第12讲 化学反应速率和平衡的综合应用及图象1.docx

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第12讲化学反应速率和平衡的综合应用及图象1

2011年高考化学一轮讲练析精品学案

第12讲化学反应速率和平衡的综合应用及图象

考点解读

1、描述化学平衡建立的过程。

知道平衡常数（浓度平衡常数）的含义及其表达式。

能利用化学平衡常数计算反应物的转化率。

2、理解外界条件（浓度，压强、温度、催化剂等）对反应速率和化学平衡的影响，认识其一般规律。

3、了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。

知识体系

一、化学平衡常数（浓度平衡常数）及转化率的应用

1、化学平衡常数

（1）化学平衡常数的数学表达式

（2）化学平衡常数表示的意义

　　平衡常数数值的大小可以反映可逆反应进行的程度大小，K值越大，反应进行越完全，反应物转化率越高，反之则越低。

2、有关化学平衡的基本计算

（1）物质浓度的变化关系

反应物：

平衡浓度＝起始浓度-转化浓度

生成物：

平衡浓度＝起始浓度+转化浓度

其中，各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中物质的计量数之比。

（2）反应的转化率（α）：

α＝

×100％

（3）在密闭容器中有气体参加的可逆反应，在计算时经常用到阿伏加德罗定律的两个推论：

恒温、恒容时：

；恒温、恒压时：

n1/n2=V1/V2

（4）计算模式

浓度（或物质的量）aA（g）+bB（g）

cC（g）+dD（g）

起始mnOO

转化axbxcxdx

平衡m-axn-bxcxdx

α（A）=（ax/m）×100％

ω（C）＝

×100％

（3）化学平衡计算的关键是准确掌握相关的基本概念及它们相互之间的关系。

化学平衡的计算步骤，通常是先写出有关的化学方程式，列出反应起始时或平衡时有关物质的浓度或物质的量，然后再通过相关的转换，分别求出其他物质的浓度或物质的量和转化率。

概括为：

建立解题模式、确立平衡状态方程。

说明：

　　①反应起始时，反应物和生成物可能同时存在；

　　②由于起始浓度是人为控制的，故不同的物质起始浓度不一定是化学计量数比，若反应物起始浓度呈现计量数比，则隐含反应物转化率相等，且平衡时反应物的浓度成计量数比的条件。

　　③起始浓度，平衡浓度不一定呈现计量数比，但物质之间是按计量数反应和生成的，故各物质的浓度变化一定成计量数比，这是计算的关键。

二、学习化学平衡应注意的三个问题

1、等效平衡：

在两种不同的初始状态下，同一个可逆反应在一定条件（定温、定容或定温、定压）下分别达到平衡时，各组成成分的物质的量（或体积）分数相等的状态。

在恒温恒容条件下，建立等效平衡的一般条件是：

反应物投料量相当；在恒温恒压条件下，建立等效平衡的条件是：

相同反应物的投料比相等。

　　2、平衡移动的思维基点：

（1）“先同后变”，进行判断时，可设置相同的平衡状态（参照标准），再根据题设条件观察变化的趋势；

（2）“不为零原则”，对于可逆反应而言，无论使用任何外部条件，都不可能使其平衡体系中的任何物质浓度变化到零。

3、在实际生产中，需要综合考虑反应速率、化学平衡、原料选择、产量和设备等各方面情况，以确定最佳生产条件。

合成氨选择的适宜条件通常是：

20MPa－50MPa、500℃左右、铁触媒；及时补充N2和H2，及时将生成氨分离出来。

基础过关

速率平衡图象常见类型

解题策略：

（1）首先要看清楚横轴和纵轴意义（特别是纵轴。

表示转化率和表示反应物的百分含量情况就完全相反）以及曲线本身属等温线还是等压线。

（当有多余曲线及两个以上条件时，要注意“定一议二”）

（2）找出曲线上的特殊点，并理解其含义。

（如“先拐先平”）　（3）根据纵轴随横轴的变化情况，判定曲线正确走势，以淘汰错误的选项。

1、速率—时间图

此类图象定性地揭示了v正、v逆随时间（含条件改变对速率的影响）而变化的规律，体现了平衡的“动、等、定、变”的基本特征，以及平衡移动的方向．

例1、对达到平衡状态的可逆反应X+Y

Z+W，在其他条件不变的情况下，增大压强，反应速率变化图象如图1所示，则图象中关于X、Y、Z、W四种物质的聚集状态为（）

A．Z、W均为气体，X、Y中有一种是气体

B．Z、W中有一种是气体，X、Y皆非气体

C．X、Y、Z、W皆非气体

D．X、Y均为气体，Z、W中有一种为气体

2、浓度—时间图

此类图象能说明各平衡体系组分（或某一成分）在反应过程中的变化情况．解题时要注意各物质曲线的折点（达平衡时刻），各物质浓度变化的内在联系及比例符合化学方程式中化学计量数关系等情况．

例2、图2表示800℃时A、B、C三种气体物质的浓度随时间的变化情况，t1是到达平衡状态的时间．试回答：

（1）该反应的反应物是______；

（2）反应物的转化率是______；（3）该反应的化学方程式为______．

3、含量—时间—温度（压强）图

这类图象反映了反应物或生成物的量在不同温度（压强）下对时间的关系，解题时要注意一定条件下物质含量不再改变时，应是化学反应达到平衡的特征．

例3、同压、不同温度下的反应：

A（g）＋B（g）

C（g）；△H

A的含量和温度的关系如图3所示，下列结论正确的是（）

A．T1＞T2，△H>0B．T1＜T2，△H>0C．T1＞T2，△H<0D．T1＜T2，△H<0

例4、现有可逆反应A（g）＋2B（g）

nC（g）；△H<0，在相同温度、不同压强时，A的转化率跟反应时间（t）的关系如图4，其中结论正确的是（）

A．p1＞p2，n＞3B．p1＜p2，n＞3C．p1＜p2，n＜3D．p1＞p2，n=3

4、恒压（温）线

该类图象的纵坐标为物质的平衡浓度或反应物的转化率，横坐标为温度或压强．

例5、对于反应2A（g）＋B（g）

2C（g）；△H<0，下列图象正确的是（）

5．速率—温度（压强）图

例6、对于可逆反应：

A2（g）＋3B2（g）

2AB3（g）；△H<0，下列图象中正确的是（）

典型例题

【例1】（2010重庆卷，10）

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减压⑤加催化剂⑥恒压通入惰性气体，能提高COCl2转化率的是

A．①②④B．①④⑥C．②③⑥D．③⑤⑥

【例2】（2010四川理综卷，13）

反应aM（g）+bN（g）

cP（g）+dQ（g）达到平衡时。

M的体积分数y（M）与反应条件的关系如图所示。

其中：

Z表示反应开始时N的物质的量与M的物质的量之比。

下列说法正确的是

A.同温同压Z时，加入催化剂，平衡时Q的体积分数增加

B.同压同Z时，升高温度，平衡时Q的体积分数增加

C.同温同Z时，增加压强，平衡时Q的体积分数增加

D.同温同压时，增加Z，平衡时Q的体积分数增加。

【例3】（2010全国卷1，27）（15分）在溶液中，反应A+2B

C分别在三种不同实验条件下进行，它们的起始浓度均为

、

及

。

反应物A的浓度随时间的变化如下图所示。

请回答下列问题：

（1）与①比较，②和③分别仅改变一种反应条件。

所改变的条件和判断的理由是：

②_______________；

③_______________；

（2）实验②平衡时B的转化率为_________；实验③平衡时C的浓度为____________；

（3）该反应的

_________0，判断其理由是__________________________________；

（4）该反应进行到4.0min时的平均反应速度率：

实验②：

=__________________________________；

实验③：

=__________________________________。

【例4】（2010山东卷，28）

（14分）硫一碘循环分解水制氢主要涉及下列反应：

ⅠSO2+2H2O+I2===H2SO4+2HIⅡ2HI

H2+I2

Ⅲ2H2SO42===2SO2+O2+2H2O

（1）分析上述反应，下列判断正确的是。

a．反应Ⅲ易在常温下进行b．反应Ⅰ中

氧化性比HI强

c．循环过程中需补充H2Od．循环过程中产生1molO2的同时产生1molH2

（2）一定温度下，向1L密闭容器中加入1molHI（g），发生反应Ⅱ，H2物质的量随时间的变化如图所示。

0~2min内的平均放映速率v（HI）=。

该温度下，H2（g）+I2（g）

2HI（g）的平衡常数K=。

相同温度下，若开始加入HI（g）的物质的量是原来的2倍，则是原来的2倍。

a．平衡常数b．HI的平衡浓度c．达到平衡的时间d．平衡时H2的体积分数

（3）实验室用Zn和稀硫酸制取H2，反应时溶液中水的电离平衡移动（填“向左”“向右”或者“不”）；若加入少量下列试剂中的，产生H2的速率将增大。

a．NaNO3b．CuSO4c．Na2SO4d．NaHSO3

（4）以H2为燃料可制成氢氧燃料电池。

已知2H2（g）+O2（g）===2H2O（I）△H=-572KJ．mol-1

某氢氧燃料电池释放228．8KJ电能时，生成1mol液态水，该电池的能量转化率为。

【例5】（2010广东理综卷，31）

（16分）硼酸（H3BO3）在食品、医药领域应用广泛。

（1）请完成B2H6气体与水反应的化学方程式：

B2H6+6H2O=2H3BO3+________。

（2）在其他条件相同时，反应H3BO3+3CH3OH

B（OCH3）3+3H2O中，H3BO3的转化率（

）在不同温度下随反应时间（t）的变化见图12，由此图可得出：

①温度对应该反应的反应速率和平衡移动的影响是_______

②该反应的

_____0（填“<”、“=”或“>”）.

（3）H3BO3溶液中存在如下反应：

H3BO3（aq）+H2O（l）

[B（OH）4]-（aq）+H+（aq）已知0.70mol·L-1H3BO3溶液中，上述反应于298K达到平衡时，c平衡（H+）=2.0×10-5mol·L-1，c平衡（H3BO3）≈c起始（H3BO3），水的电离可忽略不计，求此温度下该反应的平衡常数K（H2O的平衡浓度不列入K的表达式中，计算结果保留两位有效数字）

【巩固练习1】（山东聊城三中2010届高三12月月考）在20L恒容的密闭容器中，加入3molSO3（g）和1mol氧气，在某温度下使其反应，反应至4min时，氧气的浓度为0.06mol/L，当反应到8min时，反应到达平衡。

（1）0min—4min内生成O2的平均速率

v（O2）=________________

（2）整个过程中，各物质的浓度与时间关系如图所示，则该温度下的平衡常数

K=_____________________

（3）若起始时按下表数据投料，相同温度下达到平衡时，三氧化硫浓度大于0.05mol/L的是__________，此时的平衡常数与

（2）小题比较_____________（填“大于”、“小于”或“等于”）

A

B

C

D

SO3

1mol

3mol

3mol

0mol

SO2

2mol

1.5mol

0mol

6mol

O2

2mol

1mol

0mol

5mol

（4）物质的浓度不再改变标志该反应已达平衡，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混合气体的平均分子量不再改变

④

⑤

【巩固练习2】（福建省福州三中2010届高三上学期月考）2L容积不变的密闭容器中，加入1.0molA和2.2molB，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

试回答下列问题：

（1）800℃时。

0—5min内，以B表示的平均反应速率为。

（2）能判断该反应达到化学平衡状态的标志是。

　　A．容器压强不变B．混合气体中c（A）不变

　　C．2v正（B）=v逆（D）D．c（A）=c（C）

E.混合气体密度不变

（3）利用图中数据计算800℃时的平衡常数K=，B的平衡转化率为：

。

该反应为反应（填吸热或放热）。

（4）700℃时，另一2L容积不变的密闭容器中，测得某时刻各物质的量如下：

n（A）=2.2mol，n（B）=5.2mol，n（C）=1.8mol，n（D）=1.8mol，则此时该反应进行（填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“处于平衡状态”）。

化学反应速率和平衡的综合应用及图象单元测试

一、选择题

1．100mL6mol/L的H2SO4与过量锌粉反应，一定温度下，为了减缓反应进行的速率，但又不影响生成氢气的总量，可向反应物中加入适量的（　　）

　　A．Na2SO4固体　　　C．NaOH溶液　　　C．K2SO4溶液　　　D．CuSO4固体

2．下列事实中，不能用勒·沙特列原理解释的是（　　）

　　A．开启啤酒后，瓶中马上泛起大量泡沫

　　B．钢铁在潮湿的空气中容易生锈

　　C．实验室中常用排饱和食盐水的方法收集氯气

　　D．工业上生产硫酸的过程中使用过量的空气以提高二氧化硫的利用率

3．NO2溶于水生成硝酸的反应为：

3NO2（g）＋H2O

（1）

2HNO3

（1）＋NO（g）；△H<0。

为了提高硝酸的产率，工业生产中常采取的措施是（　　）

　　A．升温　　　B．加水　　C．通往过量的氧气　　　D．减压

4．将ag块状碳酸钙跟足量盐酸反应，反应物损失的质量随时间的变化曲线如图的实线所示，在相同的条件下，将bg（a>b）粉末状碳酸钙与同浓度盐酸反应，则相应的曲线（图中虚线所示）正确的是（　　）

5．在容积固定的密闭容器中存在如下反应：

A（g）＋3B（g）

2C（g）；△H<0。

某研究小组研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响，并根据实验数据作出下列关系图：

下列判断一定错误的是（　　）

　　A．图I研究的是不同催化剂对反应的影响，且乙使用的催化剂效率较高

　　B．图Ⅱ研究的是压强对反应的影响，且甲的压强较高

　　C．图Ⅱ研究的是温度对反应的影响，且甲的温度较高

　　D．图Ⅲ研究的是不同催化剂对反应的影响，且甲使用的催化剂效率较高

6、同温同压下，当反应物分解了8％时，总体积也增加8％的是

A.2NH3（g）

N2（g）+3H2（g）B.2NO（g）

N2（g）+O2（g）

C.2NO3（g）

4NO2（g）+O2（g）D.2NO2（g）

2NO（g）+O2（g）

7、对于反应2SO2+O2

2SO3,下列判断正确的是

A.2体积2SO2和足量O2反应，必定生成2体积SO3

B.其他条件不变，增大压强，平衡必定向右移动

C.平衡时，SO2消耗速度必定等于O2生成速度的两倍

D.平衡时，SO2浓度必定等于O2浓度的两倍

8、反应：

L（固）＋aG（气）

bR（气）达到平衡时，温度和压强对该反应的影响图所示：

图中：

压强p1＞p2，x轴表示温度，y轴表示平衡混合气中G的体积分数。

据此可判断

A.上述反应是放热反应B.上述反应是吸热反应Ｃ.a＞bD.a＜b

9、压强变化不会使下列化学反应的平衡发生移动的是

A．H2（g）+I2（g）

2HI（g）B．3H2（g）+N2（g）

2NH3（g）

C．2SO2（g）+O2（g）

2SO3（g）D．C（s）＋CO2（g）

2CO（g）

10、放热反应CO（g）+H2O（g）

CO2（g）+H2（g）在温度t1时达到平衡，c1（CO）=c1（H2O）=1.0mol/L，其平衡常数为K1。

升高反应体系的温度至t2时，反应物的平衡浓度分别为c2（CO）和c2（H2O），平衡常数为K2，则

A．K2和K1的单位均为mol/LB．K2

C．c2（CO）=c2（H2O）D．c1（CO）>c2（CO）

11、在一定温度下，向aL密闭容器中加入1molX气体和2molY气体，发生如下反应：

X（g）＋2Y（g）

2Z（g）此反应达到平衡的标志是

A.容器内压强不随时间变化B.容器内各物质的浓度不随时间变化

C.容器内X、Y、Z的浓度之比为1︰2︰2D.单位时间消耗0.1molX同时生成0.2molZ

12、1molX气体跟arnolY气体在体积可变的密闭容器中发生如下反应：

X（g）＋aY（g）

bZ（g）反应达到平衡后，测得X的转化率为50％。

而且，在同温同压下还测得反应前混合气体的密度是反应后混合气体密度的3/4，则a和b的数值可能是

A.a＝1，b＝1B.a＝2，b＝1C.a＝2，b＝2D.a＝3，b＝2

13、在0.lmol/L的CH3COOH溶液中存在如下电离平衡：

CH3COOH

CH3COO－＋H＋对于该平衡，下列叙述正确的是

A.加入少量NaOH固体，平衡向正反应方向移动

B.加水，反应速率增大，平衡向逆反应力向移动

C.滴加少量0.lmol/LHCl溶液，溶液中c（H＋）减少

D.加入少量CH3COONa固体，平衡向正反应方向移动

14、恒温恒压下，在容积可变的器血中，反应2NO2（气）

N2O4（气）达到平衡后，再向容器内通入一定量NO2，又达到平衡时，N2O4的体积分数

　　A.不变　　B.增大　　C.减小　　D.无法判断

15．哈伯因发明了由氮气和氢气合成氨气的方法而获得1918年诺贝尔化学奖。

现向一密闭容器中充人1molN2和3molH2，在一定条件下使该反应发生。

下列有关说法正确的是

A达到化学平衡时，N2将完全转化为NH3

B达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等

C达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度不再变化

D达到化学平衡时，正反应和逆反应的速率都为零

16．在一定温度不同压强（P1＜P2）下，可逆反应2X（g）

2Y（g）+Z（g）中，生成物Z在反应混合物中的体积分数（ψ）与反应时间（t）的关系有以下图示，正确的是（）

17、在密闭容器中，在一定条件下，进行下列反应：

NO（g）+CO（g）

1/2N2（g）+CO2（g）；△H=－373.2KJ/mol，达到平衡后，为提高该反应的速率和NO的转化率，采取的正确措施是

A．加催化剂同时升高温度B．加催化剂同时增大压强

C．升高温度同时充入N2D．降低温度同时增大压强

二、填空题

18、在密闭容器中，由一定起始浓度的氙（Xe）和F2反应，可得到3种氟化物。

各种生成物在平衡体系内的分压与反应温度的关系如右图所示（己知气体的分压之比等于物质的量之比）。

（1）420K时，发生反应的化学方程式为：

____________________________；若反应中消耗lmolXe，则转移电子______________mol。

（2）600～800K时，会发生反应：

XeF6（g）

XeF4（g）+F2（g），其反应热△H_______0（填“>”“=”或“<”）。

理由是____________________________________。

（3）900K时，容器中存在的组分有________________________________

19、将2molH2O和2molCO置于1L容器中，在一定条件下，加热至高温，发生如下可逆反应：

2H2O（g）

2H2＋O22CO＋O2

2CO2

（1）当上述系统达到平衡时，欲求其混合气体的平衡组成，则至少还需要知道两种气体的平衡浓度，但这两种气体不能同时是和，或和。

（填它们的分子式）

（2）若平衡时O2和CO2的物质的量分别为n（O2）平＝amol，n（CO2）平＝bmol。

试求n（H2O）平＝。

（用含a、b的代数式表示）。

20、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的关系如下表：

t℃

700

800

830

1000

1200

K

0.6

0.9

1.0

1.7

2.6

回答下列问题：

（1）该反应的化学平衡常数表达式为K＝。

（2）该反应为反应（选填吸热、放热）。

（3）能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是（多选扣分）。

（a）容器中压强不变（b）混合气体中c（CO）不变

（c）v正（H2）＝v逆（H2O）（d）c（CO2）＝c（CO）

（4）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℃。

21．氯酸钾和亚硫酸氢钠发生氧化还原反应生成Cl（-1价）和S（＋6价）的速率如图所示，已知这个反应速率随着溶液中c（H+）增大而加快。

（1）反应的离子方程式为________________。

（2）t1～t2时刻内反应速率增大的原因为_______________________________。

　　（3）t2～t3时刻内反应速率又减小的主要原因为__________________________。

化学平衡移动原理不仅在工业生产中有重要的指导作用，也能用于解释生活中的一些现象或指导人们解决生活中的一些具体问题。

下面举例分析如下，供学习参考。

22、

（1）化学平衡常数K表示可逆反应的进行程度，K值越大，表示_________________，K值大小与温度的关系是：

温度升高，K值______________（填一定增大、一定减小、或可能增大也可能减小）。

（2）在一体积为10L的容器中，通人一定量的CO和H2O，在850℃时发生如下反应：

CO（g）十H2O（g）

CO2（g）十H2（g）；△H<0，

CO和H2O浓度变化如下图，则0—4min的平均反应速率v（CO）＝______mol／（L·min）

（3）t℃（高于850℃）时，在相同容器中发生上述反应，容器内各物质的浓度变化如上表。

①表中3min—4min之间反应处于_________状态；C1数值_________0.08mol／L（填大于、小于或等于）。

②反应在4min—5min问，平衡向逆方向移动，可能的原因是________（单选），表中5min—6min之间数值发生变化，可能的原因是__________（单选）。

a．增加水蒸气b．降低温度c．使用催化剂d．增加氢气浓度

23．利用天然气合成氨的工艺流程示意如下：

依据上述流程，完成下列填空：

（1）天然气脱硫时的化学方程式是

（2）nmolCH4经一次转化后产生CO0.9nmol、产生H2mol（用含n的代数式表示）

（3）K2CO3（aq）和CO2反应在加压下进行，加压的理论依据是（多选扣分）

（a）相似相溶原理（b）勒沙特列原理（c）酸碱中和原理

（4）由KHCO3分解得到的CO2可以用于

（写出CO2的一种重要用途）。

（5）整个流程有三处循环，一是Fe（OH）3循环，二是K2CO3（aq）循环，请在上述流程图中标出第三处循环（循环方向、循环物质）。

24、钾是—种活泼的金属，工业上通常用金属钠和氯化钾在高温下反应制取。

该反应为：

Na（l）＋KCl（l）

NaCl（l