化学反应速率平衡计算

化学反应速率与化学平衡专题复习

河北省宣化县第一中学栾春武

一、考纲分析

1. 考纲原文

（1）了解化学反应速率的概念及反应速率的表示方法。理解外界条件（浓度、温度、压强、催化剂等）对反应速率的影响。

（2）了解化学反应的可逆性。理解化学平衡的含义及其与反应速率之间的联系。

（3）理解勒夏特列原理的含义。理解浓度、温度、压强等条件对化学平衡移动的影响。

（4）以合成氨工业生产为例，用化学反应速率和化学平衡的观点理解工业生产的条件。

2. 考情分析

化学反应速率和化学平衡是近年来高考化学反应理论模块的重点内容之一，主要涉及反应方向、反应速率快慢以及反应程度等方面的判断。分析近年的高考试题，有以下几方面的特点：选择题一般会从平衡状态和平衡移动、物质转化率和浓度变化、平衡体系密度和相对分子质量的变化等方面考查，也常结合图像考查根据图像获取数据分析、解决问题的能力等。而新课标中的化学平衡常数和化学反应方向的判断这些内容正成为本专题高考命题的新热点。

3. 复习指导

（1）准确了解、掌握有关概念，学会从概念相关的定义出发思考、分析问题。如气体压强对平衡移动的影响，必须通过浓度的变化来分析、思考，即只有浓度变化时，压强变化才对平衡移动有效。

（2）要准确理解图表所表示的含义，也能通过图表获取关键信息，并用于分析与解决问题。同时，要会用文字、图表等方式进行清晰、准确地表述。

（3）要善于归纳、整理影响物质变化的关键变量，并能运用这些变量找出其变化规律，然后再用图、表或文字的方式将这些规律进行准确表达。

（4）学会一些常规的方法，对反应体系进行分析、判断，如典型的三步计算分析法、等效平衡分析法、平衡常数计算法等，这些都是解决化学反应速率与化学平衡相关问题的重要方法。

二、考点例析

【例题1】煤制成天然气是煤气化的一种重要方法。其工艺核心是合成过程中的甲烷化，涉及的主要反应：

CO(g) + 3H2(g) CH4(g) + H2O(g) △H＜0 ①

CO2(g) + 4H2(g) CH4(g) + 2H2O(g) △H＜0 ②

现在300℃，容积为2L的密闭容器中进行有关合成天然气的实验，相关数据记录如下：

下列有关说法错误的是

A. a = 30，b = 1.5

B. c = 25，d = 4.5

C. 前30 min内，反应①的平均反应速率v(CH4) = 0.05 mol/(L·min)

D. 后40 min内，反应②的平均反应速率v(H2) = 0.025 mol/(L·min)

【解析】根据表中数据，在前30 min内，反应①消耗了2 mol CO，同时消耗H2的物质的量是消耗CO的3倍，即6 mol，而反应②消耗了1 mol CO2，同时消耗H2的物质的量是消耗CO2的2倍，即4 mol，共消耗H2 10 mol，则a = 30；到70 min时，H2O为6 mol，反应①消耗的CO为3 mol，由反应①生成的H2O为3 mol，则由应②生成的H2O也为3 mol，同时消耗的CO2为1.5 mol，则不难得出b = 1.5，c = 25，d = 4.5。前30 min内由反应①生成的CH4为2 mol,浓度该变量为 1 mol/L，对应的反应速率v(CH4) 约为0.033 mol/(L·min)；后40 min内由反应②消耗的H2为2 mol，浓度改变量为1 mol/L，对应的反应速率v(H2)为0.025 mol/(L·min)。

答案：C

【点拨】化学反应速率是表示反应进行快慢的物理量，它用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示，单位有mol/(L·h)、mol/(L·min)、mol/(L·s)等。计算公式如下：

式中B是物质的化学式，△c(B)表示物质B浓度的变化，△n(B)表示物质B的物质的量的变化，V表示容器或溶液的体积，△t表示反应进行的时间。用上式进行进行某物质反应速率计算时需注意以下几点：

（1）浓度变化只适用于气体和溶液中的溶质，不适用于固体和纯液体。

（2）化学反应速率是某段时间内的平均速率，而不是即时速率，且计算时取正值。

（3）同一反应用不同的物质表示反应速率时，数值可能不同，但意义相同。不同物质表示的反应速率之比等于化学计量数之比。

【例题2】在某温度时，将2 mol A和 1 mol B两种气体通入容积为2 L的密闭容器中，发生反应：2 A(g) + B(g) xC(g)，2 min 时反应达到平衡状态，经测定B的物质的量为0.4 mol，C的反应速率为0.45 mol/(L·min)。下列各项能表示该反应达到平衡的是

A．v A正: v B逆＝ 1 : 2 B．混合气体的密度不再变化

C．混合气体的压强不再变化D．A的转化率不再变化

【解析】解答本题的关键是首先根据题给A、B起始的物质的量、平衡B的物质的量以及C的反应速率求得x＝3。

2 A(g) + B(g) xC(g)

起始（mol） 2 1 0

转化（mol）2a a ax

平衡（mol）2－2a 1－a ax

1 mol －a ＝0.4 mol，a ＝0.6 mol，ax ＝

2 min×2 L×0.45 mol/(L·min)，x＝3，2 A(g) + B(g) 3C(g)，是等气体分子数反应。再判断反应是否达到平衡。化学平衡状态的根

本标志是v

正＝v

逆

（同一物质），因此需要把A项中原来的v A

正

和v B

逆

换算成同一物质表

示形式，根据反应式v A

正: v B

逆

＝1中化学计量系数知，若v B

逆

＝2，则v A

逆

＝4，由v A

正

: v B