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專題15 化學(xué)平衡 一、化學(xué)反應(yīng)速率 1. 化學(xué)反應(yīng)速率 ⑴ 化學(xué)反應(yīng)速率是平均速率，而不是瞬時速率。 ⑵ 無論濃度的變化是增加還是減少，一般都取正值，所以化學(xué)反應(yīng)速率一般為正值。 ⑶ 由于在反應(yīng)中純固體和純液體的濃度是恒定不變的，因此對于有純液體或純固體參加的反應(yīng)一般不用純液體或純固體來表示化學(xué)反應(yīng)速率。其化學(xué)反應(yīng)速率與其表面積大小有關(guān)，而與其物質(zhì)的量的多少無關(guān)。通常是通過增大該物質(zhì)的表面積來加快反應(yīng)速率。 ⑷ 對于同一個反應(yīng)來說，用不同的物質(zhì)來表示該反應(yīng)的速率時，其數(shù)值不同，但每種物質(zhì)都可以用來表示該反應(yīng)的快慢。因此，表示化學(xué)反應(yīng)速率時，必須指明是用反應(yīng)體系中的哪種物質(zhì)做標(biāo)準(zhǔn)。 ⑸ 對于在一個容器中的一般反應(yīng) aA + bB == cC + dD來說有： VA ：VB ：VC ：VD === △CA ：△CB ：△CC ：△CD === △nA ：△nB ：△nC ：△nD==== a ：b ：c ：d 2. 化學(xué)反應(yīng)速率大小的比較方法 ⑴ 看單位是否統(tǒng)一，若不統(tǒng)一，換算成相同的單位。 ⑵ 比較反應(yīng)速率大小時，不僅需看反應(yīng)速率數(shù)值 的大小，且要結(jié)合化學(xué)方程式中物質(zhì)的化學(xué)計量 數(shù)及單位,化歸到同一物質(zhì)，再進(jìn)行比較。 ⑶ 對于一般反應(yīng)aA＋bB===cC＋dD，比較與，若＞，則A表示的反應(yīng)速率比B的大。 3. 化學(xué)反應(yīng)速率的計算方法 （1）概念法： （2）化學(xué)計量數(shù)法： 一般是先用概念法計算出一種物質(zhì)的反應(yīng)速率，再用化學(xué)計量數(shù)法算出其他物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率。 4. 影響化學(xué)反應(yīng)的因素 ⑴ 濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響： ① 一個反應(yīng)的速率主要取決于反應(yīng)物的濃度，與產(chǎn)物的濃度關(guān)系不大 。 ② 物質(zhì)為固體或純液體時，濃度為常數(shù)，改變固 體或純液體的量，不改變濃度，不影響化學(xué)反應(yīng)速。 Ⅲ⑼ . 若參加反應(yīng)的物質(zhì)為固體、液體或溶液，由于 ⑵ 壓強(qiáng)對化學(xué)反應(yīng)速率的影響 ① 壓強(qiáng)的變化對它們的濃度幾乎無影響，可以認(rèn)為反應(yīng)速率不變。 ② 改變壓強(qiáng)的涵義，一般是指： 氣體物質(zhì)的量不變，改變?nèi)萜鞯娜莘e。比如像 a. N2 + 3H2 2NH3，反應(yīng)物為氣體的反應(yīng)，縮小體積，壓強(qiáng)增大，反應(yīng)物氣體的濃度增大，反應(yīng)速率加快。如果增大體積，壓強(qiáng)減小，反應(yīng)物氣體的濃度減小，反應(yīng)速率減小。 b. 氣體的容器容積不變，充入不相關(guān)的氣體。比如像 N2 + 3H2 2NH3的反應(yīng)，充入Ne， 壓強(qiáng)增大，但各反應(yīng)物的濃度沒有變化，反應(yīng)速率不變。如果充入Ne，壓強(qiáng)不變，必然是容器的容積增大，而氣體容積的增大，一定引起反應(yīng)物濃度的減小，所以化學(xué)反應(yīng)速率減小。 ③ 像化學(xué)反應(yīng)：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑生成物中有氣體，反應(yīng)物中沒有氣體，增大壓強(qiáng)，速率不增大；減小壓強(qiáng)，速率也不減小。 ⑶ 溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響 不管是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)，只要是升高溫度一定加快反應(yīng)速率，降低溫度一定減慢反應(yīng)速率。 ⑷ 催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影 對可逆反應(yīng)來說使用催化劑，可同時加快正逆反應(yīng)速率 。 例1已知：一定溫度下的某恒容密閉容器中僅發(fā)生反應(yīng)：2NO2(g) 2NO(g) + O2(g) △H ＝+Q kJ/mol (Q＞0) 。若向2L該容器中通入1.2 mol NO2 氣體，測得100s時反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，此時c(O2) 為0.2 mol/L。下列說法正確的是 A． 增加c(NO)，平衡逆向移動，反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)減小 B． 100s 內(nèi)NO2的分解速率為810－3 mol/(Ls) C． 反應(yīng)達(dá)平衡時，吸收的熱量為0.2Q D． 其他條件不變時，若開始時n(NO2)為2.4 mol，則達(dá)到平衡后，c(O2)＜c(NO2) 【答案】D 例2常壓下羰基化法精煉鎳的原理為: Ni(s)+4CO(g) Ni(CO)4(g)。230℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=210?5。已知：Ni(CO)4的沸點為42.2℃，固體雜質(zhì)不參與反應(yīng)。 第一階段：將粗鎳與CO反應(yīng)轉(zhuǎn)化成氣態(tài)Ni(CO)4； 第二階段：將第一階段反應(yīng)后的氣體分離出來，加熱至230℃制得高純鎳。 下列判斷不正確的是 A． 該反應(yīng)達(dá)到平衡時，v分解[Ni(CO)4]=4v消耗(CO) B． 第一階段應(yīng)選擇稍高于42.2℃的反應(yīng)溫度 C． 第二階段,230℃時Ni(CO)4分解率較高 D． 其他條件不變，增加c(CO),平衡向正向移動,反應(yīng)的平衡常數(shù)不變 【答案】A 例3298 K時，在2 L固定體積的密閉容器中，發(fā)生可逆反應(yīng)：2NO2(g) N2O4(g)　ΔH＝－a kJ/mol(a>0)。N2O4的物質(zhì)的量濃度隨時間變化如圖。達(dá)平衡時，N2O4的濃度為NO2的2倍，若反應(yīng)在398 K進(jìn)行，某時刻測得n(NO2)＝0.6 mol，n(N2O4)＝1.2 mol，則此時，下列大小關(guān)系正確的是(　　) A． v(正)>v(逆) B． v(正)0)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱的逆反應(yīng)方向移動，所以若反應(yīng)在398K進(jìn)行，反應(yīng)達(dá)到平衡時的化學(xué)平衡常數(shù)K1<6.67。若反應(yīng)在398K進(jìn)行，某時刻測得n（NO2）=0.3mol/L、n（N2O4）=0.6mol/L，則Q= c(N2O4)/ c2(NO2)= 0.6mol/L(0.3mol/L)2=6.67L/mol，說明反應(yīng)未處于平衡狀態(tài)，反應(yīng)逆向進(jìn)行，因此v（正）0(即同一物質(zhì)的消耗速率與生成速率相等)。 (2 )各物質(zhì)的濃度保持不變。 2．間接判斷法 (1) 各物質(zhì)的百分含量保持不變。 (2) 各物質(zhì)的物質(zhì)的量不隨時間的改變而改變。 (3) 各氣體的體積不隨時間的改變而改變。 例如：我們以密閉容器中的反應(yīng)mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)為例來說明： 化學(xué)反應(yīng) mA(g) + nB(g) pC(g)+ qD(g) 是否平衡 混合物體系中各成分的含量 ①各物質(zhì)的物質(zhì)的量或物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定 平衡 ②各物質(zhì)的質(zhì)量或質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定 平衡 ③各氣體的體積或體積分?jǐn)?shù)一定 平衡 ④總體積、總壓強(qiáng)、總物質(zhì)的量一定 不一定平衡 正、逆反應(yīng)速率之間的關(guān)系 ①在單位時間內(nèi)消耗了m mol A，同時也生成了m mol A， 即v(正) ＝ v(逆) 平衡 ②在單位時間內(nèi)消耗了n mol B，同時也消耗了p mol C， 即v(正) ＝ v(逆) 平衡 ③v(Ａ) : v(B) : v(C) : v(D) ＝ m : n : p : q ， v(正) 不一定等于v(逆) 不一定平衡 ④在單位時間內(nèi)生成了n mol B，同時也消耗了q mol D， 即敘述的都是v(逆) 不一定平衡 壓強(qiáng) ①其它條件一定、總壓強(qiáng)一定，且m + n ≠ p + q 平衡 ②其它條件一定、總壓強(qiáng)一定，且m + n ＝ p + q 不一定平衡 混合氣體的平均相對分子質(zhì)量 ①平均相對分子質(zhì)量一定，且m + n ≠ p + q 平衡 ②平均相對分子質(zhì)量一定，且m + n ＝ p + q 不一定平衡 溫度 任何化學(xué)反應(yīng)都伴隨著能量變化，當(dāng)體系溫度一定時 平衡 氣體的密度 密度一定 不一定平衡 顏色 反應(yīng)體系內(nèi)有色物質(zhì)的顏色穩(wěn)定不變 平衡 例4在恒容密閉容器中，可逆反應(yīng)C(s)+CO2(g)2CO（g）達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是（ ） ①單位時間內(nèi)生成n molCO2的同時生成n molC ②單位時間內(nèi)生成n molCO2 的同時生成2n mol CO ③CO2 、CO的物質(zhì)的量濃度之比為1: 2的狀態(tài) ④混合氣體的密度不再改變的狀態(tài) ⑤混合氣體的壓強(qiáng)不再改變的狀態(tài) ⑥C的質(zhì)量不再改變的狀態(tài) A． ①④⑤⑥ B． ②④⑤⑥ C． ②③⑤⑥ D． ①②③④ 【答案】B 例5反應(yīng)N2O4(g）2NO2(g）ΔH＝＋57kJmol－1，在溫度為T1、T2時，平衡體系中NO2的體積分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)變化曲線如圖所示。下列說法正確的是( ） A． A、C兩點的反應(yīng)速率：A＞C B． A、C兩點氣體的顏色：A深，C淺 C． A、C兩點氣體的平均相對分子質(zhì)量：A＞C D． 由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法 【答案】D 三、化學(xué)平衡圖像 圖像題解題方法 （1）分析反應(yīng)速度圖像： ①看起點：分清反應(yīng)物和生成物，濃度減小的是反應(yīng)物，濃度增大的是生成物，生成物多數(shù)以原點為起點。 ②看變化趨勢：分清正反應(yīng)和逆反應(yīng)，分清放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)。升高溫度時，△V吸熱＞△V放熱。 ③看終點：分清消耗濃度和增生濃度。反應(yīng)物的消耗濃度與生成物的增生濃度之比等于反應(yīng)方程式中各物質(zhì)的計量數(shù)之比。 ④對于時間——速度圖像，看清曲線是連續(xù)的，還是跳躍的。分清“漸變”和“突變”、“大變”和“小變”。增大反應(yīng)物濃度V正 突變，V逆 漸變。升高溫度，V吸熱 大增，V放熱 小增。 （2）化學(xué)平衡圖像問題的解答方法： ①三步分析法：一看反應(yīng)速率是增大還是減小；二看△V正 、 △V逆的相對大??；三看化學(xué)平衡移動的方向。 ②四要素分析法：看曲線的起點；看曲線的變化趨勢；看曲線的轉(zhuǎn)折點；看曲線的終點。 ③先拐先平：對于可逆反應(yīng)mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) ，在轉(zhuǎn)化率——時間曲線中，先出現(xiàn)拐點的曲線先達(dá)到平衡。它所代表的溫度高、壓強(qiáng)大。這時如果轉(zhuǎn)化率也較高，則反應(yīng)中m+n>p+q。若轉(zhuǎn)化率降低，則表示m+nKc>Ka D． b、c點均為化學(xué)平衡點,a點未達(dá)平衡且反應(yīng)正向進(jìn)行 【答案】B 例7下列圖示與對應(yīng)的敘述相符的是 A．圖1表示H2與O2發(fā)生反應(yīng)過程中的能量變化，則H2的燃燒熱為241.8 kJmol－1 B．圖2表示壓強(qiáng)對可逆反應(yīng)2A(g)+2 B(g) 3C(g)+D（s）的影響，乙的壓強(qiáng)比甲的壓強(qiáng)大 C．圖3表示等質(zhì)量的鉀、鈉分別與足量水反應(yīng)，則甲為鈉 D．圖4表示常溫下，稀釋HA、HB兩種酸的稀溶液時，溶液pH隨加水量的變化，則相同條件下NaA溶液的pH大于同濃度的NaB溶液的pH 【答案】C 【解析】A、燃燒熱是在一定條件下，1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量，與圖象不吻合，故A錯誤；B、該反應(yīng)是一個反應(yīng)前后氣體體積減小的可逆反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向移動，則反應(yīng)物的含量減少，該圖中改變條件后，反應(yīng)物的含量不變，說明平衡不移動，加入的是催化劑，故B錯誤；C、鉀比鈉活潑，反應(yīng)速率快。鈉的摩爾質(zhì)量小于鉀的摩爾質(zhì)量，在質(zhì)量相等的條件下鈉放出的氫氣多，與圖像吻合，故C正確；D、在稀釋過程中HA的pH變化大，說明HA的酸性比HB強(qiáng)，越弱越水解，所以NaA的水解程度小于NaB，NaA與NaB水解顯堿性，所以NaA溶液的pH小于同濃度的NaB溶液的pH，故D錯誤。 例8T℃時，反應(yīng)物和生成物均為氣體的某反應(yīng)，反應(yīng)過程中濃度變化如圖（Ⅰ）所示。若保持其他條件不變，溫度分別為T1和T2時，B的體積分?jǐn)?shù)與時間的關(guān)系如圖（Ⅱ）所示，則下列結(jié)論正確的是 A．在t1時間內(nèi)用B表示該反應(yīng)的平均速率為：0．6molL-1mim-1 B．在（t1+10）時，保持其他條件不變，增大壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動 C．T時，在相同容器中，若由0．1molL-1A、0．3molL-1B和0．4molL-1C反應(yīng)，達(dá)到平衡后，C的濃度仍為0．4molL-1 D．在其他條件不變時，升高溫度，正、逆反應(yīng)速率均增大，且A的轉(zhuǎn)化率增大 【答案】C