(共42张PPT)
章末复习课
第二章
主题整合·践行素养
硝酸制法的探究
【知识体系建构】
【主题互动探究】
公元八世纪,阿拉伯炼金术士贾比尔·伊本·哈扬在干馏硝石的时候发现并制
得了硝酸,这是人类关于硝酸最早的记录。
硝酸工业在国民经济、国防工业和航天事业中占有重要地位。化学纤维、近代
有机合成、火箭、导弹等工业的迅速发展需要使用大量的硝酸。
【探究一】硝酸的工业制法
1.硝酸工业与合成氨工业密切相关,氨氧化法是工业生产中制取硝酸的主要途
径,其主要流程是将氨和空气的混合气体(氧∶氨≈2∶1)通入灼热(760～
840
℃)的铂铑合金网,在合金网的催化下,氨被氧化成一氧化氮(NO)。生成的
一氧化氮利用反应后残余的氧气继续氧化为二氧化氮,随后将二氧化氮通入水
中制取硝酸。
(1)请写出以氨气、空气、水为原料,制取硝酸的化学方程式?
提示:4NH3(g)+5O2(g)
4NO(g)+6H2O(g)
2NO(g)+O2(g)====2NO2(g)
3NO2(g)+H2O(l)====2HNO3(aq)+NO(g)
(2)已知工业制硝酸的三个反应均为放热反应,分析“氨的催化氧化”步骤中,
可以通过哪些措施提高反应速率和增大转化率?
提示:“氨的催化氧化”是一个放热且气体分子数增大的反应,为提高反应速率,
可以采取升温、加压、增大反应物浓度、使用催化剂等措施;为增大转化率(即
促进平衡正向移动),可以采取降温、减压、增大反应物浓度、减少生成物浓度
等措施。
(3)采用的催化剂都为铂合金,常用的有Pt-Rh、Pt-Rh-Pd二元和三元合金,有
的铂合金中还加进Co、Ni和Mo等金属以降低催化剂成本和减少铂在1
500
℃
高温下的挥发性消耗。氨催化氧化的反应机理,包括以下几个步骤:①由于铂吸
附氧的能力很强,铂催化剂表面吸附的氧分子中的共价键被破坏,生成两个氧原
子;②铂催化剂表面从气体中吸附氨分子,随后氨分子中的氮和氢原子与氧原子
结合;③进行电子的重新排布,生成一氧化氮和水分子;④铂对NO和水分子的吸
附能力较小,它们在铂催化剂表面脱附,进入气相中。请结合有效碰撞理论,分
析催化剂在化学反应中的作用?
提示:催化剂改变化学反应历程,降低反应活化能,增大活化分子百分数,提高有效碰撞几率,增大反应速率。
(4)硝酸工业尾气中的NOx量>0.4%,可以选用什么试剂消除硝酸工业尾气的氮氧
化物污染?请写出除去NO和NO2尾气的化学方程式?
提示:NaOH溶液,NO+NO2+2NaOH====2NaNO2+H2O、2NaOH+2NO2====NaNO2+NaNO3+H2O
【探究二】硝酸的实验室制法
2.实验室制取少量硝酸常采用硝石-硫酸法,反应利用难挥发性酸
浓硫酸制取易挥发性酸硝酸,反应方程式为NaNO3(s)+H2SO4(l)
NaHSO4(s)
+HNO3(g)。工业上也曾使用此方法,试分析为何现在基本停用该方法大规模生
产硝酸?
提示:该方法耗酸量大,设备腐蚀严重。
【探究三】自然界中的硝酸
3.自然界中的硝酸主要由雷雨天生成的一氧化氮或微生物生命活动放出的二氧
化氮形成。人类活动也产生氮氧化物,全世界人为污染源每年排出的氮氧化物
大约为5
300万吨,这些氮氧化物也会形成硝酸。硝酸性质不稳定,因而无法在
自然界中长期存在,但硝酸的形成是氮循环的一环。
自然界中硝酸的生成经历以下三步:①一氧化氮的生成:N2+O2
2NO;②二氧
化氮的生成:2NO+O2====2NO2;③生成的二氧化氮溶于水中生成硝酸:3NO2+H2O
====2HNO3+NO。
此外,有些海鞘也能分泌硝酸御敌。
请解释谚语“雷雨发庄稼”?
提示:打雷下雨的时候,在闪电的作用下,空气中的少量氧气与氮气发生反应生
成NO,NO再与空气中的氧气反应生成二氧化氮,二氧化氮随雨水下降生成硝酸,
硝酸再与土壤中的矿物质反应生成硝酸盐,硝酸盐可作为农作物庄稼所需的肥
料。
应用实践·提升素养
1.(2020·株洲高二检测)已知在25
℃时,下列反应的平衡常数如下:
①N2(g)+O2(g)
2NO(g) K1=1×10-30
②2H2(g)+O2(g)
2H2O(g) K2=2×1081
③2CO2(g)
2CO(g)+O2(g) K3=4×10-92
下列说法正确的是( )
A.NO分解反应:NO(g)
N2(g)+
O2(g)的平衡常数为1×10-30
B.根据K2的值可以判断常温下H2和O2很容易反应生成H2O
C.常温下,NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的倾向顺序为NO>H2O>CO2
D.温度升高,上述三个反应的平衡常数均增大
【解析】选C。NO(g)
N2(g)+
O2(g)的平衡常数为
=1015,A错误;H2
和O2之间的反应需要点燃才能进行,B错误;常温下,NO、H2O、CO2三种物质分解
放出O2的平衡常数依次为1×1030、5×10-82、4×10-92,平衡常数越大,则反应进
行的程度越大,C正确;反应②为放热反应,升高温度平衡逆向移动,平衡常数减
小,D错误。
2.(2020·西城区高二检测)某温度时,两个恒容密闭容器中均发生反应2NO2(g)
2NO(g)+O2(g) ΔH>0。实验测得:v正(NO2)=k正c2(NO2),v逆(NO)=k逆c2(NO)
·c(O2),k正、k逆为化学反应速率常数,只受温度影响。
容器
编号
起始浓度(
mol·L-1)
平衡浓度(
mol·L-1)
c(NO2)
c(NO)
c(O2)
c(O2)
Ⅰ
0.6
0
0
0.2
Ⅱ
0.6
0.1
0
下列说法不正确的是( )
A.Ⅰ中NO2的平衡转化率约为66.7%
B.Ⅱ中达到平衡状态时,c(O2)<0.2
mol·L-1
C.该反应的化学平衡常数可表示为K=
D.升高温度,该反应的化学平衡常数减小
﹒
﹒
﹒
【解析】选D。先用三段式法计算出实验Ⅰ中各组分的改变浓度和平衡浓度:
2NO2
2NO + O2
c(始)/mol·L-1
0.6
0
0
c(变)/mol·L-1
0.4
0.4
0.2
c(平)/mol·L-1
0.2
0.4
0.2
而实验Ⅱ相当于在Ⅰ基础上再加入NO,平衡会逆向移动,再判断各量的变化。
由上述分析可知,Ⅰ中NO2的平衡转化率为
×100%≈66.7%,故A正确;Ⅰ中平
衡时c(O2)=0.2
mol·L-1,实验Ⅱ相当于在Ⅰ基础上再加入NO,平衡会逆向
移动,c(O2)<0.2
mol·L-1,故B正确;平衡时v正(NO2)=v逆(NO),即k正c2(NO2)=
k逆c2(NO)·c(O2),得
=K,故C正确;该反应为吸热反应,升高
温度,K值增大,故D错误。
3.H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g)
COS(g)+H2O(g)。在610
K时,
将0.10
mol
CO2与0.40
mol
H2S充入2.5
L的空钢瓶中,反应平衡后水的物质的
量分数为0.02。
(1)H2S的平衡转化率α1=________%,反应平衡常数K=__________。?
(2)在620
K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.03,H2S的转化率α2
________α1,该反应的ΔH________0。(填“>”“<”或“=”)?
(3)向反应器中再分别充入下列气体,能使H2S转化率增大的是________(填标
号)。?
A.H2S B.CO2 C.COS D.N2
【解析】(1)第一步:写方程式,列三段式
H2S(g)+CO2(g)
COS(g)+H2O(g)
n(始)/mol
0.40
0.10
0
0
Δn/mol
x
x
x
x
n(平)/mol
0.40-x
0.10-x
x
x
第二步:列方程,求未知量
解得:x=0.01
mol
第三步:明确问题,规范答案
H2S的平衡转化率α1=
×100%=
×100%=2.5%。
K=
≈2.8×10-3。
(2)在620
K重复实验,平衡时水的物质的量分数为0.03,大于610
K,可见升温平
衡向正反应方向移动,故H2S转化率增大,该反应为吸热反应,即:α2>α1,
ΔH>0。
(3)根据勒夏特列原理可知:加入CO2平衡向正反应方向移动,H2S转化率增大,加入COS平衡向逆反应方向移动,H2S转化率减小;加入H2S平衡向正反应方向移动,但H2S的转化率减小;加入N2,平衡不移动,H2S转化率不变。
答案:(1)2.5 2.8×10-3 (2)> > (3)B
4.F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25
℃时N2O5(g)分解反应:
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化
如下表所示(t=∞时,N2O5(g)完全分解):
t/min
0
40
80
160
260
1
300
1
700
∞
p/kPa
35.8
40.3
42.5
45.9
49.2
61.2
62.3
63.1
(1)研究表明,N2O5(g)分解的反应速率v=2×10-3×p(N2O5)(kPa·min-1)。t=
62
min时,测得体系中p(O2)=2.9
kPa,则此时的p(N2O5)=________kPa,v=
________kPa·min-1。?
(2)若提高反应温度至35
℃,则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35
℃)
________63.1
kPa(填“大于”“等于”或“小于”),原因是________。?
(3)25
℃时N2O4(g)
2NO2(g)反应的平衡常数Kp=________kPa(Kp为以分压表
示的平衡常数,计算结果保留1位小数)。?
【解析】(1)t=62
min时,体系中p(O2)=2.9
kPa,根据三段式法得
2N2O5(g)====2N2O4(g)+O2(g)
起始
35.8
kPa
0
0
转化
5.8
kPa
5.8
kPa
2.9
kPa
62
min
30.0
kPa
5.8
kPa
2.9
kPa
则62
min时p(N2O5)=30.0
kPa,v=2×10-3×30.0
kPa·min-1=6.0×10-2
kPa
·min-1。
(2)刚性反应容器的体积不变,25
℃
N2O5(g)完全分解时体系的总
压强为63.1
kPa,升高温度,从两个方面分析:一方面是体积不变,升高温度,
体系总压强增大;另一方面,2NO2
N2O4的逆反应是吸热反应,升温,平衡向生
成NO2的方向移动,体系物质的量增大,故体系总压强增大。(3)N2O5完全分解生
成N2O4和O2,起始p(N2O5)=35.8
kPa,其完全分解时p(N2O4)=35.8
kPa,p(O2)
=17.9
kPa,设25
℃平衡时N2O4转化了x,则
N2O4
2NO2
平衡
35.8
kPa-x
2x
35.8
kPa-x+2x+17.9
kPa=63.1
kPa,解得x=9.4
kPa。平衡时,p(N2O4)=
26.4
kPa,p(NO2)=18.8
kPa,K=
kPa≈13.4
kPa。
答案:(1)30.0 6.0×10-2
(2)大于 温度升高,体积不变,总压强增大;NO2二聚为放热反应,温度升高,平衡左移,体系物质的量增加,总压强提高 (3)13.4
5.Ⅰ:研究氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子的相互作用时,涉及如下反应:
2NO2(g)+NaCl(s)
NaNO3(s)+ClNO(g) K1
ΔH<0(Ⅰ)
2NO(g)+Cl2(g)
2ClNO(g) K2 ΔH<0(Ⅱ)
(1)4NO2(g)+2NaCl(s)
2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数K=________
(用K1、K2表示)。?
(2)为研究不同条件对反应(Ⅱ)的影响,在恒温条件下,向2
L恒容密闭容器中加入0.2
mol
NO和0.1
mol
Cl2,10
min时反应(Ⅱ)达到平衡。测得10
min内v(ClNO)=7.5×10-3
mol·L-1·min-1,则平衡后n(Cl2)=________mol,NO的转化率α1=________。其他条件保持不变,反应(Ⅱ)在恒压条件下进行,平衡时NO的转化率α2________α1(填“>”“<”或“=”),平衡常数K2______________(填“增大”“减小”或“不变”)。若要使K2减小,可采用的措施是__________________。?
(3)某温度下在体积不变的恒容密闭容器中加入足量的NaCl固体、足量的NaNO3
固体和2
mol
NO2,发生反应4NO2(g)+2NaCl(s)
2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g),
达到平衡状态后,向容器中充入2
mol
NO和1
mol
Cl2,平衡________(填“正
向”“逆向”或“不移动”)。NO2的体积分数________(填“增大”“减小”
或“不变”)。若该反应在某温度下能自发进行,则一定是________温(填
“高”或“低”)。?
【思维建模】(1)利用盖斯定律找出4NO2(g)+2NaCl(s)
2NaNO3(s)+2NO(g)
+Cl2(g)与题干中(Ⅰ)(Ⅱ)两个方程式的关系,然后求出平衡常数的表达式。
(2)根据“三段式”、转化率,列出数据,然后解答。
(3)利用“恒温、恒容等效平衡”解题模式分析新平衡NO2的转化率、体积分数
变化。
【解析】(1)将题干中已知的两个方程式做如下处理:(Ⅰ)×2-(Ⅱ)可得:4NO2(g)+2NaCl(s)
2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g),其平衡常数K=
(2)根据“三段式”:
2NO(g) + Cl2(g)
2ClNO(g)
c始/mol·L-1
0.1
0.05
0
c变/mol·L-1
0.1α1
0.05α1
0.1α1
c平/mol·L-1
0.1-0.1α1
0.05-0.05α1
0.1α1
由v(ClNO)=
=7.5×10-3
mol·L-1·min-1,得α1=75%,平衡时n(Cl2)
=(0.05-0.05α1)
mol·L-1×2
L=0.025
mol。该反应为气体分子数减小的反应
,恒压条件下相对于恒容条件下,压强增大,平衡右移,NO的转化率增大,即α2>
α1;
。化学平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数K2不变;该反应为放热
反应,升高温度可使平衡常数K2减小
(3)达到平衡后再向容器中充入2
mol
NO和1
mol
Cl2,平衡逆向移动,建立新平
衡。分析新平衡NO2的体积分数时,先向右一边倒,建立“恒温、恒压,等比等效
平衡”,然后加压,恢复恒温、恒容;由于加压平衡正移,因此新平衡NO2的转化
率增大,体积分数减小。ΔG=ΔH-TΔS<0时反应自发进行,本反应ΔS<0,要在
某温度下能自发进行,则一定是低温。
答案:(1)
(2)2.5×10-2 75% > 不变 升高温度 (3)逆向 减小 低
6.(2020·全国Ⅲ卷)
二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领
域。回答下列问题:
(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中,产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)=__________。当反应达到平衡时,若增大压强,则n(C2H4)__________(填“变大”“变小”或“不变”)。?
(2)理论计算表明,原料初始组成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,在体系压强为0.1
MPa,
反应达到平衡时,四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
图中,表示C2H4、CO2变化的曲线分别是______________、______________。CO2
催化加氢合成C2H4反应的ΔH__________0(填“大于”或“小于”)。?
(3)根据图中点A(440K,0.39),计算该温度时反应的平衡常数Kp=__________
(MPa)-3(列出计算式。以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。?
(4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应,生成C3H6、C3H8、C4H8等低
碳烃。一定温度和压强条件下,为了提高反应速率和乙烯选择性,应当
______________________。?
【解析】(1)二氧化碳催化加氢合成乙烯的反应方程式为2CO2+6H2====C2H4
+4H2O,所以产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)=1∶4,由于该反应是气体分子
总数减少的反应,根据勒夏特列原理可知加压平衡向正反应方向移动,所以增大
压强,则n(C2H4)变大。
(2)由于原料初始组成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,且温度升高时二者变化趋势相同
(即均增大或均减小),而生成的n(C2H4)∶n(H2O)=1∶4,且温度升高时二者变化
趋势相同(即均增大或均减小),所以根据390
K平衡时各物质的质量分数之间
的关系可知:c、a分别表示的是CO2和H2,b、d分别表示H2O与C2H4,所以表示
C2H4、CO2变化的曲线分别是d和c;由图可知升高温度CO2和H2的物质的量分数增
大,即平衡向逆反应方向移动,根据勒夏特列原理可知该反应为放热反应,即ΔH
小于0。
(3)
根据图中点A(440
K,0.39)可知此时H2和H2O的物质的量分数均为0.39,即
二者分压均为0.039
MPa,由于原料初始组成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,而且二者反
应过程中也是按照物质的量1∶3的比例生成或者消耗,所以二者的物质的量之
比一直为1∶3,即p(H2)=3p(CO2),而p(C2H4)=
p(H2O)=
×0.039
MPa,故Kp=
(4)由于该反应往往伴随副反应,生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃,由于不同的催化剂在不同的温度下对反应的选择性不同,所以要想提高反应速率和乙烯选择性,应该选择合适的催化剂。
答案:(1)1∶4 变大 (2)d c 小于
(3)
(4)选择合适的催化剂(共108张PPT)
第二章 化学反应速率和化学平衡
第一节 化学反应速率
必备知识·自主学习
一、化学反应速率
【自主探索】
在一个体积为2
L的密闭容器中发生反应2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g),
经过5
s后,测得SO3的物质的量为0.8
mol。填写下表:
有关反
应物质
SO2(g)
O2(g)
SO3(g)
物质的量
浓度变化
____________
____________
____________
化学反
应速率
_________________
_________________
_________________
化学反应
速率之比
________
0.4
mol·L-1
0.2
mol·L-1
0.4
mol·L-1
0.08
mol·L-1·s-1
0.04
mol·L-1·s-1
0.08
mol·L-1·s-1
2∶1∶2
二、化学反应速率的测定
1.测定原理
利用化学反应中与某一种化学物质的浓度(或质量)相关的性质进行测定。
2.测定方法
(1)利用能够直接观察的某些性质测定:
如通过测量释放出一定体积气体的时间来测定反应速率,或通过测定一定时间内气体压强的变化来测定反应速率。
(2)利用科学仪器测量:
如在溶液中,当反应物或产物本身有较明显的颜色时,可利用_________和
_________________________来跟踪反应的过程和测量反应速率。
颜色深浅
显色物质浓度间的正比关系
3.实验探究
(1)反应原理:Zn+H2SO4====ZnSO4+H2↑。
(2)实验过程:
①按如图所示安装两套装置,在锥形瓶内各盛有2
g锌粒。
②取一套装置,通过分液漏斗加入40
mL
1
mol·L-1的硫酸,测出收集
10
mL
H2所用的时间。
③取另一套装置,通过分液漏斗加入40
mL
4
mol·L-1的硫酸,测出收集
10
mL
H2所用的时间。
(3)实验现象:
锌与硫酸反应产生气泡,收集10
mL
H2所用的时间比较:使用4
mol·L-1的
硫酸比使用1
mol·L-1的硫酸所用的时间___。
(4)探究结论:
4
mol·L-1的硫酸与锌反应比1
mol·L-1的硫酸与锌反应___。
短
快
【自主探索】
判断下列说法是否正确,正确的打√,错误的打×。
(1)化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种生成物浓度的增加。( )
提示:×。不能用固体或纯液体来表示化学反应速率。
(2)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。( )
提示:×。化学反应速率是一段时间内的平均速率,不是某时刻的即时速率。
(3)甲、乙两容器中分别充入2
mol
NO2和4
mol
NO2,5分钟后两者各反应掉NO2
1
mol和2
mol,则说明乙中反应速率大。( )
提示:×。未指明甲、乙两容器的体积,所以无法确定两容器中NO2的浓度变化。
(4)化学反应速率越大的反应,现象越明显。( )
提示:×。有些化学反应没有明显的现象,但反应速率却很快。
关键能力·合作学习
知识点一 化学反应速率的深度理解与计算?
1.表示化学反应速率的注意事项
(1)在同一化学反应中,选用不同物质表示化学反应速率,其数值可能相同也可能不相同,但它们表示的意义却是完全相同的。因此,表示化学反应速率时,必须指明用哪种物质作标准。
(2)由于在反应中纯液体和固体的浓度是恒定不变的,因此一般不用纯液体或固体来表示化学反应速率。
(3)在同一个化学反应中,无论选用反应物还是生成物来表示化学反应速率,其值均为正值。
(4)化学反应速率通常是指某一段时间内的平均反应速率,而不是瞬时反应速率。
2.化学反应速率计算常用“3”方法
(1)定义式法:利用公式v=
计算化学反应速率,也可以利用公式计算物质的量或物质的量浓度变化或时间等。
(2)关系式法:同一反应中,化学反应速率之比=物质的量浓度之比=物质的量变化量之比=化学计量数之比。
(3)“三段式法”
①写出化学方程式。
②根据题意,依次列出各反应物和生成物的起始浓度(或物质的量,下同)、浓度的变化量及一段时间后的浓度,未知量可设未知数表示,即“三段式”。
③根据起始浓度与一段时间后的浓度的差等于浓度的变化量及变化量之比等于对应物质的化学计量数之比,列出关系式计算。
计算中注意以下量的关系:
ⅰ对反应物:c(起始)-c(转化)=c(某时刻);
ⅱ对生成物:c(起始)+c(转化)=c(某时刻);
ⅲ转化率=
×100%。
【易错提醒】利用“三段式”计算题目注意事项
(1)利用“三段式”由已知量可求出其他未知量,在做这种类型的题时,一定要注意,方程式中的量要统一,一般用物质的量浓度。
(2)转化量之比一定等于方程式的化学计量数之比,但起始量之比、某一时刻量之比不一定等于方程式的化学计量数之比。
【合作探究】
(1)化学反应速率只能使用v=
进行描述吗?
提示:化学反应速率一般采用单位时间内物质的浓度的变化进行分析,但事实
上这不是唯一的方法,还可以采用单位时间内物质的质量的变化、单位时间内
物质的体积变化等角度进行分析。
(2)运用v=
进行分析的是瞬时速率还是平均速率?一般而言绝大多数化学
反应,随着反应的进行,瞬时速率如何改变?
提示:v=
为平均速率;由于随着反应进行,反应物浓度逐渐减小,所以随着反
应的进行,绝大多数化学反应瞬时速率一般逐渐减小。
【典例示范】
【典例】在2
L容器中3种物质间进行反应,X、Y、Z的物质的量随时间的变化曲线如图。依图所示:
(1)该反应的化学方程式是_____________。?
(2)若t=3
min,Y的平均反应速率是__________________。?
【解题指南】解答本题需注意以下两个方面:
(1)纵、横坐标的含义。
(2)图象的起始点、折点。
【解析】(1)由图象可以看出,反应中X的物质的量减小,Y、Z的物质的量增多,
则X为反应物,Y、Z为生成物。t时刻后,X的物质的量为定值且不为零,为可逆
反应,且Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)=(2.4
mol-1.6
mol)∶1.2
mol∶
0.4
mol=0.8
mol∶1.2
mol∶0.4
mol=2∶3∶1,物质在反应中物质的量之比
等于化学方程式计量数之比,则反应的化学方程式为2X
3Y+Z;
(2)若t=3
min,Y的平均反应速率=
=0.2
mol·L-1·min-1。
答案:(1)2X
3Y+Z (2)0.2
mol·L-1·min-1
【规律方法】由图象确定化学方程式的方法
(1)根据曲线的变化趋势判断反应物与生成物:曲线下降的物质为反应物,曲线
上升的物质为生成物。
(2)物质化学计量数的确定方法:根据各物质达到平衡时物质的量(物质的量浓
度)的变化,即物质的量(物质的量浓度)的变化之比等于化学方程式中各物质
的化学计量数之比。
(3)反应是否为“可逆反应”:反应最后的浓度不随时间变化而变化的反应为
可逆反应,化学方程式书写时用“
”表示。
【素养训练】
1.(2020·赣州高二检测)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,对该反应的推断合理的是( )
A.该反应的化学方程式为3B+4D====6A+2C
B.反应进行到1
s时,v(A)=v(D)
C.反应进行到6
s时,B的平均反应速率
为0.05
mol·L-1·s-1
D.反应进行到6
s时,各物质的反应速率相等
【解析】选C。由图可知,反应为3B+4C
6A+2D,故A错误;反应进行到1
s时,
由速率之比等于化学计量数之比,可知v(A)=3v(D),故B错误;反应进行到6
s
时,B的平均反应速率为
=0.05
mol·L-1·s-1,故C正确;反应进
行到6
s时,达到平衡,同种物质的正逆反应速率相等,由化学计量数可知,各物
质的速率不等,故D错误。
2.把一定量的X气体和Y气体混合于容积为2
L的容器中,使其发生如下反应:
3X(g)+nY(g)
Z(g)+2W(g),5
min达到平衡状态,消耗Y为0.1
mol,这段时间
用W表示的平均速率为0.02
mol·L-1·min-1,则n的值( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【解析】选A。5
min达到平衡状态,消耗Y为0.1
mol,则v(Y)=
=0.01
mol·L-1·min-1,化学反应速率与化学计量数成正比,
则n∶2=v(Y)∶v(W)=0.01
mol·L-1·min-1∶0.02
mol·L-1·min-1=1∶2,
解得n=1。
【加固训练】
(2020·北京市朝阳区高二检测)在可逆反应2A(g)+3B(g)
xC(g)+D(g)
中,已知:反应开始加入的物质只有
A、B,起始浓度
A
为
5
mol·L-1,B
为
3
mol·L-1,前
2
min
C
的平均反应速率为
0.5
mol·L-1·min-1,2
min后,测
得
D
的浓度为
0.5
mol·L-1,则关于此反应的下列说法中正确的是( )
A.2
min末时A和B的浓度之比为5∶3
B.x=1
C.2
min末时A消耗的浓度为0.5
mol·L-1
D.2
min末时B的浓度为1.5
mol·L-1
【解析】选D。
2A(g)+3B(g)
xC(g)+D(g)
初始浓度(mol·L-1)
5
3
0
0
转化浓度(mol·L-1)
1
1.5
0.5x
0.5
2
min浓度(mol·L-1)
4
1.5
0.5x
0.5
2
min末时,A和B的浓度之比为4∶1.5=8∶3,故A错误;C的反应速率
为
=0.5
mol·L-1·min-1,解得x=2,故B错误;2
min末时,A的消耗浓度
为1
mol·L-1,故C错误;2
min末时,B的浓度=1.5
mol·L-1,故D正确。
知识点二 化学反应速率大小全方位比较?
1.定性比较
通过明显的实验现象(如反应的剧烈程度、产生气泡或沉淀的快慢等)来定性判断化学反应的快慢。
2.定量比较
由于同一化学反应的反应速率用不同物质表示时数值可能不同,所以比较反应的快慢不能只看数值的大小,而要进行一定的转化。但计算时一定注意单位是否统一,若不统一,换算成相同的单位。
(1)归一法:换算成同一物质表示的速率,再比较数值的大小。
(2)比值法:比较化学反应速率与化学计量数的比值。
如aA(g)+b(B)g
cC(g),即比较
,则用A表示时的反应速率比用B表示时大。
【易错提醒】
(1)化学反应速率越快,现象不一定越明显,因为有些化学反应没有明显现象。
(2)比较反应速率大小时,既要注意单位,又要注意所选取的物质。
【合作探究】
是不是化学反应速率数值越大化学反应进行得越快?
提示:不一定。需转变成同一物质进行比较。
【典例示范】
【典例】对于反应A(g)+3B(g)
2C(s)+D(g)来说,在不同条件下反应速率中
最快的是( )
A.v(A)=0.005
mol·L-1·s-1
B.v(B)=0.6
mol·L-1·min-1
C.v(C)=0.5
mol·L-1·min-1
D.v(D)=0.1
mol·L-1·min-1
【解题指南】解答本题应注意两方面的审题:
(1)单位是否统一。
(2)看准物质的状态,固体和纯液体浓度是常数,不能用固体和纯液体表示反应速率。
【解析】选A。单位相同的条件下,将不同物质的反应速率与其计量数相比,
得到的数值越大其反应速率越快,A.
mol·L-1·s-1=
0.3
mol·L-1·min-1;
B.
mol·L-1·min-1=0.2
mol·L-1·min-1;
C.C为固体,不能表示反应速率;
D.v(D)=0.1
mol·L-1·min-1;
通过以上分析知,数值大小顺序是A>B>D,所以速率快慢顺序是A>B>D,故选A。
【母题追问】(1)若生成物C为气体,则四种情况下反应速率从大到小的顺序为______。?
提示:若C为气体,则
=0.25
mol·L-1·min-1,然后比较四种情况下的数值大小,故反应速率从大到小的顺序为A>C>B>D。
(2)该反应中一定不能用C物质为对象表达该反应速率吗?
提示:能。固体和纯液体物质的浓度可视为定值,所以不能使用单位时间内该物质的浓度的变化量来表示反应速率。但是可以通过单位时间内质量的变化量来表示反应速率。
【素养训练】
1.(2020·黄冈高二检测)在2A(g)+B(g)
3C(g)+4D(g)+2E(g)反应中,下列
情况下,v(A)=0.5
mol·L-1·s-1的是( )
A.v(E)=0.5
mol·L-1·min-1
B.v(B)=1.0
mol·L-1·s-1
C.v(C)=0.75
mol·L-1·s-1
D.v(D)=0.25
mol·L-1·s-1
【解析】选C。根据反应速率之比是相应的化学计量数之比可知:
v(A)=0.5
mol·L-1·s-1时,v(B)、v(C)、v(D)、v(E)分别为
[mol·L-1·s-1]0.25、0.75、1.0、0.5,故选C。
2.(2020·南昌高二检测)已知某反应aA(g)+bB(g)
cC(g)的各物质浓度数
据如下:
据此可推算出a∶b∶c是( )
A.9∶3∶4 B.3∶1∶2 C.2∶1∶3 D.3∶2∶1
A
B
C
起始浓度(mol·L-1)
3.0
1.0
0
2
s末浓度(mol·L-1)
1.8
0.6
0.8
【解析】选B。根据上表数据可知,Δc(A)=1.2
mol·L-1,Δc(B)=0.4
mol·L-1,
Δc(C)=0.8
mol·L-1,则Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)=3∶1∶2=a∶b∶c,参加反应
的物质的物质的量之比等于化学计量数之比,故a∶b∶c=3∶1∶2,故选B。
3.反应4A(s)+3B(g)
2C(g)+D(g),2
min内B的浓度减少0.6
mol·L-1,对此
反应速率的描述正确的是( )
A.2
min末时的反应速率,用B表示为0.3
mol·L-1·min-1
B.在这2
min内A和B的转化率之比一定为4∶3
C.v(B)∶v(C)∶v(D)=3∶2∶1
D.v(A)=0.4
mol·L-1·min-1
【解析】选C。化学反应速率随着反应的进行而不断变化,所以无法计算某一时刻化学反应速率,故A错误;加入的A、B量未知,无法计算其转化率,故B错误;同一化学反应中同一段时间内,不同物质的化学反应速率之比等于其计量数之比,所以v(B)∶v(C)∶v(D)=3∶2∶1,故C正确;A是固体,没有浓度变化量,所以无法计算其平均速率,故D错误。
【加固训练】
1.X、Y、Z三种气体进行下列反应:3X+Y
2Z,在三种不同情况下测得的
速率值为①v(X)=1
mol·L-1·s-1;②v(Y)=0.5
mol·L-1·s-1;
③v(Z)=0.5
mol·L-1·s-1。
这三种情况下反应的速率大小情况为( )
A.③>②>①
B.②>①>③
C.①>②>③
D.③>①>②
【解析】选B。该反应都转化为X表示的反应速率来比较反应速率的快慢,
①v(X)=1
mol·L-1·s-1;②v(Y)=0.5
mol·L-1·s-1,则v(X)=3v(Y)=
1.5
mol·L-1·s-1;③v(Z)=0.5
mol·L-1·s-1,则v(X)=1.5v(Z)=
0.75
mol·L-1·s-1;故反应由快到慢为②>①>③。
2.(双选)(2020·孝感市高二检测)在一定体积容器中发生反应:
2CH4(g)+2NH3(g)+3O2(g)====2HCN(g)+6H2O(g),15分钟内测得反应速率用HCN表示为v(HCN)=0.36
mol·L-1·min-1,该段时间内下列表示正确的是( )
A.15分钟内反应消耗氨气5.4
mol
B.该时间内可用水表示反应速率为v(H2O)=1.08
mol·L-1·min-1
C.各物质的速率关系有:2v(CH4)=2v(NH3)=3v(O2)
D.15分钟内氧气浓度下降8.1
mol·L-1
【解析】选B、D。
用氨气的消耗量表示15
min内该反应的速率为v(NH3)=v(HCN)=0.36
mol·L-1·min-1,则15
min内反应消耗氨气的浓度为0.36×15=5.4
(mol·L-1),由于不知道容器体积,无法计算物质的量,A错误;
该时间内可用水表示反应速率为v(H2O)=3v(HCN)=3×0.36=
1.08
(mol·L-1·min-1),B正确;各物质的速率关系有
v(CH4)∶v(NH3)∶v(O2)=2∶2∶3,则C错误;用氧气表示该反应的速率为
v(O2)=
v(HCN)=
×0.36=0.54
(mol·L-1·min-1
),15
min内氧气浓度
下降0.54×15=8.1
(mol·L-1),D正确。
3.二氧化氮(NO2)是一种棕红色、高度活性的气态物质,又称过氧化氮。二氧化
氮在臭氧的形成过程中起着重要作用。人为产生的二氧化氮主要来自高温燃
烧过程的释放,比如机动车尾气、锅炉废气的排放等。
某温度下,真空密闭容
器中发生反应:2NO2
2NO+O2,经4
min后,测得混合气中NO2浓度为
0.12
mol·L-1,O2的浓度为0.24
mol·L-1,且各物质的浓度不再发生变化。
求:(1)NO2的起始浓度是多少?
(2)4
min时NO2的转化率是多少?
(3)4
min内生成NO的化学反应速率是多少?
(4)4
min时NO的体积分数是多少?
【解析】 2NO2
2NO+O2
c(起始)/mol·L-1
a
0
0
c(转化)/mol·L-1
2c
2c
c
c(4
min)/mol·L-1
a-2c
2c
c
由题意得:a-2c=0.12
mol·L-1,c=0.24
mol·L-1。
(1)NO2的起始浓度为a=0.12
mol·L-1+2×0.24
mol·L-1=0.6
mol·L-1。
(2)α(NO2)=
×100%=
×100%=80%。
(3)v(NO)=
=0.12
mol·L-1·min-1。
(4)设容器体积为V
L,则NO的体积分数
=
×100%
=
×100%≈57.1%。
答案:(1)0.6
mol·L-1 (2)80%
(3)0.12
mol·L-1·min-1 (4)57.1%
【课堂小结】
【三言两语话重点】
1.化学反应速率三个“1”:
(1)1个公式:v=
;
(2)一个关系:化学反应速率之比=化学计量数之比;
(3)一种换算:1
mol·L-1·s-1=60
mol·L-1·min-1。
2.化学反应速率v=
“三项注意”:
(1)应指明具体物质;
(2)不能使用固体和纯液体物质表示;
(3)是平均速率不是瞬时速率。
3.实验设计“2”角度:
角度1:测定相同时间变化量;
角度2:测定完成相同变化量所需时间。
1.(2020·杭州高二检测)在一定温度下,向2
L密闭容器中加入2
mol
HI(g),
发生反应2HI(g)
H2(g)+I2(g),4
s时生成0.2
mol
H2,则以HI表示该时段的
化学反应速率是( )
A.0.05
mol·L-1·s-1 B.0.1
mol·L-1·s-1
C.0.2
mol·L-1·s-1
D.0.8
mol·L-1·s-1
【解析】选A。4
s时生成0.2
mol
H2,结合方程式可知消耗的HI的物质的量
为0.4
mol,容器体积为2
L,则v(HI)=
=0.05
mol·L-1·s-1
,故选A。
课堂检测·素养达标
2.(2020·曲靖高二检测)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-1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( )
A.用锌粒来表示10
s内该反应的速率为0.013
g·s-1
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-1·s-1
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-1·s-1
D.用H2来表示10
s内该反应的速率为0.000
2
mol·s-1
【解析】选C。0
℃、101
kPa条件下的H2体积为44.8
mL,其物质的量为
0.002
mol,则根据Zn+H2SO4====ZnSO4+H2↑反应可知10
s内转化的各物质的
物质的量有:n(Zn)=n(H2SO4)=n(ZnSO4)=n(H2)=0.002
mol;m(Zn)=
0.002
mol×65
g·mol-1=0.13
g,v(Zn)=0.13
g/10
s=0.013
g·s-1,
A正确;v(H+)=
=0.01
mol·L-1·s-1,B正确;
v(Zn2+)=
=0.005
mol·L-1·s-1,C错误;
v(H2)=0.002
mol/10
s=0.000
2
mol·s-1,D正确。
3.将气体A、B置于容积为2
L的密闭容器中发生如下反应:
4A(g)+B(g)
2C
(g),反应进行到4
s末,测得A、B、C的物质的量分别
0.5
mol、0.4
mol、0.2
mol。则用反应物B表示该反应的速率为( )
A.0.025
mol·L-1·s-1
B.0.012
5
mol·L-1·s-1
C.0.05
mol·L-1·s-1
D.0.1
mol·L-1·s-1
【解析】选B。4
s末,测得C为0.2
mol,则v(C)=
=0.025
mol·L-1·s-1,
速率之比等于化学计量数之比,则v(B)=
v(C)=
×0.025
mol·L-1·s-1=
0.012
5
mol·L-1·s-1。
4.(2020·攀枝花高二检测)反应速率v和反应物浓度的关系是用实验方法测定的。化学反应H2+Cl2====2HCl的反应速率v可表示为v=k[c(H2)]m[c(Cl2)]n,式中k为常数,m、n值可用下表中数据确定。
c(H2)/mol·L-1
c(Cl2)/mol·L-1
v/mol·L-1·s-1
1.0
1.0
1.0k
2.0
1.0
2.0k
2.0
4.0
4.0k
由此可推得,m、n值正确的是( )
A.m=1,n=2
B.m=1,n=
C.m=
,n=1
D.m=
,n=
【解析】选B。将三组实验数据分别编号为①、②、③,根据第①、第②组实
验数据可知:在Cl2浓度不变时,H2浓度扩大一倍,反应速率也扩大一倍,说明
=2=2m,所以m=1;根据第②、③组实验数据可知:在H2浓度不变时,Cl2扩大4倍,
反应速率扩大2倍,即
=2=4n,所以n=
,故合理选项是B。
【加固训练】
1.(2020·宜昌高二检测)在298
K时,实验测得溶液中的反应:
H2O2+2HI====2H2O+I2,在不同浓度时的化学反应速率如表,由此可推知当
c(HI)=0.500
mol·L-1,c(H2O2)=0.400
mol·L-1时的反应速率为( )
实验编号
1
2
3
4
5
c(HI)/
(mol·L-1)
0.100
0.200
0.300
0.100
0.100
c(H2O2)/
(mol·L-1)
0.100
0.100
0.100
0.200
0.300
v/
(mol·L-1·s-1)
0.007
60
0.015
3
0.022
7
0.015
1
0.022
8
A.0.038
mol·L-1·s-1
B.0.152
mol·L-1·s-1
C.0.608
mol·L-1·s-1
D.0.760
mol·L-1·s-1
【解析】选B。对比实验1、2、3中的数据可知,c(H2O2)不变时,v与c(HI)成
正比;对比实验1、4、5中的数据可知,c(HI)不变时,v与c(H2O2)成正比;故v
与c(HI)·c(H2O2)的值成正比。当c(HI)=0.500
mol·L-1,
c(H2O2)=0.400
mol·L-1时,c(HI)·c(H2O2)=0.200
mol2·L-2,是实验1中
c(HI)·c(H2O2)的20倍,则反应速率是实验1中v的20倍,即所求反应速率为
0.007
60
mol·L-1·s-1×20=0.152
mol·L-1·s-1。
2.在一密闭容器中充入一定量的N2和O2,在电火花作用下发生反应N2+O2====2NO,经测定前3
s用N2表示的反应速率为0.1
mol·L-1·s-1,则6
s末NO的浓度为( )
A.1.2
mol·L-1
B.大于1.2
mol·L-1
C.小于1.2
mol·L-1
D.不能确定
【解析】选C。随反应进行N2浓度降低,反应速率降低,故3～6
s内N2的速率小于0.1
mol·L-1·s-1,即6
s内N2的速率小于0.1
mol·L-1·s-1,速率之比等于化学计量数之比,故v(NO)小于2×0.1
mol·L-1·s-1=0.2
mol·L-1·s-1,故6
s末NO的浓度小于6
s×0.2
mol·L-1·s-1=1.2
mol·L-1。
5.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5
min后,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。
求:(1)此时A的浓度c(A)=________mol·L-1,反应开始前容器中的A的物质的量:n(A)=________mol。?
(2)前5
min内用B表示的平均反应速率v(B)=____________mol·L-1·min-1。?
(3)化学反应方程式中x的值为________。?
【解析】C的平均反应速率为0.1
mol·L-1·min-1,则5
min后,C的浓度为
0.5
mol·L-1。所以根据反应速率之比是相应的化学计量数之比可知,x=2。
3A(g)
+
B(g)
2C(g)+2D(g)
起始浓度/(mol·L-1)
a
a
0
0
转化浓度/(mol·L-1)
0.75
0.25
0.5
0.5
5
min浓度/(mol·L-1)
a-0.75
a-0.25
0.5
0.5
由于c(A)∶c(B)=3∶5
所以(a-0.75)∶(a-0.25)=3∶5,解得a=1.5
此时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
mol;
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。
答案:(1)0.75 3 (2)0.05 (3)2
【素养新思维】
6.(2020·成都高二检测)某实验小组用硫酸酸化的高锰酸钾溶液与草酸溶液反应测定单位时间内生成CO2的量来探究影响反应速率的因素。设计实验方案如表:
实验序号
A溶液
B溶液
①
20
mL
0.1
mol·L-1
H2C2O4溶液
30
mL
0.02
mol·L-1
酸性KMnO4溶液
②
20
mL
0.2
mol·L-1
H2C2O4溶液
30
mL
0.02
mol·L-1
酸性KMnO4溶液
(1)图1装置中盛放A溶液的仪器名称是__________,检验如图1装置气密性的方法为__________。?
(2)硫酸酸化的高锰酸钾溶液与草酸溶液反应的化学反应方程式为_______。?
(3)此实验探究的是__________因素对化学反应速率的影响,若实验②在40
s末
收集了22.4
mL
CO2(标准状况下),则在40
s内,v(Mn
)=__________(忽略溶液
混合前后体积的变化)。?
(4)小组同学将图1的气体收集装置改为图2,实验完毕冷却后,读数时发现量气
管液面高于干燥管液面,为得到准确数据,采取的操作是________。?
(5)除了通过测定单位时间内生成CO2的体积来比较反应速率,本实验还可以通
过测定________来比较化学反应速率。?
【解析】(1)图1装置中盛放A溶液的仪器名称是分液漏斗,检查装置气密性的方法是先关闭分液漏斗的活塞,再轻轻向外拉(或向内压)注射器的活塞,松手后活塞恢复原位,表明气密性良好(合理即可);
(2)KMnO4和H2C2O4发生氧化还原反应生成锰离子、二氧化碳、水,KMnO4中锰降低了5价,1个H2C2O4分子中有2个+3价的C,所以升高1×2=2价,根据化合价升降总数相等可以确定KMnO4和H2C2O4比例关系为2∶5,根据元素守恒配平方程式:2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4====K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O。
(3)对比①②实验可探究浓度对化学反应速率的影响,②中A溶液的浓度比①中
大,CO2的物质的量是
=10-3
mol,设40
s末参加反应的Mn
的物质
的量为x,
2Mn
+5H2C2O4+6H+====2Mn2++10CO2↑+8H2O
2
mol
10
mol
x
0.001
mol,
解得
x=0.000
2
mol,则
Mn
浓度的改变量为
=4×10-3
mol·L-1,
v(Mn
)=
=1×10-4
mol·L-1·s-1;
(4)小组同学将图1的气体收集装置改为图2,实验完毕冷却后,读数时发现量气管液面高于干燥管液面,为得到准确数据,应该调节量气管高度使两液面相平;
(5)除了通过测定单位时间内生成CO2的体积来比较反应速率,本实验还可以通过测定收集相同体积气体所需要的时间或KMnO4溶液完全褪色所需时间来比较化学反应速率。
答案:(1)分液漏斗 先关闭分液漏斗的活塞,再轻轻向外拉(或向内压)注射器的活塞,松手后活塞恢复原位,表明气密性良好
(2)2KMnO4+3H2SO4+5H2C2O4====K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O
(3)浓度 1×10-4
mol·L-1·s-1
(4)调节量气管高度使两液面相平 (5)收集相同体积气体所需要的时间或KMnO4溶液完全褪色所需时间
五 化学反应速率
(30分钟 50分)
课时素养评价
【基础达标】
一、选择题(本题包括3小题,每小题6分,共18分)
1.某温度下,在一个容积为1
L的密闭容器中进行以下化学反应:A(g)====
B(g)+C(g),其中反应物A的物质的量在5
s内从2.0
mol减少到1.0
mol。在这段时间内,用A的浓度变化表示的平均反应速率为( )
A.1
mol·L-1
B.0.2
mol·L-1·s-1
C.1
mol·L-1·s-1
D.0.1
mol·L-1
【解析】选B。A的浓度5
s内从2.0
mol·L-1变为1.0
mol·L-1,则
Δc=1.0
mol·L-1,反应速率v=
=0.2
mol·L-1·s-1。
【加固训练】
在2
L的密闭容器中,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秒钟A的平均反应速率为0.12
mol·L-1·s-1,则10秒钟
时,容器中B的物质的量是( )
A.1.6
mol
B.2.8
mol
C.2.4
mol
D.1.2
mol
【解析】选B。根据速率之比等于化学计量数之比,v(B)=0.5v(A)=0.5×0.12
mol·L-1·s-1=0.06
mol·L-1·s-1,Δc(B)=0.06
mol·L-1·s-1×10
s=0.6
mol·L-1,则Δn(B)=0.6
mol·L-1×2
L=1.2
mol,故10秒钟时容器中B的物质的量为4
mol-1.2
mol=2.8
mol。
2.(2020·菏泽高二检测)已知某条件下,合成氨反应的数据如下:
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
当用氨气浓度的增加来表示该反应的速率时,下列说法中错误的是( )
A.2
s末氨气的反应速率为0.4
mol·L-1·s-1
B.前2
s时间内氨气的平均反应速率为0.4
mol·L-1·s-1
C.前4
s时间内氨气的平均反应速率为0.3
mol·L-1·s-1
D.2～4
s时间内氨气的平均反应速率为0.2
mol·L-1·s-1
【解析】选A。反应速率不是瞬时速率,要计算反应速率,关键要抓住Δt时间段对应的Δc的量。
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.反应从开始到10
s时,用Z表示的反应速率为0.158
mol·L-1·s-1
B.反应从开始到10
s时,X的物质的量浓度减少了0.79
mol·L-1
C.反应从开始到10
s时,Y的转化率为79%
D.反应的化学方程式为X(g)+Y(g)
Z(g)
【解析】选C。反应从开始到10
s时,X减少1.20
mol-0.41
mol=0.79
mol,Y减
少1.00
mol-0.21
mol=0.79
mol,Z增加1.58
mol,所以X、Y、Z的反应方程式为X(g)+Y(g)
2Z(g),D错;用Z表示的反应速率应为
=0.079
mol·L-1
·s-1,A错;X的物质的量浓度减少
=0.395
mol·L-1,B错。
【加固训练】
2
mol
A与2
mol
B混合于2
L的密闭容器中,发生如下反应:2A(g)+3B(g)
2C(g)+zD(g),若2
s后,A的转化率为50%,测得v(D)=0.25
mol·L-1·s-1,下列推
断正确的是( )
A.v(C)=v(D)=0.2
mol·L-1·s-1
B.z=3
C.B的转化率为75%
D.反应前与2
s后容器的压强比为4∶3
【解析】选C。A的起始量为2
mol,转化50%即转化1
mol,根据反应关系知B转化
1.5
mol,C生成1
mol,又因为v(D)=0.25
mol·L-1·s-1,可计算出2
s时D的生成
量为0.25
mol·L-1·s-1×2
L×2
s=1
mol,故知z=2,B错;v(C)=v(D)=v(A)=0.25
mol·L-1·s-1,故A错;B的转化率为
×100%=75%,C正确;反应达2
s时,容器内
总物质的量为n(A)+n(B)+n(C)+n(D)=1
mol+0.5
mol+1
mol+1
mol=3.5
mol。
故反应前后的容器中气体总物质的量之比为4∶3.5,压强比为4∶3.5,D错。
二、非选择题(本题包括1小题,共10分)
4.(1)在容积为1.00
L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g)
2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。反应图象如图1所示:
在0～60
s内,反应速率v(N2O4)为________mol·L-1·s-1。
(2)工业上常用如下反应消除氮氧化物的污染:
CH4(g)+2NO2(g)
N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
在温度为T1和T2时,分别将0.40
mol
CH4和1.0
mol
NO2充入体积为1
L的密闭容器中,n(CH4)随反应时间的变化如图2所示。
温度为T1时,0～10
min内NO2的平均反应速率v(NO2)=__________________。
【解析】(1)由题图可知,0～60
s时段,N2O4的物质的量浓度变化为0.060
mol
·L-1,v(N2O4)=
=0.001
0
mol·L-1·s-1。(2)前10
min,消耗甲烷
的物质的量为(0.4-0.3)mol=0.1
mol,即消耗NO2的物质的量为2×0.1
mol=
0.2
mol,根据化学反应速率的表达式:v(NO2)=
=0.02
mol·L-1·min-1。
答案:(1)0.001
0 (2)0.02
mol·L-1·min-1
【能力提升】
一、选择题(本题包括1小题,共8分)
5.(2020·张掖高二检测)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的体积己折算为标准状况下的体积)。下列分析正确的是( )
A.EF段,用盐酸表示该反应的平均反应速率为
0.4
mol·L-1·min
-1
B.OE段表示的平均速率最快
C.F点收集到的
CO2
的量最多
D.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
2∶6∶7
【解析】选A。EF段产生的CO2共0.02
mol,由于反应中n(HCl)∶n(CO2)=2∶1,所以该段消耗n(HCl)=0.04
mol,时间1
min,所以用盐酸表示的EF段平均化学速率是0.4
mol·L-1·min-1,A正确;单位时间内生成的生成物多或消耗的反应物多,则速率快。由于横坐标都是1个单位,EF段产生的CO2多,所以该段反应速率最快,不是OE段,B错误;收集的CO2是看总量,F点只有672
mL,应该是G点的体积最大,C错误;由于时间都是1
min,所以三段的速率之比就等于产生CO2的体积之比,即224∶(672-224)∶(784-672)=2∶4∶1,D错误。
【加固训练】
1.一定温度下,10
mL
0.40
mol·L-1
H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)如表。
t/min
0
2
4
6
8
10
V(O2)/mL
0.0
9.9
17.2
22.4
26.5
29.9
下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)( )
A.0～6
min的平均反应速率:v(H2O2)≈3.3×10-2
mol·L-1·min-1
B.6～10
min的平均反应速率:v(H2O2)<3.3×10-2
mol·L-1·min-1
C.反应至6
min时,c(H2O2)=0.30
mol·L-1
D.反应至6
min时,H2O2分解了50%
【解析】选C。A项,0～6
min时间内,生成氧气的物质的量为
=0.001(mol);由2H2O2
2H2O+O2↑,消耗n(H2O2)=0.002
mol,
Δc(H2O2)=0.002
mol÷0.01
L=0.2
mol·L-1,所以v(H2O2)=0.2
mol·L-1÷6min
≈3.3×10-2
mol·L-1·min-1,正确;B项,随着反应的进行,H2O2的浓度逐渐减小,
反应速率减慢,正确;C项,6
min时,c(H2O2)=0.40
mol·L-1-Δc(H2O2)=0.2
mol·L-1,错误;D项,6
min时,H2O2分解率为
×100%=50%,正确。
2.(2020·黄冈高二检测)在容积固定的4
L密闭容器中,进行可逆反应X(g)+
2Y(g)
2Z(g)并达到平衡,在此过程中,以Y的浓度改变表示的反应速率
v(正)、v(逆)与时间t的关系如图。则图中阴影部分的面积表示( )
A.X的浓度的减少 B.Y的物质的量的减少
C.Z的浓度的增加
D.X的物质的量的减少
【解析】选C。可类比物理学科中匀速直线运动图象中的面积表示物体运动的位移,图中阴影部分表示Y物质在反应过程中浓度的减少量。而Y与Z化学计量数相同,故Y与Z的浓度变化值应相同。
3.将2
mol
X和2
mol
Y充入2
L密闭容器中发生如下反应:X(g)+3Y(g)
2Z(g)+aQ(g),2
min时生成0.8
mol
Z,测得Q的浓度为0.4
mol·L-1,下列叙述
错误的是( )
A.a的值为2
B.2
min时X的浓度为0.2
mol·L-1
C.Y的转化率为60%
D.反应速率v(Y)=0.3
mol·L-1·min-1
【解析】选B。根据题意:
X(g)+3Y(g)
2Z(g)+aQ(g)
始态/(mol·L-1)
1
1
0
0
反应的量/(mol·L-1)
0.2
0.6
0.4
0.4
终态/(mol·L-1)
0.8
0.4
0.4
0.4
A项,2∶a=0.4∶0.4,a=2;B项,c(X)=0.8
mol·L-1;C项,α(Y)=
×100%=60%;
D项,v(Y)=
=0.3
mol·L-1·min-1。
二、非选择题(本题包括1小题,共14分)
6.FeS2是黄铁矿的主要成分,有反磁性。已知反应4FeS2+11O2
2Fe2O3+
8SO2。
(1)常选用哪些物质来表示该反应的化学反应速率?
提示:SO2或O2。一般不用固体和纯液体来表示反应速率,所以可用O2和SO2来表示该反应的反应速率。
高温
====
(2)当生成SO2的速率为0.64
mol·L-1·s-1时,则氧气减少的速率为多少?
提示:0.88
mol·L-1·s-1。由化学反应速率之比等于化学计量数之比得氧气减少的速率为0.64
mol·L-1·s-1×
=0.88
mol·L-1·s-1。
(3)若测得4
s后O2的浓度为2.8
mol·L-1,此时间内SO2表示的速率为0.4
mol·L-1·s-1,则开始时氧气的浓度为多少?
提示:5
mol·L-1。此时间内SO2表示的速率为0.4
mol·L-1·s-1,则氧气表示的速率为0.4
mol·L-1·s-1×
=0.55
mol·L-1·s-1,所以氧气变化浓度为0.55
mol·L-1·s-1×4
s=2.2
mol·L-1,则开始时氧气的浓度为2.8
mol·L-1+2.2
mol·L-1=5
mol·L-1。
【加固训练】
向2
L密闭容器中通入a
mol气体A和b
mol气体B,在一定条件下发生反应:xA(g)+yB(g)
pC(g)+qD(g)。已知:平均反应速率v(C)=
v(A),反应
2
min时,A的浓度减少了
,B的物质的量减少了
mol,有a
mol
D生成。回
答下列问题:
(1)反应2
min内,v(A)=________,v(B)=__。?
(2)化学方程式中,x=________、y=________、?
p=________、q=________。?
(3)反应平衡时,D为2a
mol,则B的转化率为________。
【解析】(1)由题意可知:Δc(A)=
=
mol·L-1,不同物质表示的反应
速率和方程式中对应物质的v(A)=
mol·L-1·min-1,由Δn(B)=
mol,得v(B)=
mol·L-1·min-1。
(2)根据化学反应速率之比又等于Δn之比,可得:
x∶y∶q=
∶a=2∶3∶6,又由于v(C)=
v(A),所以有x∶y∶p∶q=2∶3∶1∶6。
(3)平衡时,D为2a
mol,根据反应:2A(g)+3B(g)
C(g)+6D(g)可知消耗
n(B)=a
mol,所以B的转化率=
×100%。
答案:(1)
mol·L-1·min-1
mol·L-1·min-1
(2)2 3 1 6
(3)
×100%(共76张PPT)
第四节 化学反应进行的方向
必备知识·自主学习
一、自发过程与自发反应
1.自发过程
2.自发反应
在给定条件下,可以_____地进行到显著程度的化学反应。
自发
【自主探索】
下列现象的发生,哪些是自发过程?
(1)水由高处往低处流
(2)室温下,水自动结成冰
(3)生锈的铁变光亮
提示:(1)是自发过程。水由高处向低处流,不受外力影响而自然产生的,属于
自发过程;(2)(3)需借助外力,故为非自发过程。
二、化学反应进行的方向的判据
1.焓判据
(1)分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系:
①2Na(s)+2H2O(l)====2NaOH(aq)+H2(g),该反应是___热反应,ΔH__0,常温下
___自发进行。
②4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)====4Fe(OH)3(s),在常温下能自发进行,该反应
的ΔH__0。
放
<
<
能
(2)应用。
由焓判据可知:_____反应具有自发进行的倾向。
(3)局限性。
例如,2N2O5(g)====4NO2(g)+O2(g) ΔH>0,即有些_____反应也可自发进行。
放热
吸热
2.化学反应进行的方向与熵变的关系
(1)熵
①体系倾向 (密闭容器):
②含义:科学家用___(符号为__)来量度这种混乱(或无序)的程度。
③特点:同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)__S(l)__S(s)。
熵
S
>
>
(2)熵增原理
在与外界隔离的体系中,自发过程将导致体系的熵_____,即熵变(符号ΔS)_____
零。
(3)熵判据
体系有自发地向混乱度_____(即_____)的方向转变的倾向,因此可用熵变来判
断反应进行的方向。
(4)局限性
例如,-10
℃的液态水会自动结冰成固态,即有些_____的反应也可自发进行。
大于
增加
熵增
熵减
增大
3.复合判据
在温度、压强一定的条件下,自发反应总是向ΔG=ΔH-TΔS__0的方向进行,直
到反应达到平衡状态。
(1)ΔH-TΔS__0,反应能自发进行
(2)ΔH-TΔS__0,反应达到平衡状态
(3)ΔH-TΔS__0,反应不能自发进行
<
<
=
>
【自主探索】
判断下列说法是否正确,正确的打√,错误的打×。
(1)自发反应是自发过程的一种,自发过程不用借助外力就能自发进行。( )
提示:√。自发过程包括化学变化和物理变化。
(2)反应进行的方向与ΔH、ΔS有关。( )
提示:√。化学反应进行的方向由焓判据和熵判据共同决定。
(3)ΔH>0,ΔS>0的反应在任何条件下均自发进行。( )
提示:×。ΔH<0,ΔS>0的反应在任何条件下均自发进行
(4)NH4Cl(s)====NH3(g)+HCl(g)的ΔS>0。( )
提示:√。气体分子数增加的反应ΔS>0。
关键能力·合作学习
知识点 化学反应进行的方向与自由能变化的关系?
1.用焓变和熵变的复合判据判断反应的方向
(1)由焓判据知放热反应是易自发的;由熵判据知熵值增加是易自发的。很多情
况下用不同的判据判定同一个反应,可能会出现相反的判断结果。
(2)体系的自由能变化(符号为ΔG,单位为kJ·mol-1)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。
(3)在温度、压强一定的条件下,自发反应总是向ΔG=ΔH-TΔS<0的方向进行,
直到反应达到平衡状态。
2.对反应进行方向的讨论
3.反应的自发性只能判断方向性,反应能否实现,还要看具体的反应条件。
类型
ΔH
ΔS
反应的自发性
1
<0
>0
ΔG<0,反应一定能自发进行。
2
>0
<0
ΔG>0,反应一定不能自发进行。
3
<0
<0
反应能否自发进行与温度有关,一般低温时焓变影响为主,故低温自发。
4
>0
>0
反应能否自发进行与温度有关,一般高温时熵变影响为主,故较高温度自发。
【规律方法】常见熵增过程或反应
(1)常见的熵增过程:固体的溶解,气体的扩散,水的汽化过程等。
(2)常见的熵增加的反应:产生气体的反应,气体物质的量增大的反应。
【合作探究】
有A、B、C、D四个反应,其焓变和熵变如下表所示。
(1)在任何温度都能自发进行的反应是________;任何温度下都不能自发进行
的反应是________。?
(2)高温才可以自发进行的反应是________;低温有利于自发进行的反应是
________.
反应
A
B
C
D
ΔH/kJ·mol-1
10.5
1.80
-126
-11.7
ΔS/J·mol-1·K-1
30.0
-113.0
84.0
-105.0
【解析】C反应ΔH<0,ΔS>0,任何温度均自发;B反应ΔH>0,ΔS<0,任何温度不自发;A反应ΔH>0,ΔS>0高温有利于自发反应进行;D反应ΔH<0,ΔS<0低温有利于自发进行。
答案:(1)C B (2)A D
【典例示范】
【典例】回答下列问题:
(1)用钌的配合物作催化剂,一定条件下可直接光催化分解CO2,发生反应:
2CO2(g)====2CO(g)+O2(g),该反应的ΔH________(填“>”“<”或“=”)0,
ΔS________(填“>”“<”或“=”)0,在低温下,该反应________(填“能”或
“不能”)自发进行。?
(2)超音速飞机在平流层飞行时,尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究
利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2,化学方程式为2NO+2CO
2CO2+N2。反应在常温下能够自发进行,则反应的ΔH________(填“>”“<”或
“=”)0。?
(3)已知CaSO4(s)+CO(g)
CaO(s)+SO2(g)+CO2(g) ΔH=+218
kJ·mol-1,该反
应能够自发进行的反应条件是__________。?
(4)某吸热反应能自发进行,则该反应的ΔS________(填“>”或“<”)0。?
【解题指南】解答本题注意以下两个方面:
(1)准确判断ΔH、ΔS的大小,利用公式ΔG=ΔH-TΔS是否小于0判断反应能否自发进行。
(2)注意单位的统一。
【解析】(1)该反应为吸热反应,化学反应后气体的化学计量数之和增加,所以
ΔH>0,ΔS>0,故ΔG=ΔH-TΔS<0,低温下反应不能自发进行。
(2)因为ΔS<0,且ΔG=ΔH-TΔS<0,故ΔH<0。
(3)自发反应的条件是ΔH-TΔS<0,即ΔH
kJ·mol-1,ΔS>0,故
T>
,即T值较大,该反应应在高温下进行。
(4)吸热反应能自发进行,即ΔH>0,ΔH-TΔS<0,又知T>0,故ΔS>0。
答案:(1)> > 不能 (2)< (3)高温 (4)>
【方法规律】从坐标系的角度理解复合判据判断反应方向
【素养训练】
1.(2020·长春高二检测)已知下列过程都能自发进行,其中不能用焓判据解释的是( )
A.2Na(s)+Cl2(g)====2NaCl(s) ΔH<0
B.C3H8(g)+5O2(g)====3CO2(g)+4H2O(l) ΔH<0
C.2NH4Cl(s)+Ca(OH)2(s)====2NH3(g)+CaCl2(s)+2H2O(l) ΔH>0
D.2Mg(s)+O2(g)====2MgO(s) ΔH<0
【解析】选C。ΔH<0时有利于反应自发进行,而2NH4Cl(s)+Ca(OH)2(s)====
2NH3(g)+CaCl2(s)+2H2O(l)的ΔH>0,故不能用焓判据解释。
2.金属锡的冶炼常用焦炭作还原剂:SnO2(s)+2C(s)====Sn(s)+2CO(g),反应过
程中能量的变化如图所示。下列有关该反应的ΔH、ΔS的说法中正确的是
( )
A.ΔH<0,ΔS<0 B.ΔH>0,ΔS<0
C.ΔH<0,ΔS>0
D.ΔH>0,ΔS>0
【解析】选D。SnO2(s)+2C(s)====Sn(s)+2CO(g),该反应生成物气体化学计量数大,混乱度大,所以是熵增加的反应,故ΔS>0;从图中可知,反应物能量低,生成物能量高,该反应是吸热反应,故ΔH>0。
【加固训练】
(2020·宜春高二检测)下列有关说法不正确的是( )
A.Na与H2O的反应是熵增的放热反应,该反应能自发进行
B.某吸热反应能自发进行,因此该反应一定是熵增反应
C.通常情况下,一个放热且熵增的反应也有可能非自发进行
D.反应NH3(g)+HCl(g)====NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的ΔH<0
【解析】选C。根据ΔG=ΔH-TΔS可知,当反应是熵增放热的反应时,一定满足
ΔH-TΔS<0,反应一定是自发进行的,A正确;吸热反应可以自发进行,ΔH>0,若
满足ΔH-TΔS<0,必须是熵增的反应,B正确;根据ΔG=ΔH-TΔS可知,当反应是
熵增放热的反应时,一定满足ΔH-TΔS<0,反应一定不可能为非自发进行,C不
正确;反应NH3(g)+HCl(g)====NH4Cl(s)为熵减的反应,若在室温下可自发进行,
根据ΔG=ΔH-TΔS,必须ΔH-TΔS<0,而ΔS<0,则一定得ΔH<0,才有可能ΔG<0,
D正确。
3.(2020·衡水高二检测)(1)判断下列反应熵值的变化,在每小题后面的横线
上填上“增加”“减少”或“无明显变化”。
①2H2(g)+O2(g)
2H2O(l)________。?
②H2(g)+Cl2(g)
2HCl(g)________。?
③(NH4)2CO3(s)====NH4HCO3(s)+NH3(g)________。?
④Cu(s)+Cl2(g)
CuCl2(s)________。?
⑤将少量KNO3晶体溶于水中________。?
(2)已知下列数据:CaO(s)+SO3(g)====CaSO4(s)
ΔH=-401.9
kJ·mol-1
用CaO(s)吸收高炉废气中的SO3气体________(填“能”或“否”)防止SO3污染
环境。?
CaSO4(s)
CaO(s)
SO3(g)
S/J·mol-1·K-1
107.0
39.75
256.65
【解析】(1)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减少,
②无明显变化,③增加,④减少;⑤KNO3溶于水时KNO3====K++N
,自由移动离
子数目增多,因此熵值变大。
(2)根据已知数据求得ΔS=107.0
J·mol-1·K-1-39.75
J·mol-1·K-1-256.65
J
·mol-1·K-1=-189.4
J·mol-1·K-1,ΔH-TΔS=-401.9
kJ·mol-1-298
K×
(-189.4×10-3
kJ·mol-1·K-1)≈-345.46
kJ·mol-1,所以该反应在常温下能
自发进行。令ΔH-TΔS=0,可求得T≈2
122
K,即反应的转折温度较高,因此用
CaO(s)吸收高炉废气中的SO3气体以防止SO3污染环境是可行的。
答案:(1)①减少 ②无明显变化 ③增加 ④减少 ⑤增加 (2)能
【加固训练】
清晨我在广场放飞白鸽,祝福祖国生日,白鸽展翅翱翔,自由地在蔚蓝天空下飞
翔。
白鸽的放飞是混乱度增加的过程。判断下列各变化过程是熵增加还是熵减小?
(1)NH4NO3爆炸:2NH4NO3(s)
2N2(g)+4H2O(g)+O2(g)
提示:增加。NH4NO3的爆炸反应是气态物质的物质的量增大的化学反应:
(2+4+1)-0>0,因此该过程是熵增加的过程。
(2)水煤气转化:CO(g)+H2O(g)====CO2(g)+H2(g)。
提示:熵变很小。水煤气转化反应,气态物质的物质的量在反应前后未发生变
化:(1+1)-(1+1)=0,估计该过程的熵变很小。
(3)臭氧的生成:3O2(g)====2O3(g)。
提示:减小。生成臭氧后,气态物质的物质的量减小:2-3<0,因此该过程是熵减
小的过程。
【课堂小结】
【三言两语话重点】
1.“1”个公式:ΔG=ΔH-TΔS。
2.“2”个判据:熵判据;焓判据。
3.“3”个对比:
反应速率
反应限度
反应方向
活化能
平衡常数
ΔG
1.(2020·邯郸高二检测)知道了某过程有自发性之后,则下列说
法正确的是( )
A.可判断过程的方向
B.可确定过程是否一定会发生
C.可预测过程发生完成的快慢
D.可判断过程的热效应
【解析】选A。判断某反应是否自发,只是判断反应的方向,与反应是否一定会
发生、反应的快慢、反应的热效应无关。
课堂检测·素养达标
2.(2020·阜新高二检测)在一定条件下,对于反应mA(g)+nB(g)
cC(g)+
dD(g),C物质的浓度(C%)与温度、压强的关系如图所示,下列判断正确的是
( )
A.ΔH<0 ΔS>0
B.ΔH>0 ΔS<0
C.ΔH>0 ΔS>0
D.ΔH<0 ΔS<0
【解析】选A。当T不变时,压强越大,C%越低,说明加压平衡左移,则m+n0;温度越高,C%越低,说明升温,平衡左移,逆反应为吸热反应,则正反应为放热反应,ΔH<0。
3.灰锡结构松散,不能用于制造器皿,而白锡结构坚固,可以制造器皿。现把白
锡制成的器皿放在0
℃、100
kPa的室内存放,它会不会变成灰锡而不能再继
续使用(已知在0
℃、100
kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别
为ΔH=-2
180.9
J·mol-1,ΔS=-6.61
J·mol-1·K-1)( )
A.会变
B.不会变
C.不能确定
D.升高温度才会变
【解析】选A。在等温、等压条件下,自发反应总是向着ΔH-TΔS<0的方向进行,直至达到平衡状态。因此,在0
℃、100
kPa条件下,白锡会不会变为灰锡的问题就转化为求算反应白锡→灰锡的ΔH-TΔS值的问题。ΔH-TΔS=-2
180.9
J
·mol-1-273
K×(-6.61
J·mol-1·K-1)=-376.37
J·mol-1<0,因此在该条件下白锡会变为灰锡。
4.下列对化学反应预测正确的是( )
【解析】选B。根据复合判据:ΔG=ΔH-TΔS,M(s)====X(g)+Y(s),固体分解生
成气体,为熵增反应,ΔH>0时,在高温下,能自发进行,A错误;W(s)+xG(g)====
2Q(g) ΔH<0,能自发进行,若熵增,任何温度下都能自发进行,若熵减,在低温
条件下能自发进行,所以,G的计量数不确定,x等于1、2或3时,都符合题意,B正
确;4X(g)+5Y(g)====4W(g)+6G(g)是熵增反应,当ΔH>0时,在高温下可能自发
进行,C错误;4M(s)+N(g)+2W(l)====4Q(s)为熵减反应,常温下能自发进行,说明
该反应一定是放热反应,D错误。
5.在化学反应A(g)+B(g)
2C(g)+D(g)
ΔH=Q
kJ·mol-1过程中的能量变化如图所示,回答下列问题。
(1)Q________0
(填“>”“<”或“=”)。?
(2)熵变ΔS________0(填“>”“<”或“=”)。?
(3)该反应________自发进行(填“能”或“不能”)。?
(4)升高温度平衡常数K________(填“增大”“减小”或“不变”),平衡向
________方向移动。?
【解析】(1)据图象可知,该反应是放热反应,故Q<0。(2)据反应特点可知,该
反应是熵增大的反应;(3)据(1)(2)可知该反应能自发进行;(4)反应放热,升高
温度,平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小。
答案:(1)< (2)> (3)能 (4)减小 逆反应
【素养新思维】
6.(2020·昆明高二检测)向锥形瓶中加入约20
g
NH4Cl晶体,在一小木块上洒少
量水,将锥形瓶放在木头上,再向其中加入约40
g
Ba(OH)2·8H2O,如图所示。用
玻璃棒将固体充分混合均匀,静置。
回答下列各问题:
(1)拿起木块时发现_________________________________________________,?
证明该反应的ΔH________0(填“>”或“<”)。?
(2)写出反应的化学方程式:__________________________________________,?
该反应中有________生成,可证明ΔS________0(填“>”或“<”)。?
(3)下列变化过程与该实验中的焓变和熵变与0的大小关系均相同的是_______.
A.NH4NO3溶于水
B.CaCO3的分解反应
C.NaOH溶于水
D.甲烷的燃烧
【解析】(1)由图可知,木块与锥形瓶粘在一起,说明该反应吸热,使水凝结成冰,
把木板和锥形瓶粘在了一起。(2)该反应中有氨气生成,是个熵增的反应。
(3)该反应为ΔH>0,ΔS>0的反应,A、B两项符合,C、D两项ΔH<0。
答案:(1)锥形瓶“粘”在木块上 >
(2)2NH4Cl+Ba(OH)2·8H2O====BaCl2+2NH3↑+10H2O 气体 > (3)AB
课时素养评价
十 化学反应进行的方向
(30分钟 50分)
【基础达标】
一、选择题(本题包括4小题,每小题5分,共20分)
1.(2020·贵州高二检测)对于反应4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)====4Fe(OH)3(s)
ΔH=-444.3
kJ·mol-1,且熵减小,在常温常压下该反应能自发进行,对反应的方
向起决定性作用的是( )
A.焓变 B.温度 C.压强 D.熵变
【解析】选A。反应4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)====4Fe(OH)3(s)
ΔH=-444.3
kJ·mol-1,从反应可以看出ΔH<0,ΔS<0,而反应能自发进行,
说明ΔH-TΔS<0,焓变对反应的方向起决定性作用。
2.(2020·株洲高二检测)分析下列反应在任何温度下均能自发进行的是( )
A.2N2(g)+O2(g)====2N2O(g)
ΔH=+163
kJ·mol-1
B.Ag(s)+
Cl2(g)====AgCl(s)
ΔH=-127
kJ·mol-1
C.H2O2(l)====
O2(g)+H2O(l)
ΔH=-98
kJ·mol-1
D.HgO(s)====Hg(l)+
O2(g)
ΔH=+91
kJ·mol-1
【解析】选C。在任何温度下均能自发进行的反应,应为放热反应(ΔH<0),同时为熵增的反应。该反应为吸热反应,A不符合题意;该反应虽为放热反应,但熵减小,B不符合题意;该反应放热,且生成物中有气体,熵增大,C符合题意;该反应为吸热反应,D不符合题意。
3.下列内容与结论相对应的是( )
【解析】选B。物质由气态变为液态,ΔS<0,A错误;NH4NO3溶于水是吸热的熵增加过程,正是因为ΔS>0,使过程可自发进行,B正确;ΔH>0,ΔS>0时,在高温下能自发进行,C错误;ΔH-TΔS<0,反应能自发进行。
4.反应CH3OH(l)+NH3(g)====CH3NH2(g)+H2O(g)在高温下能正向自发进行,若反应的|ΔH|=17
kJ·mol-1,|ΔH-TΔS|=17
kJ·mol-1,则下列说法正确的是( )
A.ΔH>0,ΔH-TΔS<0
B.ΔH<0,ΔH-TΔS>0
C.ΔH>0,ΔH-TΔS>0
D.ΔH<0,ΔH-TΔS<0
【解析】选A。反应CH3OH(l)+NH3(g)====CH3NH2(g)+H2O(g)的ΔS>0,在高温下能正向自发进行,则ΔH-TΔS<0,即ΔH-TΔS=-17
kJ·mol-1,故ΔH=+17
kJ·mol-1,即>0。
二、非选择题(本题包括1小题,共10分)
5.(2020·聊城高二检测)已知在100
kPa、298.15
K时石灰石发生分解反应:
CaCO3(s)====CaO(s)+CO2(g) ΔH=+178.3
kJ·mol-1,ΔS=160.4
J·mol-1·K-1。
(1)该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。?
(2)据本题反应数据分析,温度________(填“能”或“否”)成为反应方向的决定因素。?
(3)若温度能决定反应方向,则该反应自发进行的最低温度为________。
【解析】(1)ΔH-TΔS=178.3
kJ·mol-1-298.15
K×160.4×10-3
kJ·mol-1·K-1
≈130.5
kJ·mol-1>0,所以该反应不能自发进行。
(2)因为该反应ΔH>0、ΔS>0,所以根据ΔH-TΔS可知其在温度较高的时候,
ΔH-TΔS可能小于0。
(3)根据ΔH-TΔS<0时,反应可自发进行,则有:T>ΔH/ΔS≈1
111.6
K。
答案:(1)不能 (2)能 (3)1
111.6
K
【加固训练】
回答下列问题:
(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO,有人设想按下列反应除去CO:
2CO(g)====2C(s)+O2(g)。已知该反应的ΔH>0,简述该设想能否实现的依据:?_?。?
(2)下列反应中,在高温下不能自发进行的是________(填字母)。?
a.CO(g)====C(s)+
O2(g)
b.2N2O5(g)====4NO2(g)+O2(g)
c.(NH4)2CO3(s)====NH4HCO3(s)+NH3(g)
d.MgCO3(s)====MgO(s)+CO2(g)
(3)将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气。C(s)+H2O(g)
H2(g)+CO(g)
ΔH=+131.3
kJ·mol-1,ΔS=+133.7
J·mol-1·K-1,该反应在低温
下________(填“能”或“不能”)自发进行。?
高温
====
【解析】(1)该反应ΔH>0、ΔS<0,根据ΔG=ΔH-TΔS,ΔG>0,故不能实现该反
应。
(2)a、b、c、d的ΔH>0,b、c、d反应的ΔS>0,ΔH-TΔS<0时,反应才能自发进行。
a项ΔS<0,ΔH-TΔS>0,所以在高温时该反应不能自发进行。
(3)根据ΔG=ΔH-TΔS<0为自发反应知,现ΔH=+131.3
kJ·mol-1,
ΔS=+133.7
J·mol-1·K-1=+0.133
7
kJ·mol-1·K-1,解得在
T>
≈982.0
K时该反应能自发进行,
由此可知该反应在低温下不能自发进行。
答案:(1)该反应是ΔH>0、ΔS<0的反应,任何温度下均不能自发进行
(2)a (3)不能
【能力提升】
一、选择题(本题包括1小题,共8分)
6.下列说法正确的是( )
A.2NO(g)+2CO(g)====N2(g)+2CO2(g)在常温下能自发进行,则该反应的ΔH>0
B.反应NH3(g)+HCl(g)====NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的ΔH<0
C.CaCO3(s)====CaO(s)+CO2(g)室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH<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】选B。A项,该反应能自发进行,则ΔH-TΔS<0,即ΔH0、ΔS<0(气体化学计量数反应后减小),则ΔH<0,B项正确;C项,该反应室温下不能自发进行,则ΔH-TΔS>0,即ΔH>TΔS,又知T>0、ΔS>0(气体化学计量数反应后增大),则ΔH>0,C项不正确;D项,该反应不能自发进行,则ΔH-TΔS>0,即ΔH>TΔS,又知T>0、ΔS>0(气体化学计量数反应后增大),则ΔH>0,D项不正确。
【加固训练】
橡皮筋在拉伸和收缩状态时结构如图,在其拉伸过程中有放热现象,反之吸热。25
℃、101
kPa时,下列化学反应的焓变、熵变和自发性与橡皮筋从拉伸状态到收缩状态一致的是( )
A.Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl====BaCl2+2NH3↑+10H2O
B.2H2+O2====2H2O
C.CaCO3====CaO+CO2↑
D.2Na2O2+2H2O====4NaOH+O2↑
【解析】选A。橡皮筋在拉伸过程中有放热现象,即拉伸过程的焓变小于0,熵变小于0,且不自发,故与橡皮筋从拉伸状态到收缩状态一致的为吸热反应,熵变大于0,且自发。A项,为吸热反应,且熵变大于0,符合题意,正确;B项,氢气燃烧放热,故不符合题意,错误;C项,碳酸钙分解为吸热,熵变大于0,但是非自发,错误;D项,过氧化钠与水反应放热,故不符合题意,错误。
二、非选择题(本题包括1小题,共12分)
7.(2020·武汉高二检测)已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个裂解反应:
①CH4(g)→C(s)+2H2(g),
②2CH4(g)→C2H2(g)+3H2(g)。
某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度,在图书馆查到如下热力学数据:
①反应的ΔH(298
K)=+74.848
kJ·mol-1,ΔS(298
K)=+80.674
J·mol-1·K-1
②反应的ΔH(298
K)=+376.426
kJ·mol-1,
ΔS(298
K)=+220.211
J·mol-1·K-1
已知焓变和熵变随温度变化很小。请帮助这位同学考虑如下问题:
(1)反应①属于________(填“高温”或“低温”)自发反应。?
(2)判断反应①自发进行是由________(填“焓变”或“熵变”)决定的。?
(3)通过计算判断反应①在常温下能否自发进行?________。?
(4)求算制取炭黑的允许温度范围:_________。?
(5)为了提高甲烷的炭化程度,你认为下面四个温度中最合适的是________(填字母)。?
A.905.2
K
B.927
K
C.1
273
K
D.2
000
K
【解析】(1)由于用天然气制取炭黑的反应是一个吸热、熵增的反应,只有在高温下才会有ΔH-TΔS<0,反应正向自发进行,所以反应①在高温时能自发进行。
(2)因为反应①吸热,不利于反应的自发进行;而熵增有利于反应的自发进行,所以反应①能否自发进行由熵变决定。(3)ΔH-TΔS=74.848
kJ·mol-1-80.674×10-3
kJ·mol-1·K-1×298
K≈50.807
kJ·mol-1>0,所以反应①在常温下不能自发进行。
(4)天然气裂解为炭黑时,ΔH-TΔS=
74.848
kJ·mol-1-80.674×10-3
kJ·mol-1·K-1×T<0,得T>927.8
K,即天然气裂解为炭黑的最低温度为927.8
K。天然气裂解为乙炔时,
ΔH-TΔS=376.426
kJ·mol-1-220.211×10-3
kJ·mol-1·K-1×T<0,
得T>1709.4
K,即温度高于1
709.4
K时天然气会自发裂解为乙炔和氢气。所以要制取炭黑,温度需控制在927.8～1
709.4
K。(5)根据(4)中计算出的温度范围,可知C项符合题意。
答案:(1)高温 (2)熵变
(3)ΔH-TΔS=74.848
kJ·mol-1-80.674×10-3
kJ·mol-1·K-1×298
K≈
50.807
kJ·mol-1>0,所以反应①在常温下不能自发进行
(4)927.8～1
709.4
K (5)C
【加固训练】
某化学科研小组研究在其他条件不变时,改变某一条件对反应
[可用aA(g)+bB(g)
cC(g)表示]化学平衡的影响,得到如下图象(图中p表示
压强,T表示温度,n表示物质的量,α表示平衡转化率,φ表示体积分数):
分析图象,回答下列问题:
(1)在图象反应Ⅰ中,若p1>p2,则此正反应为?
(填“吸热”或“放热”)反应,也是一个气体分子数________(填“减少”或“增大”)的反应,由此判断,此反应自发进行,必须满足的条件是__。?
(2)在图象反应Ⅱ中,T1________T2(填“>”“<”或“=”),该正反应为________(填“吸热”或“放热”)反应。?
(3)在图象反应Ⅲ中,若T2>T1,则此正反应为________(填“吸热”或“放热”)反应。?
(4)在图象反应Ⅳ中,若T1>T2,则该反应能否自发进行?__________________。?
【解析】(1)反应Ⅰ中恒压下温度升高,α(A)减小,即升高温度平衡向左移动,则正反应为放热反应,ΔH<0;由p1>p2知恒定温度时压强越大,α(A)越大,即增大压强平衡向右移动,说明此反应为气体分子数减少的反应(a+b>c),即为熵减反应,ΔS<0。放热、熵减反应只能在低温下自发进行。
(2)反应Ⅱ中T2温度下反应先达到平衡状态,说明T2>T1;温度越高,平衡时C的物质的量越小,即升高温度平衡向左移动,则正反应为放热反应,ΔH<0。
(3)反应Ⅲ中同一温度下,增加B的物质的量,平衡向右移动,φ(C)增大;但当B的物质的量达到一定程度后,对C的稀释作用会大于平衡右移对C的影响,φ(C)又减小,出现如图所示的曲线。若T2>T1,温度越高φ(C)越小,即升高温度平衡向左移动,则正反应为放热反应,ΔH<0。
(4)反应Ⅳ中在恒温下压强变化对α(A)没有影响,说明压强变化不能影响平衡,此反应为气体分子数不变的反应(a+b=c),反应过程中熵变很小,ΔS≈0,若T1>T2,恒压下温度越高,α(A)越大,说明升高温度平衡向右移动,正反应为吸热反应,ΔH>0,则ΔH-TΔS>0,反应不能自发进行。
答案:(1)放热 减少 低温 (2)< 放热
(3)放热 (4)不能自发进行(共163张PPT)
第3课时 化学平衡常数
必备知识·自主学习
一、化学平衡常数
1.概念
在一定温度下,当一个可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度幂之积与反应物
浓度幂之积的_____是一个常数。这个常数就是该反应的化学平衡常数(简称
平衡常数,用K表示)。
2.表达式
对于一般的可逆反应,mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g),当在一定温度下达到平
衡时,K=
。
比值
3.影响因素
K只受_____影响,与反应物或生成物的_____变化无关。
4.意义:
一般来说,当K>___时,通常认为反应基本进行完全;当K<____时,认为该反应很
难进行。
温度
浓度
105
10-5
【自主探索】
对于可逆反应:N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)已达平衡,若保持其他条件不变,分别
增大压强、增大N2浓度,平衡如何移动?平衡常数K如何变化?
提示:增大压强,增大N2的浓度,平衡均正向移动,但平衡常数K不变。
二、化学平衡有关计算的基本关系
1.各物质的物质的量浓度变化之比=物质的量变化之比=___________之比。
2.反应物的转化率=______×100%=______×100%。
3.生成物的产率=
4.平衡时各组分的体积分数=该组分的物质的量分数=______×100%。
化学计量数
【自主探索】
(1)反应3Fe(s)+4H2O(g)
Fe3O4(s)+4H2(g)的平衡常数的表达式K=_______。
(2)N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)平衡常数为K1,
N2(g)+
H2(g)
NH3(g)的平衡
常数为K2,NH3(g)
N2(g)+
H2(g)的平衡常数为K3。
①K1和K2的关系式:K1=____;
②K2和K3的关系式:K2·K3=__;
③K1和K3的关系式:K1·
=__。
1
1
关键能力·合作学习
知识点一 化学平衡常数的应用与计算?
1.化学平衡常数的应用
(1)判断可逆反应进行程度的大小
(2)判断平衡移动方向
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Qc(浓度商)=
表示,利用Qc和K的定量关系
判断反应是否处于平衡状态或判断平衡移动的方向:
(3)判断反应的热效应
①
②
2.化学平衡常数及转化率计算的有关思路
(1)分析三个量:即起始量、变化量、平衡量。
(2)明确三个关系:
①对于反应物,起始量-变化量=平衡量。
②对于生成物,起始量+变化量=平衡量。
③各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
(3)掌握一种方法——“三段式法”:
对于反应:mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量(mol)分别为
a、b,达到平衡后,A的消耗量(mol)为mx,容器容积为V
L。
mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)
起始/mol
a
b
0
0
变化/mol
mx
nx
px
qx
平衡/mol
a-mx
b-nx
px
qx
建立等式求解:①c平(A)=
mol·L-1。
③α(A)=
×100%。
④φ(A)=
⑤
⑥ρ(混)=
⑦相对平均摩尔质量:
【知识拓展】Kp的计算技巧
(1)Kp含义:在化学平衡体系中,各气体物质的分压替代浓度,计算的平衡常数叫压强平衡常数。单位与表达式有关。
(2)计算技巧:
第一步,根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度;
第二步,计算各气体组分的物质的量分数或体积分数;
第三步,根据分压计算公式求出各气体物质的分压,某气体的分压=气体总压强
×该气体的体积分数(或物质的量分数);
第四步,根据平衡常数计算公式代入计算。如反应
aA(g)+bB(g)
cC(g)+dD(g),p(A)=
×p(总)
Kp=
【合作探究】
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。
(1)则此温度下,平衡常数值为多少?
提示:
0.25。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。
(2)若在此温度下,在10
L的密闭容器充入0.2
mol
HI气体,达到平衡时,HI的
转化率为多少?
提示:
80%
。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
平衡(mol·L-1)
0.02-2x
x
x
K′=
x=0.008,α(HI)
=
×100%=80%
【典例示范】
【典例】在830
K时,在密闭容器中发生下列可逆反应:
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g) ΔH<0。
试回答下列问题:
(1)若起始时c(CO)=2
mol·L-1,c(H2O)=3
mol·L-1,4
s后达到平衡,此时CO的转
化率为60%,则在该温度下,该反应的平衡常数K=________。用H2O表示的化学反
应速率为________。?
(2)在相同温度下,若起始时c(CO)=1
mol·L-1,c(H2O)=2
mol·L-1,反应进行一段时间后,测得H2的浓度为0.5
mol·L-1,则此时该反应是否达到平衡状态______(填“是”或“否”),此时v正________v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。?
(3)若降低温度,该反应的K值将________。?
【解题指南】解答本题需要注意三个关键:
(1)可利用“三段式”明确物质的关系。
(2)明确影响平衡常数的唯一因素是温度。
(3)利用Qc和K的定量关系判断平衡移动的方向。
【解析】(1) CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)
起始
浓度(mol·L-1)
2
3
0
0
变化
浓度(mol·L-1)
1.2
1.2
1.2
1.2
平衡
浓度(mol·L-1)
0.8
1.8
1.2
1.2
该反应的平衡常数K=
v(H2O)=
=0.3
mol·L-1·s-1。
(2)反应进行到某时刻时,c(H2)=c(CO2)=0.5
mol·L-1,c(CO)=0.5
mol·L-1,
c(H2O)=1.5
mol·L-1,Q=
态,向正反应方向进行。
(3)降低温度,平衡向正反应方向移动,K值增大。
答案:(1)1 0.3
mol·L-1·s-1 (2)否 大于 (3)增大
【方法规律】
(1)化学平衡常数计算——用好“三段式”;
(2)化学反应是否处于平衡状态的判断——用好Qc与K的大小关系;
(3)平衡常数的变化——记住一个影响因素:温度;运用一个规律分析:勒夏特列原理。
【母题追问】若依然在830
K时,起始浓度c(CO)=a
mol·L-1,c(H2O)=b
mol·
L-1,H2的平衡浓度c(H2)=c
mol·L-1。
①a、b、c之间的关系式是______________。?
②当a=b时,a=____________。?
提示:依然使用“三段式”法,运用第(1)问所得的K进行计算。
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)
起始浓度(mol·L-1) a
b
0
0
转化浓度(mol·L-1)
c
c
c
c
平衡浓度(mol·L-1)
a-c
b-c
c
c
则
=1。
当b=a时,代入上式,可得a=2c。
【素养训练】
(2020·洛阳高二检测)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)该反应为________(填“吸热”或“放热”)反应。?
(2)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________℃。?
(3)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-1,c(H2)为1.5
mol·L-1,c(CO)为1
mol·L-1,c(H2O)为3
mol·L-1,
则下一时刻,反应将________(填“正向”或“逆向”)进行,此时v正________
v逆(填“>”“<”或“=”)。?
【解析】(1)通过表中K和t的关系可知,温度越高,K值越大,反应正向进行的程
度越大,说明正向反应为吸热反应。(2)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
℃。(3)判断反应进行的方向时,可根据Qc
与K的大小关系判断,此时刻下Qc=
=1>0.9,
所以反应向逆反应方向进行,v正答案:(1)吸热 (2)830 (3)逆向 <
【加固训练】
1.某温度下2
L密闭容器中,3种气体起始状态和平衡状态时的物质的量(n)如下表所示。
X
Y
W
n(起始状态)/mol
2
1
0
n(平衡状态)/mol
1
0.5
1.5
下列说法正确的是( )
A.升高温度,若W的体积分数减小,则此反应ΔH>0
B.该温度下,此反应的平衡常数K=6.75
C.增大压强,正、逆反应速率均增大,平衡向正反应方向移动
D.该温度下,再向该容器中加入1.5
mol
W,达到新平衡时,c(X)=0.25
mol·L-1
【解析】选B。由表中数据可以知道Δn(X)=1
mol、Δn(Y)=0.5
mol、Δn(W)
=1.5
mol,物质的量变化量之比等于化学计量数之比,所以Δn(X)∶Δn(Y)∶
Δn(W)=1
mol∶0.5
mol∶1.5
mol=2∶1∶3,反应方程式为2X+Y
3W;升高
温度W的体积分数减小,平衡向逆反应方向移动,正反应为放热反应,即ΔH<0,
故A错误;反应方程式为2X+Y
3W,平衡常数K=
=6.75,故B
正确;该反应为反应前后气体的物质的量不变的反应,增大压强,正、逆反应速
率均增大相同的倍数,平衡不移动,故C错误;该温度下,再向该容器中加入
1.5
mol
W,设Y变化物质的量为m
2X + Y
3W
起始量(mol)
1
0.5
1.5+1.5=3
变化量(mol)
2m
m
3m
平衡量(mol)
1+2m
0.5+m
3-3m
根据W含量相同得到:
m=0.25;
则达到新平衡时c(X)=
=0.75
mol·L-1,故D错误。
2.(1)将E和F加入密闭容器中,在一定条件下发生反应:
E(g)+F(s)
2G(g),忽略固体体积,平衡时G的体积分数(%)如图所示:
则2.0
MPa
915
℃时E的转化率=________。?
(2)一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应:C(s)+CO2(g)
2CO(g),平衡时,体系中气体体积分数与温度的关系如图所示,已知该反
应的总压为p总:
已知:气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。则925
℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=______。则650
℃,反应达平衡后CO2的转化率为________。?
【解析】(1)设平衡时G的物质的量为75
mol,则E的物质的量为25
mol,由三段
式可得:
E(g)+F(s)
2G(g)
起始量/mol
n1
转化量/mol
37.5
75
平衡量/mol
25
75
则n1=62.5
mol
故α(E)=
×100%=60%。
(2)925
℃时,Kp=
通过计算Kp应等于23.04p总。根据图示可
知,在650
℃时,CO的体积分数为40%,根据反应方程式:C(s)+CO2(g)
2CO(g),
设开始加入1
mol
CO2,反应掉了x
mol
CO2,则有:
C(s)+ CO2(g)
2CO(g)
n(起始)/mol
1
0
n(转化)/mol
x
2x
n(平衡)/mol
(1-x)
2x
因此有
×100%=40%,解得x=0.25,则CO2的平衡转化率为
×100%
=25%。
答案:(1)60% (2)23.04p总 25%
知识点二 化学平衡图象解题策略?
1.速率-时间图象(v-t图象)
(1)常见类型
(2)解题原则:分清正反应、逆反应及二者的相对大小,分清“突变”和“渐变”;正确判断化学平衡的移动方向;熟记浓度、压强、温度、催化剂等对化学平衡移动的影响规律。
①v′(正)突变,v′(逆)渐变,且v′(正)>v′(逆),说明是增大了反应物的浓度,使v′(正)突变,且平衡正向移动。如类型Ⅰ。
②v′(正)、v′(逆)都是突然减小的,且v′(正)>v′(逆),说明平衡正向移动,该反应的正反应可能是放热反应或气体总体积增大的反应。如类型Ⅱ。
③v′(正)、v′(逆)都是突然增大的且增大程度相同,说明该化学平衡没有发生移动,可能是使用了催化剂,也可能是对反应前后气体总体积不发生变化的反应压缩体积(即增大压强)所致。如类型Ⅲ。
2.百分含量(或转化率)-时间-温度(或压强)图象
(1)常见类型
(2)解题原则——“先拐先平数值大”。
在化学平衡图象中,先出现拐点的反应则先达到平衡,先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图Ⅰ中T2>T1)、压强较大(如图Ⅱ中p2>p1)或使用了催化剂(如图Ⅲ中a使用了催化剂)。
类型1:表示T2>T1,正反应是放热反应,温度升高,平衡逆向移动。
类型2:表示p2>p1,A的转化率减小,说明正反应是气体总体积增大的反应,压强增大,平衡逆向移动。
类型3:生成物C的百分含量不变,说明平衡不发生移动,但反应速率a>b,故a使用了催化剂;也可能该反应是反应前后气体总体积不变的可逆反应,a增大了压强(压缩体积)。
3.百分含量(或转化率)-压强-温度图象
(1)图象类型
(2)解题原则——“定一议二”。
在化学平衡图象中,包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的三个变量,分析方法是
确定其中一个变量,讨论另外两个变量之间的关系。
①恒压线的应用:如上图Ⅰ中确定压强为105
Pa或107
Pa,则生成物C的百分含量
随温度T的升高而逐渐减小,说明正反应是放热反应;如上图Ⅱ,确定温度p不变,
作横坐标的垂线与温度线出现两个交点,分析生成物C的百分含量随温度T的变
化,温度升高,生成物C的百分含量减小,说明正反应是放热反应。
②横温线的应用:如上图Ⅰ确定温度T不变,作横坐标的垂线,与压强线出现两个
交点,分析生成物C的百分含量随压强p的变化可以发现,压强增大,生成物C的百
分含量增大,说明正反应是气体总体积减小的反应;如图Ⅱ中确定温度为400
℃
或500
℃,则生成物C的百分比随压强的升高而逐渐减小,说明正反应是气体总
体积增大的反应。
【知识拓展】几种特殊图象
(1)对于化学反应mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g),M点前,表示从反应物开始
v(正)>v(逆);M点为刚达到平衡点(如下图);M点后为平衡受温度的影响情况,即
升温,A的百分含量增加或C的百分含量减少,平衡左移,故正反应ΔH<0。
(2)对于化学反应mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g),L线上所有的点都是平衡点(如
下图)。L线的左上方(E点),A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量,
所以,E点v(正)>v(逆);则L线的右下方(F点),v(正)【典例示范】
【典例】对于反应mA(s)+nB(g)
eC(g)+fD(g),当其他条件不变时,C的百分
含量(C%)和压强(p)的关系如图,下列叙述正确的是( )
A.化学方程式中nB.达到平衡后,若升温,v正减小,v逆增大
C.达到平衡后,增加B的量,B的转化率增大
D.若B为有色物质,达到平衡后缩小容器体积,重新
达平衡后与原平衡比较气体颜色变浅
【解题指南】解答图象题注意以下三点:
(1)注意图象中纵、横坐标的含义。
(2)若有多个影响因素,注意“定一议二”原则的应用。解题过程中,可以作辅助线帮助分析。
(3)注意催化剂的作用,固体量改变平衡不移动。
【解析】选C。压强增大,C%含量增大,说明平衡正向进行,正反应是气体体积减小的反应,n>e+f,故A错误;达到平衡后,若升温,v正增大,v逆增大,故B错误;达到平衡后,增加B的量,相当于增大体系压强,平衡正向进行,B的转化率增大,故C正确;若B为有色物质,达到平衡后缩小容器体积,压强增大,平衡正向进行,重新达平衡后与原平衡比较气体颜色变深,故D错误。
【方法规律】化学平衡图象题的解题流程
【母题追问】
(1)若图中纵坐标改为B的转化率,则该反应ΔH________(填“>”“<”或“=”)
0。n________(填“>”“<”或“=”)e+f。?
提示:升温转化率减小,即平衡左移,故反应放热,ΔH<0;加压转化率增大,平衡
右移,故反应气体总数减小,n>e+f。
(2)若该反应中n=e+f,升高温度,K________(填“增大”“减小”或“不变”
)。平衡体系的压强________(填“增大”“减小”或“不变”)。?
提示:由于该反应为放热反应,所以升高温度平衡逆移,K减小;虽然该反应气体
分子总数不变,但是升高温度也能使压强增大。
【素养训练】
(2020·合肥高二检测)在恒容密闭容器中存在下列平衡:CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g),CO2的平衡浓度c(CO2)与温度T的关系如图所示。下列说法错误的
是( )
A.反应CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)的ΔH>0
B.在T2时,若反应处于状态D,则一定有v(正)>v(逆)
C.平衡状态A与C相比,平衡状态A的c(CO)大
D.若T1、T2时的平衡常数分别为K1、K2,则K1【解析】选B。由图可知,温度越高平衡时c(CO2)越大,说明升高温度平衡向正反应方向移动,升高温度平衡向吸热反应方向进行,故正反应是吸热反应,即ΔH>0,故A正确;T2时若反应处于状态D,c(CO2)高于平衡浓度,故反应一定向逆反应方向进行,则一定有v(正)0,升高温度平衡向正反应方向移动,CO浓度减小,所以A点CO浓度大,故C正确;该反应正反应是吸热反应,升高温度平衡向正反应方向移动,化学平衡常数增大,故K1【加固训练】
1.如图为某化学反应的速率与时间的关系示意图。在t1时刻升高温度或者增大
压强,速率的变化都符合示意图的反应是( )
A.2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g) ΔH<0
B.4NH3(g)+5O2(g)
4NO(g)+6H2O(g) ΔH<0
C.H2(g)+I2(g)
2HI(g) ΔH>0
D.N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH<0
【解析】
选B。t1时刻,正逆反应速率都增大,升高温度或增大压强,v(逆)>
v(正),说明反应向逆反应方向进行,A.增大压强,平衡向正反应方向进行,故错
误;B.升高温度或增大压强,平衡向逆反应方向进行,故正确;C.增大压强,平衡不移动,升高温度,平衡向正反应方向进行,故错误;D.增大压强,平衡向正反应方向移动,故错误。
2.对于可逆反应A(g)+2B(g)
2C(g),ΔH>0,下列图象中正确的是( )
【解析】选D。A项,该反应为气体体积减小的反应,增大压强平衡正向移动,图中交点后应正反应速率大于逆反应速率,错误;B项,该反应为吸热反应,升高温度平衡正向移动,图中升高温度正、逆反应速率均增大,且正反应速率大于逆反应速率,错误;C项,升高温度,反应速率加快,平衡正向移动,500
℃应先达到平衡,错误;D项,升高温度,反应速率加快,达到平衡时间短,且平衡正向移动,A的体积分数减小,则500
℃先达到平衡且A的体积分数小,正确。
3.在体积一定的密闭容器中,给定物质A、B、C的量,在一定条件下发生反应,
建立如下化学平衡:aA(g)+bB(g)
xC(g),符合图(1)所示的关系(C%表示平
衡混合气中产物C的百分含量,T表示温度,p表示逆反应压强)。在图(2)中,Y轴
是指( )
A.反应物A的百分含量
B.反应物B的平衡转化率
C.平衡混合气的密度
D.平衡混合气的总物质的量
【解析】选B。由C的百分含量-时间变化曲线可知:在相同温度线,增大压强
(p2>p1),C的百分含量增大,说明增大压强平衡向正反应方向移动,则有a+b>x,
在相同压强下升高温度(T1>T2),C的百分含量降低,则说明升高温度平衡向逆反
应方向移动,该反应的正反应为放热反应,则A项,由C的百分含量-时间变化曲
线可知,增大压强平衡向正反应方向移动,A的百分含量减小,与图象不符,错
误;B项,由C的百分含量-时间变化曲线可知,增大压强平衡向正反应方向移
动,B的平衡转化率增大,升高温度,平衡向逆反应方向移动,B的转化率减小,与
图象相符,正确;C项,由于反应容器的体积不变,气体的质量不变,则温度变化,平衡混合气的密度不变,错误;D项,升高温度,平衡向逆反应方向移动,则混合气体的物质的量增多,而不是减少,与图象不符,错误。
【课堂小结】
【三言两语话重点】
1.“1”个模板:运用“三段式”常规解答化学平衡计算问题。
2.“2”个公式:
对于可逆反应,mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g),K=
3.“3”个应用:平衡常数可用来:(1)与Qc比较判断平衡移动方向;(2)根据温度
对K的影响判断反应热效应;
(3)进行化学计算,同一温度下可运用同一K计算。
1.(2020·玉溪高二检测)某可逆反应aA+bB
cC在某温度下的
平衡常数为K(K≠1),反应热为ΔH。保持温度不变,将方程式的
书写作如下改变,则ΔH和K数值的相应变化为( )
A.写成2aA+2bB
2cC,ΔH值、K值均扩大了一倍
B.写成2aA+2bB
2cC,ΔH值扩大了一倍,K值保持不变
C.写成cC
aA+bB,ΔH值、K值变为原来的相反数
D.写成cC
aA+bB,ΔH值变为原来的相反数,K值变为原来的倒数
课堂检测·素养达标
【解析】选D。写成2aA+2bB
2cC,ΔH值扩大了一倍,K的数值为原数值的平
方,故A、B错误;写成cC
aA+bB,ΔH变为原来的相反数,K值变为原来的倒数,
故C错误,D正确。
2.只改变一个影响因素,下列关于平衡常数K的叙述错误的是( )
A.K值不变,平衡可能移动
B.K值变化,平衡一定移动
C.温度变化,K值一定变化
D.平衡移动,K值一定变化
【解析】选D。影响化学平衡的因素主要有浓度、温度、压强等。若是改变浓度或压强使平衡发生移动,而温度不变,则K值不变,故A正确;K值是温度的函数,K值变化,说明温度发生了改变,则平衡一定发生移动,故B正确;K值只与温度有关,若在其他条件不变时,温度变化,K值一定变化,故C正确;若在其他条件不变时,增大反应物的浓度或减小生成物的浓度,有利于正反应的进行,平衡向右移动,但K值只与温度有关,故K值不变,故D错误。
3.(2020·银川高二检测)在体积恒定的密闭容器中,1
mol
A(g)与1
mol
B(g)
在催化剂作用下加热到500
℃发生反应:A(g)+nB(g)
C(g)+D(g)
ΔH>0,达到平衡,下列判断正确的是( )
A.升高温度v(正)增大,v(逆)减小,平衡向正反应方向移动
B.平衡后再加入1
mol
B,上述反应的ΔH增大
C.当n<1时,通入惰性气体,压强增大,平衡向逆反应方向移动
D.若n=1且A的转化率为50%,则平衡常数等于1
催化剂
【解析】选D。升高温度,化学反应速率加快,v(正)增大,v(逆)也增大,化学平
衡向吸热的正反应方向移动,A错误;增加反应物B的量,反应物浓度增大,会使
化学平衡正向移动,但是该反应的ΔH不变,B错误;通入惰性气体,由于反应容
器的容积不变,各组分的浓度不变,化学平衡不移动,C错误;n=1时,对于反应
A(g)+B(g)
C(g)+D(g) ΔH>0假设反应容器的容积为1
L,则反应开始
时c(A)=c(B)=1
mol·L-1,c(C)=c(D)=0,由于A的转化率为50%,则平衡时
c(A)=c(B)=(1-0.5)
mol·L-1=0.5
mol·L-1,c(C)=c(D)=0.5
mol·L-1,所以化
学平衡常数K=
=1,D正确。
催化剂
4.在一密闭容器中进行以下可逆反应:M(g)+N(g)
P(g)+2L(?)。在不同的
条件下P的百分含量P%的变化情况如图,则该反应( )
A.正反应放热,L是固体
B.正反应放热,L是气体
C.正反应吸热,L是气体
D.正反应放热,L是固体或气体
【解析】选B。依据图象分析,相同条件下,先拐先平温度高,压强大,依据Ⅰ、Ⅱ可知,温度越高P%越小,说明升温平衡逆向进行,正反应为放热反应,结合Ⅱ、Ⅲ,压强越大P%越小,说明增大压强平衡逆向进行,增大压强平衡向气体体积减小的方向进行,L为气体。
【素养新思维】
5.(2020·南昌高二检测)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:
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)上述反应平衡常数的表达式为______________________________________,?
正反应是________(填“放热”或“吸热”)反应。?
(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
________(填“增大”“减小”或“不变”),容器内混合气体的压强________(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________(选填字母)。?
(4)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________。?
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
【解析】(1)根据表中数据可知,随着温度的升高,平衡常数逐渐减小。这说明
升高温度,平衡向逆反应方向移动,因此正反应是放热反应。
(2)保持容器体积不变升高温度,正反应速率增大,但逆反应速率增大的程度更
大,所以平衡向逆反应方向移动。由于气体的物质的量是不变的,但温度升高,
所以容器内气体的压强增大。
(3)根据表中数据可知,选项C中由于没有生成物,所以反应一定是向正反应方向
进行的。而选项A、B、D中此时浓度商分别是
=1。
由于830
℃时平衡常数是1,所以选项A是向逆反应方向进行的,B是向正反应方
向进行的,而D恰好是平衡状态,答案选BC。
(4)设达到平衡时,CO的转化率是x,则消耗CO和水蒸气都是4x
mol,而生成CO2和
氢气都是4x
mol,所以根据平衡常数表达式可知1=
,解得x=60%。
答案:(1)K=
放热 (2)增大 增大
(3)BC (4)60%
课时素养评价
九 化学平衡常数
(40分钟 70分)
【基础达标】（40分钟
70分）
一、选择题(本题包括8小题,每题5分,共40分)
1.(2020·泰安高二检测)已知下列反应的平衡常数:
①H2(g)+S(s)
H2S(g),K1;②S(s)+O2(g)
SO2(g),K2;
则反应H2(g)+SO2(g)
O2(g)+H2S(g)的平衡常数是( )
A.K1+K2
B.K1-K2
C.K1×K2
D.
【解析】选D。K1=
,K2=
,所求反应的平衡常数
K3=
。
2.(2020·洛阳高二检测)反应N2O4(g)
2NO2(g) ΔH=+57
kJ·mol-1,在温度
为T1、T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图所示。下列说法正
确的是( )
A.由状态B到状态A,可以用加热的方法
B.A、C两点气体的颜色:A深,C浅
C.A、C两点的反应速率:A>C
D.A、C两点气体的平均相对分子质量:A>C
【解析】选A。升高温度,化学平衡正向移动,NO2的体积分数增大,由图象可知,
A点NO2的体积分数大,则T1象可知,A、C两点都在等温线上,C的压强比A的大,C点平衡是A点平衡向逆方向
移动所得,因为减小了体积增大压强,按勒夏特列原理,NO2浓度大小排序为增压
瞬间的浓度>C点时的浓度>A点时的浓度,NO2为红棕色气体,则A、C两点气体的
颜色:A浅,C深,B错误;由图象可知,A、C两点都在等温线上,C的压强大,则反应
速率:A化学平衡逆向移动,C点时气体的物质的量小,混合气体的总质量不变,
则按
知,平均相对分子质量:A【加固训练】
(2020·厦门高二检测)T
℃时,在2
L密闭容器中使X(g)与Y(g)发生反应生成Z(g)。反应过程中X、Y、Z的物质的量的变化如图1所示;若保持其他条件不变,温度分别为T1和T2时,Z的百分含量与时间的关系如图2所示,则下列结论正确的是( )
A.容器中发生的反应可表示为3X(g)+Y(g)
2Z(g)
B.反应进行的前3
min内,用X表示的反应速率v(X)=0.2
mol·L-1·min-1
C.若改变反应条件,使反应进程如图3所示,则改变的条件是增大压强
D.保持其他条件不变,升高温度,反应的化学平衡常数K增大
【解析】选A。由图1可知平衡时,X的物质的量减少量为(2.0-1.4)mol=
0.6
mol,Y的物质的量减少量为(1.6-1.4)mol=0.2
mol,X、Y为反应物;Z的物
质的量增加量为(0.8-0.4)mol=0.4
mol,Z为生成物,同一化学反应同一时间段
内,反应物减少的物质的量和生成物增加的物质的量之比等于其计量数之比,所以X、Y、Z的计量数之比=0.6
mol∶0.2
mol∶0.4
mol=3∶1∶2,
所以反应可表示为3X(g)+Y(g)
2Z(g),故A正确;0～3
min内,
v(X)=
=0.1
mol·L-1·min-1,故B错误;由图1和图3知,反应
物和生成物的变化量不变,但反应时间减小,说明改变的条件不影响化学平衡只
影响反应速率,且该反应是一个反应前后气体体积减小的反应,所以只能是使用
催化剂,故C错误;根据图2中曲线的斜率大小判断,T2时先到达平衡状态,说明反
应速率大,根据温度越高反应速率越大说明T2温度高,温度升高时Z的百分含量
减少,说明平衡向逆反应方向移动,即生成物的浓度减小,反应物的浓度增大,则
平衡常数减小,故D错误。
3.在一定温度下、1
L密闭容器中,3种气体起始状态和平衡状态时的物质的量(n)如下表所示,下列有关说法正确的是( )
X
Y
W
n(起始)/mol
2
l
0
n(平衡)/mol
l
0.5
1.5
A.该温度下,此反应的平衡常数表达式是K=
B.升高温度,若W的体积分数减小,则此反应ΔH>0
C.增大压强,平衡不移动,所以正、逆反应速率均不变
D.该温度下,若起始时加入的X、Y、Z的物质的量分别为1
mol、0.5
mol、
1.5
mol,达到平衡时,n(X)依然为1
mol
【解析】选D。根据表中数据知,随着反应的进行,X、Y的物质的量减小,W的
物质的量增大,则X和Y是反应物,而W是生成物,参加反应的Δn(X)=(2-1)
mol=
1
mol,Δn(Y)=(1-0.5)
mol=0.5
mol,Δn(W)=(1.5-0)
mol=1.5
mol,所以X、
Y、W的计量数之比=1
mol∶0.5
mol∶1.5
mol=2∶1∶3,该反应方程式为
2X(g)+Y(g)
3W(g),化学平衡常数K=
,故A错误;升高温度,平衡
向吸热反应方向移动,升高温度,W的体积分数减小,说明平衡向逆反应方向移动,
所以ΔH<0,故B错误;该反应前后气体计量数之和不变,则压强不影响平衡移动,
但增大压强,正、逆反应速率均增大,故C错误;若起始时加入的X、Y、Z的物质的量分别为1
mol、0.5
mol、1.5
mol,与起始时加入2
mol
X、1
mol
Y的平衡状态相同,
故D正确。
4.一定条件下,下列反应中水蒸气含量随反应时间的变化趋势符合下图的是
( )
A.CO2(g)+2NH3(g)
CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH<0
B.CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g) ΔH>0
C.CH3CH2OH(g)
CH2
﹦CH2(g)+H2O(g) ΔH>0
D.2C6H5CH2CH3(g)+O2(g)
2C6H5CH﹦CH2(g)+2H2O(g)
ΔH<0
【解析】选A。本题考查化学平衡知识,通过分析图象确定可能对应的反应。观察图象可知,达到平衡用的时间短反应速率快,T2>T1、p1>p2。升高温度水蒸气的百分含量降低,说明平衡逆向移动,反应放热,ΔH<0;增大压强水蒸气的百分含量增大,说明平衡正向移动,正反应气体分子数减少,综合分析A选项中反应符合要求。
5.(2020·南京高二检测)甲烷重整时涉及以下两个反应
①CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g)平衡常数K1
②CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)平衡常数K2
它们的平衡常数随温度的变化如图所示,下列说法正确的是( )
A.反应①、②都是放热反应
B.两曲线交点表示此时①、②两反应速率相等
C.相同温度下,CH4(g)+2H2O(g)
CO2(g)+4H2(g)的平衡常数为K1+K2
D.相同条件下,增大反应①、②中水蒸气的浓度,CH4、CO的转化率均增大
【解析】选D。根据图象可知,温度升高,反应①的平衡常数增大,所以反应①
为吸热反应;温度升高,反应②的平衡常数减小,所以反应②为放热反应,A错误;
两曲线交点表示,温度相同时,反应①和反应②的平衡常数相同,B错误;相同
温度下,根据盖斯定律,①+②可得:
CH4(g)+2H2O(g)
CO2(g)+4H2(g),
K1=
,K2=
,则K=
=K1·K2,C错误;
根据反应①和反应②可知,水蒸气是反应物,相同条件下,增大反应①、②中水
蒸气的浓度,CH4、CO的转化率均增大,D正确。
6.将H2(g)和Br2(g)充入恒容密闭容器,恒温下发生反应
H2(g)+Br2(g)
2HBr(g) ΔH<0,平衡时Br2(g)的转化率为a;若初始条件相同,
绝热下进行上述反应,平衡时Br2(g)的转化率为b。a与b的关系是( )
A.a>b
B.a=b
C.aD.无法确定
【解析】选A。若绝热下进行,因为该反应是放热反应,故随着反应的进行,体系
的温度升高,平衡向逆反应方向移动,故转化率会降低。
【加固训练】
1.可逆反应:A2(?)+B2(?)
2AB(?),当温度和压强改变时,n(AB)的变化如
图,下列叙述正确的是( )
A.A2、B2及AB均为气体,ΔH<0
B.AB为气体,A2、B2至少有一种为非气体,ΔH<0
C.AB为气体,A2、B2有一种为非气体,ΔH>0
D.AB为固体,A2、B2有一种为非气体,ΔH>0
【解析】选B。由图可知压强相等时,升高温度,AB的物质的量减少,可知温度升高平衡向逆反应方向移动,逆反应是吸热反应,正反应是放热反应,ΔH<0;t3开始温度不变,压强增大,AB的物质的量减少,说明平衡向逆反应方向移动,逆反应是气体体积减少的方向,说明AB必为气体,A2、B2至少有一种为非气体,不能同时为气体。
2.(2020·重庆高二检测)在一定温度下,将气体0.22
mol
X和气体0.16
mol
Y
充入5
L恒容密闭容器中,发生反应2X(g)+Y(g)
2Z(g) ΔH<0,一段时间后
达到平衡,反应过程中测定的数据如下表:
t/min
2
4
7
9
n(Y)/mol
0.12
0.11
0.10
0.10
下列说法正确的是( )
A.该温度下此反应的平衡常数K=72.0
L·mol-1
B.反应前2
min的平均速率v(Z)=4.0×10-3
mol·L-1·min-1
C.其他条件不变,降低温度,反应达到新平衡前v(逆)>v(正)
D.其他条件不变,再充入0.1
mol
X,新平衡时X的转化率将增大
【解析】选A。
2X(g) + Y(g)
2Z(g)
起始/mol:
0.22
0.16
0
转化/mol:
0.12
0.06
0.12
平衡/mol:
0.10
0.10
0.12
平衡时X(g)、Y(g)、Z(g)的浓度分别是0.02
mol·L-1、0.02
mol·L-1、
0.024
mol·L-1。代入平衡常数表达式得K=72.0
L·mol-1,A项正确;前2
min
的平均速率v(Z)=2v(Y)=2×(0.16-0.12)
mol/(5
L×2
min)=
8.0×10-3mol·L-1·min-1,B项错误;其他条件不变时降温,平衡右移,达到新平
衡前v(正)>v(逆),C项错误;其他条件不变时再充入0.1
mol
X,则X总量增大,
新平衡时X的转化率将减小,D项错误。
7.在一定条件下,利用CO2合成CH3OH的反应如下:
CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1,研究发现,反应过程中会有副反应:
CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g) ΔH2。温度对CH3OH、CO的产率影响如图所示。
下列说法中,不正确的是( )
A.ΔH1<0,ΔH2>0
B.增大压强有利于加快合成反应的速率
C.生产过程中,温度越高越有利于提高CH3OH的产率
D.合成CH3OH反应的平衡常数表达式是
【解析】选C。A项,由图可知,温度升高CH3OH的产率减小,所以
CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)平衡逆向移动,则ΔH1<0;而一氧化碳产率
增大,所以CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)平衡正向移动,ΔH2>0,所以
ΔH1<0,ΔH2>0,正确;B项,对于有气体参与的反应,压强越大反应速率越快,
所以增大压强有利于加快合成反应的速率,正确;C项,ΔH1<0,温度升高平衡逆
向移动,所以温度越高CH3OH的产率越低,错误;D项,平衡常数等于生成物浓度幂
之积比反应物浓度幂之积,所以合成CH3OH反应的平衡常数表达式是
,正确。
【加固训练】
1.下列关于反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH<0的图示与对应的叙述相符
合的是( )
A.由图甲可知N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH=-92
kJ·mol-1
B.图乙表示达到平衡时N2、H2的转化率(α)随n(H2)/n(N2)比值的变化
C.图丙表示正、逆反应速率随温度的变化
D.图丁表示反应达平衡时,混合气体中氨的物质的量分数随温度、压强的变化
【解析】选A。由图甲可知反应物的总能量大于生成物的总能量,所以反应是放
热反应,1
mol氮气与3
mol氢气完全反应放出热量为2
346-2
254=92
kJ,所以
热反应方程式为N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH=-92
kJ·mol-1,故A正确;氢气
的物质的量越大,氮气的转化率越大,氢气本身的转化率越小,故B错误;升高温
度正、逆反应速率都增大,但平衡逆向移动,所以两者交点后应逆反应速率大
于正反应的速率,故C错误;压强越大氨气的质量分数越大,而不是越小,故D错误。
2.根据下列有关图象,说法正确的是( )
A.由图甲知,反应在T1、T3处达到平衡,且该反应的ΔH<0
B.由图乙知,反应在t6时,NH3体积分数最大
C.由图乙知,t3时采取降低反应温度的措施
D.图丙在10
L容器、850
℃,反应到4
min时,放出
51.6
kJ的热量
【解析】选D。由图甲可知,T2时开始处于化学平衡状态,升高温度,Z%减少,X%增多,所以ΔH<0,A错误;由图乙可知,反应自t3开始一直在向逆反应方向移动,所以t6时NH3的体积分数不是最大,B错误;由图乙可知,t5时是升高温度,v(逆)>v(正),则t3时如果降低温度,平衡应向正反应方向移动,v(正)>v(逆),C错误;由图丙可知,反应进行到4
min
时,消耗反应物的物质的量为0.12
mol·L-1×10
L=
1.2
mol,放出的热量为
51.6
kJ,D正确。
8.(2020·长沙高二检测)已知A(g)+B(g)
C(g)+D(g)反应的平衡常数和温度
的关系如下:
温度/℃
700
800
830
1
000
1
200
平衡常数
1.7
1.1
1.0
0.6
0.4
830
℃时,向一个2
L的密闭容器中充入0.2
mol的A和0.8
mol的B,反应初始4
s
内A的平均反应速率v(A)=0.005
mol·L-1·s-1。下列说法正确的是( )
A.4
s时c(B)为0.76
mol·L-1
B.830
℃达平衡时,A的转化率为80%
C.反应达平衡后,升高温度,平衡正向移动
D.1
200
℃时反应C(g)+D(g)
A(g)+B(g)的平衡常数的值为0.4
【解析】选B。反应初始4
s内A的平均反应速率v(A)=0.005
mol·L-1·s-1,速率
之比等于化学计量数之比,所以v(B)=v(A)=0.005
mol·L-1·s-1,则4
s内
Δc(B)=0.005
mol·L-1·s-1×4
s=0.02
mol·L-1,B的起始浓度为
=0.4
mol·L-1,故4
s时c(B)=0.4
mol·L-1-0.02
mol·L-1=0.38
mol·L-1,故A
错误;
设平衡时A的浓度变化量为x
mol·L-1,则:
A(g) +B(g)
c(g)+D(g)
开始(mol·L-1):
0.1
0.4
0
0
变化(mol·L-1):
x
x
x
x
平衡(mol·L-1):
0.1-x
0.4-x
x
x
故
=1,解得x=0.08
mol·L-1,所以平衡时A的转化率
为
×100%=80%,故B正确;由表格可知,温度升高,化学平衡常数减小,
平衡逆向移动,不是正向移动,故C错误;1
200
℃
时反应
A(g)+B(g)
C(g)+D(g)的平衡常数值为0.4,所以1
200
℃时反应
C(g)+D(g)
A(g)+B(g)的平衡常数的值为
=2.5,故D错误。
【加固训练】
1.在一定体积的1
L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的关系如表:
t/℃
700
800
830
1
000
K
0.6
0.9
1.0
1.7
下列说法正确的是( )
A.上述生成CO和H2O的反应为放热反应
B.加压、增大H2浓度和加入催化剂都能提高CO2的转化率
C.830
℃达平衡后,再充入1.0
mol
H2,K值增大,平衡正向移动
D.830
℃时反应CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)的平衡常数为1
【解析】选D。A项,由表格数据可知,温度越高,K越大,则生成CO和H2O的反应
为吸热反应,错误;B项,该反应为气体体积不变的反应,加压、使用催化剂,平衡
均不移动,则不能提高转化率,而增大H2浓度能提高CO2的转化率,错误;C项,充
入1.0
mol
H2,反应物浓度增大,但K只与温度有关,则平衡正向移动,但K不变,错
误;D项,正逆反应的K互为倒数关系,由830
℃时CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)
K=1.0,则830
℃时反应CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)的平衡常数为K=
=1,
正确。
2.四羰基镍可由纯一氧化碳在常压或加压下与镍粉反应制得。常压下羰基化法
精炼镍的原理为Ni(s)+4CO(g)
Ni(CO)4(g)。230
℃时,该反应的平衡常数
K=2×10-5。已知Ni(CO)4的沸点为42.2
℃,固体杂质不参与反应。
第一阶段:将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4;
第二阶段:将第一阶段反应后的气态Ni(CO)4分离出来,加热至230
℃制得高纯镍。
下列判断正确的是( )
A.增加c(CO),平衡向正向移动,反应的平衡常数增大
B.第一阶段:在30
℃和50
℃两者之间选择反应温度,选30
℃
C.第二阶段:Ni(CO)4分解率较高
D.该反应达到平衡时,4v生成[Ni(CO)4]=v消耗(CO)
【解析】选C。A项,平衡常数是温度的函数,温度不变,平衡常数不变,所以增加
c(CO),平衡向正向移动,反应的平衡常数不变,错误;B项,Ni(CO)4的沸点为
42.2
℃,应大于沸点,便于分离出Ni(CO)4,所以第一阶段应选择稍高于42.2
℃
的反应温度,错误;C项,230
℃时,第一阶段反应的平衡常数较小为K=2×10-5,
而第二阶段为第一阶段的逆反过程,因此可判断第二阶段的反应较彻底,则分解
率较高,正确;D项,达到平衡时:v生成[Ni(CO)4]与v生成(CO)之比应为化学计量数之比,即4v生成[Ni(CO)4]=v生成(CO)。
二、非选择题(本题包括2小题,共30分)
9.(14分)硫酸生产中,SO2催化氧化生成SO3:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g) ΔH<0。
某温度下,SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。根据图示
回答下列问题:
△
催化剂
(1)反应达到平衡时,平衡常数表达式K=________,升高温度,K值________(填“增大”“减小”或“不变”)。?
(2)①将2.0
mol
SO2和1.0
mol
O2置于10
L密闭容器中,反应达到平衡后,体系总压强为0.10
MPa。该反应的平衡常数等于________。?
②平衡状态由A变到B时,平衡常数K(A)________(填“>”“<”或“=”)K(B)。
【解析】(1)升高温度,平衡向吸热反应方向移动,即平衡向左移动,故K值减小。
(2)①由图可知,0.10
MPa时:c(SO2)=2.0
mol×(1-0.80)÷10
L=
0.04
mol·L-1,c(O2)=(1.0
mol-1.6
mol×
)÷10
L=0.02
mol·L-1,
c(SO3)=1.6
mol÷10
L=0.16
mol·L-1,K=
=800。
②由A到B,温度不变,只增大压强,K值不变。
答案:(1)
减小 (2)①800 ②=
10.(16分)在容积为1
L的密闭容器中,进行如下反应:
A(g)+2B(g)
C(g)+D(g),在不同温度下,D的物质的量n(D)和时间t的关系
如图。
请回答下列问题:
(1)700
℃时,0～5
min内,以B表示此反应的平均反应速率,则vB为________。?
(2)能判断反应达到化学平衡状态的依据是__。
A.混合气体质量不变
B.混合气体中c(A)不变
C.v正(B)=2v逆(D)
D.c(A)=c(C)
(3)若最初加入1.0
mol
A和2.2
mol
B,利用图中数据计算800
℃时的平衡常数
K=________,该反应为________反应(填“吸热”或“放热”)。?
(4)800
℃时,某时刻测得体系中各物质的物质的量浓度如下:c(A)=
0.06
mol·L-1,c(B)=0.50
mol·L-1,c(C)=0.20
mol·L-1,c(D)=0.018
mol·L-1,
则此时该反应________(填“向正方向进行”“向逆方向进行”或“处于平衡状态”)。?
【解析】(1)由图可知700
℃时,0～5
min内生成D的物质的量Δn(D)为
0.45
mol,Δc(D)为0.45
mol·L-1,则v(D)=Δc(D)/Δt=
0.09
mol·L-1·min-1,该反应中,v(B)=2v(D)=0.18
mol·L-1·min-1;
(2)无论反应是否达到平衡,依据质量守恒定律,混合气体质量总是不变,A错误;
反应到达平衡状态时,混合气体中c(A)不变,B正确;当v正(B)=2v逆(D)时,正逆反
应速率相等,该反应达到平衡状态,C正确;当c(A)=c(C)时,该反应不一定达到平
衡状态,是否相等与反应物浓度及转化率有关,D错误;
(3)800
℃时平衡时生成D为0.6
mol,则:
A(g)+2B(g)
C(g)+D(g)
起始量(mol):
1
2.2
0
0
变化量(mol):
0.6
1.2
0.6
0.6
平衡量(mol):
0.4
1
0.6
0.6
由于容器的体积为1
L,用物质的量代替浓度计算平衡常数,则K=
=0.9;由图可知,升高温度后D的物质的量增大,说明升高
温度平衡正向移动,而升高温度平衡向吸热反应方向移动,故正反应为吸热反应;
(4)浓度商
Qc=
=0.24答案:(1)0.18
mol·L-1·min-1 (2)BC
(3)0.9 吸热 (4)向正方向进行
【能力提升】（20分钟
30分）
一、选择题(本题包括1小题,共10分)
11.(2020·漳州高二检测)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
t
℃
700
800
830
1
000
1
200
K
1.67
1.11
1.00
0.60
0.38
下列有关叙述不正确的是( )
A.该反应的化学方程式是CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)
B.上述反应的正反应是放热反应
C.如果在一定体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CO为0.4
mol时,该反应为平衡状态
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】选C。化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,
生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,所以由平衡常数的表达式
可知,反应的化学方程式是CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g),A正确;随着温度的
升高,平衡常数是减小的,这说明升高温度平衡向逆反应方向进行,所以正反应
是放热反应,B正确;CO为0.4
mol,则水蒸气也是0.4
mol,CO2和氢气都是0.6
mol,
则此时
=2.25>1.00,所以没有达到平衡状态,C不正确;
将
代入平衡常数表达式可得K=0.6,所以温度是1
000
℃,D正确。
【加固训练】
1.在容积为2
L的密闭容器中发生反应xA(g)+yB(g)
zC(g)。图甲表
示200
℃时容器中A、B、C物质的量随时间的变化,图乙表示不同温度下平衡时
C的体积分数随起始n(A)∶n(B)的变化关系。则下列结论正确的是( )
A.200
℃时,反应从开始到平衡的平均速率v(B)=0.04
mol·L-1·min-1
B.200
℃时,该反应的平衡常数为25
C.当外界条件由200
℃降温到100
℃,原平衡一定被破坏,且正逆反应速率均
增大
D.由图乙可知,反应xA(g)+yB(g)
zC(g)的ΔH<0,且a=2
【解析】选B。由图甲可以知道反应中A、B、C的物质的量的变化量为
0.4∶0.2∶0.2=2∶1∶1,根据反应中化学计量数之比等于物质的量的变化量之
比可以知道,该反应方程式为
2A(g)+B(g)
C(g)。A.根据v=Δc/Δt,v(B)
=
=0.02
mol·L-1·min-1,故A错误;由图可以知道平衡时A、B、C的物质
的量分别为0.4
mol、0.2
mol、0.2
mol,所以它们的浓度分别为0.2
mol·L-1、
0.1
mol·L-1、0.1
mol·L-1,结合化学方程式2A(g)+B(g)
C(g),
可以知道该反应的平衡常数K=
=25,故B正确;当外界条件由200
℃降温到
100
℃,原平衡一定被破坏,且正逆反应速率均减小,故C错误;由图乙可以知道,
n(A)∶n(B)一定时,升高温度,C的体积分数增大,平衡正向移动,所以正反应为
吸热反应,ΔH>0,故D错误。
2.(2020·江苏高考)CH4与CO2重整生成H2和CO的过程中主要发生下列反应:
CH4(g)+CO2(g)====2H2(g)+2CO(g)
ΔH=247.1
kJ·mol-1
H2(g)+CO2(g)====H2O(g)+CO(g)
ΔH=41.2
kJ·mol-1
在恒压、反应物起始物质的量比n(CH4)∶n(CO2)=1∶1条件下,CH4和CO2的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.升高温度、增大压强均有利于提高CH4的平衡转化率
B.曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化
C.相同条件下,改用高效催化剂能使曲线A和曲线B相重叠
D.恒压、800
K、n(CH4)∶n(CO2)=1∶1条件下,反应至CH4转化率达到X点的值,改变除温度外的特定条件继续反应,CH4转化率能达到Y点的值
【解析】选B、D。A项,从图象看,温度升高,曲线A、B均上升,说明升温,CH4的转化率提高,CH4与CO2反应生成H2和CO,该反应为体积增大的反应,在加压时,平衡将逆向移动,CH4的转化率减小,错误;B项,给出的两个反应均为吸热反应,升温时,两反应均正向移动,所以CO2的转化率大于CH4的转化率,由图象知,曲线A表示CO2的平衡转化率,曲线B表示CH4的平衡转化率,正确;C项,曲线A和曲线B均为平衡时物质的转化率,加入催化剂,不会影响平衡时物质的转化率,故曲线A和曲线B不可能重合,错误;D项,可以通过移走H2或CO来提高CH4的平衡转化率,正确。
3.在两个容积均为2
L恒温密闭容器中,起始时均充入a
mol
H2S,控制不同温度
分别在有、无Al2O3催化时进行H2S的分解实验[反应为2H2S(g)
2H2(g)+S2(g)]。
测得的结果如图所示(曲线Ⅱ、Ⅲ表示经过相同时间且未达到化学平衡时H2S的
转化率)。下列说法不正确的是( )
A.H2S分解为吸热反应
B.加入Al2O3可提高H2S的平衡转化率
C.900
℃反应2H2S(g)
2H2(g)+S2(g)的平衡常数K=0.125a
D.约1
100
℃曲线Ⅱ、Ⅲ几乎重合,说明Al2O3可能几乎失去催化活性
【解析】选B。由图象可知,温度升高,H2S转化率增大,则平衡正移,所以正方向
为吸热方向,即ΔH>0,故A正确;加入催化剂Al2O3,H2S的平衡转化率不变,故B错
误;容积2
L的恒容密闭容器中,H2S的起始物质的量均为a
mol,则H2S的起始浓度
均为0.5a
mol·L-1,此时H2S的转化率为50%,则硫化氢浓度变化为0.5a
mol·L-1
×50%=0.25a
mol·L-1,
2H2S(g)
2H2(g)+S2(g)
起始浓度(mol·L-1):
0.5a
0
0
变化浓度(mol·L-1):
0.25a
0.25a
0.125a
平衡浓度(mol·L-1):
0.25a
0.25a
0.125a
则平衡常数K=
=0.125a,故C正确;催化剂需要适
宜温度,高温下曲线Ⅱ、Ⅲ几乎重合,Al2O3可能几乎失去催化活性,故D正确。
4.在恒容密闭容器中通入X并发生反应:2X(g)
Y(g),温度T1、T2下X的物质的
量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图所示,下列叙述正确的是( )
A.该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量
B.T2下,在0～t1时间内,v(Y)=
mol·L-1·min-1
C.M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆
D.M点时再加入一定量X,平衡后X的转化率减小
【解析】选C。T1比T2先达到平衡,说明T1>T2(温度高反应速率快,达到平衡需要的时间短)。温度高达到平衡比温度低达到平衡时X的浓度大,说明升温平衡逆向移动,即逆反应方向是吸热反应(正反应是放热反应)。M点的反应程度比W点的反应程度小,故反应进行到M点放出的热量小于进行到W点放出的热量,A错误。选项B是X的反应速率的计算式,Y的反应速率是X的反应速率的一半,B错误。M点对应温度高于N点对应温度,M点是平衡状态,所以M点:v(M正)=v(M逆)>v(W逆),因为v(N逆)5.下列三个化学反应的平衡常数(K1、K2、K3)与温度的关系分别如表所示。则下列说法正确的是( )
A.ΔH1<0,ΔH2>0
B.反应①②③的反应热满足关系:ΔH2-ΔH1=ΔH3
C.反应①②③的平衡常数满足关系:K1·K2=K3
D.要使反应③在一定条件下建立的平衡向正反应方向移动,可采取升温措施
【解析】选B。A.由表格数据可知,升高温度时K1增大、K2减小,则ΔH1>0,ΔH2<0,
故A错误;B.由盖斯定律可知,②-①得到③,则焓变为ΔH2-ΔH1=ΔH3,故B正确;
C.K为指数关系,结合②-①得到③可知,
=K3,故C错误;D.由
随温度升高而
减小可知,反应③为放热反应,则向正反应方向移动,可采取降温措施,故D错误。
二、非选择题(本题包括1小题,共20分)
12.(2020·全国Ⅱ卷节选)天然气的主要成分为CH4,一般还含有C2H6等烃类,
是重要的燃料和化工原料。
(1)乙烷在一定条件可发生如下反应:C2H6(g)====C2H4(g)+H2(g) ΔH1,
相关物质的燃烧热数据如表所示:
物质
C2H6(g)
C2H4(g)
H2(g)
燃烧热ΔH/
(
kJ·mol-1)
-1
560
-1
411
-286
①ΔH1=________kJ·mol-1。?
②提高该反应平衡转化率的方法有______、________。?
③容器中通入等物质的量的乙烷和氢气,在等压下(p)发生上述反应,乙烷的平衡转化率为α。反应的平衡常数Kp=________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。?
(2)高温下,甲烷生成乙烷的反应如下:2CH4
C2H6+H2。反应在初期阶段
的速率方程为r=k×
,其中k为反应速率常数。
①设反应开始时的反应速率为r1,甲烷的转化率为α时的反应速率为r2,则
r2=________r1。?
②对于处于初期阶段的该反应,下列说法正确的是________。?
A.增加甲烷浓度,r增大
B.增加H2浓度,r增大
C.乙烷的生成速率逐渐增大
D.降低反应温度,k减小
高温
【解析】(1)①根据燃烧热书写热化学方程式:
Ⅰ.C2H6(g)+
O2(g)====2CO2(g)+3H2O(l)
ΔH=-1
560
kJ·mol-1
Ⅱ.C2H4(g)+3O2(g)====2CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=-1
411
kJ·mol-1
Ⅲ.H2(g)+
O2(g)====H2O(l)
ΔH=-286
kJ·mol-1
由方程式Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ可得到反应
C2H6(g)====C2H4(g)+H2(g)
ΔH1=-1
560
kJ·mol-1-(-1
411
kJ·mol-1)-(-
286
kJ·mol-1)=137
kJ·mol-1。
②由①知该反应吸热,升高温度平衡右移,转化率增大;减小压强
(增大体积)向气
压增加的方向(正向)移动,转化率增大。③设通入乙烷和氢气的物质的量为1
mol,
C2H6(g)====C2H4(g)+H2(g)
起始(mol)
1
0
1
转化(mol)
α
α
α
平衡(mol)
1-α
α
1+α
平衡时气体总物质的量为(1-α)+α+(1+α)=2+α,反应的平衡常数
Kp=
p。
(2)①设开始甲烷的浓度为1
mol·L-1,由速率方程r=k×
,则r1=k,甲烷的转
化率为α时甲烷的浓度为(1-α)
mol·L-1,则r2=(1-α)k=(1-α)r1。②由速率
方程知甲烷浓度越大,r越大,与H2浓度无关,A正确,B错误;随反应进行甲烷浓度
减小,r减小,乙烷的生成速率逐渐减小,C错误;降低反应温度,反应速率减小即k
减小,D正确。
答案:(1)①137 ②升高温度 减小压强(增大体积)
③
×p (2)①1-α ②AD
【加固训练】
(2020·驻马店高二检测)在两个容积均为1
L的密闭容器中以不同的氢碳
比[n(H2)/n(CO2)]充入H2和CO2,在一定条件下发生反应:
2CO2(g)+6H2(g)
C2H4(g)+4H2O(g) ΔH。CO2的平衡转化率α(CO2)与温度的
关系如图所示。
(1)此反应的平衡常数表达式K=________,P点对应温度下,K的值为________。?
(2)该反应的ΔH________0(填“>”“<”或“=”),判断的理由是__?。?
(3)氢碳比:X________2.0(填“>”“<”或“=”)。?
(4)在氢碳比为2.0时,Q点v(逆)________P点的v(逆)(填“>”“<”或“=”)。?
【解析】(1)由图可知,P点平衡时二氧化碳的转化率为0.50,
=2.0,设起
始时氢气的浓度为2
mol·L-1、二氧化碳的浓度为1
mol·L-1,则二氧化碳的浓
度变化量为0.5
mol·L-1,则:
2CO2(g)+6H2(g)
C2H4(g)+4H2O(g)
起始浓度/(mol·L-1):
1
2
0
0
变化浓度/(mol·L-1):
0.5
1.5
0.25
1
平衡浓度/(mol·L-1):
0.5
0.5
0.25
1
平衡常数K=
=64。(2)由题图可知,氢碳比不变时,温
度升高,CO2的平衡转化率减小,说明升高温度平衡逆向移动,故逆反应是吸热反
应,则正反应为放热反应,ΔH<0。(3)氢碳比[
]越大,二氧化碳的转化率
越大,故X>2.0。(4)相同温度下,Q点二氧化碳的转化率小于平衡时的转化率,
说明Q点未到达平衡,反应向正反应方向进行,逆反应速率增大,到P点平衡状态
时不变,故在氢碳比为2.0时,Q点v(逆)小于P点的v(逆)。
答案:(1)
64
(2)< 温度升高CO2的平衡转化率减小,平衡逆向移动,故逆反应是吸热反应,正反应为放热反应
(3)>
(4)<(共128张PPT)
第2课时 外界条件对化学平衡的影响
必备知识·自主学习
一、化学平衡移动
1.实例理解外界条件改变对化学平衡的影响
在一定条件下,把1
mol
N2和3
mol
H2充入一密闭容器中发生反应N2+3H2
2NH3,一段时间后达到平衡,现保持体积不变,充入N2。
c(N2)
c(NH3)
v正
v逆
开始时
_____
_____
_____
_____
反应中
_____
_____
_____
_____
平衡时
______
增大
不变
增大
不变
减小
增大
减小
增大
v正=v逆
2.化学平衡的移动
(1)概念: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_____、气体反应的_____、_____等),化学平衡状态被破坏(正、逆反应
速率不再相等),直至正、逆反应速率再次相等,在新的条件下达到新的化学平
衡状态。这种现象称作平衡状态的移动,简称平衡移动。
浓度
压强
温度
(2)化学平衡移动的图示展示
(3)化学平衡移动方向的判断
【自主探索】
(1)改变条件,v正、v逆均改变,平衡一定移动吗?
提示:不一定,若v正、v逆均发生改变,但依然相等,则平衡不移动。
(2)平衡向正反应方向移动,则v正一定增大吗?
提示:不一定,平衡向正反应方向移动,只能说明v正>v逆,可能二者均减小。
二、外界条件对化学平衡的影响
1.实验探究浓度对化学反应速率的影响
(1)实验探究1——含铬物质的转化实验(填写下表)
(2)实验探究2——Fe3+与SCN-反应实验(填写下表)
2.压强对化学平衡移动的影响
(1)在一定条件下,把2
mol
SO2和1
mol
O2充入一密闭容器中,发生反应
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g),一段时间后达到平衡,在某一时刻,使容器容积缩
小,此时c(SO2)、c(O2)、c(SO3)都_____,所以v(正)、v(逆)也都_____,但由于
反应物浓度和生成物浓度增大的幅度不一样,所以v(正)、v(逆)增大的幅度也
不一样,其中反应物浓度增大的幅度更大,致使____________,平衡向_______
方向移动。
增大
v(正)>v(逆)
正反应
增大
如下图所示:
图1改变的条件是_____压强,图2改变的条件是_____压强
增大
减小
(2)对于反应I2(g)+H2(g)
2HI(g),此反应的特点是反应前后气体分子数不
变,若改变压强(即压缩体积或扩大体积),反应物浓度和生成物浓度改变的程
度_____,所以v(正)和v(逆)改变的程度_____,使____________,平衡不移动。
如增大压强时的图象为
相同
相同
v(正)=v(逆)
3.实验探究温度对化学平衡移动的影响
实验原理
ΔH=-56.9
kJ·mol-1
实验步骤
实验现象
热水中混合气体颜色加深;
冰水中混合气体颜色变浅
实验结论
混合气体受热颜色加深,说明NO2浓度_____,即平衡向_______方向移动;混合气体被冷却时颜色_____,说明NO2浓度_____,即平衡向_______方向移动
增大
逆反应
变浅
减小
正反应
4.催化剂对化学平衡的影响
(1)影响规律
因为催化剂能_________的改变正、逆反应的化学反应速率,所以加入催化剂
只能改变化学反应速率,不影响化学平衡。
同等程度
(2)图象分析(如图)
【自主探索】
判断下列说法是否正确,正确的打√,错误的打×。
(1)有固体参与的可逆反应,改变固体的量平衡移动。( )
提示:×。改变固体的量平衡不移动。
(2)改变压强,平衡一定移动。( )
提示:×。改变压强,平衡不一定移动,如H2(g)+I2(g)
2HI(g)增大压强平衡
不移动。
(3)平衡正向移动,反应物的转化率一定增大。( )
提示:×。改变压强、温度平衡正向移动,反应物的转化率一定增大,但改变浓
度时转化率不一定增大,如:工业合成SO3时,增大O2的浓度,SO2的转化率增大,O2
的转化率减小。
三、勒夏特列原理
1.原理探究
向一密闭容器中通入1
mol
N2、3
mol
H2发生反应:N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)
ΔH<0,一段时间后达到平衡,当改变下列条件后,请填写下列内容:
(1)若增大N2的浓度,平衡移动的方向是_____移动;达到新平衡时,氮气的浓度与
改变时相比较,其变化是_____。但平衡时的浓度_____原平衡时的浓度。
(2)若升高温度,平衡移动的方向是_____移动;达到新平衡时的温度与改变时相
比较,其变化是_____。但平衡时的温度_____原平衡时的温度。
向右
减小
大于
向左
降低
高于
(3)若增大压强,平衡移动的方向是_____移动;达到新平衡时的压强与改变时
相比较,其变化是_____。但平衡时的压强_____原平衡时的压强。
2.内容:如果改变影响平衡的条件之一(如温度、压强,以及参加反应的化学物
质的浓度),平衡将向着能够_____这种改变的方向移动。
向右
减小
大于
减弱
【自主探索】
当人们大量食用酸性食物或碱性食物时,为什么人体血液pH通常稳定在
7.4±0.05,不会有大的变化,试用勒夏特列原理进行解释。
提示:血液中存在pH缓冲物质,如H2CO3/NaHCO3、NaH2PO4/Na2HPO4等,人们食用了
酸性食物或碱性食物后,通过平衡移动,使血液pH仍稳定在7.4±0.05。
关键能力·合作学习
知识点一 深度剖析浓度、压强对化学平衡的影响?
1.改变参与反应物质的浓度对化学平衡的影响
(1)影响规律
①增大反应物浓度或减小生成物浓度,使得v(正)大于v(逆),化学平衡向正反应
方向移动。
②减小反应物浓度或增大生成物浓度,使得v(正)小于v(逆),化学平衡向逆反应
方向移动。
(2)平衡移动图象(v
-t图)
①平衡正向移动
②平衡逆向移动
③分析浓度对化学平衡的影响时需注意的问题:
a.体系中增加固体或纯液体不能改变其浓度,也不能改变速率,所以v(正)仍等
于v(逆),平衡不移动。
b.作为离子反应,只有改变实际参加反应的离子浓度对平衡有影响,如:FeCl3
+3KSCN
Fe(SCN)3+3KCl
增加KCl固体的量平衡不移动,因为KCl不参与反应。
c.关于反应物的转化率,例如:3A(g)+B(g)
2C(g)+D(g)
等温等容,增加A的物质的量,B的转化率提高。
2.压强对化学平衡的影响
(1)影响规律
①增大压强,化学平衡向气体体积减小的方向移动。
②减小压强,化学平衡向气体体积增大的方向移动。
(2)平衡移动图象(v-t图)
以mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)为例
①若m+n>p+q
②若m+n③若m+n=p+q
(3)注意事项:
①对于反应前后气体分子数目不变的反应,改变压强对平衡无影响。
②对于只涉及液体或固体的反应,压强的影响极其微弱,一般不考虑。
【规律方法】“惰性气体”(泛指与反应无关的气体)对化学平衡的影响
如向H2(g)+I2(g)
2HI(g)的平衡体系中充入He,平衡不移动;而向
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)的平衡体系中充入He,平衡左移。
【合作探究】
(1)在工业生产中,如:工业利用SO2和O2制取SO3时,如何提高SO2的转化率?
提示:可适当增大廉价原料O2的量以提高SO2的转化率。
(2)在恒温恒容的密闭容器中发生反应3CO(g)+Fe2O3(s)
2Fe(s)+3CO2(g)达
到平衡,充入“稀有气体”,原平衡发生移动吗?
提示:充入“稀有气体”尽管压强增大,但反应速率不变,平衡不发生移动。
【典例示范】
【典例】反应3Fe(s)+4H2O(g)
Fe3O4(s)+4H2(g),在一体积可变的密闭容器中进行,试回答:
(1)增加Fe的量,其正反应速率________(填“增大”“不变”或“减小”,下同),平衡____________________移动(填“不”“向正反应方向”或“向逆反应方向”,下同)。?
(2)将容器的体积缩小一半,其正反应速率________,平衡__________________移动。?
(3)保持体积不变,充入N2使体系压强增大,其正反应速率________,平衡____________________移动。?
(4)保持体积不变,充入水蒸气,其正反应速率_______,平衡__________移动。
【解题指南】解答本题需注意以下三个方面:
(1)注意审题:“体积可变”。
(2)增加固体的量,平衡不移动。
(3)恒温恒容下充入气体是否可等效为“惰性气体”。
【解析】(1)增加Fe的量,其正反应速率不变,平衡不移动;(2)将容器的体积缩
小一半,压强增大,其正反应速率增大,但反应前后气体体积不变,平衡不移
动;(3)保持体积不变,充入N2使体系压强增大,但容器中原气体的浓度不变,正
反应速率不变,平衡不移动;(4)保持体积不变,充入水蒸气,反应物的浓度增大,
其正反应速率增大,平衡向正反应方向移动。
答案:(1)不变 不 (2)增大 不
(3)不变 不
(4)增大 向正反应方向
【母题追问】(1)若铁足量,恒容条件下向平衡体系中充入水蒸气,水蒸气的转
化率如何变化?
提示:若恒压,则水蒸气转化率不变,而恒容条件下充入水蒸气,相当于加压,但
平衡不移动,所以水蒸气的转化率不变。
(2)恒容条件下,移走水蒸气的瞬间,v正、v逆分别如何改变?
提示:移走水蒸气瞬间,c(H2O)减小,所以v正减小;c(H2)不变,所以v逆不变。
(3)恒压条件下,移走水蒸气的瞬间,v正、v逆分别如何改变?
提示:移走水蒸气瞬间,c(H2O)减小,所以v正减小;c(H2)增大,所以v逆增大。
【方法规律】
压强对化学平衡移动影响再认识
【素养训练】
1.(2020·济南高二检测)对处于平衡状态的反应2A(g)+B(g)
2C(g) ΔH=
-Q
kJ·mol-1,下列叙述正确的是( )
A.增大压强,v(正)增大,v(逆)减小
B.升高温度,v(正)减小,v(逆)增大
C.增大A浓度的瞬间,v(正)增大,v(逆)不变
D.增大A浓度的瞬间,v(正)增大而v(逆)减小
【解析】选C。该反应正向反应是气体体积减小的反应,增大压强,正逆反应速率都增大,正反应速率增大的多,平衡正向移动,A错误;反应是放热反应,升高温度,正逆反应速率都增大,逆反应速率增大的多,平衡逆向移动,B错误;增大A浓度的瞬间,正反应速率增大,此时逆反应速率不变,随反应进行正反应速率减小,逆反应速率增大,最后达到平衡状态,正逆反应速率相同,C正确。
2.一定条件下,向一带活塞的密闭容器中充入2
mol
SO2和1
mol
O2,发生下列
反应:2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)达到平衡后改变下述条件,SO3气体平衡浓度不
变的是( )
A.保持温度和容器体积不变,充入1
mol
SO3(g)
B.保持温度和容器内压强不变,充入1
mol
SO3(g)
C.保持温度和容器体积不变,充入2
mol
SO2(g)和1
mol
O2(g)
D.保持温度和容器内压强不变,充入1
mol
Ar(g)
【解析】选B。温度和容器的体积不变,充入1
mol
SO3(g),按化学计量数转化
到左边,得到n(SO2)=1
mol,n(O2)=0.5
mol,不满足2
mol
SO2,1
mol
O2,与原来
的平衡不是等效平衡,所以SO3气体平衡浓度改变,故A不符合;温度和容器的压
强不变,充入1
mol
SO3(g),按化学计量数转化到左边,得到n(SO2)=1
mol,n(O2)
=0.5
mol,满足n(SO2)∶n(O2)=2∶1,与原来的平衡是等效平衡,所以SO3气体平
衡浓度不改变,故B符合;保持温度和容器的体积不变,充入2
mol
SO2(g)和
1
mol
O2(g),相当于增大压强,平衡向正反应方向移动,SO3的平衡浓度增大,故
C不符合;保持温度和容器的压强不变,充入1
mol
Ar,体积增大,反应混合物产
生的压强减小,平衡向逆反应方向移动,移动的结果是降低SO3的浓度,故D不符
合。
【加固训练】
1.一定温度下,反应C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g)在密闭容器中进行,一段时间
后达到平衡,下列措施不能使平衡发生移动的是( )
①增加C的物质的量
②保持容器容积不变,充入N2使体系压强增大
③将容器的容积缩小一半
④保持压强不变,充入N2使容器容积变大
A.①②
B.②③
C.①④
D.③④
【解析】选A。①C是固体,其浓度为常数,改变它的量平衡不移动;该反应为气体体积不相等的反应,②保持容器容积不变,充入N2,由于c(H2O)、c(CO)、c(H2)都不变,所以平衡不移动;③缩小容器容积,压强增大,平衡左移;④保持压强不变,充入N2,容器容积扩大,平衡右移。
2.在一定温度下,将一定质量的混合气体在密闭容器中发生反应aA(g)+bB(g)
cC(g)+dD(g),达到平衡时测得B气体的浓度为0.6
mol·L-1,恒温下将密
闭容器的容积扩大一倍,重新达到平衡时,测得B气体的浓度为
0.4
mol·L-1,
下列叙述中正确的是( )
A.a+b>c+d
B.平衡向右移动
C.重新达平衡时,A气体浓度增大
D.重新达平衡时,B的体积分数减小
【解析】选A。保持温度不变,将容器的体积扩大1倍,若平衡不移动,B气体的浓度为0.3
mol·L-1,小于实际B的浓度0.4
mol·L-1,说明平衡向生成B的方向移动,即向逆反应方向移动。A项,增大体积,压强减小,平衡向逆反应方向移动,压强减小,平衡向气体物质的量增大的方向移动,即a+b>c+d,正确;B项,依据判断分析,化学平衡逆向进行,错误;C项,体积加倍,各物质的浓度都要减小,即A气体浓度减小,故C错误;D项,平衡向逆反应方向移动,B的体积分数增大,错误。
知识点二
深度剖析温度、催化剂对化学平衡的影响?
1.温度变化对化学平衡的影响规律
(1)影响规律
①升高温度,平衡向吸热的方向移动。
②降低温度,平衡向放热的方向移动。
(2)平衡移动图象(v
-t图)
①若aA+bB
cC+dD ΔH<0
②若aA+bB
cC+dD ΔH>0
(3)注意事项
①对于同一化学反应,升高温度,使v(吸)和v(放)都增大,但吸热反应速率增大的程度更大,即v(吸)>v(放),所以平衡向吸热方向移动;反之,降低温度,v(吸)和v(放)都减小,但吸热反应速率减小的程度更大,即v(吸)②一般地,升高温度,新平衡状态下的反应速率大于原平衡状态下的反应速率,反之亦然。
2.催化剂对化学平衡的影响
虽然催化剂不能引起化学平衡的移动,但使用催化剂可以加快化学反应的速率,缩短达到平衡所需要的时间,提高经济效益,故多数反应需使用催化剂。
【知识拓展】温度变化对吸热反应的影响程度大
【合作探究】
(1)温度改变,平衡一定发生移动吗?
提示:任何化学反应都伴随着能量的变化,所以任何可逆反应的化学平衡状态
都受温度的影响。
(2)工业炼铁时,CO还原氧化铁的反应中加入合适的催化剂,能减少CO2的排放吗?
提示:不能;原因是催化剂不能改变化学平衡状态,只能加快化学反应速率,缩
短达到平衡的时间,不能减少CO2的排放。
【典例示范】
【典例】如图所示,表示反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH<0,在某一时间段
内反应速率与反应过程的曲线关系图。
(1)氨的质量分数最高的一段时间是________(填字母序号)。?
A.t0～t1
B.t2～t3
C.t3～t4
D.t5～t6
(2)t1、t3、t4改变的条件分别是
t1________________________________________________________________;?
t3________________________________________________________________;?
t4_______________________________________________________________。?
【解题指南】解答本题需要注意三点:
(1)条件改变时是否有断点。
(2)平衡移动方向在图象中的体现。
(3)条件改变时正、逆反应速率相等的条件是使用催化剂或压强的改变,但压强只适用于气体化学计量数不变的情况。
【解析】(1)最初时的NH3的质量分数最高。
(2)t1时,v(正)、v(逆)均增大且v(逆)>v(正),改变的条件是升温;t3时,v(正)=v(逆),改变的条件是使用催化剂;t4时,v(正)、v(逆)均减小且v(逆)>v(正),改变的条件是减小压强。
答案:(1)A (2)升高温度 使用催化剂 减小压强
【规律方法】
解答v
-t图象类型试题要点
(1)抓住“图象的断点”突破:即由图象中条件改变的瞬间,正、逆反应速率的
变化情况进行分析:若均增大或均减小,一般为温度、压强和催化剂;若正逆反
应只有一个速率改变,则改变的条件为浓度。
(2)抓住“图象的连续点”突破:通过改变条件的瞬间过后,正、逆反应速率的
继续变化,可以确定平衡移动的方向。
(3)抓住“图象的对称性”突破:一般速率-时间图象中,平衡移动时正逆反应速率的变化情况为一增一减,且呈对称图形,所以如果图中只提供正、逆反应速率中的一种变化情况,则可根据对称性,确定另外一方的变化情况。
【素养训练】
1.(2020·昆明高二检测)在密闭容器中加入CaSO4和CO,在一定温度下,发生反
应:CaSO4(s)+CO(g)
CaO(s)+SO2(g)+CO2(g) ΔH=+218.4
kJ·mol-1
CO的反应速率随时间变化如图所示。
下列说法正确的是( )
A.该反应是吸热反应,升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小
B.CaO是固态,不能用CaO表示反应的快慢
C.图示中t1时改变的条件可能是减小c(CO),同时增大c(SO2)
D.图示中t1时改变的条件可能是增大压强
【解析】选C。一般情况下,升高温度都会使反应速率增大,因此升高温度后,正逆反应的反应速率都会增加,A错误;反应速率有多种表示方法,由于CaO是固体,所以不能用其浓度的变化表示反应速率;但是可以用其质量的变化反映反应速率的大小,B错误;图中t1时刻后,v正减小而v逆增大;根据反应速率的影响因素可知,若减小CO的浓度会导致正反应速率下降,若同时增大SO2的浓度则会导致逆反应速率上升,C正确;若增大压强,则会导致正逆反应速率都增大,这与图象中的反映的信息不符,D错误。
2.一定条件下,A(g)+B(g)
C(g) ΔH<0,达到平衡后根据下列图象判断:
(1)升高温度,达到新平衡的是________(填“A”“B”“C”“D”或“E”,下
同),新平衡中C的体积分数______(填“增大”“减小”或“不变”,下同)。?
(2)减小压强,达到新平衡的是____
__,A的转化率____
__。?
(3)减小C的量,达到新平衡的是________。?
(4)增加A的量,达到新平衡的是________,此时B的转化率__________,A的转化
率________。?
(5)使用催化剂,达到新平衡的是________,C的质量分数__________。?
【解析】A图v′(正)突增,v(逆)从原平衡渐增,故为增大反应物浓度;B图
v′(逆)、v′(正)均突增且v′(逆)>v′(正),故为升温[若加压v′(正)
>v′(逆)];C图v′(逆)、v′(正)均突减,故为改变温度或压强,由v′(逆)>
v′(正)知为减压;D图v′(逆)=v′(正),故为使用催化剂;E图v′(逆)突减,
v′(正)从原平衡逐渐减小,故为减小生成物浓度。
答案:(1)B 减小 (2)C 减小
(3)E (4)A 增大 减小 (5)D 不变
【加固训练】
1.已知反应X(g)+Y(g)
nZ(g) ΔH>0,将X和Y以一定比例混合通入密闭容器
中进行反应,各物质的浓度随时间的改变如图所示。下列说法不正确的是( )
A.反应方程式中n=1
B.10
min时,曲线发生变化的原因是升高温度
C.10
min时,曲线发生变化的原因是增大压强
D.0～5
min内,用X表示的反应速率为v(X)=0.08
mol·L-1·min-1
【解析】选B。10
min时反应物和生成物浓度瞬间同时增大,说明是增大了压强,
反应物浓度逐渐减小,生成物浓度增加,平衡正向移动,则说明该反应是体积缩
小的反应,即n=1,该时间段X的平均反应速率为v(X)=
=0.08
mol·L-1·min-1。
2.mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g),当反应达到平衡后,若压强改变,其v-t图象如
下:
(1)图①表示的压强变化是____________,平衡移动方向是向________方向。?
(2)图②表示的压强变化是____________,平衡移动方向是向________方向。?
(3)m+n________p+q(填“>”“=”或“<”)。?
【解析】图①中t1时刻v′(正)、v′(逆)均增大,故为增大压强;由v′(正)>v′(逆)知平衡正向移动,则m+n>p+q;图②中t1时刻v′(正)、v′(逆)均减小,故为减小压强,由v′(正)答案:(1)增大压强 正反应 (2)减小压强 逆反应
(3)>
【素养训练】
酒精有很多用途。家里常备一瓶医用75度酒精,装在空的喷瓶里。电脑键盘、
屏幕脏了,喷一下,轻轻一擦,又干净又能消毒。家里门把手、垃圾桶、切菜
板、电灯开关、手机,隐形眼镜盒,也经常喷一下,这几个地方看不见的细菌很
多。鞋子内部经常喷一下,杀菌,酒精挥发很快,不用担心潮湿。
据报道,在300
℃、70
MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实:2CO2(g)+
6H2(g)
CH3CH2OH(g)+3H2O(g)
(1)使用Cu-Zn-Fe催化剂可大大提高生产效率吗?
提示:使用催化剂可以加快化学反应速率,提高经济效益。
(2)由以上信息反应需在300
℃下进行可推知该反应为吸热反应吗?
提示:加热可以加快化学反应速率,放热反应也可能在加热条件下进行。
(3)充入大量CO2气体可提高H2的转化率吗?
提示:可以。充入CO2气体,平衡正向移动,H2的转化率提高。
(4)从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率吗?
提示:可以。从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O,平衡正向移动,CO2和H2的
转化率提高。
【课堂小结】
【三言两语话重点】
1.“1”个原理:勒夏特列原理。
2.“4”个要素:温度、压强、浓度、催化剂。
3.“2”个判断:
(1)压强(包括加入惰性气体)对平衡的影响可通过分析浓度的变化进行判断。
(2)反应物和生成物浓度等幅度改变可转换为“压强”改变进行判断。
4.“2”个对比:
(1)恒容与恒压对比,可分析恒压平衡后体积与恒容的大小关系。
(2)绝热与恒温对比:可分析绝热体系平衡时温度与恒温的高低关系。
1.(2020·成都高二检测)下列事实不能用勒夏特列原理解释的是
( )
A.氯水中存在平衡:Cl2+H2O
H++Cl-+HClO,当加入适量NaHCO3(s)后,溶液颜色
变浅
B.在K2Cr2O7溶液中存在如下平衡:Cr2
+H2O
2Cr
+2H+,若向K2Cr2O7溶液
中滴入5～15滴浓硫酸,溶液颜色加深
C.对于反应体系CO(g)+NO2(g)
NO(g)+CO2(g),给平衡体系增大压强可使颜色
变深
D.对于反应2NO2(g)
N2O4(g) ΔH<0,平衡体系升高温度颜色变深
课堂检测·素养达标
【解析】选C。加入NaHCO3有反应发生:HC
+H+====H2O+CO2↑,溶液中的H+浓
度减小,根据勒夏特列原理,平衡向正反应方向移动,Cl2(呈黄绿色)浓度减小,
溶液颜色变浅,A不符合题意;Cr2
呈橙色,Cr
呈黄色。向K2Cr2O7溶液中滴
入浓硫酸时,溶液中H+浓度增大,根据勒夏特列原理,Cr2
+H2O
2Cr
+2H+
平衡向逆反应方向移动,Cr2
浓度增大,Cr
浓度减小,溶液颜色加深,B不
符合题意;因为CO(g)+NO2(g)
NO(g)+CO2(g)反应前后气体体积不变,增大压
强平衡不移动,所以与勒夏特列原理无关,C符合题意;反应2NO2(g)
N2O4(g)
ΔH<0正反应是放热反应,根据勒夏特列原理,升高温度平衡向吸热反应方向移动,即该反应向逆反应方向移动,NO2浓度增大,(NO2呈红棕色,N2O4为无色)平衡体系颜色变深,D不符合题意。
2.(2020·大庆市高二检测)利用反应:2NO(g)+2CO(g)
2CO2(g)+N2(g)
ΔH=-746.8
kJ·mol-1,可净化汽车尾气,如果要同时提高该反应的速率和NO的
转化率,采取的措施是( )
A.降低温度
B.缩小体积使压强增大
C.升高温度同时充入N2
D.及时将CO2和N2从反应体系中移走
【解析】选B。降低温度,化学反应速率减慢,化学平衡向放热方向移动,即正反应方向,NO的转化率增大,故A错误;增大压强平衡向正反应方向移动,NO的转化率增大,且化学反应速率加快,故B正确;升高温度,化学反应速率加快,化学平衡向吸热方向移动,即逆反应方向,NO的转化率减小,充入N2时,平衡逆向移动,NO的转化率减小,故C错误;将CO2和N2从反应体系中移走,平衡向正反应方向移动,NO的转化率增大,但反应速率减小,故D错误。
3.(2020·石家庄高二检测)如图是可逆反应A+2B
2C+3D的化学反应速率与化
学平衡随外界条件改变(先降温后加压)而变化的情况。由此可推断( )
A.温度越高,该反应的化学平衡常数越大
B.若A、B是气体,则D是液体或固体
C.逆反应是放热反应
D.A、B、C、D均为气体
【解析】选B。由图象知,降低温度,v′(正)>v′(逆),平衡向正反应方向移动,说明正反应为放热反应,逆反应为吸热反应,升高温度,该反应的化学平衡常数减小,A、C错误;增大压强,v″(正)>v″(逆),平衡向正反应方向移动,即正反应为气体体积减小的反应,若A、B为气体,则D一定为固体或液体,C可以是任意状态,B正确,D错误。
4.(2019·上海高考)已知反应式:mX(g)+nY
pQ(s)+2mZ(g),已知反应已达平
衡,此时c(X)=0.3
mol·L-1,其他条件不变,若容器缩小到原来的
,c(X)=
0.5
mol·L-1,下列说法正确的是( )
A.反应向逆方向移动
B.Y可能是固体或液体
C.系数n>m
D.Z的体积分数减小
【解析】选C。根据c(X)=0.3
mol·L-1,其他条件不变,若容器缩小到原来的
,若平衡不移动,则c(X)=0.6
mol·L-1>0.5
mol·L-1,说明在消耗X,即平衡正向移动,故A错误;缩小体积,即增大压强,平衡正向移动,说明正反应方向气体体积减小,故Y必为气体,故B错误;平衡正向移动,说明正反应方向气体体积减小,m+n>2m,即n>m,故C正确;平衡正向移动,生成了Z,故Z的体积分数增大,故D错误。
【素养新思维】
5.现有反应mA(g)+nB(g)
pC(g),达到平衡后,升高温度,B的转化率变大;减
小压强,混合物体系中C的质量分数减小,则:
(1)该反应的逆反应为________(填“放热”或“吸热”)反应,且m+n________
(填“>”“=”或“<”)p。?
(2)在恒容条件下加入B,则A的转化率________(填“增大”“减小”或“不
变”,下同),B的转化率________。?
(3)若升高温度,则平衡时B、C的浓度之比
将________(填“增大”“减小”
或“不变”)。?
(4)若B是有色物质,A、C均无色,则加入C(容器容积不变)时混合物的颜色
________(填“变深”“变浅”或“不变”,下同);而维持容器内压强不变,充入氖气时,混合物的颜色________。?
【解析】(1)升高温度时,B的转化率变大,说明平衡正向移动,故正反应为吸热
反应,逆反应为放热反应;减小压强时,C的质量分数减小,说明平衡逆向移动,故
m+n>p。
(2)在恒容条件下,向平衡体系中加入B,B的转化率减小,A的转化率增大。
(3)升高温度时,平衡正向移动,c(B)减小,c(C)增大,故
将减小。
(4)加入C(容器容积不变)时,平衡逆向移动,c(B)增大,故混合物的颜色加深;而
维持容器内压强不变,充入氖气时,容器的容积增大,c(B)减小,故混合物的颜色
变浅。
答案:(1)放热 > (2)增大 减小
(3)减小 (4)变深 变浅
课时素养评价
八 外界条件对化学平衡的影响
(40分钟 70分)
【基础达标】（40分钟
70分）
一、选择题(本题包括10小题,每题4分,共40分)
1.(2020·嘉兴高二检测)工业制硝酸中的一步重要反应是NH3在加热条件下催化
氧化:4NH3+5O2
4NO+6H2O这是一个正反应放热的可逆反应,如果反应在密闭
容器中进行,下列说法中错误的是( )
A.使用催化剂可以加快反应速率,提高生产效率
B.适当提高O2的浓度可以提高NH3的转化率
C.升高温度,正反应速率增大、逆反应速率减小
D.NH3的转化率为最大值时,该反应达到平衡状态
【解析】选C。使用催化剂加快了反应速率,缩短反应到达平衡的时间,可提高生产效率,A项正确;增大反应物O2的浓度,平衡向正反应方向移动,可提高NH3的转化率,B项正确;升高温度,正、逆反应速率都增大,C项错误;NH3的转化率为最大值时,达到反应的最大限度,说明反应达到平衡状态,D项正确。
2.(2020·咸阳高二检测)如图是温度和压强对X+Y
2Z反应影响的示意图。
图中横坐标表示温度,纵坐标表示平衡混合气体中Z的体积分数。下列叙述正确
的是( )
A.上述可逆反应的正反应为放热反应
B.X和Y中只有一种为气态,Z为气态
C.X、Y、Z均为气体
D.上述反应的逆反应ΔH>0
【解析】选B。图象曲线变化可知,随着温度的升高,Z的体积分数增大,说明升高温度平衡向正反应方向移动,说明正反应吸热,故A错误;增大压强,Z的体积分数减小,说明增大压强平衡向逆反应方向移动,则说明反应前的气体的化学计量数之和小于生成物气体的化学计量数,则X和Y中只有一种是气态,Z为气态,故B正确;如X、Y、Z均为气态,反应前后气体的体积不变,增大压强,平衡应不移动,但由图象可知增大压强平衡向逆反应方向移动,故C错误;由A可知此反应正反应吸热,则逆反应放热,即逆反应的ΔH<0,故D错误。
3.(2020·榆林高二检测)将等物质的量的X、Y气体充入某密闭容器中,在一定
条件下,发生反应并达到平衡:X(g)+3Y(g)
2Z(g) ΔH<0。当改变某个条件
并维持新条件直至新的平衡时,表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是( )
选项
改变条件
新平衡与原平衡比较
A
升高温度
X的转化率变小
B
增大压强(减小体积)
X的浓度变小
C
充入一定量Y
Y的转化率增大
D
使用适当催化剂
X的体积分数变小
【解析】选A。升高温度,平衡逆向移动,X的转化率变小,A正确;增大压强,平衡正向移动,但容器的体积减小,X的浓度增大,B错误;充入一定量Y,X的转化率增大,而Y的转化率减小,C错误;使用适当催化剂,只能加快反应速率,不能改变平衡移动方向,X的体积分数不变,D错误。
4.(2020·太原高二检测)将NO2装入带有活塞的密闭容器中,当反应
2NO2(g)
N2O4(g)达到平衡后,改变某个条件,下列叙述正确的是( )
A.升高温度,气体颜色加深,则正反应为吸热反应
B.慢慢压缩气体体积,平衡向正反应方向移动,混合气体的颜色变浅
C.慢慢压缩气体体积,若体积减小一半,压强增大,但小于原来的两倍
D.恒温恒容时,充入惰性气体,压强增大,平衡向正反应方向移动,混合气体的
颜色变浅
【解析】选C。升高温度,平衡向吸热反应方向移动,如果气体颜色加深,则平衡向逆反应方向移动,所以正反应为放热反应,故A错误;缩小体积,相当于增大压强,平衡向气体体积减小的正反应方向移动,但平衡时混合气体颜色比原来深,故B错误;慢慢压缩气体体积,若体积减小一半,压强增大,平衡向气体体积减小的正反应方向移动,因为存在化学平衡,所以虽然压强增大,但小于原来的两倍,故C正确;恒温恒容时,充入惰性气体,压强增大,但反应物浓度不变,所以平衡不移动,混合气体颜色不变,故D错误。
5.(2020·浙江7月选考)一定条件下:2NO2(g)
N2O4(g) ΔH<0。在测定NO2
的相对分子质量时,下列条件中,测定结果误差最小的是( )
A.温度0
℃、压强50
kPa
B.温度130
℃、压强300
kPa
C.温度25
℃、压强100
kPa
D.温度130
℃、压强50
kPa
【解析】选D。测定二氧化氮的相对分子质量,要使测定结果误差最小,应该使混合气体中NO2的含量越多越好,为了实现目的,应该改变条件使平衡尽可能逆向移动。该反应是一个反应前后气体分子数减小的放热反应,可以通过减小压强、升高温度使平衡逆向移动,则选项中,温度最高的为130
℃,压强最低的为50
kPa,结合二者选D。
6.已知COCl2(g)
CO(g)+Cl2(g) ΔH>0,当反应达到平衡时,下列措施:
①升温
②恒容通入惰性气体
③增加CO的浓度
④扩大容积
⑤通入COCl2
⑥恒压通入惰性气体
能提高COCl2转化率的是( )
A.①②④ B.①④⑥ C.②③⑥ D.③⑤⑥
【解析】选B。①为吸热反应,升温平衡正向移动,转化率增大,故选;
②恒容通入惰性气体,平衡不移动,转化率不变,故不选;
③增加CO的浓度,平衡逆向移动,转化率减小,故不选;
④该反应为气体体积增大的反应,容积增大,压强减小,减压平衡正向移动,转化率增大,故选;⑤通入COCl2,平衡向右移动,但转化率减小,故不选;
⑥恒压通入惰性气体,相当于减小压强,减压平衡正向移动,转化率增大,故选。
7.一定温度下,在固定容积的密闭容器中,可逆反应A(g)+3B(g)
2C(g)达到
平衡时,各物质的物质的量之比为n(A)∶n(B)∶n(C)=2∶2∶1。保持温度不变,
以2∶2∶1的物质的量之比再充入A、B、C,则( )
A.平衡不移动
B.再达平衡时,n(A)∶n(B)∶n(C)仍为2∶2∶1
C.再达平衡时,C的体积分数增大
D.再达平衡时,正反应速率增大,逆反应速率减小
【解析】选C。题述操作相当于增大压强,平衡向气体分子数减小的方向移动,即向正反应方向移动,A项错误;再次达到平衡后,C的物质的量分数与体积分数增大,B项错误,C项正确;增大压强,再次达到平衡时,正、逆反应速率都增大,D项错误。
8.在一个6
L的密闭容器中,通入3
L
X(g)和2
L
Y(g),在一定条件下发生下列
反应:4X(g)+3Y(g)
2Q(g)+nR(g),达到平衡后,容器内温度不变,混合气体的
压强比原来增加5%,X的浓度减小
,则该反应方程式中的n的值是( )
A.3
B.4
C.5
D.6
【解析】选D。按题意,反应是在一个恒温定容的密闭容器中进行的,但平衡时
混合气体的压强却比平衡前增大,这表明混合气体的物质的量比反应前增加了。
因而在化学方程式中,生成物的化学计量数之和大于反应物的化学计量数之和,
即2+n>4+3,n>5。从题目所给出的选项来看,只有n=6才能满足题设所需条件。
9.(2020·六安高二检测)某密闭容器中发生如下反应:X(g)+3Y(g)
2Z(g)
ΔH<0。如图表示该反应的速率(v)随时间(t)变化的关系,t2、t3、t5时刻外界
条件有所改变,但都没有改变各物质的初始加入量,下列说法中不正确的是
( )
A.t3时减小了压强
B.t5时升高了温度
C.t2时加入了催化剂
D.t4～t5时间内转化率最低
【解析】选D。该反应的正反应为气体体积减小的反应,t3时正、逆反应速率均减小,且逆反应速率比正反应速率大,说明平衡逆向移动,应为减小压强,A正确;该反应的正反应为放热反应,升高温度,正、逆反应速率均增大,逆反应速率增大的多于正反应速率的增大,平衡逆向移动,故改变条件应为升高温度,B正确;由该图可知,t2时刻,改变条件,正、逆反应速率同等程度增大,平衡不移动。该反应正反应是气体体积减小的反应,增大压强平衡向正反应方向移动,不可能是改变压强,故改变条件为使用催化剂,C正确;由图可知,t5时平衡逆向移动,则t6时反应物的转化率比t4时低,D错误。
【加固训练】
下列图象不符合反应Fe(s)+H2O(g)
FeO(s)+H2(g) ΔH<0
的是
(图中v是速率,φ为混合物中H2的体积百分含量)( )
【解析】选A。反应Fe(s)+H2O(g)
FeO(s)+H2(g) ΔH<0是反应前后气体体
积不变的放热反应,随温度升高正逆反应速率都增大,且逆反应速率大于正反应
速率,故A不符合;随温度升高,平衡逆向移动,氢气的体积分数减小,B符合;温度
越高达到平衡所用时间越短,故T2>T1,升温平衡逆向移动,氢气体积分数减小,C
符合;Fe是固态,其物质的量的增加对反应速率无影响,D符合。
10.(2020·潍坊高二检测)将2
mol
SO2和1
mol
O2分别置于相同容积的甲、乙
两密闭容器中发生反应2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)并达到平衡。在该过程中,甲
容器保持恒温恒容,乙容器保持恒温恒压,达到平衡时,下列说法正确的是( )
A.达到平衡所需的时间:甲>乙
B.甲中SO2的转化率>乙中SO2的转化率
C.混合气体中SO3的含量:甲>乙
D.气体的总物质的量:甲<乙
【解析】选A。反应2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)正向进行,气体物质的量减小,甲
容器保持恒温恒容,则压强逐渐减小,乙容器恒压,反应中压强乙>甲,乙中反应
速率大,达到平衡所需的时间为甲>乙,A正确;达到平衡时,乙容器压强大于甲容
器压强,压强增大平衡正向移动,则乙的转化率大,故B错误;乙的转化率大,则混
合气体中生成物的含量较多,故C错误;达到平衡时,乙容器压强大于甲容器压强,
压强增大平衡向气体体积减小的方向移动,则气体的总物质的量:甲>乙,故D错
误。
二、非选择题(本题包括2小题,共30分)
11.(18分)对于一定条件下的可逆反应
甲:A(g)+B(g)
C(g) ΔH<0
乙:A(s)+B(g)
C(g) ΔH<0
丙:A(g)+B(g)
2C(g) ΔH>0
达到化学平衡后,加压,使体系体积缩小为原来的
,按要求回答下列问题:
(1)平衡移动方向(填“向左”“向右”或“不移动”)
甲________;乙________;丙________。
(2)设压缩之前压强分别为p甲、p乙、p丙,压缩后压强分别为p′甲、p′乙、p′丙,则p甲与p′甲,p乙与p′乙,p丙与p′丙的关系分别为甲_____;乙_____;丙_____。?
(3)混合气体的平均相对分子质量变化分别为(填“增大”“减小”或“不变”)甲________;乙________;丙________。
【解析】(1)加压平衡向着化学计量数减小的方向移动,甲平衡向右移动,乙、
丙平衡不移动。
(2)压强影响平衡移动注意三个方面:只适用于气体,气体的化学计量数,加压后
压强一定比原压强大。
(3)平均相对分子质量M=
,加压后,甲中质量不变,物质的量减小,故M增大;乙
中气体质量不变,物质的量不变,故M不变;丙中气体质量不变,物质的量不变,故
M不变。
答案:(1)向右 不移动 不移动
(2)p甲(3)增大 不变
不变
12.(12分)(2020·镇江高二检测)将等物质的量的A、B、C、D四种物质混合后,
充入一容积为V的密闭容器,此时容器内压强为p。然后在一定条件下发生如下
反应:aA(?)+bB(?)
cC(g)+dD(?)。当反应进行一段时间后,测得A减少了
n
mol,B减少了0.5n
mol,C增加了n
mol,D增加了1.5n
mol,此时达到化学平衡。
(1)该化学方程式中,各物质的化学计量数分别为a=________;b=________;c=________;d=________。?
(2)若只改变压强,反应速率发生变化,但平衡不发生移动,则在上述平衡混合物中再加入B物质,上述平衡________。?
A.向正反应方向移动
B.向逆反应方向移动
C.不移动
D.条件不够,无法判断
(3)若只升高温度,反应一段时间后,测得四种物质的物质的量又重新相等,则正反应为________(填“放热”或“吸热”)反应。?
【解析】(1)根据化学反应中化学计量数之比等于参加反应的各物质的物质的量之比可知,a∶b∶c∶d=2∶1∶2∶3。(2)只改变压强,反应速率发生变化,但平衡不发生移动,说明该反应是反应前后气体体积不变的可逆反应,则此反应的聚集状态为A是气态、B是固态或液态、D是固态或液态;由于固态、液态纯净物的浓度是常数,故改变B的量,平衡不发生移动。(3)其他条件不变,只升高温度,反应一段时间后,四种物质的物质的量又重新相等,说明升温平衡向逆反应方向移动,故该反应的正反应为放热反应。
答案:(1)2 1 2 3 (2)C (3)放热
【能力提升】（20分钟
30分）
一、选择题(本题包括2小题,每小题5分,共10分)
13.(2020·邯郸高二检测)一定条件下,将一定量的A、B、C、D四种物质,置于密闭容器中发生如下反应:
mA(s)+nB(g)
pC(g)+qD(g)。达到平衡后,测得B的浓度为0.5
mol·L-1。保
持温度不变,将密闭容器的容积扩大到原来的两倍,再次达到平衡后,测得B的浓
度为0.2
mol·L-1,当其他条件不变时,C在反应混合物中的体积分数(x)与温度
(T)、时间(t)的关系如图所示,下列叙述正确的是( )
A.容积扩大到原来的两倍,平衡向逆反应方向移动
B.化学方程式中n>p+q
C.达到平衡后,若升高温度,平衡向逆反应方向移动
D.达到平衡后,增加A的量,有利于提高B的转化率
【解析】选C。设容器的体积为V
L,第一次平衡时B的物质的量为0.5V
mol,容器扩大到原来的两倍,再次达到平衡后,B的物质的量为0.4V
mol,容器扩大前后B的物质的量减少,所以平衡向正反应方向移动,故A错误;容器扩大后,平衡向正反应方向移动,容器内气体的压强减小,减小压强平衡向气体体积增大的方向移动,所以n14.两个体积相同带活塞的容器,分别盛装一定量的NO2和Br2(g),都为一样的红棕色,迅速将两容器同时压缩到原来的一半(如图),假设气体不液化,则下列说法正确的是( )
A.a→a′过程中,颜色突然加深,然后逐渐变浅,最终颜色比原来的浅
B.a′、b′的颜色一样深
C.a′的压强比a的压强的2倍要小,b′的压强为b的压强的2倍
D.a′中的c(NO2)一定比b′中的c(Br2)小
【解析】选C。a→a′的过程中,平衡正向移动,但增大压强,不论平衡怎样移动,新平衡时各物质(气体)的浓度仍比原平衡时的大,A错误;a在压缩中一定有NO2转化成N2O4,故a′中NO2的物质的量比a中小,而b和b′中Br2的物质的量相等,故a′颜色应比b′中的浅,B错误,C正确;两者颜色一样深,并不意味着c(NO2)和c(Br2)相等,不能判断D是否正确。
二、非选择题(本题包括1小题,共20分)
15.(2020·承德高二检测)在一密闭容器中发生反应:N2+3H2
2NH3 ΔH<0,
达到平衡后,只改变某一个条件时,反应速率与反应时间的关系如图所示:
回答下列问题:
(1)处于平衡状态的时间段是________(填字母,下同)。?
A.t0～t1 B.t1～t2 C.t2～t3 D.t3～t4 E.t4～t5 F.t5～t6
(2)t1、t3、t4时刻分别改变的一个条件是t1时刻________;t3时刻________;
t4时刻________。?
A.增大压强 B.减小压强 C.升高温度
D.降低温度 E.加催化剂 F.充入氮气
(3)依据(2)中的结论,下列时间段中,氨的百分含量最高的是________。?
A.t0～t1
B.t2～t3
C.t3～t4
D.t5～t6
(4)如果在t6时刻,从反应体系中分离出部分氨,t7时刻反应达到平衡状态,请在图中画出反应速率的变化曲线。
(5)保持温度、压强不变,合成氨反应达到平衡时,测得反应混合气体中氨气的体积分数为20%,则反应后与反应前的混合气体体积之比为________。
【解析】(1)根据图示可知,t0～t1、t2～t3、t3～t4、t5～t6时间段内,v(正)、v(逆)相等,反应处于平衡状态。(2)t1时刻,v(正)、v(逆)同时增大,且v(逆)增大更快,平衡向逆反应方向移动,所以t1时刻改变的条件是升温。t3时刻,v(正)、v(逆)同时增大且增大量相同,平衡不移动,所以t3时改变的条件是加入催化剂。t4时刻v(正)、v(逆)同时减小,且平衡向逆反应方向移动,所以t4时刻改变的条件是减小压强。(3)根据图示知,t1～t2、t4～t5时间段内平衡均向逆反应方向移动,NH3的含量均比t0～t1时间段内的低,所以t0～t1时间段内NH3的百分含量最大。
(4)t6时刻分离出NH3,v(逆)立即减小,而v(正)逐渐减小,在t7时刻二者相等,
反应重新达到平衡,据此可画出反应速率的变化曲线。(5)设反应前加入
a
mol
N2、b
mol
H2,达平衡时生成2x
mol
NH3,则反应后气体总的物质的量
为(a+b-2x)
mol,
=0.2,解得:a+b=12x,故反应后与反应前的混合气体
体积之比=
。
答案:(1)ACDF (2)C E B (3)A
(4)
(5)5∶6(共113张PPT)
第三节 化
学
平
衡
第1课时 化学平衡状态
必备知识·自主学习
一、可逆反应
1.可逆反应
(1)定义
在_________下既可以向正反应方向进行,同时又可以向逆反应方向进行的化学
反应。
(2)特点
同一条件
2.不可逆反应
有些反应的逆反应进行程度太小因而忽略,把这类反应叫不可逆反应,用
“====”连接。
【自主探索】
(1)2H2+O2
2H2O是可逆反应吗?为什么?
提示:不是。可逆反应应该是在同一条件下同时进行。
(2)下列说法正确吗?为什么?
①密闭容器中,2
mol
SO2和1
mol
O2催化反应后分子总数为2NA。
提示:不正确。反应2SO2+O2
2SO3是可逆反应,因此密闭容器中,2
mol
SO2和
1
mol
O2催化反应后分子总数不是2NA。
②密闭容器中1
mol
PCl3与1
mol
Cl2反应制备PCl5(g),增加2NA个P—Cl键。
提示:不正确。PCl3与Cl2反应生成PCl5的反应是可逆反应,反应物不可能完全
转化为生成物。
点燃
电解
二、化学平衡状态
1.化学平衡的建立
在一定条件下,把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下:
以上过程可用下图表示:
2.化学平衡状态
一定条件下,可逆反应中,___________与___________相等,反应混合物中各种物
质的浓度和百分含量_________的状态。
正反应速率
逆反应速率
保持不变
3.化学平衡状态的特征
【自主探索】
(1)判断下列说法是否正确,正确的打√,错误的打×。
①平衡时体系内各物质浓度保持不变,由v=
知各反应物表示的反应速率均为0,反应处于静止状态。( )
提示:×。平衡时v=
=0,但是反应并不是静止状态,而是依然在进行。
②可逆反应达到化学平衡状态时,因为Δc=0,所以v(正)=v(逆)=0。( )
提示:×。使用
计算出来的是某时间段的平均反应速率,由于化学平衡状态过程中Δc=0,所以平均反应速率为0,但是化学反应依然在进行,所以瞬时反应速率v(正)=v(逆)>0。
③在已达到平衡的可逆反应:2SO2+O2
2SO3中,充入18O2一段时间后,18O也存
在于SO2和SO3中。( )
提示:√。加入18O2后,通过正反应18O进入SO3中,但逆反应同时进行,所以18O也
可进入SO2中。
(2)在200
℃时,将1
mol
H2(g)和2
mol
I2(g)充入体积为V
L
的密闭容器中,
发生反应:I2(g)+H2(g)
2HI(g) ΔH=-c
kJ·mol-1,当反应进行到v(正)与
v(逆)________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________mol。此时放出的热量Q______(填“=”“>”或
“<”)c
kJ。?
提示:相等 3
<
关键能力·合作学习
知识点一 可逆反应中物质浓度的界定?
极端假设,界定可逆反应物质的范围
在密闭容器中进行可逆反应: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
平衡时,各物质的浓度范围的判断是常见题型。此类题型可用极端假设法确定,
假设反应正向或逆向进行到底,求出各物质浓度的最大值和最小值,从而确定它
们的浓度范围。
假设反应正向进行到底:
X2(g)+Y2(g)
2Z(g)
c(起始)/(mol·L-1)
0.1
0.3
0.2
c(转化)/(mol·L-1)
0.1
0.1
0.2
c(终态)/(mol·L-1)
0
0.2
0.4
假设反应逆向进行到底:
X2(g)+Y2(g)
2Z(g)
c(起始)/(mol·L-1)
0.1
0.3
0.2
c(转化)/(mol·L-1)
0.1
0.1
0.2
c(终态)/(mol·L-1)
0.2
0.4
0
平衡体系中各物质的浓度范围为X2∈(0,0.2),Y2∈(0.2,0.4),Z∈(0,0.4)。
【易错提醒】可逆反应中,反应物的浓度不可能剩余为0,但元素仍符合质量守恒定律。
【合作探究】
一定条件下,对于密闭容器中进行的可逆反应:N2+3H2
2NH3,已知反应达
到平衡时N2、H2、NH3的物质的量浓度分别为0.2
mol·L-1、0.3
mol·L-1、
0.2
mol·L-1,则N2的起始浓度范围可能是多少?
提示:0.1
mol·L-1mol·L-1。若反应从正向开始,则N2的最大浓度
为(假设反应物转化率为100%)0.2
mol·L-1+
×0.2
mol·L-1=0.3
mol·L-1,
若反应从逆向开始,则N2的最小浓度为0.2
mol·L-1-
×0.3
mol·L-1=
0.1
mol·L-1,故N2的起始浓度范围为0.1
mol·L-1mol·L-1。
【典例示范】
【典例】在密闭容器中发生反应:X(g)+3Y(g)
2Z(g),若X、Y、Z起始浓度分
别为0.1
mol·L-1、0.3
mol·L-1和0.2
mol·L-1,则平衡时各物质浓度可能是
( )
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
【解题指南】解答本题的思维流程如下:
【解析】选B。化学反应的限度决定了可逆反应中的各种成分是不能完全转化
的。所以,平衡时各物质的浓度范围为0mol·L-1,00.6
mol·L-1,0mol·L-1。而当c(Z)=0.1
mol·L-1时,c(Y)=
0.45
mol·L-1。
【规律方法】
(1)无论是由起始浓度确定平衡浓度的范围,还是根据平衡浓度确定起始浓度的范围,都可以采取极限假设法进行分析,即根据可逆反应能彻底进行,并根据其中有一种或多种物质完全转化进行分析。
(2)由于反应开始的时候加入的物质(生成物)可以为0,而达到平衡的时候任何一种物质不可能耗尽,所以根据平衡浓度确定的起始浓度范围可以为0,而由起始浓度确定平衡浓度的范围则不能为0。
【母题追问】(1)上述题目中若Z的浓度接近为0.4
mol·L-1,此时X的浓度是否接近于0.1
mol·L-1?
提示:接近于0
mol·L-1。Z的浓度最大时,X的浓度最小,接近于0
mol·L-1。
(2)若Y的起始浓度为0.4
mol·L-1,则达平衡状态时Y的浓度范围是多少?
提示:0.1
mol·L-1mol·L-1。假设反应向右进行,当X的消耗浓度接近0.1
mol·L-1时,Y的最大消耗浓度接近于0.3
mol·L-1,剩余浓度大于
0.1
mol·L-1。
【素养训练】
1.(2020·天津十二区县高二检测)一定条件下,对于可逆反应
X(g)+3Y(g)
2Z(g),若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零),达
到平衡时,X、Y、Z的浓度分别为0.1
mol·L-1、0.3
mol·L-1、0.08
mol·L-1,
则下列判断正确的是( )
A.c1∶c2=3∶1
B.平衡时,Y和Z的生成速率之比为2∶3
C.X、Y的转化率不相等
D.c1的取值范围为0
mol·L-1mol·L-1
【解析】选D。平衡浓度之比为1∶3,转化浓度亦为1∶3,故c1∶c2=1∶3,A、C
不正确;平衡时Y生成表示的是逆反应速率,Z生成表示的是正反应速率,且vY
(生成)∶vZ(生成)=3∶2,B不正确;由可逆反应的特点可知0
mol·L-10.14
mol·L-1,D正确。
2.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0.6
mol·L-1、0.3
mol·L-1、
0.6
mol·L-1。当反应达到平衡时,可能存在的数据是( )
A.SO2为1.2
mol·L-1,O2为0.6
mol·L-1
B.SO2为0.75
mol·L-1
C.SO3为1.2
mol·L-1
D.c(SO2)+c(SO3)=1.0
mol·L-1
【解析】选B。A项,O2、SO2浓度增大,说明反应向逆反应方向进行建立平衡,若SO3完全反应,则SO2、O2的浓度变化为0.6
mol·L-1、0.3
mol·L-1,而实际变化小于该值,错误;B项,SO2的浓度增大,说明反应向逆反应方向进行建立平衡,若SO3完全反应,则SO2的浓度变化为0.6
mol·L-1而实际变化小于该值,可能为0.15
mol·L-1,正确;C项,三氧化硫的浓度增大,但是二氧化硫和氧气不可能完全转化为三氧化硫,所以SO3达不到1.2
mol·L-1,错误;D项,根据硫元素守恒可得c(SO2)+c(SO3)=1.2
mol·L-1,错误。
【加固训练】
(2020·襄阳高二检测)在一定体积的密闭容器中进行反应:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)。已知反应过程中某一时刻N2、H2、NH3的浓度分别
为0.1
mol·L-1、0.3
mol·L-1、0.2
mol·L-1。当反应达到平衡时,可能存
在的数据是( )
A.N2为0.2
mol·L-1,H2为0.6
mol·L-1
B.N2为0.15
mol·L-1
C.N2、H2均为0.18
mol·L-1
D.NH3为0.4
mol·L-1
【解析】选B。反应为可逆反应,反应体系中任何一种物质的转化率都小于100%,所以A、D错误;从题给量的关系知无论反应进行到什么程度,
c(N2)∶c(H2)=1∶3,因此两者不可能同时均为0.18
mol·L-1,故C错误。
知识点二 化学平衡状态的判断?
可逆反应达到化学平衡时主要有两个主要特征:一是同一物质的正逆反应速率相等,二是混合物中各组分的百分含量保持不变。
1.直接特征:
(1)速率特征:从化学反应速率的角度判断[即v(正)=v(逆)≠0]平衡状态时,有两层含义:对于同一物质,该物质的生成速率等于其消耗速率;对于不同的物质,速率之比等于化学方程式中物质的化学计量数之比,但必须是不同方向的速率,即一个是v(正),另一个必定为v(逆)。
(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。
2.间接特征:所表述的内容间接反映“等”和“定”的意义。
(1)反应物的转化率保持不变。
(2)生成物的产率保持不变。
(3)平衡体系的颜色保持不变。
(4)绝热的恒容反应体系中温度保持不变。
3.“特殊”特征:所表述的内容只有在某些特定的情况下才能表示反应已经达到平衡状态。
(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(或总体积或总分子个数)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
[M=
]。
(4)体系中气体的总压强不再发生变化。
(5)体系中有固体物质参与反应,气体的密度不再发生变化[ρ=
]。
前四项中,对反应前后气体物质Δn≠0的可逆反应,如
mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g),其中m+n≠p+q,除(1)外均可作为反应达到平衡
的特征。但对于反应前后气体物质Δn=0的可逆反应,
如mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g),其中m+n=p+q,均不能作为反应达到平衡的特征。
【特别提醒】平衡状态判断“3”关注
(1)关注反应条件,是恒温恒容,恒温恒压,还是绝热恒容容器。
(2)关注反应特点,是等体积反应,还是非等体积反应。
(3)关注特殊情况,是否有固体参加或生成,或固体的分解反应。
【合作探究】
(1)H2(g)+Br2(g)
2HBr(g),恒温、恒容下,反应体系中气体的颜色保持不
变是否是平衡状态?
提示:是。颜色的深浅与Br2(g)浓度有关,气体的颜色保持不变说明Br2的浓度
不再发生变化,反应达到平衡状态。
(2)N2O4(g)
2NO2(g),恒温、恒容下,反应体系中气体的压强保持不变是否
是平衡状态?
提示:是。正反应是气体体积增大的反应,恒温、恒容下,反应体系中气体的压
强保持不变可以说明反应达到平衡状态。
【典例示范】
【典例】(2020·郑州高二检测)有下列两个可逆反应。
反应1:在体积固定的密闭容器中进行可逆反应:2NO2(g)
2NO(g)+O2(g)。
反应2:在体积固定的密闭容器中进行可逆反应:H2(g)+I2(g)
2HI(g)。以上
两个反应过程中,有下列情况:
①同一物质正反应速率等于逆反应速率。
②混合气体的颜色不再改变。
③混合气体的密度不再改变。
④混合气体的压强不再改变。
⑤混合气体的平均相对分子质量不再改变。
⑥对于反应1,单位时间内生成n
mol
O2的同时生成2n
mol
NO2。
⑦对于反应2,用H2、I2和HI表示的反应速率之比为1∶1∶2。
(1)上述情况中能作为反应1达到平衡状态标志的是_________。?
(2)上述情况中能作为反应2达到平衡状态标志的是__________。?
【解题指南】(1)前后气体分子总数影响压强和相对分子质量。
(2)NO2(g)和I2(g)均为有色气体,且气体的颜色与有色物质的浓度相关。
【解析】(1)对于反应2NO2(g)
2NO(g)+O2(g),当同一物质的正、逆反应速率
相等v(正)=v(逆)时,反应处于平衡状态,①正确;混合气体的颜色不再改变时,
说明c(NO2)一定,故反应处于平衡状态,②正确;气体的密度ρ=
,其中气体的
质量和容器的容积是定值,故气体的密度不变不能作为达到平衡状态的标志,
③错误;由于该反应为反应前后气体体积变化的反应,故密闭容器中的压强不
变,表明反应处于平衡状态,
④正确;混合气体的平均相对分子质量
,该反应中气体的质量始终保持
不变,而气体的物质的量为变量,故平均相对分子质量(
)为变量,当变量保
持不变时,表明反应处于平衡状态,⑤正确;单位时间内生成O2和生成NO2的反应
方向相反,且二者的物质的量之比为1∶2,故反应处于平衡状态,⑥正确。
(2)对于反应:H2(g)+I2(g)
2HI(g),当同一物质的正、逆反应速率相等时,
反应处于平衡状态,①正确;混合气体的颜色(I2蒸气)不再改变时,说明c(I2)
一定,反应处于平衡状态,②正确;由于气体的质量和容器的容积是定值,故气
体的密度不变不能作为平衡状态的标志,③错误;由于该反应为反应前后气体
体积不变的反应,容器中气体的物质的量保持不变,则容器中的压强不变,反应
不一定处于平衡状态,④错误;由于该反应气体的质量、气体的物质的量是定
值,故气体的平均相对分子质量不变时,不能判断反应是否处于平衡状态,⑤错
误;反应的任何时刻,用H2、I2和HI表示的反应速率之比均为1∶1∶2,⑦错误。
答案:(1)①②④⑤⑥ (2)①②
【规律方法】平衡状态判断两方法——逆向相等、变量不变
(1)“逆向相等”:反应速率必须一个是正反应的速率,一个是逆反应的速率,且经过换算后同一种物质的减少速率和生成速率相等。
(2)“变量不变”:如果一个量是随反应进行而改变的,当不变时为平衡状态;一个随反应的进行保持不变的量,不能作为是否是平衡状态的判断依据。
【母题追问】(1)对于反应1,当v正(NO2)=v逆(O2)时,反应是否达到平衡?
提示:否。不同物质表达的正逆反应速率之比等于其化学计量数之比时,反应达到平衡。
(2)对于反应2,当化学键总数不变时,是否达到平衡?
提示:否。该反应前后化学键总数不变。
(3)对于反应1和2,若在绝热体系中进行反应,若体系温度不再改变时,反应是否达到平衡?
提示:是。因为是绝热体系,若反应未达到平衡,则会继续发生放热或吸热,体系温度会发生改变。
【素养训练】
1.(双选)若将等物质的量的CO和H2混合气体充入恒温恒容密闭容器中进行反
应:CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g),下列事实能说明此反应已达到平衡状态的是
( )
A.容器内气体密度保持不变
B.混合气体的平均相对分子质量不变
C.生成CH3OH的速率与生成H2的速率相等
D.CO的体积分数保持不变
【解析】选B、D。容器内气体密度一直保持不变,故A错误;混合气体的平均相对分子质量不变,说明气体的物质的量不变,反应达平衡状态,故B正确;达到平衡时,CH3OH生成速率与H2生成速率应符合化学计量数比,即1∶2,故C错误;将等物质的量的CO和H2混合,当CO的体积分数保持不变,说明各物质的量不变,反应达平衡状态,故D正确。
2.(2020·重庆高二检测)一定条件下,可逆反应2A(g)
B(g)+3C(g),在下列
四种状态中处于平衡状态的是( )
【解析】选D。根据平衡状态的判断依据v(正)=v(逆)知,
v(A)∶v(B)∶v(C)=2∶1∶3,即D项中的反应达到平衡状态。
选项
正反应速率
逆反应速率
A
v(A)=2
mol·L-1·min-1
v(B)=2
mol·L-1·min-1
B
v(A)=2
mol·L-1·min-1
v(C)=2
mol·L-1·min-1
C
v(A)=1
mol·L-1·min-1
v(B)=2
mol·L-1·min-1
D
v(A)=1
mol·L-1·min-1
v(C)=1.5
mol·L-1·min-1
【加固训练】
1.一定条件下,将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生反应:
NO2(g)+SO2(g)
SO3(g)+NO(g) ΔH=-41.8
kJ·mol-1,下列能说明反应
达到平衡状态的是( )
A.体系压强保持不变
B.混合气体颜色保持不变
C.SO3和NO的体积比保持不变
D.每消耗1
mol
SO3的同时生成1
mol
NO2
【解析】选B。由于该反应为前后气体体积相等的反应,体系的压强始终保持不变,故不能以压强不变作为判断反应是否达到平衡的标志,A错误。SO3与NO的体积比始终保持1∶1,C错误;消耗SO3和生成NO2为同一方向的反应,D错误。
2.(2020·杭州高二检测)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v正(B)∶v逆(C)=n∶p,
其中,能说明反应已达到平衡的是( )
A.只有③④ B.只有②③④⑤
C.只有①②③④
D.①②③④⑤
【解析】选B。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气改变而V不变,故ρ是变量,当ρ不变时,反应已达到平衡。
v正(B)∶v逆(C)=n∶p,能说明达到平衡状态,⑤正确。
【素养训练】
53号元素碘属于周期表ⅦA族元素。1811年法国药剂师库特瓦首次发现单质
碘。单质碘呈紫黑色晶体,易升华。有毒性和腐蚀性。主要用于制药物、染料、
碘酒、试纸和碘化合物等。碘是人体的必需微量元素之一,健康成人体内的碘
的总量为30
mg(20～50
mg),国家规定在食盐中添加碘的标准为20～30
mg/kg。
已知2HI(g)
H2(g)+I2(g),下列各项能说明该反应已达平衡状态的有哪些?
(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)c(HI)=c(I2);
(4)反应速率:v(H2)=v(I2)=
v(HI);
(5)c(HI)∶c(I2)∶c(H2)=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)条件一定,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发生变化;
(10)温度和压强一定时,混合气体的密度不再发生变化。
提示:(2)(6)(9)。(1)生成n
mol
H2的同时生成n
mol
HI,说明正反应速率大于逆反应速率。(2)一个H—H键断裂(逆反应方向)的同时有两个H—I键断裂(正反应方向),即v(正)=v(逆)。(3)平衡状态时c(HI)、c(I2)浓度不变,但不一定相等。(4)无论是否达到平衡状态都有这样的关系,未表示出正、逆反应速率。(5)平衡状态时不一定有这样的浓度关系。(6)生成物浓度不变,达到平衡状态。(7)无论是否达到平衡,容器内的压强都不变。(8)气体的总质量不变,气体的物质的量也不变,故无论是否达到平衡状态其平均相对分子质量都不变化。(9)反应体系中颜色不变即说明c(I2)不变化,达到平衡。(10)都是气体且体积不变,密度始终不发生变化。
【课堂小结】
【三言两语话重点】
1.可逆反应的“2”特点:
(1)正、逆两个反应是同一条件、同时进行
(2)正、逆反应中反应物、生成物共存,反应物转化率小于100%
2.化学平衡状态的“2”依据:
(1)本质:v(正)=v(逆);
(2)标志:各组分的浓度保持不变。
3.化学平衡的“5”特征:
逆、等、定、动、变
1.下列各组两个反应互为可逆反应的是( )
①H2+Cl2
2HCl与2HCl
H2↑+Cl2↑
②H2SO4(浓)+2HBr====2H2O+Br2+SO2↑与Br2+SO2+2H2O====2HBr+H2SO4
③2NO2====N2O4与N2O4====2NO2
④2SO2+O2
2SO3与2SO3
2SO2+O2
A.①② B.②③ C.③④ D.②④
【解析】选C。可逆反应必须是在相同条件下同时向正、逆两个方向都能进行
的反应。③、④为可逆反应。
课堂检测·素养达标
点燃
====
△
====
加热
催化剂
加热
催化剂
【加固训练】
(2020·成都高二检测)化学反应H2(g)+I2(g)
2HI(g)
ΔH=-32.0
kJ·mol-1是一个可逆反应,在持续加热的条件下,向恒容密闭容
器中充入2
mol
H2和3
mol
I2蒸气,充分反应后,该密闭容器内不可能存在的
情况是( )
A.释放52
kJ热量
B.有1
mol
I2
C.有3
mol
HI
D.有1.8
mol
H2
【解析】选B。该反应为可逆反应,不能进行到底,充入2
mol
H2和3
mol
I2蒸气时,I2过量,最多能生成4
mol
HI,最多能释放64
kJ热量,3
mol>n(I2)>
1
mol,2
mol>n(H2)>0
mol,所以B错误。
2.(2020·淮北高二检测)对可逆反应4NH3(g)+5O2(g)
4NO(g)+6H2O(g),下
列叙述正确的是( )
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,若增加容器体积,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】选A。A.4v正(O2)=5v逆(NO),不同物质表示正逆反应速率之比等于化学计量数之比,表示正反应速率和逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故A正确;若单位时间内生成x
mol
NO的同时,消耗x
mol
NH3,都表示反应正向进行,不能说明到达平衡,故B错误;达到化学平衡时,若增加容器体积,则物质的浓度减小,正、逆反应速率均减小,故C错误;用不同物质表示的化学反应速率之比等于其化学计量数之比,故化学反应速率关系是3v正(NH3)=2v正(H2O),故D错误。
3.(2020·哈尔滨高二检测)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,下列示意图正确且能说明反应达到平
衡状态的是( )
A.①② B.②④ C.③④ D.①④
【解析】选D。ΔH是恒量,不能作为判断平衡状态的标志;该反应是充入
1
mol
N2O4,正反应速率应是逐渐减小直至不变,③曲线趋势不正确。
【加固训练】
对于反应2NO(g)+2CO(g)
2CO2(g)+N2
(g) ΔH<0。若该反应在绝热恒容的密闭体系中进行,则下列示意图正确且能说明反应进行到t1时已达到平衡状态的是( )
催化剂
【解析】选B。开始反应物的浓度最大,反应速率最快,所以从0至t1时间段正反应速率应减小,而不是增大,A错误;随反应的进行气体的物质的量减少,压强减小,减小到不变时达到平衡状态,B正确;t1时是两者的物质的量相等,而不是物质的量不变的状态,不是平衡状态,C错误;随反应的进行,反应物转化为生成物,所以一氧化氮的质量分数减小,最小时达平衡状态,后来质量分数不变,而不是增加,D错误。
4.恒温恒容下,将2
mol
A气体和2
mol
B气体通入体积为2
L的密闭容器中发生
如下反应:2A(g)+B(g)
xC(g)+2D(s),2
min时反应达到平衡状态,此时剩余
1.2
mol
B,并测得C的浓度为1.2
mol·L-1。
(1)从开始反应至达到平衡状态,生成C的平均反应速率为__________。?
(2)x=________。?
(3)下列各项可作为该反应达到平衡状态的标志的是________。?
A.压强不再变化
B.气体密度不再变化
C.A的消耗速率与B的消耗速率之比为2∶1
D.A的百分含量保持不变
【解析】(1)v(C)=
=0.6
mol·L-1·min-1。
(2) 2A(g)+B(g)
xC(g)+2D(s)
开始/(mol·L-1)
1
1
0
转化/(mol·L-1)
0.8
0.4
1.2
平衡/(mol·L-1)
0.2
0.6
1.2
由此可知,2∶1∶x=0.8∶0.4∶1.2=2∶1∶3,所以x=3。
(3)A项,x=3,该反应前后气体的物质的量不变,无论反应是否达到平衡,压强均不会变化;B项,气体的密度不再变化,而气体的体积不变,说明气体的质量不再发生变化,由于D为固体,故气体的质量不再发生变化,说明反应已达到平衡状态;C项,A的消耗速率与B的消耗速率表示的反应方向一致,不能说明反应已达到平衡;D项,A的百分含量保持不变,说明反应已达到平衡。
答案:(1)0.6
mol·L-1·min-1 (2)3 (3)BD
【素养新思维】
5.(2020·太原高二检测)已知500
℃、100
kPa下:
2SO2+O2
2SO3 状态
起始浓度(mol·L-1)
2
1
0
t0
1
min
浓度(mol·L-1)
1.9
0.95
0.1
t1
30
min浓度(mol·L-1)
0.12
0.06
1.88
t2
40
min浓度(mol·L-1)
0.12
0.06
1.88
t3
讨论以下问题:
(1)t1时逆反应发生了吗?
(2)与t1相比,t2时v(正)如何变化?v(逆)如何变化?
(3)以上四个状态,哪个已达到平衡状态?
【解析】(1)该反应的逆反应即指SO3分解生成SO2和O2的反应,
因为t1时c(SO3)≠0,所以逆反应已经发生了。
(2)t2与t1相比,c(SO2)、c(O2)在减小,c(SO3)在增大,所以v(正)减小,v(逆)增大。
(3)t2、t3已达到平衡状态,因为反应体系中各物质浓度保持恒定。
答案:(1)逆反应已经发生了 (2)v(正)减小,v(逆)增大
(3)t2、t3已达平衡
七 化学平衡状态
(40分钟 70分)
课时素养评价
【基础达标】（40分钟
70分）
一、选择题(本题包括10小题,每题4分,共40分)
1.(2020·海宁高二检测)对于可逆反应C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g),下列说法
不能证明反应已达平衡状态的是( )
A.绝热容器,温度不再改变
B.恒容时,压强不再改变
C.恒压时,体积不再改变
D.断裂2
mol
O—H键的同时形成1
mol
H—H键
【解析】选D。可逆反应C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g),属于吸热反应,绝热容器
时,温度随着反应的进行发生改变,若温度不再改变,则说明反应已达平衡状
态,A正确;该反应属于体积增大的反应,恒容时,压强不再改变,说明反应已达平
衡状态,B正确;该反应的体积随着反应的进行而增大,若体积不再改变,则说明
反应已达平衡状态,C正确;断裂2
mol
O—H键的同时形成1
mol
H—H键都是指
正向反应,D错误。
2.(2020·安徽师大附中高二检测)模型法是化学中把微观问题宏观化的最常见
方法,对于反应2HBr(g)
H2(g)+Br2(g),下列四个图中可以表示该反应在一定
条件下为可逆反应的是( )
【解析】选C。HBr、H2和Br2都是双原子分子,反应物和生成物共存,说明体系中
应含有3种双原子分子。故C正确。
3.(2020·上饶高二检测)可逆反应aA(g)+bB(g)
cC(g)的正、逆反应速率可
用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系式中能说明反应已达到平
衡状态的是( )
A.av正(A)=bv正(B)
B.bv正(A)=av逆(B)
C.av正(C)=cv正(A)
D.av正(A)=bv逆(B)
【解析】选B。化学平衡建立时,v(正)=v(逆),对于不同物质而言,要符合物质
的反应速率之比等于化学计量数之比的要求。同时必须要使反应方向不同,A、
C选项方向都是正反应;B选项方向相反且符合v正(A)∶v逆(B)=a∶b,符合题意,D
选项错误。
4.(2020·长春高二检测)下列描述的化学反应状态,不一定是平衡状态的是
( )
A.H2(g)+Br2(g)
2HBr(g) 恒温、恒容下,反应体系中气体的颜色保持不变
B.2NO2(g)
N2O4(g) 恒温、恒容下,反应体系中气体的压强保持不变
C.CaCO3(s)
CO2(g)+CaO(s) 恒温、恒容下,反应体系中气体的密度保持不
变
D.3H2(g)+N2(g)
2NH3(g) 反应体系中H2与N2的物质的量之比保持3∶1
【解析】选D。H2(g)+Br2(g)
2HBr(g)恒温、恒容下,反应体系中气体的颜色
保持不变,说明溴单质的浓度不再变化,达到了平衡,A错误;2NO2(g)
N2O4(g)
是前后气体系数变化的反应,当恒温、恒容下,反应体系中气体的压强保持不变,
则达到了平衡,B错误;CaCO3(s)
CO2(g)+CaO(s)恒温、恒容下,反应体系中气
体的密度等于气体质量和体积的比值,质量变化,体积不变,所以密度变化,当气
体密度保持不变的状态时是平衡状态,C错误;3H2(g)+N2(g)
2NH3(g)反应体系
中H2与N2的物质的量之比保持3∶1,不能证明正逆反应速率相等,不一定是平衡
状态,D正确。
5.用Cl2生产某些含氯有机物时会生成副产物HCl,利用下列反应可实现氯的循环
利用:4HCl(g)+O2(g)
2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH<0。恒温恒容的密闭容器中,充
入一定量的反应物发生上述反应,能充分说明该反应达到化学平衡状态的是
( )
A.混合气体的密度不再改变
B.氯化氢的转化率不再改变
C.断开4
mol
H—Cl键的同时生成4
mol
H—O键
D.n(HCl)∶n(O2)∶n(Cl2)∶n(H2O)=4∶1∶2∶2
【解析】选B。该反应前后都是气体,气体总质量、容器容积为定值,则混合气体的密度始终不变,不能根据混合气体的密度判断平衡状态,故A错误;HCl的转化率不再变化,表明正逆反应速率相等,该反应达到平衡状态,故B正确;断开
4
mol
H—Cl键的同时生成4
mol
H—O键,表示的都是正反应速率,无法判断正逆反应速率是否相等,故C错误;n(HCl)∶n(O2)∶n(Cl2)∶n(H2O)=4∶1∶2∶2,无法判断各组分的浓度是否继续变化,则无法判断平衡状态,故D错误。
6.(2020·西安高二检测)298
K时,将20
mL
3x
mol·L-1Na3AsO3、20
mL
3x
mol·L-1
I2和20
mL
NaOH溶液混合,发生反应:
As
(aq)+I2(aq)+2OH-(aq)
As
(aq)+2I-(aq)+H2O(l)。
溶液中c(As
)与反应时间(t)的关系如图所示。
下列不能说明反应达到平衡的是( )
A.溶液的pH不再变化
B.c(I-)=2y
mol·l-1
C
.v(I-)=2v(As
)
D.
不再变化
【解析】选C。溶液的pH不再变化,即OH-的浓度不再变化,所以平衡体系中各组
分的浓度均不再变化,说明反应达到平衡状态,故A正确;根据离子方程式可知,
反应体系中恒有c(I-)=2c(As
),观察图象可知反应达到平衡时c(As
)=
y
mol·L-1,此时c(I-)=2y
mol·L-1,故B正确;v(I-)=2v(As
)中的速率未指明
是正反应速率还是逆反应速率,无法判断是否平衡,故C错误;
反应达到平衡之
前,c(As
)逐渐减小而c(As
)逐渐增大,故
逐渐增大,
当
不变时反应达到平衡状态,故D正确。
7.(2020·雅安高二检测)某反应进行过程中,各物质的物质的量的变化情况如
图所示。下列说法正确的是( )
A.P、Q是生成物
B.反应的方程式:2M+N
2P
C.2
min后各物质的物质的量不再变化
D.该反应不是可逆反应
====
Q
【解析】选C。Q在反应前后物质的量不变,在反应中起催化剂的作用,反应中,
M、N的物质的量减少,P的物质的量增多,故M、N是反应物,P为生成物。
其中Δn(M)∶Δn(N)∶Δn(P)=2∶1∶2,反应进行到2分钟时,M、N、P的物质
的量恒定,表明反应处于平衡状态,该反应为可逆反应,应用“
”表示。
故A、B、D项错误。
8.(2020·榆林高二检测)在密闭容器中进行如下反应: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,当反应达到平衡时,各物质的浓度有可能是( )
A.Z为0.3
mol·L-1
B.X2为0.2
mol·L-1
C.Y2为0.4
mol·L-1
D.c(X2)+c(Y2)+c(Z)=0.55
mol·L-1
【解析】选A。可逆反应中,反应体系中各物质一定共存,如果B、C选项中的数据存在,则Z的浓度为0,这是不可能的,A选项符合题意;又因为该反应是总体积不变的反应,达到平衡时,不论X2、Y2、Z的物质的量怎么变化,总物质的量不会改变,总浓度也不会改变,即:c(X2)+c(Y2)+c(Z)=0.6
mol·L-1。
9.氧化铁工业上称氧化铁红,用于油漆、油墨、橡胶等工业中,可作催化剂,玻
璃、宝石、金属的抛光剂,也可用作炼铁原料。在一定温度下,氧化铁可以与一
氧化碳在恒容密闭容器中发生下列反应:Fe2O3(s)+3CO(g)
2Fe(s)+3CO2(g),
不可用上述反应中某种物理量来说明该反应已达到平衡状态的是( )
A.CO的生成速率与CO2的生成速率相等
B.气体密度不再变化
C.CO的质量不变
D.体系的压强不再发生变化
【解析】选D。A项,CO的生成速率为逆反应速率,CO2的生成速率为正反应速率,
且CO、CO2的化学计量数相等,则v正(CO2)=v逆(CO),达到化学平衡;B项,ρ=
,
当m(气体)不变时,反应即达到平衡;C项,m(CO)不变,则n(CO)不变,反应达到平
衡;D项,该反应是气体体积不变的反应,反应任意时刻,体系的压强均相同,所以
压强不变不能作为达到平衡的标志。
10.将一定量纯净碳酸氢铵(NH4HCO3)置于特制恒容的密闭容器中(固体试剂体积
忽略不计),一定温度下使其达到分解平衡:NH4HCO3(s)
NH3(g)+CO2(g)+H2O(g)。
下列能够说明该分解反应已经达到化学平衡的是( )
A.密闭容器中混合气体的平均摩尔质量不变
B.密闭容器中氨气的体积分数不变
C.密闭容器中固体的质量不再发生变化
D.三种气体的生成速率之比为1∶1∶1
【解析】选C。因为将一定量纯净碳酸氢铵(NH4HCO3)固体置于密闭容器中,由于生成的三种气体的物质的量之比始终为1∶1∶1,所以混合气体的平均摩尔质量一直不变,故A错误;密闭容器中氨气的体积分数一直不变,故B错误;密闭容器中固体的质量不再发生变化,说明各物质的量不变,反应达到平衡状态,故C正确;只要反应发生就有三种气体生成,生成速率之比为1∶1∶1,故D错误。
二、非选择题(本题包括2小题,共30分)
11.(12分)(2020·六盘山高二检测)某研究性小组决定用实验探究的方法证明
化学反应具有一定的限度。取5
mL
0.1
mol·L-1
KI溶液于试管中,滴加
0.1
mol·L-1
FeCl3溶液2
mL,发生如下反应:2Fe3++2I-
2Fe2++I2。为证明
该反应具有可逆性且具有限度,他们设计了如下实验:
①取少量反应液,滴加AgNO3溶液,发现有少量黄色沉淀(AgI),证明反应物没有
反应完全;
②再取少量反应液,加入少量CCl4,振荡,发现CCl4层显浅紫色,证明萃取到I2,
即有I2生成。综合①②的结论,他们得出该反应具有一定的可逆性,在一定条
件下会达到反应限度。
(1)老师指出他们上述实验中①不合理,你认为是?__________;?
在不改变反应物用量的前提下,改进的方法是?__________。?
(2)有人认为实验②适合检验生成I2较多的情况下,还有一种简便方法可以灵敏地检验是否生成了I2,这种方法是?_____________。
【解析】实验①中n(KI)=0.1
mol·L-1×0.005
L=0.0005
mol,n(FeCl3)=
0.1
mol·L-1×0.002
L=0.0002
mol,该反应中KI过量,不能直接检验是否含
I-判断反应的可逆性,实验①不合理。在不改变反应物用量的前提下,要证明
反应有一定的限度,应检验反应后的溶液中是否含Fe3+,改进的方法是取少量反应液,滴加KSCN溶液,若溶液变红,则证明还有Fe3+未完全反应,证明反应具有可逆性。检验I2可用淀粉溶液,方法是取少量反应液,滴加淀粉溶液,若溶液变蓝,则说明生成了I2。?
答案:(1)该反应中KI过量,故不能直接检验是否存在I- 取少量反应液,滴加KSCN溶液,若溶液变红,则证明还有Fe3+未完全反应
(2)取少量反应液,滴加淀粉溶液,若溶液变蓝,则说明生成了I2
12.(18分)一定温度下,在10
L密闭容器中加入5
mol
SO2和3
mol
O2,发生反
应:2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g),10
min时,反应达到平衡状态,此时有3
mol
SO2
发生了反应。
(1)反应生成了________
mol
SO3,v(SO2)=____________。?
(2)平衡时SO3的浓度是________,SO2的转化率是?________。?
(3)平衡时容器内气体的总物质的量为________
mol。?
(4)物质的浓度不再改变标志着该反应已达平衡,下列还可以说明该反应已达平衡的是________(填序号)。?
①体系内压强不再改变
②容器内气体的密度不再改变
③混合气体的平均相对分子质量不再改变
④v正(SO3)=2v逆(O2)
⑤n(SO3)∶n(O2)∶n(SO2)=2∶1∶2
【解析】v(SO2)=
=0.03
mol·L-1·min-1
2SO2(g) + O2(g)
2SO3(g)
开始:
5
mol
3
mol
0
变化:
3
mol
1.5
mol
3
mol
平衡:
2
mol
1.5
mol
3
mol
则平衡时SO3的浓度为
=0.3
mol·L-1,SO2的转化率为
×100%=60%,
平衡时混合气体的总物质的量为2
mol+1.5
mol+3
mol=6.5
mol。
根据反应方程式知:①中体系压强不变,说明反应已达平衡状态;②中容器的体积不变,混合气体的质量不变,则反应过程中密度始终不变,密度不变不能说明反应已达平衡状态;③中混合气体的总质量不变,但反应过程中混合气体的总物质的量改变,若平均相对分子质量不变,说明反应已达平衡状态;④表示v正=v逆,说明反应已达平衡状态;⑤中三者的物质的量之比等于化学计量数之比,不能说明反应已达平衡状态。
答案:(1)3 0.03
mol·L-1·min-1
(2)0.3
mol·L-1 60% (3)6.5 (4)①③④
【能力提升】（20分钟
30分）
一、选择题(本题包括2小题,每小题7分,共14分)
13.在一定温度下,容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线
如图所示,下列表述正确的是( )
A.反应的化学方程式为2M
N
B.t2时,正、逆反应速率相等,达到平衡
C.t3时,正反应速率大于逆反应速率
D.t1时,N的浓度是M浓度的2倍
【解析】选D。由曲线可知,N物质的量减少,是反应物;M物质的量增加,是生成
物,A不正确。横轴t2对应纵轴数值为4,纵轴是物质的量轴,不是速率轴,B不正
确。t3时刻以后,M、N物质的量不再改变,反应达到平衡状态,v(正)=v(逆),C不
正确。t1时刻,N的物质的量为6
mol,M的物质的量为3
mol,D正确。
【加固训练】
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
【解析】选C。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。
14.(2020·湛江高二检测)100
℃时,将0.1
mol
N2O4置于1
L密闭的烧瓶中,然
后将烧瓶放入100
℃的恒温槽中,烧瓶内的气体逐渐变为红棕色:
N2O4(g)
2NO2(g)。下列结论不能说明上述反应在该条件下已经达到平衡
状态的是( )
①N2O4的消耗速率与NO2的生成速率之比为1∶2
②NO2生成速率与NO2消耗速率相等
③烧瓶内气体的压强不再变化
④烧瓶内气体的质量不再变化
⑤NO2的物质的量浓度不再改变
⑥烧瓶内气体的颜色不再加深
⑦烧瓶内气体的平均相对分子质量不再变化
⑧烧瓶内气体的密度不再变化
A.①④⑧
B.②③⑤⑥⑦
C.只有①④
D.只有⑦⑧
【解析】选A。①无论反应是否达到平衡状态,N2O4的消耗速率与NO2的生成速率之比都为1∶2,所以不能证明是否达到平衡状态,故①不能说明上述反应在该条件下已经达到平衡状态;②NO2生成速率与NO2消耗速率相等,即NO2正逆反应速率相等,故②能说明上述反应在该条件下已经达到平衡状态;③该反应是反应前后气体分子数改变的反应,当反应达到平衡状态时,各物质的物质的量不再变化,所以压强不再改变,故③能说明上述反应在该条件下已经达到平衡状态;
④反应物、生成物都是气体,根据质量守恒定律,无论反应是否达到平衡状态,混合气体的质量都不会改变,故④不能说明上述反应在该条件下已经达到平衡状态;
⑤平衡时各种物质的物质的量、物质的量浓度不再变化,故⑤能说明上述反应在该条件下已经达到平衡状态;⑥烧瓶内气体的颜色不再加深,说明NO2的物质的量浓度不再变化,反应达到平衡,故⑥能说明上述反应在该条件下已经达到平衡状态;⑦该反应为反应前后气体分子数改变的反应,根据质量守恒定律,反应前后气体的总质量不变,所以当烧瓶内气体的平均相对分子质量不再变化,说明气体的总物质的量不再变化,故⑦能说明上述反应在该条件下已经达到平衡状态;⑧根据质量守恒定律,反应前后气体的总质量不变,容器的体积不变,所以烧瓶内气体的密度始终不变,故⑧不能说明上述反应在该条件下已经达到平衡状态;综上所述,①④⑧符合题意。
二、非选择题(本题包括1小题,共16分)
15.乙酸和乙醇可以发生酯化反应:CH3COOH+C2H5OH
CH3COOC2H5+H2O。
(1)对于上述可逆反应,若乙酸分子中的氧都是18O,乙醇分子中的氧都是16O,一段时间后,分子中含有18O的物质有__________。?
A.1种 B.2种 C.3种 D.4种
(2)在上述条件下,生成物中水的相对分子质量为________。?
A.16
B.18
C.20
D.22
△
浓硫酸
(3)下列描述,能说明乙酸和乙醇的酯化反应已达到平衡状态的有________。?
①单位时间内,生成1
mol乙酸乙酯,同时生成1
mol水
②单位时间内,生成1
mol乙酸乙酯,同时生成1
mol乙酸
③单位时间内,消耗1
mol乙醇,同时消耗1
mol乙酸
④正反应速率与逆反应速率相等
⑤混合物中各物质的浓度不再变化
【解析】由反应
可知该反应为可逆反应,含有18O的物质有乙酸、乙酸乙酯和水3种,生成
的水的相对分子质量为20。达到平衡状态时,v(正)=v(逆),各物质的浓度不再
变化,故②④⑤的描述能说明反应已达到平衡状态。
答案:(1)C (2)C (3)②④⑤
【加固训练】
在一定条件下,可逆反应A2(g)+B2(g)
2C(g)达到平衡时,各物质的平衡
浓度c(A2)=0.5
mol·L-1、c(B2)=0.1
mol·L-1、c(C)=1.6
mol·L-1,若用a、b、
c分别表示A2、B2、C的初始浓度(mol·L-1),则:
(1)a、b应满足的关系是____________________。?
(2)a的取值范围是____________________。?
【解析】
(1)设转化过程中,A2(g)转化浓度为x
mol·L-1,则B2(g)转化浓度为
x
mol·L-1。平衡浓度:a-x=0.5,b-x=0.1,解得a=b+0.4。
(2)由于无法判断平衡是从哪个方向建立的,可以分两种情况分析:从正反应方
向进行,从逆反应方向进行。考虑两种极端情况:①A2、B2为起始物;②C为起始
物。根据题意,建立如下关系:
A2(g)
+B2(g)
2C(g)
平衡浓度(mol·L-1)
0.5
0.1
1.6
浓度变化①(mol·L-1)
0.5+0.8
0.1+0.8
0
浓度变化②(mol·L-1)
0.5-0.1
0
1.6+0.2
所以a的取值范围是0.4≤a≤1.3。
答案:(1)a=b+0.4 (2)0.4≤a≤1.3(共121张PPT)
第二节 影响化学反应速率的因素
必备知识·自主学习
一、有效碰撞理论
1.化学反应发生的条件
2.有效碰撞理论与活化能
活化能:如图
图中:E1为_______的活化能,E2为_______的活化能,使用催化剂时正反应的活
化能为__,反应热为_______________。
正反应
逆反应
E3
(E1-E2)kJ·mol-1
3.化学反应发生所经历的过程
【自主探索】
判断下列说法是否正确,正确的打√,错误的打×。
(1)活化分子之间的碰撞一定属于有效碰撞。( )
提示:×。活化分子之间的碰撞不一定能发生化学反应。
(2)活化分子的化学性质与普通分子的化学性质不同。( )
提示:×。活化分子与普通分子的结构相同,所以化学性质相同,只是能量不同。
(3)使用催化剂能降低反应所需的活化能,使一部分普通分子变成了活化分子。( )
提示:√。催化剂能降低反应所需的活化能,从而使一部分普通分子变成了活化分子。
(4)不存在活化能为0的化学反应。( )
提示:×。离子之间的反应、原子之间的反应,因为不需要破坏化学键,所以活化能几乎为0。
(5)正反应活化能一般都大于逆反应活化能。( )
提示:×。放热反应的正反应活化能小于逆反应活化能,吸热反应,逆反应活化能大于正反应活化能。
二、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)实验探究记录
(2)规律
反应物浓度增大→反应速率_____;反应物浓度减小→反应速率_____。
(3)理论解释
加快
减慢
2.压强对化学反应速率的影响
对于气体来说,在一定温度下,一定质量的气体所占的体积与压强成反比。如图所示:
(1)适用范围:有气体参与的化学反应。
(2)结论:增大压强,气体体积_____,浓度_____,化学反应速率_____。
(3)微观解释:增大压强→气体体积缩小→反应物浓度增大→单位体积内活化
分子数_____→单位时间内有效碰撞次数_____→反应速率_____;反之,反应速率
_____。
缩小
增大
加快
增多
增加
加快
减慢
3.温度对化学反应速率的影响
(1)实验探究记录
(2)影响规律
(3)理论解释
4.催化剂对化学反应速率的影响
(1)实验探究记录
现象
余烬_______
余烬_____
解释
H2O2分解_____
加入MnO2,H2O2分解速率_____
不复燃
复燃
缓慢
加快
(2)影响规律
当其他条件不变时,使用催化剂,反应速率增大。
(3)理论解释
【自主探索】
(1)(情境思考)光触媒空气净化器产品很流行,它的原理就是用纳米级二氧化钛颗粒在光照的条件下催化空气中的氧气和水变成氢氧自由基,这些自由基可以氧化室内装修带来的甲醛、苯等有害物质,变成二氧化碳和水。
①“触媒”的作用是什么?
提示:触媒是催化剂。
②触媒是如何改变化学反应速率的?
提示:降低反应所需的活化能,改变反应途径。
(2)对于Fe+2HCl====FeCl2+H2↑,改变下列条件对生成氢气的速率有何影响?(填“增大”“减小”或“不变”)
①增大盐酸浓度:________;?
②增大铁的质量:________;?
③增加盐酸体积:________;?
④把铁片改成铁粉:________;?
⑤滴入几滴CuSO4溶液:________;?
⑥加入NaCl固体:________。?
提示:①增大 ②不变 ③不变 ④增大 ⑤增大 ⑥不变
关键能力·合作学习
知识点一 外界因素对化学反应速率影响的再认识?
1.活化分子、有效碰撞与反应速率的关系图
2.浓度影响再认识
(1)固体或纯液体的浓度为常数,所以增加其用量时,化学反应速率不变。
(2)增大固体的表面积或将固体溶于一定溶剂,能增大化学反应速率。
3.压强影响再认识
压强对速率的影响是通过改变体积而使浓度改变来实现的。对于气体反应,有如下3种类型:
4.温度影响需注意
(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。升温时,化学反应速率增大;降温时,化学反应速率减小。
(2)对于可逆反应来说,升高温度,正、逆反应速率均增大,只是增大的程度不同;同理,降低温度,正、逆反应速率均减小,只是减小的程度不同。
(3)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。
(4)一般情况下,温度对化学反应速率的影响比浓度、压强对化学反应速率的影响要大,也更易控制。
5.催化剂影响特别提醒
(1)有的催化剂能加快化学反应速率,有的催化剂能减慢化学反应速率,能加快化学反应速率的催化剂叫做正催化剂;能减慢化学反应速率的催化剂叫做负催化剂。在实践中,若不特别说明,凡是催化剂均指正催化剂。
(2)可逆反应中催化剂可同等程度地改变正、逆反应速率。
(3)催化剂具有选择性和高效性。
【知识拓展】控制变量法探究影响化学反应速率的因素解题策略
【合作探究】
(1)若加热KMnO4来制备氧气,在其他条件不变的情况下,增加KMnO4固体的质
量,生成氧气的速率能够加快吗?若研成粉末呢?
提示:增加KMnO4固体的质量不能加快化学反应的速率,但研成粉末,化学反应速
率加快。
(2)保持容器的容积不变,向2SO2+O2
2SO3的反应容器中充入氦气(He),
反应速率如何变化?
提示:充入氦气,尽管压强增大,但反应物的浓度不变,反应速率不变。
△
催化剂
(3)保持容器内气体压强不变,向2SO2+O2
2SO3的反应容器中充入氦气
(He),反应速率如何变化?
提示:充入氦气,尽管压强不变,但容器的体积增大,反应物的浓度减小,反应
速率减慢。
△
催化剂
【典例示范】
【典例】(2020·南昌高二检测)反应3Fe(s)+4H2O(g)
Fe3O4(s)+4H2(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( )
A.Fe的量
B.将容器的容积缩小一半
C.保持容积不变,充入水蒸气使体系压强增大
D.压强不变,充入N2使容器容积增大
高温
【解题指南】解答与压强有关的速率问题注意审题三方面:
(1)物质的状态是否为气态。
(2)外界条件是“恒温恒容”还是“恒温恒压”。
(3)充入气体是否参与化学反应。
【解析】选A。增加固体Fe的量不能改变其浓度,对反应速率不产生影响;将容器的容积缩小一半时,反应体系中的H2O(g)、H2的浓度将增大,反应速率加快;当向容器中充入反应物H2O(g),保持反应容器的容积不变时,H2O(g)的浓度增大,反应速率加快;保持压强不变,充入N2,只能扩大容积,这时H2O(g)、H2的浓度减小,反应速率减慢。
【规律方法】分析判断反应速率大小时应遵循的思路
【母题追问】
(1)如果将使用颗粒更小的纳米铁,化学反应速率会如何变化?
提示:固体颗粒越小,固体表面积越大,反应速率越快。
(2)如果保持体积不变,充入N2使容器压强增大,反应速率会如何变化?
提示:
恒容充入N2,但反应物的浓度不变,化学反应速率不变。
【素养训练】
1.(2020·衡阳高二检测)在C(s)+CO2(g)====2CO(g)的反应中,现采取下列措施:
①缩小体积,增大压强 ②增加碳的量
③通入CO2 ④恒容下充入N2 ⑤恒压下充入N2
能够使反应速率增大的措施是( )
A.①④ B.②③⑤
C.①③ D.①②④
【解析】选C。对于气体反应,增大压强,反应速率加快,增加固体物质的用量,对反应速率无影响,充入与反应无关的气体,不会增加反应物浓度,故不会加快反应速率。
2.下列措施能明显增大原反应的化学反应速率的是( )
A.制备氢气时将粗锌换成纯锌
B.将稀硫酸改为98%的浓硫酸与Zn反应制取H2
C.在H2SO4与NaOH两溶液反应时,增大压强
D.恒温恒容条件下,在工业合成氨反应中,增加氮气的量
【解析】选D。A项,粗锌制备氢气时,能发生原电池反应,反应速率更快,换成纯锌后,反应速率变慢,错误;B项,将稀硫酸改为98%的浓硫酸与Zn反应生成二氧化硫气体,不生成氢气,错误;C项,反应在溶液中进行,没有气体生成,增大压强,反应速率基本不变,错误;D项,恒温恒容条件下,在工业合成氨反应中,增加氮气的量,反应物浓度增大,则反应速率增大,正确。
3.某探究小组利用丙酮的溴代反应(CH3COCH3+Br2
CH3COCH2Br+HBr)来研究
反应物浓度与反应速率的关系。反应速率v(Br2)通过测定溴的颜色消失所需的
时间来确定,在一定温度下,获得如下实验数据:
实验序号
初始浓度c/mol·L-1
溴颜色消失所
需时间t/s
CH3COCH3
HCl
Br2
①
0.80
0.20
0.001
0
290
②
1.60
0.20
0.001
0
145
③
0.80
0.40
0.001
0
145
④
0.80
0.20
0.002
0
580
分析实验数据所得出的结论不正确的是( )
A.增大c(CH3COCH3),v(Br2)增大
B.实验②和③的v(Br2)相等
C.增大c(HCl),v(Br2)增大
D.增大c(Br2),v(Br2)增大
【解析】选D。对比①②组数据,可以判断出增大c(CH3COCH3),v(Br2)增大,故A正确;比较实验②和③数据,Br2的浓度相等,溴颜色消失所需的时间也相等,溴的反应速率是相等的,故B正确;比较①③数据可以判断出,增大c(HCl),v(Br2)增大,故C正确;对比①④两组实验中CH3COCH3,HCl的浓度是相同的,而④中Br2比①中的大,所以时间变长,速率变慢,故D错误。
4.(2020·哈尔滨高二检测)化学与生产、生活密切相关。下列事实与化学反应速率无关的是( )
A.食品、蔬菜贮存在冰箱和冰柜里,能延长保鲜时间
B.合成氨的反应,增加反应时间
C.煤炭燃烧时,将煤块制成蜂窝煤
D.中和热的测定时,使用环形玻璃搅拌棒搅拌
【解析】选B。冰箱和冰柜里温度较低,食品、蔬菜氧化较慢,保鲜时间长,A正确;增加反应时间不能增大反应速率,B错误;燃煤时,将煤块制成蜂窝煤,可增大接触面积,加快反应速率,C正确;中和热的测定时,使用环形玻璃搅拌棒搅拌可加快反应速率,D正确。
知识点二 化学反应中有关图象?
化学反应速率图象是将化学反应速率变化的情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。在认识和应用化学反应速率图象时,要立足于化学方程式,应用化学反应速率变化的规律,分析直角坐标系及其图象的含义。
1.定性图象
(1)速率-时间图:
如Zn与足量盐酸的反应,反应速率随时间的变化如图1所示。
AB段:Zn与盐酸的反应是放热反应,使溶液的温度升高,化学反应速率逐渐增大;BC段:随着反应的进行,盐酸的浓度逐渐减小,化学反应速率逐渐减小。
(2)速度—温度图:
其他条件一定,反应速率随着温度的升高而增大;其他条件一定,反应速率随着温度的降低而减小,如图2A所示。
(3)速率—压强图:
其他条件一定,增大气态反应物的压强(缩小容器的容积),反应速率随着压强的增大而增大;其他条件一定,减小气态反应物的压强(增大容器的容积),反应速率随着压强的减小而减小,如图2B所示。
2.定量图象
定量图象主要是指反应物或生成物的物质的量(或物质的量浓度)与反应时间t的定量关系。如图3所示。
该类图象能解决的主要问题:反应物、生成物的确定;可逆反应或不可逆反应的确定;化学方程式的确定;某时间段内的平均反应速率;化学反应达到平衡所用的时间。
【知识拓展】化学反应对自身化学反应速率的影响
在敞口容器中进行的不可逆反应,大多会经历一个化学反应速率由“较慢(开始时)→明显加快→减慢→停止”的过程,因为有的反应放热,加快反应速率,如Fe+2HCl====FeCl2+H2↑;有的反应生成催化剂,加快化学反应的速率,如酸性高锰酸钾溶液氧化草酸生成Mn2+对反应起催化作用。
【合作探究】
(1)增大反应物浓度对可逆反应的逆反应速率有何影响?
提示:增大反应物浓度,正反应速率增大,在改变的瞬间,生成物的浓度可认为不变,逆反应速率不变;但随着反应的进行,反应物的浓度逐渐减小,生成物的浓度逐渐增大,导致正反应速率逐渐减小,逆反应速率逐渐增大,直到两者相等。
(2)对于那些反应物和生成物中都有气体参加的可逆反应来说,增大体系的压强(减小体积),正、逆反应速率怎样变化?
提示:增大体系的压强(减小体积),反应物和生成物的浓度都增大,所以,正反应的速率和逆反应的速率都增大。
【典例示范】
【典例】将锌粒投入一定浓度的稀硫酸中,实际反应速率和时间的关系与下图最接近的是( )
【解题指南】解答本类图象题需注意:
明确纵、横坐标的含义,弄清楚曲线含义,联系规律,进行判断。
【解析】选D。锌与硫酸的反应为放热反应,反应开始后温度升高,速率增大,但
随着反应的进行,溶液浓度逐渐减小,则速率逐渐减小,应为
。
【规律方法】
解答图象题的方法
【素养训练】
1.(2020·清远高二检测)等质量的稀硫酸分别与足量的镁、铁、锌三种金属(形状相同)反应,收集到氢气体积(V)与反应时间(t)的曲线,应该是下列图中的( )
【解析】选B。金属活泼性越强,与酸反应速率越快,金属活泼性Mg>Zn>Fe,则反应速率的顺序为Mg>Zn>Fe,完全反应所需时间的顺序为Fe>Zn>Mg,金属足量,则酸完全反应,等量的硫酸反应生成氢气相同,则B图象符合,故选B。
2.外界其他条件相同,不同pH条件下,用浓度传感器测得反应2A+B====3D中产物D的浓度随时间变化的关系如图。则下列有关说法正确的是( )
A.pH=8.8时,升高温度,反应速率不变
B.保持外界条件不变,反应一段时间后,pH越小,D的浓度越大
C.为了实验取样,可采用调节pH的方法迅速停止反应
D.减小外界压强,反应速率一定减小
【解析】选C。升高温度,反应速率加快,A错误;由图象知pH=7.5与pH=8.2反应的前期,D的浓度相等,B错误;当pH调至8.8时反应停止,C正确;A、B、D不一定为气体,若该反应为溶液中的反应,减小压强对反应速率不一定有影响,D错误。
【加固训练】
1.(2020·台州高二检测)以二氧化钛表面覆盖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如图所示,下列说法正确的是( )
A.由图可知:乙酸的生成速率随温度升高而升高
B.250～300
℃时,温度升高而乙酸的生成速率降低的主要原因是催化剂的催化效率降低
C.由300～400
℃可得,其他条件相同时,催化剂的催化效率越低,乙酸的生成速率越大
D.根据图象推测,工业上若用上述反应制备乙酸最适宜的温度应为400
℃
【解析】选B。由图可知:250～300
℃时,温度升高而乙酸的生成速率降低,故A错误;250～300
℃时,温度升高而乙酸的生成速率降低的主要原因是温度超过250
℃时,催化剂的催化效率降低,故B正确;300～400
℃时,催化剂的催化效率接近于0,但温度升高,乙酸的生成速率增大,故C错误;根据图象推测,工业上若用上述反应制备乙酸最适宜的温度应为250
℃,故D错误。
2.铝是地壳中含量最丰富的金属元素。航空、建筑、汽车三大重要工业的发
展,要求材料特性具有铝及其合金的独特性质,这就大大有利于这种新金属铝
的生产和应用。
应用极为广泛。把在空气中久置的铝片5.0
g投入盛有
500
mL
0.5
mol·L-1硫酸的烧杯中,该铝片与硫酸反应产生氢气的速率与反
应时间的关系可用如图所示的曲线来表示,请回答下列问题:
(1)曲线Oa段不产生氢气的原因是__________,?
有关的化学方程式为_________________。?
(2)曲线ac段产生氢气的速率逐渐增大的主要原因是____________。?
(3)曲线由c以后,产生氢气的速率逐渐减小的主要原因是_______________。
【解析】(1)在空气中久置的铝片表面有一层氧化铝薄膜,因此硫酸首先和氧化铝反应,不产生氢气。(2)ac段,虽然硫酸的浓度不断减小,但该反应是放热反应,体系温度升高,化学反应速率增大。(3)曲线由c以后,硫酸浓度的逐渐减小成为影响化学反应速率的主要因素,因此化学反应速率逐渐减小。
答案:(1)久置的铝片表面覆有一层氧化铝薄膜
Al2O3+3H2SO4====Al2(SO4)3+3H2O
(2)该反应是放热反应,温度升高,化学反应速率增大
(3)硫酸的浓度减小,化学反应速率逐渐减小?
【课堂小结】
【三言两语话重点】
1.“2”个根本:
(1)决定化学反应速率的根本因素是反应物本身的性质即内因。
(2)比较化学反应速率快慢的根本是活化能大小,活化能越小,反应速率越快。
2.“4”个因素:影响化学反应速率的四个主要外界因素为温度、浓度、催化剂、压强。
3.“1”个变量:探究外界因素对化学反应速率的影响时,设计的实验应该控制只有一个变量,即“单一变量”。
4.“1”个理解:判断压强(包括稀有气体)对反应速率的影响,可通过分析压强对反应物浓度的影响进行分析。
1.(2020·北京朝阳区高二检测)下列说法不正确的是( )
A.对于有气体参加的反应增大压强能提高活化分子的浓度
B.升高温度增大了活化分子百分数
C.催化剂能够改变化学反应路径
D.具有较高能量的反应物分子一定能发生有效碰撞
【解析】选D。对于有气体参加的反应,通过缩小体积增大压强,浓度增大,则提高活化分子的浓度,故A正确;升高温度,提供能量,增大了活化分子百分数,故B正确;催化剂改变反应的路径,降低反应的活化能,故C正确;具有较高能量的反应物,还需要具有合适的取向,不一定能发生有效碰撞,故D错误。
课堂检测·素养达标
【加固训练】
(2020·金华高二检测)在相同的密闭容器中,用高纯度纳米级Cu2O分别进
行催化分解水的实验:2H2O(g)
2H2(g)+O2(g) ΔH>0,实验测得反应体系中
水蒸气浓度(mol·L-1)的变化结果如下:
序号
时间/min
0
10
20
30
40
60
①
温度T1/1号
Cu2O
0.050
0
0.049
2
0.048
6
0.048
2
0.048
0
0.048
0
②
温度T1/2号
Cu2O
0.050
0
0.049
0
0.048
3
0.048
0
0.048
0
0.048
0
③
温度T2/2号
Cu2O
0.050
0
0.048
0
0.047
0
0.047
0
0.047
0
0.047
0
下列说法不正确的是( )
A.实验时的温度T2高于T1
B.2号Cu2O的催化效率比1号Cu2O的催化效率高
C.实验①前20
min的平均反应速率v(O2)
=
7×10-5mol·L-1·min-1
D.等质量纳米级Cu2O比微米级Cu2O催化效率高,这与Cu2O的粒径大小有关
【解析】选C。从表中②③可以看出相同时间内③中的水蒸气的浓度变化大,
反应速率快,说明实验时的温度T2高于T1,故A正确;②中反应速度比①快,2号
Cu2O的催化效率比1号Cu2O的催化效率高,故B正确;实验①前20
min的平均反应
速率v(H2O)=
=7×10-5
mol·L-1·min-1,
v(O2)=1/2v(H2O)
=3.5×10-5
mol·L-1·min-1,故C错误;等质量纳米级Cu2O比
微米级Cu2O催化效率高,这与Cu2O的粒径大小有关,纳米级Cu2O具有更大的比表
面积,故D正确。
2.(2020·莆田高二检测)在一容积可变的密闭容器中加入WO3和H2进行反应
WO3(s)+3H2(g)
W(s)+3H2O(g),下列说法不正确的是( )
A.增加H2O(g)的量,消耗H2的速率瞬间不变
B.将容器的体积缩小一半,其反应速率加快
C.保持体积不变,充入氩气,其反应速率不变
D.保持压强不变,充入氖气,H2O(g)生成速率减慢
高温
====
【解析】选A。增加H2O(g)的量,容器体积会增大,H2
的浓度会瞬间减小,则消耗H2的速率瞬间减小,故A错误;将体积缩小,氢气、H2O(g)的浓度增大,反应速率加快,故B正确;体积不变,充入氩气,H2、H2O(g)的浓度不变,反应速率不变,故C正确;压强不变,充入氖气,体积增大,H2、H2O(g)的浓度减小,反应速率减慢,故D正确。
【加固训练】
(2020·丹东高二检测)
已知
。探讨K2S2O8浓
度对化学反应速率的影响,设计的实验方案如下表:
实验
序号
体积/mL
K2S2O3
溶液
水
KI溶液
Na2S2O3
溶液
淀粉
溶液
①
10.0
0.0
4.0
V3
2.0
②
9.0
1.0
V2
4.0
2.0
③
8.0
V1
4.0
4.0
2.0
下列结论正确的是( )
A.V1=0 V2=2.0
B.V1=2.0 V3=2.0
C.V1=2.0 V2=4.0
D.V2=4.0 V3=2.0
【解析】选C。探讨K2S2O8浓度对化学反应速率的影响,则KI的体积均为
4.0
mL,Na2S2O3溶液的体积均为4.0
mL,V2=V3=4.0,且总体积为
10.0
mL+4.0
mL+4.0
mL+2.0
mL=20.0
mL,③中V1=20-18=2.0。
3.(2020·赣州高二检测)一定温度下,在某密闭容器中发生反应:
2HI(g)
H2(g)+I2(s) ΔH>0,若0～15
s内c(HI)由0.1
mol·L-1降到
0.07
mol·L-1,则下列说法正确的是( )
A.0～15
s内用I2的平均反应速率为v(I2)=0.001
mol·L-1·s-1
B.c(HI)由0.07
mol·L-1降到0.05
mol·L-1所需的反应时间为小于10
s
C.升高温度正反应速率加快,逆反应速率减慢
D.减小反应体系的体积,化学反应速率加快
【解析】选D。
0～15
s内c(HI)由0.1
mol·L-1降到0.07
mol·L-1,
v(HI)=0.03
mol·L-1/15
s
=0.002
mol·L-1·s-1,由速率之比等于化学计量
数之比可知,v(I2)=0.002
mol·L-1·s-1×1/2=0.001
mol·L-1·s-1,但I2(s)为
固体,不能用浓度表示反应速率,A错误;若速率不变,c(HI)由0.07
mol·L-1降
到0.05
mol·L-1,所需的反应时间为0.02
mol·L-1/0.002
mol·L-1·s-1=10
s,
但随反应进行浓度减小,反应速率减小,则c(HI)由0.07
mol·L-1降到
0.05
mol·L-1所需的反应时间大于10
s,B错误;升高温度,正逆反应速率均增
大,且正反应速率大于逆反应速率,平衡正向移动,C错误;减小反应体系的体积,
压强增大,则化学反应速率加快,D正确
。
4.(2020·菏泽高二检测)合金ThNi5可催化反应CO(g)+3H2(g)====CH4(g)+H2O(g),
在一定温度下,反应过程中有无催化剂的能量变化如图。下列叙述正确的是( )
A.使用催化剂时反应的速率主要决定于第②步
B.缩小体积可加快该反应速率,是因为增大了活化分子百分数
C.使用催化剂时的反应,升高温度,反应速率一定加快
D.恒容条件下,移走水蒸气的瞬间,逆反应速率减小,正反应速率不变
【解析】选D。催化剂可降低反应的活化能,活化能越小,反应速率越快,且慢反应决定整个反应速率,则使用催化剂时反应的速率主要决定于第①步,A错误;缩小体积,浓度增大,可加快该反应速率,是因为增大了单位体积内活化分子数目,B错误;催化剂在不同的温度下,催化活性不同,所以使用催化剂的反应,若升高温度,反应速率不一定加快,C错误;恒容条件下,移走水蒸气的瞬间,生成物浓度较小,所以逆反应速率减慢,而该瞬间反应物浓度不变,所以正反应速率不变,D正确。
5.(2020·沈阳高二检测)为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解反应的催化效果,甲、乙两位同学分别设计了如图甲、乙所示的实验。下列叙述中不正确的是( )
A.图甲所示实验可通过观察产生气泡的快慢来比较反应速率的大小
B.若图甲所示实验中反应速率为①>②,则一定说明Fe3+比Cu2+对H2O2分解催化效果好
C.用图乙装置测定反应速率,可测定反应产生的气体体积及反应时间
D.为检查图乙所示装置的气密性,可关闭A处活塞,将注射器活塞拉出一定距离,一段时间后松开活塞,观察活塞是否回到原位
【解析】选B。图甲所示实验通过观察产生气泡的快慢,可以得到哪个反应速率快,哪个反应速率慢,主要看产生气泡的速度来得出,故A正确;若图甲所示实验中反应速率为①>②,不能得出Fe3+比Cu2+对H2O2分解催化效果好,因为氯化铁和硫酸铜两者的阴阳离子都不相同,不能确定是阳离子还是阴离子起的催化作用,故B错误;用图乙装置测定反应速率,根据相同时间内产生气体的体积来测反应速率或者生成相同体积所需的时间来测定反应速率,故C正确;为检查图乙所示装置的气密性,可关闭A处活塞,将注射器活塞拉出一定距离,一段时间后松开活塞,观察活塞是否回到原位,这就是检查乙装置的气密性的方法,故D正确。
【素养新思维】
6.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,实验记录如下(累计值):
时间(min)
1
2
3
4
5
氢气体积(mL)
50
120
232
290
310
(1)哪一时间段(指0～1、1～2、2～3、3～4、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)求2～3分钟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,他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.Na2CO3溶液,你认为可行的是______________________。?
【解析】(1)在0～1、1～2、2～3、3～4、4～5
min时间段中,产生气体的体积分别为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,反应速率加快;(2)反应速率最小的时间段是4～5
min时间段,此时温度虽然较高,但H+浓度小,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,计算消耗盐酸的物质的量为0.01
mol,浓度是0.1
mol·L-1,则v(HCl)=0.1
mol·L-1÷1
min=
0.1
mol·L-1·min-1;(4)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;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;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;加入Na2CO3溶液,生成CO2气体,影响生成氢气的量,D错误;答案选A、B。
答案:(1)2～3
min 该反应是放热反应,此时温度高
(2)4～5
min 此时H+浓度小
(3)0.1
mol·L-1·min-1 (4)
A、B
【加固训练】
(2020·赣州高二检测)某实验小组利用KMnO4酸性溶液与H2C2O4溶液反应研究影响反应速率的因素。设计实验方案如下(实验中所用KMnO4溶液均已加入H2SO4):
(1)通过测定单位时间内生成CO2气体体积的大小来比较化学反应速率的大小。实验装置如图,实验时分液漏斗中A溶液一次性放下,A、B的成分见下表:
该实验探究的是______对化学反应速率的影响。在反应停止之前,相同时间内针管中所得CO2的体积由大到小的顺序是______(用实验序号填空)。?
序号
A溶液
B溶液
①
2
mL
0.1
mol·L-1
H2C2O4溶液
4
mL
0.01
mol·L-1
KMnO4溶液
②
2
mL
0.2
mol·L-1H2C2O4溶液
4
mL
0.01
mol·L-1
KMnO4溶液
③
2
mL
0.2
mol·L-1H2C2O4溶液
4
mL
0.01
mol·L-1
KMnO4溶液和少量MnSO4
(2)某组同学利用如图完成该实验。请分析导管a的两点作用:①______;
②______。?
【解析】(1)对比实验①和实验②,所用试剂只有草酸的浓度不同,因此是在探究浓度对反应速率的影响,对比实验②和实验③,所用试剂只有溶液B中加有少量的硫酸锰,因此是在探究催化剂对反应速率的影响,三组实验探究了浓度和催化剂两个因素对反应速率的影响。实验①和实验②中,实验②的H2C2O4浓度大,其他条件不变时增大反应物浓度、化学反应速率加快,反应速率:实验②>实验①,实验②和实验③中,实验③使用了催化剂,则反应速率:实验③>实验②,因此三组实验的反应速率由大到小的顺序为③>②>①,则相同时间内针管中所得CO2的体积由大到小的顺序是③>②>①。
(2)图中导管a连通分液漏斗和锥形瓶,可保持漏斗内压强和锥形瓶内的压强始终相同,这样有利于分液漏斗中的液体顺利流下,同时分液漏斗中滴加进入锥形瓶中的液体不会对产生气体的体积产生影响,使测量气体体积更准确。
答案:(1)浓度和催化剂 ③>②>①
(2)①平衡气压,使分液漏斗内液体顺利流下 ②消除由于液体的加入引起气体体积测量的误差
六 影响化学反应速率的因素
(30分钟 50分)
课时素养评价
【基础达标】
一、选择题(本题包括2小题,每题7分,共14分)
1.(2020·泉州高二检测)对于溶液中的反应:
+5Fe2++8H+====5Fe3++Mn2++
4H2O
下列措施能使化学反应速率提高的是( )
A.加水
B.增加同浓度FeSO4溶液的用量
C.向溶液中滴加稀硫酸
D.加入少量KMnO4晶体
【解析】选D。增大浓度加快反应速率,而增加反应物用量不等于增大反应物浓度。D项加入KMnO4晶体后,KMnO4晶体被溶解,溶液的浓度一定比原KMnO4溶液浓度大。
【加固训练】
1.下列措施可降低化学反应速率的是( )
A.将食物放入冰箱冷藏保存
B.乙醇与钠反应时加少量水稀释
C.铁粉代替铁钉与稀硫酸反应制取氢气
D.制取氧气时,向双氧水中加入少量MnO2固体
【解析】选A。食物放在冰箱中冷藏,温度降低,减慢了食品变质的反应速率,故A正确;钠与水反应的速率比乙醇反应快,所以乙醇与钠反应时加少量水稀释加快化学反应的速率,故B错误;固体表面积增大,反应速率加快,故C错误;二氧化锰为双氧水分解的催化剂,可加快反应的速率,故D错误。
2.下列表格中的各种情况,可以用对应选项中的图象表示的是( )
选项
反应
甲
乙
A
外形、大小相近的金属和水反应
Mg
Na
B
4
mL
0.01
mol·L-1的KMnO4溶液,分别和不同浓度的H2C2O4(草酸)溶液各2
mL反应
0.1
mol·L-1的
H2C2O4溶液
0.2
mol·L-1的
H2C2O4溶液
C
5
mL
0.1
mol·L-1
Na2S2O3溶液和5
mL
0.1
mol·L-1
H2SO4溶液反应
热水
冷水
D
5
mL
4%的过氧化氢溶液分解放出O2
无MnO2粉末
加MnO2粉末
【解析】选C。A项,Na、Mg分别与水反应,Na比Mg活泼,反应速率快,则图象中乙应在上方,错误;B项,其他条件相同,H2C2O4的浓度越大,反应速率越快,则图象中乙应在上方,错误;C项,其他条件相同时,温度越高,反应速率越快,随着反应的进行,反应物的浓度减小,反应速率逐渐减小,图中甲应在上方,与图象一致,正确;D项,加催化剂,反应速率加快,则图中乙应在上方,错误。
3.用如图所示的实验装置进行实验X、Y时,每隔半分钟分别测定放出气体的体积,下列选项中能正确表示实验X、Y的结果的是( )
实验
所用盐酸
X
25
mL
0.2
mol·L-1
Y
50
mL
0.1
mol·L-1
【解析】选A。由镁和盐酸反应的化学方程式可知,实验X、Y中镁均过量,因此两者产生的H2的最终体积相等,反应物的浓度越大,化学反应速率越快,故实验X产生H2的速率快。
2.(2020·泰安高二检测)下列有关事实或解释不正确的是( )
编号
事实
解释
①
锌与稀盐酸反应,加入氯化钠固体,速率加快
增大了氯离子浓度,反应速率加快
②
锌与稀硫酸反应,滴入较多硫酸铜溶液,生成氢气的速率减慢
锌置换铜的反应干扰了锌置换氢的反应,使生成氢气的速率变慢
③
面粉生产车间容易发生爆炸
固体表面积大,反应速率加快
④
5%的双氧水中加入二氧化锰粉末,分解速率迅速加快
降低了反应的焓变,活化分子数增多,有效碰撞增多,速率加快
A.①④ B.②③ C.①②③ D.①②④
【解析】选D。锌与稀盐酸反应的实质是锌与氢离子反应,而加入氯化钠固体,氢离子浓度没变,反应速率不变,故①错误;加入较多硫酸铜,锌与硫酸铜反应生成铜,假如硫酸铜过量,则没有氢气生成,但是如果锌过量,则铜覆盖在锌的表面在稀硫酸中形成了原电池,加快了产生氢气的速率,故②错误;增大固体表面积,反应速率增大,面粉易爆炸,故③正确;二氧化锰为双氧水的催化剂,可降低反应的活化能,但不改变焓变,故④错误;答案选D。
【加固训练】
用氢气还原氮氧化物的反应为2H2+2NO====2H2O+N2,该反应速率与反应物浓度之间满足下面的关系:v=k·cm(H2)·cn(NO),其中k是一个常数,m、n的值可由实验测定。科研团队测定了该反应在不同投料关系时N2的起始反应速率,数据列于下表:
实验编号
起始浓度
/10-3
mol·L-1
v(N2)/10-3
mol·L-1·s-1
NO
H2
1
6.00
1.00
3.19
2
6.00
2.00
6.38
3
1.00
6.00
0.48
4
2.00
6.00
1.92
下列说法正确的是( )
A.m=2、n=1
B.实验2中NO的平均反应速率约为1.28×10-3
mol·L-1·s-1
C.增大反应物浓度,活化分子百分数增大,有效碰撞几率增大
D.与H2相比,NO浓度的变化对反应速率影响更为显著
【解析】选D。由实验1、2可知
,可知m=1,由实验3、4可知
,
可知n=2,故A错误;实验2中NO的平均反应速率约为6.38×10-3
mol·L-1·s-1
×2≈1.28×10-2
mol·L-1·s-1,故B错误;增大反应物浓度,活化分子数目增加,
有效碰撞几率增大,反应速率加快,故C错误;由幂的数值n大于m可知,与H2相
比,NO浓度的变化对反应速率影响更为显著,故D正确。
二、非选择题(本题包括1小题,共16分)
3.近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现
的转化与存储。过程如下:
(1)补充完整。
ⅰ.SO2+4I-+4H+====S↓+2I2+2H2O
ⅱ.I2+2H2O+__
__?====____
__+__
____+2I-?
(2)探究ⅰ、ⅱ反应速率与SO2歧化反应速率的关系,实验如下:分别将18
mL
SO2饱和溶液加入2
mL下列试剂中,密闭放置观察现象。(已知:I2易溶解在KI溶液中)
序号
A
B
C
D
试剂组成
0.4
mol·L-1
KI
a
mol·L-1
KI
0.2
mol·L-1
H2SO4
0.2
mol·L-1
H2SO4
0.2
mol·L-1
KI
0.000
2
mol
I2
实验
现
溶液变黄,一段时间后出现浑浊
溶液变黄,出现浑浊较A快
无明显现象
溶液由棕褐色很快褪色,变成黄色,出现浑浊较A快
①B是A的对比实验,则a=________。?
②比较A、B、C,可得出的结论是____________________。?
③实验表明,SO2的歧化反应速率D>A。结合ⅰ、ⅱ反应速率解释原因:_________
___________________________________________________________。?
【解析】(1)反应ⅱ中I2化合价降低,所以另一种反应物应为还原剂SO2,其化合
价升高,生成物是
,根据电荷守恒原则,在酸性条件下用H+调整电荷守恒,故
I2+2H2O+SO2====
+4H++2I-。(2)①B是A的对比实验,c(I-)应相同,故a=
0.4。②A、B、C三组实验中,C为对照实验,证明在无I-存在时,H2SO4对SO2的歧化
反应无影响;A、B对比证明c(I-)相同时,c(H+)越大,反应ⅰ速率越快。③I2易溶
解在KI溶液中,将反应ⅱ乘以2与反应ⅰ相加,得反应式3SO2+2H2O====S↓+
2
+4H+,可知随着反应的进行c(H+)增大,根据②的结论,SO2的歧化反应速率
D>A。
答案:(1)SO2
4H+
(2)①0.4
②I-是SO2歧化反应的催化剂,H+单独存在时不具有催化作用,但H+可以加快歧化反应速率
③反应ⅱ比ⅰ反应速率快;D中由反应ⅱ产生的H+使反应ⅰ加快
【能力提升】
一、选择题(本题包括1小题,共8分)
4.(2020·诸暨高二检测)在常温、常压和光照条件下,N2在催化剂表面与H2O发生反应:2N2(g)+6H2O(l)====4NH3(g)+3O2(g)。在2
L的密闭容器中,起始反应物用量相同,催化剂的使用情况也相同,控制不同温度分别进行4组实验,3
h后测定NH3的生成量,所得数据如下表:
实验级别
实验1
实验2
实验3
实验4
温度/K
303
313
323
353
NH3生成量/10-6
mol
4.8
5.9
6.0
2.0
下列说法不正确的是( )
A.温度为303
K时,在3
h内用氮气表示的平均反应速率为4×10-7
mol·L-1·h-1
B.实验1和实验3中,3
h内N2的转化率之比为4∶5
C.分析四组实验数据可得出,温度升高可加快反应速率,也可能减慢反应速率
D.353
K时,可能是催化剂催化活性下降或部分水脱离催化剂表面,致使化学反应速率减慢
【解析】选C。303
K时v(NH3)=
=8×10-7
mol·L-1
·h-1,根据速率之比等于化学计量数之比,v(N2)∶v(NH3)=2∶4,v(N2)=
v(NH3)
=4×10-7
mol·L-1·h-1,A项正确;根据实验1和实验3中3
h内NH3的生成量之比为
(4.8×10-6
mol)∶(6.0×10-6
mol)=4∶5,实验1和实验3中转化N2物质的量之比
为4∶5,起始反应物用量相同,实验1和实验3中3
h内N2的转化率之比为4∶5,B项
正确;其他条件相同时升高温度化学反应速率加快,353
K时,温度升高化学反应
速率减慢,可能是温度升高催化剂活性下降或部分水脱离催化剂表面,C项错
误;353
K时,化学反应速率减慢,可能是温度升高催化剂活性下降或部分水脱离
催化剂表面,D项正确。
【加固训练】
已知反应2NO(g)+2H2(g)
N2(g)+2H2O(g) ΔH=-752
kJ·mol-1的反应
机理如下:
①2NO(g)
N2O2(g)(快)
②N2O2(g)+H2(g)
N2O(g)+H2O(g)(慢)
③N2O(g)+H2(g)
N2(g)+H2O(g)(快)
下列有关说法错误的是( )
A.①的逆反应速率大于②的正反应速率
B.②中N2O2与H2的碰撞仅部分有效
C.N2O2和N2O是该反应的催化剂
D.总反应中逆反应的活化能比正反应的活化能大
【解析】选C。由①2NO(g)
N2O2(g)(快)
②N2O2(g)+H2(g)
N2O(g)+H2O(g)(慢),所以①的逆反应速率大于②的正反应
速率,故A正确;②是可逆反应,②中N2O2与H2的碰撞仅部分有效,故B正确;反应过
程中N2O2和N2O是中间产物,不是催化剂,故C错误;总反应为放热反应,则总反应
中逆反应的活化能比正反应的活化能大,故D正确。
二、非选择题(本题包括1小题,共12分)
5.某小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应来探究“外界条件对化学反应速率的影响”。实验时,先分别量取两种溶液,然后倒入试管中迅速振荡混合均
匀,开始计时,通过测定褪色所需时间来判断反应的快慢。该小组设计了如下方案。
编号
H2C2O4溶液
酸性KMnO4溶液
温度/℃
浓度/mol·L-1
体积/mL
浓度/mol·L-1
体积/mL
①
0.10
2.0
0.010
4.0
25
②
0.20
2.0
0.010
4.0
25
③
0.20
2.0
0.010
4.0
50
(1)已知反应后H2C2O4转化为CO2逸出,KMnO4转化为MnSO4,每消耗1
mol
H2C2O4转移________mol电子。为了观察到紫色褪去,H2C2O4与KMnO4初始的物质的量需要满足的关系为n(H2C2O4)∶n(KMnO4)≥________。?
(2)探究温度对化学反应速率影响的实验编号是________(填编号,下同),可探究反应物浓度对化学反应速率影响的实验编号是________。?
(3)实验①测得KMnO4溶液的褪色时间为40
s,忽略混合前后溶液体积的微小变化,这段时间内平均反应速率v(KMnO4)=________mol·L-1·min-1。
【解析】(1)H2C2O4中碳的化合价是+3价,CO2中碳的化合价为+4价,故每消耗
1
mol
H2C2O4转移2
mol电子,配平反应的化学方程式为2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4
====K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O,为保证KMnO4完全反应,c(H2C2O4)∶c(KMnO4)
≥2.5。
(2)探究温度对反应速率的影响,则浓度必然相同,则为编号②和③;同理探究浓
度对反应速率的影响的实验是①和②。
(3)v(KMnO4)=(0.010
mol·L-1×
)÷
=0.010
mol·L-1·min-1。
答案:(1)2 2.5 (2)②和③ ①和②
(3)0.010(或1.0×10-2)(共104张PPT)
单元素养评价(二)(第二章)
(90分钟 100分)
一、选择题(本题包括16小题,每小题3分,共48分)
1.已知:Z(g)+W(g)
M(g)+3N(g) ΔH=+a
kJ·mol-1(a>0),下列说法正确的
是( )
A.缩小容器体积,用W表示的反应速率:v正(W)减小,v逆(W)增大
B.当气体总物质的量不变时,说明该反应达到平衡
C.达到化学平衡状态时,反应吸收的总热量一定小于a
kJ
D.达到化学平衡状态时,n(Z)∶n(N)=1∶3
【解析】选B。缩小容器体积,相当于增大压强,增大单位体积内活化分子个数,则正逆反应速率都增大,故A错误;该反应是气体分子总数增多的反应,因此当气体总物质的量不变时,说明反应达到平衡,故B正确;达到平衡状态时,反应吸收的热量与消耗的反应物物质的量成正比,消耗的反应物Z或W大于1
mol时,吸收的热量大于a
kJ,故C错误;n(Z)∶n(N)=1∶3,该反应不一定达到平衡状态,故D错误。
2.(2020·乐山高二检测)下列实验操作、现象、目的或结论均正确的是( )
【解析】选A。同浓度的双氧水分别滴入同浓度的FeCl3和CuSO4溶液,滴入FeCl3
溶液产生气泡速率快,可以说明FeCl3对H2O2分解催化效果比CuSO4更好,A正确;
①中增大了铁离子浓度,颜色会加深,②中KCl溶液的滴入没有增大平衡Fe3++
3SCN-
Fe(SCN)3中的任何一种反应物离子的浓度,反而稀释了溶液,所以颜色
会变浅,B错误;加压后颜色加深是由于体积变小,NO2浓度变大,且加压后,平衡
2NO2
N2O4会正向移动,NO2体积分数减小,C错误;该装置不能形成液封,产生的
气体会从长颈漏斗逸出,不能收集到氧气,应使用分液漏斗,D错误。
3.(2020·柳州高二检测)在一个活塞式的反应容器中,通入2
mol
SO2和
1
mol
O2,于500
℃下发生化合反应并达到平衡,在保持恒温、恒压的条件下,
再通入2
mol
SO2和1
mol
O2,下列叙述的内容完全正确的是( )
A.v(正)增大,v(逆)减小,平衡向正反应方向移动,SO3的百分含量增加
B.v(正)增大,v(逆)不变,平衡向正反应方向移动,SO3的百分含量增加
C.v(正)增大,v(逆)增大,平衡向正反应方向移动,SO3的百分含量增加
D.开始时v(正)增大,v(逆)减小,平衡向正反应方向移动;随后又逐渐恢复到原
反应速率,SO3的百分含量保持不变
【解析】选D。恒温、恒压的条件下,只要开始时加入反应物的物质的量之比相等,平衡等效,即达到平衡状态时各组分的百分含量相等。平衡后等比例加入反应物,正反应速率增大后逐渐减小,逆反应速率减小后增大,达新的平衡后,SO3的百分含量保持不变,故D正确。
4.已知
X(s)+Y(g)
2W(g)+M
(g) ΔH=-a
kJ·mol-1(a>0)。一定温度下,在
体积恒定的密闭容器中,加入
2
mol
X(s)
与
2
mol
Y
(g),下列说法正确的是
( )
A.充分反应后,放出热量可能为a
kJ
B.当反应达到平衡状态时,Y与W的物质的量浓度之比一定为1∶2
C.当X的物质的量的浓度不再改变,表明该反应已达平衡
D.若减少Y的浓度,正反应速率减小,逆反应速率却增大
【解析】选A。为可逆反应,加入2
mol
X和2
mol
Y,如果X和Y各消耗1
mol,则放出热量可能为a
kJ,故A正确;Y的转化率不确定,不能确定Y与W的物质的量浓度之比,故B错误;X为固体,不能用于判断反应是否达到平衡,故C错误;若减少Y的浓度,正逆反应速率都减小,故D错误。
5.(2020·九江高二检测)1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的
方法,从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列是哈伯法的流
程图,其中为提高原料转化率而采取的措施是( )
A.①②③ B.②④⑤ C.①③⑤ D.②③④
【解析】选B。合成氨气的反应是体积减小的、放热的可逆反应。①净化干燥的目的是减少副反应的发生,提高产物的纯度,不能提高转化率,故①不符合;②增大压强平衡向正反应方向移动,可提高原料的转化率,故②符合题意;③催化剂只改变反应速率,不影响平衡状态,不能提高转化率,故③不符合;④把生成物氨气及时分离出来,可以促使平衡向正反应方向移动,提高反应物转化率,故④符合题意;⑤通过氮气和氢气的循环使用,可以提高原料的利用率,故⑤符合题意;即②④⑤正确。
6.(2020·黄冈高二检测)一定条件下合成乙烯:6H2(g)+2CO2(g)
CH2
CH2(g)
+4H2O(g);已知温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图,下列说法
不正确的是( )
A.该反应的逆反应为吸热反应
B.平衡常数:KM>KN
C.生成乙烯的速率:v(N)一定大于v(M)
D.当温度高于250
℃,升高温度,催化剂的
催化效率降低
＝
【解析】选C。升高温度二氧化碳的平衡转化率降低,则升温平衡逆向移动,则逆反应为吸热反应,故A正确;升高温度二氧化碳的平衡转化率降低,则升温平衡逆向移动,所以M点化学平衡常数大于N点,故B正确;化学反应速率随温度的升高而加快,催化剂的催化效率降低,所以v(N)有可能小于v(M),故C错误;根据图象,当温度高于250
℃,催化剂的催化效率降低,故D正确。
【加固训练】
在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下,催化反应相同时间,测得不同温度下
NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化
率随温度的变化)。下列说法正确的是( )
A.反应2NO(g)+O2(g)====2NO2(g)的ΔH>0
B.图中X点所示条件下,延长反应时间能提高NO转化率
C.图中Y点所示条件下,增加O2的浓度不能提高NO转化率
D.380
℃下,c起始(O2)=5.0×10-4
mol·L-1,NO平衡转化率为50%,则平衡常数K=
2
000
【解析】选B。升高温度NO平衡转化率降低,平衡逆向移动,升高温度平衡向吸
热方向移动,则正反应为放热反应,所以ΔH<0,故A错误;X点没有达到平衡状态,
平衡正向移动,延长时间导致消耗的NO量增多,导致NO转化率提高,故B正确;Y点
所示条件下达到平衡状态,增大氧气浓度平衡正向移动,NO转化率提高,故C错
误;380
℃下,c起始(O2)=5.0×10-4
mol·L-1,反应正向移动,则c平衡(O2)<5.0×
10-4
mol·L-1,NO平衡转化率为50%,则平衡时c(NO)=c(NO2),化学平
衡常数K=
=2
000,故D错误。
7.(2020·石家庄高二检测)下列四图中,曲线变化情况与所给反应(a、b、c、d
均大于0)相对应的是( )
【解析】选C。A.为放热反应,升高温度平衡逆向移动,则温度高时对应三氧化硫的含量低,故A错误;B.为气体体积减小的反应,增大压强平衡正向移动,则交叉点后正反应速率大于逆反应速率,故B错误;C.为体积增大、吸热的反应,则增大压强平衡逆向移动、升高温度平衡正向移动,则增大压强、降低温度时反应物的物质的量分数均增大,故C正确;D.体积不变时,增大二氧化碳的量,压强增大,平衡逆向移动,转化率减小,故D错误。
8.(2020·柳州高二检测)在如图所示的三个容积相同的容器①②③中进行如下
反应:3A(g)+B(g)
2C(g) ΔH<0,若起始温度相同,分别向三个容器中通入
3
mol
A和1
mol
B,则达到平衡时各容器中C物质的体积分数由大到小的顺序为
( )
A.③②① B.③①② C.①②③ D.②①③
【解析】选A。3A(g)+B(g)
2C(g)是体积减小的、放热的可逆反应。①容器
反应过程中,体积不变,温度升高,与容器②相比,相当于升温,不利于反应正向
移动,C物质的体积分数②>①;③容器体积可变、压强不变,正反应体积减小,所
以③中的压强始终高于②,有利于反应正向移动,C物质的体积分数③>②,达到
平衡时各容器中C物质的体积分数由大到小的顺序为③②①,故选A。
9.(双选)(2020·山东等级考)1,3-丁二烯与HBr发生加成反应分两步:第一步H+
进攻1,3-丁二烯生成碳正离子(
);第二步Br
-进攻碳正离子完成
1,2-加成或1,4-加成。反应进程中的能量变化如下图所示。已知在0
℃和40
℃
时,1,2-加成产物与1,4-加成产物的比例分别为
70∶30
和15∶85。下列说法正
确的是( )
A.1,4-加成产物比1,2-加成产物稳定
B.与0
℃相比,40
℃时1,3-丁二烯的转化率增大
C.从0
℃升至40
℃,1,2-加成正反应速率增大,1,4-加成正反应速率减小
D.从0
℃升至40
℃,1,2-加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度
【解析】选A、D。根据图象分析可知该加成反应为放热反应,且生成的1,4-加成产物的能量比1,2-加成产物的能量低。能量越低越稳定,即1,4-加成产物比1,2-加成产物稳定,故A正确;该加成反应不管生成1,4-加成产物还是1,2-加成产物,均为放热反应,则升高温度,不利于1,3-丁二烯的转化,即在40
℃时其转化率会减小,故B错误;从0
℃升至40
℃,正化学反应速率均增大,即1,4-加成和1,2-加成反应的正反应速率均会增大,故C错误;从0
℃升至40
℃,对于1,2-加成反应来说,化学平衡向逆向移动,即1,2-加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度,故D正确。
【加固训练】
(2020·佛山高二检测)在V
L恒容密闭容器中充入2
mol
CO,2
mol
NO,发生反
应:2CO(g)+2NO(g)
N2(g)+2CO2(g) ΔH,测得在温度T1、T2时,不同时刻CO的
浓度(mol·L-1)如表所示:
时间/min
温度/K
0
2
4
6
8
10
T1
1
0.70
0.60
0.55
0.50
0.50
T2
1
0.80
0.65
0.50
0.45
0.45
下列说法正确的是( )
A.由此推知,T1>T2,ΔH>0
B.T1时NO的平衡转化率大于T2
C.T1时上述反应的平衡常数K=1.0
D.平衡时再充入1
mol
CO和1
mol
NO,CO的平衡转化率减小
【解析】选C。从数据表看出,T1时反应较快,说明T1大于T2;从平衡时CO浓度看
出,T1时CO浓度较大,说明正反应是放热反应,ΔH<0,故A错误;T1时NO的平衡转化
率为50%,T2时NO的平衡转化率为55%,故B错误;平衡时c(CO)=c(NO)=0.50
mol
·L-1,c(CO2)=0.50
mol·L-1,c(N2)=0.25
mol·L-1,K=
=1.0,故C正确;再充入等物质的量的CO和NO,相当于对原平衡体系加压,该可逆反
应的正反应为气体分子总数减小的反应,故平衡向右移动,CO、NO的平衡转化率
都增大,故D错误。
10.(2020·厦门高二检测)将固体NH4Br置于密闭容器中,在某温度下,发生反
应:NH4Br(s)
NH3(g)+HBr(g),2HBr(g)
Br2(g)+H2(g),2
min后,测得H2的
浓度为0.5
mol·L-1,HBr的浓度为4
mol·L-1,若上述反应速率用v(NH3)表示,则
下列速率正确的是( )
A.0.5
mol·L-1·min-1
B.2.5
mol·L-1·min-1
C.2
mol·L-1·min-1
D.1.25
mol·L-1·min-1
【解析】选B。根据反应可知,溴化铵分解生成的氨气浓度与溴化氢浓度相等,
溴化铵分解生成的溴化氢的浓度为c(HBr)+2c(H2)=4
mol·L-1+2×0.5
mol·
L-1=5
mol·L-1,所以2
min后溴化铵分解生成的氨气的浓度为c(NH3)=c总(HBr)=
5
mol·L-1,氨气的平均反应速率为V(NH3)=
=2.5
mol·L-1·min-1,故选
B。
11.(2020·合肥高二检测)T
℃时,在一固定容积的密闭容器中发生反应:
A(g)+B(g)
C(s) ΔH<0,按照不同配比充入A、B,达到平衡时容器中A、
B浓度变化如图中曲线(实线)所示,下列判断正确的是( )
A.T
℃时,该反应的平衡常数值为4
B.c点没有达到平衡,此时反应向逆向进行
C.若c点为平衡点,则此时容器内的温度高于T
℃
D.T
℃时,直线cd上的点均为平衡状态
【解析】选C。根据平衡常数的表达式并结合图中曲线可知,K=1/[c(A)×c(B)]
=1/4,故A错误;c点没有达到平衡,如果达到平衡,应向d点移动,A、B的浓度降低,说明平衡向正反应方向移动,故B错误;如果c点达到平衡,此时的平衡常数小于
T
℃时的平衡常数,说明平衡向逆反应方向移动,即升高温度,故C正确;ab曲线为T
℃时的平衡曲线,c点既可能是其他温度下的平衡状态,也可能是T
℃时的非平衡状态,故T
℃时,cd线上只有d点为平衡状态,D错误。
12.(2020·葫芦岛高二检测)已知反应:2NO(g)+Br2(g)
2NOBr(g)
ΔH=-a
kJ·mol-1(a>0),其反应机理如下
①NO(g)+Br2(g)
NOBr2(g) 快
②NO(g)+NOBr2(g)
2NOBr(g) 慢
下列有关该反应的说法正确的是( )
A.该反应的速率主要取决于①的快慢
B.NOBr2是该反应的催化剂
C.增大Br2(g)浓度能增大活化分子百分数,加快反应速率
D.正反应的活化能比逆反应的活化能小a
kJ·mol-1
【解析】选D。反应速率主要取决于慢的一步,所以反应速率主要取决于②的快慢,故A错误;NOBr2是中间产物,而不是催化剂,故B错误;增大浓度,活化分子数目增加,活化分子百分数不变,故C错误;正反应放热,断裂化学键吸收的能量小于形成化学键放出的能量,则正反应的活化能比逆反应的活化能小a
kJ·mol-1,故D正确。
13.(2020·邢台高二检测)已知:2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g) ΔH=-197.8
kJ
·mol-1。起始反应物为SO2和O2(物质的量之比为2∶1,且总物质的量不变)。SO2
的平衡转化率(%)随温度和压强的变化如下表,下列说法不正确的是( )
温度/K
压强/(105
Pa)
1.01
5.07
10.1
25.3
50.7
673
99.2
99.6
99.7
99.8
99.9
723
97.5
98.9
99.2
99.5
99.6
773
93.5
96.9
97.8
98.6
99.0
﹒
﹒
﹒
A.一定压强下降低温度,SO2的转化率增大
B.在不同温度、压强下,转化相同物质的量的SO2所需要的时间相等
C.使用催化剂可以缩短反应达到平衡所需的时间
D.工业生产通常不采取加压措施是因为常压下SO2的转化率已相当高
【解析】选B。由表格数据及勒夏特列原理知,针对放热反应,一定压强下降低
温度,平衡正向移动,反应物SO2的转化率增大,A正确;由于在不同温度、压强下,
化学反应速率不一定相等,故转化相同物质的量的SO2所需要的时间不一定相
等,B错误;催化剂对化学平衡移动无影响,但可以缩短到达平衡所需的时间,C正
确;由图中数据可知,不同温度下,1.01×105
Pa(常压)下SO2的转化率分别为
99.2%,97.5%,93.5%,已经相当高了,且加压后转化率升高并不明显,所以没有必
要通过加压提高转化率,D正确。
【加固训练】
在其他条件不变时,改变某一条件对A2(g)+3B2(g)====2AB3(g)化学平衡状态的影
响,得到如图所示的变化规律(图中T表示温度,且T1断结论正确的是( )
A.b点的反应速率大于d点的反应速率
B.低温更有利于提高AB3的产率
C.A2的平衡转化率大小为b>a>c
D.b点时,平衡体系中A2、B2分子数之比一定为1∶3
【解析】选B。T1b>a,故C错误;A2的起始量未知,转化率未知,则不能确定b点时平衡体系中A2、B2分子数之比,故D错误。
14.(2020·邯郸高二检测)常温下,将一定量的氨基甲酸铵置于密闭真空容器中
(固体体积忽略不计)发生反应:H2NCOONH4(s)
2NH3(g)+CO2(g) ΔH,达到平
衡时测得c(CO2)=a
mol·L-1。温度不变,达到平衡后压缩容器体积至原来的一
半,达到新平衡时测得c(NH3)=x
mol·L-1。下列说法正确的是( )
A.混合气体的平均相对分子质量不再变化时表明达到平衡状态
B.达到新平衡时,ΔH为原来的2倍
C.上述反应达到新平衡状态时x=2a
D.上述反应体系中,压缩容器体积过程中n(H2NCOONH4)不变
【解析】选C。该反应的反应物中没有气体,所以混合气体的平均相对分子质量一直不变,不能由此判断反应是否达到平衡状态,A不正确;ΔH与反应的限度没有关系,B不正确;在一定温度下,化学反应的平衡常数是定值,由此反应的平衡常数表达式K=c2(NH3)·c(CO2)可知,在新的平衡状态,各组分的浓度肯定与原平衡相同,所以上述反应达到新平衡状态时x=2a,C正确;上述反应体系中,压缩容器体积过程中n(H2NCOONH4)增大,D不正确。
15.将1
mol
M(g)和2
mol
N(g)置于2
L的密闭容器中,发生反应:M(g)+
2N(g)
P(g)+Q(g) ΔH。反应过程中测得P的体积分数在不同温度下随时间
的变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A.在温度t1下,反应从开始到恰好平衡:v(Q)=
0.05
mol·L-1·min-1
B.在温度t1下,平衡时N的转化率为50%
C.该反应的ΔH<0
D.X、Y两点的逆反应速率v(X)>v(Y)
【解析】选D。t1温度下,
M(g)+2
N(g)
P(g)+Q(g)
起始n/(mol)
1
2
0
0
变化n/(mol)
x
2x
x
x
平衡n/(mol)
1-x
2-2x
x
x
根据平衡时,P的体积分数为20%,即有
=20%,解得x=0.5
mol;
在温度t1下,反应从开始到恰好平衡,v(Q)=
=0.05
mol·L-1·min-1,
故A正确;在温度t1下,平衡时N的转化率=
×100%=50%,故B正确;由图可
知,t2的反应速率快,故t2>t1,温度升高,P的体积分数在减小,说明平衡逆向移动,
逆方向吸热,故正方向放热,ΔH<0,故C正确;Y点温度高反应达到平衡状态,正、
逆反应相等,X点温度低反应正向进行,逆反应速率低,则X点与Y点的逆反应速
率:v(X)16.恒容条件下,1
mol
SiHCl3发生如下反应:2SiHCl3(g)
SiH2Cl2(g)
+SiCl4(g)。已知:v正=v消耗(SiHCl3)=k正x2(SiHCl3),v逆=2v消耗(SiH2Cl2)=
k逆x(SiH2Cl2)x(SiCl4),k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数(仅与温度有关),
x为物质的量分数。如图是不同温度下x(SiHCl3)随时间的变化。下列说法正确
的是( )
A.该反应为放热反应
B.在b点充入N2使体系压强增大,可缩短达到平衡的时间
C.当反应进行到a处时,
D.T2
K时平衡体系中再充入1
mol
SiHCl3,平衡正向移动,x(SiH2Cl2)增大
【解析】选C。由图可知T2时先达到平衡,且对应x(SiHCl3)小,可知升高温度平
衡正向移动,则正反应为吸热反应,故A错误;加入氮气总压增大分压不变,平衡
不变,速率不变,不可缩短达到平衡的时间,故B错误;反应进行到a处时,x(SiHCl3)
=0.8,此时v正=k正x2(SiHCl3)=(0.8)2k正,由反应可知转化的SiHCl3为0.2
mol,生
成SiH2Cl2、SiCl4均为0.1
mol,v逆=2v消耗
(SiH2Cl2)=k逆x(SiH2Cl2)x(SiCl4)=
0.01k逆,则
,平衡时k正x2(SiHCl3)=k逆x(SiH2Cl2)x(SiCl4),x(SiHCl3)
=0.75,结合反应中转化关系可知
,则
,故C
正确;T2
K时平衡体系中再充入1
mol
SiHCl3,体积不变时浓度增大,平衡正向移动,x(SiH2Cl2)不变,故D错误。
二、非选择题(本题包括5小题,共52分)
17.(10分)(2020·武汉高二检测)乙酸乙酯是重要的有机合成中间体,广泛应用
于化学工业。实验室制取乙酸乙酯的主要步骤如下:
①在甲试管(如图)中加入2
mL浓硫酸、3
mL乙醇和2
mL乙酸的混合溶液。
②按如图连接好装置(装置气密性良好)并加入混合液,小火均匀地加热3～
5
min。
③待试管乙收集到一定量产物后停止加热,撤出试管并用力振荡,然后静置待分
层。
④分离出乙酸乙酯层、洗涤、干燥。
(1)若实验中用乙酸和含18O的乙醇作用,该反应的化学方程式是______________
______________。?
(2)甲试管中,混合溶液的加入顺序:__________________________。?
(3)步骤②中需要用小火均匀加热,其主要原因是___________________________
________________________________。?
(4)上述实验中饱和碳酸钠溶液的作用是________(填字母代号)。?
A.反应掉乙酸和乙醇
B.反应掉乙酸并吸收乙醇
C.乙酸乙酯在饱和碳酸钠溶液中的溶解度比在水中更小,有利于分层析出
D.加速酯的生成,提高其产率
(5)欲将乙试管中的物质分离开以得到乙酸乙酯,必须使用的仪器是
____________;分离时,乙酸乙酯应该从仪器____________(填“下口放”或
“上口倒”)出。?
(6)生成乙酸乙酯的反应是可逆反应,反应一段时间后,下列描述能说明乙醇与
乙酸的酯化反应已达到化学平衡状态的有________(填序号)。?
①混合物中各物质的浓度不再变化;②单位时间里,生成1
mol乙醇,同时生成
1
mol乙酸;③单位时间里,生成1
mol乙酸乙酯,同时生成1
mol乙酸。
(7)若现有乙酸90
g,乙醇138
g发生酯化反应得到88
g乙酸乙酯,试计算该反应
的产品产率为________。[产率=(实际产量/理论产量)×100%]?
【解析】(1)酯化反应的原理是酸脱羟基醇脱氢,若实验中用乙酸和含18O的乙醇
作用,该反应的化学方程式是CH3COOH+CH3CH218OH
CH3CO18OC2H5+H2O;
(2)该实验中用到的药品有乙醇、乙酸、浓硫酸,乙醇密度比浓硫酸小,先加入
乙醇,再沿壁慢慢加入浓硫酸,冷却后再加入乙酸;
(3)步骤②中需要用小火均匀加热,其主要原因是减少原料损失、减少副产物;
(4)饱和碳酸钠可吸收乙醇、除去乙酸、降低乙酸乙酯的溶解度,则上述实验中
饱和碳酸钠溶液的作用是BC;
(5)要将乙试管中的物质分离以得到乙酸乙酯,必须使用的仪器是分液漏斗,分
离时,乙酸乙酯的密度比水小,应该从分液漏斗上口倒出;
(6)①混合物中各物质的浓度不再变化,说明可逆反应达到平衡,可以作为判断
依据;②单位时间里,生成1
mol乙醇,同时生成1
mol乙酸,都为逆反应,没有体
现正逆反应关系,不能判断是否达到平衡;③单位时间里,生成1
mol乙酸乙酯,
同时生成1
mol乙酸,可知正逆反应速率相等,可以判断达到平衡状态,故答案为
①③;
(7)现有乙酸90
g,乙醇138
g发生酯化反应得到88
g乙酸乙酯,乙酸、乙醇的物
质的量分别为
=1.5
mol、
=3
mol,由反应方程式可知乙醇过
量,90
g乙酸完全反应理论上生成乙酸乙酯为
×88
g·mol-1=132
g,
该反应产品的产率为
100%=66.7%。
答案:(1)CH3COOH+CH3C
OH
CH3CO18OC2H5+H2O
(2)先加入乙醇,再沿壁慢慢加入浓硫酸,冷却后再加入乙酸
(3)减少原料损失、减少副产物
(4)BC (5)分液漏斗 上口倒
(6)①③ (7)66.7%
18.(10分)CO可用于合成甲醇,化学方程式为CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)。
(1)图1是反应CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)在不同温度下CO的转化率随时间变化
的曲线。
①该反应的焓变ΔH________(填“>”“<”或“=”)0。?
②T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1?__________(填“>”“<”或“=”)K2。
在T1温度下,往体积为1
L的密闭容器中,充入1
mol
CO和2
mol
H2,
经测得CO和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图2所示。则该反应的平衡常数为
______________。?
③若容器容积不变,下列措施可增加CO转化率的是________(填字母)。?
a.升高温度
b.将CH3OH(g)从体系中分离
c.使用合适的催化剂
d.充入He,使体系总压强增大
(2)在容积为1
L的恒容容器中,分别研究在230
℃、250
℃和270
℃三种温度
下合成甲醇的规律。如图3是上述三种温度下H2和CO的起始组成比(起始时CO的
物质的量均为1
mol)与CO平衡转化率的关系,则曲线z对应的温度是________℃;
该温度下上述反应的化学平衡常数为________。曲线上a、b、c点对应的化学
平衡常数分别为K1、K2、K3,则K1、K2、K3的大小关系为________。
【解析】(1)①T2温度下先达到平衡,所以温度T2>T1,由T1→T2升高温度时CO的转
化率降低,平衡向左移动,所以正反应为放热反应,ΔH<0。②K=
=12。③升高温度,平衡向左移动;分离出CH3OH,平衡向右移动;
使用催化剂,平衡不移动;充入He,反应混合物各物质浓度不变,平衡不移动,故
选b。?
(2)该反应的ΔH<0,n(H2)/n(CO)相同时,升高温度,平衡向左移动,K减小,由图象
可知曲线z表示的温度为270
℃。a点:起始浓度c(CO)=1
mol·L-1,c(H2)=
1.5
mol·L-1;平衡浓度c(CO)=0.5
mol·L-1,c(CH3OH)=0.5
mol·L-1,c(H2)=
1.5
mol·L-1-1
mol·L-1=0.5
mol·L-1,所以K=
=4。
温度相同K不变,该反应ΔH<0,温度越高K越小,所以K1=K2答案:(1)①< ②> 12 ③b (2)270 4 K1=K219.(8分)(2020·桐城高二检测)利用甲烷催化还原NOx消除氮氧化物的污染
①CH4(g)+4NO2(g)
4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-574
kJ·mol-1
②CH4(g)+4NO(g)
2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2=-1
160
kJ·mol-1
③CH4(g)+2NO2(g)
N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH3=-867
kJ·mol-1
(1)如果三个反应的平衡常数依次为K1、K2、K3,则K3=________(用K1、K2表
示)。?
(2)在2
L恒容密闭容器中充入1
mol
CH4和2
mol
NO2进行反应③,CH4的平衡转
化率α(CH4)与温度和压强的关系如图1所示。
①若容器中的压强为p2,y点:v正________v逆(填“大于”“等于”或“小于”)。?
②x点对应温度下反应的平衡常数K=________。?
(3)甲烷蒸气转化法制H2的主要反应为CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g),在恒容密
闭容器中充入2
mol
CH4和H2O(g)的混合气体,且CH4和H2O(g)的物质的量之比为x,
相同温度下达到平衡时测得H2的体积分数φ(H2)与x的关系如图2所示。
则CH4的转化率:a点________b点(填“>”“=”或“<”)。?
【解析】(1)K1=
所以
=K1·K2,所以K3=
;
(2)①y点在p2对应曲线下方,要达到平衡状态,需使甲烷的转化率增大,则y点:
v正大于v逆;
②由题图1可知,x点甲烷的平衡转化率是50%,则有:
CH4(g)+2NO2(g)
N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
起始/
(mol·L-1)
0.5
1
0
0
0
转化/
(mol·L-1)
0.25
0.5
0.25
0.25
0.5
平衡/
(mol·L-1)
0.25
0.5
0.25
0.25
0.5
因此该温度下反应的平衡常数K=
=0.25;
(3)x越大,加入的甲烷的量相对越多,因此甲烷的转化率越低,故a点甲烷的转化
率大于b点甲烷的转化率。
答案:(1)
(2)①大于 ②0.25 (3)>
【加固训练】
在2
L带气压计的恒容密闭容器中通入2
mol
X(g)和1
mol
Y(g),发生反
应:2X(g)+Y(g)
2Z(g) ΔH<0。若达到平衡时气体总物质的量变为原来的
0.85倍,请回答下列问题。
(1)若反应经历5
min达到平衡,则Y的平均反应速率为____________。?
(2)相同条件下进行反应,在t1时刻,只改变下列某一种条件,其曲线图象如图
甲。
若n=0.90
mol,t1时刻改变的条件是________(填选项编号,a.升温
b.降温
c.加压 d.减压?
e.加催化剂),t2________5
min(填“>”“<”或“=”,下同)。?
(3)若其他条件不变,原容器为恒压容器,达到平衡后Z的物质的量________
0.9
mol。?
(4)若将物质的量均为3.00
mol的物质X、Y混合于5
L容器中发生反应,在不同
温度下进行相同时间后,测得Z的物质的量分数随温度变化如图乙。
①A、B两点Z物质正反应速率的大小关系是______________;?
②温度T【解析】设消耗的Y物质的量为n
2X(g) + Y(g)
2Z(g)
起始量(mol)
2
1
0
变化量(mol)
2n
n
2n
平衡量(mol)
2-2n
1-n
2n
若达到平衡时气体总物质的量变为原来的0.85倍,则2-2n+1-n+2n=(2+1)×
0.85,n=0.45
mol,
(1)若反应经历5
min达到平衡,则Y的平均反应速率=
=0.045
mol·
L-1·min-1。
(2)若n=0.90
mol,由图象分析可知反应速率增大,但最后达到的平衡状态不变,
反应是气体体积变化的反应,所以改变的条件是加入了催化剂,t1时刻改变的条
件是加入了催化剂,反应速率增大,达到平衡所需要的时间缩短,即t2应小于
5
min。
(3)若其他条件不变,原容器为恒压容器,恒压容器中发生的气体体积减小的反
应,为保持恒压体积缩小相当于平衡正向进行,Z的物质的量增大,达到平衡后Z
的物质的量大于0.9
mol。
(4)①起始时加入物质的量均为3.00
mol的物质X、Y,随着温度的升高,反应向正反应方向进行,当温度达到T0时,Z的物质的量分数最大,说明达到反应的最大限度,即平衡状态,此时正逆反应速率相等,随着温度的继续升高,Z的物质的量分数逐渐减小,说明温度升高平衡左移,则正反应为放热反应,温度越高,反应速率越大,B点温度大于A点,则A点反应速率小于B点。
②温度T答案:(1)0.045
mol·L-1·min-1
(2)e < (3)>
(4)①B>A ②反应还没有达到平衡,反应向正反应方向进行,故Z%逐渐增大
20.(12分)(2020·襄阳高二检测)严重雾霾天气的产生与汽车排放的NO2(N2O4)、CO、NO等气体有关。回答下列问题:
(1)用活性炭对尾气进行处理,发生如下反应:
反应a:C(s)+NO2(g)
N2(g)+CO2(g)
ΔH1=-32.1
kJ·mol-1
反应b:2C(s)+N2O4(g)
N2(g)+2CO2(g)
ΔH2=-28.2
kJ·mol-1
则NO2生成N2O4的热化学方程式为______________________________。?
(2)用活性炭处理尾气时还可发生反应:C(s)+2NO(g)
N2(g)+CO2(g)
ΔH=-34.0
kJ·mol-1,借助传感器在T1
℃测得不同时间点上NO和N2的浓度如下:
15
min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡;根据上表数据判断改变的条件可能是________(填字母)。?
a.适当缩小容器的体积
b.加入适量的活性炭
c.通入适量的NO
d.适当升高温度
(3)用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作
Kp)。在密闭容器中加入足量的C和一定量的N2O4气体,维持温度T2
℃,在不同压
强下发生(1)中反应b,经过相同时间N2O4的转化率随压强变化如图所示:
在1.1×106
Pa时该反应的化学平衡常数Kp=__________(结果保留两位有效数字。已知:气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数)。?
(4)用I2O5吸收汽车尾气中的CO,发生I2O5(s)+5CO(g)
5CO2(g)+I2(g) ΔH=
Q
kJ·mol-1,在容积为1
L的密闭容器中充入5
mol
CO和足量的I2O5模拟该反
应。测得CO的平衡转化率随温度变化的关系如图,下列说法正确的是
________(填字母)。?
A.Q<0
B.从X点到Y点可通过通入CO实现
C.从Y点到Z点可通过增大压强实现
D.600
K时,Y点CO的v正【解析】(1)依据盖斯定律,反应2a-b可得:2NO2(g)
N2O4(g) ΔH=-36.0
kJ·mol-1。(2)缩小容器体积,由于反应前后气体分子数不变,故平衡不移动,只是NO和N2浓度等比例增大,符合比例,a正确;活性炭为固体,不会影响平衡,b错误;加NO,平衡正向移动,则N2浓度增大,平衡移动不能抵消条件改变,达到新平衡后,NO浓度也增大,且与原平衡等效,c正确;反应放热,升温,平衡逆向移动,N2浓度减小,d错误。(3)1
100
kPa时N2O4(g)转化率为40%,设N2O4(g)起始量为1
mol,有:
2C(s)+N2O4(g)
N2(g)+2CO2(g)
起始量/mol
1
0
0
改变量/mol
0.4
0.4
0.8
平衡量/mol
0.6
0.4
0.8
则平衡时,总物质的量为1.8
mol,则N2O4分压为(0.6/1.8)×1.1×106
Pa,N2分压
为(0.4/1.8)×1.1×106
Pa,CO2分压为(0.8/1.8)×1.1×106
Pa,代入平衡常数
的表达式,化简为1.6×1011(Pa2)。
(4)温度升高,CO的转化率增大,说明平衡向正向移动,则正向吸热,Q>0,A项错误;从X点到Y点,CO的转化率增大,加入CO,相当于加压,平衡逆向移动,转化率减小,B项错误;从Y点到Z点CO的转化率不变,如果增大压强,平衡逆向移动,CO的转化率减小,C项错误;600
K时Y点转化率大于X点转化率,反应向逆向移动,所以v正答案:(1)2NO2(g)
N2O4(g)
ΔH=-36.0
kJ·mol-1
(或NO2(g)
1/2N2O4(g)
ΔH=-18.0
kJ·mol-1)
(2)ac (3)1.6×1011(Pa2) (4)D
21.(12分)(2020·山东等级考)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素,有利于
提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5
kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)
ΔH2=-90.4
kJ·mol-1
Ⅲ.CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g) ΔH3
回答下列问题:
(1)ΔH3=__________________kJ·mol-1。?
(2)一定条件下,向体积为V
L的恒容密闭容器中通入1
mol
CO2和3
mol
H2发生上述反应,达到平衡时,容器中CH3OH(g)为a
mol,CO为b
mol,此时H2O(g)的浓度为__________mol·L-1(用含a、b、V的代数式表示,下同),反应Ⅲ的平衡常数为
______。?
(3)不同压强下,按照n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料,实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。
已知:CO2的平衡转化率=
×100%
CH3OH的平衡产率=
×100%
其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图__________(填“甲”或“乙”);压强
p1、p2、p3由大到小的顺序为______________;图乙中T1温度时,三条曲线几乎交
于一点的原因是__________________。?
(4)为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,应选择的反应条件为__________________(填标号)。?
A.低温、高压
B.高温、低压
C.低温、低压
D.高温、高压
【解析】(1)根据反应Ⅰ-Ⅱ=Ⅲ,则ΔH3=ΔH1-ΔH2=-49.5
kJ?mol-1-(-90.4
kJ
?mol-1)=+40.9
kJ?mol-1;(2)假设反应Ⅱ中,CO反应了x
mol,则Ⅱ生成的CH3OH为
x
mol,Ⅰ生成的CH3OH为(a-x)mol,Ⅲ生成CO为(b+x)mol,根据反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应
Ⅲ:
所以平衡时水的物质的量为(a-x)mol
+(b+x)mol=(a+b)mol,浓度为
mol·L-1;平衡时CO2的物质的量
为1
mol-(a-x)
mol-(b+x)
mol=(1-a-b)
mol,H2的物质的量为3
mol-
3(a-x)
mol-2x-(b+x)
mol=(3-3a-b)
mol,CO的物质的量为b
mol,水的物质的
量为(a+b)
mol,则反应Ⅲ的平衡常数为
(3)反应Ⅰ和Ⅱ为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,则CH3OH的平衡产率减少,
所以图甲表示CH3OH的平衡产率,图乙中,开始升高温度,由于反应Ⅰ和Ⅱ为放热
反应,升高温度,平衡逆向移动,CO2的平衡转化率降低,反应Ⅲ为吸热反应,升高
温度反应Ⅲ向正反应方向移动,升高一定温度后以反应Ⅲ为主,CO2的平衡转化率
又升高,所以图乙表示CO2的平衡转化率;压强增大,反应Ⅰ和Ⅱ是气体体积减小
的反应,反应Ⅰ和Ⅱ平衡正向移动,反应Ⅲ气体体积不变化,平衡不移动,故压强
增大CH3OH的平衡产率增大,根据图可知压强关系为p1>p2>p3;温度升高,反应Ⅰ和
Ⅱ平衡逆向移动,反应Ⅲ向正反应方向移动,所以T1温度时,三条曲线交于一点的
原因为T1时以反应Ⅲ为主,反应Ⅲ前后分子数相等,压强改变对平衡没有影响;
(4)根据图示可知,温度越低,CO2的平衡转化率越大,CH3OH的平衡产率越大,压强
越大,CO2的平衡转化率越大,CH3OH的平衡产率越大,所以选择低温和高压,答案
选A。
答案:(1)+40.9
(2)
(3)乙 p1、p2、p3 T1时以反应Ⅲ为主,反应Ⅲ前后气体分子数相等,压强改变
对平衡没有影响
(4)A
【加固训练】
CH4可用于消除NO2的污染,回答下列问题。
(1)已知:
①2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)
ΔH1=-116.2
kJ·mol-1
②N2(g)+O2(g)
2NO(g)
ΔH2=+180
kJ·mol-1
③CH4(g)+4NO(g)
2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH3=-1
160
kJ·mol-1
则CH4(g)+2NO2(g)
N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=________kJ·mol-1。?
(2)在相同温度和压强下,一定量的CH4与NO2在不同条件下反应的能量变化如图
所示。当反应进行到某相同时刻时,测得在催化剂2条件下NO2转化率更高,其原
因是_________________________________________________________________
____________________________。?
(3)在体积均为2
L的密闭容器A(500
℃,绝热)、B(500
℃,恒温)两个容器中分
别加入2
mol
CH4、2
mol
NO2和相同催化剂。A、B容器中CH4的转化率α(CH4)随
时间变化如下表所示。
①A、B两容器中,反应平衡后放出热量少的是___________________________,?
理由是_____________________________________________。?
时间(s)
0
100
200
300
400
A中α(CH4)(%)
0
20
22
22
22
B中α(CH4)(%)
0
10
20
25
25
②B容器中,判断该反应达到平衡状态的标志为__________(填字母序号)。?
a.压强保持不变
b.密度保持不变
c.CO2的体积分数保持不变
d.v(CH4)∶v(N2)=1∶l
e.断裂4
mol
C—H键同时断裂2
mol
O—H键
③A容器中前100
s内用NO2表示的化学反应速率v(NO2)=________mol·L-1·
s-1。?
④已知反应速率v正=k正·c(CH4)·c2
(NO2),v逆=k逆·c(N2)·c(CO2)·c2
(H2O)
(k正、k逆分别是正、逆反应速率常数),则B容器中平衡时
=________,200
s时
=_____________。?
【解析】(1)已知:①2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)
ΔH1=-116.2
kJ·mol-1
②N2(g)+O2(g)
2NO(g) ΔH2=+180
kJ·mol-1
③CH4(g)+4NO(g)
2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH3=-1
160
kJ·mol-1
根据盖斯定律,由③-①+②得反应CH4(g)+2NO2(g)
N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=ΔH3-ΔH1+ΔH2=-1
160
kJ·mol-1+116.2
kJ·mol-1+180
kJ·mol-1=
-863.8
kJ·mol-1。
(2)根据图中信息可知,反应未达到平衡,在催化剂2条件下,反应的活化能更低,
反应速率更快,经过相同反应时间NO2转化率更高。
(3)
①A、B两容器中,反应平衡后放出热量少的是A,理由是A容器绝热,随着反
应进行放出热量,体系温度升高,相对B容器中反应平衡逆向移动,逆向为吸热反
应,放出热量减少;
②a.反应CH4(g)+2NO2(g)
N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)为气体体积增大的反应,压
强保持不变则反应达平衡状态,故正确;b.反应在恒容容器中进行,所有反应物
均为气体,密度始终保持不变,故密度不变不能说明达到平衡状态,故错误;c.反
应各组分体积分数保持不变则达平衡,则CO2的体积分数保持不变时达平衡状态,
故正确;d.v(CH4)∶v(N2)=1∶1,不能说明正逆反应速率相等,反应不一定达平衡,
故错误;e.根据反应可知,断裂4
mol
C—H键同时断裂4
mol
O—H键时,正逆反
应速率相等,反应才达平衡,故错误。
③A容器中前100
s内甲烷的转化率为20%,则消耗甲烷2
mol×20%=0.4
mol,根
据反应CH4(g)+2NO2(g)
N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)则消耗NO2
0.8
mol,用NO2表示
的化学反应速率v(NO2)=
=0.004
mol·L-1·s-1;
④根据表中数据可知,B中平衡时α(CH4)=25%,则
K=
已知反应速率v正=k正·c(CH4)·c2(NO2),v逆=k逆·c(N2)·c(CO2)·c2
(H2O)
(k正、k逆分别是正、逆反应速率常数),则B容器中平衡时v正=v逆,k正·c(CH4)·c2(NO2)=k逆·c(N2)·c(CO2)·c2
(H2O),
=K=
;
200
s时,
v正=k正·c(CH4)·c2(NO2)=k正×0.8×0.62=0.288
k正,v逆=k逆·
c(N2)·c(CO2)·c2
(H2O)
=k逆×0.2×0.2×0.42=0.006
4k逆,
答案:(1)-863.8 (2)反应未达到平衡,在催化剂2条件下,反应的活化能更低,
反应速率更快,经过相同反应时间NO2转化率更高
(3)①A A容器绝热,随着反应进行放出热量,体系温度升高,相对B容器中反应
平衡逆向移动,逆向为吸热反应,放出热量减少
②
ac ③0.004 ④
3.75或