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1、 化学反应速率与化学平衡 内容提要 学习辅导 一 化学反应速率 1 化学反应速率的表示方法 Vx nx vt单位是 mol L s 或mol L min 或mol L h 2 变化浓度之比等于化学方程式中的各物质对应的化学计量数之比 所以可以推知某一特定反应的化学反应速率之比等于该化学方程式中各物质的计量数之比 二 影响化学反应速率因素 1 不同的化学反应具有不同的反应速率 影响反应速率的主要因素是内因 即参加反应物质的性质 2 对于一个特定的反应中 影响反应速率的因素是外因 即外界条件 主要有表面积 浓度 压强 温度 催化剂等 三 化学平衡状态标志及特征 1 可逆反应达到平衡状态的标志 2
2、同等倍数 N倍 增加起始投料量对平衡常见物理量的影响 1 同温同体积 将N个容器合并到一个与原来容器一样大小的容器中 则此时各个成分的质量 各个成分的物质的量增大为原来的N倍 合并的过程 压强增大 平衡向气体体积缩小的方向移动 2 同温同压 将N个容器合并到一个容积是原来容器N倍的容器中 则此时各个成分的质量 各个成分的物质的量 容器的体积增大为原来的N倍 而平衡时各个成分的质量分数 各个成分的物质的量分数 各个成分的转化率 气体的平均摩尔质量 各成分的物质的量浓度则保持不变 3 等效平衡问题归纳 4 化学平衡常数 1 表达式对于可逆反应mA nBpC qD 在一定温度下达到平衡时 c A m
3、 c B n c C p c D q K 四 影响化学平衡的因素 例1有可逆反应在一定条件下达到化学平衡状态 平衡混合气体中B所占总体积的百分比B 与压强 P 温度之间的关系如图所示 1 当压强不变时 升高温度 B 变 化学平衡向方向移动 此反应的逆反应为 热反应 理论型 答案 B的百分含量减少 平衡向正反应方向移动 逆反应则是放热反应 3 增加或减少A物质 平衡 填发生或不发生 2 当温度不变时 增大压强 B 变 化学平衡向 方向移动 方程式中的系数 m n p g 之间的关系是 移动 原因是 答案 2 B的百分含量增大 平衡向气体体积缩小的方向移动 n p g 3 平衡不发生移动 固态或液
4、态 纯净物 物质 例3分析 本题在知识上考查学生勒夏特列原理与有关转化率的判断 在能力上考查虚拟等效能力 1 当a b d 因为aA 气 bB 气 dD 气 反应是一个气体体积减小的反应 甲容器体积不变 随着反应的进行 气体的物质的量减小 压强减小 而乙容器压强不变 所以乙容器的体积缩小 相当于甲容器乙容器相当于加压 具体可以如描述如下 定容 定压 加压 起始状态平衡状态 由上述图示可知 相当于甲装置达到平衡时 再增加一定的压力才能转化为乙容器 由于是缩体积反应 增加压强平衡向正方向移动 这样反应物的转化率 产物的百分含量增加 反应物的百分含量和平衡混合物气体的总物质的量都减小 从而推知平衡混
5、合气体的平均摩尔质量增大 答案 乙 甲 甲 乙 乙 甲 甲 乙 乙 甲 乙 甲 当a b d时 由于加压平衡不移动 所以上述各项相等 答案 乙 甲 甲 乙 乙 甲 甲 乙 乙 甲 乙 甲 当a b d时 由于a b d 所以V甲 V乙 由甲到乙 相当于减压 同样具体可以如描述如下 减压 起始状态平衡状态 由上述图示可知 相当于甲装置达到平衡时 再扩大一定的体积才能转化为乙容器 由于是扩体积反应 扩大体积平衡向正方向移动 这样反应物的转化率 产物的百分含量和平衡混合物气体的总物质的量都增加 从而推知平衡混合气体的平均摩尔质量和反应物的百分含量减小 答案 乙 甲 甲 乙 乙 甲 乙 甲 甲 乙 甲
6、 乙 例4分析 本题考查学生数据分析能力与影响化学反应速率和影响化学平衡因素的综合能力 第 1 小题比较简单 只对化学反应速率公式Vx nx vt直接套用vA 0 80 0 67 10 0 013 mol L min 第 2 小题 主要考查学生对实验1 2数据的比较分析能力 因为在同温度下 只有一种反应物A的反应 且达到平衡后与实验1的A的平衡浓度相等 这样容易知道起始物A的浓度与实验1相等 即c2 1 0mol L 但达到平衡时间显然缩短了20min 即反应速率快了好多 再分析影响化学反应速率因素来看 因为温度 浓度 压强与实验1相同 一种物质不需要考虑表面积 这样只有催化剂了 第 3 因为
7、实验3与实验1温度相同 而达到平衡后 A的浓度比实验1大 这说明起始浓度实验3要比实验1大了许多 又由于增大反应物浓度提高反应速率 所以 V3 V1 c3 1 0mol L 第 4 从实验4数据可以知道 升高温度A的平衡浓度下降 即平衡向正方向移动 所以可推测该反应是吸热反应 例7解析 本题知识考查学生对化学平衡概念和勒沙特列原理的理解及应用 能力考查学生对问题过程虚拟等效能力 为了便于说明问题先来看解决下面这个问题 铺垫题在一定温度下 在一固定容积的密闭容器中放入1molH2和2molI2 气 发生反应H2 I2 2HI 达到平衡后 测得HI在平衡混合物中的含量为x 现维持容器温度和容积均不
8、变的情况下 向容器中再补充1molH2和2molI2 气 待建立新的平衡时 平衡混和物中HI的百分含量比x A 大B 小C 不变D 不能确定 可以虚拟如下过程 显然 1 和 2 建立平衡时的HI百分含量是相等的 但物质的量是2倍的关系 本题给定的反应H2 g Br2 g 2HBr g 是一个反应前后气态物质总体积不变的反应 压强增大或减小不能使化学平衡移动 状态 1 中H2和Br2的起始物质的量都是已知状态的2倍 因此从上述铺垫题得出的结论不难判断状态 1 达到平衡时HBr物质的量也应是已知状态的2倍 故平衡时HBr物质的量为2amol 对于状态 2 给出了平衡时HBr为0 5amol 即为
9、已知 状态时的1 2 故可推知起始状态时H2 Br2分别为0 5mol和1mol 设为状态 2 状态 2 给出起始时HBr为1mol 相当于H20 5mol Br20 5mol和HBr0mol 若起始相同时加入Br20 5mol和 H2为0mol 则其起始状态即与上述状态 2 相同 平衡时HBr为0 5amol 故对状态 2 H2应为0mol Br2应0 5mol 故对状态 2 H2应为0mol Br2应为0 5mol 状态 3 是由 1 和 2 进而推广的一种普遍情况 由以上的讨论可知 当起始状态的H2 Br2 1 2 且HBr为0时 平衡后各组分的百分含量即与 已知 状态相似 据此可进行如
10、下计算 现设状态 3 起始时HBr的物质的量为x 平衡时HBr的物质的量为y 则状态 3 起始时相当于H2为 m 0 5x mol Br2为 n 0 5x mol HBr为0mol 故有 H2 g Br2 g 2HBr g n0 mol m 0 5xn 0 5x00 5x0 5xx y 故有 m 0 5x n 0 5x 1 2 可解得 x 2 n 2m mol H2 g Br2 g 2HBr g n0 mol m 0 5xn 0 5x0n变 mol 0 5y0 5yyn平 mol m 0 5x 0 5yn 0 5x 0 5yy 平衡时与已知状态比较 应有 m 0 5x 0 5y 1 0 5a
11、y a 以x 2 n 2m mol代入 可解得y n m amol 故状态 3 起始时HBr应为2 n 2m mol 平衡时HBr应为 n m amol 例8分析 因为左边是等体积反应 内含12摩 右边正反应是缩体积反应 逆反应是扩体积反应 所以要使隔板处于中间 必须使右边达到平衡时也刚好为12摩 1 当x 4 5时 则右侧物质的量为13摩 所以要使隔板处于中间 反应必须向着减小物质的量方向进行 即向着 正反应 方向进行 欲使起始反应维持向该方向进行 则必须X 8 5 12 即X 3 5 2 因为当x分别为4 5和5 0这两种情况下 反应达平衡 即达到平衡时都要满足总物质的量都是12摩 只能调
12、节温度才能实现 所以在这两种情况下 温度肯定不相同 这样势必对左侧反应的进行程度也不同 故A的量肯定不相同 3 的分析同 1 小题一样 可以得出逆反应 2 5 4 因为当X 4 5时 即右侧反应D g 2E g 2F g 起始物质的量6 54 52 0最大缩小转化 2 25 4 5 4 5最大扩大转化 1 2 2 0 即右侧最小的量为 6 5 2 25 2 0 4 5 即右侧最大的量为 6 5 1 4 5 2 所以有 10 75 12 a 14 即 1 25 a 2 由于a是加入的所以必须大于0 所以范围为0 a 2 5 当x变动时 D的最大转化率应小于多少 这一问题 是要求说明反应是向正方向
13、进行的 即向正方向进行程度最大为多少 因为当X 4 5时 即右侧反应D g 2E g 2F g 起始物质的量6 5X2 0最大缩小转化 X 2 X X 6 5 X 2 2 0 X 12 0 X 7 所以D的最大转化率为 3 5 6 5 6 因为当E X时 即右侧反应D g 2E g 2F g 起始物质的量6 5X2 0最大缩小转化 X 2 X X最大扩大转化 1 2 2 0 6 5 X 2 2 0 X 12 0 X 7 最大 6 5 1 X 2 12 0 X 2 5 最小 所以 6 5 7 n D n E 6 5 2 5 7 因为当X 4 5时 即右侧反应D g 2E g 2F g 起始物质的
14、量6 54 52 0最大缩小转化 2 25 4 5 4 5 即右侧最小的量为 6 5 2 25 2 0 4 5 6 5 2 25 2 0 4 5 a 12 0 a 1 25 8 假定左侧反应为A g B g 2C g Q Q 0 右侧反应的正反应为放热过程 若x分别为4 5和5 0 则在这种情况下 反应达到平衡时 A的物质的量 分别记为n1和n2 n1 n2 填 或 不能确定 其理由是 因为要使E在4 5和5 0起始 要求达到平衡时总物质的量却都等于12摩 再说右侧正反应是放热反应 所以在E 4 5这个反应的平衡温度肯定要高于E 5 0这个反应达到平衡的温度 而左侧反应在提高温度使A的量增加
15、所以n1 n2 实用型 例1 Na2S2O3溶液中碱性和中性环境条件下很稳定 在微酸性条件下 S2O32 按下式分解并处于平衡状态 冲洗摄影胶片所用的普通酸性定影药液的成份如下 Na2S2O3250g Na2SO325g CH3COOH溶液20mL 加水至1000mL 配制定影液时 要严格按照上列药品的顺序逐一溶解 1 解释并用化学方程式表示产生浑浊的原因 如果按 或 的顺序所配的定影液是浑浊的 试请回答 解释 因为 所以当醋酸与硫代硫酸钠溶液混合后 由于增加H 浓度使上式平衡向右移动 即硫单质析出而变混浊 2 用化学平衡移动原理来解释Na2SO3在酸性定影液中的作用 由于酸度 H2SO3 C
16、H3COOH HSO3 所以当醋酸与亚硫酸钠溶液混合后 反应只能进行到生成亚硫酸氢根离子为止 即 SO32 CH3COOH CH3COO HSO3 这样生成了浓度较大的HSO3 后 抑制了下列可逆反应向正方向 S2O32 H HSO3 S 例2 金属锂 钠 钾都是活泼金属 锂和钠在工业上都是电解熔融盐生成的 但是钾却因容易溶解于熔融盐中不易分离 会发生副反应等因素难以用电解法产生钾 现在工业上生产金属钾是在850 高温下用金属钠从熔化的氯化钾里把钾置换出来 现提供锂 钾 钠的有关数据 列表如下 问 你认为工业上生产金属钾是运用了钠 钾的什么性质和什么原理使该反应得以实现的 作简要解释 说明 这一题与下面几题的分析不需要再用文字了 可以用嘴说清楚了 因为题目学生手中也有
