专题化学反应速率与化学平衡.ppt

第4专题,主编,第10专题,主编,QG,化学,化学,化学,化学,专案突破,名师诊断,【考情报告】,【考向预测】,预计2013年高考新课标全国卷中对相关知识的考查仍会在填空题中出现,所考查的知识仍将是化学平衡状态的判断、化学反应速率和化学平衡有关图像的分析、化学反应速率和化学平衡(平衡常数)的计算等。,1.(2012年江苏,4)某反应的反应过程中能量变化如图所示(图中E1表示正反应的活化能,E2表示逆反应的活化能)。下列有关叙述正确的是(),【知能诊断】,A.该反应为放热反应,B.催化剂能改变该反应的焓变,C.催化剂能降低该反应的活化能,D.逆反应的活化能大于正反应的活化能,【答案】C,2.(2012年四川理综,12)在体积恒定的密闭容器中,一定量的SO2与1.100 mol O2在催化剂作用下加热到600 发生反应:2SO2+O22 SO3H0。当气体的物质的量减少0.315 mol 时反应达到平衡,在相同温度下测得气体压强为反应前的82.5%。下列有关叙述正确的是(),A.当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时反应达到平衡,B.降低温度,正反应速率减小程度比逆反应速率减小程度大,C.将平衡混合气体通入过量BaCl2溶液中,得到沉淀的质量为161.980 g,D.达到平衡时,SO2的转化率为90%,【答案】D,3.(2012年重庆理综,13)在一个不导热的密闭反应器中,只发生两个反应:,a(g)+b(g) 2c(g)H10,x(g)+3y(g) 2z(g)H20,进行相关操作且达到平衡后(忽略体积改变所作的功),下列叙述错误的是(),A.等压时,通入惰性气体,c的物质的量不变,B.等压时,通入z气体,反应器中温度升高,C.等容时,通入惰性气体,各反应速率不变,D.等容时,通入z气体,y的物质的量浓度增大,【答案】A,4.(2012年福建理综,12)一定条件下,溶液的酸碱性对TiO2光催化染料R降解反应的影响如图所示。下列判断正确的是(),A.在050 min之间,pH=2和pH=7时R的降解百分率相等,B.溶液酸性越强,R的降解速率越小,C.R的起始浓度越小,降解速率越大,D.在2025 min之间,pH=10时R的平均降解速率为0.04 molL-1min-1,【答案】A,5.已知某可逆反应:aX+bY cZ+dW,其中X、Y、Z、W均为气态 物质,平衡状态时混合气体中Z的百分含量随温度(T)、压强(p)的变化曲线如图所示,则下列表示正确的是(),A.a+bc+dH0,B.a+b0,C.a+bc+dH0,D.a+bc+dH0,【答案】B,6.(2012年海南,15)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:,回答下列问题:,(1)该反应的平衡常数表达式K=,H0(填“”或“=”);,(2)830 时,向一个5 L的密闭容器中充入0.20 mol的A和0.80 mol的B,若反应初始6 s内A的平均反应速率v(A)=0.003 molL-1s-1,则6 s时c(A)=molL-1, C的物质的量为mol;若反应经一段时间后,达到平衡时A的转化率为,如果这时向该密闭容器中,再充入1 mol氩气,平衡时A的转化率为;,(3)判断该反应是否达到平衡的依据为(填正确选项前的字母);,a.压强不随时间改变,b.气体的密度不随时间改变,c.c(A)不随时间改变,d.单位时间里生成C和D的物质的量相等,(4)1200 时反应C(g)+D(g) A(g)+B(g)的平衡常数的值为 。,【答案】(1) ;,(2)0.022;0.09;80%;80%,(3)c,(4)2.5,7.汽车尾气是城市空气的污染源之一,治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个催化转换器,使CO和NO发生反应:2CO+2NO 2CO2+N2。试回答下列问题:,(1)某温度下,向1 L某密闭容器中充入1 mol CO和1 mol NO,反应达到平衡后,改变下列条件,可使CO、NO、CO2、N2浓度均增大的是(填字母)。,A.保持温度和容器体积均不变,再充入1 mol CO2和0.5 mol N2,B.保持温度和容器体积均不变,再充入0.5 mol O2,C.保持温度和容器压强均不变,再充入1 mol NO和1 mol CO,D.保持容器体积不变,升高温度,(2)将不同量的CO和NO分别通入体积可变的恒压密闭容器中(压强相等)进行上述反应,得到如下三组数据:,该反应的逆反应为(填“吸”或“放”)热反应。,下图甲、乙分别表示容器、中生成物的物质的量和体积分数随时间变化的图像,则a、b应满足的关系是(用含a、b的代数式表示)。,【答案】(1)A,(2)吸,b=2a,且a1.5,(3)160,【诊断参考】,【知识缺陷】,对于下列知识点理解不透,掌握不牢。,1.对反应速率的理解及简单计算,影响速率的因素及对图像的分析等。,2.对平衡及平衡移动方向的判断,影响平衡移动的条件分析,平衡移动方向、平衡体系的平均相对分子质量、转化率大小变化的判断,平衡图像的分析,等效平衡中简单问题的分析等。,3.平衡移动原理在化工生产、生活实际中的应用。如电离平衡、水解平衡与物质的制取、收集等知识密切结合,反应环境(酸、碱环境)、反应条件(温度、压强、催化剂等)、物质浓度的正确选择。,【能力缺陷】,1.不注重对概念的理解。化学反应速率、化学平衡状态、勒夏特列原理等概念是本专题的重要概念,掌握好这些概念,对于反应速率的计算与判断、平衡状态的判断及平衡移动的分析都更容易掌握。,3.不结合实际进行运用。高中平衡理论体系包括化学平衡、溶解平衡、电离平衡、水解平衡等,化学平衡是该体系的核心。在复习这部分知识时,联系其他平衡,运用平衡理论分析具体的平衡情况,分析具体的实际问题,如合成氨等。,2.不注重对图像题的分析。图像题是本专题常见的题型之一,通过讲解,对图像题形成一定的思维模式,先看反应特点和反应条件,再看图像的坐标及曲线的走向、起点、平衡点,最后运用平衡移动规律来分析问题。,4.不重视平衡问题的解题思想。化学平衡这部分内容是高中基本理论中最难掌握的一部分,在学习时注重思维方法的培养,常见的有极值法(可逆反应不为0的原则)、分段思考法、放缩思考法、推理估算法等。,【思维导图】,一定条件下,在体积为10 L的定容密闭容器中发生 反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)H0,反应过程如图所示,下列说 法正确的是(),【考点突破】,热点1:化学反应速率的计算及比较,A.t1 min时正、逆反应速率相等,B.X曲线表示NH3的物质的量随时间变化的关系,C.08 min,H2的平均反应速率v(H2)= molL-1min-1,D.1012 min,N2的平均反应速率v(N2)=0.25 molL-1min-1,【解析】t1 min时,只是X和Y的物质的量相等,没有达到平衡状态,说明正、逆反应速率不相等;根据图像,Y表示H2的物质的量随时间的变化关系;X表示NH3的物质的量随时间的变化关系;08 min,H2的平均反应速率v(H2)= molL-1min-1;1012 min,N2的平均反应 速率v(N2)=0.0025 molL-1min-1。,【答案】B,1.化学反应速率的简单计算,(1)根据概念推算,v(B)=,单位:molL-1s-1或molL-1min-1等。,(2)根据化学计量数求算,在同一条件下的同一化学反应中,各物质的反应速率之比等于其化学方程式中的化学计量数之比。,【规律方法技巧】,2.化学反应速率的大小比较,利用化学反应速率比较反应进行的快慢,不能只看反应速率的数值大小,要注意以下两个换算:,(1)用同一物质的反应速率比较反应快慢时,必须要换算为速率单位一致再进行比较。,(2)用不同物质的反应速率比较反应进行的快慢时,除要保证单位一致外,还要根据反应速率之比等于化学计量数之比,换算为同一物质的速率后再比较。,【特别提醒】对于某些反应,随着反应时间的延长,反应物浓度减小,反应速率也随之减小。,化氢作用生成三氯氢硅,用精馏方法将SiHCl3提纯后再用H2还原得到高纯硅。已知:SiHCl3(g)+H2(g) Si(s)+3HCl(g)H=-46 kJmol-1。在某温度下,将一定量的反应物通入密闭容器中进行上述反应,下列叙述中正确的是(),A.该反应为放热反应,升高温度反应速率减慢,B.若反应开始时SiHCl3和H2均为2 mol,则充分反应后放出92 kJ热量,C.若反应进行t min时HCl的浓度为c molL-1,则t min内v(H2)= molL-1min-1,D.当反应放热为4.6 kJ时,生成的HCl全部通入100 mL 3 molL-1氨水中,所得溶液呈中性,【演练1】工业上粗硅可通过下列方法转变为纯硅:首先将粗硅与氯,错误;由题中所述“粗硅与氯化氢作用生成三氯氢硅”可判断该反应为可逆反应,在一定条件下进行将达到化学平衡状态,B项错误;若反应进行t min时HCl的浓度为c molL-1,则t min内v(HCl)= molL-1min-1,故v(H2)= molL-1min-1,C项正确;当反应放热为4.6 kJ 时,生成的HCl为0.3 mol,0.3 mol HCl全部通入100 mL 3 molL-1氨水中,恰好完全反应生成NH4Cl溶液,NH4Cl水解使溶液呈酸性,D项错误。,【答案】C,【解析】升高温度,放热反应和吸热反应的反应速率都加快,A项,火箭残骸中常出现红棕色气体,原因为N2O4(g) 2NO2(g)。已知一定温度下,该反应的焓变为H。现将1 mol N2O4 充入一恒压密闭容器中,下列示意图不能说明反应达到平衡状态的是(),热点2:判断反应达到平衡状态的方法,反应的进行,气体总的物质的量不断增加,容器的体积增大,故密度变小,当密度不变时,可说明化学反应达到平衡状态;B图,H作为反应热,只与这个化学方程式有关,是一个不变量,它不会随着反应“量”的变化而变化,不可说明化学反应达到平衡状态;C图,随着反应的进行,NO2的物质的量逐渐增大,当它不变时,可以说明化学反应达到平衡状态;D图,当NO2的转化率不变时,说明v(正)=v(逆),可以说明化学反应达到平衡状态。,【答案】B,【解析】作为化学平衡状态的标志,须由原来的“变量”变到“不变量”,方可说明该反应达到平衡。A图,在恒压条件下,随着,1.化学平衡的标志,(1)直接标志,v(正)=v(逆),各组分的m、n不变(单一量),各组分的浓度(或百分含量)不变,(2)间接标志,通过总量:对n0的反应,n(或恒温、恒压下的V,恒温、恒容下的p)不变。,【规律方法技巧】,(3)利用Q值可判断某状态是否处于平衡状态,某温度下,可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)的平衡常数为K, 该可逆反应在任意状态下,反应物和生成物的浓度之间的关系用Q表示如下:Q=。,当Q=K时,v(正)=v(逆),反应处于平衡状态;,当Qv(逆),反应向正方向进行;,当QK时,v(正)v(逆),反应向逆方向进行。,通过复合量: ()、(),需具体分析关系式中上下两项的变化。,其他:如平衡体系颜色等(实际上是有色物质的浓度)。,2.常见化学平衡标志判断一览表,(续表),【演练2】用氮化硅(Si3N4)陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件,能大幅度提高发动机的热效率。工业上用化学气相沉积法制备氮化硅,其反应如下:,3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g) Si3N4(s)+12HCl(g)H0,一定条件下,在密闭恒容的容器中,能表示上述反应达到化学平衡状态的是(填字母)。,A.3v逆(N2)=v正(H2),B.v正(HCl)=4v正(SiCl4),C.混合气体密度保持不变,D.c(N2)c(H2)c(HCl)=136,【解析】利用化学反应速率之比等于化学方程式计量数之比可知,A项表示v正=v逆,能表示反应达到平衡态;B项均表示正反应,无论反应是否处于平衡状态,都成立;D项表示的浓度关系与是否平衡无关;C项,混合气体密度不变说明溶液中气体质量不变,而平衡移动则气体质量改变,所以C项能表示达到平衡状态。,【答案】AC,下列说法中正确的是(),热点3:外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响,已知图一表示的是可逆反应CO(g)+H2(g) C(s)+ H2O(g)H0的化学反应速率(v)与时间(t)的关系,图二表示的是可逆反应2NO2(g) N2O4(g)H0的浓度(c)随时间(t)的变化情况。,A.图一t2时改变的条件可能是升高了温度或增大了压强,B.图一t2时改变的条件是增大了反应物的浓度,C.图二t1时改变的条件可能是升高了温度或增大了压强,D.若图二t1时改变的条件是增大压强,则混合气体的平均相对分子质量将减小,【解析】由图一可知,t2瞬间曲线是断开的,因此条件的改变不可能是由某一物质的浓度变化引起的,t2瞬间,正、逆反应速率均加快,且v(正)v(逆),可知化学平衡正向移动,因此外界条件的改变可能是升高了温度也可能是增大了压强,所以A项正确,B项错误。由图二可知,t1时刻以后平衡正向移动,因此外界条件的改变不可能是升高温度。由于此刻NO2和N2O4的反应速率均增大,显然改变的条件是给体系增压。压强增大,平衡向正反应方向移动,N2O4的体积分数增大,因此混合气体的平均相对分子质量应增大,C项、D项均错误。,【答案】A,1.外界条件对化学反应速率的影响,(1)纯液体和固体的浓度视为常数,它们的量的改变不会影响化学反应速率。但固体颗粒的大小导致接触面的大小发生变化,故影响反应速率。,(2)固体、液体物质,由于压强改变时对它们的体积影响很小,因而压强对它们浓度的影响可看做不变,压强对无气体参加的化学反应的速率无影响。,(3)升高温度,不论是吸热还是放热反应,正反应速率和逆反应速率都增大。,【规律方法技巧】,恒温时,对于恒容密闭容器:,a.充入气体反应物 气体反应物浓度增大(压强也增大) 反应 速率加快;,b.充入惰性气体 总压强增大 反应物浓度未改变 反应速 率不变。,恒温时,对于恒压密闭容器:,充入惰性气体 体积增大 反应物浓度减小 反应速率减小。,(4)对于有气体参与的化学反应,有以下几种情况:,恒温时,压缩体积,压强增大,反应物浓度增大,反应速率加快。,2.化学平衡的移动,(1)分析化学平衡是否移动的一般思路比较同一物质的正逆化学反应速率的相对大小。,原理内容:外界条件对化学平衡的影响可概括为一句话:若改变影响平衡的一个条件,平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。,原理解读:,“减弱这种改变”升温,平衡向吸热反应方向移动;增大反应,（2）化学平衡移动原理勒夏特列原理,物浓度,平衡向反应物浓度减小的方向移动;增大压强,平衡向气态物质的体积减小的方向移动。,化学平衡移动的结果只是减弱了外界条件的改变,而不能完全抵消外界条件的变化,更不能超过外界条件的变化。,惰性气体对化学平衡的影响,【特别提醒】化学反应速率和化学平衡移动的关系:,(1)不要把平衡的移动和速率的变化混同起来,例如:不可认为平衡正向移动一定是v正加快,v逆减慢等。,(2)不要将平衡的移动和浓度的变化混同起来,例如:不可认为平衡正向移动时,反应物浓度一定减小,生成物浓度一定增大等。,(3)不要将平衡的移动和反应物转化率的提高混同起来,例如:不能认为平衡正向移动,反应物的转化率就一定提高。,【演练3】往一体积不变的密闭容器中充入H2和I2,发生反应:H2(g)+I2(g)2HI(g)H0,当达到平衡后,t0时若保持混合气体总物质的量 不变而改变某一反应条件,使容器内压强增大(如图所示),则下列说法正确的是(),A.容器内气体颜色变深,平均相对分子质量不变,B.平衡不移动,混合气体密度增大,C.H2转化率增大,HI平衡浓度减小,D.t0时改变的条件是减小体积或升高体系温度,【解析】条件改变后正、逆反应速率均增大,但是逆反应速率大于正反应速率,改变的条件为升高温度,反应逆向移动,A项正确,B、C、D三项均错误。,【答案】A,相同温度下,体积均为0.25 L的两个恒容密闭容器 中发生可逆反应:X2(g)+3Y2(g)2XY3(g)H=-92.6 kJmol-1。实 验测得反应在起始、达到平衡时的有关数据如下表所示。下列叙述不正确的是(),热点4:等效平衡的应用,A.容器、中反应的平衡常数相等,B.达到平衡时,两个容器中XY3的物质的量浓度均为2 molL-1,C.容器中反应达到平衡时放出的热量为13.89 kJ,D.若容器的体积为0.20 L,则达到平衡时放出的热量大于23.15 kJ,反应达到平衡时放热23.15 kJ,可知反应达到平衡时X2、Y2、XY3的物质的量分别为0.75 mol、2.25 mol、0.5 mol,由此可知容器中反应达到平衡时应该吸收热量,吸收的热量为(0.75 mol-0.6 mol)92.6 kJmol-1=13.89 kJ。,【答案】C,【解析】容器、中投料相当,将建立等效平衡。由容器中,1.等效平衡的分类,在互为等效平衡的平衡体系中,各组分除了物质的量分数(或体积分数或质量分数)相同外,各组分的物质的量和物质的量浓度具有等同或等比关系。等同平衡和等比平衡的建立条件和平衡时的等效特征如下表:,【规律方法技巧】,2.等效平衡的解题思路,(1)构建等温等容平衡思维模式(见图示):新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成,相当于增大压强。,【演练4】恒温恒容条件下,下列叙述正确的是(),A.相同的甲、乙两容器中分别加入1 g SO2、1 g O2与2 g SO2、2 g O2,发生反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)并达到平衡,SO2的转化率前者较大,B.反应CO2(g)+H2(g) H2O(g)+CO(g)达到平衡时,增大H2的物质的 量,平衡不移动,C.反应2HI(g) H2(g)+I2(g)达到平衡时,增大HI的物质的量,HI的分 解率和体积分数均不变,D.反应2NO2(g) N2O4(g)达到平衡时,再向容器内通入一定量的 NO2(g),重新达到平衡时,与第一次平衡时相比,NO2的体积分数增大,【解析】A项中,后者相当于前者达到化学平衡后加压,SO2的转化率增大;B项中平衡应向右移动;D项相当于给原平衡加压,平衡向右移动导致NO2的体积分数减小。,【答案】C,对于可逆反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)H0,下 列研究目的和示意图相符的是(),热点5:化学反应速率和化学平衡中的图像分析,【解析】根据“先拐先平”的原理可判断A项错误;化学平衡常数与压强无关,可判断B项错误;正反应为放热反应,故温度较低时NH3的体积分数较大,D项错误;对于C项可以这样理解,开始时,N2的体积分数减小,达到平衡时,N2的体积分数最小,接着升温,化学平衡逆向移动,N2的体积分数增大。,【答案】C,1.常见图像分类如图所示均以反应:A(g)+B(g) C(g)H0为例,(1)横轴为“时间”类,速率-时间图(v-t),【规律方法技巧】,含量-时间图(w-t),浓度-时间图(c-t),速率-温度图(v-T),速率-压强图(v-p),（2）横轴为“温度”或“压强”类,物质的量-温度图(n-T),物质的量-压强图(n-p),反应物转化率-温度图(A)-T,反应物转化率-压强图(A)-p,某物质含量-温度图(w-T),某物质含量-压强图(w-p),等压线(p1p2),(3)复合图像,等温线(T1T2),2.图像特点,(1)横轴为时间类的图像均有“折点”和“平台”,只有“平台”上的点才代表平衡量。,(2)横轴为温度或压强类的图像一般无“折点”和“平台”,曲线上任意一点都是指在特定压强或温度时的平衡量(纵轴为速率的除外)。,3.图像分析,(1)看图像:一看面(即纵坐标与横坐标的意义);二看线(即线的走向和变化趋势);三看点(即起点、折点、交点、终点);四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线等);五看量的变化(如浓度变化、温度变化等)。,(2)作判断:利用外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律,结合化学方程式的特点将图像中表现的关系与所学规律对比,作出符合题目要求的判断。,【演练5】如图所示为条件一定时,反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) H0中NO的转化率随温度变化的关系曲线图。图中有a、b、c、d四个点,其中表示未达到平衡状态,且v正v逆的点是(),A.aB.bC.cD.d,【解析】a、b在曲线上,为平衡点,c、d点未达到平衡,d点在曲线右上方,从d点向横坐标引辅助线,可知该温度平衡时NO的转化率比d点的小,说明d点未达平衡,且v正v逆,平衡逆向移动。,【答案】D,热点6:有关化学平衡的计算,一定温度下,在体积为2 L的恒容密闭容器中发生反 应:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g),该反应的平衡常数为3。若起 始时充入8 mol CH4(g)和8 mol H2O(g),则达到平衡时,混合气体中H2(g)的体积分数为(),A.23%B.30%C.46%D.60%,【解析】CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g),起始浓度/molL-14 400,变化浓度/molL-1x x x3x,平衡浓度/molL-14-x4-x x3x,K= = =3,解得x=1,故平衡时混合气体中H2的体积分数为30%。,【答案】B,1.化学平衡常数表示反应达到平衡时体系中各组分物质的量浓度的关系,化学平衡常数除了受温度影响以外,其数值的大小还与化学方程式的书写形式有关。,【规律方法技巧】,2.平衡转化率是反应达到平衡时反应物的变化浓度与起始浓度的比值。,3.利用化学平衡常数判断可逆反应进行的方向时,先计算起始时生成物浓度的幂之积与反应物浓度的幂之积的比值(用Q表示),然后与平衡常数K进行比较。如果QK,可逆反应向逆反应方向进行。,4.平衡计算一般思维模式的构建,mA+nB pC,起始 ab c,转化mxnxpx,平衡 a-mxb-nxc+px,5.平衡计算极限思维模式的构建,mA+nB pC,起始abc,转化极限a a a,平衡极限 0b-ac+a,由平衡结果求取值有两种方法:,(1)列方程法。根据反应移动的方向,设定某反应物消耗的量,然后列式求解。,(2)极限思维。有口诀如下:始转平、平转始,欲求范围找极值。,注意:转化量与方程式中各物质的化学计量数成比例;这里a、b,根据不同情况可指:物质的量、浓度、体积等。,【演练6】在一定温度下,向一个体积为1.0 L的密闭容器中,通入3 mol SO2、2 mol O2及固体催化剂,使之发生反应:2SO2(g)+O2(g)2 SO3(g)H=-196.6 kJmol-1。平衡时容器内气体压强为起始时的90%。,.(1)反应达到平衡时放出的热量为。,(2)该温度下反应的平衡常数是。,.保持同一反应温度,在相同容器中,将起始物质的量改为a mol SO2、b mol O2、c mol SO3(g),欲使平衡时SO3的体积分数为,则:,(1)反应达到平衡时,和放出的热量(填字母)。,A.一定相等,B.前者一定小,C.前者大于或等于后者,(2)a、b、c必须满足的关系是(一个用a、c表示,另一个用b、c表示)。,(3)欲使起始反应向正反应方向进行,a的取值范围应为。,【解析】.(1)根据平衡时容器内气体压强为起始时的90%,计算出平衡时SO2的物质的量为2 mol,即反应生成1 mol SO3(g),则平衡时放出的热量为98.3 kJ。(2)K= = =。,.当c=0时,放出的热量前者等于后者;当c0时,放出的热量前者大于后者。和是恒温恒容、非等体积反应条件下的等效平衡,极限转化到同一边后应对应相等,则a+c=3,2b+c=4。欲使起始反应向正反应方向进行,则SO2的起始物质的量应大于SO2的平衡量,小于或等于SO2的最大值,即2a3。,【答案】.(1)98.3 kJ,(2),.(1)C,(2)a+c=3,2b+c=4,(3)2a3,