析：将不同物质表示的反应速率转化为同一物质表示的反应速率，若数值相等，则代表同一反应。①v(N2)＝0.3
mol·L－1·min－1；②v(N2)?v(NH3)＝1?2，则v(N2)＝0.45
mol·L－1·min－1，③v(N2)?v(H2)＝1?3，则v(N2)＝0.2
mol·L－1·min－1；④v(N2)?v(H2)＝1?3，则v(N2)＝×0.022
5×60
mol·L－1·min－1＝0.45
mol·L－1·min－1，故②④代表同一反应，D项正确。
4．反应4A(g)＋3B(g)===2C(g)＋D(g)，经2
min，B的浓度减少了0.6
mol/L。下列反应速率的表示正确的是( A )
A．用A表示的反应速率是0.4
mol/(L·min)
B．用C表示的反应速率是0.2
mol/(L·s)
C．2
min末的反应速率，用B表示是0.3
mol/(L·min)
D．2
min内，用B和C表示的反应速率之比为2?3
解析：由反应速率的数学表达式可求出B的反应速率是0.3
mol/(L·min)。根据化学反应中各物质的反应速率之比等于化学计量数之比，可求出A、C的反应速率分别是0.4
mol/(L·min)和0.2
mol/(L·min)，A项正确，B项错误；反应速率表示的是平均反应速率而不是瞬时反应速率，C项错误；用B和C表示的反应速率之比为3?2，D项错误。
5．在某恒容密闭容器中发生反应N2＋3H22NH3，经过一段时间后，NH3的浓度增加了0.6
mol·L－1。在该段时间内用H2表示的反应速率为0.45
mol·L－1·s－1，则反应所经过的时间是( D )
A．0.44
s
B．1
s
C．1.33
s
D．2
s
解析：NH3的浓度增加了0.6
mol·L－1，则H2的浓度减少了0.9
mol·L－1，根据v＝可知，v(H2)＝，Δt＝＝＝2
s。
6．A、B、C、D四种物质都是气体，对反应：4A＋5B??4C＋6D在5
L的密闭容器中进行，30
s后C的物质的量增加了0.30
mol。则下列叙述正确的是( B )
A．A的平均反应速率是0.010
mol·L－1·s－1
B．容器中含D的物质的量至少为0.45
mol
C．容器中A、B、C、D的物质的量之比一定是4?5?4?6
D．容器A的物质的量一定增加了0.30
mol
解析：v(C)＝＝0.002
mol·L－1·s－1，根据速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比，可知A的速率也是0.002
mol·L－1·s－1，A项错误；由于C的物质的量增加0.30
mol，所以D的物质的量增加了0.30
mol×＝0.45
mol，B项正确；A的物质的量一定减少了0.30
mol，D项错误；容器中A、B、C、D的物质的量之比不一定等于化学方程式中各物质的化学计量数之比，C项错误。
7．恒温下，将1
mol
N2和3
mol
H2在体积为2
L的容器中混合，发生如下反应：N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)，2
s时测得NH3的体积分数为25%。则下列说法中不正确的是( A )
A．用N2浓度的减少表示的平均反应速率为0.2
mol·L－1·s－1
B．2
s时N2的转化率为40%
C．2
s时混合气体中n(N2)?n(H2)?n(NH3)＝3?9?4
D．2
s时NH3的浓度为0.4
mol·L－1
解析：设N2转化了x
mol。
N2 ＋ 3H2??2NH3
初始(mol)
1
3
0
转化(mol)
x
3x
2x
2
s末(mol)
1－x
3－3x
2x
＝0.25，x＝0.4
mol，
则v(N2)＝＝0.1
mol·L－1·s－1，
N2的转化率＝×100%＝40%。
2
s时混合气体N2、H2、NH3的物质的量分别为：0.6
mol,1.8
mol,0.8
mol，即n(N2)?n(H2)?n(NH3)＝3?9?4。2
s时c(NH3)＝＝0.4
mol·L－1。
8．某温度时，在容积为2
L的密闭容器中，A、B、C三种气态物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示。
分析图中数据，回答下列问题：
(1)该反应的化学方程式为2A(g)??B(g)＋C(g)。
(2)反应开始至4
min时，物质A的平均反应速率为0.05_mol·L－1·min－1。
(3)4
min时，正反应速率>(填“>”“<”或“＝”，下同)逆反应速率，8
min时，正反应速率＝逆反应速率。
解析：(1)该反应进行到8
min时，A的物质的量减少0.6
mol，B的物质的量增加0.3
mol，C的物质的量增加0.3
mol，因此，A为反应物，B、C为生成物。根据物质的物质的量变化量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比，且8
min
后各物质的物质的量均不变，则该反应为可逆反应，其化学方程式为2A(g)??B(g)＋C(g)。
(2)反应开始至4
min时，A的平均反应速率为
v＝＝0.05
mol·L－1·min－1。
(3)4
min时，A的物质的量仍减小，B的物质的量仍增大，因此v正>v逆，8
min时，A、B的物质的量均不变，因此v正＝v逆。
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