内容正文:
第2章 化学反应速率与化学平衡
复习要点
1.理解化学反应速率的概念及定量表示方法(v=Δc/Δt,单位:mol·L-1·s-1或mol·L-1·min-1)。
2.能通过实验测定速率,并分析浓度、温度、压强、催化剂等因素对速率的影响规律。
3.认识化学平衡的建立过程,掌握平衡常数(K)的含义及计算。
4.运用勒夏特列原理分析浓度、温度、压强等条件对平衡移动的影响。
5.初步了解焓变(ΔH)和熵变(ΔS)对反应自发性的判断(ΔG=ΔH-TΔS)。
6.结合工业生产案例(如合成氨),理解速率与平衡的综合调控。
7.了解常见的几种平衡图像,能根据图像进行分析。
复习重难点
重点:化学反应速率的计算及影响因素(浓度、温度、催化剂等);化学平衡状态的判断及平衡移动规律。
难点:平衡常数(K)的计算与应用,尤其是多平衡体系的分析;反应速率与平衡的矛盾统一(如工业中高温提速但可能不利于平衡产率)。
要点 化学反应速率概念的理解
1.无论是用某一反应物表示还是用某一生成物表示,由于Δc是取浓度变化的绝对值,因此,其化学反应速率都取正值,且是某一段时间内的平均速率。
2.化学反应速率可用反应体系中一种反应物或生成物浓度的变化来表示,一般是以最容易测定的一种物质表示,书写时应标明是什么物质的反应速率。
3.在一定温度下,固体和纯液体物质,其单位体积里的物质的量保持不变,即物质的量浓度为常数,因此它们的化学反应速率也被视为常数。由此可知,现在采用的表示化学反应速率的方法还有一定的局限性。
4.在同一反应中,用不同的物质表示同一时间的反应速率时,其数值可能不同,但这些数值所表达的意义是相同的即都是表示同一反应的速率。各物质表示的反应速率的数值有相互关系,彼此可以根据化学方程式中的各化学计量数进行换算。
5.一般来说在反应过程中都不是等速进行的,因此某一时间内的反应速率实际上是这一段时间内的平均速率。
要点速测特别提醒
(1)化学反应速率一般指反应的平均速率而不是瞬时速率,且无论用反应物表示还是用生成物表示均取正值。
(2)同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,其数值可能不同,但表示的意义相同。
(3)不能用固体或纯液体来表示化学反应速率。
1.下列关于化学反应速率的说法,正确的是( )
A.化学反应速率是衡量化学反应进行程度的物理量
B.化学反应速率为1.8mol·L-1·min-1,是指1min时,物质的量浓度为1.8mol·L-1
C.各物质表示的速率的数值之比等于方程式中各物质的计量数之比
D.某可逆反应速率越快,该反应平衡时反应物转化率越大
【答案】C
【解析】A、化学反应有的快,有的慢,则使用化学反应速率来定量表示化学反应进行的快慢,选项A正确;
B、化学反应速率为1.8mol·L-1·min-1,不是是指1min时物质的量浓度为1.8mol·L-1,而是指1min内该物质的浓度变化量为1.8mol·L-1,选项B错误;C、化学反应中,各物质表示的速率的数值之比等于方程式中各物质的计量数之比,选项C正确;D、转化率等于某反应中、达到平衡后的某反应物的物质的量与达到平衡前该反应物的物质的量的比值,但转化率大小与反应速率无关,选项D错误。答案选C。
2.下列说法正确的是
A.化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物的质量变化来表示
B.用不同物质的浓度变化表示同一时间内同一反应的速率时,其数值之比等于反应方程式中对应物质的化学计量数之比
C.由v=计算所得化学反应速率为某时刻的瞬时速率
D.在反应过程中,反应物的浓度逐渐变小,所以用反应物表示的化学反应速率为负值
【答案】B
【解析】A.化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物的浓度变化来表示,A错误;B.用不同物质的浓度变化表示同一时间内、同一反应的速率时,其数值之比等于反应方程式中对应物质的化学计量数之比,B正确;C.化学反应速率表示化学反应在某一时间段内的平均速率,而不是瞬时速率,C错误;D.在计算化学反应速率时,取浓度变化的绝对值,故化学反应速率恒为正值,D错误;故答案为:B。
要点 控制变量法探究外界条件对化学反应速率影响
1.影响化学反应速率的外因
(1)浓度
①浓度增大,单位体积内活化分子数增多(活化分子百分数不变),有效碰撞的几率增加,化学反应速率增大。
②浓度改变,可使气体间或溶液中的化学反应速率发生改变。固体或纯液体的浓度可视为常数,它们的物质的量的变化不会引起反应速率的变化,但固体颗粒的大小会导致接触面积的变化,故可影响化学反应速率。
(2)压强
改变压强,对化学反应速率产生影响的根本原因是引起浓度的改变。对于有气体参加的反应体系,有以下几种情况:
①恒温时:增大压强体积缩小浓度增大反应速率增大。
②恒容时
a.充入气体反应物反应物浓度增大总压强增大反应速率增大。
b.充入“稀有气体”总压强增大,但各物质的浓度不变,反应速率不变。
③恒压时:充入“稀有气体”体积增大各物质浓度减小反应速率减小。
(3)温度
①温度升高,活化分子百分数提高,分子间的碰撞频率提高,化学反应速率增大。
②温度升高,吸热反应和放热反应的速率都增大。实验测得,温度每升高10 ℃,化学反应速率通常增大为原来的2~4倍。
(4)催化剂
①催化剂能改变反应路径、降低活化能、增大活化分子百分数、加快反应速率,但不影响反应的ΔH。
②催化剂只有在适宜的温度下活性最大,反应速率才达到最大。
③对于可逆反应,催化剂能够同等程度地改变正、逆反应速率,对化学平衡状态无影响,生产过程中使用催化剂主要是为了提高生产效率。
2.应用碰撞理论解释影响化学反应速率的影响因素
解释说明:①影响化学反应速率的内因——反应物的组成、结构和性质,决定了反应的活化能的大小;
②使用催化剂可降低反应的活化能,增大了活化分子百分数,进而单位体积内活化分子数增大,从而增大反应速率;
③升高反应体系的温度,吸收能量,可增大活化分子百分数,进而单位体积内活化分子数增大,从而增大反应速率;
④增大反应物的浓度,单位体积内分子总数增大,活化分子百分数不变,单位体积内活化分子数增大,从而增大反应速率;
⑤增大气体压强,减小反应体系的体积,单位体积内分子总数增大,活化分子百分数不变,单位体积内活化分子数增大,从而增大反应速率;
⑥增大固体的表面积,增大单体时间和单体体积内的有效碰撞次数,从而增大反应速率。
3.“变量控制”思想探究化学反应速率的影响因素
(1)确定变量:解答这类题目时首先要认真审题,理清影响实验探究结果的因素有哪些。
(2)定多变一:在探究时,应该先确定其他因素不变,只改变一种因素,看这种因素与所探究问题存在怎样的关系;这样确定一种以后,再确定另一种,通过分析每种因素与所探究问题之间的关系,得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。
(3)数据有效:解答时注意选择数据(或设置实验)要有效,且变量统一,否则无法做出正确判断。
易错提醒
警惕外界因素对化学反应速率影响的5大误区
(1)误认为随着化学反应的进行,化学反应速率一定逐渐减小。其实不一定,因为反应速率不仅受浓度影响,而且受温度影响,一般会先增大后减小。
(2)误用某物质的物质的量代替物质的量浓度计算化学反应速率。速率大小比较时易忽视各物质的反应速率的单位是否一致,单位书写是否正确。
(3)误认为纯固体和纯液体不会改变化学反应速率。实际上不能用纯固体和纯液体物质的变化表示化学反应速率,但若将固体的颗粒变小(增大固体的接触面积)则化学反应速率会加快。
(4)误认为只要增大压强,化学反应速率一定增大。实际上反应在密闭固定容积的容器中进行,若充入氦气(或不参与反应的气体),压强增大,但参与反应的各物质的浓度不变,反应速率不变;若反应在密闭容积可变的容器中进行,充入氦气(或不参与反应的气体)而保持压强不变,容器体积增大,各组分浓度减小,反应速率减小。
(5)误认为温度、压强等条件的改变对正、逆反应速率影响不一致。如认为升温既然使化学平衡向吸热方向移动,则对于放热反应,升温时,逆反应速率增大,而正反应速率减小。其实不然,温度升高,正、逆反应速率都增大,只是吸热反应方向速率增大程度大;同理,降温会使吸热反应方向速率减小程度大,而导致化学平衡向放热方向移动。
要点速测
1.探究 2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+l0CO2↑+8H2O 反应速率的影响因素,有关实验数据如下表所示:
编号
温度℃
催化剂(g)
酸性KMnO4溶液
H2C2O4溶液
KMnO4溶液褪色平均时间(min)
体积(mL)
浓度(mol/L)
体积(mL)
浓度(mol/L)
1
25
0.5
4
0.1
8
0.2
12.7
2
80
0.5
4
0.1
8
0.2
a
3
25
0.5
4
0.01
8
0.2
6.7
4
25
0
4
0.01
8
0.2
b
下列说法不正确的是
A.a<12.7,b>6.7
B.可通过比较收集相同体积CO2所消耗的时间来判断反应速率快慢
C.用H2C2O4表示该反应速率,v(实验1)约为6.6×l0-3 mol·L-1·min-1
D.用KMnO4表示该反应速率,v(实验3)>v(实验1)
【答案】D
【解析】A.温度越高,反应速率越快,催化剂可以加快反应速率,所以a<12.7,b>6.7,A正确;B.判断反应速率的快慢,可以通过单位时间内生成的产物的量的多少来判断,所以可通过比较收集相同体积CO2所消耗的时间来判断反应速率快慢,B正确;C.根据和之间的变化关系:,即消耗的物质的量为:,,C正确;D.实验1和3比较,只有高锰酸钾的浓度不同,且实验1中浓度较大,所以速率v(实验3)<v(实验1),D错误;故选D。
2.实验小组探究双氧水与KI的反应,实验方案如下表。
序号
①
②
③
实验装置及操作
实验现象
溶液无明显变化
溶液立即变为黄色,产生大量无色气体;溶液温度升高;最终溶液仍为黄色
溶液立即变为棕黄色,产生少量无色气体;溶液颜色逐渐加深,温度无明显变化;最终有紫黑色沉淀析出
下列说法不正确的是
A.KI对H2O2的分解有催化作用
B.①为了排除稀硫酸对实验的干扰
C.对比②和③,②中的现象可能是因为H2O2分解的速率大于H2O2氧化KI的速率
D.实验②③中的温度差异说明,H2O2氧化KI的反应放热
【答案】D
【解析】A.由实验①②的实验现象可知,实验①无明显现象,实验②溶液立即变为黄色,产生大量无色气体说明碘化钾是过氧化氢溶液发生分解反应的催化剂,对过氧化氢的分解有催化作用,故A正确;B.③中向H2O2溶液中加入稀硫酸和KI固体,为了排除稀硫酸会催化H2O2分解,需要设置试验①,故B正确;C.对比②和③,由实验③的现象溶液立即交为棕黄色,产生少量无色气体;溶液颜色逐渐加深,温度无明显变化;最终有紫黑色沉淀析出溶液无明显变化,可知酸性条件下H2O2氧化KI的速率更大,C正确;D.实验②中主要发生H2O2分解,温度明显升高,而实验③中主要发生H2O2氧化KI的反应,温度无明显变化,说明H2O2催化分解是一个放热反应,不能说明H2O2氧化KI的反应放热,D错误;故选D。
要点 化学反应速率的计算
1.化学反应速率计算的4个方法
1)定义式法:
(1)常规公式:v==
①常用单位:mol·L-1·s-1或mol·L-1·min-1或mol·L-1·h-1
②适用范围:表示气体物质或溶液中可溶性物质的速率,不表示固体或纯液体物质的速率
(2)非常规公式:v=(X代表n、P、m、V等量)
①常用单位:mol·min-1、Pa·min-1、g·min-1、L·min-1
②适用范围:任何物质的反应速率
2)比例关系式法:化学反应速率之比=物质的量浓度变化之比=物质的量变化之比=化学计量数之比。对于反应mA(g)+nB(g)===pC(g)+qD(g)来说,v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q。
(3)三段式法:列起始量、转化量、最终量,再根据定义式或比例关系计算。
(4)从图像中获取计算的数据及依据图像求反应速率的步骤
①从图像中获取计算的数据
纵坐标可以是物质的量,也可以是物质的量浓度,横坐标是时间。
例如:某温度时,在定容(VL)容器中,X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。根据图像可进行如下计算:
A.求某物质的平均速率、转化率,如:v(X)= mol/(L·s),Y的转化率=×100%。
B. 确定化学方程式中的化学计量数之比,如:X、Y、Z三种物质的化学计量数之比为(n1-n3)∶(n2-n3)∶n2。
②依据图像求反应速率的步骤
第一步:找出横、纵坐标对应的物质的量;
第二步:将图中的变化量转化成相应的浓度变化量;
第三步:根据公式v=进行计算。
2.化学反应速率计算的万能方法——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。
如对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),起始时A的浓度为a mol·L-1,B的浓度为b mol·L-1,反应进行至t1s时,A消耗了x mol·L-1,则化学反应速率可计算如下:
mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)
起始/(mol·L-1) a b 0 0
转化/(mol·L-1) x
t1/(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,v(D)= mol·L-1·s-1。
(3)利用关系式计算
①应用前提:同一化学反应
②常用关系:速率比=化学计量数比=物质的量浓度变化比=物质的量变化比
(4)计算中注意以下量的关系:
①对反应物:c(起始)-c(转化)=c(某时刻)
②对生成物:c(起始)+c(转化)=c(某时刻)
③转化率=×100%
易错提醒
①计算时要用浓度变化量,不是物质的量变化量,注意除以容器体积;
②比较速率大小时,不能直接比较数值,要换算成同一物质或除以化学计量数;
③三段式中,变化量之比一定等于化学计量数之比,起始量和末态量不一定;
④固体和纯液体不能用来计算速率,其浓度视为常数。
要点速测
1.反应在容积为2L的密闭容器中进行,1mim后,减少了0.12mol,则平均每秒浓度的变化表示正确的是
A.: B.:
C.: D.:
【答案】D
【解析】氨气1min内平均每秒浓度的变化是=0.001mol/L,A.NO的浓度变化等于氨气的浓度的变化,即为0.001mol/L,选项A错误;B.H2O的浓度变化等于mol/L=0.0015mol/L,选项B错误;C.氨气的浓度变化为0.001mol/L,选项C错误;D.氧气的浓度变化为mol/L=0.00125mol/L,选项D正确;答案选D。
2.一定温度下,在5 L的恒容密闭容器中,反应进行半分钟后,测得NO的物质的量增加了0.3 mol。在此段时间内,用NH3表示的化学反应速率为
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】若反应进行半分钟后NO的物质的量增加了0.3 mol,则用NO浓度变化表示的反应速率为v(NO)=,根据反应方程式中物质反应转化关系可知:在此段时间内,用NH3表示的化学反应速率为v(NH3)=v(NO)=0.002 mol/(L∙s),故合理选项是A。
要点 化学反应速率的大小比较
1.比较原则:比较化学反应速率的大小,不能直接看数值大小,因为:
①同一反应用不同物质表示的速率数值可能不同;
②单位可能不同;
③必须在相同条件下比较才有意义。
2.常用比较方法
1)定性比较
通过明显的实验现象(如气泡产生快慢、沉淀生成快慢等)来定性比较化学反应速率的大小。
2)定量比较
同一化学反应中,不同物质来表示化学反应速率时,数值可能不同,需要进行转化。常用以下两种方法:
(1)归一法
①“一看”:看化学反应速率的单位是否一致,若不一致,需转化为同一单位。
②“二化”:将不同物质的化学反应速率转化成同一物质的化学反应速率。
③“三比较”:标准统一后比较数值大小,数值越大,反应速率越大。
(2)比值法:通过化学反应速率与其对应的化学计量数的比值进行比较,比值大的化学反应速率大。
如对于反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),若>,则A表示的化学反应速率较大。
3)由图像比较反应速率大小的方法:
(1)c-t 图像:斜率越大,速率越快(斜率的绝对值表示速率大小)。
(1)v-t 图像:纵坐标数值越大,速率越快。
(3)根据图像看反应达到平衡所需的时间,时间越短,对应的反应的温度、浓度或压强就越大,则对应的反应速率越大。
易错提醒
①直接比较不同物质表示的速率数值大小,忽略化学计量数的差异;
②比较时忽略单位差异,如mol/(L・s) 和 mol/(L・min) 直接比较;
③不同温度、不同催化剂下的反应速率不能直接比较;
④比值法是速率除以化学计量数,不是化学计量数除以速率。
要点速测
1.已知反应4CO(g)+2NO2(g)4CO2(g)+N2(g)在不同条件下的反应速率如下,其中表示反应速率最快的是
A.v(N₂)=2.8mol/(L·min) B.v(NO2)=0.09mol/(L∙s)
C.v(CO)=0.2mol/(L∙s) D.v(CO₂)=4.0mol/(L·min)
【答案】C
【解析】速率之比等于化学计量数之比,为便于比较反应速率的快慢,我们把各物质表示的反应速率都转化为CO表示的反应速率,且将单位统一。
A.v(N₂)=2.8mol/(L·min),则v(CO)=11.2mol/(L∙min);B.v(NO2)=0.09mol/(L∙s),则v(CO)=10.8mol/(L∙min);C.v(CO)=0.2mol/(L∙s),则v(CO)=12mol/(L∙min);D.v(CO₂)=4.0mol/(L·min),则v(CO)=4.0mol/(L∙min);从转化结果可以看出,v(CO)=12mol/(L∙min)时,反应速率最快,故选C。
2.反应在四种不同情况下的反应速率分别为①;②;③;④,该反应进行的快慢顺序为
A.④>③=②>① B.①>②=③>④ C.①>②>③>④ D.④>③>②>①
【答案】A
【解析】由反应速率之比等于化学计量数之比可知,四种条件下A物质的反应速率分别为①、②、③、④,则反应进行的快慢顺序为④>③=②>①,故选A。
要点 化学平衡状态判断的“两类标志”及“一角度”
1.两类标志
判断化学反应是否达到化学平衡状态,关键是看给定条件下能否推出“变量”达到“不变”。常用到的判断标志有:
(1)绝对标志
(2)相对标志
①有气体参加的反应,气体的总压强、总体积、总物质的量不变时,对于反应前后气体分子数不变的反应来说,不一定达到平衡;对于反应前后气体分子数不相等的反应来说,达到平衡;
②气体的密度()、气体的平均相对分子质量()不变时,要具体分析各表达式中的分子或分母变化情况,判断是否平衡;
③如果平衡体系中的物质有颜色,则平衡体系的颜色不变时,达到平衡。
2.一角度
从微观的角度分析,如反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),下列各项均可说明该反应达到了平衡状态:
①断裂1 mol N=N键的同时生成1 mol N=N键;
②断裂1 mol N=N键的同时生成3 mol H—H键;
③断裂1 mol N=N键的同时断裂6mol N—H键;
④生成1 mol N=N键的同时生成6 mol N—H键。
特别提醒
规避“2”个易失分点
(1)化学平衡状态判断“三关注”
关注反应条件,是恒温恒容、恒温恒压,还是绝热恒容容器;关注反应特点,是等体积反应,还是非等体积反应;关注特殊情况,是否有固体参加或生成,或固体的分解反应。
(2)不能作为“标志”的四种情况
①反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。
②恒温恒容下的体积不变的反应,体系的压强或总物质的量不再随时间而变化,如2HI(g)H2(g)+I2(g)。
③全是气体参加的体积不变的反应,体系的平均相对分子质量不再随时间而变化,如2HI(g)H2(g)+I2(g)。
④全是气体参加的反应,恒容条件下体系的密度保持不变。
要点速测
1.在一定温度下,可逆反应 A(g)+B(g)C(g)+D(g) 达到平衡的标志是
A.反应混合物中A、B、C、D 的质量分数都不再变化
B.反应混合物中A、B、C、D 的分子数相同
C.反应混合物的压强保持不变
D.单位时间内生成 a mol C,同时生成a mol D
【答案】A
【解析】A.反应混合物中A、B、C、D的质量分数都不再变化,说明各物质的浓度不再发生变化,达到平衡状态,故A正确;B.反应混合物中A、B、C、D 的分子数相同不代表各物质分子数保持不变,不能作为判断是否达到平衡状态的依据,故B错误;C.反应前后气体的体积不变,故总压强不随时间改变不能作为判断是否达到化学平衡状态的依据,故C错误;D.单位时间内生成amolC是正反应,同时生成amolD也是正反应,故不能说明达到平衡状态,故D错误;故选A.
2.氨基甲酸铵是合成尿素的一种中间产物。已知某温度下,往一恒容密闭容器中加入发生反应。在时达到平衡。可判断该可逆反应达到化学平衡状态的标志是
A.氨基甲酸铵的浓度不再发生变化 B.气体的体积分数不再改变
C.气体的平均摩尔质量不再改变 D.气体的密度不再改变
【答案】D
【解析】A.氨基甲酸铵是固体,固体的物质的量浓度是定值,不能用单位时间固体浓度的变化表示速率,A错误;B.该反应中只有水蒸气一种气体,故反应过程中气体的体积分数一直不变,B错误;C.该反应中只有水蒸气一种气体,气体的平均摩尔质量就是水分子的摩尔质量,故一直不变,C错误;D.恒容密闭容器,气体体积不变,在平衡之前气体总质量变化,故气体的密度是平衡标志,D正确;故选D。
要点 化学平衡移动判断的方法和规律
1.通过比较化学平衡破坏瞬时的正、逆反应速率的相对大小来判断平衡移动的方向。
①外界条件改变对化学平衡的影响
a.若外界条件改变,引起v正>v逆,则化学平衡向正反应方向(或向右)移动;
b.若外界条件改变,引起v正<v逆,则化学平衡向逆反应方向(或向左)移动;
c.若外界条件改变,虽能引起v正和v逆变化,但变化后新的v′正和v′逆仍保持相等,则化学平衡没有发生移动。
②常见外界条件的变化对正、逆反应速率的影响规律
a.增大反应物浓度的瞬间,v正变大,v逆不变;减小反应物浓度的瞬间,v正变小,v逆不变;增大生成物浓度的瞬间,v正不变,v逆变大;减小生成物浓度的瞬间,v正不变,v逆变小;
b.压强的变化对气体分子数较大的一边反应速率影响较大;
c.温度的变化对吸热反应速率影响较大;
d.催化剂对正、逆反应速率影响相同。
2.通过比较浓度商(Q)与平衡常数(K)的大小来判断平衡移动的方向。
①若Q>K,平衡逆向移动;
②若Q=K,平衡不移动;
③若Q<K,平衡正向移动。
3.外界条件对平衡移动影响的规律——勒夏特列原理
①温度的影响:升高温度,化学平衡向吸热反应方向移动;降低温度,化学平衡向放热反应方向移动;
②浓度的影响:增大反应物浓度或减小生成物浓度,化学平衡向正反应方向移动;减小反应物浓度或增大生成物浓度,化学平衡向逆反应方向移动;
③压强的影响:增大压强会使平衡向着气体体积减小的方向移动;减小压强会使平衡向着气体体积增大的方向移动。
特别提醒
①改变固体或纯液体的量,平衡不移动,因为浓度不变;
②压强只对有气体参与且气体体积变化的反应有影响,气体体积不变的反应加压平衡不移动;
③恒容充入惰性气体,平衡不移动;恒压充入惰性气体,相当于减压,平衡可能移动;
④升温正逆速率都增大,不是只有吸热方向速率增大,只是吸热方向增大更多。
要点速测
1.下列事实,不能用勒夏特列原理解释的是
A.对2HI(g)H2(g)+I2(g)平衡体系增加压强使颜色变深
B.开启啤酒瓶后,瓶中立刻泛起大量泡
C.硫酸工业中,增大O2的浓度有利于提高SO2的转化率
D.滴有酚酞的氨水溶液,适当加热溶液(氨气不挥发)后颜色变深
【答案】A
【解析】A.对2HI(g)H2(g)+I2(g)平衡体系增加压强,容器体积减小,碘浓度增大而使颜色变深,压强增大但平衡不移动,不能用平衡移动原理解释,A项选;B.因溶液中存在二氧化碳的溶解平衡,开启啤酒瓶后,压强减小,二氧化碳逸出,能用勒夏特列原理解释,B项不选;C.增大反应物氧气浓度,平衡向正反应方向移动,所以能增大二氧化硫转化率,可以用平衡移动原理解释,C项不选;D.加热促进一水合氨的电离,溶液颜色加深,与勒夏特列原理有关,D项不选;答案选A。
2.下列事实不能用勒夏特列原理解释的是
A.将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应
B.实验室可用排饱和食盐水的方法收集氯气
C.氯水中加入粉末可以提高氯水中的浓度
D.工业上合成氨时将温度控制在
【答案】D
【解析】A.合成氨的反应中,将混合气体中的氨气液化,减小了生成物的浓度,平衡向正反应方向移动,能用勒夏特列原理解释,故不选A;B.,用排饱和食盐水的方法收集氯气,增大氯离子浓度,氯气与水的反应向逆反应方向移动,减少氯气的损耗,能利用勒夏特列原理解释,故不选B;C.,向氯水中加入碳酸钙粉末,碳酸钙与盐酸反应使生成物HCl的浓度减小,平衡向正反应方向移动,次氯酸的浓度增大,则氯水中加入碳酸钙粉末可以提高氯水中次氯酸的浓度,能用勒夏特列原理解释,故不选C;D.合成氨是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,工业合成氨时控制温度为工业上合成氨时将温度控制在是为了提高催化剂的活性,加快反应速率,提高生产效率,不能用勒夏特列原理解释,故选D;选D。
要点 化学反应进行方向的判断
1.判据
2.一般规律:
①ΔH<0,ΔS>0的反应任何温度下都能自发进行;
②ΔH>0,ΔS<0的反应任何温度下都不能自发进行;
③ΔH和ΔS的作用相反,且相差不大时,温度对反应的方向起决定性作用。当ΔH<0,ΔS<0时低温下反应能自发进行;当ΔH>0,ΔS>0时,高温下反应能自发进行。
说明:对于一个特定的气相反应,熵变的大小取决于反应前后的气体物质的化学计量数大小。
特别提醒
(1)根据ΔH-TΔS<0判断的只是反应能否自发进行的可能性,具体的反应能否实际发生,还涉及到化学反应速率的问题。
(2)自发反应不是看是否需要条件,而是看是否需要持续施加外力(如加热等);有的需要一定条件引发反应,一旦反应后即可自发进行。如:碳的燃烧需要点燃。
(3)一般的,如果一个过程是自发的,则其逆过程就是非自发的。非自发过程要想发生,则必须对它做功,如利用水泵可将水从低处抽向高出,通电可将水分解生成氢气和氧气。
要点速测
1.下列对化学反应预测正确的是
选项
化学反应方程式
已知条件
预测
A
M(s)=X(g)+Y(s)
ΔH>0
它是非自发反应
B
W(s)+xG(g)=2Q(g)
ΔH<0,自发反应
x可能等于1、2、3
C
4X(g)+5Y(g)=4W(g)+6G(g)
能自发反应
ΔH一定小于0
D
4M(s)+N(g)+2W(l)=4Q(s)
常温下,自发进行
ΔH>0
【答案】B
【解析】A.反应中气体分子数增大,则ΔS>0,又因ΔH>0,则反应高温自发,A错误;B.反应ΔH<0,且能自发进行,则可能ΔS>0、ΔS=0或ΔS<0,反应中气体分子数可能增大、不变或减小,B正确;C.反应中气体分子数增大,ΔS>0,又反应能自发,则ΔH>0、ΔH=0或ΔH<0都有可能,C错误;D.反应中气体分子数减小,ΔS<0,又常温自发,则必有ΔH<0,D错误;故选B。
2.以下判断正确的是
A.CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)△H=+178.5kJ·mol-1,该反应低温才能自发
B.通常化学反应的△S越大,越有利于反应自发进行,所以△S>0时反应必能自发
C.常温下,反应A(s)+B(g)=2X(g)不能自发进行,则该反应的ΔH>0
D.化学反应的速率越大,表明反应的活化能越小,故反应进行的程度就越大
【答案】C
【解析】A.CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)△H=+178.5kJ·mol-1,该反应△S>0,△H>0,根据吉布斯自由能判断该反应高温才能自发,A错误;B.通常化学反应的△S越大,越有利于反应自发进行,但一个反应是否自发进行还要结合△H判断,所以△S>0时反应未必能自发,B错误;C.常温下,反应A(s)+B(g)=2X(g)不能自发进行,因其熵变△S>0判断自发,则该反应的焓变判断不能自发,即ΔH>0,C正确;D.化学反应的速率越大,表明反应的活化分子浓度越大,活化能决定活化分子能量大小,反应进行的程度表示平衡达到的状态,反应速率决定达到平衡的时间,D错误;故选C。
要点 工业上选择适宜生产条件的原则
1.控制反应条件的目的
(1)促进有利的化学反应:通过控制反应条件,可以加快化学反应速率,提高反应物的转化率,从而促进有利的化学反应进行。
(2)抑制有害的化学反应:通过控制反应条件,也可以减缓化学反应速率,减少甚至消除有害物质的产生或控制副反应的发生,从而抑制有害的化学反应继续进行。
2.控制反应条件考虑因素:在实际生产中常常需要结合设备条件、安全操作、经济成本等情况,综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素,寻找适宜的生产条件。此外,还要根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析,权衡利弊,才能实施生产。
3.控制反应条件的基本措施
(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。
4.工业上选择适宜生产条件的原则
外界
条件
有利于加快速率的条件控制
有利于平衡正向移动的条件控制
综合分析结果
浓度
增大反应物的浓度
增大反应物的浓度、减小生成物的浓度
不断地补充反应物、及时地分离出生成物
催化剂
加合适的催化剂
不需要
加合适的催化剂
温度
高温
ΔH<0
低温
兼顾速率和平衡,考虑催化剂的适宜温度
ΔH>0
高温
在设备条件允许的前提下,尽量采取高温并考虑催化剂的活性
压强
高压(有气体参加)
Δνg<0
高压
在设备条件允许的前提下,尽量采取高压
Δνg>0
低压
兼顾速率和平衡,选取适宜的压强
特别提醒
工业合成氨的适宜条件
外部条件
工业合成氨的适宜条件
压强
根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强(10~30 MPa)
温度
适宜温度,400~500 ℃
催化剂
使用铁触媒做催化剂(500℃左右时的活性最大)
浓度
N2和H2的物质的量之比为1∶2.8的投料比,氨及时从混合气中分离出去
要点速测
1.某工业生产中发生反应:2A(g)+B(g) 2M(g)△H<0。下列有关该工业生产的说法正确的是( )
A.工业上合成M时,一定采用高压条件,因为高压有利于M的生成
B.若物质B价廉易得,工业上一般采用加入过量的B以提高A和B的转化率
C.工业上一般采用较高温度合成M,因温度越高,反应物的转化率越高
D.工业生产中常采用催化剂,因为生产中使用催化剂可提高M的日产量
【答案】D
【解析】工业上合成M可能采用常压如H2SO4工业中SO3的生成;加入过量B只能提高A的转化率,B的转化率降低;温度升高,平衡逆向移动,反应物的转化率降低;使用催化剂可降低反应的活化能,提高反应速率。
2.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。
要点 化学平衡常数及其影响因素和相关计算
1.化学平衡常数的全面突破
(1)化学平衡常数的意义
①化学平衡常数可表示反应进行的程度。K越大,反应进行的程度越大,K>105时,可以认为该反应已经进行完全。虽然转化率也能表示反应进行的程度,但转化率不仅与温度有关,而且与起始条件有关。
②K的大小只与温度有关,与反应物或生成物的起始浓度的大小无关。
(2)化学平衡常数的两个应用
①判断反应进行的方向
若任意状态下的生成物与反应物的浓度幂之积的比值为Qc,则Qc>K,反应向逆反应方向进行;
Qc=K,反应处于平衡状态;Qc<K,反应向正反应方向进行。
②判断反应的热效应
若升高温度,K值增大,则正反应为吸热反应;
若升高温度,K值减小,则正反应为放热反应。
(3)在使用化学平衡常数时应注意
①不要把反应体系中固体、纯液体以及稀水溶液中水的浓度写进平衡常数表达式中,但非水溶液中,若有水参加或生成,则此时水的浓度不可视为常数,应写进平衡常数表达式中。
②同一化学反应,化学反应方程式写法不同,其平衡常数表达式及数值亦不同。因此书写平衡常数表达式及数值时,要与化学反应方程式相对应,否则就没有意义。
2.等效平衡思想是解决化学平衡类试题最常用的思维方法
(1)恒温、恒容条件下的等效平衡
①对反应前后气体分子数改变的可逆反应,改变起始加入量时,“一边倒”(即通过可逆反应的化学计量数比换算成方程式同一半边的物质的物质的量)后与原起始加入量相同,则为等效平衡,平衡时各物质的百分含量相同。
②对反应前后气体分子数不变的可逆反应,改变起始加入量时,“一边倒”后,投料时各物质的物质的量之比与原起始加入量的比值相同,则为等效平衡,平衡时各物质百分含量相同。
(2)恒温、恒压条件下的等效平衡
如果反应在恒温、恒压下进行,改变起始加入量时,只要通过可逆反应的化学计量数比换算成反应物(或生成物),各物质的物质的量之比与原起始加入量的比值相同,则为等效平衡,平衡时各物质的百分含量相同。
3、有关化学平衡的计算——三段式计算模式
1)分析三个量:起始量、变化量、平衡量。
2)明确三个关系
(1)对于同一反应物,起始量-变化量=平衡量。
(2)对于同一生成物,起始量+变化量=平衡量。
(3)各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
3)计算方法:三段式法
化学平衡计算模式:对以下反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量浓度分别为a mol/L、b mol/L,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol/L。
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
起始量(mol/L) a b 0 0
变化量(mol/L) mx nx px qx
平衡量(mol/L) a-mx b-nx px qx
(1)平衡常数:K=。
(2)转化率=×100%,如α(A)平=×100%。
(3)百分含量:φ(A)=×100%。
(4)平衡前后的压强之比:
=。
(5)平均摩尔质量:M= g/mol。
4)计算Kp的思路和方法
计算平衡常Kp的思路和方法与计算浓度平衡常数K完全相同,关键是由平衡时气体的总物质的量和各气体的物质的量确定各气体的物质的量分数,再由总压强和物质的量分数确定各气体的分压,最后由分压计算Kp。计算压强平衡常数Kp 的有效方法仍是列“三段式”和“分三步”。
列“三段式”——列出起饴量、转化量、平衡量,一般应列物质的量。
“分三步”———第一步,得出各物质的平衡量;第二步,计算各气体的体积分数(物质的量分数)和分压;第三步,代入Kp的表达式中进行计算。
特别提醒
①不能用物质的量直接代替浓度计算K;
②恒温下平衡移动,K保持不变;
③K大小只代表限度,不代表反应速率快慢。
要点速测
1.一定条件下,分别向容积固定的密闭容器中充入A和足量的B,发生反应如下:2A(g)+B(s) ⇌2D(g) △H<0 测得相关数据如下,下列说法不正确的是
实验I
实验II
实验III
反应温度/℃
800
800
850
c(A)起始/mol∙L-1
1
2
1
c(A)平衡/mol∙L-1
0.5
1
0.85
放出的热量/KJ
a
b
c
A.实验Ⅲ的化学平衡常数K<1
B.实验Ⅲ在30分钟达到平衡,则反应速率V(A)=0.005mol/(L•min)
C.当容器内气体密度不随时间变化时上述反应已达平衡
D.实验放出的热量关系为b>2a
【答案】D
【解析】A.,所以该温度下反应的平衡常数K==<1,A正确;B.实验III在30min达到平衡时的速率υ(A)==0.005 mol• L-1·min-1,B正确;C.密度是混合气的质量和容器容积的比值,在反应过程中质量是变化的,而容器容积是不变的,因此当容器内气体密度不随时间而变化时上述反应达到平衡,C正确;D.由于反应前后气体分子数不变,所以实验I和实验Ⅱ的平衡是等效的,因此b=2a,D错误;答案选D。
2.在一定条件下,在容积为2L的密闭容器中,将2molA气体和3molB气体相混合,发生如下反应:2A(g)+3B(g)⇌xC(g)+3D(g),4s后该反应达到平衡时,生成2.4molD,并测得C的反应速率为0.1mol·L-1·s-1,下列有关叙述错误的是
A.x=1 B.0~4s内,v(B)=0.3mol·L-1·s-1
C.α(A):α(B)=1:1 D.该反应的平衡常数为64
【答案】D
【解析】A.达到平衡时,测得C的反应速率0.1mol/(L·s),求得达到平衡时,生成C的物质的量为0.1mol/(L·s)×4s×2L=0.8mol,根据反应方程式,求得x=1,故A说法正确;B.4s内消耗B的物质的量为2.4mol,则v(B)==0.3mol/(L·s),故B说法正确;C.B的转化率为=80%,达到平衡时,消耗A的物质的量为0.8mol×2=1.6mol,则A的转化率为=80%,因此两种物质的转化率之比为1∶1,故C说法正确;D.该反应的平衡常数K==640,故D说法错误;答案为D。
难点 速率常数和速率方程
1.基元反应与反应历程
(1)定义:基元反应是指在反应中一步直接转化为产物的反应,又称为简单反应。大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成的,而往往经过多个反应步骤才能实现。反应历程中的每一步反应都称为基元反应。反应历程又称反应机理。例如H2(g)+I2(g)2HI(g),它的反应历程可能是如下两步基元反应:
①I2I+I(快)
②H2+2I2HI(慢)
其中慢反应为整个反应的决速步骤。
(2)基元反应过渡状态理论
基元反应过渡状态理论认为,基元反应在从反应物到生成物的变化过程中要经历一个中间状态,这个状态称为过渡态。
AB+C―→[A…B…C]―→A+BC
反应物 过渡态 生成物
过渡态是处在反应过程中具有最高能量的一种分子构型,过渡态能量与反应物的平均能量的差值相当于活化能[活化能(能垒)越高,此步基元反应速率越慢]。例如,一溴甲烷与NaOH溶液反应的过程可以表示为CH3Br+OH-―→[Br…CH3…OH]―→Br-+CH3OH
(3)活化能(能垒)与反应机理
使用催化剂,可以改变活化能,改变反应机理,在反应机理中每一步反应的活化能不同,且均比总反应的活化能低,故一般使用催化剂可以降低反应活化能,加快反应速率,如图所示:
E1为总反应的活化能,E2、E3为使用催化剂反应机理中各步的活化能。
2.速率方程
(1)定义:表示反应速率与反应物浓度之间定量关系的数学表达式,叫做速率方程(又称动力学方程)。
(2)一般形式:对于反应aA+ bB→产物,速率方程可表示为:v=k·cm(A)·cn(B)(k:速率常数,m:对反应物A的级数,n:对反应物B的级数,(m+n):总反应级数)。
(3)注意
①速率方程不能直接由化学方程式的计量数写出,必须通过实验测定。
②只有基元反应的速率方程才能直接由反应式写出(质量作用定律)。
3.速率常数k
(1)定义:速率方程中的比例常数k叫做速率常数。
(2)物理意义:单位浓度下的反应速率,k越大,反应速率越快。
(3)影响因素
①与温度有关:温度升高,k一般增大:
②与催化剂有关:催化剂能显著增大k:
③与溶剂、反应介质有关:
④与浓度无关:浓度改变不改变k的大小。
(4)单位速率常数的单位与反应级数有关:
①零级反应:mol·L-1·时间-1;
②一级反应:时间-1;
③二级反应:L·mol-1·时间-1。
4.反应级数
(1)定义:速率方程中各反应物浓度的指数,叫做该反应物的反应级数;各指数之和叫做总反应级数。
(2)特点
①反应级数可以是整数、分数、零,甚至负数;
②反应级数由实验测定,不能直接由化学方程式写出;
③反应级数反映了浓度对反应速率的影响程度:级数越大,浓度对速率的影响越大。
(3)常见级数的反应
①零级反应:速率与浓度无关,v=k;
②一级反应:速率与浓度一次方成正比,v=kc;
③二级反应:速率与浓度二次方成正比,v=kc2。
5.基元反应与质量作用定律
(1)基元反应反应物分子一步直接转化为产物的反应,叫做基元反应。
(2)质量作用定律对于基元反应aA+ bB→产物,,反应速率与反应物浓度的计量数次方的乘积成正比:v=k·ca(A)·cb(B),即:基元反应的反应级数等于化学计量数。
(3)复杂反应由多个基元反应组成的反应叫做复杂反应(非基元反应),其速率方程不能直接由总反应式写出。
6.阿伦尼乌斯公式(温度对速率常数的影响)
(1)公式:k=A·e-(Ea/RT)(注:k:速率常数,A:指前因子(频率因子),Ea:活化能,R:气体常数,T:热力学温度)。
(2)物理意义:温度升高,k增大;活化能越小,k越大。
易错提醒
①速率方程不能直接根据化学方程式写出,必须通过实验测定,只有基元反应才能用质量作用定律;
②速率常数k与浓度无关,只与温度、催化剂等有关;
③反应级数不一定等于化学计量数,二者是不同的概念;
④反应级数可以是分数、零甚至负数,不一定都是正整数。
难点精练
1.已知反应:生成的初始速率与NO、的初始浓度的关系为,k为速率常数。在800℃时测得的相关数据如表所示
实验数据
初始浓度
生成的初始速率/( )
1
2
3
下列说法中不正确的是。
A.关系式中、
B.800℃时,k的值为
C.若800℃时,初始浓度,则生成的初始速率为
D.当其他条件不变时,升高温度,速率常数将增大
【答案】C
【分析】将3组实验数据带入公式,则有:①,②,③联立①②③式可解得:x=2,y=1,k=8×104,则生成的初始速率公式为
【解析】A.根据分析可知x=2,y=1,故A正确;B.根据公式和实验数据解得k=8×104,故B正确;C.根据生成的初始速率公式,带入NO和的初始浓度有,故C错误;D.当其他条件不变时,生成的初始速率与k成正比,温度越高,反应速率越大,则k越大,故D正确;故选C。
2.温度为T1时,在三个容积均为1L的恒容密闭容器中按如表三种投料进行反应:。结果如表,实验测得:,,、为速率常数。下列说法正确的是
容器编号
物质的起始浓度/(mol/L)
物质的平衡浓度/ (mol/L)
Ⅰ
0.3
0
0
0.2
Ⅱ
0.1
0.3
0.2
Ⅲ
0.3
0
0.1
A.温度为T1时,该反应的平衡常数为0.2
B.容器Ⅱ中起始时,
C.达平衡时,容器Ⅲ中SO2的体积分数大于50%
D.容器Ⅰ中达平衡后,温度改变为T2时,若,则T1>T2
【答案】B
【解析】A.,x=0.1,则平衡常数,故A错误;B.平衡逆向移动,故B正确;C.由解析A容器Ⅰ中,此时二氧化硫的体积分数为,容器Ⅲ相当于在Ⅰ的基础上加入了氧气,平衡逆向移动,二氧化硫的体积分数小于50%,故C错误;D.容器Ⅰ达到平衡后,温度改变为T2时,若,,平衡正向移动,温度升高,平衡正向移动,则T1<T2,故D错误;故选B。
难点 化学反应速率及化学平衡图象
1、速率、平衡图象种类
1)常见基本图像[以反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)为例,已知该反应ΔH>0,m+n>p+q]
(1)速率曲线图:
(2)转化率曲线图:
2)几种特殊的图像
(1)对于化学反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),如下图甲、乙,M点之前,表示从反应物开始,v(正)>v(逆);M点为达到平衡;M点之后为平衡受温度的影响情况,即升温时A的百分含量增加、C的百分含量减少,平衡左移,故正反应的ΔH<0。
(2)对于化学反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),如上图丙,l曲线上所有的点都是平衡点。l曲线的左上方(E点)A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量,所以E点时v(正)>v(逆);则l曲线的右下方(F点)v(正)<v(逆)。
2、速率、平衡图像题的分析方法
(1)认清坐标系,弄清纵、横坐标所代表的意义,并与有关原理相结合。
(2)看清起点,分清反应物、生成物,浓度减小的是反应物,浓度增大的是生成物,一般生成物多数以原点为起点。
(3)看清曲线的变化趋势,注意渐变和突变,分清正、逆反应曲线,从而判断反应特点。
(4)注意终点。例如,在浓度—时间图像上,一定要看清终点时反应物的消耗量、生成物的增加量,并结合有关原理进行推理判断。
(5)图像中先拐先平数值大。例如,在转化率—时间图像上,先出现拐点的曲线先达到平衡,此时逆向推理可得该曲线对应的温度高、浓度大或压强大。
(6)定一议二原则。当图像中有三个量时,先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。
方法技巧
1.速率、平衡图像题的分析方法
(1)认清坐标系,弄清纵、横坐标所代表的意义,并与有关原理相结合。
(2)看清起点,分清反应物、生成物,浓度减小的是反应物,浓度增大的是生成物,一般生成物多数以原点为起点。
(3)看清曲线的变化趋势,注意渐变和突变,分清正、逆反应曲线,从而判断反应特点。
(4)注意终点。例如,在浓度—时间图像上,一定要看清终点时反应物的消耗量、生成物的增加量,并结合有关原理进行推理判断。
2.分析技巧
(1)先拐先平数值大。在含量—时间曲线中,先出现拐点的则先达到平衡,说明该曲线表示的温度较高或压强较大。
(2)定一议二。图像中有三个量时,先确定一个量不变,再讨论另外两个量的关系。即确定横坐标所表示的量后,讨论纵坐标与曲线的关系;或确定纵坐标所表示的量后(通常可画一垂线),讨论横坐标与曲线的关系。
(3)三步分析法。一看反应速率是增大还是减小;二看v正、v逆的相对大小;三看化学平衡移动的方向。
难点精练
1.向某密闭容器中加入0.3mol A,0.1mol C和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应,各物质的浓度随时间变化如甲图所示[阶段的变化未画出]。乙图为时刻后改变条件平衡体系中正、逆反应速率随时间变化的情况,且四个阶段都各改变一种反应条件且互不相同,时刻为使用催化剂。下列说法中不正确的是
A.若,用A的浓度变化表示阶段的平均反应速率为
B.阶段改变的条件一定为减小压强
C.该容器的容积为2L
D.阶段,容器内A的物质的量减少了0.06mol,而此过程中容器与外界的热交换总量为a kJ,该反应的热化学方程式
【答案】D
【分析】根据图乙可知,时刻为使用催化剂,正、逆反应速率均增大,且化学平衡不移动;阶段改变条件平衡不移动,且正、逆反应速率均减小,由于四个阶段都各改变一种反应条件且互不相同,且改变温度或浓度,平衡均发生移动,则阶段改变的条件为减小压强,反应为等体积反应;时刻正、逆反应速率中只有一个增大,应是改变某一物质的浓度;时刻正、逆反应速率都增大,应是升高温度。
【解析】A.时,用A的浓度变化表示阶段的平均反应速率为,A正确;B.根据分析,阶段改变的条件为减小压强,B正确;C.根据图甲,A物质的起始浓度为,初始时密闭容器中加入0.3mol A,则该容器的容积为2L,C正确;D.根据图甲,A物质的转化量为,C物质的生成量为,则反应中物质A与C的化学计量数之比为;根据分析可知,减小压强,化学平衡不移动,说明该反应中气体的化学计量数之和前后相等,则化学方程式为;阶段,容器内A的物质的量减少了0.06mol,而此过程中容器与外界的热交换总量为a kJ,说明平衡正向移动,正反应为吸热反应,3molA反应吸收的热量为,因此该反应的热化学方程式为,D错误;答案选D。
2.下列叙述与图对应的是
A.对于达到平衡状态的反应,图1国表示在to时刻充入了反应物,平衡逆向移动
B.由图②可知,p2>p1、T1>T2,满足反应:2A(g)+B(g)=2C(g) ΔH >0
C.对于反应2X(g)+3Y(g)=3Z(g) ΔH <0,图④y轴可以表示Z的百分含量
D.图3表示的反应方程式为:2A=B+3C
【答案】C
【解析】A.对于达到平衡状态的反应:N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g),图①表示在t0时刻ν正、ν逆 都增大,ν逆 增大的多,化学平衡逆向移动,应该是升高温度使平衡逆向移动导致,若是充入了一定量的NH3,则ν逆增大,ν正 瞬间不变,这与图像不吻合,故A错误;B.增大压强反应速率加快,达到平衡所需时间缩短;升高温度反应速率加快,达到平衡所需时间缩短;则根据图像可知:压强:P2>P1;温度:T1>T2;增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动,C含量增大,说明正反应是气体体积减小的反应;升高温度,C含量减小,说明平衡逆向移动,逆反应为吸热反应,则正反应为放热反应,故该反应的正反应是气体体积减小的放热反应,故满足反应:2A(g)+B(g)⇌2C(g) ΔH<0,故B错误;C.对于反应2X(g)+3Y(g)⇌2Z(g)ΔH<0,相同压强时,升高温度,平衡逆移,Z的百分含量减小,相同温度时,增大压强,平衡正移,Z的百分含量减小,与图像符合,故C正确;D.该反应是可逆反应,应该用可逆号“⇌”,不能用等号“=”表示,故D错误;故选:C。
考点 考查化学反应速率概念的理解
▌例1 (25-26高二上·浙江金华·期末)下列关于化学反应速率的说法正确的是
A.催化剂能降低反应的活化能,加快反应速率
B.反应物浓度增大,单位体积活化分子百分数增多,有效碰撞的几率增加,反应速率增大
C.有催化剂参与的反应体系,升高温度,反应速率加快
D.有固体参加的化学反应,增大固体的质量,反应速率加快
【答案】A
【解析】A.催化剂通过降低反应的活化能,使更多反应物分子达到活化状态,从而加快反应速率。A正确;B.反应物浓度增大时,活化分子百分数不变,单位体积内活化分子数增多,导致有效碰撞几率增加,反应速率增大,B错误;C.升高温度会提高分子的平均动能,使更多分子达到活化状态,从而加快反应速率;但是若温度升高超过了催化剂适宜温度,催化剂活性下降或者消失,使反应速率下降,最终反应速率不一定增加,C错误;D.有固体参加的化学反应,反应速率取决于固体的表面积而非质量;增大固体质量若不增加表面积,反应速率不变,D错误;故答案选A。
解题要点
(1)化学反应速率一般指反应的平均速率而不是瞬时速率,且无论用反应物表示还是用生成物表示均取正值。
(2)同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,其数值可能不同,但表示的意义相同。
(3)不能用固体或纯液体来表示化学反应速率。
▌迁移练1-1 (25-26高二上·安徽合肥·期末)下列有关化学反应速率的说法正确的是
A.增大反应物的浓度,活化分子百分数不变,但单位体积内活化分子数增大,所以反应速率增大
B.铝与稀硫酸反应制取时,改用浓硫酸可加快反应速率
C.的催化氧化是一个放热反应,所以升高温度,减小,增大
D.同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,其数值可能不同,其意义也不相同
【答案】A
【解析】A.增大反应物浓度时,活化分子百分数保持不变;但单位体积内活化分子数增加,导致有效碰撞增多,反应速率增大,故A正确;B.铝与稀硫酸反应生成氢气,但改用浓硫酸会使铝表面钝化形成氧化膜,阻碍反应进行,故B错误;C.SO2催化氧化(2SO2 + O2 ⇌ 2SO3)是放热反应,升高温度会使正、逆反应速率均增大,故C错误;D.同一反应在相同条件下,用不同物质表示的反应速率数值可能不同,但意义相同。故D错误;选A。
▌迁移练1-2 (25-26高二上·湖南常德·期末)下列有关化学反应速率的说法中正确的
A.用铁片与稀硫酸反应制取氢气时,改用浓硫酸可增大产生氢气的速率
B.使用催化剂可以增大汽车尾气中NO与CO的反应速率
C.等质量的锌粉和锌片与相等浓度的盐酸反应,两者反应速率相等
D.升高温度,反应物分子中活化分子百分数不变
【答案】B
【解析】A.常温下铁片与浓硫酸发生钝化,无法持续反应生成氢气,不能增大产生氢气的速率,A错误;B.催化剂可降低反应活化能,提高单位体积内活化分子百分数,加快NO与CO的反应速率,B正确;C.锌粉与盐酸的接触面积远大于锌片,等质量的锌粉与相同浓度盐酸反应的速率更快,两者反应速率不相等,C错误;D.升高温度可使更多普通分子获得能量转化为活化分子,反应物分子中活化分子百分数增大,D错误;故选B。
考点 考查化学反应速率大小的比较
▌例2 (25-26高二上·黑龙江哈尔滨·阶段检测)反应在四种不同情况下的反应速率分别为①;②;③;④。该反应进行的快慢顺序为
A.②>④>③>① B.④>②>③>①
C.③>②>①>④ D.②>③>①>④
【答案】C
【分析】要比较反应速率快慢,需将各物质速率除以对应化学计量数,且统一单位后比较数值大小,数值越大反应越快:首先统一单位为,再计算各速率与计量数的比值。
【解析】①计算其化学反应速率:;②计算其化学反应速率:
③计算其化学反应速率:;④先统一单位,统一为,计算其化学反应速率:,故答案选C。解题要点
定量法比较化学反应速率的大小
(1)归一法:按照化学计量数关系换算成同一物质、同一单位表示,再比较数值大小。
(2)比值法:比较化学反应速率与化学计量数的比值。如aA(g)+bB(g)cC(g),即比较与,若>,则用A表示时的反应速率比用B表示时大。
▌迁移练2-1 (25-26高二上·江苏苏州·期中)对于反应:,下列为四种不同情况下测得的反应速率,其中能表明该反应进行最快的是
A. B.
C. D.
【答案】D
【分析】化学反应速率之比等于化学计量数之比,为了方便比较,需要转化为同一单位,同种物质的反应速率比较快慢,以此来解答。
【解析】A.将各个选项中用不同物质表示的反应速率转化为用表示反应速率,根据化学计量数之比, ;B.;C.,;D.,,综上所述反应速率最快的为D;故答案选D。
▌迁移练2-2 (25-26高二上·浙江嘉兴·期末)已知反应:。在和下,容积均为2L的密闭容器中,气体X的浓度与反应时间的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是
A.容器内压强不变时,表明反应达到平衡
B.a、b、c三点的反应速率大小为
C.,容积压缩为1 L,反应1 h,气体X的浓度小于
D.其他条件相同时,下X的平衡转化率:
【答案】D
【分析】由图可知,曲线斜率较大代表反应速率较快,故T1< T2,,该反应为气体分子数减少的放热反应,温度升高反应速率增大、平衡逆向移动,压强增大反应速率增大、平衡正向移动,据此分析。
【解析】A.反应为气体分子数减少的反应,容器内压强为变量;当容器内压强不变时,说明各物质的浓度不再变化,反应达到平衡状态,A不符合题意;B.反应速率与反应物浓度正相关,且温度越高反应速率越快;据分析,点温度比a点高(二者浓度相同),点浓度高于点(二者温度相同),故反应速率大小为,B不符合题意;C.时,若将容积从2 L压缩为1 L,相当于增大了压强,反应物浓度增大,化学反应速率加快。在原2 L容器中,反应1 h消耗X的物质的量为。在1 L容器中,初始X的物质的量为,由于反应速率更快,在1 h内消耗X的物质的量会大于1.8 mol,因此剩余X的物质的量小于,其浓度小于,C不符合题意;D.反应,温度升高平衡逆向移动;,故的平衡转化率:,D符合题意;故选D。
考点 考查控制变量法探究外界因素对化学反应速率的影响
▌例3 (25-26高二上·浙江温州·期末)利用催化技术实现汽车尾气的转化:。在恒温恒容密闭容器中进行三组实验,初始数据如下表,CO的浓度随时间的变化如图所示,下列说法不正确的是
编号
T/℃
催化剂的比表面积
Ⅰ
280
80.0
Ⅱ
280
120
Ⅲ
360
80.0
A.第Ⅰ组实验,内,
B.第Ⅱ组实验达平衡时,此反应的平衡常数计算表达式
C.由Ⅰ、Ⅱ组实验可知,其他条件相同时,增大催化剂的比表面积,该化学反应速率加快
D.由Ⅰ、Ⅲ组实验可知,其他条件相同时,温度升高,导致反应物的平衡转化率升高
【答案】D
【解析】A.第Ⅰ组实验中,CO起始浓度,在时刻浓度,结合反应式可知,在内,NO的浓度变化量与CO相同,,则,A正确;B.第Ⅱ组实验中CO起始浓度,达平衡时,列三段式:
该反应平衡常数为,B正确;C.从图像和表格可以看出,其他条件相同时,实验Ⅱ中使用的催化剂比表面积大于实验Ⅰ,实验Ⅱ达到平衡所需时间为,实验Ⅰ达到平衡所需时间为,且,则由Ⅰ、Ⅱ组实验可知,其他条件相同时,增大催化剂的比表面积,该化学反应速率加快,C正确;D.从图像可以看出,实验Ⅰ反应温度为280 ℃,CO的平衡浓度为,转化率为;实验Ⅲ反应温度为360 ℃,CO的平衡浓度为,转化率为,则由Ⅰ、Ⅲ组实验可知,其他条件相同时,温度升高,导致反应物的平衡转化率降低,D错误;故选D。
解题要点
控制变量法探究影响反应速率的因素题目解题策略
(1)确定变量:理清影响实验探究结果的所有因素。
(2)定多变一:在探究时,先确定其他的因素不变,只变化一种因素,看这种因素与探究的问题存在怎样的关系;这样确定一种以后,再确定另一种,通过分析每种因素与所探究问题之间的关系,得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。
(3)数据有效:解答时注意选择数据(或设置实验)要有效,且变量统一,否则无法作出正确判断。
▌迁移练3-1 (25-26高二上·江苏·阶段检测)已知:。某同学为探究硫代硫酸钠()与稀硫酸反应速率的影响因素时,设计如下实验:
实验序号
反应温度/℃
溶液
稀硫酸
V/mL
c/(mol/L)
V/mL
c/(mol/L)
V/mL
①
20
10.0
0.10
10.0
0.50
0
②
40
0.10
0.50
③
20
0.10
4.0
0.50
下列说法不正确的是
A.在实验②中,
B.实验①、③可探究对反应速率的影响
C.相对于实验①,实验②中反应物的活化分子百分数增大,导致反应速率加快
D.实验中,测量一定时间内放出的体积,也能准确表示该反应的速率快慢
【答案】D
【解析】A.要探究与稀硫酸反应速率的影响因素需采取控制变量法,与实验①相比,实验②温度升高,因此需控制两组实验的浓度一致。实验①中溶液总体积为20 mL,实验②应保持一致,即,,,A正确;B.实验①和③温度相同,浓度相同,但硫酸体积减少,通过加水稀释保持总体积相同,此时降低,可探究该因素对速率的影响,B正确;C.实验②的温度升高,活化分子百分数增加,碰撞频率增加,反应速率加快,C正确;D.反应产生的易溶于水,无法准确测量其体积,无法准确表示反应速率,D错误;故答案选D。
▌迁移练3-2 (25-26高二上·广东·期末)某小组同学查到一份研究过氧化氢溶液与氢碘酸反应的实验资料,具体如下。
资料1:室温下,过氧化氢溶液可与氢碘酸反应;资料2:碘单质溶于水后,溶液为棕黄色。
资料3:实验数据见下表。
实验编号
溶液
溶液
蒸馏水
温度/
浓度
体积
浓度
体积
体积
Ⅰ
0.1
1
0.1
1
8
25
Ⅱ
0.1
1
0.1
1
40
Ⅲ
0.1
1
0.1
6
25
下列说法正确的是
A.
B.实验原理为
C.若将实验Ⅱ温度调整为,溶液出现棕黄色的时间更短
D.对比上述实验数据,推测反应速率最快的是实验Ⅲ
【答案】B
【解析】A.结合控制变量思维可知,第Ⅰ和第Ⅲ组温度恒定,故对比的是的浓度对反应速率的影响,第Ⅰ和第Ⅱ组是温度对反应速率的影响,所以,A错误;B.该实验是过氧化氢溶液与氢碘酸反应,过氧化氢为氧化剂,反应方程式为,B正确;C.温度到及以上时,受热会快速分解,影响该反应的发生,此时反应速率反而下降,棕黄色出现的时间变长,C错误;D.实验Ⅱ温度高,反应速率应该最快,D错误;故选B。
考点 考查速率常数及其应用
▌例4 (25-26高二上·广东·期末)我国科学家利用单原子催化剂实现加氢制: ,已知,,、为速率常数。下列说法正确的是
A.增大压强,增大,减小 B.温度升高,减小,增大
C.平衡时 D.平衡时
【答案】C
【解析】A.增大压强时,所有气体浓度均增大,故υ正增大、υ逆均增大,故A错误;B.温度升高时,因反应速率常数随温度升高而增大,故k正和k逆均增大,故B错误;C.平衡时υ正 = υ逆,即k正·c(CO₂)·c(H₂) = k逆·c(HCOOH),故,故C正确;D.平衡时n(CO2):n(HCOOH)取决于初始投料和平衡常数,不一定为1:1,故D错误;故答案为C。
解题要点
速率常数与平衡常数的关系
(1)两者的关系:对于基元反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),v正=k正·ca(A)·cb(B),
v逆=k逆·cc(C)·cd(D),平衡常数K==,反应达到平衡时
v正=v逆,故K=。
(2)两者的区别:①反应速率常数通过量化化学反应速率,来表示反应的快慢;其影响因素包括温度和反应物性质等。②平衡常数属于平衡程度的标志,表示反应进行的最大限度;平衡常数只受温度的影响,而与反应物的浓度无关。
▌迁移练4-1 (25-26高二上·河南濮阳·期中)600 K条件下,反应的速率方程为,k为速率常数,只与温度、催化剂有关;、为反应物的级数,它们之和为总反应的级数。实验测得初始浓度与速率的关系如下表:
实验
/
/
/
①
0.010
0.010
②
0.010
0.020
③
0.030
0.020
下列叙述错误的是
A.其他条件不变,加催化剂,k减小 B.
C.其他条件不变,升高温度,k增大 D.该反应总反应的级数为3
【答案】A
【分析】首先通过实验数据求反应级数α和β。对比实验①和②:c0(NO) 不变,c0(O2)变为2倍,速率变为2倍,所以β= 1;对比实验②和③:c0(O2)不变,c0(NO) 变为3倍,速率变为9倍(结合表中数据),所以α =2,,v= kc2(NO)×c(O2),据以上分析解答。
【解析】A.速率常数k与催化剂有关,加催化剂会使k增大(不是减小),故A错误;B.结合分析,代入实验①数据,2.5×10-3= k×(0.010mol/L)2×0.010mol/L,计算得 k= 2.5×103mol-2•L2•s-1,故B正确;C.温度升高,反应速率增大,k (速率常数)会增大,故C正确;D.总反应级数为α+β=2+1=3,故D正确;故选A。
▌迁移练4-2 (25-26高二上·福建福州·期中)已知NaNO2+NH4Cl=NaCl+2H2O+N2↑的速率方程为,为探究反应速率与反应物浓度的关系,进行如下实验:向锥形瓶中加入一定体积(V)的2.0 mol·L-1 NaNO2溶液、2.0 mol·L-1 NH4Cl溶液、1.0mol·L-1醋酸和水,充分搅拌,保持体系温度为36℃,测定反应初始速率v,实验数据如下表(忽略水溶液体系中其他平衡对离子浓度的影响)。下列说法正确的是
实验
V/mL
反应初始速率(mmol·L-1·s-1)
NaNO2溶液
NH4Cl溶液
醋酸
水
1
4.0
V1
4.0
12.0
4
2
6.0
4.0
4.0
10.0
9
3
4.0
V2
4.0
0
32
4
12.0
4.0
4.0
V3
'
A.V1=4.0,V2=8.0 B.速率方程中m=2,n=2
C.醋酸不参与反应,其浓度不会影响反应速率 D.实验4中,'约为36
【答案】D
【解析】A.实验1总液量需与其他实验一致,计算得V1=4.0;实验3总液量应为24mL,V2=16.0,A错误;B.通过实验1和2对比得m=2;实验1和3对比得n=1.5,B错误;C.醋酸提供H+,影响速率方程中的c(H+),C错误;D.实验4的NaNO2浓度是实验1的3倍,速率增大9倍(32),'=4×9=36,D正确;故答案选D。
考点 考查化学平衡状态的判断
▌例5 (25-26高二下·云南曲靖·阶段检测)对于反应:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g),在恒温恒容条件下,下列叙述不能说明反应已达到平衡状态的是
A.混合气体的密度不再变化
B.混合气体的平均摩尔质量不再变化
C.v正(NO)=2v逆(N2)
D.容器内压强不再变化
【答案】A
【解析】A.反应中所有物质均为气体,根据质量守恒,混合气体总质量始终不变,恒温恒容条件下容器体积不变,由可知,密度始终为定值,故密度不再变化不能说明反应达到平衡,A符合题意;B.混合气体总质量不变,反应前后气体总物质的量减小,平均摩尔质量为变量,当平均摩尔质量不再变化时,说明反应达到平衡,B不符合题意;C.当时,可推导出,正逆反应速率相等,说明反应达到平衡,C不符合题意;D.恒温恒容条件下,气体压强与总物质的量成正比,反应前后气体总物质的量变化,压强为变量,当压强不再变化时,说明反应达到平衡,D不符合题意;故选A。
解题要点
判断平衡状态的方法——“逆向相等,变量不变”
(1)“逆向相等”:反应速率必须一个是正反应的速率,一个是逆反应的速率,且经过换算后同一种物质的正反应速率和逆反应速率相等。
特别注意:同一反应方向的反应速率不能判断反应是否达到平衡状态。
(2)“变量不变”:如果一个量是随反应进行而改变的,当不变时为平衡状态;一个随反应的进行保持不变的量,不能作为是否是平衡状态的判断依据。
▌迁移练5-1 (25-26高二上·广东佛山·期末)恒温恒容密闭容器中发生反应:。下列不能说明该反应达到平衡状态的是
A.容器内压强不变 B.
C.气体密度不变 D.气体平均摩尔质量不变
【答案】B
【解析】A.恒温恒容时,体系压强与体系气体物质的量成正比,反应前后气体分子数改变,则反应前后压强改变,压强不变能说明反应达到平衡,A不符合题意。
B.该比例表示正反应速率比,与平衡状态无关,不能说明正逆反应速率相等,没有逆反应速率,无法确定反应是否平衡,B符合题意;C.气体密度(ρ = )中V恒定,由于反应体系存在C(s),反应过程中气体总质量随反应进行变化导致密度发生变化,密度不变能说明反应达到平衡,C不符合题意;D.体系中气体平均摩尔质量(M=)中随反应进行会发生变化(可用极值思想法判断,反应前只有水蒸气,平均摩尔质量为18g/mol,假设完全反应,产物只有CO和H2,平均摩尔质量为15g/mol),平均摩尔质量不变说明反应达到平衡,D不符合题意;故选B。
▌迁移练5-2 (25-26高二上·陕西咸阳·期末)甲酸(HCOOH)是重要的液态储氢原料。HCOOH能发生分解反应产生:,恒温恒容条件下,下列能表明反应达到平衡状态的是
A.混合气体密度不变 B.混合气体总压强不变
C.不变 D.和的物质的量相等
【答案】B
【解析】A.所有物质都是气体,反应过程中气体总质量始终不变,容器恒容则体积也始终不变,根据,混合气体密度从反应开始就一直不变,因此密度不变不能说明反应达到平衡,A错误;B.该反应是气体总物质的量增大的反应,恒温恒容条件下,气体总压强与总物质的量成正比,反应过程中总压强会随反应进行不断增大,当总压强不变时,说明气体总物质的量不再变化,反应达到平衡状态,B正确;C.(焓变)只和反应的始态、终态有关,对于给定的反应,始终是定值,和反应是否达到平衡无关,C错误;D.反应生成和的比例始终为,从反应开始后二者物质的量一直相等,因此物质的量相等不能说明反应达到平衡,D错误;故选B。
考点 考查化学平衡移动原理的应用
▌例6 (25-26高二下·陕西汉中·阶段检测)勒夏特列原理又称平衡移动原理。下列现象不能用该原理解释的是
A.夏天打开汽水瓶盖时汽水中产生大量气泡
B.往新制氯水中加入适量碳酸钙固体可以增强漂白能力
C.由H2(g) 、I2(g)、HI(g) 组成的平衡体系加压后颜色变深
D.FeCl3溶液和KSCN溶液反应达到平衡后,加入少量铁粉,红色变浅
【答案】C
【解析】A.汽水中存在溶解平衡,打开瓶盖压强减小,平衡向生成的方向移动,产生大量气泡,可以用勒夏特列原理解释,A错误;
B.新制氯水中存在平衡,加入碳酸钙消耗,使平衡正向移动,浓度增大,漂白能力增强,可以用勒夏特列原理解释,B错误;C.反应前后气体分子数相等,加压平衡不移动,颜色变深是因为体积缩小导致浓度增大,与平衡移动无关,不能用勒夏特列原理解释,C正确;D.存在平衡(红色),加入铁粉后与反应使浓度减小,平衡逆向移动,红色变浅,可以用勒夏特列原理解释,D错误;故选C。
解题要点
判断平衡状态的方法——“逆向相等,变量不变”
(1)“逆向相等”:反应速率必须一个是正反应的速率,一个是逆反应的速率,且经过换算后同一种物质的正反应速率和逆反应速率相等。
特别注意:同一反应方向的反应速率不能判断反应是否达到平衡状态。
(2)“变量不变”:如果一个量是随反应进行而改变的,当不变时为平衡状态;一个随反应的进行保持不变的量,不能作为是否是平衡状态的判断依据。
▌迁移练6-1 (25-26高二上·四川眉山·期末)下列事实能用勒夏特列原理解释的是
A.溶液中加入少量固体,促进分解
B.合成氨时采用400~500℃的高温
C.密闭烧瓶内的和的混合气体,受热后颜色加深
D.锌片与稀反应过程中,加入少量固体
【答案】C
【解析】A.加入MnO2作为催化剂,通过降低活化能加速H2O2分解,但该过程不涉及化学平衡移动,因此不能用勒夏特列原理解释,A错误;B.合成氨反应(N2+ 3H2⇌2NH3)为放热反应,升高温度会使平衡向逆反应方向移动,不利于氨的合成;实际采用高温是为了提高反应速率,属于动力学考虑,而非平衡移动,因此不能用勒夏特列原理解释,B错误;C.NO2和N2O4存在平衡(2NO2⇌ N2O4,ΔH < 0),受热(温度升高)时,平衡向吸热方向(逆反应)移动,生成更多红棕色的NO2,导致颜色加深,符合勒夏特列原理对温度影响的解释,C正确;D.加入CuSO4后,锌置换铜形成原电池,加速反应速率,但该过程不涉及化学平衡移动(反应不可逆),属于动力学效应,因此不能用勒夏特列原理解释,D错误;故答案选C。
▌迁移练6-2 (25-26高二上·浙江杭州·期中)下列事实不能用勒夏特列原理解释的是
A.天热时,打开冰镇可乐瓶盖后产生大量泡沫
B.工业合成氨中400℃比室温更有利于氨的合成
C.实验室可用CaO和浓氨水快速制取氨气
D.光照新制氯水时,溶液的pH逐渐减小
【答案】B
【解析】A.可乐中存在二氧化碳溶解与逸出的平衡,打开瓶盖后压强减小,平衡向生成气体的方向移动,产生大量泡沫,能用勒夏特列原理解释,A不符合题意;B.工业合成氨的反应是放热反应,根据勒夏特列原理,低温更有利于平衡正向移动,工业选择是为了加快反应速率、保证催化剂活性达到最大,该选择与平衡移动无关,不能用勒夏特列原理解释,B符合题意;C.氨水中存在平衡,与水反应消耗水、反应放热,同时增大浓度,使平衡逆向移动,促进逸出,能用勒夏特列原理解释,C不符合题意;D.新制氯水中存在平衡,光照时分解,使浓度降低,平衡正向移动,浓度增大,浓度升高,溶液逐渐减小,能用勒夏特列原理解释,D不符合题意;故选B。
考点 考查化学反应速率和化学平衡的有关计算
▌例7 (25-26高二上·湖北十堰·期末)二甲醚是一种清洁能源,用水煤气制取二甲醚的原理如下:
Ⅰ.
Ⅱ.
500K时,在2 L恒容密闭容器中充入4 molCO和8 mol,4mm达到平面,平衡时CO的转化率为80%,且,则下列说法正确的是
A.0-4min,反应Ⅰ的
B.反应Ⅱ的平衡常数
C.反应Ⅱ中的转化率为60%
D.平衡时压强与初始压强的比为15:7
【答案】B
【分析】容器体积为,初始充入、,转化率为,因此: 反应Ⅰ消耗的物质的量:,同时消耗,生成,即总生成浓度为,
设平衡时,,由题给条件,得。对于反应Ⅱ,每生成消耗,因此消耗浓度为,可得: , 即平衡时:,,据此分析;
【解析】A.0∼4 min,,,A错误;B.反应Ⅱ平衡常数,B正确;C.反应Ⅱ中转化率,C错误;D.恒容容器压强比等于总物质的量之比,平衡总物质的量:,初始总物质的量为,故压强比为,D错误;故选B。
解题要点
多平衡体系中有关平衡常数的计算技巧
(1)有关多平衡体系平衡常数的计算,如何确定多个反应相关联物质在平衡时量的多少是解题的关键点。若用常规的三段式计算,对反应过程分析要求高,容易出错。但无论多少个反应,反应进行的程度如何,反应前后的原子总数是不变的,因而解答这类问题可用原子守恒法,可规避对反应过程的分析。
(2)原子守恒法解题步骤:
第一步:确定反应体系中有哪些元素,根据已知反应物分别计算出体系中各元素原子的总物质的量;
第二步:确定平衡体系中各物质的物质的量,分析平衡时,已给出哪些物质的物质的量,将未给出物质的物质的量设未知数,利用原子守恒列方程式组,求出未知量。
第三步:计算平衡常数
(1)若为浓度平衡常数,根据容器的容积计算各物质的平衡浓度,代入平衡常数表达式计算。
(2)若为压强平衡常数,根据平衡时各气体的物质的量及气体总物质的量,计算出平衡分压,最后代人平衡常数表达式计算。
▌迁移练7-1 (25-26高二下·云南曲靖·阶段检测)一定温度下,在体积为的恒容密闭容器中发生反应: ,反应过程中X的物质的量随时间变化如下表所示:
时间/min
0
2
4
6
8
2.0
1.2
0.8
0.5
0.5
下列说法正确的是
A.0~内,v(Y)=·L-1·min-1
B.时,反应达到平衡状态
C.时,向容器中再充入,平衡逆向移动
D.该温度下,反应的平衡常数
【答案】B
【解析】A.由表中和时分别为和,则,由反应计量数比可得,A错误;B.表中与时均为,说明反应在6 min时已达到平衡状态,B正确;C.由表中8 min时反应仍处于平衡状态可知,恒温恒容下加入后,增大,使减小,即,平衡正向移动,C错误;D.表格只给出了随时间的变化,未给出、的初始量或平衡量,不能确定的数值,D错误;故选B。
▌迁移练7-2 (25-26高二下·云南曲靖·阶段检测)某温度下,将和充入体积为的密闭容器中,发生反应: ,后达到平衡,测得A的浓度为·L-1,B的浓度为·L-1。下列说法错误的是
A.
B.前 5 min 内,v(A)=·L-1·min-1
C.平衡时,C的浓度为·L-1
D.该温度下,反应的平衡常数K=2.5
【答案】C
【分析】容器体积为,所以初始浓度为、。达到平衡时,,。同一反应进度下,反应物的浓度变化量之比等于其化学计量数之比,由此判断各项。
【解析】A.由反应物浓度变化量之比可得,A正确;B.前内,用表示的平均反应速率为,B正确;C.的浓度减少量为,反应式中和的化学计量数均为1,所以,不是,C错误;D.平衡时,代入平衡常数表达式: ,D正确;故选C。
考点 考查化学反应的调控及其应用
▌例8 (25-26高二上·浙江嘉兴·期末)在硫酸工业中,通过下列反应使氧化为。下表列出不同温度和压强下,反应达到平衡时的转化率,则下列说法正确的是
温度/℃
平衡时的转化率/%
0.1MPa
0.5MPa
1MPa
5MPa
10MPa
450
97.5
98.9
99.2
99.6
99.7
550
85.6
92.9
94.9
97.7
98.3
A.该反应
B.实际生产中,通入过量空气,主要是提高的转化率
C.实际生产中,采用常压合成,主要是高压转化率提升不明显,设备成本增加
D.实际生产中,选定温度为400~500℃,主要是高温加快化学反应速率
【答案】C
【解析】A.由表格数据可知,压强一定时,升高温度,二氧化硫的转化率减小,说明平衡向逆反应方向移动,说明该反应是放热反应,反应的焓变小于0,A错误;B.实际生产中,通入过量空气,可以增大氧气的浓度,平衡向正反应方向移动,二氧化硫的转化率增大,但氧气的转化率减小,B错误;C.由表格数据可知,温度一定时,压强从0.1MPa增至10MPa时,二氧化硫的转化率增大幅度很小,且高压设备成本高,所以实际生产中,采用常压合成,C正确;D.该反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,三氧化硫的产率低,所以实际生产中,选定温度为400~500℃,主要是考虑催化剂的活性最佳,D错误;故选C。
解题要点
工农业生产中平衡类问题需综合考虑的几个方面
(1)原料的来源、除杂,尤其考虑杂质对平衡的影响。
(2)原料的循环利用。
(3)产物的污染处理。
(4)产物的酸碱性对反应的影响。
(5)气体产物的压强对平衡造成的影响。
(6)改变外界条件对多平衡体系的影响。
▌迁移练8-1 (25-26高二上·浙江湖州·期末)下图为工业合成氨的流程图,下列说法不正确的是
A.对原料气进行干燥净化处理的目的是防止催化剂中毒
B.热交换过程提高了能量的利用率
C.工业上采用高温高压的条件生产氨气,符合勒夏特列原理
D.合成氨工业中采用循环操作主要是为了提高氮气和氢气的利用率
【答案】C
【分析】氮气和氢气经过干燥净化,通过压缩机加压到10~30MPa,通过热交换进入反应室,在催化剂作用下合成氨气,产生的气体经过冷却分离出液态氨气,剩余的氮气和氢气循环使用。
【解析】A.干燥净化的目的是去除原料气中的杂质(如硫化物等),防止杂质使铁触媒中毒,A正确;B.热交换可利用反应后的高温气体预热原料气(节约能源),同时冷却含氨气的混合气体,利于氨气液化分离,提高了能量的利用率,B正确;C.升高温度会降低平衡转化率,不完全符合勒夏特列原理,C错误;D.循环操作能将未反应的氢气和氮气重新送入反应器,提高原料利用率,D正确;故选C。
▌迁移练8-2 (25-26高二下·浙江温州·期末)化学与生产、生活息息相关,下列说法正确的是
A.,达到平衡后,压缩容器体积,混合气体密度不变
B.,实际生产中利用液化除氨增大反应的限度
C.,为提高SO3产率,工业生产选择的条件是400-500℃、高压
D.,平衡后,升高温度,对正反应的速率影响更大
【答案】B
【解析】A.该反应左右气体计量数相等,压缩容器体积平衡不移动,但容器体积减小,混合气体总质量不变,根据可知密度增大,A错误;B.液化分离出,生成物浓度减小,平衡正向移动,可增大反应限度,B正确;C.该反应常压下转化率已经很高,高压会大幅增加设备成本,工业生产采用常压而非高压,C错误;D.该反应,正反应放热、逆反应吸热,升高温度对吸热的逆反应速率影响更大,D错误;故答案选B。
考点 考查化学反应方向的判断
▌例9 (25-26高二上·陕西·期末)下列说法中正确的是
A.若,,该化学反应在任何温度下都不能自发进行
B.焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素
C.常温下水结冰的过程不能自发进行的原因是该过程为熵减的过程,改变温度也不可能自发进行
D.常温下反应能自发进行,则该反应的
【答案】D
【解析】A.根据反应自发性判断依据,若,,则任意温度下均小于0,反应在任何温度下都能自发进行,A错误;B.焓变和熵变共同决定反应能否自发进行,焓变不是唯一判断因素,B错误;C.常温下水结冰为熵减过程不能自发,但当温度降低至0℃以下时,,该过程可自发进行,C错误;D.该反应中反应物有气体,生成物均为固体,,常温下反应自发即,代入可知,只有才能满足,D正确;故选D。
解题要点
1.反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响,复合判据ΔH-TΔS<0的反应不一定能够实际发生,只是指出了在该条件下化学反应自发进行的趋势,还要考虑化学反应的快慢问题。
2.焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响
ΔH
ΔS
ΔH-TΔS
反应情况
-
+
永远是负值
在任何温度下过程均自发进行
+
-
永远是正值
在任何温度下过程均非自发进行
+
+
低温为正高温为负
低温时非自发,高温时自发
-
-
低温为负高温为正
低温时自发,高温时非自发
▌迁移练9-1 (25-26高二上·江西·期末)2026年受台风“米克拉”的影响,某些地区狂降暴雨。下列有关雨水变成水蒸气的过程中焓变和熵变的判断正确的是
A.、 B.、
C.、 D.、
【答案】C
【解析】雨水变成水蒸气的过程中吸热,故;液体变成气体,混乱度增加,故,故答案选C。
▌迁移练9-2 (25-26高二上·云南昭通·期末)下列说法正确的是
A.常温下反应不能自发进行,则该反应
B.自发反应的熵一定增大,非自发反应的熵一定减小
C.吸热反应一定不能自发进行
D.受热分解反应的,该反应在低温下能自发
【答案】A
【解析】A.反应的ΔS > 0(气体分子数增加),常温下不能自发进行,则ΔG > 0;根据ΔG = ΔH - TΔS > 0,且ΔS > 0,可推得ΔH > 0,A正确;B.自发反应不一定熵增(如放热熵减反应水结冰可自发),非自发反应也不一定熵减,B错误;C.吸热反应(ΔH > 0)在熵增条件下高温时可能自发(如CaCO3分解),C错误;D.分解反应ΔH > 0(吸热),ΔS > 0(气体分子数增加),在高温自发,D错误;故选A。
考点 考查化学反应速率和化学平衡图像题的信息提取与应用
▌例10 (25-26高二上·贵州贵阳·期末)对于可逆反应: ,下列图像的描述正确的是
A.表示时刻增大对v的影响
B.表示温度对体积分数的影响
C.表示压强的变化对v的影响
D.表示时刻恒容充入对v的影响
【答案】B
【解析】A.时刻若增大,突然增大,瞬间保持不变,然后减小、增大,最后相等,反应达平衡,A不正确;B.从达平衡的时间看,T2>T1,降低温度(从T2降到T1),平衡正向移动,SO3的体积分数增大,B正确;C.增大压强,、都增大,C不正确;D.时刻恒容充入,反应物和生成物的浓度都不变,、都不变,D不正确;故选B。
解题要点
化学反应速率及平衡图像题的分析流程与角度
1.看题
(1)物质的状态
(2)气体体积的变化
(3)正反应是吸热反应还是放热反应
2.看图
(1)一看面(纵坐标与横坐标的意义)
(2)二看线(线的走向和变化趋势)
(3)三看点(起点、拐点、交点、终点)
(4)四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线)
(5)五看量的变化(如浓度变化、温度变化)
3.析图解答
(1)识别图像类型:即明确横坐标和纵坐标的含义,厘清线和点(平台、折线、拐点等)的关系。
(2)把握反应特点:即分析可逆反应化学方程式,观察物质的状态、气态物质分子数的变化(正反应是气体分子数增大的反应,还是气体分子数减小的反应)、反应热(正反应是放热反应,还是吸热反应)等。
(3)联想平衡原理:联想化学反应速率、化学平衡移动原理,特别是影响因素及使用前提条件等。
(4)数形结合解答:图表与原理结合,逐项分析图表,重点看图表是否符合可逆反应的特点、化学反应速率和化学平衡移动原理,应用①先拐先平数值大、②定一议二解答。
▌迁移练10-1 (25-26高二上·天津滨海新区·期末)某化学研究小组在探究外界条件对mA(s)+nB(g)pC(g)的速率和平衡的影响时,画出了如下图像。下列判断正确的是
A.由图1可知,T1<T2,化学平衡常数K(T1)>K(T2)
B.由图2 可知,温度T1时的反应速率一定大于温度T2时的反应速率
C.图3中,表示反应正向移动的是点1
D.图4中,若n=p,则a曲线一定使用了催化剂
【答案】A
【解析】A.温度越高,反应速率越快,达到平衡所需时间越短。因此,。温度升高时,产物的百分含量()降低,说明平衡逆向移动。正反应为放热反应,温度升高平衡常数减小,故,A正确;B.温度T1时的C%更大,反应向右进行的程度更大,但由于未明确反应是吸热反应还是放热反应,故无法比较T1、T2的大小,则反应速率的大小无法比较,故B错误;C.曲线上的点(如2、4)为平衡状态,点1在曲线上方,代表非平衡状态。点1处的转化率高于平衡转化率,说明反应逆向移动,以降低转化率至平衡值,C 错误;D.曲线比曲线先达到平衡,说明反应速率更快。当时,反应前后气体分子数不变,增大压强也能加快反应速率且不移动平衡。因此,曲线可能是使用了催化剂,也可能是增大了压强,D错误;故答案选A。
▌迁移练10-2 (25-26高二上·广东揭阳·期末)对于可逆反应,其他条件不变时,产物D的质量分数D%与温度T或压强P的关系如图所示,下列说法正确的是
A.T1>T2,P2>P1 B.升温,A的转化率升高
C.该式中化学计量数m<p+q D.加压时,平衡向正反应方向移动
【答案】C
【解析】A.图像1中在温度T2下先达到平衡,图像2在P2压强先达到平衡,说明:T1<T2,P2>P1,A错误;B.由A选项分析可知:T1<T2,由T1升高温度至T2后,D%降低,说明升温后反应逆向进行,A转化率降低,B错误;C.因为P2>P1,当压强升高时,D%降低,说明加压后反应逆向进行,说明化学计量数:m<p+q,C正确;D.由C选项分析可知,加压后反应逆向进行,D错误;故答案为C。
基础达标
1.(25-26高二下·辽宁沈阳·期末)下列有关焓变()和熵变()说法正确的是
A.能够自发进行的反应一定是的反应
B.一定温度下,反应能自发进行,该反应的
C.反应中,其、
D.水凝结成冰的过程中,其,
【答案】B
【解析】A.反应自发的判据为,当、时,高温条件下也可满足发生自发反应,因此自发反应不一定,A错误;B.该反应中气体总物质的量从3 mol变为2 mol,混乱度减小,即,反应能自发说明,因此必须才能抵消的正值使,B正确;C.该反应中气体总物质的量从3 mol增至4 mol,混乱度增大,即,C错误;D.水凝结成冰是液态变为固态,混乱度减小,即,D错误;故答案选B。
2.(25-26高二上·山东菏泽·期中)丙酮碘代反应的速率方程为:。改变反应物浓度时,反应的瞬时速率如表所示。
0.25
0.050
1.4
0.50
0.050
2.8
a
0.100
5.6
0.50
0.100
2.8
下列说法正确的是
A.速率方程中的、 B.该反应的速率常数
C.增大反应物的浓度,反应的瞬时速率加快 D.
【答案】D
【解析】A.通过比较第一组和第二组数据,I2浓度相同,丙酮浓度加倍时速率也加倍,故m=1;比较第二组和第四组数据,丙酮浓度相同,I2浓度变化不影响速率,故n=0,A错误;B.代入第一组数据计算得,k=5.6×10-3min-1,B错误;C.因n=0,I2浓度变化对速率无影响,C错误;D.第三组速率是第二组速率的两倍,丙酮浓度需加倍至1.00 mol·L-1,D正确;故答案选D。
3.(25-26高二上·广东佛山·阶段检测)在一定温度下的容积不变的密闭容器中,发生反应:2A(g)+B(s)C(g)+D(g),下列描述中能表明反应已达到平衡状态的是
①单位时间内生成n mol C,同时生成n mol D
②单位时间内生成n mol D,同时生成2n mol A
③C(g)的浓度不变
④混合气体的总质量不变
⑤v(A):v(B):v(D)=2:1:1
A.②③ B.②③④ C.②⑤ D.②③⑤
【答案】B
【解析】①单位时间内生成n mol C,同时生成n mol D,C、D都是生成物,且化学计量数都是1,都是正反应速率,且在任何时刻它们的物质的量变化量都相等,不能判断反应达到平衡状态;②单位时间内生成为正反应方向,生成为逆反应方向,二者速率比等于化学计量数之比,说明正逆反应速率相等;③的浓度不变是反应达到平衡的特征标志;④反应有固体参与,混合气体总质量是随反应进行变化的量,总质量不变说明反应达到平衡;⑤未说明速率对应的反应方向,且任意时刻反应速率比均等于化学计量数之比,无法说明反应达平衡,②③④能判断反应已达到平衡状态,B符合题意。故答案选B。
4.(25-26高二上·广东佛山·阶段检测)下列关于化学平衡常数K的说法中,不正确的是
A.K与温度、反应物浓度、体系的压强等都有关
B.由K可以推断一个可逆反应进行的程度
C.K越大,平衡时反应物的转化率越大
D.某一时刻,反应的浓度商Q=K,此时反应处于平衡状态
【答案】A
【解析】A.化学平衡常数仅与温度有关,与反应物浓度、体系的压强均无关,A错误;B.平衡常数的大小可以反映可逆反应的进行程度,越大反应正向进行的程度越高,因此可由推断可逆反应进行的程度,B正确;C.越大,说明平衡状态下生成物浓度相对越大、反应物剩余浓度相对越小,反应物的转化率越大,C正确;D.浓度商与平衡常数的大小关系可判断反应状态,当时,正逆反应速率相等,反应处于平衡状态,D正确;故选A。
5.(25-26高二下·江苏盐城·阶段检测)某温度下,1L容器中发生反应:4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g),NH3在20s内由1.0mol/L变成0.2mol/L(反应尚未达到平衡)。下列说法正确的是
A.反应速率关系:2v(NO)=3v(H2O)
B.20s内,v(O2)=0.045mol/(L·s)
C.20s内,NH3的转化率为20%
D.20s内,上述反应转移电子数目为4×6.02×1023
【答案】D
【解析】A.化学反应速率之比等于化学计量数之比,,可得,选项关系与计量数比例相反,A错误;B.先计算,速率之比等于计量数比,,与选项数值不符,B错误;C.的转化率为,不是20%,C错误;D.每个参与反应时N元素从-3价升高到+2价,转移5个电子,20s内反应的物质的量为,转移电子总物质的量为,对应数目为,D正确;故选D。
6.(25-26高二下·江苏无锡·阶段检测)下列叙述与图对应的是
A.对于达到平衡状态的反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),图①表示在时刻充入了一定量的NH3,平衡逆向移动
B.由图②可知,p2>p1,T1>T2,且该反应的正反应ΔH<0,ΔS<0
C.图③表示的反应方程式为:2A+B3C
D.对于反应2X(g)+3Y(g)3Z(g) ΔH<0,图④y轴可以表示Y的百分含量
【答案】B
【解析】A.反应,若时刻充入,瞬间生成物浓度增大、反应物浓度不变,则突增,保持不变。但图①中时刻、同时跳跃上升,与充入的速率变化图像不符,A错误;B.温度均为时,条件下达到平衡用时更短,反应速率更快,故;压强均为时,条件下达到平衡更快,故;温度升高(),平衡时降低,说明升温平衡逆向移动,正反应;压强增大(),平衡时升高,说明加压平衡正向移动,说明正反应气体分子数目减小,,B正确;C.由图③计算浓度变化:,,;三者浓度变化量之比为,则反应方程式应为,C错误;D.反应,正反应放热。温度升高,平衡逆向移动,的百分含量增大;但图④曲线随温度升高不断减小,二者变化趋势矛盾,因此不能代表的百分含量,D错误;故选B。
7.(25-26高二下·云南曲靖·阶段检测)已知反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=-196kJ·mol-1。在密闭容器中,当反应达到平衡时,下列措施能提高SO2转化率的是
A.减小压强 B.降低温度
C.加入催化剂 D.充入氦气使压强增大
【答案】B
【解析】A.该反应正反应为气体分子数减小的反应,减小压强平衡向逆反应方向移动,转化率降低,A错误;B.该反应,正反应为放热反应,降低温度平衡向放热的正反应方向移动,转化率提高,B正确;C.催化剂只能改变反应速率,不影响平衡移动,转化率不变,C错误;D.密闭容器中充入氦气,反应物和生成物的浓度均不变,平衡不移动,转化率不变,D错误;故选B。
8.(25-26高二下·黑龙江大庆·期末)如图表示某化学反应在使用催化剂(b曲线)和未使用催化剂(a曲线)时,反应过程和能量的对应关系。下列说法一定正确的是
A.a与b相比,b的活化能更高
B.a与b相比,a的反应速率更快
C.a与b相比,a中活化分子的百分数更高
D.该反应反应物断键吸收的总能量小于生成物成键释放的总能量
【答案】D
【解析】A.催化剂能够降低反应的活化能,b是使用催化剂的曲线,因此b的活化能更低,A错误;B.反应活化能越低,反应速率越快,b的活化能小于a,因此b的反应速率更快,B错误;C.活化能越低,相同条件下活化分子百分数越高,b的活化能更小,因此b中活化分子的百分数更高,C错误;D.由图可知反应物总能量高于生成物总能量,该反应为放热反应,反应热反应物断键吸收的总能量生成物成键释放的总能量,因此反应物断键吸收的总能量小于生成物成键释放的总能量,D正确;故选D。
9.(25-26高二上·新疆·期末)下列事实不能用勒夏特列原理解释的是
A.实验室用排饱和食盐水的方法收集氯气
B.合成氨工业中需采用高温条件
C.夏天打开啤酒瓶,有许多气泡冒出
D.含酚酞的氨水溶液,微热后红色变深
【答案】B
【解析】A.氯气溶于水存在平衡:。饱和食盐水中 Cl-浓度高,平衡左移,减少氯气溶解,可用勒夏特列原理解释,A正确;B.合成氨反应是放热反应,升温使平衡左移,不利于氨生成。工业采用高温是为了提高反应速率,与平衡移动无关,不能用勒夏特列原理解释,B错误;C.啤酒中 CO2 存在溶解平衡 ,开瓶减压使平衡左移,符合勒夏特列原理,C正确;D.氨水中NH3·H2O电离吸热,微热使平衡右移,OH-浓度增大,酚酞红色加深,符合勒夏特列原理,D正确;故选B。
10.(25-26高二上·北京·期末)下列说法中错误的是
A.对有气体参加的化学反应,增大压强使容器容积减小,可使单位体积内活化分子数增加,化学反应速率增大
B.升高温度,可使反应物分子中活化分子的百分数增大,从而增大化学反应速率
C.活化分子之间的碰撞都是有效碰撞
D.加入适宜的催化剂,可使反应物分子中活化分子的百分数增大,从而增大化学反应速率
【答案】C
【解析】A.有气体参加的化学反应,增大压强使容器容积减小,单位体积内活化分子数增加,有效碰撞次数增多,化学反应速率增大,A正确;B.升高温度,分子能量增大,反应物分子中活化分子的数目和百分数增大,有效碰撞次数增多,化学反应速率增大,B正确;C.活化分子之间的碰撞不一定是有效碰撞,只有发生化学反应的碰撞才是有效碰撞,C错误;D.催化剂能降低了反应的活化能,活化分子的数目和百分数增大,有效碰撞次数增多,化学反应速率加快,D正确;故选C。
11.(25-26高二下·江苏·期中)Ⅰ.为比较和对分解的催化效果,某化学研究小组的同学分别设计了如图甲、乙所示的实验。请回答相关问题:
(1)定性分析:如图甲可通过观察产生气泡的快慢,定性比较得出结论。有同学提出将溶液,改为溶液更为合理,其理由是________。
(2)定量分析。如图乙所示,实验时均以生成40 mL气体为准,其它可能影响实验的因素均已忽略,实验中需要测量的数据是________。
Ⅱ.乙同学利用控制变量法探究影响硫代硫酸钠与稀硫酸反应速率的因素时,设计了如下系列实验:
实验序号
反应温度/℃
稀硫酸
反应结束时间
V/mL
c/(mol/L)
V/mL
c/(mol/L)
V/mL
min
①
20
10.0
0.10
10.0
0.50
0
②
40
0.10
0.50
③
20
0.10
4.0
0.50
(3)实验①、②可探究________对反应速率的影响;实验①、③可探究硫酸浓度对反应速率的影响,因此________mL。
(4)计算实验①中________。
Ⅲ.密闭容器中发生反应:,根据速率—时间图像,回答下列问题:
(5)下列时刻所改变的外界条件分别是:________;________。
(6)A的体积分数最大的时间段是________(填字母,下同);反应速率最大的时间段是________。
A. B. C. D.
【答案】(1)控制阴离子种类相同,更准确比较和对分解的催化效果
(2)产生气体所需要的时间
(3)温度 6.0
(4)
(5)升高温度 降低压强
(6)D C
【解析】(1)控制阴离子相同,排除阴离子不同对实验的干扰,因为和可能对分解有不同的影响,改为溶液,与硫酸铜溶液中的阴离子相同,能更准确地比较和对分解的催化效果。
(2)实验时均以生成40 mL气体为准,需要测量的数据是收集生成40 mL气体所需时间,通过比较收集相同体积气体所需时间的长短,来定量分析和对分解的催化效果。
(3)实验①、②中只有温度不同,则==10.0、=0,所以可探究温度对反应速率的影响;
实验①、③可探究硫酸浓度对反应速率的影响,根据控制变量法,除硫酸浓度不同外,其余条件相同,所以=10.0mL,总体积为20.0mL,则mL。
(4)根据反应及反应的初始量,两溶液等体积混合反应,溶液浓度变为,反应结束时间为,则实验①中。
(5)时,正、逆反应速率都增大,且逆反应速率大于正反应速率,平衡向逆反应方向移动,则改变的外界条件应为升高温度;
时,正、逆反应速率都减小,且逆反应速率大于正反应速率,平衡向逆反应方向移动,逆反应为气体体积增大的方向,则改变的外界条件应为降低压强。
(6)、,反应向逆反应方向移动,随着反应的进行,生成的A逐渐增多,A的体积分数逐渐增大,所以A的体积分数最大的时间段是,选D;根据改变的条件,时升高温度反应速率增大,时加入催化剂反应速率增大,降低压强反应速率减小,所以反应速率最大的时间段是,选C。
12.(25-26高二下·湖北·阶段检测)一定温度下,向一容积为5L的恒容密闭容器中充入 和,发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196kJ/mol,当反应达到平衡时,容器内压强变为起始时的,请回答下列问题:
(1)判断该反应达到平衡状态的标志是___________(填字母)。
A.SO2、O2、SO3三者的浓度之比为2∶1∶2
B.容器内气体的压强不变
C.容器内混合气体的密度保持不变
D.SO3的物质的量不再变化
E.容器内混合气体的平均摩尔质量保持不变
(2)平衡时SO2的转化率为___________。
(3)其他条件不变时,判断下列条件的改变引起反应速率减慢的是___________。
A.降低温度 B.压强不变充入氩气使体积增大 C.体积不变充入0.2mol氩气
Ⅱ.合成氨对人类的生存和发展有着重要意义,1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨,实现了人工固氮。
(4)对于反应在一定条件下氨的平衡含量如下表。
温度/℃
压强/ MPa
氨的平衡含量
200
10
81.5%
550
10
8.25%
①下列条件既能提高反应速率,又能升高氨的平衡含量的是___________(填字母序号)。
A.加催化剂 B.升高温度至400-550℃ C.采取10MPa-30MPa的高压条件
②哈伯选用的条件是550℃、10MPa,而非200℃、10MPa,可能的原因是___________。
(5)下图是合成氨反应平衡混合气中NH₃的体积分数随温度或压强变化的曲线,图中L(L1、L2)、X分别代表温度或压强。其中X代表的是___________(填“温度”或“压强”);判断、的大小关系并说明理由___________。
【答案】(1)BDE
(2)
(3)AB
(4)C 提高合成氨反应的化学反应速率(或其他合理答案)
(5)压强 L1L2,合成氨的反应是放热反应,压强相同时,温度升高,平衡逆向移动,氨的体积分数减小
【解析】(1)A.浓度比等于计量数比不能说明浓度不再变化,不是平衡标志,A错误;B.反应前后气体分子数不等,恒容下压强不变说明总物质的量不变,反应达平衡,B正确;C.总质量不变、容器体积不变,密度始终不变,不能判断平衡,C错误;D.生成物物质的量不变,说明正逆反应速率相等,达平衡,D正确;E.平均摩尔质量 ,不变,随反应变化,不变说明不变,达平衡,E正确;故答案为:BDE。
(2)转化率计算: 起始总物质的量,恒温恒容下压强比等于物质的量比,;设转化x mol,总物质的量,得x=0.18,转化了0.36 mol,转化率。
(3)A.降低温度,反应速率减慢,A正确;B.压强不变充入氩气,容器体积增大,反应物浓度降低,反应速率减慢,B正确;C.体积不变充入氩气,反应物浓度不变,速率不变,C错误;故答案为:AB。
(4)① 合成氨反应是正向气体分子数减少的放热反应:催化剂不改变平衡含量;升温速率加快但平衡左移,氨含量降低;加压既加快速率,又使平衡右移,氨含量升高,故选C;
② 工业生产需要兼顾反应速率和产率,550℃时催化剂活性较高,低温下反应速率太慢,需要提高温度使得反应速率更快,因此选用550℃。
(5)从图中可以观察到随着X的增大,L1与L2曲线的氨气平衡体积分数不断增大,说明反应的平衡随着X的增大而正向移动,如果是温度,因为该反应为放热反应,所以曲线应该随着X的增大而降低,如果是压强,因为反应为气体分子减少的反应,所以曲线会随着X的增大而正向移动,X为压强;L1<L2,因为合成氨的反应是放热反应,所以压强相同时,温度升高,平衡逆向移动,导致氨的体积分数减小。
能力进阶
13.(25-26高二上·湖北黄冈·期末)利用催化技术处理汽车尾气的反应为2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g)。在2L恒容密闭容器中充入2molCO和2molNO,测得NO的转化率与温度、时间的变化关系如图所示。下列说法不正确的是
A.该反应正反应的活化能大于逆反应的活化能
B.T2温度下,0-10min内用CO表示的平均反应速率v(CO)为0.08mol·L-1·min-1
C.T1温度下,反应的平衡常数K=1
D.T1温度下,向平衡后的容器内再加入2mol N2和2mol NO,此时v正>v逆
【答案】A
【分析】首先分析反应与图像信息,温度越高反应速率越快,越先达到平衡,因此,温度升高后,平衡转化率降低,说明升温平衡逆向移动,正反应为放热反应,初始时容器体积,充入和,初始浓度,据此分析:
【解析】A.,该反应,因此,即正反应活化能小于逆反应活化能,A错误;B.下,10min达到平衡时转化率为,,反应中,则,B正确;C.下转化率为,列三段式,平衡常数,C正确;D.加入和后,新浓度,,,,浓度商,反应正向进行,因此,D正确;答案选A。
14.(25-26高二下·广东揭阳·期末)反应分两步完成,Y(g)为中间产物:①反应过程中各物质的浓度随时间变化如图所示;②升高反应温度,、均增大。基于以上事实,下列说法正确的是
A.反应过程中第一步为吸热反应,第二步为放热反应
B.X→Y为总反应决速步骤
C.升高温度,X→Y正反应速率变大,Y→Z正反应速率变小
D.选择合适的催化剂可以提高Z物质的平衡产率
【答案】A
【解析】A.升高温度时,增大,说明第一步反应的平衡正向移动,根据勒夏特列原理,第一步正反应为吸热反应;增大,说明第二步反应的平衡逆向移动,因此第二步正反应为放热反应,A正确;B.决速步是多步反应中速率最慢的步骤,决定总反应速率。从浓度变化图可知,Y 的浓度先升后降,说明第一步生成 Y 的速率快于第二步消耗 Y 的速率(Y 先积累),第二步反应速率更慢,因此总反应的决速步骤是,而非,B错误;C.升高温度,分子能量增加、有效碰撞频率增大,所有反应(无论吸热还是放热)的正、逆反应速率均增大,因此和的正反应速率都变大,C错误;D.催化剂的作用是降低反应活化能,同等程度加快正、逆反应速率,只缩短达到平衡的时间,不改变平衡状态,因此不能提高 Z 的平衡产率,D错误;故答案为A。
15.(25-26高二下·广西南宁·期末)可用CO2氧化烷烃脱氢制取烯烃。向密闭容器中通入C3H8、CO2和He(体积比为1:1:2),维持压强为 kPa,发生反应:。测得C3H8的平衡转化率与温度的关系如图中曲线①所示。下列说法错误的是
A.该反应的活化能:E正>E逆
B.体系中,He的体积分数不再改变时,表明反应已达平衡
C.543℃下,体系中C3H6的平衡分压为p0
D.若减小通入气体中He的占比,C3H8的平衡转化率与温度的关系可能是曲线②
【答案】C
【解析】A.温度升高,平衡向吸热方向移动,的平衡转化率上升,表明平衡向正向移动,正向为吸热方向,吸热反应,正反应活化能E正>E逆,A正确;B.维持压强为 kPa,该反应为气体分子数目增多的反应,只要平衡发生移动,He的体积分数就会改变,He的体积分数不变时,体系中各物质浓度不再变化,表明反应达到平衡,B正确;C.543℃下,平衡转化率为60%,C3H8、CO2和He(体积比为1:1:2),即,设=1 mol,=1 mol,=2 mol,那么,
平衡时气体总的物质的量为:,
物质的量为0.6 mol,总压强为kPa,,C错误;D.减小通入气体中He的占比,维持总压强为 kPa不变,则反应体系中各气体分压增大,该反应正方向气体分子数增大,加压平衡逆向移动,平衡转化率降低,对应曲线②,D正确;故答案选C。
16.(25-26高二上·江苏镇江·期末)二氧化碳加氢制甲醇涉及的反应可表示为:
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
一体积固定的密闭容器中、在5MPa下,按照投料,平衡时。CO和在含碳产物中物质的量百分数及的转化率随温度的变化如题图所示。下列说法错误的是
A.范围内,的平衡转化率始终低于
B.时反应Ⅱ的平衡常数约为0.015
C.加入选择性高的催化剂,可提高单位时间内的产率
D.范围内升高温度,反应Ⅱ平衡正向移动的的幅度大于反应Ⅰ平衡逆向移动的幅度
【答案】D
【分析】反应I为放热反应,温度越高,该反应的产物的含量越低,故m曲线代表的是产物的物质的量百分数,n曲线代表的是CO的物质的量百分数。
【解析】A.设初始n()=1mol,n()=3mol,反应Ⅰ消耗x mol、3x mol,反应Ⅱ消耗y mol、 y mol。转化率=(x+y)/1,转化率=(3x+y)/3=x+y/3。因(x+y)>(x+y/3),故转化率始终低于,A正确; B.270℃时转化率24%,且CO与CH₃OH物质的量百分数相等,列三段式可得
反应Ⅱ平衡常数,B正确; C.选择性高的催化剂可加快反应Ⅰ速率,提高单位时间内CH₃OH产率,C正确; D.升高温度,反应Ⅰ逆向(使转化率降低),反应Ⅱ正向(使转化率升高)。由图可知,范围内,升高温度总转化率降低,说明反应Ⅰ平衡逆向移动的幅度大于反应Ⅱ正向移动的幅度,D错误;故选D。
17.(25-26高二上·山东德州·期末)某研究小组以为原料采用气相沉积法制,其反应的方程式为 ,将、和投入到某刚性反应器中,测得在反应过程中的物质的量和反应体系的总压强随温度升高的变化曲线如图。下列说法错误的是
A.曲线表示总压强随温度的变化曲线
B.a点时反应达到平衡状态
C.若点时再充入一定量的,原料转化率会降低
D.点时,体系压强为,,此时
【答案】C
【分析】以为原料采用气相沉积法制该反应为气体分子总数增加的放热反应,升高温度,平衡逆向进行,的物质的量减少。图中温度a点左边反应未达平衡,a点右边温度升高平衡移动导致Y的量减少,Y代表的物质的量,曲线表示总压强随温度的变化曲线。
【解析】A.根据分析可知曲线表示总压强随温度的变化曲线,A正确;B.a点左边反应未达平衡,a点右边反应随温度升高平衡逆向移动,a点时反应达到平衡状态,B正确;C. 若点时再充入一定量的,刚性容器体积不变,体系各组分浓度不变,平衡不移动,原料转化率不变,C错误;D.点平衡时,体系压强为,,此时,、,,,,D正确;故选C。
18.(25-26高二上·山西长治·期末)已知反应①,反应②,其平衡常数在温度973 K的值分别如下表:
温度
973 K
1.47
2.38
(1)反应①的平衡常数表达式为______。
(2)反应③时平衡常数______。
(3)能判断反应③已达到平衡状态的是______(填字母序号)。
A.容器中压强不变 B.混合气体中不变
C. D.
(4)973 K时,某容器中的物质的量浓度都为,发生反应③,则达到平衡状态时,的转化率为______;若某时刻时的物质的量分数相同、则此时反应______(填“等于”或“不等于”)。(已知:)
【答案】(1)K
(2)0.62
(3)BC
(4)44.13% 不等于
【解析】(1)反应①的平衡常数表达式为K1。
(2)根据盖斯定律,反应③=反应①-反应②,则反应③,973K时平衡常数。
(3)A.反应③前后气体分子数不变,在恒温恒容条件下,无论是否达到平衡,压强始终保持不变。所以压强不变不能作为平衡标志,A错误;B.各组分浓度不再随时间变化是化学平衡的本质特征,不变说明正逆反应速率相等,反应已达平衡,B正确;C. 表示氢气的消耗速率(正反应方向),表示水蒸气的消耗速率(逆反应方向)。根据化学计量数,,说明正逆反应速率相等,反应达到平衡,C正确;D.不代表浓度不再变化,这取决于起始投料和转化率,不能作为平衡标志,D错误;故选BC。
(4)设达到平衡时,的转化浓度为,
根据平衡常数公式=0.62,x≈0.4413,的转化率为,若某时刻 、 、 、 的物质的量分数相同,则它们的浓度相等,此时的浓度商 >,反应向逆反应方向进行,此时正反应速率小于逆反应速率,即不等于。
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第二章 化学反应速率与化学平衡
复习要点
1.理解化学反应速率的概念及定量表示方法(v=Δc/Δt,单位:mol·L-1·s-1或mol·L-1·min-1)。
2.能通过实验测定速率,并分析浓度、温度、压强、催化剂等因素对速率的影响规律。
3.认识化学平衡的建立过程,掌握平衡常数(K)的含义及计算。
4.运用勒夏特列原理分析浓度、温度、压强等条件对平衡移动的影响。
5.初步了解焓变(ΔH)和熵变(ΔS)对反应自发性的判断(ΔG=ΔH-TΔS)。
6.结合工业生产案例(如合成氨),理解速率与平衡的综合调控。
7.了解常见的几种平衡图像,能根据图像进行分析。
复习重难点
重点:化学反应速率的计算及影响因素(浓度、温度、催化剂等);化学平衡状态的判断及平衡移动规律。
难点:平衡常数(K)的计算与应用,尤其是多平衡体系的分析;反应速率与平衡的矛盾统一(如工业中高温提速但可能不利于平衡产率)。
要点 化学反应速率概念的理解
1.无论是用某一反应物表示还是用某一生成物表示,由于Δc是取浓度变化的 ,因此,其化学反应速率都取 ,且是某一段时间内的 速率。
2.化学反应速率可用反应体系中一种反应物或生成物浓度的变化来表示,一般是以 的一种物质表示,书写时应标明是 的反应速率。
3.在一定温度下,固体和纯液体物质,其单位体积里的物质的量保持不变,即物质的量浓度为 ,因此它们的化学反应速率也被视为常数。由此可知,现在采用的表示化学反应速率的方法还有一定的局限性。
4.在同一反应中,用不同的物质表示同一时间的反应速率时,其数值可能 ,但这些数值所表达的意义是 的即都是表示 的速率。各物质表示的反应速率的数值有相互关系,彼此可以根据化学方程式中的 进行换算。
5.一般来说在反应过程中都不是等速进行的,因此某一时间内的反应速率实际上是这一段时间内的 速率。
要点速测特别提醒
(1)化学反应速率一般指反应的平均速率而不是瞬时速率,且无论用反应物表示还是用生成物表示均取正值。
(2)同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,其数值可能不同,但表示的意义相同。
(3)不能用固体或纯液体来表示化学反应速率。
1.下列关于化学反应速率的说法,正确的是( )
A.化学反应速率是衡量化学反应进行程度的物理量
B.化学反应速率为1.8mol·L-1·min-1,是指1min时,物质的量浓度为1.8mol·L-1
C.各物质表示的速率的数值之比等于方程式中各物质的计量数之比
D.某可逆反应速率越快,该反应平衡时反应物转化率越大
2.下列说法正确的是
A.化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物的质量变化来表示
B.用不同物质的浓度变化表示同一时间内同一反应的速率时,其数值之比等于反应方程式中对应物质的化学计量数之比
C.由v=计算所得化学反应速率为某时刻的瞬时速率
D.在反应过程中,反应物的浓度逐渐变小,所以用反应物表示的化学反应速率为负值
要点 控制变量法探究外界条件对化学反应速率影响
1.影响化学反应速率的外因
(1)浓度
①浓度增大,单位体积内活化分子数 (活化分子百分数 ),有效碰撞的几率 ,化学反应速率 。
②浓度改变,可使气体间或溶液中的化学反应速率发生改变。固体或纯液体的浓度可视为常数,它们的物质的量的变化不会引起反应速率的变化,但固体颗粒的 会导致 的变化,故 影响化学反应速率。
(2)压强
改变压强,对化学反应速率产生影响的根本原因是引起 。对于有气体参加的反应体系,有以下几种情况:
①恒温时:增大压强体积 浓度 反应速率 。
②恒容时
a.充入气体反应物反应物浓度 总压强 反应速率 。
b.充入“稀有气体”总压强增大,但各物质的浓度 ,反应速率 。
③恒压时:充入“稀有气体”体积增大各物质浓度 反应速率 。
(3)温度
①温度升高,活化分子百分数 ,分子间的碰撞频率 ,化学反应速率 。
②温度升高,吸热反应和放热反应的速率都 。实验测得,温度每升高10 ℃,化学反应速率通常增大为原来的 倍。
(4)催化剂
①催化剂能 反应路径、 活化能、 活化分子百分数、 反应速率,但不影响反应的 。
②催化剂只有在适宜的温度下活性 ,反应速率才达到 。
③对于可逆反应,催化剂能够 地改变正、逆反应速率,对化学平衡状态 ,生产过程中使用催化剂主要是为了提高 。
2.应用碰撞理论解释影响化学反应速率的影响因素
解释说明:①影响化学反应速率的内因——反应物的 ,决定了反应的活化能的 ;
②使用催化剂可 反应的活化能, 了活化分子百分数,进而单位体积内活化分子数 ,从而 反应速率;
③升高反应体系的温度,吸收能量,可 活化分子百分数,进而单位体积内活化分子数 ,从而 反应速率;
④增大反应物的浓度,单位体积内分子总数 ,活化分子百分数 ,单位体积内活化分子数 ,从而 反应速率;
⑤增大气体压强, 反应体系的体积,单位体积内分子总数 ,活化分子百分数 ,单位体积内活化分子数 ,从而 反应速率;
⑥ 固体的表面积, 单体时间和单体体积内的有效碰撞次数,从而 反应速率。
3.“变量控制”思想探究化学反应速率的影响因素
(1)确定变量:解答这类题目时首先要认真审题,理清影响实验探究结果的因素有哪些。
(2)定多变一:在探究时,应该先确定其他因素不变,只改变 因素,看这种因素与所探究问题存在怎样的关系;这样确定一种以后,再确定另一种,通过分析每种因素与所探究问题之间的关系,得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。
(3)数据有效:解答时注意选择数据(或设置实验)要有效,且变量统一,否则无法做出正确判断。
易错提醒
警惕外界因素对化学反应速率影响的5大误区
(1)误认为随着化学反应的进行,化学反应速率一定逐渐减小。其实不一定,因为反应速率不仅受浓度影响,而且受温度影响,一般会先增大后减小。
(2)误用某物质的物质的量代替物质的量浓度计算化学反应速率。速率大小比较时易忽视各物质的反应速率的单位是否一致,单位书写是否正确。
(3)误认为纯固体和纯液体不会改变化学反应速率。实际上不能用纯固体和纯液体物质的变化表示化学反应速率,但若将固体的颗粒变小(增大固体的接触面积)则化学反应速率会加快。
(4)误认为只要增大压强,化学反应速率一定增大。实际上反应在密闭固定容积的容器中进行,若充入氦气(或不参与反应的气体),压强增大,但参与反应的各物质的浓度不变,反应速率不变;若反应在密闭容积可变的容器中进行,充入氦气(或不参与反应的气体)而保持压强不变,容器体积增大,各组分浓度减小,反应速率减小。
(5)误认为温度、压强等条件的改变对正、逆反应速率影响不一致。如认为升温既然使化学平衡向吸热方向移动,则对于放热反应,升温时,逆反应速率增大,而正反应速率减小。其实不然,温度升高,正、逆反应速率都增大,只是吸热反应方向速率增大程度大;同理,降温会使吸热反应方向速率减小程度大,而导致化学平衡向放热方向移动。
要点速测
1.探究 2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+l0CO2↑+8H2O 反应速率的影响因素,有关实验数据如下表所示:
编号
温度℃
催化剂(g)
酸性KMnO4溶液
H2C2O4溶液
KMnO4溶液褪色平均时间(min)
体积(mL)
浓度(mol/L)
体积(mL)
浓度(mol/L)
1
25
0.5
4
0.1
8
0.2
12.7
2
80
0.5
4
0.1
8
0.2
a
3
25
0.5
4
0.01
8
0.2
6.7
4
25
0
4
0.01
8
0.2
b
下列说法不正确的是
A.a<12.7,b>6.7
B.可通过比较收集相同体积CO2所消耗的时间来判断反应速率快慢
C.用H2C2O4表示该反应速率,v(实验1)约为6.6×l0-3 mol·L-1·min-1
D.用KMnO4表示该反应速率,v(实验3)>v(实验1)
2.实验小组探究双氧水与KI的反应,实验方案如下表。
序号
①
②
③
实验装置及操作
实验现象
溶液无明显变化
溶液立即变为黄色,产生大量无色气体;溶液温度升高;最终溶液仍为黄色
溶液立即变为棕黄色,产生少量无色气体;溶液颜色逐渐加深,温度无明显变化;最终有紫黑色沉淀析出
下列说法不正确的是
A.KI对H2O2的分解有催化作用
B.①为了排除稀硫酸对实验的干扰
C.对比②和③,②中的现象可能是因为H2O2分解的速率大于H2O2氧化KI的速率
D.实验②③中的温度差异说明,H2O2氧化KI的反应放热
要点 化学反应速率的计算
1.化学反应速率计算的4个方法
1)定义式法:
(1)常规公式:v= =
①常用单位: 或 或
②适用范围:表示 物质或溶液中 性物质的速率,不表示 或 物质的速率
(2)非常规公式:v=(X代表n、P、m、V等量)
①常用单位: 、 、 、
②适用范围:任何物质的反应速率
2)比例关系式法:化学反应速率之比=物质的量浓度变化之比=物质的量变化之比=化学计量数之比。对于反应mA(g)+nB(g)===pC(g)+qD(g)来说,v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)= 。
(3)三段式法:列起始量、转化量、最终量,再根据定义式或比例关系计算。
(4)从图像中获取计算的数据及依据图像求反应速率的步骤
①从图像中获取计算的数据
纵坐标可以是物质的量,也可以是物质的量浓度,横坐标是时间。
例如:某温度时,在定容(VL)容器中,X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。根据图像可进行如下计算:
A.求某物质的平均速率、转化率,如:v(X)= ,Y的转化率= 。
B. 确定化学方程式中的化学计量数之比,如:X、Y、Z三种物质的化学计量数之比为 。
②依据图像求反应速率的步骤
第一步:找出横、纵坐标对应的 ;
第二步:将图中的变化量转化成相应的 ;
第三步:根据公式v= 进行计算。
2.化学反应速率计算的万能方法——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。
如对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),起始时A的浓度为a mol·L-1,B的浓度为b mol·L-1,反应进行至t1s时,A消耗了x mol·L-1,则化学反应速率可计算如下:
mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)
起始/(mol·L-1) a b 0 0
转化/(mol·L-1) x
t1/(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,v(D)= mol·L-1·s-1。
(3)利用关系式计算
①应用前提:同一化学反应
②常用关系:速率比= 比= 比= 比
(4)计算中注意以下量的关系:
①对反应物:c(起始)-c(转化)=c(某时刻)
②对生成物:c(起始)+c(转化)=c(某时刻)
③转化率=×100%
易错提醒
①计算时要用浓度变化量,不是物质的量变化量,注意除以容器体积;
②比较速率大小时,不能直接比较数值,要换算成同一物质或除以化学计量数;
③三段式中,变化量之比一定等于化学计量数之比,起始量和末态量不一定;
④固体和纯液体不能用来计算速率,其浓度视为常数。
要点速测
1.反应在容积为2L的密闭容器中进行,1mim后,减少了0.12mol,则平均每秒浓度的变化表示正确的是
A.: B.:
C.: D.:
2.一定温度下,在5 L的恒容密闭容器中,反应进行半分钟后,测得NO的物质的量增加了0.3 mol。在此段时间内,用NH3表示的化学反应速率为
A. B. C. D.
要点 化学反应速率的大小比较
1.比较原则:比较化学反应速率的大小, 直接看数值大小,因为:
①同一反应用不同物质表示的速率数值可能 ;
②单位可能 ;
③必须在 条件下比较才有意义。
2.常用比较方法
1)定性比较
通过明显的实验现象(如 产生快慢、 生成快慢等)来定性比较化学反应速率的大小。
2)定量比较
同一化学反应中,不同物质来表示化学反应速率时,数值可能不同,需要进行转化。常用以下两种方法:
(1)归一法
①“一看”:看化学反应速率的单位是否一致,若不一致,需转化为 。
②“二化”:将不同物质的化学反应速率转化成 的化学反应速率。
③“三比较”:标准统一后比较数值大小,数值越 ,反应速率越 。
(2)比值法:通过化学反应速率与其对应的化学计量数的比值进行比较,比值大的化学反应速率 。
如对于反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),若 ,则A表示的化学反应速率较 。
3)由图像比较反应速率大小的方法:
(1)c-t 图像:斜率越大,速率越 (斜率的绝对值表示速率大小)。
(1)v-t 图像:纵坐标数值越大,速率越 。
(3)根据图像看反应达到平衡所需的时间,时间越 ,对应的反应的温度、浓度或压强就越 ,则对应的反应速率越 。
易错提醒
①直接比较不同物质表示的速率数值大小,忽略化学计量数的差异;
②比较时忽略单位差异,如mol/(L・s) 和 mol/(L・min) 直接比较;
③不同温度、不同催化剂下的反应速率不能直接比较;
④比值法是速率除以化学计量数,不是化学计量数除以速率。
要点速测
1.已知反应4CO(g)+2NO2(g)4CO2(g)+N2(g)在不同条件下的反应速率如下,其中表示反应速率最快的是
A.v(N₂)=2.8mol/(L·min) B.v(NO2)=0.09mol/(L∙s)
C.v(CO)=0.2mol/(L∙s) D.v(CO₂)=4.0mol/(L·min)
2.反应在四种不同情况下的反应速率分别为①;②;③;④,该反应进行的快慢顺序为
A.④>③=②>① B.①>②=③>④ C.①>②>③>④ D.④>③>②>①
要点 化学平衡状态判断的“两类标志”及“一角度”
1.两类标志
判断化学反应是否达到化学平衡状态,关键是看给定条件下能否推出 达到 。常用到的判断标志有:
(1)绝对标志
(2)相对标志
①有气体参加的反应,气体的总压强、总体积、总物质的量不变时,对于反应前后气体分子数不变的反应来说, 达到平衡;对于反应前后气体分子数不相等的反应来说, 平衡;
②气体的密度()、气体的平均相对分子质量()不变时,要具体分析各表达式中的分子或分母变化情况,判断是否平衡;
③如果平衡体系中的物质有颜色,则平衡体系的颜色不变时, 平衡。
2.一角度
从微观的角度分析,如反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),下列各项均可说明该反应达到了平衡状态:
①断裂1 mol N=N键的同时 1 mol N=N键;
②断裂1 mol N=N键的同时 3 mol H—H键;
③断裂1 mol N=N键的同时 6mol N—H键;
④生成1 mol N=N键的同时 6 mol N—H键。
特别提醒
规避“2”个易失分点
(1)化学平衡状态判断“三关注”
关注反应条件,是恒温恒容、恒温恒压,还是绝热恒容容器;关注反应特点,是等体积反应,还是非等体积反应;关注特殊情况,是否有固体参加或生成,或固体的分解反应。
(2)不能作为“标志”的四种情况
①反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。
②恒温恒容下的体积不变的反应,体系的压强或总物质的量不再随时间而变化,如2HI(g)H2(g)+I2(g)。
③全是气体参加的体积不变的反应,体系的平均相对分子质量不再随时间而变化,如2HI(g)H2(g)+I2(g)。
④全是气体参加的反应,恒容条件下体系的密度保持不变。
要点速测
1.在一定温度下,可逆反应 A(g)+B(g)C(g)+D(g) 达到平衡的标志是
A.反应混合物中A、B、C、D 的质量分数都不再变化
B.反应混合物中A、B、C、D 的分子数相同
C.反应混合物的压强保持不变
D.单位时间内生成 a mol C,同时生成a mol D
2.氨基甲酸铵是合成尿素的一种中间产物。已知某温度下,往一恒容密闭容器中加入发生反应。在时达到平衡。可判断该可逆反应达到化学平衡状态的标志是
A.氨基甲酸铵的浓度不再发生变化 B.气体的体积分数不再改变
C.气体的平均摩尔质量不再改变 D.气体的密度不再改变
要点 化学平衡移动判断的方法和规律
1.通过比较化学平衡破坏瞬时的正、逆反应速率的相对大小来判断平衡移动的方向。
①外界条件改变对化学平衡的影响
a.若外界条件改变,引起v正 v逆,则化学平衡向 反应方向(或向 )移动;
b.若外界条件改变,引起v正 v逆,则化学平衡向 反应方向(或向 )移动;
c.若外界条件改变,虽能引起v正和v逆变化,但变化后新的v′正和v′逆仍保持 ,则化学平衡 发生移动。
②常见外界条件的变化对正、逆反应速率的影响规律
a.增大反应物浓度的瞬间,v正 ,v逆 ;减小反应物浓度的瞬间,v正 ,v逆 ;增大生成物浓度的瞬间,v正 ,v逆 ;减小生成物浓度的瞬间,v正 ,v逆 ;
b.压强的变化对气体分子数 的一边反应速率影响较大;
c.温度的变化对 反应速率影响较大;
d.催化剂对正、逆反应速率影响 。
2.通过比较浓度商(Q)与平衡常数(K)的大小来判断平衡移动的方向。
①若Q K,平衡 向移动;
②若Q K,平衡 移动;
③若Q K,平衡 向移动。
3.外界条件对平衡移动影响的规律——勒夏特列原理
①温度的影响:升高温度,化学平衡向 反应方向移动;降低温度,化学平衡向 反应方向移动;
②浓度的影响:增大反应物浓度或减小生成物浓度,化学平衡向 反应方向移动;减小反应物浓度或增大生成物浓度,化学平衡向 反应方向移动;
③压强的影响:增大压强会使平衡向着气体体积 的方向移动;减小压强会使平衡向着气体体积 的方向移动。
特别提醒
①改变固体或纯液体的量,平衡不移动,因为浓度不变;
②压强只对有气体参与且气体体积变化的反应有影响,气体体积不变的反应加压平衡不移动;
③恒容充入惰性气体,平衡不移动;恒压充入惰性气体,相当于减压,平衡可能移动;
④升温正逆速率都增大,不是只有吸热方向速率增大,只是吸热方向增大更多。
要点速测
1.下列事实,不能用勒夏特列原理解释的是
A.对2HI(g)H2(g)+I2(g)平衡体系增加压强使颜色变深
B.开启啤酒瓶后,瓶中立刻泛起大量泡
C.硫酸工业中,增大O2的浓度有利于提高SO2的转化率
D.滴有酚酞的氨水溶液,适当加热溶液(氨气不挥发)后颜色变深
2.下列事实不能用勒夏特列原理解释的是
A.将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应
B.实验室可用排饱和食盐水的方法收集氯气
C.氯水中加入粉末可以提高氯水中的浓度
D.工业上合成氨时将温度控制在
要点 化学反应进行方向的判断
1.判据
2.一般规律:
①ΔH 0,ΔS 0的反应任何温度下都能自发进行;
②ΔH 0,ΔS 0的反应任何温度下都不能自发进行;
③ΔH和ΔS的作用相反,且相差不大时, 对反应的方向起决定性作用。当ΔH<0,ΔS<0时 下反应能自发进行;当ΔH>0,ΔS>0时, 下反应能自发进行。
说明:对于一个特定的气相反应,熵变的大小取决于反应前后的气体物质的化学计量数 。
特别提醒
(1)根据ΔH-TΔS<0判断的只是反应能否自发进行的可能性,具体的反应能否实际发生,还涉及到化学反应速率的问题。
(2)自发反应不是看是否需要条件,而是看是否需要持续施加外力(如加热等);有的需要一定条件引发反应,一旦反应后即可自发进行。如:碳的燃烧需要点燃。
(3)一般的,如果一个过程是自发的,则其逆过程就是非自发的。非自发过程要想发生,则必须对它做功,如利用水泵可将水从低处抽向高出,通电可将水分解生成氢气和氧气。
要点速测
1.下列对化学反应预测正确的是
选项
化学反应方程式
已知条件
预测
A
M(s)=X(g)+Y(s)
ΔH>0
它是非自发反应
B
W(s)+xG(g)=2Q(g)
ΔH<0,自发反应
x可能等于1、2、3
C
4X(g)+5Y(g)=4W(g)+6G(g)
能自发反应
ΔH一定小于0
D
4M(s)+N(g)+2W(l)=4Q(s)
常温下,自发进行
ΔH>0
2.以下判断正确的是
A.CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)△H=+178.5kJ·mol-1,该反应低温才能自发
B.通常化学反应的△S越大,越有利于反应自发进行,所以△S>0时反应必能自发
C.常温下,反应A(s)+B(g)=2X(g)不能自发进行,则该反应的ΔH>0
D.化学反应的速率越大,表明反应的活化能越小,故反应进行的程度就越大
要点 工业上选择适宜生产条件的原则
1.控制反应条件的目的
(1)促进有利的化学反应:通过控制反应条件,可以 化学反应速率, 反应物的转化率,从而促进有利的化学反应进行。
(2)抑制有害的化学反应:通过控制反应条件,也可以 化学反应速率, 有害物质的产生或控制副反应的发生,从而抑制有害的化学反应继续进行。
2.控制反应条件考虑因素:在实际生产中常常需要结合 、 、 等情况,综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素,寻找适宜的生产条件。此外,还要根据 及 等方面的规定和要求做出分析,权衡利弊,才能实施生产。
3.控制反应条件的基本措施
(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 (或 )、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 (或 )等改变可逆反应的限度,从而 转化率。
4.工业上选择适宜生产条件的原则
外界
条件
有利于加快速率的条件控制
有利于平衡正向移动的条件控制
综合分析结果
浓度
反应物的浓度
反应物的浓度、减小生成物的浓度
不断地 反应物、及时地 出生成物
催化剂
加合适的
不需要
加合适的
温度
ΔH<0
兼顾速率和平衡,考虑催化剂的
ΔH>0
在设备条件允许的前提下,尽量采取 并考虑催化剂的
压强
(有气体参加)
Δνg<0
在设备条件允许的前提下,尽量采取
Δνg>0
兼顾速率和平衡,选取
特别提醒
工业合成氨的适宜条件
外部条件
工业合成氨的适宜条件
压强
根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强(10~30 MPa)
温度
适宜温度,400~500 ℃
催化剂
使用铁触媒做催化剂(500℃左右时的活性最大)
浓度
N2和H2的物质的量之比为1∶2.8的投料比,氨及时从混合气中分离出去
要点速测
1.某工业生产中发生反应:2A(g)+B(g) 2M(g)△H<0。下列有关该工业生产的说法正确的是( )
A.工业上合成M时,一定采用高压条件,因为高压有利于M的生成
B.若物质B价廉易得,工业上一般采用加入过量的B以提高A和B的转化率
C.工业上一般采用较高温度合成M,因温度越高,反应物的转化率越高
D.工业生产中常采用催化剂,因为生产中使用催化剂可提高M的日产量
2.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%
要点 化学平衡常数及其影响因素和相关计算
1.化学平衡常数的全面突破
(1)化学平衡常数的意义
①化学平衡常数可表示反应进行的程度。K越 ,反应进行的程度越 ,K 105时,可以认为该反应已经进行 。虽然转化率也能表示反应进行的程度,但转化率不仅与温度有关,而且与起始条件有关。
②K的大小只与 有关,与反应物或生成物的 的大小无关。
(2)化学平衡常数的两个应用
①判断反应进行的方向
若任意状态下的生成物与反应物的浓度幂之积的比值为Qc,则Qc K,反应向逆反应方向进行;
Qc K,反应处于平衡状态;Qc K,反应向正反应方向进行。
②判断反应的热效应
若升高温度,K值 ,则正反应为 反应;
若升高温度,K值 ,则正反应为 反应。
(3)在使用化学平衡常数时应注意
①不要把反应体系中 、 以及稀水溶液中 的浓度写进平衡常数表达式中,但非水溶液中,若有水参加或生成,则此时水的浓度不可视为 , 写进平衡常数表达式中。
②同一化学反应,化学反应方程式写法 ,其平衡常数表达式及数值亦 。因此书写平衡常数表达式及数值时,要与化学反应方程式相对应,否则就没有意义。
2.等效平衡思想是解决化学平衡类试题最常用的思维方法
(1)恒温、恒容条件下的等效平衡
①对反应前后气体分子数 的可逆反应,改变起始加入量时,“一边倒”(即通过可逆反应的化学计量数比换算成方程式同一半边的物质的物质的量)后与原起始加入量 ,则为等效平衡,平衡时各物质的百分含量 。
②对反应前后气体分子数不变的可逆反应,改变起始加入量时,“一边倒”后,投料时各物质的物质的量之比与原起始加入量的比值 ,则为等效平衡,平衡时各物质百分含量 。
(2)恒温、恒压条件下的等效平衡
如果反应在恒温、恒压下进行,改变起始加入量时,只要通过可逆反应的化学计量数比换算成反应物(或生成物),各物质的物质的量之比与原起始加入量的比值 ,则为等效平衡,平衡时各物质的百分含量 。
3、有关化学平衡的计算——三段式计算模式
1)分析三个量:起始量、变化量、平衡量。
2)明确三个关系
(1)对于同一反应物,起始量 变化量=平衡量。
(2)对于同一生成物,起始量 变化量=平衡量。
(3)各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
3)计算方法:三段式法
化学平衡计算模式:对以下反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量浓度分别为a mol/L、b mol/L,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol/L。
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
起始量(mol/L) a b 0 0
变化量(mol/L) mx nx px qx
平衡量(mol/L) a-mx b-nx px qx
(1)平衡常数:K= 。
(2)转化率=×100%,如α(A)平= ×100%。
(3)百分含量:φ(A)= ×100%。
(4)平衡前后的压强之比:
= 。
(5)平均摩尔质量:M= g/mol。
4)计算Kp的思路和方法
计算平衡常Kp的思路和方法与计算浓度平衡常数K完全相同,关键是由平衡时气体的总物质的量和各气体的物质的量确定各气体的物质的量分数,再由总压强和物质的量分数确定各气体的分压,最后由分压计算Kp。计算压强平衡常数Kp 的有效方法仍是列“三段式”和“分三步”。
列“三段式”——列出起饴量、转化量、平衡量,一般应列 。
“分三步”———第一步,得出各物质的 ;第二步,计算各气体的 ( )和分压;第三步,代入Kp的表达式中进行计算。
特别提醒
①不能用物质的量直接代替浓度计算K;
②恒温下平衡移动,K保持不变;
③K大小只代表限度,不代表反应速率快慢。
要点速测
1.一定条件下,分别向容积固定的密闭容器中充入A和足量的B,发生反应如下:2A(g)+B(s) ⇌2D(g) △H<0 测得相关数据如下,下列说法不正确的是
实验I
实验II
实验III
反应温度/℃
800
800
850
c(A)起始/mol∙L-1
1
2
1
c(A)平衡/mol∙L-1
0.5
1
0.85
放出的热量/KJ
a
b
c
A.实验Ⅲ的化学平衡常数K<1
B.实验Ⅲ在30分钟达到平衡,则反应速率V(A)=0.005mol/(L•min)
C.当容器内气体密度不随时间变化时上述反应已达平衡
D.实验放出的热量关系为b>2a
2.在一定条件下,在容积为2L的密闭容器中,将2molA气体和3molB气体相混合,发生如下反应:2A(g)+3B(g)⇌xC(g)+3D(g),4s后该反应达到平衡时,生成2.4molD,并测得C的反应速率为0.1mol·L-1·s-1,下列有关叙述错误的是
A.x=1 B.0~4s内,v(B)=0.3mol·L-1·s-1
C.α(A):α(B)=1:1 D.该反应的平衡常数为64
难点 速率常数和速率方程
1.基元反应与反应历程
(1)定义:基元反应是指在反应中一步直接转化为产物的反应,又称为简单反应。大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成的,而往往经过多个反应步骤才能实现。反应历程中的每一步反应都称为基元反应。反应历程又称 。例如H2(g)+I2(g)2HI(g),它的反应历程可能是如下两步基元反应:
①I2I+I(快)
②H2+2I2HI(慢)
其中慢反应为整个反应的决速步骤。
(2)基元反应过渡状态理论
基元反应过渡状态理论认为,基元反应在从反应物到生成物的变化过程中要经历一个中间状态,这个状态称为过渡态。
AB+C―→[A…B…C]―→A+BC
反应物 过渡态 生成物
过渡态是处在反应过程中具有 的一种分子构型,过渡态能量与反应物的平均能量的差值相当于 [活化能(能垒)越 ,此步基元反应速率越 ]。例如,一溴甲烷与NaOH溶液反应的过程可以表示为CH3Br+OH-―→[Br…CH3…OH]―→Br-+CH3OH
(3)活化能(能垒)与反应机理
使用催化剂,可以改变 ,改变 ,在反应机理中每一步反应的活化能 ,且均比总反应的活化能 ,故一般使用催化剂可以 反应活化能, 反应速率,如图所示:
E1为总反应的活化能,E2、E3为使用催化剂反应机理中各步的活化能。
2.速率方程
(1)定义:表示反应速率与反应物浓度之间 关系的数学表达式,叫做速率方程(又称动力学方程)。
(2)一般形式:对于反应aA+ bB→产物,速率方程可表示为:v=k·cm(A)·cn(B)(k:速率常数,m:对反应物A的级数,n:对反应物B的级数,(m+n):总反应级数)。
(3)注意
①速率方程 直接由化学方程式的计量数写出,必须通过 测定。
②只有 的速率方程才能直接由反应式写出(质量作用定律)。
3.速率常数k
(1)定义:速率方程中的 叫做速率常数。
(2)物理意义:单位浓度下的反应速率,k越 ,反应速率越 。
(3)影响因素
①与温度有关:温度升高,k一般 :
②与催化剂有关:催化剂能显著 k:
③与溶剂、反应介质有关:
④与浓度无关:浓度改变 k的大小。
(4)单位速率常数的单位与反应级数有关:
①零级反应: ;
②一级反应: ;
③二级反应: 。
4.反应级数
(1)定义:速率方程中各反应物浓度的 ,叫做该反应物的反应级数;各指数之和叫做总反应级数。
(2)特点
①反应级数可以是 ;
②反应级数由 测定,不能直接由化学方程式写出;
③反应级数反映了 对反应速率的影响程度:级数越大,浓度对速率的影响越 。
(3)常见级数的反应
①零级反应:速率与浓度无关,v= ;
②一级反应:速率与浓度一次方成正比,v= ;
③二级反应:速率与浓度二次方成正比,v= 。
5.基元反应与质量作用定律
(1)基元反应反应物分子一步直接转化为产物的反应,叫做基元反应。
(2)质量作用定律对于基元反应aA+ bB→产物,,反应速率与反应物浓度的计量数次方的乘积成正比:v=k·ca(A)·cb(B),即:基元反应的反应级数等于化学计量数。
(3)复杂反应由多个基元反应组成的反应叫做复杂反应(非基元反应),其速率方程不能直接由总反应式写出。
6.阿伦尼乌斯公式(温度对速率常数的影响)
(1)公式:k=A·e-(Ea/RT)(注:k:速率常数,A:指前因子(频率因子),Ea:活化能,R:气体常数,T:热力学温度)。
(2)物理意义:温度 ,k增大;活化能 ,k越大。
易错提醒
①速率方程不能直接根据化学方程式写出,必须通过实验测定,只有基元反应才能用质量作用定律;
②速率常数k与浓度无关,只与温度、催化剂等有关;
③反应级数不一定等于化学计量数,二者是不同的概念;
④反应级数可以是分数、零甚至负数,不一定都是正整数。
难点精练
1.已知反应:生成的初始速率与NO、的初始浓度的关系为,k为速率常数。在800℃时测得的相关数据如表所示
实验数据
初始浓度
生成的初始速率/( )
1
2
3
下列说法中不正确的是。
A.关系式中、
B.800℃时,k的值为
C.若800℃时,初始浓度,则生成的初始速率为
D.当其他条件不变时,升高温度,速率常数将增大
2.温度为T1时,在三个容积均为1L的恒容密闭容器中按如表三种投料进行反应:。结果如表,实验测得:,,、为速率常数。下列说法正确的是
容器编号
物质的起始浓度/(mol/L)
物质的平衡浓度/ (mol/L)
Ⅰ
0.3
0
0
0.2
Ⅱ
0.1
0.3
0.2
Ⅲ
0.3
0
0.1
A.温度为T1时,该反应的平衡常数为0.2
B.容器Ⅱ中起始时,
C.达平衡时,容器Ⅲ中SO2的体积分数大于50%
D.容器Ⅰ中达平衡后,温度改变为T2时,若,则T1>T2
难点 化学反应速率及化学平衡图象
1、速率、平衡图象种类
1)常见基本图像[以反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)为例,已知该反应ΔH>0,m+n>p+q]
(1)速率曲线图:
(2)转化率曲线图:
2)几种特殊的图像
(1)对于化学反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),如下图甲、乙,M点之前,表示从反应物开始,v(正)>v(逆);M点为达到平衡;M点之后为平衡受温度的影响情况,即升温时A的百分含量增加、C的百分含量减少,平衡左移,故正反应的ΔH<0。
(2)对于化学反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),如上图丙,l曲线上所有的点都是平衡点。l曲线的左上方(E点)A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量,所以E点时v(正)>v(逆);则l曲线的右下方(F点)v(正)<v(逆)。
2、速率、平衡图像题的分析方法
(1)认清坐标系,弄清纵、横坐标所代表的意义,并与有关原理相结合。
(2)看清起点,分清反应物、生成物,浓度减小的是反应物,浓度增大的是生成物,一般生成物多数以原点为起点。
(3)看清曲线的变化趋势,注意渐变和突变,分清正、逆反应曲线,从而判断反应特点。
(4)注意终点。例如,在浓度—时间图像上,一定要看清终点时反应物的消耗量、生成物的增加量,并结合有关原理进行推理判断。
(5)图像中先拐先平数值大。例如,在转化率—时间图像上,先出现拐点的曲线先达到平衡,此时逆向推理可得该曲线对应的温度高、浓度大或压强大。
(6)定一议二原则。当图像中有三个量时,先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。
分析方法及技巧
1.速率、平衡图像题的分析方法
(1)认清坐标系,弄清纵、横坐标所代表的意义,并与有关原理相结合。
(2)看清起点,分清反应物、生成物,浓度减小的是反应物,浓度增大的是生成物,一般生成物多数以原点为起点。
(3)看清曲线的变化趋势,注意渐变和突变,分清正、逆反应曲线,从而判断反应特点。
(4)注意终点。例如,在浓度—时间图像上,一定要看清终点时反应物的消耗量、生成物的增加量,并结合有关原理进行推理判断。
2.分析技巧
(1)先拐先平数值大。在含量—时间曲线中,先出现拐点的则先达到平衡,说明该曲线表示的温度较高或压强较大。
(2)定一议二。图像中有三个量时,先确定一个量不变,再讨论另外两个量的关系。即确定横坐标所表示的量后,讨论纵坐标与曲线的关系;或确定纵坐标所表示的量后(通常可画一垂线),讨论横坐标与曲线的关系。
(3)三步分析法。一看反应速率是增大还是减小;二看v正、v逆的相对大小;三看化学平衡移动的方向。
难点精练
1.向某密闭容器中加入0.3mol A,0.1mol C和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应,各物质的浓度随时间变化如甲图所示[阶段的变化未画出]。乙图为时刻后改变条件平衡体系中正、逆反应速率随时间变化的情况,且四个阶段都各改变一种反应条件且互不相同,时刻为使用催化剂。下列说法中不正确的是
A.若,用A的浓度变化表示阶段的平均反应速率为
B.阶段改变的条件一定为减小压强
C.该容器的容积为2L
D.阶段,容器内A的物质的量减少了0.06mol,而此过程中容器与外界的热交换总量为a kJ,该反应的热化学方程式
2.下列叙述与图对应的是
A.对于达到平衡状态的反应,图1国表示在to时刻充入了反应物,平衡逆向移动
B.由图②可知,p2>p1、T1>T2,满足反应:2A(g)+B(g)=2C(g) ΔH >0
C.对于反应2X(g)+3Y(g)=3Z(g) ΔH <0,图④y轴可以表示Z的百分含量
D.图3表示的反应方程式为:2A=B+3C
考点 考查化学反应速率概念的理解
▌例1 (25-26高二上·浙江金华·期末)下列关于化学反应速率的说法正确的是
A.催化剂能降低反应的活化能,加快反应速率
B.反应物浓度增大,单位体积活化分子百分数增多,有效碰撞的几率增加,反应速率增大
C.有催化剂参与的反应体系,升高温度,反应速率加快
D.有固体参加的化学反应,增大固体的质量,反应速率加快
▌迁移练1-1 (25-26高二上·安徽合肥·期末)下列有关化学反应速率的说法正确的是
A.增大反应物的浓度,活化分子百分数不变,但单位体积内活化分子数增大,所以反应速率增大
B.铝与稀硫酸反应制取时,改用浓硫酸可加快反应速率
C.的催化氧化是一个放热反应,所以升高温度,减小,增大
D.同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,其数值可能不同,其意义也不相同
▌迁移练1-2 (25-26高二上·湖南常德·期末)下列有关化学反应速率的说法中正确的
A.用铁片与稀硫酸反应制取氢气时,改用浓硫酸可增大产生氢气的速率
B.使用催化剂可以增大汽车尾气中NO与CO的反应速率
C.等质量的锌粉和锌片与相等浓度的盐酸反应,两者反应速率相等
D.升高温度,反应物分子中活化分子百分数不变
考点 考查化学反应速率大小的比较
▌例2 (25-26高二上·黑龙江哈尔滨·阶段检测)反应在四种不同情况下的反应速率分别为①;②;③;④。该反应进行的快慢顺序为
A.②>④>③>① B.④>②>③>①
C.③>②>①>④ D.②>③>①>④
▌迁移练2-1 (25-26高二上·江苏苏州·期中)对于反应:,下列为四种不同情况下测得的反应速率,其中能表明该反应进行最快的是
A. B.
C. D.
▌迁移练2-2 (25-26高二上·浙江嘉兴·期末)已知反应:。在和下,容积均为2L的密闭容器中,气体X的浓度与反应时间的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是
A.容器内压强不变时,表明反应达到平衡
B.a、b、c三点的反应速率大小为
C.,容积压缩为1 L,反应1 h,气体X的浓度小于
D.其他条件相同时,下X的平衡转化率:
考点 考查控制变量法探究外界因素对化学反应速率的影响
▌例3 (25-26高二上·浙江温州·期末)利用催化技术实现汽车尾气的转化:。在恒温恒容密闭容器中进行三组实验,初始数据如下表,CO的浓度随时间的变化如图所示,下列说法不正确的是
编号
T/℃
催化剂的比表面积
Ⅰ
280
80.0
Ⅱ
280
120
Ⅲ
360
80.0
A.第Ⅰ组实验,内,
B.第Ⅱ组实验达平衡时,此反应的平衡常数计算表达式
C.由Ⅰ、Ⅱ组实验可知,其他条件相同时,增大催化剂的比表面积,该化学反应速率加快
D.由Ⅰ、Ⅲ组实验可知,其他条件相同时,温度升高,导致反应物的平衡转化率升高
▌迁移练3-1 (25-26高二上·江苏·阶段检测)已知:。某同学为探究硫代硫酸钠()与稀硫酸反应速率的影响因素时,设计如下实验:
实验序号
反应温度/℃
溶液
稀硫酸
V/mL
c/(mol/L)
V/mL
c/(mol/L)
V/mL
①
20
10.0
0.10
10.0
0.50
0
②
40
0.10
0.50
③
20
0.10
4.0
0.50
下列说法不正确的是
A.在实验②中,
B.实验①、③可探究对反应速率的影响
C.相对于实验①,实验②中反应物的活化分子百分数增大,导致反应速率加快
D.实验中,测量一定时间内放出的体积,也能准确表示该反应的速率快慢
▌迁移练3-2 (25-26高二上·广东·期末)某小组同学查到一份研究过氧化氢溶液与氢碘酸反应的实验资料,具体如下。
资料1:室温下,过氧化氢溶液可与氢碘酸反应;资料2:碘单质溶于水后,溶液为棕黄色。
资料3:实验数据见下表。
实验编号
溶液
溶液
蒸馏水
温度/
浓度
体积
浓度
体积
体积
Ⅰ
0.1
1
0.1
1
8
25
Ⅱ
0.1
1
0.1
1
40
Ⅲ
0.1
1
0.1
6
25
下列说法正确的是
A.
B.实验原理为
C.若将实验Ⅱ温度调整为,溶液出现棕黄色的时间更短
D.对比上述实验数据,推测反应速率最快的是实验Ⅲ
考点 考查速率常数及其应用
▌例4 (25-26高二上·广东·期末)我国科学家利用单原子催化剂实现加氢制: ,已知,,、为速率常数。下列说法正确的是
A.增大压强,增大,减小 B.温度升高,减小,增大
C.平衡时 D.平衡时
▌迁移练4-1 (25-26高二上·河南濮阳·期中)600 K条件下,反应的速率方程为,k为速率常数,只与温度、催化剂有关;、为反应物的级数,它们之和为总反应的级数。实验测得初始浓度与速率的关系如下表:
实验
/
/
/
①
0.010
0.010
②
0.010
0.020
③
0.030
0.020
下列叙述错误的是
A.其他条件不变,加催化剂,k减小 B.
C.其他条件不变,升高温度,k增大 D.该反应总反应的级数为3
▌迁移练4-2 (25-26高二上·福建福州·期中)已知NaNO2+NH4Cl=NaCl+2H2O+N2↑的速率方程为,为探究反应速率与反应物浓度的关系,进行如下实验:向锥形瓶中加入一定体积(V)的2.0 mol·L-1 NaNO2溶液、2.0 mol·L-1 NH4Cl溶液、1.0mol·L-1醋酸和水,充分搅拌,保持体系温度为36℃,测定反应初始速率v,实验数据如下表(忽略水溶液体系中其他平衡对离子浓度的影响)。下列说法正确的是
实验
V/mL
反应初始速率(mmol·L-1·s-1)
NaNO2溶液
NH4Cl溶液
醋酸
水
1
4.0
V1
4.0
12.0
4
2
6.0
4.0
4.0
10.0
9
3
4.0
V2
4.0
0
32
4
12.0
4.0
4.0
V3
'
A.V1=4.0,V2=8.0 B.速率方程中m=2,n=2
C.醋酸不参与反应,其浓度不会影响反应速率 D.实验4中,'约为36
考点 考查化学平衡状态的判断
▌例5 (25-26高二下·云南曲靖·阶段检测)对于反应:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g),在恒温恒容条件下,下列叙述不能说明反应已达到平衡状态的是
A.混合气体的密度不再变化
B.混合气体的平均摩尔质量不再变化
C.v正(NO)=2v逆(N2)
D.容器内压强不再变化
▌迁移练5-1 (25-26高二上·广东佛山·期末)恒温恒容密闭容器中发生反应:。下列不能说明该反应达到平衡状态的是
A.容器内压强不变 B.
C.气体密度不变 D.气体平均摩尔质量不变
▌迁移练5-2 (25-26高二上·陕西咸阳·期末)甲酸(HCOOH)是重要的液态储氢原料。HCOOH能发生分解反应产生:,恒温恒容条件下,下列能表明反应达到平衡状态的是
A.混合气体密度不变 B.混合气体总压强不变
C.不变 D.和的物质的量相等
考点 考查化学平衡移动原理的应用
▌例6 (25-26高二下·陕西汉中·阶段检测)勒夏特列原理又称平衡移动原理。下列现象不能用该原理解释的是
A.夏天打开汽水瓶盖时汽水中产生大量气泡
B.往新制氯水中加入适量碳酸钙固体可以增强漂白能力
C.由H2(g) 、I2(g)、HI(g) 组成的平衡体系加压后颜色变深
D.FeCl3溶液和KSCN溶液反应达到平衡后,加入少量铁粉,红色变浅
▌迁移练6-1 (25-26高二上·四川眉山·期末)下列事实能用勒夏特列原理解释的是
A.溶液中加入少量固体,促进分解
B.合成氨时采用400~500℃的高温
C.密闭烧瓶内的和的混合气体,受热后颜色加深
D.锌片与稀反应过程中,加入少量固体
▌迁移练6-2 (25-26高二上·浙江杭州·期中)下列事实不能用勒夏特列原理解释的是
A.天热时,打开冰镇可乐瓶盖后产生大量泡沫
B.工业合成氨中400℃比室温更有利于氨的合成
C.实验室可用CaO和浓氨水快速制取氨气
D.光照新制氯水时,溶液的pH逐渐减小
考点 考查化学反应速率和化学平衡的有关计算
▌例7 (25-26高二上·湖北十堰·期末)二甲醚是一种清洁能源,用水煤气制取二甲醚的原理如下:
Ⅰ.
Ⅱ.
500K时,在2 L恒容密闭容器中充入4 molCO和8 mol,4mm达到平面,平衡时CO的转化率为80%,且,则下列说法正确的是
A.0-4min,反应Ⅰ的
B.反应Ⅱ的平衡常数
C.反应Ⅱ中的转化率为60%
D.平衡时压强与初始压强的比为15:7
▌迁移练7-1 (25-26高二下·云南曲靖·阶段检测)一定温度下,在体积为的恒容密闭容器中发生反应: ,反应过程中X的物质的量随时间变化如下表所示:
时间/min
0
2
4
6
8
2.0
1.2
0.8
0.5
0.5
下列说法正确的是
A.0~内,v(Y)=·L-1·min-1
B.时,反应达到平衡状态
C.时,向容器中再充入,平衡逆向移动
D.该温度下,反应的平衡常数
▌迁移练7-2 (25-26高二下·云南曲靖·阶段检测)某温度下,将和充入体积为的密闭容器中,发生反应: ,后达到平衡,测得A的浓度为·L-1,B的浓度为·L-1。下列说法错误的是
A.
B.前 5 min 内,v(A)=·L-1·min-1
C.平衡时,C的浓度为·L-1
D.该温度下,反应的平衡常数K=2.5
考点 考查化学反应的调控及其应用
▌例8 (25-26高二上·浙江嘉兴·期末)在硫酸工业中,通过下列反应使氧化为。下表列出不同温度和压强下,反应达到平衡时的转化率,则下列说法正确的是
温度/℃
平衡时的转化率/%
0.1MPa
0.5MPa
1MPa
5MPa
10MPa
450
97.5
98.9
99.2
99.6
99.7
550
85.6
92.9
94.9
97.7
98.3
A.该反应
B.实际生产中,通入过量空气,主要是提高的转化率
C.实际生产中,采用常压合成,主要是高压转化率提升不明显,设备成本增加
D.实际生产中,选定温度为400~500℃,主要是高温加快化学反应速率
▌迁移练8-1 (25-26高二上·浙江湖州·期末)下图为工业合成氨的流程图,下列说法不正确的是
A.对原料气进行干燥净化处理的目的是防止催化剂中毒
B.热交换过程提高了能量的利用率
C.工业上采用高温高压的条件生产氨气,符合勒夏特列原理
D.合成氨工业中采用循环操作主要是为了提高氮气和氢气的利用率
▌迁移练8-2 (25-26高二下·浙江温州·期末)化学与生产、生活息息相关,下列说法正确的是
A.,达到平衡后,压缩容器体积,混合气体密度不变
B.,实际生产中利用液化除氨增大反应的限度
C.,为提高SO3产率,工业生产选择的条件是400-500℃、高压
D.,平衡后,升高温度,对正反应的速率影响更大
考点 考查化学反应方向的判断
▌例9 (25-26高二上·陕西·期末)下列说法中正确的是
A.若,,该化学反应在任何温度下都不能自发进行
B.焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素
C.常温下水结冰的过程不能自发进行的原因是该过程为熵减的过程,改变温度也不可能自发进行
D.常温下反应能自发进行,则该反应的
▌迁移练9-1 (25-26高二上·江西·期末)2026年受台风“米克拉”的影响,某些地区狂降暴雨。下列有关雨水变成水蒸气的过程中焓变和熵变的判断正确的是
A.、 B.、
C.、 D.、
▌迁移练9-2 (25-26高二上·云南昭通·期末)下列说法正确的是
A.常温下反应不能自发进行,则该反应
B.自发反应的熵一定增大,非自发反应的熵一定减小
C.吸热反应一定不能自发进行
D.受热分解反应的,该反应在低温下能自发
考点 考查化学反应速率和化学平衡图像题的信息提取与应用
▌例10 (25-26高二上·贵州贵阳·期末)对于可逆反应: ,下列图像的描述正确的是
A.表示时刻增大对v的影响
B.表示温度对体积分数的影响
C.表示压强的变化对v的影响
D.表示时刻恒容充入对v的影响
▌迁移练10-1 (25-26高二上·天津滨海新区·期末)某化学研究小组在探究外界条件对mA(s)+nB(g)pC(g)的速率和平衡的影响时,画出了如下图像。下列判断正确的是
A.由图1可知,T1<T2,化学平衡常数K(T1)>K(T2)
B.由图2 可知,温度T1时的反应速率一定大于温度T2时的反应速率
C.图3中,表示反应正向移动的是点1
D.图4中,若n=p,则a曲线一定使用了催化剂
▌迁移练10-2 (25-26高二上·广东揭阳·期末)对于可逆反应,其他条件不变时,产物D的质量分数D%与温度T或压强P的关系如图所示,下列说法正确的是
A.T1>T2,P2>P1 B.升温,A的转化率升高
C.该式中化学计量数m<p+q D.加压时,平衡向正反应方向移动
基础达标
1.(25-26高二下·辽宁沈阳·期末)下列有关焓变()和熵变()说法正确的是
A.能够自发进行的反应一定是的反应
B.一定温度下,反应能自发进行,该反应的
C.反应中,其、
D.水凝结成冰的过程中,其,
2.(25-26高二上·山东菏泽·期中)丙酮碘代反应的速率方程为:。改变反应物浓度时,反应的瞬时速率如表所示。
0.25
0.050
1.4
0.50
0.050
2.8
a
0.100
5.6
0.50
0.100
2.8
下列说法正确的是
A.速率方程中的、 B.该反应的速率常数
C.增大反应物的浓度,反应的瞬时速率加快 D.
3.(25-26高二上·广东佛山·阶段检测)在一定温度下的容积不变的密闭容器中,发生反应:2A(g)+B(s)C(g)+D(g),下列描述中能表明反应已达到平衡状态的是
①单位时间内生成n mol C,同时生成n mol D
②单位时间内生成n mol D,同时生成2n mol A
③C(g)的浓度不变
④混合气体的总质量不变
⑤v(A):v(B):v(D)=2:1:1
A.②③ B.②③④ C.②⑤ D.②③⑤
4.(25-26高二上·广东佛山·阶段检测)下列关于化学平衡常数K的说法中,不正确的是
A.K与温度、反应物浓度、体系的压强等都有关
B.由K可以推断一个可逆反应进行的程度
C.K越大,平衡时反应物的转化率越大
D.某一时刻,反应的浓度商Q=K,此时反应处于平衡状态
5.(25-26高二下·江苏盐城·阶段检测)某温度下,1L容器中发生反应:4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g),NH3在20s内由1.0mol/L变成0.2mol/L(反应尚未达到平衡)。下列说法正确的是
A.反应速率关系:2v(NO)=3v(H2O)
B.20s内,v(O2)=0.045mol/(L·s)
C.20s内,NH3的转化率为20%
D.20s内,上述反应转移电子数目为4×6.02×1023
6.(25-26高二下·江苏无锡·阶段检测)下列叙述与图对应的是
A.对于达到平衡状态的反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),图①表示在时刻充入了一定量的NH3,平衡逆向移动
B.由图②可知,p2>p1,T1>T2,且该反应的正反应ΔH<0,ΔS<0
C.图③表示的反应方程式为:2A+B3C
D.对于反应2X(g)+3Y(g)3Z(g) ΔH<0,图④y轴可以表示Y的百分含量
7.(25-26高二下·云南曲靖·阶段检测)已知反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=-196kJ·mol-1。在密闭容器中,当反应达到平衡时,下列措施能提高SO2转化率的是
A.减小压强 B.降低温度
C.加入催化剂 D.充入氦气使压强增大
8.(25-26高二下·黑龙江大庆·期末)如图表示某化学反应在使用催化剂(b曲线)和未使用催化剂(a曲线)时,反应过程和能量的对应关系。下列说法一定正确的是
A.a与b相比,b的活化能更高
B.a与b相比,a的反应速率更快
C.a与b相比,a中活化分子的百分数更高
D.该反应反应物断键吸收的总能量小于生成物成键释放的总能量
9.(25-26高二上·新疆·期末)下列事实不能用勒夏特列原理解释的是
A.实验室用排饱和食盐水的方法收集氯气
B.合成氨工业中需采用高温条件
C.夏天打开啤酒瓶,有许多气泡冒出
D.含酚酞的氨水溶液,微热后红色变深
10.(25-26高二上·北京·期末)下列说法中错误的是
A.对有气体参加的化学反应,增大压强使容器容积减小,可使单位体积内活化分子数增加,化学反应速率增大
B.升高温度,可使反应物分子中活化分子的百分数增大,从而增大化学反应速率
C.活化分子之间的碰撞都是有效碰撞
D.加入适宜的催化剂,可使反应物分子中活化分子的百分数增大,从而增大化学反应速率
11.(25-26高二下·江苏·期中)Ⅰ.为比较和对分解的催化效果,某化学研究小组的同学分别设计了如图甲、乙所示的实验。请回答相关问题:
(1)定性分析:如图甲可通过观察产生气泡的快慢,定性比较得出结论。有同学提出将溶液,改为溶液更为合理,其理由是________。
(2)定量分析。如图乙所示,实验时均以生成40 mL气体为准,其它可能影响实验的因素均已忽略,实验中需要测量的数据是________。
Ⅱ.乙同学利用控制变量法探究影响硫代硫酸钠与稀硫酸反应速率的因素时,设计了如下系列实验:
实验序号
反应温度/℃
稀硫酸
反应结束时间
V/mL
c/(mol/L)
V/mL
c/(mol/L)
V/mL
min
①
20
10.0
0.10
10.0
0.50
0
②
40
0.10
0.50
③
20
0.10
4.0
0.50
(3)实验①、②可探究________对反应速率的影响;实验①、③可探究硫酸浓度对反应速率的影响,因此________mL。
(4)计算实验①中________。
Ⅲ.密闭容器中发生反应:,根据速率—时间图像,回答下列问题:
(5)下列时刻所改变的外界条件分别是:________;________。
(6)A的体积分数最大的时间段是________(填字母,下同);反应速率最大的时间段是________。
A. B. C. D.
12.(25-26高二下·湖北·阶段检测)一定温度下,向一容积为5L的恒容密闭容器中充入 和,发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196kJ/mol,当反应达到平衡时,容器内压强变为起始时的,请回答下列问题:
(1)判断该反应达到平衡状态的标志是___________(填字母)。
A.SO2、O2、SO3三者的浓度之比为2∶1∶2
B.容器内气体的压强不变
C.容器内混合气体的密度保持不变
D.SO3的物质的量不再变化
E.容器内混合气体的平均摩尔质量保持不变
(2)平衡时SO2的转化率为___________。
(3)其他条件不变时,判断下列条件的改变引起反应速率减慢的是___________。
A.降低温度 B.压强不变充入氩气使体积增大 C.体积不变充入0.2mol氩气
Ⅱ.合成氨对人类的生存和发展有着重要意义,1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨,实现了人工固氮。
(4)对于反应在一定条件下氨的平衡含量如下表。
温度/℃
压强/ MPa
氨的平衡含量
200
10
81.5%
550
10
8.25%
①下列条件既能提高反应速率,又能升高氨的平衡含量的是___________(填字母序号)。
A.加催化剂 B.升高温度至400-550℃ C.采取10MPa-30MPa的高压条件
②哈伯选用的条件是550℃、10MPa,而非200℃、10MPa,可能的原因是___________。
(5)下图是合成氨反应平衡混合气中NH₃的体积分数随温度或压强变化的曲线,图中L(L1、L2)、X分别代表温度或压强。其中X代表的是___________(填“温度”或“压强”);判断、的大小关系并说明理由___________。
能力进阶
13.(25-26高二上·湖北黄冈·期末)利用催化技术处理汽车尾气的反应为2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g)。在2L恒容密闭容器中充入2molCO和2molNO,测得NO的转化率与温度、时间的变化关系如图所示。下列说法不正确的是
A.该反应正反应的活化能大于逆反应的活化能
B.T2温度下,0-10min内用CO表示的平均反应速率v(CO)为0.08mol·L-1·min-1
C.T1温度下,反应的平衡常数K=1
D.T1温度下,向平衡后的容器内再加入2mol N2和2mol NO,此时v正>v逆
14.(25-26高二下·广东揭阳·期末)反应分两步完成,Y(g)为中间产物:①反应过程中各物质的浓度随时间变化如图所示;②升高反应温度,、均增大。基于以上事实,下列说法正确的是
A.反应过程中第一步为吸热反应,第二步为放热反应
B.X→Y为总反应决速步骤
C.升高温度,X→Y正反应速率变大,Y→Z正反应速率变小
D.选择合适的催化剂可以提高Z物质的平衡产率
15.(25-26高二下·广西南宁·期末)可用CO2氧化烷烃脱氢制取烯烃。向密闭容器中通入C3H8、CO2和He(体积比为1:1:2),维持压强为 kPa,发生反应:。测得C3H8的平衡转化率与温度的关系如图中曲线①所示。下列说法错误的是
A.该反应的活化能:E正>E逆
B.体系中,He的体积分数不再改变时,表明反应已达平衡
C.543℃下,体系中C3H6的平衡分压为p0
D.若减小通入气体中He的占比,C3H8的平衡转化率与温度的关系可能是曲线②
16.(25-26高二上·江苏镇江·期末)二氧化碳加氢制甲醇涉及的反应可表示为:
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
一体积固定的密闭容器中、在5MPa下,按照投料,平衡时。CO和在含碳产物中物质的量百分数及的转化率随温度的变化如题图所示。下列说法错误的是
A.范围内,的平衡转化率始终低于
B.时反应Ⅱ的平衡常数约为0.015
C.加入选择性高的催化剂,可提高单位时间内的产率
D.范围内升高温度,反应Ⅱ平衡正向移动的的幅度大于反应Ⅰ平衡逆向移动的幅度
17.(25-26高二上·山东德州·期末)某研究小组以为原料采用气相沉积法制,其反应的方程式为 ,将、和投入到某刚性反应器中,测得在反应过程中的物质的量和反应体系的总压强随温度升高的变化曲线如图。下列说法错误的是
A.曲线表示总压强随温度的变化曲线
B.a点时反应达到平衡状态
C.若点时再充入一定量的,原料转化率会降低
D.点时,体系压强为,,此时
18.(25-26高二上·山西长治·期末)已知反应①,反应②,其平衡常数在温度973 K的值分别如下表:
温度
973 K
1.47
2.38
(1)反应①的平衡常数表达式为______。
(2)反应③时平衡常数______。
(3)能判断反应③已达到平衡状态的是______(填字母序号)。
A.容器中压强不变 B.混合气体中不变
C. D.
(4)973 K时,某容器中的物质的量浓度都为,发生反应③,则达到平衡状态时,的转化率为______;若某时刻时的物质的量分数相同、则此时反应______(填“等于”或“不等于”)。(已知:)
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