选修四 第二章 化学平衡 速率移动等效图像.docx
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选修四第二章化学平衡速率移动等效图像
基础课时1 化学反应速率及其影响因素
1.表示方法:
通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
2.数学表达式及单位:
v=
,单位为mol·L-1·min-1或mol·L-1·s-1。
3.化学反应速率与化学计量数的关系:
对于已知反应mA(g)+nB(g)===pC(g)+qD(g),其化学反应速率可用不同的物质来表示,当单位相同时,化学反应速率的数值之比等于方程式中各物质的之比,即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=。
【互动思考】
1.
(1)将4molA气体和2molB气体在2L的容器中混合,并在一定条件下发生如下反应:
2A(g)+B(g)2C(g),若经2s后测得C的浓度为0.6mol·L-1,判断下列几种说法的正误:
①用物质A表示反应的平均速率为0.3mol·L-1·s-1( )
②用物质B表示反应的平均速率为0.6mol·L-1·s-1( )
③2s时物质A的转化率为70%( )
④2s时物质B的浓度为0.7mol·L-1( )
考点二 外界条件对化学反应速率的影响
1.内因
反应物本身的是影响化学反应速率的主要因素。
如相同条件下Mg、Al与稀盐酸反应的速率大小关系为:
。
2.外因(其他条件不变,只改变一个条件)
3.理论解释——有效碰撞理论
(1)活化分子、活化能、有效碰撞。
①活化分子:
能够发生有效碰撞的分子。
②活化能:
如图
图中:
E1为,使用催化剂时的活化能为E3,E2为,反应热为。
③有效碰撞:
活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。
(2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
1.(2014·全国新课标卷Ⅰ,9)已知分解1molH2O2放出热量98kJ,在含少量I-的溶液中,H2O2分解的机理为:
H2O2+I-―→H2O+IO-慢
H2O2+IO-―→H2O+O2+I-快
下列有关该反应的说法正确的是( )。
A.反应速率与I-的浓度有关B.IO-也是该反应的催化剂
C.反应活化能等于98kJ·mol-1D.v(H2O2)=v(H2O)=v(O2)
2.(2014·济南联考)2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)是制备硫酸的重要反应。
下列叙述正确的是( )。
A.催化剂V2O5不改变该反应的逆反应速率
B.增大反应体系的压强,反应速率一定增大
C.该反应是放热反应,降低温度将缩短反应达到平衡的时间
D.在t1、t2时刻,SO3(g)的浓度分别是c1、c2,则时间间隔t1~t2内,SO3(g)生成的平均反应速率为v=
2.一定温度下,反应N2(g)+O2(g)2NO(g)在密闭容器中进行,下列措施不改变化学反应速率的是( )。
A.缩小体积使压强增大 B.恒容,充入N2
C.恒容,充入He D.恒压,充入He
基础课时2 化学平衡状态及其移动
考点一 可逆反应与化学平衡状态
1.向含有2molSO2的容器中通入过量氧气发生反应:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g) ΔH=-QkJ·mol-1(Q>0),充分反应后生成SO3的物质的量______2mol(填“<”、“>”或“=”,下同),SO2的物质的量______0mol,转化率______100%,反应放出的热量________QkJ。
2.在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应
(甲)2NO2(g)2NO(g)+O2(g)
(乙)H2(g)+I2(g)2HI(g)
现有下列状态:
①反应物的消耗速率与生成物的生成速率之比等于化学计量数之比
②反应物的消耗速率与生成物的消耗速率之比等于化学计量数之比
③速率之比等于化学计量数之比的状态
④浓度之比等于化学计量数之比的状态
⑤百分含量之比等于化学计量数之比的状态
⑥混合气体的颜色不再改变的状态
⑦混合气体的密度不再改变的状态
⑧混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
⑨体系温度不再改变的状态
⑩压强不再改变的状态
⑪反应物的浓度不再改变的状态
⑫反应物或生成物的百分含量不再改变的状态
其中能表明(甲)达到化学平衡状态的是__________;
能表明(乙)达到化学平衡状态的是__________;
能表明(甲)、(乙)都达到化学平衡状态的是__________。
答案 ②⑥⑧⑨⑩⑪⑫ ②⑥⑨⑪⑫ ②⑥⑨⑪⑫
[示向题组]
1.[2012·山东,29
(2)]一定温度下,反应N2O4(g)2NO2(g)的焓变为ΔH,现将1molN2O4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__________________________________。
答案 ad
2.可逆反应A(g)+B(g)C(g)+D(g)。
判断该反应是否达到平衡的依据为__________。
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
[跟进题组]
1.一定温度下,在一固定体积的密闭容器中,可逆反应A(s)+3B(g)2C(g)达到平衡时,下列说法正确的是( )。
①C的生成速率和C的分解速率相等;②单位时间内生成amolA,同时生成3amolB;③气体密度不再变化;④混合气体的总压强不再变化;⑤A、B、C的物质的量之比为1∶3∶2;⑥混合气体的平均相对分子质量不变
A.②④⑤ B.①③④⑥
C.①②④⑥ D.①②③④⑤
2.
(1)在一定条件下,可逆反应达到平衡状态的本质特征是________________________。
下列关系中能说明反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已经达到平衡状态的是_____________________________。
A.3v正(N2)=v正(H2) B.v正(N2)=v逆(NH3)
C.2v正(H2)=3v逆(NH3) D.v正(N2)=3v逆(H2)
考点二 化学平衡的移动
1.臭氧是理想的烟气脱硝试剂,其脱硝反应为:
2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g),若反应在恒容密闭容器中进行,下列由该反应相关图像作出的判断正确的是( )。
A
B
C
D
升高温度,平衡常数减小
0~3s内,反应速率为:
v(NO2)=0.2mol·L-1
t1时仅加入催化剂,平衡正向移动
达平衡时,仅改变x,则x为c(O2)
2.(2013·大纲全国,7)反应X(g)+Y(g)2Z(g) ΔH<0,达到平衡时,下列说法正确的是( )。
A.减小容器体积,平衡向右移动B.加入催化剂,Z的产率增大
C.增大c(X),X的转化率增大D.降低温度,Y的转化率增大
[跟进题组]
题组1 外界条件对化学平衡的影响
1.(2013·山东理综,12)对于反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH<0,在其他条件不变的情况下( )。
A.加入催化剂,改变了反应的途径,反应的ΔH也随之改变
B.改变压强,平衡不发生移动,反应放出的热量不变
C.升高温度,反应速率加快,反应放出的热量不变
D.若在原电池中进行,反应放出的热量不变
2.在一定条件下,固定容积的密闭容器中反应:
2NO2(g)2NO(g)+O2(g) ΔH>0,达到平衡。
当改变其中一个条件X,Y随X的变化符合图中曲线的是( )。
A.当X表示温度时,Y表示NO2的物质的量B.当X表示压强时,Y表示NO2的体积分数
C.当X表示压强时,Y表示混合气体的平均摩尔质量D.当X表示NO2的物质的量时,Y表示O2的物质的量
题组2 “等效平衡”在判断平衡移动方向中的应用
一、等效平衡的含义
在一定条件下(定温、定容或温定压)下,只是起始加入情况不同(如:
加一定量反应物开始反应;加生成物开始反应;所有物质同时加一定量开始反应)的同一可逆反应达到平衡后,任何相同组分的分数(体积、物质的量)均相同这样的化学平衡互称等效平衡。
二、等效平衡的分类及解法
(所有等效平衡解题前:
若为等效就先判条件用对应方法解即可)
1、定温、定容,方程式两边气体系数不等的可逆反应。
步骤:
①、将“第二次”加入情况转化为与起始情况一致。
②、对应物质的“有关量”相等。
例1、在一定温度下,把2molSO2和1molO2通入一个一定容积的密闭容器里,
催化剂
△
发生如下反应:
2SO2+O2
2SO3,当此反应进行到一定程度时,反应混合物就处于化学平衡状态。
现在该容器中保持温度不变,令a、b、c分别代表初始加入的SO2、O2和SO3的物质的量(mol)如a、b、c取不同的数值,他们必须满足一定的相互关系,才能保证达到平衡时,反应混合物中的三种气体的体积分数任跟上述平衡时的完全相同,请填写下列空白:
(1)若a=0、b=0,则c=_________
(2)若a=0.5、则b=_________c=__________
(3)a,b,c必须满足的一般条件是(请用两个方程式表示其中一个只含a和b,另一个只含b和c)______________________________________
2、定温、定容,方程式两边气体系数相等的可逆反应。
步骤:
①、将“第二次”加入情况转化为与起始情况一致。
②、对应物质的“有关量”成比例。
例2、在一个固定体积的密闭容器中,保持一定温度进行以下反应:
H2+Br2(g)
2HBr(g)已加入1molH2和2molBr2时,求平衡后生成amolHBr,(见表中“已知”项)在相同条件下,且保持平衡时各组分的体积分数不变,根据下列编号
(1)~(3)的状态,填写表中的空白。
编号
已知
起始状态物质的量n/mo
平衡时物质的量
n/mol
H2
Br2
HBr
1
2
0
a
(1)
2
4
0
(2)
1
0.5a
(3)
m
g(g≧2m)
3、在定温定压条件下的等效平衡(不分系数相等与不相等了)
步骤:
①、将“第二次”加入情况转化为与起始情况一致。
②、对应物质的“有关量”成比例。
例3、在一个盛有催化剂容积可变的密闭容器中,保持一定温度和压强,进行以下反应:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g),已知加入1molN2和4molH2时,达到平衡后与原平衡等效生成amolNH3(见表中“已知”项)在相同温度,压强下,保持平衡时各组分的体积分数不变。
对下列编号
(1)~(3)的状态,填写表中的空白。
编号
已知
起始状态物质的量n/mo
平衡时NH3的物质的量
n/mol
N2
H2
NH3
1
4
0
a
(1)
6
0
1.5a
(2)
0
1
(3)
m
g(g≧4m)
拓展:
若上题改为等温等容,按
(1)的数据开始反应,平衡时NH3的物质的量比1.5a大还是小?
3.已知:
H2(g)+I2(g)2HI(g) ΔH<0。
有相同容积的定容密闭容器甲和乙,甲中加入H2和I2各0.1mol,乙中加入HI0.2mol,相同温度下分别达到平衡。
欲使甲中HI的平衡浓度大于乙中HI的平衡浓度,应采取的措施是( )。
A.甲、乙提高相同温度B.甲中加入0.1molHe,乙不变
C.甲降低温度,乙不变D.甲增加0.1molH2,乙增加0.1molI2
4.在恒温恒容的密闭容器中,发生反应:
3A(g)+B(g)xC(g)。
Ⅰ.将3molA和2molB在一定条件下反应,达平衡时C的体积分数为a;Ⅱ.若起始时A、B、C投入的物质的量分别为n(A)、n(B)、n(C),平衡时C的体积分数也为a。
下列说法正确的是( )。
A.若Ⅰ达平衡时,A、B、C各增加1mol,则B的转化率将一定增大
B.若向Ⅰ平衡体系中再加入3molA和2molB,C的体积分数若大于a,可断定x>4
C.若x=2,则Ⅱ体系起始物质的量应满足3n(B)>n(A)+3
D.若Ⅱ体系起始物质的量满足3n(C)+8n(A)=12n(B),则可判断x=4
5.工业上正在研究利用CO2来生产甲醇燃料的方法,该方法的化学方程式是:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH=-49.0kJ/mol
现将6molCO2和8molH2充入一容积为2L的密闭容器中,测得H2的物质的量随时间变化如图中实线所示(图中字母后括号内的数对表示对应的坐标):
回答下列问题:
(1)由图分析,在下列时间段内反应速率最快的是______(填序号)。
a.0~1min B.1~3min
c.3~8min D.8~11min
(2)仅改变某一条件再进行实验,测得H2的物质的量随时间的变化如图中虚线所示。
与实线相比,曲线Ⅰ改变的条件可能是________________,曲线Ⅱ改变的条件可能是________________。
(3)下列表述能表示该反应已达平衡的是________(填序号)。
a.容器内压强不再改变b.容器内气体的密度不再改变
c.容器内气体的平均摩尔质量不再改变d.容器内各物质的物质的量相等
答案
(1)a
(2)升高温度 增大压强
6.(2014·南昌调研)向一容积不变的密闭容器中充入一定量A和B,发生如下反应:
xA(g)+2B(s)yC(g) ΔH<0
在一定条件下,容器中A、C的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。
请回答下列问题:
(1)用A的浓度变化表示该反应0~10min内的平均反应速率v(A)=______________________。
(2)根据图示可确定x∶y=________。
(3)0~10min容器内压强________(填“变大”、“不变”或“变小”)。
(4)推测第10min引起曲线变化的反应条件可能是________;第16min引起曲线变化的反应条件可能是________。
①减压 ②增大A的浓度 ③增大C的量 ④升温 ⑤降温 ⑥加催化剂
(5)若平衡Ⅰ的平衡常数为K1,平衡Ⅱ平衡常数为K2,则K1________K2(填“>”、“=”或“<”)。
答案
(1)0.02mol·L-1·min-1
(2)1∶2 (3)变大 (4)④⑥ ④ (5)>
基础课时3 化学反应进行的方向、化学平衡常数
【互动思考】
判断正误,正确的划“√”错误的划“×”。
①凡是放热反应都是自发的,因为吸热反应都是非自发的( )
②自发反应的熵一定增大,非自发反应的熵一定减小( )
③反应2Mg(s)+CO2(g)===C(s)+2MgO(s)能自发进行,则该反应的ΔH>0( )
④焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素( )
⑤焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据( )
⑥放热过程有自发进行的倾向性,但并不一定能自发进行,吸热过程没有自发进行的倾向性,但在一定条件下也可自发进行( )
⑦反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响( )
答案 ①× ②× ③× ④ ⑤× ⑥√ ⑦√
[示向题组]
1.下列说法错误的是( )。
A.某吸热反应能自发进行,因此该反应是熵增反应(2014·天津理综,3A)
B.2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)在常温下能自发进行,则该反应的ΔH>0(2014·江苏化学,11B)
C.反应NH3(g)+HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的ΔH<0(2013·江苏化学,11A)
D.CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH<0(2012·江苏化学,10A)
2.(2015·信阳期末)已知:
(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH=+74.9kJ·mol-1。
下列说法中正确的是( )。
A.该反应中熵变小于0,焓变大于0
B.该反应是吸热反应,因此一定不能自发进行
C.碳酸盐分解反应中熵增加,因此任何条件下的所有碳酸盐分解一定能自发进行
D.判断反应能否自发进行需要根据ΔH与ΔS综合考虑
[跟进题组]
1.(2014·扬州检测)若某反应有自发性,则( )。
A.可判断出反应的方向B.可确定反应是否一定会发生
C.可预测反应速率的大小D.可判断反应的热效应
2.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)。
下列有关焓变与熵变说法不正确的是( )。
A.该反应的ΔS>0B.该反应的ΔH<0
C.该反应的逆反应在一定条件下也能自发进行D.该反应的熵变效应大于焓变效应
3.下列说法正确的是( )。
A.凡是放热反应都是自发的,因为吸热反应都是非自发的
B.自发反应一定是熵增大,非自发反应一定是熵减小
C.常温下,反应C(s)+CO2(g)2CO(g)不能自发进行,则该反应的ΔH>0
D.反应2Mg(s)+CO2(g)===C(s)+2MgO(s)能自发进行,则该反应的ΔH>0
考点二 化学平衡常数 转化率
对于可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),化学平衡常数K=
。
1.化学平衡常数的三种应用
(1)利用化学平衡常数判断化学反应可能进行的程度,K值越大,反应进行的程度越大。
(2)利用化学平衡常数判断化学平衡移动的方向,对于可逆反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),在一定温度下的任意时刻,反应物与生成物浓度有如下关系:
=Qc,称为浓度商。
Qc
(3)利用化学平衡常数随温度的变化判断反应的热效应,若升高温度,K值增大,则正反应为反应;若升高温度,K值减小,则正反应为反应。
[示向题组]
1.(2014·四川,7)在10L恒容密闭容器中充入X(g)和Y(g),发生反应X(g)+Y(g)M(g)+N(g),所得实验数据如下表:
实验编号
温度/℃
起始时物质的量/mol
平衡时物质的量/mol
n(X)
n(Y)
n(M)
①
700
0.40
0.10
0.090
②
800
0.10
0.40
0.080
③
800
0.20
0.30
a
④
900
0.10
0.15
b
下列说法正确的是( )。
A.实验①中,若5min时测得n(M)=0.050mol,则0至5min时间内,用N表示的平均反应速率v(N)=1.0×10-2mol/(L·min)
B.实验②中,该反应的平衡常数K=2.0
C.实验③中,达到平衡时,X的转化率为60%
D.实验④中,达到平衡时,b>0.060
[跟进题组]
1.(2014·济南质检)可逆反应:
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)达到平衡状态时,保持恒温恒容向容器中加入一定量的O2。
下列说法正确的是(K为平衡常数,Qc为浓度商)( )。
A.Qc不变,K变大,O2转化率增大
B.Qc不变,K变大,SO2转化率减小
C.Qc变小,K不变,O2转化率减小
D.Qc增大,K不变,SO2转化率增大
3.(2014·山东,29节选)研究氮氧化物与悬浮在大气中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 ΔH1<0 (Ⅰ)
2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g) K2 ΔH2<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2L恒容密闭容器中加入0.2molNO和0.1molCl2,10min时反应(Ⅱ)达到平衡。
测得10min内v(ClNO)=7.5×10-3mol·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,可采取的措施是________。
答案
(1)
(2)2.5×10-2 75% > 不变 升高温度
(时间:
45分钟)
1.(2014·镇江调研)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=+163kJ·mol-1
B.Ag(s)+
Cl2(g)===AgCl(s) ΔH=-127kJ·mol-1
C.HgO(s)===Hg(l)+
O2(g) ΔH=+91kJ·mol-1
D.H2O2(l)===
O2(g)+H2O(l) ΔH=-98kJ·mol-1
3.在容积可变的密闭容器中,1molN2和4molH2在一定条件下发生反应,达到平衡时,H2的转化率为25%,则平衡时的氮气的体积分数接近于( )。
A.5% B.10%
C.15% D.20%
4.(2014·宝鸡模拟)碘水在水中的溶解度很小,但易溶于KI溶液,因为发生反应:
I2(aq)+I-(aq)I
(aq)。
测得不同温度下该反应的平衡常数如下表所示:
T/℃
3.8
15.3
25.0
35.0
50.2
K
1160
841
689
533
409
下列说法不正确的是( )。
A.上述反应的正反应为放热反应
B.实验室配制碘水,为增大碘的溶解度可加入少量的KI
C.用该反应原理可除去硫粉中少量的碘单质
D.向上述体系中加入苯,平衡不移动
5.(2015·安徽高考调研)可逆反应A(g)+2B(g)3C(g)+4D(g) ΔH>0,在恒容密闭容器中达到平衡后,改变某一条件,下列图像正确的是( )。
6.高温及催化剂作用下,某反应的平衡常数K=
。
恒容时,温度升高,H2浓度减小,下列说法正确的是( )。
A.恒温下,将容器体积变为原来2倍,CO的平衡浓度变为原来的1/2
B.恒温恒容下,增大压强,H2浓度一定减小
C.升高温度,正反应速率减小,逆反应速率增大
D.该反应化学方程式为CO2+H2
CO+H2O ΔH<0
7.室温下,体积为2L的密闭容器中A、B、C三种气体的起始浓度和平衡浓度如下表:
物质
A
B
C
初始浓度/mol·L-1
0.1
0.2
0
平衡浓度/mol·L-1
0.05
0.05
0.1
下列说法中正确的是( )。
A.发生的反应可表示为A+B2C
B.反应达到平衡时B的转化率为25%
C.若起始时密闭容器中有0.1molA、0.1molB、0.2molC时反应达平衡时,c(A)=0.05mol·L-1
D.改变起始时容器中各气体的物质的量,可以改变此反应的平衡常数
8.(2014·吉林市模拟)已知:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=-41kJ·mol-1。
相同温度下,在容积相同的两个恒温密闭容器中,加入一定量的反应物发生反应。
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