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1、化学反应速率和化学平衡 1 例1 一定温度下 在2L的密闭容器中 X Y Z三种气体的量随时间变化的曲线如图所示 考点一化学反应速率的定性分析与定量计算 则下列说法符合该图象的是 A t1时刻 增大了X的浓度 B t1时刻 升高了体系温度 C t1时刻 缩小了容器体积 D t1时刻 使用了催化剂 解析 1 分析图象知 c Z v Z 0 079mol L s c X 0 395mol L Y的转化率 Y 100 79 0 由各物质转化的量 X为0 79mol Y为0 79mol Z为1 58mol 可知方程式中各物质的化学计量数之比为1 1 2 则化学方程式为X g Y g 2Z g 2 由图
2、象可知 外界条件同等程度地增大了该反应的正 逆反应速率 增大X的浓度 升高体系温度不会同等程度地改变正 逆反应速率 A B错误 由 1 中的解析可知 该反应的化学方程式为X g Y g 2Z g 缩小容器体积 增大压强 可同等程度地增大正 逆反应速率 C正确 D使用催化剂可同等程度地改变正 逆反应速率 D正确 答案 1 0 079mol L s 0 395mol L79 0 2 X g Y g 2Z g 3 CD 1 对于化学反应速率 其考查点通常有三个方面 一是依据化学反应速率的定义进行有关计算 其模式是灵活运用 v c t 二是同一化学反应的速率以不同物质的浓度变化表示时 各速率值之间的关
3、系及化学方程式的确定 其模式为 mA nBpC q D v A v B v C v D m n p q 三是考查外界条件对反应速率的影响 其模式是依据浓度 温度 压强 催化剂 接触面积以及形成原电池等因素对化学反应速率的影响进行分析判断 2 涉及外界条件对速率的影响时 影响最大的是催化剂 其次是温度 温度越高 速率越快 然后是浓度和压强 若是可逆反应 外界条件对v正和v逆的影响趋势是一样的 即若升温或增大压强 有气体参与体系 v正 v逆均加快 若增大反应物浓度 瞬时速率v逆不变 但最终v正和v逆均加快 等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应 测定在不同时间t产生氢气体积V的数据 根据
4、数据绘制得下图 则曲线a b c d所对应的实验组别可能是 A 4 3 2 1B 1 2 3 4 C 3 4 2 1D 1 2 4 3 解析影响化学反应速率的因素主要有温度 浓度 接触面积 催化剂 本题中只有温度 浓度和接触面积 三者兼顾分析才能得到正确答案 答案AC 考点二化学平衡常数的计算及应用 例2 2009 天津理综 5 人体血液内的血红蛋白 Hb 易与O2结合生成HbO2 因此具有输氧能力 CO吸入肺中发生反应 CO HbO2O2 HbCO 37 时 该反应的平衡常数K 220 HbCO的浓度达到HbO2浓度的0 02倍时 会使人的智力受损 据此 下列结论错误的是 A CO与HbO2
5、反应的平衡常数为K B 人体吸入的CO越多 与血红蛋白结合的O2越少 C 当吸入的CO与O2浓度之比大于或等于0 02时 人的智力才会受损 D 把CO中毒的病人放入高压氧仓中解毒 其原因是使上述平衡向左移动 解析该平衡的平衡常数表达式为K A项正确 根据平衡移动原理 c CO 增大 平衡向右移动 会使HbO2减少 B正确 C项中 因为K 220 且 0 02时 会使人智力受损 将两式合并 可知 220 0 02 所以 时 人的智力才会受损 C项说法错 答案C 1 K只受温度影响 与反应物或生成物的浓度变化无关 2 K值越大 说明平衡体系中生成物所占的比例越大 它的正反应进行的程度越大 即反应进
6、行得越完全 反应物转化率越大 反之 就越不完全 转化率越小 3 K与反应热效应的关系 若正反应为吸热反应 升高温度 K值增大 若正反应为放热反应 升高温度 K值减小 在密闭容器中进行的如下反应 2SO2 g O2 g 2SO3 g SO2的起始浓度是0 4mol L O2的起始浓度是1mol L 当SO2的转化率为80 时 反应达到平衡状态 1 求反应的平衡常数 2 若将平衡时反应混合物的压强增大1倍 平衡将如何移动 3 若将平衡时反应混合物的压强减小1倍 平衡将如何移动 4 平衡时保持体积不变 向平衡混合气体中充入稀有气体Ar 使体系总压强变为原来的3倍 平衡又将如何移动 解析2SO2 g
7、O2 g 2SO3 g 212 0 410 0 4 1 80 1 0 4 80 0 4 80 0 080 840 32 起始时 mol L 平衡时 mol L 1 平衡常数 K 2 压强增大1倍 各组分的浓度增大1倍 Qc 即QcK 平衡左移 平衡向逆反应方向移动 4 体积不变 充入Ar 反应各组分的浓度不变 平衡不移动 答案 1 K 2 平衡右移 平衡向正反应方向移动 3 平衡左移 平衡向逆反应方向移动 4 平衡不移动 例3 向一体积不变的密闭容器中加入2molA 0 6molC和一定量的B三种气体 一定条件下发生反应 各物质浓度随时间变化如图一所示 图二为t2时刻后改变反应条件 平衡体系中
8、反应速率随时间变化的情况 且四个阶段都各改变一种不同的条件 已知t3 t4阶段为使用催化剂 图一中 t0 t1阶段c B 未画出 考点三化学反应速率和化学平衡图象 下列说法不正确的是 A 此温度下该反应的化学方程式为2A g B g 2C g B t4 t5阶段改变的条件为减小压强 C B的起始物质的量为1 0mol D 在相同条件下 若起始时容器中加入amolA bmolB和cmolC 要达到t1时刻同样的平衡 a b c要满足的条件为a 2c 3 2 4和b c 3 1 2 解析图二是在几种不同情况下的化学平衡 而影响平衡的因素有 浓度 温度 压强 催化剂 t3 t4和t4 t5这两段平衡
9、是不移动的 则只能是压强和催化剂影响的 因此应该推断该反应为等体积变化的反应 再结合图一可知 A浓度的变化为 0 2mol L C浓度的变化量为0 3mol L 由化学反应的速率之比等于化学方程式前的计量系数之比 可写出该反应的方程式为2A g B g 3C g 故A项错误 t3 t4的平衡比原平衡的速率要快 而t4 t5的速率又变慢 前者题目已给出是使用催化剂 所以后者为减压 因为条件只能用一次 故B项正确 B的平衡浓度是0 4mol L 则起始时应为0 5mol L 起始时2molA所对应的浓度为1mol L 所以容器体积应是2L 所以B的起始物质的量为0 5mol L 2L 1mol C
10、项正确 D项考查的是等效平衡 要最终为相同平衡 则必须拆算后与原平衡相等 答案A 化学平衡图象的解题步骤 解图象题三步曲 一看 二想 三判断 1 一看 看图象 看面 弄清纵 横坐标的含义 看线 弄清线的走向 变化趋势及线的陡与平 看点 弄清曲线上点的含义 特别是一些特殊点 如与坐标轴的交点 曲线的交点 折点 最高点与最低点等 看量的变化 弄清是浓度变化 温度变化还是转化率的变化 看要不要作辅助线 如等温线 等压线等 2 二想 想规律 看完线后联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律 3 三判断 通过对比分析 作出正确判断 已知 4NH3 g 5O2 g 4NO g 6H2O g H 10
11、25kJ mol 该反应是一个可逆反应 若反应物起始物质的量相同 下列关于该反应的示意图不正确的是 解析由于该反应为放热反应 升高温度平衡左移 NO的含量降低 因此A正确 C错 又由于该反应为气体体积增大的反应 增大压强平衡左移 因此压强越大 NO的含量越低 故B正确 而催化剂只能提高反应速率 不会引起平衡的移动 因此D正确 答案C 例4 在2L密闭容器中 800 时反应2NO g O2 g 2NO2 g 体系中 n NO 随时间的变化如表 考点四化学反应速率与化学平衡的综合应用 1 写出该反应的平衡常数表达式 K 已知 K 300 K 350 该反应是热反应 2 如图中表示NO2浓度变化曲线
12、的是 填序号 用O2表示从0 2s内该反应的平均速率v 3 能说明该反应已经达到平衡状态的是 填字母序号 a c NO2 2c O2 b 容器内压强保持不变 c v逆 NO 2v正 O2 d 容器内的密度保持不变 4 为使该反应的反应速率增大 且平衡向正反应方向移动的是 填字母序号 a 及时分离出NO2气体 b 适当升高温度 c 增大O2的浓度 d 选择高效的催化剂 解析 1 K 温度越高K值越小 说明该反应是放热反应 2 随着反应的进行 作为生成物的NO2的浓度会逐渐增大直到达到平衡 因此图中曲线可以排除c d 然后对照表中数据 通过计算平衡时NO2的浓度 可以确定表示NO2的浓度变化的曲线
13、是b 以表中NO的变化量为依据 相应的O2的变化量为其一半 然后进行计算便可得出结果 3 该反应是一个反应前后气体分子数发生变化的反应 同时又在密闭容器中进行 如果反应没有达到平衡就一定有压强的变化 因此当压强保持不变时说明该反应已达到平衡 c选项很明显是正确的 但要注意系数 4 增大反应物浓度可以增大反应速率 同时使平衡向正反应方向移动 只有c项符合题目要求 答案 1 放 2 b1 5 10 3mol L s 3 bc 4 c 解答化学平衡问题的重要思维方法 1 三个 不要混同 1 不要将平衡的移动和速率的变化混同起来 例如 别以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
14、和浓度的变化混同起来 例如 别以为平衡正向移动时 反应物浓度一定减少 生成物浓度一定增大等 3 不要将平衡的移动和反应物的转化率提高混同起来 例如 别以为平衡正向移动 反应物的转化率一定提高 2 可逆反应 不为零 原则 可逆性是化学平衡的前提 达到平衡时是反应物和生成物共存的状态 每种物质的物质的量不为零 一般可用极限分析法推断 假设反应不可逆 则最多生成产物多少 有无反应物剩余 余多少 这样的极值点是不可能达到的 故可用于确定某些范围或在范围中选择合适的量 3 一边倒 原则 可逆反应 在条件相同时 等温等容 若达到等同平衡 其初始状态必须能互变 从极限角度看 就是各物质的物质的量要相当 因此
15、 可以采用 一边倒 的原则来处理以下问题 化学平衡等同条件 等温等容 aA g bB g cC g 始ab0平衡状态 始00c平衡状态 始xyz平衡状态 为了使平衡 根据 一边倒 原则 即可得 x z a 1 y z b 1 4 过渡态 方法 思路 各种反应物的浓度增加相同倍数 相当于增大体系压强 根据平衡移动方向来确定转化率的变化情况 在一定温度下 向一个体积为1 0L的密闭容器中 通入3molSO2和2molO2及固体催化剂 使之发生反应 2SO2 g O2 g 2SO3 g H 196 6kJ mol 平衡时容器内气体压强为起始时的90 1 达到平衡时放出的热量为 2 该温度下反应的平衡
16、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amolSO2 bmolO2 cmolSO3 g 欲使平衡时SO3的体积分数为2 9 则 1 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 欲使起始反应表现为向正反应方向进行 a的取值范围是 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2mol 即反应生成1molSO3 g 则平衡时放出的热量为98 3kJ 2 K 当c 0时 放出的热量前者等于后者 当c 0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 欲使起始反应表现为向正反应方向进行 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2 a 3 答案 1 98 3KJ 2 1 C 2 a c 3 2b c 4 3 2 a 3 1 2009 海南 4 在25 时 密闭容器中X Y Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表 下
