化学反应速率和等效平衡

化学反应速率和等效平衡

【专题目标】

1．了解化学反应速率的概念及表示方法，掌握同一反应中不同物质的化学反应速率与化学方程式中各物质的化学计量数的关系。

（1）概念：通常用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加来表示。

（2）表达式：t c v ∆∆=(A)

(A)；单位：mol/(L ·min)或mol/(L ·s)。

（3）在同一反应中，用不同的物质表示反应速率的数值之比等于它们在化学方程式中的化学计量数之比。

2．了解化学反应的可逆性，理解化学平衡的特征，了解化学平衡与化学反应速率之间的内在联系。

（1）概念：在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态叫做化学平衡状态，简称化学平衡。

（2）化学平衡状态的特征：

①“动” ：化学平衡是动态平衡，即：v 正＝v 逆≠0

②“等” ：达到化学平衡时v 正＝v 逆，即同一物质的消耗速率等于生成速率 ③“定” ：外界条件不变时，处于化学平衡状态的各物质的浓度、质量分数或体积分数保持不变

④“变” ：可逆反应的平衡状态是相对的，暂时的，当影响平衡的条件改变时，化学平衡即被破坏，并在新的条件下建立新的平衡状态

3．理解浓度、压强和温度等条件对化学平衡的影响，理解平衡移动原理的涵义。

勒夏特列原理：如果改变影响化学平衡的一个条件（如浓度、压强或温度等），平衡就会向着能够减弱这种改变的方向移动。

4．学会应用建立等效平衡的思维方式解决化学平衡中的常见问题。

【经典题型】

题型一：根据化学计量数之比，计算反应速率

【例1】反应4NH 3(g)+5O 2(g) 4NO(g)+6H 2O(g)在10L 密闭容器中进行，半分钟后，水蒸气的物质的量增加了0.45mol ，则此反应的平均速率)(X v （反应物的消耗速率或产物的生成速率）可表示为（ ）

A ．)mol/(L 0.010)(NH 3s v ⋅=

B ．)mol/(L 0.001)(O 2s v ⋅=

C ．)mol/(L 0.001(NO)s v ⋅=

D ．)mol/(L 0.045O)(H 2s v ⋅=

【点拨】用生成物H 2O 来表示反应的平均速率：

)mol/(L 0.001530L 10mol 0.45O)(H 2s s

v ⋅=÷= 根据各物质的反应速率之比等于它们的化学计量数之比，可求得

)mol/(L 10.00)(NH 3s v ⋅=

)mol/(L 250.001)(O 2s v ⋅=

)mol/(L 0.001(NO)s v ⋅=

所以正确答案是C 。

【规律总结】遇到这一类题目，一定要充分利用化学反应中各物质的反应速率之比等于它们的化学计量数之比这一规律进行计算。

题型二：以图象形式给出条件，计算反应速率

【例2】某温度时，在2L 容器中，X 、Y 、Z 三种物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示。由图中数据分析：该反应的化学方程式为_________________。反应开始至2min ，用Z 表示的平均反应速率为____________。

【点拨】由图可知，X 、Y 的物质的量随反应的进行而减小，Z 的物质的量随反应的进行而增大，则X 和Y 为反应物，Z 为生成物。

∵mol 0.3mol 0.7mol 1.0(X)=-=∆n

mol 10.mol 90.mol 1.0(Y)=-=∆n

mol 20.mol 0mol 2.0(Z)=-=∆n

∴反应方程式为：3X+Y ＝2Z 。

min)mol/(L 0.05min

2L 2mol 0.2)(⋅=÷=Z v 题型三：根据已知的浓度、温度等条件，比较反应速率的大小

【例3】把下列四种X 溶液分别加入四个盛有10mL 2mol/L 盐酸的烧杯中，均加水稀释到50mL ，此时，X 和盐酸缓慢地进行反应，其中反应最快的是（ ）

A ．10℃20mL 3mol/L 的X 溶液

B ．20℃30mL 2mol/L 的X 溶液

C ．20℃10mL 4mol/L 的X 溶液

D ．10℃10mL 2mol/L 的X 溶液

【点拨】在化学反应中，当其它条件不变时，浓度越大，反应速率越快；温度越高，反应速率越快。在本题中要综合考虑浓度和温度的影响。先比较浓度的大小，这里的浓度应该是混合以后的浓度，由于混合后各烧杯中盐酸的浓度相等，因此

只要比较X的浓度，X浓度越大，反应速率越快。因为反应后溶液的体积均为50mL，所以X的物质的量最大，浓度就最大。通过观察可知，混合后A、B选项中X的浓度相等，且最大，但B中温度更高，因此B的反应速率最快。

本题若没有看清楚题目实质，仅仅从选项的表面看X浓度的大小及反应温度的高低来判断反应速率的快慢，则会错选C。

题型四：一般可逆反应在恒温、恒容条件下建立等效平衡

【例4】在一个体积固定的密闭容器中加入2 mol A和1 mol B，发生反应：2A(g)＋B(g)3C(g)＋D(g)，达到平衡时C的浓度为a mol·L－1。若维持容器体积和温度不变，按下列四种配比作为起始物质，达到平衡后，C的浓度仍为a mol·L－1的是（）

A．4molA＋2molB

B．2molA＋1molB＋3molC＋1molD

C．3molC＋1molD＋1molB

D．3molC＋1molD

【点拨】等效平衡的含义：在一定条件（恒温恒容或恒温恒压）下，只是起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后，任何相同组分的百分含量（体积分数、物质的量分数等）均相同，这样的化学平衡互称等效平衡。

对于一般可逆反应，在恒温恒容条件下，只改变起始加入的情况，只要通过可逆反应的化学计量数比换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量与原平衡相同，则二平衡等效。

假设2 mol A和1 mol B能够完全反应，则应生成3molC＋1molD，所以如果维持容器体积和温度不变，开始时向容器中加入3molC＋1molD，达到平衡时，与原平衡是等效平衡，则C的浓度仍为a mol·L－1。所以正确答案为D。

题型五：反应前后气体体积不变的可逆反应在恒温、恒容条件下建立等效平衡【例5】可逆反应A(g)＋B(g)2C(g)在固定容积的容器中进行，如果向容器中充入1mol A和1mol B，在某温度下达到平衡时，C的体积分数为m%；若向容器中充入1mol C，在同样的温度下达到平衡时，C的体积分数为n%，则m和n的关系正确的是（）

A．m>n B．m

【点拨】在恒温恒容条件下，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，只要按化学计量数换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量之比与原平衡相同，则二平衡也为等效平衡。

假设1mol C物质完全反应，可以生成0.5mol A和0.5mol B，投入量是第一种投料方式的一半，所以压强也是其一半。但由于该反应是一个气体体积不变的反应，即压强对该反应的平衡状态没有影响，所以前后两个平衡仍然是等效平衡。因此两个平衡中C的体积分数相等。正确答案为C。但在第二个平衡状态中C的浓度是第一个平衡状态的一半。

【例6】在一密闭的容器中充入2mol A和1mol B发生反应：