内容正文:
专题03 化学反应速率和化学平衡(期中复习讲义)
内 容 导 航
明·期中考情 把握命题趋势,明确备考路径
理·要点归纳 梳理核心脉络,扫除知识盲区
破·重难题型 题型分类突破,方法技巧精讲
题型一 化学反应速率的计算与大小比较
题型二 化学反应速率的影响因素
题型三 化学平衡状态的判断
题型四 化学平衡移动的影响因素
题型五 化工生产分析
过·分层验收 阶梯实战演练,验收复习成效
核心考点
复习目标
化学反应速率的计算与大小比较
1认识化学反应有一定速率和限度,是可以调控的;能从化学反应速率、化学平衡等角度,动态地分析化学变化。
2.运用变量控制、定量实验等方法来研究化学反应。
3.运用化学反应原理来讨论和解决跟化工生产相关的实际问题,并具有节约资源、保护环境的可持续发展意识和观念。
化学反应速率的影响因素
化学平衡状态的判断
化学平衡移动的影响因素
工业制流程
要点01 化学反应速率
1.对化学反应速率的理解
3.化学反应速率的计算
(1)公式法:
v(A)= =
(2)“三段式”法:
①写出有关反应的化学方程式。
②找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。
③根据已知条件列方程式计算。
例如,反应 mA + nB ===== pC
t0 s/mol·L-1 a b 0
转化/mol·L-1 x
t1 s/mol·L-1 a-x b-
则:v(A)= mol·L-1·s-1、
v(B)= mol·L-1·s-1、
v(C)= mol·L-1·s-1。
2.化学反应速率的比较方法
特|别|提|醒
用不同物质表示化学反应速率时的关系
由于一个化学反应中各物质的化学计量数不一定相同,所以相同时间内各物质浓度的变化量不一定相同,则化学反应速率的数值不一定相同,但各物质间反应速率表示的意义相同,都表示该化学反应进行的快慢。在同一化学反应中,若用不同物质的浓度变化来表示化学反应速率,其数值之比等于该反应化学方程式中相应物质的化学计量数之比,如对于化学反应aA(g)+bB(g)=cC(g)+dD(g),有下列恒等式:v(A):v(B):v(C):v(D)=a:b:c:d。
要点02 化学反应速率的影响因素
1.内因
2.外因
内因
是决定化学反应速率的主要因素。
外因
浓度
增大反应物的浓度,可使反应速率
压强
对于气体反应,压强 ,可使反应速率增大
温度
一般升高温度,可使反应速率
催化剂
使用催化剂,可使反应速率
其他
如固体表面积越 ,反应反应速率越快;光照、搅拌、形成原电池
温馨提醒
①气体反应压强的变化,其本质是气体的 变化。
如恒容时通不参加反应的气体,虽压强增大,但反应速率 ;如恒压下通不参加反应的气体,虽总压不变,但反应速率
②对可逆反应,升高温度,无论是吸热反应还是放热反应,正、逆反应速率均 ,反之均
③对可逆反应,使用催化剂,正、逆反应速率均 的增大
催化剂的活性
①催化剂的活性除与自身成分有关外,还受到粒子直径、合成方法等因素以及反应温度、压强等条件的影响。此外,有些物质的存在会使催化剂明显失效,即催化剂中毒。
②催化剂催化时需要适宜的温度,温度过低,活性低;温度升高,活性增强,但温度过高,催化剂可能失去活性。
多因素影响下的速率变化
常见影响反应速率的因素
浓度、温度、压强、催化剂活性、接触面积、原电池原理、副反应等
反常速率加快常见情况
①温度升高;②形成原电池;③反应生成物对反应有催化作用;④温度升高,催化剂活性增强;⑤反应物浓度增大等
反应速率减慢常见情况
反应物浓度减小;②反应温度过高,催化剂失去活性;③析出的晶体或沉淀覆盖在固体表面,阻碍反应的进行;④竞争吸附等
特|别|提|醒
(1)由于增大反应物浓度造成的反应速率减慢,此时要考虑常温下铁和铝在浓硫酸和浓硝酸中的钝化。例如,铁和稀硫酸生成氢气的反应,若将稀硫酸换成浓硫酸,发生钝化,反应不进行。
(2)中学阶段一般只讨论其他条件相同时,改变一个条件对化学反应速率的影响。
3.“控制变量法”探究影响化学反应速率的因素
常见变量
外界因素主要有:浓度、压强、温度、催化剂、固体表面积等
确定变量
根据实验目的,研究某个变量对反应速率的影响,需要控制其它外界因素不变,再进行实验
定多变一
探究时,先确定一种变量,保证其它外界因素不变,看这个变量与探究的问题之间存在什么关系,这样依次进行,从而得出每种因素改变的影响结论
数据统一
要注意控制数据,使变量统一,才能得出正确结论
要点03 可逆反应与化学平衡状态
1.可逆反应
(1)可逆反应的特点
双向性
反应物生成物
两同性
条件 正、逆反应 进行
共存性
反应物、生成物同时存在,反应物的转化率
(2)很多化学反应在进行时都有一定的可逆性,不同反应的可逆性不同,有些化学反应在同一条件下可逆程度很小,如 2 Na + 2 H2O === 2 NaOH + H2↑,视为“不可逆”反应。
典型的可逆反应有: , ,
, 等。
2.化学平衡状态的建立
(1)化学平衡状态:在一定条件下,当一个可逆反应进行到正反应速率和逆反应速率 时,反应物的浓度和生成物的浓度不再 ,达到一种 的状态。
(2)化学平衡状态的建立过程
(3)化学平衡建立过程中化学反应速率的变化图像
3.化学平衡状态的特征——“五字诀”
化学平衡状态的特征概括为逆、等、动、定、变,即:
研究对象(逆)
适用于 反应
动态特征(动)
建立平衡后,正、逆反应仍在进行,属于 平衡,可用同位素示踪原子法证明
平衡实质(等)
υ(正)=v(逆)≠0(正、逆反应速率相等,但不等于零)
平衡结果(定)
达平衡后,反应混合物中各组分的百分含量或浓度 (不可理解为相等)
平衡移动(变)
化学平衡其存在是有条件的、暂时的,浓度、温度、压强条件变化时平衡会发生
特|别|提|醒
(1)当可逆反应达到平衡状态时,反应物和生成物的浓度不再发生变化,对应的物质的质量分数、物质的量分数、体积分数、转化率都将保持不变。
(2)达到化学平衡状态时,正反应速率和逆反应速率相等是指同一物质的消耗速率与生成速率相等。如果用不同物质表示的正、逆反应速率不一定相等。
(3)达到化学平衡状态时,各物质的浓度和质量保持不变,这里的不变不能理解为各物质的浓度和质量相等。
(4)在化学反应中,只有可逆反应才有可能达到化学平衡状态,非可逆反应不存在化学平衡状态。
(5)可逆反应在有关条件(如温度、压强等)确定的前提下才能够达到化学平衡状态,即化学平衡状态是有条件的。
(6)化学平衡状态是可逆反应在一定条件下能达到的或完成的最大程度,即该反应进行的限度。化学反应的限度决定了反应物在该条件下转化为生成物的最大转化率。
(7)不同条件下,同一可逆反应的化学反应限度不一定相同,当条件(温度、压强、各组分的浓度等)改变时,化学平衡也随之改变。
4 化学平衡状态的判断
(1)基本判据:
等[v(正) v(逆)]、定(各组分含量、浓度保持 )任何条件下的可逆反应均达到平衡
(2)判断三标志
①达到化学平衡的本质标志
项目
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
是否平衡
正反应速率逆反应速率关系
在单位时间内消耗了m mol A的同时生成了m mol A
在单位时间内消耗了n mol B的同时消耗了p mol C
在单位时间内生成了p mol C的同时消耗了q mol D
v正(A)∶v逆(B)=m∶n
②达到化学平衡的等价标志
项目
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)[假设只有A为有色气体]
是否平衡
混合体系中各
组分的含量
各物质的物质的量或物质的量的分数一定
各物质的质量或质量分数一定
各气体的体积或体积分数一定
A物质断裂的化学键与A物质形成的化学键的物质的量相等
气体的颜色不变
温度
在其他条件不变时,体系温度一定时
体系颜色变化
有色气体的颜色不再改变
③达到化学平衡状态的特殊标志
项目
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
是否平衡
压强
当m+n≠p+q时,总压强一定(其它条件一定)
当m+n=p+q时,总压强一定(其它条件一定)
总物质的量
当m+n≠p+q时,总物质的量一定(其它条件一定)
当m+n=p+q时,总物质的量一定(其它条件一定)
体系的密度
密度一定
(3)反应类型分析(如下表所示)
化学反应
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
是否平衡
混合物体
系中各成
分的含量
①各物质的物质的量或物质的量分数一定
②各物质的质量或质量分数一定
③各气体的体积或体积分数一定
④总体积、总压强、总物质的量一定
正、逆反应
速率之间
的关系
①单位时间内消耗了m mol A,同时也生成了m mol A
②单位时间内消耗了n mol B,同时也消耗了p mol C
③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q
④单位时间内生成了n mol B,同时也消耗了q mol D
压强
①其他条件一定、总压强一定,且m+n≠p+q
②其他条件一定、总压强一定,且m+n=p+q
混合气体
的平均相
对分子质量
①平均相对分子质量一定,且m+n≠p+q
②平均相对分子质量一定,且m+n=p+q
温度
任何化学反应都伴随着能量变化,当体系温度一定时
气体的密度
密度一定
颜色
反应体系内有色物质的颜色稳定不变
要点04 化学平衡的移动
1. 概念
在一定条件下,可逆反应达到化学平衡状态,如果改变影响平衡的条件(如 、 、 等),化学平衡状态被破坏,直至正、逆反应速率 ,在新的条件下达到新的化学平衡 状态。这种现象称作平衡状态的移动,简称平衡移动。
2. 化学平衡移动的过程
正=逆
正>逆
正逆
´正=´逆
反应开始
尚未平衡
化学平
衡状态
正向或
逆向移动
新的化学平衡状态
建立新平衡
化学平衡移动
3. 化学平衡移动方向的判断
(1)根据速率判断
①若v(正) v(逆),则平衡正向移动。
②若v(正) v(逆),则平衡不移动。
③若v(正) v(逆),则平衡逆向移动。
(2)根据结果判断
①如果平衡移动的结果使反应产物浓度更大,则称平衡 移动或 移动;
②如果平衡移动的结果使反应产物浓度更小,则称平衡 移动或 移动。
4. 化学平衡移动的影响因素
(1)浓度对化学平衡移动的影响
若其他条件不变,改变浓度对化学平衡的影响及其图像如下:
化学 平衡
aA+bB⇌cC+dD(A、B、C、D为非固体)
体系浓度
改变
增大反应物浓度
增大生成物浓度
减小反应物浓度
减小生成物浓度
平衡移动
方向
正向移动
逆向移动
逆向移动
正向移动
速率 变化
v正先增大,
v逆随后增大,
且v′正>v′逆
v逆先增大,
v正随后增大,
且v′逆>v′正
v正先减小,
v 逆随后减小, 且v′逆>v′正
v逆先减小,
v正随 后减小,
且v′正>v′逆
图像
(2)温度对化学平衡移动的影响
①把NO2和N2O4的混合气体通入两只连通的烧瓶,然后用弹簧夹夹住乳胶管;把一只烧瓶浸泡在热水中,另一只浸泡在冰水中。观察混合气体颜色的变化。
②在上述反应体系中存在平衡:
实验
浸泡在热水中
浸泡在冷水中
现象
混合气体颜色
混合气体颜色
结论
浸泡在热水中混合气体颜色 ,说明升高温度NO2浓度 ,即平衡向逆反应( 热反应)方向移动;浸泡在冰水中混合气体颜色 ,说明降低温度NO2 浓度 ,即平衡向正反应( 热反应)方向移动。
若其他条件不变,改变温度对化学平衡的影响及图像如下:
化学平衡
xX+yYmM+nN ΔH>0
xX+yYmM+nN ΔH<0
体系温度的变化
升高温度
降低温度
降低温度
升高温度
反应速率变化
v正、v逆同时增大,且v′正>v′逆
v正、v逆同时减小,且v′正<v′逆
v正、v逆同时减小,且v′正>v′逆
v正、v逆同时增大,且v′正<v′逆
平衡移动方向
正反应方向
逆反应方向
正反应方向
逆反应方向
vt图像
规律总结
在其他条件不变的情况下,升高温度,平衡向吸热反应的方向移动;降低温度,平衡向放热反应的方向移动
要点05 化工生产
(一)工业制硫酸的反应原理
1.二氧化硫的制取
如果以硫黄为原料,化学方程式为 。
如果以硫铁矿(FeS2)为原料,化学方程式为 。
2.二氧化硫的转化,化学方程式为 。
3.硫酸的生成,化学方程式为 。
根据工业制硫酸的反应原理,生产过程通常可以分为 三个主要阶段。
(二)硫酸生产中的“三”
①三种原料:硫铁矿、硫磺、含硫工业废物
②三个主要生产步骤:造气、接触氧化、三氧化硫吸收
③三个反应:
造气:FeS2(s)+11/4O2(g) 1/2Fe2O3(s)+2SO2(g) + Q1 Q1= 853KJ·mol-1
接触氧化: 2SO2(气)+ O2(气)====2SO3(气)+ Q2 Q2= 196.6KJ·mol-1
SO3的吸收:SO3 + H2O == H2SO4 + Q3 Q3= 130.3KJ ·mol-1
④三种主要生产设备:沸腾炉、转化室、吸收塔
⑤三个适宜条件:温度、压强、催化剂
(二)工业制硫酸的原料选择
1.工业制硫酸的主要原料有 、冶炼烟气、硫化氢以及工业废气等。
2.以硫铁矿为原料制硫酸,生产中会产生“三废”( ),存在治理成本大,能耗高,硫资源利用低等问题 是生产硫酸的优质原料。
(三)工业制硫酸的详细生产过程
1.SO2的制取与净化
工业上,可以燃烧硫黄制得SO2,也可以从冶炼烟气中获得SO2,还可以使用硫铁矿在 中煅烧,得到SO2。SO2在进行转化之前,必须通过 、 等净化处理,要目的是防止 、
。
2.SO2氧化成SO3
这一步反应是在 里进行的,反应条件是 。写出下图A、B、C三处气体的主要成分:A ,B ,C 。
3.SO3的吸收和硫酸的生成
工业上一般用 来吸收三氧化硫,若用水或稀硫酸吸收三氧化硫,容易形成 ,影响吸收效率。
(四)控制反应条件的目的和措施
1.控制反应条件的目的
①促进有利反应
反应速率
提高反应物的 即原料的利用率
②抑制有害反应
反应速率
控制 的发生
减少甚至消除 物质的产生
2.控制反应条件的基本措施
(1)基本措施
①控制化学反应速率的措施
通过改变反应体系的 、溶液的 、气体的 、固体的 以及使用 等途径调控反应速率。
②提高转化率的措施
通过改变可逆反应体系的 、溶液的 、气体的 等改变可逆反应的限度,从而提高转化率。
(2)实际案例
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
温度
压强
温度较低
实际
压强较大
实际
有利:氨的产率较
不利:反应速率 ,生产成本高
常用温度 ℃
有利:氨的产率较
不利:对动力和生产设备的要求高
常用压强
题型一 化学反应速率的计算与大小比较
【典例1】(2025·高二下·上海市光明中学·期中)下列表示合成氨反应的速率中,反应最快的是
A. B.
C. D.
【变式1】密闭容器中W(g)与X(g)反应生成Y(g)和Z(g),其反应速率分别为v(W)、v(X)、v(Y)、v(Z),已知存在如下关系:v(W)=2v(X),v(Y)=2v(X),v(Z)=2v(W),则此反应可表示为
A. B.
C. D.
【变式2】反应从正反应方向,经过2s后B的浓度减少了0.04 mol⋅L-1。下列说法正确的是
A.用A表示的反应速率是0.04 mol⋅L-1⋅s-1
B.在这2s内用B和C表示的反应速率的值是相同的
C.在2s末时的反应速率,用反应物B来表示是0.02 mol⋅L-1⋅s-1
D.2s后,D的物质的量为0.02mol
题型二 化学反应速率的影响因素
【典例2】(2025·高二下·上海市实验学校·期中)反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH= -131kJ/mol
由图可知最高转化率对应温度为450℃。低于450℃时,NO的转化率___________(填“是”或者“不是”)对应温度下的平衡转化率;低于450℃时,NO的转化率随温度升高而增大的原因是___________。
【变式1】(2025·高二下·上海市实验学校·期中)已知C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) H=+131kJ/mol,在一定温度下达到化学平衡。生产过程中,为了提高该反应的速率,下列措施中合适的是
A.增加炭的用量 B.适当升高温度
C.选择合适的催化剂 D.通入一定量的氮气
【变式2】下列措施中,不能增大化学反应速率的是
A.锌与稀硫酸反应制取时,加入蒸馏水
B.用溶液制取时,向溶液中加入少量粉末
C.Mg在中燃烧生成MgO,用镁粉代替镁条
D.与稀盐酸反应生成时,适当升高温度
题型三 化学平衡状态的判断
【典例3】(2025·高二下·上海市光明中学·期中)在一个恒温恒容的密闭容器中进行合成氨反应,下列证据能判断反应已达平衡状态的是
A.
B.气体密度不再变化
C.每消耗就同时消耗
D.混合气体的平均摩尔质量不再变化
【变式1】已知(红色气体)和(无色气体)存在平衡:(放热反应),将一定量置于恒容容器中,下列分析错误的是
A.气体颜色不再改变是达到化学平衡状态的标志
B.反应过程中,与的浓度比为是达到化学平衡状态的标志
C.气体的密度不再改变不能判断该反应已达到平衡状态
D.将该气体置于绝热容器中,体系温度不再改变能说明反应达到了限度
题型四 化学平衡移动的影响因素
【典例4】温度T℃下,向1L 真空刚性容器中加入 1mol PCl5,反应 达到平衡时, 下列说法不正确的是
A.达平衡后,PCl5和PCl3的浓度保持不变
B.再充入1mol Ar,平衡不发生移动
C.再充入 1mol PCl5, 平衡时
D.再充入 1mol PCl5和 1mol PCl3, 此时
【变式1】对于反应:2A(g)+B(g)2C(g)(放热反应),当温度升高时,平衡向逆反应方向移动,其原因是( )
A.正反应速率增大,逆反应速率减小
B.逆反应速率增大,正反应速率减小
C.正、逆反应速率均增大,但是逆反应速率增大的程度大于正反应速率增大的程度
D.正、逆反应速率均增大,而且增大的程度一样
【变式2】对可逆反应A(g)+B(g)C(s)+2D(g) ΔH<0,在一定条件下达到平衡,下列有关叙述正确的是
①增加A的量或者减少C的量,平衡都会向正反应方向移动
②升高温度,反应速率增大,平衡向逆反应方向移动
③压缩容器增大压强,平衡不移动,v正、v逆不变
④增大B的浓度,v正>v逆
⑤加入催化剂,B的转化率提高
A.②④ B.①②④ C.①③ D.②⑤
题型五 化工生产分析
【典例5】(2025·高二下·上海市光明中学·期中)硫酸工业是无机化工的基础工业之一。工业上使用黄铁矿(主要成分为)为原料生产硫酸,其中在接触室中,被催化氧化为,反应原理如下:(正反应为放热反应)
1.某实验小组在实验室中,在一定温度的2L恒容容器中模拟上述反应时,反应过程中物质的量变化如图所示。
图中20min时改变的反应条件可能是___________。
A.加入催化剂 B.降低温度 C.增加的物质的量 D.增大压强
2.工业上采用进行反应的主要原因是___________。
【变式1】下列关于化学反应的调控措施说法不正确的是
A.硫酸工业中,为使黄铁矿充分燃烧,可将矿石粉碎
B.硝酸工业中,氨的氧化使用催化剂是为了增大反应速率,提高生产效率
C.合成氨工业中,为提高氮气和氢气的利用率,采用循环操作
D.对于合成氨的反应,如果调控好反应条件,可使一种反应物的转化率达到100%
【变式2】工业上生产硫酸时,利用催化氧化反应将二氧化硫转化为三氧化硫是一个关键步骤。在密闭容器中压强及温度对转化率(利用率)的影响如下表:
转化率(%)
0.1MPa
0.5MPa
1.0MPa
10MPa
400℃
99.2%
99.6%
99.7%
99.9%
500℃
93.5%
96.9%
97.8%
99.3%
600℃
73.7%
85.8%
89.5%
96.4%
(1)写出二氧化硫转化为三氧化硫的化学方程式___________。
(2)加快化学反应速率的常见方法有:A.使用催化剂 B.升温 C.增加反应物的浓度 D.加压 E.减小固体颗粒物大小。若使上述反应速率增大,可使用的方法有___________(不定项)。
(3)化学平衡只适用于可逆反应,常见改变化学平衡的方法有:A.温度 B.压强 C.溶液的浓度。若使上述化学反应正向移动,可使用的方法有___________(不定项)。
(4)实际工业生产条件的选择,要综合考虑各种因素,根据表中数据可知,生成的反应属于___________反应(填“放热”或“吸热”)。若升高温度,正反应速率___________(填“增大”或“减小”),逆反应速率___________(填“增大”或“减小”),但正反应速率___________逆反应速率(填“>”或“<”),化学平衡向___________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
(5)在上述密闭容器中,若将容器体积扩大为原来的2倍,正反应速率___________(填“增大”或“减小”),逆反应速率___________(填“增大”或“减小”),但正反应速率___________逆反应速率(填“>”或“<”),化学平衡向___________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
(6)分析上表,最适宜的条件是在___________℃,___________MPa。
(7)的催化氧化采用常压而不是高压,其主要原因是___________。
期中基础通关练(测试时间:20分钟)
1.下列说法正确的是
A.化学反应速率既有正值,又有负值
B.化学反应速率表示的是瞬时速率
C.对于同一化学反应,选用不同的物质表示化学反应速率时,其数值可能相同
D.化学反应速率仅适用于可逆反应,不适用于非可逆反应
2.反应A(g)+3B(g)⇌2C(g)+2D(g),在不同情况下测得反应速率,反应最快的是
A.v(D)=0.4mol•L-1•min-1 B.v(C)=0.5mol•L-1•min-1
C.v(B)=0.15mol•L-1•s-1 D.v(A)=0.6mol•L-1•min-1
3.反应在一体积可变的密闭容器中进行。改变下列条件对提高化学反应速率比较明显的是
①将容器体积缩小一半;
②增大C的用量;
③保持压强不变,充入使容器体积增大;
④温度升高;
⑤保持体积不变,向容器中再充入一定量水蒸气。
A.②④ B.①③ C.②④⑤ D.①④⑤
4.工业制硫酸的一步重要反应是,若用标记,在固定体积的容器中进行该反应,一段时间后下列说法错误的是
A.SO2、O2和SO3共存在体系中
B.达到化学平衡状态时,SO2、O2和SO3中均存在
C.SO3的浓度不再改变,说明该反应达到化学平衡状态
D.其他条件不变,升高温度,v(正)增大,v(逆)减小
5.在一定条件下,反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)达到了平衡,改变某一条件,发生下述变化,其中可确定该平衡一定发生移动的是( )
A.v(SO2)增大
B.v(SO3)减小
C.O2的百分含量发生变化
D.SO3的质量不变
6.对于已建立化学平衡的可逆反应,当改变条件使化学平衡向正反应方向移动,下列有关叙述正确的是
①生成物的质量分数一定增加;②生成物的产量一定增加;③反应物的转化率一定增大;④反应物浓度一定降低;⑤正反应速率一定大于逆反应速率;⑥使用了合适的催化剂;
A.①② B.②⑤ C.③④ D.④⑥
7.我国力争于2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。与重整反应体系主要涉及:。将与以物质的量之比为1:2置于恒温、恒容密闭容器中,在一定条件下发生上述反应。能说明反应达到平衡状态的是
A.每生成2molCO消耗1mol B.
C.容器内压强不变 D.
8.在一定条件下,将3mol A和1mol B混合于固定容积为2L的密闭容器中,发生反应:。2min末该反应达到平衡,生成了0.6mol D,并测得C的浓度为。下列判断正确的是
A.2min内用A表示的反应速率为
B.
C.当时,反应达到了平衡状态
D.物质B的转化率为30%
9.汽车尾气中CO、在一定条件下可以发生反应: ,在一定温度下,向容积固定为的密闭容器中充入一定量的CO和的物质的量随时间的变化曲线如图所示。
从反应开始到的平衡状态,的平均反应速率为___________。从起,其他条件不变,压缩容器的容积为,则的变化曲线可能为图中的___________(填abcd字母)。
10.某化学兴趣小组依据反应,探究影响化学反应速率的因素并测定其化学反应速率。请回答下列问题:
Ⅰ.该小组同学设计了3组实验,探究影响化学反应速率的部分因素,具体情况如下表所示。
实验
编号
加入溶液的体积
加入溶液的
加入水的体积/mL
反应温度
1
10.0
10.0
0
2
10.0
5.0
a
3
10.0
10.0
0
(1)表中_______,通过实验1和实验3可探究_______对化学反应速率的影响。
II.该小组同学依据实验1的条件进行反应并测定其化学反应速率,所得数据如下图所示。
(2)该反应在的化学反应速率为_______。
(3)分析实验数据发现,反应过程中该反应的化学反应速率先增大后减小。
ⅰ.探究化学反应速率先增大的原因,具体情况如下表所示。
方案
假设
实验操作
1
假设1:该反应放热,使溶液温度升高,化学反应速率加快
测定反应温度:向烧杯中加入溶液和溶液,并立即向混合溶液中插入_______。
2
假设2:_______
取溶液加入烧杯中,向其中加入少量NaCl固体,再加入溶液。
①补全方案1中的实验操作_______。
②方案2中的假设2为_______。
③除假设1、假设2外,还可提出的假设是_______。
ⅱ.反应后期化学反应速率减小的原因是_______。
11.近年来,甲醇()的制取与应用在全球引发了关于“甲醇经济”的广泛探讨,利用加氢制甲醇已经成为研究热点。某温度下,在5L的恒容密闭容器中通入制取甲醇,和的物质的量随时间的变化如图所示,请回答下列问题:
(1)写出该反应的化学方程式:_________,已知该反应反应物的总键能小于生成物的总键能,则该反应为__________(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)下列能说明该反应达到平衡状态的标志是__________(填标号)。
a. b.容器内气体压强不再改变
c.容器内气体密度不再改变 d.生成,同时消耗
(3)时,_____(填“>”“<”或“=”),此时和的转化率_________(填“相等”或“不相等”)。
(4)0∼8min,用表示的平均反应速率为________,达到平衡时,甲醇的体积分数为______(保留三位有效数字)。
(5)请写出一种可以增大生成甲醇的反应速率的措施:__________。
12.(2025·高一下·上海市新中高级中学·期中)在2L密闭容器内发生反应,500℃时,测得n(SO2)随时间的变化如下表:
时间/s
0
1
2
3
4
5
n(SO2)/mol
0.020
0.010
0.008
0.007
0.007
0.007
(1)下图中表示SO3的变化的曲线是_______(填字母)。
(2)用O2表示从0~2s内该反应的平均速率v(O2)=_______。
(3)能使该反应的反应速率增大的是_______。
A.分离出SO3 B.适当升高温度
C.恒容下充入Ne使压强增大 D.选择更高效的催化剂
(4)下列能说明该反应已达化学平衡状态的是_______。
A.单位时间内生成2molSO3的同时消耗1molO2
B.v(SO2)=v(SO3)
C.容器中平均相对分子质量保持不变
D.容器中O2的体积分数保持不变
E.容器中气体的总压强保持不变
F.容器中气体的密度保持不变
期中重难突破练(测试时间:20分钟)
1.某化学小组利用反应设计了如下实验探究化学反应速率的影响因素。下列说法正确的是
实验序号
反应温度/℃
溶液
酸性溶液
的体积/mL
完全褪色时间/min
①
25
10.0
0.20
5.0
0.03
0
3.5
②
25
5.0
0.20
5.0
0.03
4
③
50
10.0
0.20
5.0
0.03
0
A.实验①②用于探究反应物浓度对化学反应速率的影响,
B.实验②③可用于探究温度对化学反应速率的影响,
C.实验②中内的平均反应速率为
D.若实验①中使用的酸性溶液浓度为,则完全褪色时间小于
2.在一定条件下,将和充入容积为4L的恒温密闭容器中,发生如下反应:。2min末该反应达到平衡,测得生成D,。下列判断正确的是
A.通过计算可得出
B.0~2min内,A的平均反应速率为
C.开始时与平衡时容器内的压强之比为10:9
D.平衡时A与B的转化率相等,均为30%
3.在一定温度下,在体积为2L的恒容密闭容器中,某一反应中X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示,下列表述中正确的是
A.反应的化学方程式为
B.tmin内X的平均反应速率
C.tmin内Y的反应速率比Z快
D.温度、体积不变,t时充入1molHe增大压强,反应速率增大
4.一定温度下,2L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随反应时间的变化曲线如图所示,10s时达到平衡。下列说法不正确的是
A.反应的化学方程式为:
B.时,Z和X浓度相等,正反应速率大于逆反应速率
C.当X的物质的量不再随时间而变化,此时正、逆反应速率相等,但不为零
D.从反应开始到10s内,用Z的浓度变化表示的平均反应速率为
5.某兴趣小组在实验室利用压强传感器探究催化分解的影响因素。
I.实验准备
(1)配制溶液溶液:
①需称量(相对分子质量270.5)的质量为_____(结果保留1位小数)。
②该过程中需要用到的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒外,还有_____(填序号)。
Ⅱ.实验探究
(2)设计以下实验:
实验编号
10mL双氧水
溶液体积(mL)
蒸馏水体积(mL)
60秒时气压(kPa)
1
15%
1
0
a
2
10%
1
0
b
3
5%
1
0
126
4
5%
0.5
0.5
114
①依据时容器气压关系_____(用、及相关数据表示),得到结论:双氧水浓度越大,反应速率越快。
②依据实验_____和_____(填实验编号),得出结论:催化剂浓度越大,催化的能力越强。
(3)探究酸性对催化分解的反应速率的影响
将溶液调节为不同,再分别滴入溶液,采集数据如下图:
得出结论:其他条件不变,溶液酸性越强,_____。
(4)小组同学进一步探究催化剂对分解速率的影响
①初步实验:分别取溶液于3只容积相同的锥形瓶中,调节溶液的为5,然后用注射器分别加入溶液、溶液和溶液,采集数据,并重复进行平行实验3次,取最佳的实验数据曲线如下图:
②分析讨论:甲同学根据实验结果得出如下推论:
推论1:对分解有促进作用;
推论2:同浓度下,对分解的促进作用比强。
乙同学认为推论2证据不足,原因是_____。
③优化方案:乙同学设计如下方案,进行实验。(可选的试剂有:蒸馏水、溶液、溶液、溶液、溶液和溶液)
实验序号
试剂1
试剂2
试剂3
i.
5
溶液
溶液
ii.
5
溶液
溶液
实验i中加入试剂3为_____;实验ii中加入试剂3为_____。
④实验结论依据实验i中溶液分解速率大于实验ii,可知推论2正确。
6.(2025·高二下·上海市闵行区·期中)在一定条件下,将一定量的混合气体在密闭容器中充分反应,在反应相同时间内测得的体积分数随温度变化如图所示。
(1)温度高于时,的体积分数迅速降低的条件可能是__________。
A.升高温度平衡正向移动 B.升高温度平衡逆向移动
(2)时,密闭容器中达到平衡状态的标志是__________。
A.和的物质的量之比恒为 B.密闭容器中气体质量不再变化
C.的物质的量不随时间而变化 D.的消耗速率与的生成速率相等
(3)如上图所示,温度为时,反应时间为,此时测得容器内气体总物质的量为,则的生成速率是__________。
(4)测定空气中含量的实验如下:取标准状况下,空气(含),通过足量碘水发生反应:,在所得溶液中加入稍过量的溶液,产生白色沉淀,过滤后将沉淀洗涤、干燥,称得其质量为。计算空气样品中的体积分数_______。(写出计算过程)
(2025·高二下·上海市光明中学·期中)习总书记指出,我国争取2060年前实现碳中和。复合催化是工业合成甲醇的重要反应,其原理为:。在2L密闭容器中,充入和,在催化剂、的条件下发生反应。部分反应物和产物随时间变化如图所示:
7.反应开始至2min末,以的浓度变化表示该反应的平均速率是___________,2min末时___________(填“<”“>”或“=”)。
8.下列情况不能说明该反应达到化学平衡状态的是___________。
A.单位时间内消耗,同时消耗
B.密闭容器中二氧化碳与氢气的浓度比不发生变化时
C.密闭容器内气体压强不发生变化时
D.容器内平均相对分子质量保持不变
9.在现实工业复合催化转化甲醇的过程中,需考虑如何确定反应条件,既“快”又“多”地转化二氧化碳,生成甲醇。
①在不改变上述反应条件(催化剂、温度、容积)前提下,要增大反应速率,还可以采取的措施是___________(任写一种)。
②该合成甲醇的反应为放热反应,则有利于提高氢气平衡转化率的条件是___________。
A.高温高压 B.低温高压 C.高温低压 D.低温低压
10.化学反应速率和限度与生产、生活密切相关。
(1)某学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化,在稀盐酸中加入足量的锌粉,用排水集气法收集反应放出的氢气,实验记录如下(累计值):
时间/min
1
2
3
4
5
氢气体积/mL(标准状况)
100
240
464
576
620
反应速率最大的时间段是___________min(填“0~1”、“1~2”、“2~3”、“3~4”或“4-5”)主要原因可能是___________。
(2)某温度下在密闭容器中,、、三种气态物质的物质的量随时间变化曲线如图。
①该反应的化学方程式是___________。
②从开始至平衡时的反应速率___________。
③该反应达到平衡状态的标志是___________(填字母)。
A.的体积分数在混合气体中保持不变
B.、的反应速率比为
C.容器内气体的压强保持不变
D.容器内气体的总质量保持不变
E.生成1molY的同时消耗2molZ
④内的转化率为___________。
⑤第时,正、逆反应速率的大小关系为___________(填“>”、“<”或“=”)。
/
学科网(北京)股份有限公司
$
专题03 化学反应速率和化学平衡(期中复习讲义)
内 容 导 航
明·期中考情 把握命题趋势,明确备考路径
理·要点归纳 梳理核心脉络,扫除知识盲区
破·重难题型 题型分类突破,方法技巧精讲
题型一 化学反应速率的计算与大小比较
题型二 化学反应速率的影响因素
题型三 化学平衡状态的判断
题型四 化学平衡移动的影响因素
题型五 化工生产分析
过·分层验收 阶梯实战演练,验收复习成效
核心考点
复习目标
化学反应速率的计算与大小比较
1认识化学反应有一定速率和限度,是可以调控的;能从化学反应速率、化学平衡等角度,动态地分析化学变化。
2.运用变量控制、定量实验等方法来研究化学反应。
3.运用化学反应原理来讨论和解决跟化工生产相关的实际问题,并具有节约资源、保护环境的可持续发展意识和观念。
化学反应速率的影响因素
化学平衡状态的判断
化学平衡移动的影响因素
工业制流程
要点01 化学反应速率
1.对化学反应速率的理解
3.化学反应速率的计算
(1)公式法:
v(A)==
(2)“三段式”法:
①写出有关反应的化学方程式。
②找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。
③根据已知条件列方程式计算。
例如,反应 mA + nB ===== pC
t0 s/mol·L-1 a b 0
转化/mol·L-1 x
t1 s/mol·L-1 a-x b-
则:v(A)= mol·L-1·s-1、
v(B)= mol·L-1·s-1、
v(C)= mol·L-1·s-1。
2.化学反应速率的比较方法
特|别|提|醒
用不同物质表示化学反应速率时的关系
由于一个化学反应中各物质的化学计量数不一定相同,所以相同时间内各物质浓度的变化量不一定相同,则化学反应速率的数值不一定相同,但各物质间反应速率表示的意义相同,都表示该化学反应进行的快慢。在同一化学反应中,若用不同物质的浓度变化来表示化学反应速率,其数值之比等于该反应化学方程式中相应物质的化学计量数之比,如对于化学反应aA(g)+bB(g)=cC(g)+dD(g),有下列恒等式:v(A):v(B):v(C):v(D)=a:b:c:d。
要点02 化学反应速率的影响因素
1.内因
2.外因
内因
反应物的性质是决定化学反应速率的主要因素。
外因
浓度
增大反应物的浓度,可使反应速率增大
压强
对于气体反应,压强增大,可使反应速率增大
温度
一般升高温度,可使反应速率增大
催化剂
使用催化剂,可使反应速率增大
其他
如固体表面积越大,反应反应速率越快;光照、搅拌、形成原电池
温馨提醒
①气体反应压强的变化,其本质是气体的浓度变化。
如恒容时通不参加反应的气体,虽压强增大,但反应速率不变;如恒压下通不参加反应的气体,虽总压不变,但反应速率降低
②对可逆反应,升高温度,无论是吸热反应还是放热反应,正、逆反应速率均增大,反之均降低
③对可逆反应,使用催化剂,正、逆反应速率均同等程度的增大
催化剂的活性
①催化剂的活性除与自身成分有关外,还受到粒子直径、合成方法等因素以及反应温度、压强等条件的影响。此外,有些物质的存在会使催化剂明显失效,即催化剂中毒。
②催化剂催化时需要适宜的温度,温度过低,活性低;温度升高,活性增强,但温度过高,催化剂可能失去活性。
多因素影响下的速率变化
常见影响反应速率的因素
浓度、温度、压强、催化剂活性、接触面积、原电池原理、副反应等
反常速率加快常见情况
①温度升高;②形成原电池;③反应生成物对反应有催化作用;④温度升高,催化剂活性增强;⑤反应物浓度增大等
反应速率减慢常见情况
反应物浓度减小;②反应温度过高,催化剂失去活性;③析出的晶体或沉淀覆盖在固体表面,阻碍反应的进行;④竞争吸附等
特|别|提|醒
(1)由于增大反应物浓度造成的反应速率减慢,此时要考虑常温下铁和铝在浓硫酸和浓硝酸中的钝化。例如,铁和稀硫酸生成氢气的反应,若将稀硫酸换成浓硫酸,发生钝化,反应不进行。
(2)中学阶段一般只讨论其他条件相同时,改变一个条件对化学反应速率的影响。
3.“控制变量法”探究影响化学反应速率的因素
常见变量
外界因素主要有:浓度、压强、温度、催化剂、固体表面积等
确定变量
根据实验目的,研究某个变量对反应速率的影响,需要控制其它外界因素不变,再进行实验
定多变一
探究时,先确定一种变量,保证其它外界因素不变,看这个变量与探究的问题之间存在什么关系,这样依次进行,从而得出每种因素改变的影响结论
数据统一
要注意控制数据,使变量统一,才能得出正确结论
要点03 可逆反应与化学平衡状态
1.可逆反应
(1)可逆反应的特点
双向性
反应物生成物
两同性
相同条件 正、逆反应同时进行
共存性
反应物、生成物同时存在,反应物的转化率小于100%
(2)很多化学反应在进行时都有一定的可逆性,不同反应的可逆性不同,有些化学反应在同一条件下可逆程度很小,如 2 Na + 2 H2O === 2 NaOH + H2↑,视为“不可逆”反应。
典型的可逆反应有: H2+I2⇌2HI , 2SO2+O2⇌2SO3 ,
SO2+H2O⇌H2SO3 , NH3+H2O⇌NH3·H2O 等。
2.化学平衡状态的建立
(1)化学平衡状态:在一定条件下,当一个可逆反应进行到正反应速率和逆反应速率相等时,反应物的浓度和生成物的浓度不再变化,达到一种表面静止的状态。
(2)化学平衡状态的建立过程
(3)化学平衡建立过程中化学反应速率的变化图像
3.化学平衡状态的特征——“五字诀”
化学平衡状态的特征概括为逆、等、动、定、变,即:
研究对象(逆)
适用于可逆反应
动态特征(动)
建立平衡后,正、逆反应仍在进行,属于动态平衡,可用同位素示踪原子法证明
平衡实质(等)
υ(正)=v(逆)≠0(正、逆反应速率相等,但不等于零)
平衡结果(定)
达平衡后,反应混合物中各组分的百分含量或浓度保持不变(不可理解为相等)
平衡移动(变)
化学平衡其存在是有条件的、暂时的,浓度、温度、压强条件变化时平衡会发生改变
特|别|提|醒
(1)当可逆反应达到平衡状态时,反应物和生成物的浓度不再发生变化,对应的物质的质量分数、物质的量分数、体积分数、转化率都将保持不变。
(2)达到化学平衡状态时,正反应速率和逆反应速率相等是指同一物质的消耗速率与生成速率相等。如果用不同物质表示的正、逆反应速率不一定相等。
(3)达到化学平衡状态时,各物质的浓度和质量保持不变,这里的不变不能理解为各物质的浓度和质量相等。
(4)在化学反应中,只有可逆反应才有可能达到化学平衡状态,非可逆反应不存在化学平衡状态。
(5)可逆反应在有关条件(如温度、压强等)确定的前提下才能够达到化学平衡状态,即化学平衡状态是有条件的。
(6)化学平衡状态是可逆反应在一定条件下能达到的或完成的最大程度,即该反应进行的限度。化学反应的限度决定了反应物在该条件下转化为生成物的最大转化率。
(7)不同条件下,同一可逆反应的化学反应限度不一定相同,当条件(温度、压强、各组分的浓度等)改变时,化学平衡也随之改变。
4 化学平衡状态的判断
(1)基本判据:
等[v(正)=v(逆)]、定(各组分含量、浓度保持不变)任何条件下的可逆反应均达到平衡
(2)判断三标志
①达到化学平衡的本质标志
项目
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
是否平衡
正反应速率逆反应速率关系
在单位时间内消耗了m mol A的同时生成了m mol A
平衡
在单位时间内消耗了n mol B的同时消耗了p mol C
平衡
在单位时间内生成了p mol C的同时消耗了q mol D
平衡
v正(A)∶v逆(B)=m∶n
平衡
②达到化学平衡的等价标志
项目
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)[假设只有A为有色气体]
是否平衡
混合体系中各
组分的含量
各物质的物质的量或物质的量的分数一定
平衡
各物质的质量或质量分数一定
平衡
各气体的体积或体积分数一定
平衡
A物质断裂的化学键与A物质形成的化学键的物质的量相等
平衡
气体的颜色不变
平衡
温度
在其他条件不变时,体系温度一定时
平衡
体系颜色变化
有色气体的颜色不再改变
平衡
③达到化学平衡状态的特殊标志
项目
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
是否平衡
压强
当m+n≠p+q时,总压强一定(其它条件一定)
平衡
当m+n=p+q时,总压强一定(其它条件一定)
不一定平衡
总物质的量
当m+n≠p+q时,总物质的量一定(其它条件一定)
平衡
当m+n=p+q时,总物质的量一定(其它条件一定)
不一定平衡
体系的密度
密度一定
不一定平衡
(3)反应类型分析(如下表所示)
化学反应
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
是否平衡
混合物体
系中各成
分的含量
①各物质的物质的量或物质的量分数一定
平衡
②各物质的质量或质量分数一定
平衡
③各气体的体积或体积分数一定
平衡
④总体积、总压强、总物质的量一定
不一定平衡
正、逆反应
速率之间
的关系
①单位时间内消耗了m mol A,同时也生成了m mol A
平衡
②单位时间内消耗了n mol B,同时也消耗了p mol C
平衡
③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q
不一定平衡
④单位时间内生成了n mol B,同时也消耗了q mol D
不一定平衡
压强
①其他条件一定、总压强一定,且m+n≠p+q
平衡
②其他条件一定、总压强一定,且m+n=p+q
不一定平衡
混合气体
的平均相
对分子质量
①平均相对分子质量一定,且m+n≠p+q
平衡
②平均相对分子质量一定,且m+n=p+q
不一定平衡
温度
任何化学反应都伴随着能量变化,当体系温度一定时
平衡
气体的密度
密度一定
不一定平衡
颜色
反应体系内有色物质的颜色稳定不变
平衡
要点04 化学平衡的移动
1. 概念
在一定条件下,可逆反应达到化学平衡状态,如果改变影响平衡的条件(如浓度、压强、温度 等),化学平衡状态被破坏,直至正、逆反应速率再次相等,在新的条件下达到新的化学平衡 状态。这种现象称作平衡状态的移动,简称平衡移动。
2. 化学平衡移动的过程
正=逆
正>逆
正逆
´正=´逆
反应开始
尚未平衡
化学平
衡状态
正向或
逆向移动
新的化学平衡状态
建立新平衡
化学平衡移动
3. 化学平衡移动方向的判断
(1)根据速率判断
①若v(正)>v(逆),则平衡正向移动。
②若v(正)=v(逆),则平衡不移动。
③若v(正)<v(逆),则平衡逆向移动。
(2)根据结果判断
①如果平衡移动的结果使反应产物浓度更大,则称平衡正向移动或向右移动;
②如果平衡移动的结果使反应产物浓度更小,则称平衡逆向移动或向左移动。
4. 化学平衡移动的影响因素
(1)浓度对化学平衡移动的影响
若其他条件不变,改变浓度对化学平衡的影响及其图像如下:
化学 平衡
aA+bB⇌cC+dD(A、B、C、D为非固体)
体系浓度
改变
增大反应物浓度
增大生成物浓度
减小反应物浓度
减小生成物浓度
平衡移动
方向
正向移动
逆向移动
逆向移动
正向移动
速率 变化
v正先增大,
v逆随后增大,
且v′正>v′逆
v逆先增大,
v正随后增大,
且v′逆>v′正
v正先减小,
v 逆随后减小, 且v′逆>v′正
v逆先减小,
v正随 后减小,
且v′正>v′逆
图像
(2)温度对化学平衡移动的影响
①把NO2和N2O4的混合气体通入两只连通的烧瓶,然后用弹簧夹夹住乳胶管;把一只烧瓶浸泡在热水中,另一只浸泡在冰水中。观察混合气体颜色的变化。
②在上述反应体系中存在平衡:2NO2(红棕色) N2O4(无色)
实验
浸泡在热水中
浸泡在冷水中
现象
混合气体颜色加深
混合气体颜色变浅
结论
浸泡在热水中混合气体颜色加深,说明升高温度NO2浓度增大,即平衡向逆反应(吸热反应)方向移动;浸泡在冰水中混合气体颜色变浅,说明降低温度NO2 浓度减小,即平衡向正反应(放热反应)方向移动。
若其他条件不变,改变温度对化学平衡的影响及图像如下:
化学平衡
xX+yYmM+nN ΔH>0
xX+yYmM+nN ΔH<0
体系温度的变化
升高温度
降低温度
降低温度
升高温度
反应速率变化
v正、v逆同时增大,且v′正>v′逆
v正、v逆同时减小,且v′正<v′逆
v正、v逆同时减小,且v′正>v′逆
v正、v逆同时增大,且v′正<v′逆
平衡移动方向
正反应方向
逆反应方向
正反应方向
逆反应方向
vt图像
规律总结
在其他条件不变的情况下,升高温度,平衡向吸热反应的方向移动;降低温度,平衡向放热反应的方向移动
要点05 化工生产
(一)工业制硫酸的反应原理
1.二氧化硫的制取
如果以硫黄为原料,化学方程式为 S+O2SO2 。
如果以硫铁矿(FeS2)为原料,化学方程式为 4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2 。
2.二氧化硫的转化,化学方程式为 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 。
3.硫酸的生成,化学方程式为 SO3+H2O=H2SO4 。
根据工业制硫酸的反应原理,生产过程通常可以分为 造气 、 转化 、 吸收 三个主要阶段。
(二)硫酸生产中的“三”
①三种原料:硫铁矿、硫磺、含硫工业废物
②三个主要生产步骤:造气、接触氧化、三氧化硫吸收
③三个反应:
造气:FeS2(s)+11/4O2(g) 1/2Fe2O3(s)+2SO2(g) + Q1 Q1= 853KJ·mol-1
接触氧化: 2SO2(气)+ O2(气)====2SO3(气)+ Q2 Q2= 196.6KJ·mol-1
SO3的吸收:SO3 + H2O == H2SO4 + Q3 Q3= 130.3KJ ·mol-1
④三种主要生产设备:沸腾炉、转化室、吸收塔
⑤三个适宜条件:温度、压强、催化剂
(二)工业制硫酸的原料选择
1.工业制硫酸的主要原料有 硫黄 、 硫铁矿 、冶炼烟气、硫化氢以及工业废气等。
2.以硫铁矿为原料制硫酸,生产中会产生“三废”( 废气 、 废液 、 废渣 ),存在治理成本大,能耗高,硫资源利用低等问题, 硫黄 是生产硫酸的优质原料。
(三)工业制硫酸的详细生产过程
1.SO2的制取与净化
工业上,可以燃烧硫黄制得SO2,也可以从冶炼烟气中获得SO2,还可以使用硫铁矿在 沸腾炉 中煅烧,得到SO2。SO2在进行转化之前,必须通过 除尘 、 干燥 等净化处理,要目的是防止 催化剂中毒 、
腐蚀设备 。
2.SO2氧化成SO3
这一步反应是在 转化器 里进行的,反应条件是 催化剂(V2O5),高温 。写出下图A、B、C三处气体的主要成分:A SO2、O2 ,B SO2、O2 ,C SO2、O2、SO3 。
3.SO3的吸收和硫酸的生成
工业上一般用 98.3%的浓硫酸 来吸收三氧化硫,若用水或稀硫酸吸收三氧化硫,容易形成 酸雾 ,影响吸收效率。
(四)控制反应条件的目的和措施
1.控制反应条件的目的
①促进有利反应
提高反应速率
提高反应物的转化率即原料的利用率
②抑制有害反应
降低反应速率
控制副反应的发生
减少甚至消除有害物质的产生
2.控制反应条件的基本措施
(1)基本措施
①控制化学反应速率的措施
通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。
②提高转化率的措施
通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度,从而提高转化率。
(2)实际案例
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
温度
压强
温度较低
实际
压强较大
实际
有利:氨的产率较高
不利:反应速率小,生产成本高
常用温度400~500 ℃
有利:氨的产率较高
不利:对动力和生产设备的要求高
常用压强
10 MPa~30 MPa
题型一 化学反应速率的计算与大小比较
【典例1】(2025·高二下·上海市光明中学·期中)下列表示合成氨反应的速率中,反应最快的是
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】根据反应速率之比等于化学计量系数比可知:
A.v(N2)=0.0003mol•L-1•s-1=v(N2)=0.0003×3600 mol•L-1•h-1=1.08 mol•L-1•h-1,
B.当v(H2)=0.045mol•L-1•min-1=0.045×60 mol•L-1•h-1=2.7 mol•L-1•h-1时,v(N2)=0.9 mol•L-1•h-1,
C.当v(NH3)=1.50mol•L-1•h-1时,v(N2)=0.75mol•L-1•h-1,
D.v(N2)=0.015mol•L-1•min-1=0.015×60 mol•L-1•h-1=0.9 mol•L-1•h-1,
故A表示的反应速率最快,故答案选A。
【变式1】密闭容器中W(g)与X(g)反应生成Y(g)和Z(g),其反应速率分别为v(W)、v(X)、v(Y)、v(Z),已知存在如下关系:v(W)=2v(X),v(Y)=2v(X),v(Z)=2v(W),则此反应可表示为
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】用不同物质表示的反应速率比等于化学计量数比;
v(W)=2v(X)→ 化学计量数比W:X=2:1;
v(Y)=2v(X)→化学计量数比Y:X= 2:1;
v(Z)=2v(W)→化学计量数比Z:W= 2:1;
综上,反应式为,故选A。
【变式2】反应从正反应方向,经过2s后B的浓度减少了0.04 mol⋅L-1。下列说法正确的是
A.用A表示的反应速率是0.04 mol⋅L-1⋅s-1
B.在这2s内用B和C表示的反应速率的值是相同的
C.在2s末时的反应速率,用反应物B来表示是0.02 mol⋅L-1⋅s-1
D.2s后,D的物质的量为0.02mol
【答案】B
【解析】A.A是固体,不能表示反应速率,A错误;
B.B和C的计量数相同,则在这2s内用B和C表示的反应速率的值是相同的,B正确;
C.经过2s后B的浓度减少了0.04 mol⋅L-1,则v(B)=0.04 mol⋅L-1÷2s=0.02 mol⋅L-1⋅s-1,此速率为2s内的平均速率,不是在2s末时的反应速率,C错误;
D.不知道容器的体积,无法计算,D错误。
故选B。
题型二 化学反应速率的影响因素
【典例2】(2025·高二下·上海市实验学校·期中)反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH= -131kJ/mol
由图可知最高转化率对应温度为450℃。低于450℃时,NO的转化率___________(填“是”或者“不是”)对应温度下的平衡转化率;低于450℃时,NO的转化率随温度升高而增大的原因是___________。
【答案】 不是 温度升高,反应速率加快
【解析】反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,导致NO转化率降低,故低于450℃时,NO的转化率不是对应温度下的平衡转化率;低于450℃时,NO的转化率随温度升高而增大的原因是:温度低于450℃时,该反应尚未达到平衡状态,随着温度的升高,反应速率加快,NO的转化率增大。
【变式1】(2025·高二下·上海市实验学校·期中)已知C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) H=+131kJ/mol,在一定温度下达到化学平衡。生产过程中,为了提高该反应的速率,下列措施中合适的是
A.增加炭的用量 B.适当升高温度
C.选择合适的催化剂 D.通入一定量的氮气
【答案】BC
【解析】A.炭为固体反应物。在反应速率表达式中,固体的浓度被视为常数,增加其用量不会改变反应速率,A错误;
B.升高温度能增加分子平均动能,使更多分子变为活化分子,从而加快反应速率,B正确;
C.催化剂可降低反应活化能,显著加快反应速率,C正确;
D.氮气为惰性气体,不参与反应,在恒容条件下,通入氮气不改变反应物浓度,故反应速率不变,D错误;
故选BC。
【变式2】下列措施中,不能增大化学反应速率的是
A.锌与稀硫酸反应制取时,加入蒸馏水
B.用溶液制取时,向溶液中加入少量粉末
C.Mg在中燃烧生成MgO,用镁粉代替镁条
D.与稀盐酸反应生成时,适当升高温度
【答案】A
【解析】A.锌与稀硫酸反应制取时,加入蒸馏水,导致硫酸浓度降低,反应速率减慢,而不是速率加快,A符合题意;
B.用溶液制取时,添加少量,起催化作用,化学反应速率加快,B不符合题意;
C.Mg在中燃烧生成MgO,若用镁粉代替镁条,由于Mg与O2接触面积增大,反应速率大大加快,C不符合题意;
D.在与稀盐酸反应生成时,适当升高温度,物质的内能增加,微粒之间有效碰撞次数增加,反应速率加快,D不符合题意;
故选A。
题型三 化学平衡状态的判断
【典例3】(2025·高二下·上海市光明中学·期中)在一个恒温恒容的密闭容器中进行合成氨反应,下列证据能判断反应已达平衡状态的是
A.
B.气体密度不再变化
C.每消耗就同时消耗
D.混合气体的平均摩尔质量不再变化
【答案】D
【解析】A.3v(H2)逆 = v(N₂)正时正逆反应速率不相等,反应未达到平衡状态,A错误;
B.气体密度=,反应前后总质量守恒,容器体积恒定,因此密度始终不变,无法判断是否达到平衡,B错误;
C.消耗1mol N2(正反应)对应生成2mol NH3,而此时消耗1mol NH3(逆反应),说明反应未达平衡,C错误;
D.平均摩尔质量=,总质量不变,但总物质的量随反应减少(4mol→2mol),当总物质的量不再变化时,平均摩尔质量也不再变化,说明反应达平衡,D正确;
故选D。
【变式1】已知(红色气体)和(无色气体)存在平衡:(放热反应),将一定量置于恒容容器中,下列分析错误的是
A.气体颜色不再改变是达到化学平衡状态的标志
B.反应过程中,与的浓度比为是达到化学平衡状态的标志
C.气体的密度不再改变不能判断该反应已达到平衡状态
D.将该气体置于绝热容器中,体系温度不再改变能说明反应达到了限度
【答案】B
【解析】A.NO2为红棕色气体,当气体颜色不再变化,说明NO2浓度不再变化,反应达到平衡状态,A正确;
B.反应过程中,与的浓度比为不能说明正逆反应速率相等,不是达到化学平衡状态的标志,B错误;
C.容器体积和气体质量始终不变,则混合气体的密度始终不变,因此不能说明反应已达平衡,C正确;
D.该反应在恒容绝热容器中进行,当体系温度不再变化,说明反应放出和吸收的热量相等,证明反应达到平衡状态,D正确;
故选B。
题型四 化学平衡移动的影响因素
【典例4】温度T℃下,向1L 真空刚性容器中加入 1mol PCl5,反应 达到平衡时, 下列说法不正确的是
A.达平衡后,PCl5和PCl3的浓度保持不变
B.再充入1mol Ar,平衡不发生移动
C.再充入 1mol PCl5, 平衡时
D.再充入 1mol PCl5和 1mol PCl3, 此时
【答案】D
【分析】容器体积为1L,初始时的物质的量为1mol,达到平衡时 ,则生成的的物质的量为0.3mol,列三段式:,平衡常数,据此分析解答。
【解析】A.达到平衡后,各组成成分的浓度恒定不变,A正确;
B.在体积恒定容器中通入不参加反应的稀有气体,平衡不移动,B正确;
C.在平衡后的容器中继续再充入,假设新平衡状态与原平衡状态一样没有发生改变,因为的量增大了一倍,则达到新平衡时应该等于,但整个反应为气体体积增大的反应,随反应的进行体系压强增大,平衡会向左移动,则实际达到新平衡后是小于的,C正确;
D.在平衡后的容器中再充入和,此时的浓度熵为,平衡会向逆反应方向移动,则 ,D错误;
故答案为:D。
【变式1】对于反应:2A(g)+B(g)2C(g)(放热反应),当温度升高时,平衡向逆反应方向移动,其原因是( )
A.正反应速率增大,逆反应速率减小
B.逆反应速率增大,正反应速率减小
C.正、逆反应速率均增大,但是逆反应速率增大的程度大于正反应速率增大的程度
D.正、逆反应速率均增大,而且增大的程度一样
【答案】C
【解析】升高温度,正、逆反应速率均增大,但是两者增大的程度不一样,所以升高温度后,正、逆反应速率不再相等,化学平衡发生移动。当逆反应速率增大的程度大于正反应速率增大的程度时,平衡向逆反应方向移动。
【变式2】对可逆反应A(g)+B(g)C(s)+2D(g) ΔH<0,在一定条件下达到平衡,下列有关叙述正确的是
①增加A的量或者减少C的量,平衡都会向正反应方向移动
②升高温度,反应速率增大,平衡向逆反应方向移动
③压缩容器增大压强,平衡不移动,v正、v逆不变
④增大B的浓度,v正>v逆
⑤加入催化剂,B的转化率提高
A.②④ B.①②④ C.①③ D.②⑤
【答案】A
【解析】①C是固体,减少C的量对平衡无影响,故①错误;
②升高温度,v正、v逆均应增大,但v逆增大的程度大,平衡向逆反应方向移动,故②正确;
③压强增大平衡不移动,但v正、v逆都增大,故③错误;
④增大B的浓度,反应速率增大,平衡向正反应方向移动,v正>v逆,故④正确;
⑤使用催化剂同等程度增大正、逆反应速率,化学平衡不发生移动,B的转化率不变,故⑤错误;
故选A。
题型五 化工生产分析
【典例5】(2025·高二下·上海市光明中学·期中)硫酸工业是无机化工的基础工业之一。工业上使用黄铁矿(主要成分为)为原料生产硫酸,其中在接触室中,被催化氧化为,反应原理如下:(正反应为放热反应)
1.某实验小组在实验室中,在一定温度的2L恒容容器中模拟上述反应时,反应过程中物质的量变化如图所示。
图中20min时改变的反应条件可能是___________。
A.加入催化剂 B.降低温度 C.增加的物质的量 D.增大压强
2.工业上采用进行反应的主要原因是___________。
【答案】1.C 2.正反应是放热反应,降低温度有利于提高SO3的平衡浓度;但温度太低,反应速率慢,单位时间内产量低,不经济,并且在400℃~500℃时,催化剂的活性最大
【解析】1.图中20min时,O2的物质的量突然增多,SO2和SO3的物质的量没变,可知改变的反应条件可能是增加的物质的量,选C。
2.,正反应是放热反应,降低温度有利于提高SO3的平衡浓度;但温度太低,反应速率慢,单位时间内产量低,不经济,并且在400℃~500℃时,催化剂的活性最大,故实际生产中控制在400℃~500℃。
【变式1】下列关于化学反应的调控措施说法不正确的是
A.硫酸工业中,为使黄铁矿充分燃烧,可将矿石粉碎
B.硝酸工业中,氨的氧化使用催化剂是为了增大反应速率,提高生产效率
C.合成氨工业中,为提高氮气和氢气的利用率,采用循环操作
D.对于合成氨的反应,如果调控好反应条件,可使一种反应物的转化率达到100%
【答案】D
【解析】A.硫酸工业中,将矿石粉碎可以增大反应物的接触面积,有利于黄铁矿的充分燃烧,故A正确;B.硝酸工业中,氨的氧化使用催化剂,可以降低反应的活化能,增大反应速率,提高生产效率,故B正确;C.合成氨工业中,分离出液氨的混合气体中含有的氮气和氢气采用循环操作,有利于提高氮气和氢气的利用率,故C正确;D.合成氨反应为可逆反应,可逆反应不可能完全反应,所以调控反应条件不可能使反应物的转化率达到100%,故D错误;故选D。
【变式2】工业上生产硫酸时,利用催化氧化反应将二氧化硫转化为三氧化硫是一个关键步骤。在密闭容器中压强及温度对转化率(利用率)的影响如下表:
转化率(%)
0.1MPa
0.5MPa
1.0MPa
10MPa
400℃
99.2%
99.6%
99.7%
99.9%
500℃
93.5%
96.9%
97.8%
99.3%
600℃
73.7%
85.8%
89.5%
96.4%
(1)写出二氧化硫转化为三氧化硫的化学方程式___________。
(2)加快化学反应速率的常见方法有:A.使用催化剂 B.升温 C.增加反应物的浓度 D.加压 E.减小固体颗粒物大小。若使上述反应速率增大,可使用的方法有___________(不定项)。
(3)化学平衡只适用于可逆反应,常见改变化学平衡的方法有:A.温度 B.压强 C.溶液的浓度。若使上述化学反应正向移动,可使用的方法有___________(不定项)。
(4)实际工业生产条件的选择,要综合考虑各种因素,根据表中数据可知,生成的反应属于___________反应(填“放热”或“吸热”)。若升高温度,正反应速率___________(填“增大”或“减小”),逆反应速率___________(填“增大”或“减小”),但正反应速率___________逆反应速率(填“>”或“<”),化学平衡向___________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
(5)在上述密闭容器中,若将容器体积扩大为原来的2倍,正反应速率___________(填“增大”或“减小”),逆反应速率___________(填“增大”或“减小”),但正反应速率___________逆反应速率(填“>”或“<”),化学平衡向___________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
(6)分析上表,最适宜的条件是在___________℃,___________MPa。
(7)的催化氧化采用常压而不是高压,其主要原因是___________。
【答案】(1)2SO2+O2 2SO3
(2)ABCDE
(3)AB
(4)放热 增大 增大 < 逆反应
(5)减小 减小 < 逆反应
(6)400~500 0.1
(7)增大压强对SO2的转化率影响不大,同时增大成本
【解析】(1)二氧化硫与氧气反应生成三氧化硫,反应可逆,化学方程式为2SO2+O2 2SO3;。故答案为:2SO2+O2 2SO3;
(2)对于2SO2+O2 2SO3,加快化学反应速率的常见方法有:A.使用催化剂降低反应的活化能,显著提高反应速率,故A符合;B.升温,分子动能增加,有效碰撞频率提高,活化分子比例上升,反应速率加快,故B符合;C.增加反应物的浓度使单位体积内分子数增多,碰撞概率增大,速率加快,故C符合;D.加压缩小气体体积,浓度增大,速率加快,故D符合;E.上述反应中催化剂是固体,减小固体颗粒物大小,增大固体表面积,使反应接触面增加,速率提高,故E符合。若使上述反应速率增大,可使用的方法有ABCDE。故答案为:ABCDE;
(3)对于2SO2+O2 2SO3,是气体体积减小的放热反应:A.降低温度,反应正向进行,故A符合;B.增大压强,反应正向进行,故B符合;C.上述反应不是在溶液中进行的,故C不符。若使上述化学反应正向移动,可使用的方法有AB。故答案为:AB;
(4)实际工业生产条件的选择,要综合考虑各种因素,根据表中数据可知,相同压强下,随温度升高二氧化硫的转化率降低,说明升温平衡逆向移动,正反应放热,生成的反应属于放热反应。若升高温度,正反应速率增大,逆反应速率增大,但正反应速率<逆反应速率,化学平衡向逆反应方向移动。故答案为:放热;增大;增大;<;逆反应;
(5)在上述密闭容器中,若将容器体积扩大为原来的2倍,扩大容器体积,各组分浓度减小,正逆反应速率都减小,但正反应速率<逆反应速率,平衡向气体体积增大的逆向移动,二氧化硫的转化率降低。故答案为:减小;减小;<;逆反应;
(6)由表中数据可知,增大压强对SO2的转化率影响不大,同时增大成本,故通常采取采用常压,最适宜的条件是在400~500℃时转化率较高速率又不太低,0.1MPa。故答案为:400~500;;
(7)由表中数据可知,增大压强对SO2的转化率影响不大,同时增大成本。故答案为:增大压强对SO2的转化率影响不大,同时增大成本。
期中基础通关练(测试时间:20分钟)
1.下列说法正确的是
A.化学反应速率既有正值,又有负值
B.化学反应速率表示的是瞬时速率
C.对于同一化学反应,选用不同的物质表示化学反应速率时,其数值可能相同
D.化学反应速率仅适用于可逆反应,不适用于非可逆反应
【答案】C
【解析】A.化学反应速率是单位时间内物质浓度的变化量,无论是反应物浓度减的少还是生成物浓度的增加均取正值,不存在负值,A错误;
B.化学反应速率通常指平均速率,而非某一时刻的瞬时速率,B错误;
C.同一反应中,各物质的速率与其化学计量数成正比,若不同物质的计量数相同,则用它们表示的速率数值相同,C正确;
D.化学反应速率适用于所有反应,与是否为可逆反应无关,D错误;
故选C。
2.反应A(g)+3B(g)⇌2C(g)+2D(g),在不同情况下测得反应速率,反应最快的是
A.v(D)=0.4mol•L-1•min-1 B.v(C)=0.5mol•L-1•min-1
C.v(B)=0.15mol•L-1•s-1 D.v(A)=0.6mol•L-1•min-1
【答案】C
【分析】同一化学反应中,同一时间段内,各物质的反应速率之比等于其化学计量数之比;先把不同物质的反应速率换算成同一物质的反应速率进行比较,据此分析;
【解析】A.;
B.;
C.;
D.v(A)=0.6mol•L-1•min-1;
故选C。
3.反应在一体积可变的密闭容器中进行。改变下列条件对提高化学反应速率比较明显的是
①将容器体积缩小一半;
②增大C的用量;
③保持压强不变,充入使容器体积增大;
④温度升高;
⑤保持体积不变,向容器中再充入一定量水蒸气。
A.②④ B.①③ C.②④⑤ D.①④⑤
【答案】D
【解析】①将容器体积缩小一半,气态反应物浓度增加,反应速率加快;
②C是固体,增大C的用量,浓度不变,反应速率不变;
③氮气不参与反应,保持压强不变,充入使容器体积增大,反应物浓度降低,反应速率减慢;
④温度升高会加快反应速率;
⑤水蒸气是反应物,体积不变充入水蒸气,水蒸气浓度增加,反应速率加快;
综上所述,①④⑤符合题意;
答案选D。
4.工业制硫酸的一步重要反应是,若用标记,在固定体积的容器中进行该反应,一段时间后下列说法错误的是
A.SO2、O2和SO3共存在体系中
B.达到化学平衡状态时,SO2、O2和SO3中均存在
C.SO3的浓度不再改变,说明该反应达到化学平衡状态
D.其他条件不变,升高温度,v(正)增大,v(逆)减小
【答案】D
【解析】A.该反应为可逆反应,可逆反应中反应物和生成物始终共存,则SO2、O2和SO3共存在体系中,A正确;
B.用标记的O2参与反应后,生成的SO3会含,同时逆反应中SO3分解生成含的O2或SO2,所以达到化学平衡状态时,SO2、O2和SO3中均存在,B正确;
C.SO3的浓度不再改变,即SO3的正、逆反应速率相等,说明该反应达到化学平衡状态,C正确;
D.其他条件不变,升高温度,v(正) 和v(逆)均增大,D错误;
答案选D。
5.在一定条件下,反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)达到了平衡,改变某一条件,发生下述变化,其中可确定该平衡一定发生移动的是( )
A.v(SO2)增大
B.v(SO3)减小
C.O2的百分含量发生变化
D.SO3的质量不变
【答案】C
【解析】正、逆反应速率同等倍数的增大或减小,平衡不移动;O2的百分含量发生变化,化学平衡一定发生移动;SO3的质量不变,平衡不移动。
6.对于已建立化学平衡的可逆反应,当改变条件使化学平衡向正反应方向移动,下列有关叙述正确的是
①生成物的质量分数一定增加;②生成物的产量一定增加;③反应物的转化率一定增大;④反应物浓度一定降低;⑤正反应速率一定大于逆反应速率;⑥使用了合适的催化剂;
A.①② B.②⑤ C.③④ D.④⑥
【答案】B
【解析】①总质量不变,向正反应移动,生成物的质量分数一定增大,若生成物质量增大小于混合物总质量增大,生成物的质量分数可能降低,故①错误;②平衡向正反应移动,生成物会增加,即生成物的产量一定增加,故②正确;③降低生成物的浓度,平衡向正反应方向移动,反应物的转化率一定增大,但增大某一反应的浓度,平衡向正反应移动,其它反应物的转化率增大,自身转化率降低,故③错误;④如增大反应物的浓度,平衡向正方向移动,达到平衡时,反应物的浓度比改变条件前大,故④错误;⑤平衡向正反应移动,正反应速率一定大于逆反应速率,故⑤正确;⑥加入催化剂,正逆反应速率同等程度增大,平衡不移动,故⑥错误;综上所述②⑤正确,故选:B。
7.我国力争于2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。与重整反应体系主要涉及:。将与以物质的量之比为1:2置于恒温、恒容密闭容器中,在一定条件下发生上述反应。能说明反应达到平衡状态的是
A.每生成2molCO消耗1mol B.
C.容器内压强不变 D.
【答案】C
【解析】A.根据反应方程式,生成2mol CO的同时消耗1mol CH4是反应的固定比例关系,无论是否平衡均成立,因此不能作为平衡标志。A错误;
B.正反应中CO2的消耗速率与逆反应中H2的生成速率之比应为1:2(由化学计量数决定),而选项中两者速率相等不符合比例关系,B错误;
C.反应前后气体总物质的量从2mol变为4mol,压强随反应进行而变化。当压强不变时,说明各物质浓度不再变化,达到平衡状态,C正确;
D.初始投料为CH4:CO2=1:2,反应过程中各物质的量之比若等于1:1:2:2,则消耗1mol,也会消耗1mol,该比例在反应过程中永远不会出现,更不能作为平衡标志,D错误;
故选C。
8.在一定条件下,将3mol A和1mol B混合于固定容积为2L的密闭容器中,发生反应:。2min末该反应达到平衡,生成了0.6mol D,并测得C的浓度为。下列判断正确的是
A.2min内用A表示的反应速率为
B.
C.当时,反应达到了平衡状态
D.物质B的转化率为30%
【答案】D
【解析】A.A为固态,不能用A的浓度变化表示反应速率,A错误;
B.2min末生成C的物质的量为0.15mol/L×2L=0.3mol,而D的物质的量为0.6mol,根据化学计量数之比等于物质的量变化量之比可知,C与D的化学计量数之比为0.3:0.6=1:2,则x=1,B错误;
C.反应速率之比始终等于化学计量数之比,因此恒成立,无法判断是否达平衡,C错误;
D.2min末D的物质的量为0.6mol,说明相同时间内B的消耗量为0.6mol=0.3mol,则B的转化率为=30%,D正确;
故选D。
9.汽车尾气中CO、在一定条件下可以发生反应: ,在一定温度下,向容积固定为的密闭容器中充入一定量的CO和的物质的量随时间的变化曲线如图所示。
从反应开始到的平衡状态,的平均反应速率为___________。从起,其他条件不变,压缩容器的容积为,则的变化曲线可能为图中的___________(填abcd字母)。
【答案】 0.015mol/(Lmin) d
【解析】从反应开始到10min的平衡状态,用NO2表示的平均反应速率为;从11 min起,其他条件不变,压缩容器的体积为1L,气体压强增大,在这一瞬间NO2的物质的量不变,化学平衡正向移动,在新的条件下建立平衡,建立新平衡的过程中NO2的物质的量减小,则曲线d符合NO2的变化情况;
10.某化学兴趣小组依据反应,探究影响化学反应速率的因素并测定其化学反应速率。请回答下列问题:
Ⅰ.该小组同学设计了3组实验,探究影响化学反应速率的部分因素,具体情况如下表所示。
实验
编号
加入溶液的体积
加入溶液的
加入水的体积/mL
反应温度
1
10.0
10.0
0
2
10.0
5.0
a
3
10.0
10.0
0
(1)表中_______,通过实验1和实验3可探究_______对化学反应速率的影响。
II.该小组同学依据实验1的条件进行反应并测定其化学反应速率,所得数据如下图所示。
(2)该反应在的化学反应速率为_______。
(3)分析实验数据发现,反应过程中该反应的化学反应速率先增大后减小。
ⅰ.探究化学反应速率先增大的原因,具体情况如下表所示。
方案
假设
实验操作
1
假设1:该反应放热,使溶液温度升高,化学反应速率加快
测定反应温度:向烧杯中加入溶液和溶液,并立即向混合溶液中插入_______。
2
假设2:_______
取溶液加入烧杯中,向其中加入少量NaCl固体,再加入溶液。
①补全方案1中的实验操作_______。
②方案2中的假设2为_______。
③除假设1、假设2外,还可提出的假设是_______。
ⅱ.反应后期化学反应速率减小的原因是_______。
【答案】(1)5.0 温度
(2)
(3)温度计 反应生成的使反应速率加快 反应生成的或使反应速率加快 反应物浓度降低使反应速率减小占主导
【分析】利用“控制变量法”,设计实验探究影响反应速率的因素;根据温度、浓度、催化剂等对反应速率的影响,综合分析反应速率变化的原因。
【解析】(1)根据“控制变量法”,为控制KClO3浓度相等,需要控制溶液总体积相等,表中20-15=5.0mL,实验1和实验3的变量是温度,通过实验1和实验3可探究温度对化学反应速率的影响。
(2)该反应在内,氯离子浓度增加0.04mol/L,根据,内 的浓度减小0.12mol/L,化学反应速率=。
(3)①测定反应温度,需要向混合溶液中插入温度计;
②根据“控制变量法”,方案2中加入少量NaCl固体,变量为增大氯离子浓度,假设2为反应生成的使反应速率加快;
③根据,反应生成、,、浓度增大,除假设1、假设2外,还可提出的假设是反应生成的或使反应速率加快。
ⅱ.随反应进行,反应物浓度减小,浓度越小反应速率越小,反应后期化学反应速率减小的原因是反应物浓度降低使反应速率减小占主导。
11.近年来,甲醇()的制取与应用在全球引发了关于“甲醇经济”的广泛探讨,利用加氢制甲醇已经成为研究热点。某温度下,在5L的恒容密闭容器中通入制取甲醇,和的物质的量随时间的变化如图所示,请回答下列问题:
(1)写出该反应的化学方程式:_________,已知该反应反应物的总键能小于生成物的总键能,则该反应为__________(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)下列能说明该反应达到平衡状态的标志是__________(填标号)。
a. b.容器内气体压强不再改变
c.容器内气体密度不再改变 d.生成,同时消耗
(3)时,_____(填“>”“<”或“=”),此时和的转化率_________(填“相等”或“不相等”)。
(4)0∼8min,用表示的平均反应速率为________,达到平衡时,甲醇的体积分数为______(保留三位有效数字)。
(5)请写出一种可以增大生成甲醇的反应速率的措施:__________。
【答案】(1) 放热
(2)bd
(3)> 不相等
(4)0.0375或 14.3%
(5)适当升高温度或加入高效催化剂(或其他合理答案)
【解析】(1)由图可知,,根据物质的量的变化量之比等于化学计量数之比,可知容器内发生反应的化学方程式为;反应物的键能和-生成物的键能和<0,该反应为放热反应;
(2)a.不能说明正、逆反应速率相等,反应不一定平衡,a错误;
b.容器为恒容容器,且该反应前后气体分子数不等,则压强是变量,则容器内气体压强不再改变可以证明反应达到平衡,b正确;
c.容器为恒容容器,且所有的反应物和产物都是气体,则气体总质量不变,密度不是变量,容器内气体密度不再改变不能证明反应达到平衡,c错误;
d.生成,同时消耗说明正、逆反应速率相等,则反应达到平衡,d正确;
故选bd;
(3)由图可知,时反应物和产物的物质的量依然在改变,在正向进行,则v正>v逆,由于投料比例(1:2)与化学计量数比例(1:3)不同,H2的消耗量会更多,则氢气的转化率会大一些,故答案为不相等;
(4)由图可知,0∼8min时。根据图中数据可知,平衡时,,,甲醇的体积分数等于物质的量分数;
(5)从反应速率的角度分析可以增大生成甲醇的反应速率的措施有:适当升高温度或加入高效催化剂(或其他合理答案)。
12.(2025·高一下·上海市新中高级中学·期中)在2L密闭容器内发生反应,500℃时,测得n(SO2)随时间的变化如下表:
时间/s
0
1
2
3
4
5
n(SO2)/mol
0.020
0.010
0.008
0.007
0.007
0.007
(1)下图中表示SO3的变化的曲线是_______(填字母)。
(2)用O2表示从0~2s内该反应的平均速率v(O2)=_______。
(3)能使该反应的反应速率增大的是_______。
A.分离出SO3 B.适当升高温度
C.恒容下充入Ne使压强增大 D.选择更高效的催化剂
(4)下列能说明该反应已达化学平衡状态的是_______。
A.单位时间内生成2molSO3的同时消耗1molO2
B.v(SO2)=v(SO3)
C.容器中平均相对分子质量保持不变
D.容器中O2的体积分数保持不变
E.容器中气体的总压强保持不变
F.容器中气体的密度保持不变
【答案】(1)b
(2)
(3)BD
(4)CDE
【解析】(1)根据反应,是产物,随着反应进行,其物质的量逐渐增加。从表中数据可知,的物质的量从0.020mol逐渐减少到0.007mol,转化的的物质的量为0.020−0.007=0.013mol,则生成的物质的量也为0.013mol。由于容器体积为2L,所以的浓度变化范围是从0到。结合图像中各曲线的变化趋势和数值范围,可判断表示变化的曲线是b。
(2)由表格数据可知0~2s内转化的物质的量,则转化的,用O2表示从0~2s内该反应的平均速率。
(3)A.分离出,会使生成物浓度减小,根据勒夏特列原理,平衡向正反应方向移动,但反应速率减小,A错误;
B.适当升高温度,会使反应物分子的能量增加,活化分子百分数增大,有效碰撞几率增加,反应速率增大,B正确;
C.恒容下充入Ne使压强增大,但反应物和生成物的浓度都不变,所以反应速率不变,C错误;
D.选择更高效的催化剂,能降低反应的活化能,使更多的反应物分子成为活化分子,有效碰撞几率增大,反应速率增大,D正确;
故答案为BD。
(4)A.单位时间内生成2molSO3的同时消耗1molO2,描述的都是正反应方向的速率,不能说明正逆反应速率相等,不能判断反应达到平衡状态,A错误;
B.v(SO2)=v(SO3),没有说明是正反应速率还是逆反应速率,无法判断正逆反应速率是否相等,不能判断反应达到平衡状态,B错误;
C.反应前后气体的总物质的量发生变化,根据,气体质量不变,物质的量变化,所以平均相对分子质量会发生变化,当容器中平均相对分子质量保持不变时,说明反应达到平衡状态,C正确;
D.容器中O2的体积分数保持不变,说明各物质的浓度不再发生变化,反应达到平衡状态,D正确;
E.反应前后气体的总物质的量发生变化,在恒温恒容条件下,根据PV=nRT,压强与物质的量成正比,所以容器中气体的总压强保持不变时,说明反应达到平衡状态,E正确;
F.根据,气体质量不变,容器体积不变,所以密度始终保持不变,所以不能根据密度不变判断反应达到平衡状态,F错误;
故答案选CDE。
期中重难突破练(测试时间:20分钟)
1.某化学小组利用反应设计了如下实验探究化学反应速率的影响因素。下列说法正确的是
实验序号
反应温度/℃
溶液
酸性溶液
的体积/mL
完全褪色时间/min
①
25
10.0
0.20
5.0
0.03
0
3.5
②
25
5.0
0.20
5.0
0.03
4
③
50
10.0
0.20
5.0
0.03
0
A.实验①②用于探究反应物浓度对化学反应速率的影响,
B.实验②③可用于探究温度对化学反应速率的影响,
C.实验②中内的平均反应速率为
D.若实验①中使用的酸性溶液浓度为,则完全褪色时间小于
【答案】C
【解析】A.实验①②中,实验②的H2C2O4体积减少,需通过加水(x=5mL)保持总体积相同,才能单独比较浓度影响。若x=0,则总体积不同,KMnO4浓度也变化,无法单一变量探究浓度影响,故A错误;
B.实验②和③的H2C2O4体积不同(5mLvs10mL),温度不同,存在两个变量,无法单独探究温度影响,故B错误;
C.实验②中,总溶液体积为15mL(x=5mL),KMnO4初始浓度为0.01mol/L,完全反应后Δc=0.01mol/L,时间4分钟,速率v=0.01/4=2.5×10-3mol/(L·min),故C正确;
D.实验①中KMnO4浓度加倍至0.06mol/L,混合后浓度0.02mol/L(原为0.01mol/L),由于草酸的浓度不变,高锰酸钾有颜色,浓度越大,褪色时间反而会变长,若是保持高锰酸钾浓度不变,提升草酸浓度,褪色时间会小于3.5min,故D错误;
故选C。
2.在一定条件下,将和充入容积为4L的恒温密闭容器中,发生如下反应:。2min末该反应达到平衡,测得生成D,。下列判断正确的是
A.通过计算可得出
B.0~2min内,A的平均反应速率为
C.开始时与平衡时容器内的压强之比为10:9
D.平衡时A与B的转化率相等,均为30%
【答案】C
【分析】2min末该反应达到平衡,测得生成1.6molD,,c(C)=0.2mol⋅L−1,C、D的物质的量浓度变化量之比等于化学计量数之比,则x=1,n(C)=0.8mol,根据三段式得到:,A的转化率为:,B的转化率为:,据此分析回答。
【解析】A.2min末该反应达到平衡,测得生成1.6molD,,c(C)=0.2mol⋅L−1,C、D的物质的量浓度变化量之比等于化学计量数之比,则x=1,故A错误;
B.A的浓度变化为,反应速率为:,故B错误;
C.初始总物质的量8mol,平衡时总物质的量7.2mol,压强比为8:7.2=10:9,故C正确;
D.由分析可知,A和B的转化率均为40%,故D错误;
故选C。
3.在一定温度下,在体积为2L的恒容密闭容器中,某一反应中X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示,下列表述中正确的是
A.反应的化学方程式为
B.tmin内X的平均反应速率
C.tmin内Y的反应速率比Z快
D.温度、体积不变,t时充入1molHe增大压强,反应速率增大
【答案】B
【分析】由图象可以看出,反应中X物质的量减小,Y、Z的物质的量增多,则X为反应物,Y、Z为生成物,且,则该反应的化学方程式为,据此分析解答。
【解析】A.根据分析,该反应的化学方程式为,A错误;
B.在2L的恒容密闭容器中,内X的消耗了,则内X的平均反应速率为:,B正确;
C.根据在相同条件下,反应速率之比=方程式计量数之比,则在内Y的反应速率与Z一样快,C错误;
D.温度、体积不变,t时刻充入1mol 不参加反应的He气,但原各物质的浓度不变,所以正、逆反应速率不变,D错误;
故答案为:B。
4.一定温度下,2L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随反应时间的变化曲线如图所示,10s时达到平衡。下列说法不正确的是
A.反应的化学方程式为:
B.时,Z和X浓度相等,正反应速率大于逆反应速率
C.当X的物质的量不再随时间而变化,此时正、逆反应速率相等,但不为零
D.从反应开始到10s内,用Z的浓度变化表示的平均反应速率为
【答案】D
【解析】A.由图可知,X、Y为反应物,不能完全转化,该反应为可逆反应,Z为生成物,X、Y、Z的系数比为(1.2-0.41)mol:(1-0.21)mol:1.58mol=1:1:2,化学方程式为:X(g)+Y(g)⇌2Z(g),A正确;
B.由图可知,反应正向建立平衡,t1时,Z和X浓度相等,反应未达平衡状态,故(正)>(逆),B正确;
C.由图可知,当X的物质的量不再随时间而变化,此时正、逆反应速率相等,但不为零,C正确;
D.由题干图像信息可知,反应开始到10s,用Z表示的反应速率为=0.079mol/(L•s),D错误;
故答案为:D。
5.某兴趣小组在实验室利用压强传感器探究催化分解的影响因素。
I.实验准备
(1)配制溶液溶液:
①需称量(相对分子质量270.5)的质量为_____(结果保留1位小数)。
②该过程中需要用到的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒外,还有_____(填序号)。
Ⅱ.实验探究
(2)设计以下实验:
实验编号
10mL双氧水
溶液体积(mL)
蒸馏水体积(mL)
60秒时气压(kPa)
1
15%
1
0
a
2
10%
1
0
b
3
5%
1
0
126
4
5%
0.5
0.5
114
①依据时容器气压关系_____(用、及相关数据表示),得到结论:双氧水浓度越大,反应速率越快。
②依据实验_____和_____(填实验编号),得出结论:催化剂浓度越大,催化的能力越强。
(3)探究酸性对催化分解的反应速率的影响
将溶液调节为不同,再分别滴入溶液,采集数据如下图:
得出结论:其他条件不变,溶液酸性越强,_____。
(4)小组同学进一步探究催化剂对分解速率的影响
①初步实验:分别取溶液于3只容积相同的锥形瓶中,调节溶液的为5,然后用注射器分别加入溶液、溶液和溶液,采集数据,并重复进行平行实验3次,取最佳的实验数据曲线如下图:
②分析讨论:甲同学根据实验结果得出如下推论:
推论1:对分解有促进作用;
推论2:同浓度下,对分解的促进作用比强。
乙同学认为推论2证据不足,原因是_____。
③优化方案:乙同学设计如下方案,进行实验。(可选的试剂有:蒸馏水、溶液、溶液、溶液、溶液和溶液)
实验序号
试剂1
试剂2
试剂3
i.
5
溶液
溶液
ii.
5
溶液
溶液
实验i中加入试剂3为_____;实验ii中加入试剂3为_____。
④实验结论依据实验i中溶液分解速率大于实验ii,可知推论2正确。
【答案】(1)13.5 BD
(2)a>b>126 3 4
(3)反应速率越慢
(4)由溶液和溶液实验图像可知,对分解有促进作用,而溶液中氯离子浓度大于溶液中氯离子浓度,则变量氯离子浓度不同,干扰了对铁离子催化作用的探究 蒸馏水 溶液
【分析】配制一定物质的量浓度的溶液,所需的步骤有计算、称量、溶解(冷却)、转移、洗涤、定容、摇匀、装瓶贴签;
通过对比实验研究某一因素对实验的影响,应该要注意控制研究的变量以外,其它量要相同,以此进行对比;
【解析】(1)①需称量(相对分子质量270.5)的质量为(结果保留1位小数)。
②该过程中需要用到的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒外,还有50mL容量瓶、胶头滴管;故选BD;
(2)①实验1、2、3变量为过氧化氢浓度,依据时容器气压关系a>b>126,得到结论:双氧水浓度越大,反应速率越快,相同时间生成气体越多。
②依据实验3、4变量为催化剂浓度,由数据,得出结论:催化剂浓度越大,催化的能力越强。
(3)由图,其他条件不变,溶液酸性越强,相同时间压强变化越小,说明生成气体越小,反应速率越慢;
(4)②由溶液和溶液实验图像可知,对分解有促进作用,而溶液中氯离子浓度大于溶液中氯离子浓度,则变量氯离子浓度不同,干扰了对铁离子催化作用的探究;
③优化方案,则需保证溶液中氯离子、铁离子、铜离子浓度相等,则实验i中加入试剂3为蒸馏水;实验ii中加入试剂3为溶液。
6.(2025·高二下·上海市闵行区·期中)在一定条件下,将一定量的混合气体在密闭容器中充分反应,在反应相同时间内测得的体积分数随温度变化如图所示。
(1)温度高于时,的体积分数迅速降低的条件可能是__________。
A.升高温度平衡正向移动 B.升高温度平衡逆向移动
(2)时,密闭容器中达到平衡状态的标志是__________。
A.和的物质的量之比恒为 B.密闭容器中气体质量不再变化
C.的物质的量不随时间而变化 D.的消耗速率与的生成速率相等
(3)如上图所示,温度为时,反应时间为,此时测得容器内气体总物质的量为,则的生成速率是__________。
(4)测定空气中含量的实验如下:取标准状况下,空气(含),通过足量碘水发生反应:,在所得溶液中加入稍过量的溶液,产生白色沉淀,过滤后将沉淀洗涤、干燥,称得其质量为。计算空气样品中的体积分数_______。(写出计算过程)
【答案】(1)B
(2)C
(3)
(4)
【解析】(1)温度高于时,为生成物,体积分数迅速降低可能是升高温度平衡逆向移动,答案选B;
(2)A.和的起始物质的量未说明,所以比值无法判断是否平衡,错误;B.密闭容器中气体质量一直不变化,所以无法判断是否平衡,错误;C.随着平衡的移动的物质的量是个变化值,所以不随时间而变化说明达到平衡;D.的消耗速率代表正反应,的生成速率也代表正反应,所以相等无法判断是否平衡,错误;答案选C;
(3)温度为时,反应时间为,的体积分数为90%,此时测得容器内气体总物质的量为,则物质的量为,则的生成速率是;
(4)溶液中加入稍过量的溶液,产生白色沉淀,过滤后将沉淀洗涤、干燥,称得其质量为,得硫酸钡物质的量为,根据原子守恒,得二氧化硫的物质的量为0.001mol,标准状况下,体积为0.001mol×22.4L/mol=2.24×10-2L,样品中的体积分数为。
(2025·高二下·上海市光明中学·期中)习总书记指出,我国争取2060年前实现碳中和。复合催化是工业合成甲醇的重要反应,其原理为:。在2L密闭容器中,充入和,在催化剂、的条件下发生反应。部分反应物和产物随时间变化如图所示:
7.反应开始至2min末,以的浓度变化表示该反应的平均速率是___________,2min末时___________(填“<”“>”或“=”)。
8.下列情况不能说明该反应达到化学平衡状态的是___________。
A.单位时间内消耗,同时消耗
B.密闭容器中二氧化碳与氢气的浓度比不发生变化时
C.密闭容器内气体压强不发生变化时
D.容器内平均相对分子质量保持不变
9.在现实工业复合催化转化甲醇的过程中,需考虑如何确定反应条件,既“快”又“多”地转化二氧化碳,生成甲醇。
①在不改变上述反应条件(催化剂、温度、容积)前提下,要增大反应速率,还可以采取的措施是___________(任写一种)。
②该合成甲醇的反应为放热反应,则有利于提高氢气平衡转化率的条件是___________。
A.高温高压 B.低温高压 C.高温低压 D.低温低压
【答案】7. > 8.B 9.增加反应物的浓度 B
【解析】7.反应开始至2min末,生成5mol甲醇,根据方程式可知,反应消耗15mol氢气,以的浓度变化表示该反应的平均速率是 ;2min 后甲醇的物质的量继续增多,可知2min末时反应正向进行,则>。
8.A.单位时间内消耗,同时消耗,说明正逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故不选A;
B.二氧化碳和氢气的投料比等于其化学计量数之比,二氧化碳与氢气的浓度比为定值,二氧化碳与氢气的浓度比不发生变化时,反应不一定平衡,故选B;
C.反应前后气体的化学计量数之和不同,反应前后气体物质的量不同,压强是变量,密闭容器内气体压强不发生变化时,反应一定达到平衡状态,故不选C;
D.反应前后气体总质量不变,气体物质的量不同,气体平均相对分子质量是变量,容器内平均相对分子质量保持不变,反应一定达到平衡状态,故不选D;
选B.
9.①根据影响反应速率的因素,在不改变上述反应条件(催化剂、温度、容积)前提下,要增大反应速率,还可以采取的措施是增加反应物的浓度;
②该合成甲醇的反应为放热反应,降低温度,平衡正向移动,氢气平衡转化率增大;正反应化学计量数和减小,增大压强,平衡正向移动,氢气平衡转化率增大;则有利于提高氢气平衡转化率的条件是低温高压,选B。
10.化学反应速率和限度与生产、生活密切相关。
(1)某学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化,在稀盐酸中加入足量的锌粉,用排水集气法收集反应放出的氢气,实验记录如下(累计值):
时间/min
1
2
3
4
5
氢气体积/mL(标准状况)
100
240
464
576
620
反应速率最大的时间段是___________min(填“0~1”、“1~2”、“2~3”、“3~4”或“4-5”)主要原因可能是___________。
(2)某温度下在密闭容器中,、、三种气态物质的物质的量随时间变化曲线如图。
①该反应的化学方程式是___________。
②从开始至平衡时的反应速率___________。
③该反应达到平衡状态的标志是___________(填字母)。
A.的体积分数在混合气体中保持不变
B.、的反应速率比为
C.容器内气体的压强保持不变
D.容器内气体的总质量保持不变
E.生成1molY的同时消耗2molZ
④内的转化率为___________。
⑤第时,正、逆反应速率的大小关系为___________(填“>”、“<”或“=”)。
【答案】(1)2~3 该反应是放热反应,此时温度高且盐酸浓度较大,所以反应速率较快
(2)3X+Y2Z 0.02 AC 10% >
【解析】(1)2~3 min氢气体积增加最多,反应速率最大的时间段是2~3 min;原因是该反应是放热反应,此时温度高且盐酸浓度较大,所以反应速率较快;
(2)①根据图示,达到平衡时、、三种气态物质的物质的量变化量分别为0.6mol、0.2mol、0.4mol,三者化学计量数之比为3:1:2,该反应的化学方程式是3X+Y2Z;
②从开始至平衡时的反应速率=0.02;
③A.的体积分数在混合气体中保持不变,能说明反应达到平衡状态,A正确;
B.、的反应速率比为等于化学计量数,不能说明反应达到平衡状态,B错误;
C.该反应为非等体积反应,恒容容器内气体的压强保持不变,代表气体总的物质的量不变,能说明反应达到平衡状态,C正确;
D.根据质量守恒,容器内气体的总质量是定值,不能说明反应达到平衡状态,D错误;
E.生成1molY的同时消耗2molZ均代表逆反应速率,不能说明反应达到平衡状态,E错误;
故选AC;
④时Y剩余0.9mol,转化0.1mol,内的转化率为;
⑤第时,反应未达平衡,Z的物质的量还在增加,X、Y的物质的量还在减少,反应仍在正向进行,正、逆反应速率的大小关系为>。
/
学科网(北京)股份有限公司
$