化学反应速率和等效平衡

专题六 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，理解浓度、压强、温度和催化剂等条件对化学反应速率的影响。

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

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。 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Ⅰ：根据化学计量数之比，计算反应速率 【例题】

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： )m o l /(L 0.001530L

10m o l 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 )m o l /(L 10.00)(N H 3s v ⋅= )m o l /(L 250.001)(O 2s v ⋅= )m o l /(L 0.001(N O )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Ⅱ：以图象形式给出条件，计算反应速率 【例题】

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Ⅲ：根据已知的浓度、温度等条件，比较反应速率的大小

【例题】

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Ⅳ：一般可逆反应在恒温、恒容条件下建立等效平衡 【例题】

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Ⅴ：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

【例题】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。

题型Ⅵ：可逆反应在恒温、恒压条件下建立等效平衡

【例题】

在一个盛有催化剂容积可变的密闭容器中，保持一定温度和压强，进行以下反应：N2＋3H22NH3。已知加入1mol N2和4mol H2时，达到平衡后生成a mol NH3（见下表已知项）。在相同温度、压强下，保持平衡时各组分的体积分数不变。对下列编号①～③的状态，填写表中空白。

已知编号

起始状态物质的量n/mol 平衡时NH3的物质的量

n/mol

N2H2NH3

1 4 0 a

① 1.5 6 0

② 1 0.5a

③m g(g≥4m)

【点拨】对于一般的可逆反应，在恒温恒压条件下，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，则达平衡后，与原平衡等效。

①因为从题干可知n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)平衡＝1∶4∶a，所以①状态下n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)平衡＝1.5∶6∶1.5a。

②起始状态时，有1mol NH3，则相当于起始时有N2和H2分别为0.5mol和1.5mol，按n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)平衡＝1∶4∶a，可得②状态时n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)平衡＝0.5∶2∶0.5a，所以原有N2和H2分别为0和0.5mol。