化学反应速率与化学平衡(上).doc

化学反应速率与化学平衡 (上)
教学内容
1. 掌握化学反应速率的表示方式、计算方法及重要规律．
2.了解活化分子、活化能、有效碰撞等概念
3.理解并运用影响化学反应速率的因素
4. 掌握化学平衡的概念、特征、标志
5. 掌握平衡常数的表达式、作用。

二、学习指导
(一)化学反应速率 1. 概念:
化学反应进行的快慢定量描述——化学反应速率----在反应中，某物质的浓度（一般指物质的量浓度）随时间的变化率
2表示:一般用单位时间内某一种反应物或生成物的物质的量浓度的变化值来表示． 表达式： vi ＝ΔC ／Δt
单位： mol/(L × s) 、 mol/(L ×min)等． 3. 注意
(1) 以上所指的反应速率是平均反应速率而不是瞬时反应速率． (2) 同一反应在不同时刻，瞬时反应速率不同． (3) 同一反应在不同时间内，平均反应速率不同．
(4) 同一反应在同一时间内，用不同物质来表示的反应速率可能不同． (5) 中学阶段计算的是平均反应速率，图示的应是瞬时速率． 3. 规律
对于同一反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) 同一时间：v A :v B
:v C :v D
＝Δn A :Δn B :Δn C :Δn D
＝ΔC A :ΔC B :ΔC C :ΔC D
＝m:n:p:q
即反应速率的数值之比等于这些物质在化学方程式中的化学计量数之比。

4. 图示
对于一般反应：
aA + bB ==== cC + dD
反应物A 的浓度随时间的变化曲线如图所示。

在t 1~t 2内，平均反应速率以A 的浓度变化 表示为：
v (A) = -Δc(A)/Δt = -(c 2-c 1)/(t 2-t 1)
对于某一反应，各反应物或生成物的起始浓度是不一定的，但在同一时间内各物质的浓度变化(ΔC)
却是一定的.作浓度(C)—时间(t)图一定要符合这一变化规律
浓度
c 1
c 2 1 2
(二) 影响化学反应速率的因素
1. 内因：物质本身结构及性质是反应速率的主要决定因素．
例如：石油、煤的形成需要极其漫长的历史，而爆炸性的反应却在瞬间完成．
分子要起反应，必须相互接触碰撞，但并不是每一次都能发生化学反应，能发生化学反应的只是少数能量较高的“活化”分子，“活化”分子所进行的碰撞叫有效碰撞。

活化能是活化分子的平均能量与反应物平均能量之差。

如图所示，图中E 表示活化分子的平均 能量；E a 、E a ’分别表示正、逆反应的活化能； E 1、E 2分别表示反应物分子和生成物分子的 平均能量。

由图可以看出： 正反应的活化能：E a = E – E 1 逆反应的活化能：E a ’ = E – E 2
若E a < E a ’，表示正反应放热，逆反应吸热。

图 活化能的概念
2. 外因：外界条件在一定范围内影响反应速率．如浓度、温度、压强、催化剂及其它． (1) 温度：升高温度不论对放热反应还是吸热反应，反应速率总是增大的． 一般每．
升高10℃,反应速率增大到原来的2－4倍． 在浓度一定时，温度升高，反应物分子的平均能量增加，反应物分子中活化分子百 分数增加，有效碰撞次数增多，从而加大了反应速率。

注意：
温度对反应速率的影响实际上是比较复杂的，有的反应随温度的升高，反应速率不一定加快。

例如用酶催化的反应，酶只有在适宜的温度下活性最大，反应速率才达到最大。

故在许多工业生产中温度的选择不许考虑催化剂的活性温度范围。

(2) 浓度：（其它条件不变）
① 若增加一种物质的浓度．．（不论是反应物还是生成物）后，活化分子百分数增加，单位体积内活化分子数目增多，有效碰撞次数增多，反应速率总是加快；反之，则减小．
② 固体或纯液体浓度视为常数，它们物质的量的变化不会引起反应速率的变化，故不能用它表示反应速率．但固体颗粒的大小导致接触面的大小，故影响反应速率．
能量
(3)压强：有气体物质参与，其它条件不变．
①增大压强，容器体积减小反应速率总是增大．反之减小．
②恒容条件，增加与反应无关的气体，容器总压增加，但与反应有关的气体物质各自的分压不变，
各自浓度不变，故反应速率不变．
③恒压条件，增加与反应无关的气体，容器体积增加，对于反应有关的气体物质相当于减压，故反
应速率减小．
总之，有气体参加的反应，压强的影响，实质上是指容器容积的改变，导致各气体的浓度同等程度的改变，从而影响反应速率．
4．催化剂对反应速率的影响
催化剂是通过降低反应的活化能，使活化分子百分数增大，活化分子增多来加快反应速率的。

催化剂虽然在反应前后的质量和化学性质没有发生变化，但它却参与了化学变化过程，改变了原来的反应历程。

需要注意的是：
(1)对于可逆反应，催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率。

在一定条件下，正反应的优良催化剂必定是逆反应的优良催化剂。

(2)使用催化剂只能改变反应途径，不能改变反应的始态和终态，故催化剂只能加快反应达到平衡时的时间，而不能改变平衡状态，反应的热效应也和催化剂的存在与否无关。

(3)催化剂只能加速热力学上认为可以实现的反应，对于热力学计算不能发生的反应，任何催化剂都不能改变反应发生的方向。

(4)催化剂可以加快化学反应速率，也可以减慢化学反应速率，前者称之为正催化剂，后者称之为负催化剂。

通常情况下，正催化剂用得较多，因此，若无特殊说明，都是指正催化剂而言。

5．其它：如光、射线、超声波、反应溶剂、反应物的颗粒大小、形成原电池等因素等均可能引起化学反应速率的变化．
(三)化学平衡的概念
一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变，这一状态称作化学平衡状态.
可逆反应
（1）前提
外界条件一定
v正＝v逆≠0（同种物质）
（2）特征
百分含量不随时间而变化（各种物质）
(四)化学平衡的标志
1．等速标志：v正＝v逆
指反应体系中的同一种物质来表示的正反应速率和逆反应速率相等.对不同种物质而言，速率不一定相等.
何谓“v正＝v逆”？如何理解？
以N2＋3H2 2NH3反应为例
单位时间、单位体积内
①若有1mol N2消耗
．．（同种物质，物质的量相等、词性相反）
．．，则有1mol N2生成
②若有1mol N2消耗
．．（同侧不同种物质，物质的量之比＝系数对应比，词性相反.）．．，则有3mol H2生成
③若有1mol N2消耗
．．（异侧物质，物质的量之比＝对应系数比、词性相同）．．，则有2mol NH3消耗
④若有1mol N ≡N 键断裂,则有6mol N-H 键断裂(其它与上述相似) 注意 对象 词性 同种(侧)物质 相反 异侧物质 相同
2．百分含量不变标志
正因为v 正＝v 逆≠0，所以同一瞬间同一物质的生成量等于消耗量.总的结果是混合体系中各组成成分的物质的量、质量、物质的量浓度、各成分的百分含量、转化率等不随时间变化而改变.
3．对于有气体参与的可逆反应
1）从反应混合气的平均相对分子质量（M ）考虑 M ＝
n
m
当△ng ≠0, M 一定时，则标志达平衡. 当△ng ＝0，M 为恒值，不论是否达平衡. 若有非气体参与：不论△ng 是否等于0，则当M 一定时，可标志达平衡
实例： ① H 2(g)＋I 2(g) 2HI(g) △ng ＝0 ② SO 2(g)＋O 2(g) 2SO 3(g) △ng ≠0 ③ C(s)＋O 2(g) CO 2(g) △ng ＝0 ④ CO 2(g)＋C(s) 2CO(g) △ng ≠0 在实例反应①中，M 总为恒值.
在反应②、③、④中，只要反应未达平衡，则M 不为定值．反之当M 为一定值，不随时间变化而变化时，则标志着达到平衡状态.
2）从气体密度考虑： ρ＝
v
m 恒容：ρ总为恒值，不能作平衡标志 当各成分均为气体时 △ng ＝0. ρ总为恒值，同上
△ng ≠0. ρ为一定值时，则可作为标志 恒容：ρ为一定值时，可作标志 恒压：△ng ＝0. ρ为一定值时，可作标志 3）从体系内部压强考虑：
∵恒容、恒温．n(g)越大,P 越大
∴不论各成分是否均为气 △ng ＝0．则P 为恒值，不能作标志
体、只需考虑△ng ． △ng ≠0．则当P 一定时，可作标志 4）从体系内部温度考虑
当化学平衡尚未建立或平衡发生移动时，反应总要放出或吸收热量． 若为绝热体系，当体系内温度一定时，则标志达到平衡．
（五）化学平衡常数
若各物质均为气体
恒压：
当有非气体物质参与时
当
对于可逆反应aA + bB ==== cC + dD ，在一定温度条件下，可逆反应无论从正反应开始或是从逆反
应开始，也无论起始时反应物浓度的大小，反应达到平衡时，各物质的浓度有如下关系：b
a d
c c B A D C K ]
[][][][=，式中K c 称为平衡常数，K c 仅随温度变化。

平衡常数是表明化学反应在一定条件下进行的最大程度（即反应限度）的特征值，一般可认为，平衡常数越大，反应进行得越完全。

注意：
（1） 如果有固体或纯液体参加反应或生成，它们的浓度视为1，例如：
CaCO 3(s) ==== CaO(s) + CO 2(g)
K c == [CO 2]
（2） 稀溶液中进行的反应，如有水参加，水的浓度也视为1，不写在平衡关系式中；非水溶液中进行
的反应，如有水参加或生成，则水的浓度必须写入平衡关系式。

三、典型例析
例1． 根据以下叙述回答下列问题.
把0.6mol X 气体和0.4mol Y 气体混合于2L 容器中，使它们发生反应： 3X （气）＋Y(气) nZ （气）＋2W(气)．
5 min 末已生成0.2 molW ，若测知以Z 浓度变化表示的平均反应速率为0.01 mol/(L min),则：(1)上述反应中系数n 的值是（ ）
Ａ.1 Ｂ.2 Ｃ.3 Ｄ.4 (2) 5 min 末时，Y 的消耗量占原有量的百分数是（ ） 解析 (1) v W ＝
t
c ∆∆＝5202.0⨯-＝0.02（mol/L min ）
∵ v W : v Z ＝0.02 : 0.01＝2 : n ∴ n ＝1
(2) Δn Y : Δn W ＝1 : 2 Δn Y ＝21×Δn W ＝2
1
×0.2＝0.1（mol ）
4
.01
.0×100%＝25% . 例2 足量的Fe 粉与一定量的盐酸反应,反应速率太快,为了减慢反应速率,但又不影响产生氢气的总量,应加入下列物质中的 .
Ａ.水 Ｂ.NaCl(固) Ｃ.NaCl 溶液 Ｄ. Na 2SO 4溶液
Ｅ.NaNO 3溶液 Ｆ.NaOH 溶液 Ｇ.Na 2CO 3溶液 Ｈ.NaAc 溶液 Ｉ.CuSO 4溶液
解析 ① 减慢反应速率 ⇒ 降低[H +
] 稀释：用水、无关的盐或其它溶液 变成弱酸：如NaAc
② 氢气总量不变 ⇒ 总的+H n 不变
由上可知，Ａ、Ｃ、Ｄ加入的物质均可起到稀释作用，NaCl(固)无此作用；而NaNO 3溶液加入后，存
在H +
、NO 3-
,与Fe 反应无H 2,故必须考虑HNO 3的强氧化性．从而必须注意：并非所有的强酸强碱盐溶液都合适．
另外，HCl 与F 、G 、H 中溶质均反应 HCl ＋NaOH ＝NaCl ＋H 2O
2HCl ＋Na 2CO 3＝2NaCl ＋H 2O ＋CO 2↑
⇒
HCl ＋NaAc ＝NaCl ＋HAc
由三个反应可知，NaOH 、Na 2CO 3与HCl 反应使H +
→H 2O ，而常温下Fe 不跟H 2O 反应，无H 2放出；NaAc 与HCl 反应生成了弱酸HAc ，但常温下Fe 仍能与HAc 反应，速率减小，但H 2量不变：2HCl ～2HAc ～H 2.故HCl 经反应必须能生成稳定的弱酸才可行．
再有CuSO 4的加入，与Fe 发生反应生成Cu 附在Fe 上，插在溶液中构成了无数微电池，大大加快反应速度．但因Fe 足量，HCl 量一定，故H 2总量不变．
本题答案：Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｈ.
例3. 已知在800K 时，反应：
CO(g) + H 2O(g) ==== H 2(g) + CO 2(g)
若起始浓度c(CO) = 2mol •L -1，c(H 2O) = 3mol •L -1，则反应达平衡时，CO 转化成CO 2的转化率为60%，如果将H 2O 的起始浓度加大为6 mol •L -1，试求此时CO 转化为CO 2的转化率。

解: 由第一次平衡时CO 的转化率可求出平衡时各物质的浓度：
[CO] = 0.8 mol •L -1，[H 2O] = 1.8 mol •L -1，[H 2] = 1.2 mol •L -1，[CO 2] = 1.2 mol •L -1 据此，求出K c 的值：
18
.18.02
.12.1]][[]][[222=⨯⨯==
O H CO CO H K c
假设第二次平衡时，CO 的转化浓度为x 。

CO(g) + H 2O(g) ==== H 2(g) + CO 2(g)
起始浓度/ mol •L -1 2 6 0 0 平衡浓度/ mol •L -1 2-x 6-x x x
0.1)
6)(2(2
x =--=x x c K 解得：x = 1.5 mol •L -1
故CO 的转化率为：%75%1002
5.11
1=⨯⋅⋅--L
mol L mol
巩固练习
一、选择题
1．在aL 的密闭容器里，于一定温度进行2A （气）+B （气） 2C （气）的可逆反应。

容器内开始加入下列各组物质，在达到平衡时逆反应速率最大的一组物质是（ ） A ．2molA 和1molB B ．1molA 和1molB
C ．1molA 和2molB
D ．1molB 和1molC
2.反应4NH 3+5O 2 4NO+6H 2O 在5L 的密闭容器中进行，半分钟后，NO 的物质的量增加了0.3mol ，则此反应的平均速率x V -
（表示反应物的消耗速率或生成物的生成速率）为（ ）
A 、)/(01.02s l mol V O ⋅=-
B 、)/(008.0s l mol V NO ⋅=-
C 、)/(03.02s l mol V O H ⋅=-
D 、)/(02.03s l mol V NH ⋅=-
3．200C ，将10ml 0.1mol/l Na 2S 2O 3溶液和10ml 0.1mol/l 的H 2SO 4溶液混合，2分钟后溶液中明显出现浑浊。

已知温度每升高100C ，化学反应速率增大到原来的2倍，那么500C 时，同样的反应要看到明显浑浊，需要的时间是（ ）
A 、15秒
B 、20秒
C 、40秒
D 、48秒
4．下列条件下，反应A+B C 的反应速率最大的一组是（ ） A 、常温下20ml 溶液含A 、B 各0.001mol
B 、常温下0.05mol/l 的A 、B 溶液各10ml
C 、标准状况下0.1mol/l 的A 、B 溶液各20ml
D 、常温下100ml 溶液含A 、B 各0.01mol
5. 将KClO 3加热分解，在0.5min 内放出5mL 氧气；加入MnO 2后，在同样温度下，0.2min 内放出50 mL O 2．则加入MnO 2后的反应速率是原来的（ ） Ａ.10倍 Ｂ.25倍 Ｃ.50倍 Ｄ.250倍
6. 在体积vL 的密闭容器中进行如下反应：mA ＋nB pC ＋qD,在t min 内用A 物质表示 的平均反应速率为am/ρmol/(L min),则t min 时间内，D 增加的物质的量为（ ）
Ａ. patm/q mol Ｂ.atm/q mol Ｃ.avm/ρmol Ｄ. aqvt/ρ mol
7..可逆反应2SO 2＋O 2 2SO 3,正反应速率分别用v 表示，逆反应速率用v '表示，速率单位为mol/(L ·min)．当反应达到化学平衡时，正确的关系是（ ） A ．V SO 3＝V 'SO 3 B ．V O 2＝V SO 2＝V SO 3 C ．V O 2＝
2
1
V 'SO 2 D ．V 'SO 2＝V 'SO 3＝V 'O 2 8. 对于反应M ＋N →P,如果温度每升高10℃,化学反应速率增加到原来的3倍，在10℃ 时，完成反
应的10%需81min ，将温度升高到30℃时，完成反应10%需要的时间为 （ ）
Ａ. 9 min Ｂ.27 min Ｃ.13.5 min Ｄ.3 min
9.在恒温下的密闭容器中，有可逆反应A 2(g)＋B 2(g) 2AB(g),达到平衡的标志是 A 容器内总压强不随时间变化
B 混和物中A 2、B 2和AB 的百分含量一定
C 混和物中A 2、B 2和AB 各浓度相等
D 单位时间内生成n mol A 2 ,同时生成n mol B 2
10．3A （g ）＋B （g ） XC （g ）＋2D （g ）
在容器为2升的密闭容器中，使3molA 和2.5molB 发生以上反应，经过5分钟后达到平衡状态，
生成1molD ，经测定5分钟内C 的平均反应速率是0.1mol/(l ·min)，根据计算结果判断以下结论错误的是
A 5分钟内A 的平均反应速率是0.15mol/（l ·min ）
B 平衡时，B 的转化率是20%
C A 的平衡浓度是0.5mol/l
D 在其他条件不变时，增大压强，平衡向正反应方向移动
11．某反应2A(g)+B(g) C(g)，经过10秒后A 为0.2mol/l ，B 物质的浓度降低了0.02mol/l ，则
A 物质的起始浓度为（ ）
A 、0.6mol/l
B 、0.24mol/l
C 、2.4mol/l
D 、4.2mol/l 12. 可逆反应X(g)＋Y Z(g)＋R,达到平衡时，下列说法错误的是（ ） A ．升高温度[x]/[Z]的比值减小，表明反应是吸热反应 B ．增大压强，平衡不移动，说明Y 、R 都是气体 C ．若Y 是气体，增大x 的浓度会使Y 的转化率增大 D ．增大压强，混合气体的平均相对分子质量一定增大
13.可逆反应mA （气）＋nB(气) pC(气)＋qD(气),反应经10分钟达到平衡，反应刚
n
m 开始到达平衡时各物质的浓度改变是：Ａ减少3
a
mol/L ，Ｂ减少a mol/L, D 增加
3
a
2 mol/L.若将平衡混合气体压缩到原来体积的1/2时，平衡不移动，则m ∶n ∶p ∶ q 是（ ）
Ａ.1∶1∶1∶1 Ｂ.1∶3∶3∶1
2 反应速率为v 2
甲萘 D. 所生成的甲萘醌为沉淀物 （二）填空：
16.在合成氨的反应中，已知H 2、N 2和条件下测的2H V =0.3 mol/(l ·m)，317. 某温度时，浓度都是1 mol/L 10分钟后，[X 2]为0.4 mol/L,[Y 2]为 则该反应的化学方程式（Z 用X 、Y 18.把除去氧化膜的镁条投入盛有稀盐 间的变化情况如图所示．其中 ① t 1～t 2速率变化的主要原因是 ② t 2～t 3速率变化的主要原因是
19．Fe 3+
和I -在水溶液中发生如下反应：（1） 当上述反应达到平衡后，加入CCl 4萃取I 2，且温度不变，上述平衡______移动（选填：向左、向右、不）。

（2） 上述反应反应的正向速度和Fe 3+
、I -
的浓度关系为：V=KC I-C Fe3+ (K 为常数)
n
m
V=KC I-C Fe3+ 中。

M 、n 的值为______{选填A 、B 、C 、D} A. m=n=1 B. m=1,n=2 C. m=2,n=1 D.m=n=2 三.计算题：
20．I -浓度对反应速度的影响_____ Fe 3+
浓度对反应速度的影响.(选填大于、小于、等于)CO 的中毒是由于CO 与血液中血红蛋白的血红素部分反应生成碳氧血红蛋白： CO + Hb ·O 2 O 2 + Hb ·CO
实验表明，Hb ·O 2的浓度即使只有Hb ·O 2浓度的2%，也可造成人的智力损伤。

抽烟后，测得吸入肺部的空气CO 和O 2的浓度分别为10-6mol ·L -1和10-2mol ·L -1，并已知37℃时上述反应的平衡常数K=220，那么，此时Hb •CO 的浓度是Hb ·O2的浓度的多少倍？
参考答案
1.A 2 .CD 3.A 4.D 5.B 6.D 7.AC 8.A 9.B 10.CD 11.B 1
2.BD 1
3.C 1
4. C 1
5. C 1
6.0.7(mol/l) 1
7. 3X 2＋Y 2 2X 3Y
18. ①t 1→t 2的速率变化主要原因：Mg 与HCl 反应放出的热量,使温度升高,导致总反应速率增大.
②t ２→t 3速率变化主要原因:随反应进行,到一定时候, [H +
]降低显著,使总反应速率减小. 19. ⑴向右 ⑵ C 大于 20．解 依题意得
]
][[]
][[22O Hb CO CO Hb O K ⋅⋅=
∴ 21
21622102.21010220][][][][-----⨯=⋅⋅⨯==⋅⋅L
mol L mol O CO K O Hb CO Hb。