高中化學(xué) 第二章 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡章末復(fù)習(xí)學(xué)案 新人教版選修41
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化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 一、化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算及影響因素 【歸納總結(jié)】 1. 化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算公式為：v＝，所以化學(xué)反應(yīng)速率與物質(zhì)的量的變化量、容器的體積及反應(yīng)進(jìn)行的時(shí)間有關(guān)。利用化學(xué)反應(yīng)速率的定義計(jì)算時(shí)，必須注意分子為反應(yīng)前后同一種物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度的變化，而且不能取負(fù)值(只能取絕對(duì)值)，分母是反應(yīng)所需的時(shí)間。計(jì)算中常見(jiàn)的錯(cuò)誤有：①忽視體積因素，用單位時(shí)間內(nèi)某物質(zhì)的物質(zhì)的量的變化量除以時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。②用一段時(shí)間后某物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度除以時(shí)間直接計(jì)算。 2. 靈活應(yīng)用“反應(yīng)速率之比＝化學(xué)計(jì)量數(shù)之比＝物質(zhì)的量濃度變化量之比＝物質(zhì)的量變化量之比”這一公式求算化學(xué)反應(yīng)速率，確定物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)、書(shū)寫化學(xué)方程式。 3. 準(zhǔn)確理解外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。 （1）固體、純液體的濃度視為定值，不因其量的增減而影響反應(yīng)速率，但因表面積(接觸面)的變化而改變反應(yīng)速率。如將煤粉碎、將液體以霧狀噴出，均是為了增大接觸面，加快反應(yīng)速率。 （2）升高溫度，不論正反應(yīng)還是逆反應(yīng)，不論放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)速率一般都要加快，只是增大的程度不同。 （3）改變壓強(qiáng)，對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率產(chǎn)生影響的根本原因是引起反應(yīng)體系濃度的改變。在討論壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)速率的影響時(shí)，應(yīng)區(qū)分引起壓強(qiáng)改變的原因，這種改變對(duì)反應(yīng)體系的濃度產(chǎn)生何種影響。 【題型過(guò)關(guān)】 過(guò)關(guān)一 化學(xué)反應(yīng)速率計(jì)算 例題1 在一定溫度下，10 mL 0.40 mol/L H2O2溶液發(fā)生催化分解。不同時(shí)刻測(cè)得生成O2的體積(已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況)如下表。下列敘述不正確的是(溶液體積變化忽略不計(jì))( ) t/min 0 2 4 6 8 10 V(O2)/mL 0.0 9.9 17.2 22.4 26.5 29.9 A．0～6 min的平均反應(yīng)速率：v(H2O2)≈3.310－2 mol/(Lmin) B．6～10 min的平均反應(yīng)速率：v(H2O2)<3.310－2 mol/(Lmin) C．反應(yīng)至6 min時(shí)，c(H2O2)＝0.30 mol/L D．反應(yīng)至6 min時(shí)，H2O2分解了50% 答案 解析 C A．6 min時(shí)，生成O2的物質(zhì)的量n(O2)＝＝110－3 mol，依據(jù)反應(yīng)方程式，消耗n(H2O2)＝210－3 mol，所以0～6 min時(shí)，v(H2O2)＝≈3.310－2 mol/(Lmin)，A正確。B.6～10 min時(shí)，生成O2的物質(zhì)的量n(O2)＝≈0.33510－3 mol，依據(jù)反應(yīng)方程式，消耗n(H2O2)＝0.33510－3mol2＝0.6710－3 mol，6～10 min時(shí)，v(H2O2)＝≈1.6810－2 mol/(Lmin)<3.310－2 mol/(Lmin)，B正確。C.反應(yīng)至6 min時(shí)，消耗n(H2O2)＝210－3 mol，剩余n(H2O2)＝0.40 mol/L0.01 L－210－3 mol＝210－3 mol，c(H2O2)＝＝0.20 mol/L，C錯(cuò)誤。D.反應(yīng)至6 min時(shí)，消耗n(H2O2)＝210－3 mol，n(H2O2)總＝410－3 mol，所以H2O2分解了50%，D正確 例題2 NaHSO3溶液在不同溫度下均可被過(guò)量KIO3氧化，當(dāng)NaHSO3完全消耗即有I2析出，依據(jù)I2析出所需時(shí)間可以求得NaHSO3的反應(yīng)速率。將濃度均為0.020 molL－1的NaHSO3溶液(含少量淀粉)10.0 mL、KIO3(過(guò)量)酸性溶液40.0 mL混合，記錄10～55 ℃間溶液變藍(lán)時(shí)間，55 ℃時(shí)未觀察到溶液變藍(lán)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖。據(jù)圖分析，下列判斷不正確的是( ) A．40 ℃之前與40 ℃之后溶液變藍(lán)的時(shí)間隨溫度的變化趨勢(shì)相反 B．圖中b、c兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的NaHSO3反應(yīng)速率相等 C．圖中a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的NaHSO3反應(yīng)速率為5.010－5 molL－1s－1 D．溫度高于40 ℃時(shí)，淀粉不宜用作該實(shí)驗(yàn)的指示劑 答案 解析 B A．由圖像可知，40 ℃之前溫度越高溶液變藍(lán)所需要的時(shí)間越短；40 ℃之后溫度越高溶液變藍(lán)所需要的時(shí)間越長(zhǎng)，其變化趨勢(shì)相反。B.b、c兩點(diǎn)的溫度不同，所以反應(yīng)速率不相等。C.當(dāng)溶液變藍(lán)時(shí)發(fā)生反應(yīng)IO＋5I－＋6H＋===3I2＋3H2O，此時(shí)反應(yīng)6HSO＋2IO===6SO＋2I－＋6H＋恰好結(jié)束，即溶液變藍(lán)時(shí)NaHSO3恰好完全反應(yīng)，v(NaHSO3)＝＝5.010－5 molL－1s－1。D.溫度高于40 ℃時(shí)，淀粉易糊化，故淀粉不宜在高于40 ℃的條件下作指示劑 過(guò)關(guān)二 影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素 例題3 某研究小組研究了其他條件不變時(shí)，改變某一條件對(duì)上述反應(yīng)的影響，如下圖所示，下列分析正確的是( ) A．圖Ⅰ研究的是t0時(shí)刻增大O2的濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響 B．圖Ⅱ研究的是t0時(shí)刻加入氦氣對(duì)反應(yīng)速率的影響 C．圖Ⅲ研究的是催化劑對(duì)平衡的影響，且甲的催化效率比乙高 D．圖Ⅲ研究的是溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響，且乙的溫度較高 答案 解析 D A中增大O2的濃度，v(正)與v(逆)都應(yīng)增大，且v(正)增大得快些，但在改變條件的一瞬間，v′(逆)應(yīng)從原平衡點(diǎn)再升高，則A錯(cuò)。B中容積不變充入氦氣，對(duì)平衡沒(méi)有影響，v(正)、v(逆)均不改變，則B錯(cuò)。C中催化劑對(duì)平衡狀態(tài)無(wú)影響，因此圖Ⅲ中的平衡應(yīng)是相同的，則C錯(cuò)。D中圖Ⅲ表明溫度乙>甲，因?yàn)橐疫_(dá)平衡所用時(shí)間短，溫度高，已知平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則SO2的轉(zhuǎn)化率減小，圖像正確，即D正確 例題4 可逆反應(yīng)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)是工業(yè)上制取H2SO4的重要反應(yīng)。 (1)在恒壓條件下，該反應(yīng)分組實(shí)驗(yàn)的有關(guān)條件如下表： 反應(yīng)條件 溫度 容器體積 起始n(SO2) 起始n(O2) 其他條件 Ⅰ組 500℃ 1 L 1 mol 2 mol 無(wú) Ⅱ組 500℃ 1 L 1 mol 2 mol 已知Ⅰ、Ⅱ兩組實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，SO3氣體的體積分?jǐn)?shù)φ(SO3)隨時(shí)間t的變化曲線如圖所示 ①Ⅱ組與Ⅰ相比不同的條件是__________； ②將Ⅰ組實(shí)驗(yàn)中溫度變?yōu)?00℃，則φ(SO3)達(dá)到a%所需時(shí)間______t1(填“小于”、“大于”或“等于”)。 (2)向四個(gè)體積相同的密閉容器中分別充入一定量的SO2和O2，開(kāi)始反應(yīng)時(shí)，按反應(yīng)速率由大到小排列順序正確的是__________。 甲：在500℃時(shí)，10 mol SO2和10 mol O2反應(yīng)；乙：在500℃時(shí)，用V2O5作催化劑，10 mol SO2和10 mol O2反應(yīng)；丙：在450℃時(shí)，8 mol SO2和5 mol O2反應(yīng)；?。涸?00℃時(shí)，8 mol SO2和5 mol O2反應(yīng) A．甲、乙、丙、丁 B．乙、甲、丙、丁 C．乙、甲、丁、丙 D．丁、丙、乙、甲 答案 解析 (1)①使用催化劑(其他合理答案也可)②小于 (2)C (1)由題意可知，兩組實(shí)驗(yàn)的壓強(qiáng)、溫度和起始濃度均相同，而由曲線圖可看出Ⅱ組實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)速率快，所以Ⅱ組具備的其他條件是使用了催化劑，加快了化學(xué)反應(yīng)速率。溫度升高后，化學(xué)反應(yīng)速率加快，所以φ(SO3)達(dá)到a%所需的時(shí)間比原來(lái)短。(2)有催化劑且溫度較高的乙容器中反應(yīng)速率最快，其次是溫度高、濃度大的甲容器，溫度低的丙容器化學(xué)反應(yīng)速率最慢 二、化學(xué)平衡及化學(xué)平衡常數(shù) 【歸納總結(jié)】 1．化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)的判斷技巧： (1)對(duì)普通可逆反應(yīng)以2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)為例：各組分物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度不發(fā)生變化、v(SO2)消耗＝v(SO2)生成、v(SO2)消耗∶v(O2)生成＝2∶1、v(SO2)消耗∶v(SO3)消耗＝1∶1、v(SO3)生成∶v(SO2)生成＝1∶1?？傊?，若用速率關(guān)系表示化學(xué)平衡狀態(tài)，式中既要有正反應(yīng)速率，又要有逆反應(yīng)速率，且兩者之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。 (2)對(duì)有有色氣體存在的反應(yīng)體系，如H2(g)＋I(xiàn)2(g)2HI(g)和2NO2(g)N2O4(g)等，若體系的顏色不再發(fā)生改變，則反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)。 (3)對(duì)有氣體存在且反應(yīng)前后氣體的總體積發(fā)生改變的反應(yīng)，如N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，若反應(yīng)體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化、體系中氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化，則說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)。對(duì)有氣體存在且反應(yīng)前后氣體的總體積不發(fā)生改變的反應(yīng)，如H2(g)＋I(xiàn)2(g)2HI(g)，反應(yīng)過(guò)程中任何時(shí)刻體系的壓強(qiáng)、氣體的物質(zhì)的量、平均相對(duì)分子質(zhì)量都不變，故壓強(qiáng)、氣體的物質(zhì)的量、平均相對(duì)分子質(zhì)量不變均不能說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)。 (4)從微觀的角度分析，如反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，下列各項(xiàng)均可說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)：斷裂1 mol N≡N鍵的同時(shí)生成1 mol N≡N鍵、斷裂1 mol N≡N鍵的同時(shí)生成3 mol H—H鍵、斷裂1 mol N≡N鍵的同時(shí)斷裂6 mol N—H鍵、生成1 mol N≡N鍵的同時(shí)生成6 mol N—H鍵。 2．化學(xué)平衡常數(shù)的四點(diǎn)注意問(wèn)題 (1)不要把反應(yīng)體系中純液體、固體寫入平衡常數(shù)表達(dá)式中，如CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)的平衡常數(shù)為K＝c(CO2)。 (2)同一化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)方程式寫法不同，其平衡常數(shù)表達(dá)式及數(shù)值也不同，如： N2O4(g)2NO2(g) K1＝＝0.36；N2O4(g)NO2(g) K2＝＝0.60。 (3)K的大小只與溫度有關(guān)，而與反應(yīng)物或生成物的起始濃度無(wú)關(guān)。 (4)對(duì)于吸熱反應(yīng)，升高溫度，K值增大，對(duì)于放熱反應(yīng)，升高溫度，K值減小。 【題型過(guò)關(guān)】 過(guò)關(guān)一 化學(xué)平衡標(biāo)志判斷 例題5在一定溫度、一定體積條件下，能說(shuō)明下列反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是( ) ①反應(yīng)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)容器內(nèi)的密度不隨時(shí)間變化 ②反應(yīng)A2(g)＋B2(g) 2AB(g)容器內(nèi)的總壓強(qiáng)不隨時(shí)間變化?、鄯磻?yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)容器內(nèi)氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間變化?、芊磻?yīng)4A(s)＋3B(g)2C(g)＋D(g)容器內(nèi)氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間變化 A．①③ B．②④ C．①④ D．③④ 答案 解析 D 由于氣體總質(zhì)量不變，體積不變，容器內(nèi)氣體密度與反應(yīng)無(wú)關(guān)，①不能說(shuō)明；②中反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，容器壓強(qiáng)不隨反應(yīng)進(jìn)行而變化，②不能說(shuō)明；＝，③中隨反應(yīng)進(jìn)行氣體物質(zhì)的量n發(fā)生變化，發(fā)生變化，不變表示已建立平衡，③能說(shuō)明；④中氣體物質(zhì)的量不變，但隨反應(yīng)進(jìn)行，氣體質(zhì)量發(fā)生變化則平均相對(duì)分子質(zhì)量也發(fā)生變化，當(dāng)氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量不變則已建立平衡，④能說(shuō)明 例題6一定溫度下，可逆反應(yīng)2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)在體積固定的密閉容器中反應(yīng)，達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是( ) ①單位時(shí)間內(nèi)生成n mol O2，同時(shí)生成2n mol NO2；②單位時(shí)間內(nèi)生成n mol O2，同時(shí)生成2n mol NO；③用NO2、NO、O2的物質(zhì)的量濃度變化表示的反應(yīng)速率之比為2∶2∶1 ④混合氣體的壓強(qiáng)不再改變；⑤混合氣體的顏色不再改變 ⑥混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變 A．①④⑤⑥ B．①②③⑤ C．②③④⑤ D．以上全部 答案 解析 A ①生成n mol O2就是消耗2n mol NO2，則v正＝v逆，正確；②表示同一方向的反應(yīng)速率，不能說(shuō)明v正＝v逆，不正確；③不論反應(yīng)是否達(dá)到平衡，NO2、NO、O2的反應(yīng)速率之比始終為2∶2∶1，不能說(shuō)明可逆反應(yīng)已達(dá)到平衡；④溫度、體積一定，混合氣體的壓強(qiáng)不再改變，說(shuō)明氣體總的物質(zhì)的量不再改變，表明已達(dá)到平衡；⑤混合氣體的顏色不再改變，說(shuō)明NO2的濃度不再改變，說(shuō)明已達(dá)到平衡；⑥混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量等于混合氣體的平均摩爾質(zhì)量(＝)不變，說(shuō)明氣體總的物質(zhì)的量不變，表明已達(dá)到平衡狀態(tài) 過(guò)關(guān)二 化學(xué)平衡移動(dòng) 例題7下列對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的分析中，不正確的是( ) ①已達(dá)平衡的反應(yīng)C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，當(dāng)增加反應(yīng)物物質(zhì)的量時(shí)，平衡一定向正反應(yīng)方向移動(dòng)；②已達(dá)平衡的反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，增大N2的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，N2的轉(zhuǎn)化率一定升高；③有氣體參加的反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，若減小反應(yīng)器容積時(shí)，平衡一定向氣體體積增大的方向移動(dòng)；④有氣體參加的反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，向恒壓反應(yīng)器中充入稀有氣體，平衡一定不移動(dòng) A．①④ B．①②③ C．②③④ D．①②③④ 答案 解析 D ①中若是加入碳，平衡不移動(dòng)，固體和純液體的濃度為常數(shù)。②中反應(yīng)向正方向移動(dòng)，N2的轉(zhuǎn)化率降低。③中若減小反應(yīng)器容積即增大壓強(qiáng)時(shí)，平衡一定向氣體體積減小的方向移動(dòng)。④中向恒壓反應(yīng)器中充入稀有氣體，濃度減小，平衡可能移動(dòng) 例題8對(duì)于可逆反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))，下列說(shuō)法中正確的是( ) A．達(dá)到平衡后加入N2，當(dāng)重新達(dá)到平衡時(shí)，NH3的濃度比原平衡的大，N2的濃度比原平衡的小 B．達(dá)到平衡后，升高溫度，既加快了正、逆反應(yīng)速率，又提高了NH3的產(chǎn)率 C．達(dá)到平衡后，縮小容器體積，既有利于加快正、逆反應(yīng)速率，又有利于提高氫氣的轉(zhuǎn)化率 D．加入催化劑可以縮短達(dá)到平衡的時(shí)間，是因?yàn)檎磻?yīng)速率增大了，而逆反應(yīng)速率減小了 答案 解析 C 達(dá)到平衡后，加入N2，平衡將向正反應(yīng)方向移動(dòng)，達(dá)到新平衡后，NH3的濃度會(huì)增大，而N2的濃度不會(huì)減?。贿_(dá)到平衡后，升高溫度，正、逆反應(yīng)速率都增大，但平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，不利于NH3的生成；達(dá)到平衡后，縮小容器體積即增大壓強(qiáng)，正、逆反應(yīng)速率都增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，有利于提高H2的轉(zhuǎn)化率；加入催化劑，能同等程度地增大正、逆反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間 過(guò)關(guān)三 化學(xué)平衡常數(shù)與化學(xué)計(jì)算 例題9在容積為1.00 L的容器中，通入一定量的N2O4，發(fā)生反應(yīng)N2O4(g)2NO2(g)，隨溫度升高，混合氣體的顏色變深?；卮鹣铝袉?wèn)題： (1)反應(yīng)的ΔH________0(填“大于”或“小于”)；100 ℃時(shí)，體系中各物質(zhì)濃度隨時(shí)間變化如上圖所示。在0～60 s時(shí)段，反應(yīng)速率v(N2O4)為_(kāi)_______molL－1s－1；反應(yīng)的平衡常數(shù)K1為_(kāi)_______。 (2)100 ℃時(shí)達(dá)平衡后，改變反應(yīng)溫度為T，c(N2O4)以0.002 0 molL－1s－1的平均速率降低，經(jīng)10 s又達(dá)到平衡。T__100 ℃(填“大于”或“小于”)，判斷理由是 。列式計(jì)算溫度T時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)K2________。 (3)溫度T時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡后，將反應(yīng)容器的容積減少一半。平衡向____(填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”)方向移動(dòng)，判斷理由是 。 答案 解析 (1)大于 0.001 0 0.36 molL－1 (2)大于 反應(yīng)正方向吸熱，反應(yīng)向吸熱方向進(jìn)行，故溫度升高 平衡時(shí)，c(NO2)＝0.120 molL－1＋0.002 0 molL－1s－110 s2＝0.160 molL－1 c(N2O4)＝0.040 molL－1－0.002 0 molL－1s－110 s＝0.020 molL－1 K2＝≈1.3 molL－1 (3)逆反應(yīng) 對(duì)氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng) (1)由題意及圖示知，在1.00 L的容器中，通入0.100 mol的N2O4，發(fā)生反應(yīng)：N2O4(g)2NO2(g)，隨溫度升高混合氣體的顏色變深，說(shuō)明反應(yīng)向生成NO2的方向移動(dòng)，即向正反應(yīng)方向移動(dòng)，所以正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，即ΔH>0；由圖示知60 s時(shí)該反應(yīng)達(dá)到平衡，消耗N2O4為0.100 molL－1－0.040 molL－1＝0.060 molL－1，根據(jù)v＝可知：v(N2O4)＝＝0.001 0 molL－1s－1；求平衡常數(shù)可利用三段式： N2O4(g)2NO2(g) 起始量/(molL－1) 0.100 0 轉(zhuǎn)化量/(molL－1) 0.060 0.120 平衡量/(molL－1) 0.040 0.120 K1＝＝＝0.36 molL－1 (2)100 ℃時(shí)達(dá)平衡后，改變反應(yīng)溫度為T，c(N2O4)降低，說(shuō)明平衡N2O4(g)2NO2(g)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，根據(jù)勒夏特列原理，溫度升高，向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，即向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故T>100 ℃，由c(N2O4)以0.002 0 molL－1s－1的平均速率降低，經(jīng)10 s又達(dá)到平衡，可知此時(shí)消耗N2O4 0.002 0 molL－1s－110 s＝0.020 molL－1，由三段式： N2O4(g)2NO2(g) 起始量/(molL－1) 0.040 0.120 轉(zhuǎn)化量/(molL－1) 0.020 0.040 平衡量/(molL－1) 0.020 0.160 K2＝＝≈1.3 molL－1 (3)溫度T時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡后，將反應(yīng)容器的容積減少一半，壓強(qiáng)增大，平衡會(huì)向氣體體積減小的方向移動(dòng)，該反應(yīng)逆反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，故平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng) 例題10合成氨是人類科學(xué)技術(shù)上的一項(xiàng)重大突破，其反應(yīng)原理為：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJmol－1。一種工業(yè)合成氨的簡(jiǎn)易流程圖如下： (1)步驟Ⅱ中制氫氣原理如下：①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)ΔH＝＋206.4 kJmol－1 ②CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH＝－41.2 kJmol－1。對(duì)于反應(yīng)①，一定可以提高平衡體系中H2百分含量，又能加快反應(yīng)速率的措施是________。 a．升高溫度 b．增大水蒸氣濃度 c．加入催化劑 D．降低壓強(qiáng) 利用反應(yīng)②，將CO進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，可提高H2產(chǎn)量。若1 mol CO和H2的混合氣體(CO的體積分?jǐn)?shù)為20%)與H2O反應(yīng)，得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合氣體，則CO轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_______。 (2)圖1表示500 ℃、60.0 MPa條件下，原料氣投料比與平衡時(shí)NH3體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系。根據(jù)圖中a點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算N2的平衡體積分?jǐn)?shù)：________。 (3)依據(jù)溫度對(duì)合成氨反應(yīng)的影響，在圖2坐標(biāo)系中，畫(huà)出一定條件下的密閉容器內(nèi)，從通入原料氣開(kāi)始，隨溫度不斷升高，NH3物質(zhì)的量變化的曲線示意圖。 (4)上述流程圖中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步驟是(填序號(hào))________。簡(jiǎn)述本流程中提高合成氨原料總轉(zhuǎn)化率的方法：____。 答案 解析 (1)a 90% (2)14.5% (3) (4)Ⅳ 對(duì)原料氣加壓；分離液氨后，未反應(yīng)的N2、H2循環(huán)使用 (1)反應(yīng)①是一個(gè)吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡正向移動(dòng)，將會(huì)增加H2的含量，同時(shí)提高反應(yīng)速率；增大水蒸氣的濃度，會(huì)提高反應(yīng)速率，但H2的含量會(huì)降低；加入催化劑，不會(huì)引起H2含量的改變；降低壓強(qiáng)，反應(yīng)速率減??；故a正確。設(shè)CO反應(yīng)掉n mol。 CO(g) ＋ H2O(g)CO2(g)＋H2(g) 投入量/mol 0.2 0 0.8 變化量/mol n n n 最終量/mol 0.2－n n 0.8＋n 則：0.2－n＋n＋0.8＋n＝1.18 解得：n＝0.18，CO的轉(zhuǎn)化率為100%＝90%。 (2)設(shè)投入N2和H2的物質(zhì)的量分別是1 mol、3 mol，平衡時(shí)N2反應(yīng)掉m mol。 N2?。?H22NH3 起始量/mol 1 3 0 變化量/mol m 3m 2m 平衡量/mol 1－m 3－3m 2m 根據(jù)題意：＝42%，解得m≈0.59，所以平衡時(shí)N2的體積分?jǐn)?shù)為100%≈14.5%。(3)通入原料氣，反應(yīng)開(kāi)始，氨氣的量增加，因?yàn)楹铣砂笔且粋€(gè)放熱反應(yīng)，當(dāng)達(dá)到平衡后溫度升高，氨氣的含量將減小。(4)從流程圖看，反應(yīng)放出的能量得到充分利用是在熱交換器中。提高合成氨原料轉(zhuǎn)化率的方法是：將未反應(yīng)的原料重新送回反應(yīng)器中循環(huán)使用、對(duì)原料氣加壓 三、化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡圖像題 【方法歸納】 1.解題指導(dǎo) (1)看圖像:一看軸,即縱、橫坐標(biāo)的意義;二看點(diǎn),即起點(diǎn)、拐點(diǎn)、交點(diǎn)、終點(diǎn);三看線,即線的走向和變化趨勢(shì);四看輔助線,即等溫線、等壓線、平衡線等;五看量的變化,如濃度變化、溫度變化、轉(zhuǎn)化率變化、物質(zhì)的量的變化等。 (2)依據(jù)圖像信息,利用平衡移動(dòng)原理,分析可逆反應(yīng)的特征:吸熱還是放熱,氣體化學(xué)計(jì)量數(shù)增大、減小還是不變,有無(wú)固體或純液體參加或生成等。 (3)先拐先平:在化學(xué)平衡圖像中,先出現(xiàn)拐點(diǎn)的反應(yīng)先達(dá)到平衡,可能是該反應(yīng)的溫度高、濃度大、壓強(qiáng)大或使用了催化劑。 (4)定一議二:勒夏特列原理只適用于一個(gè)條件的改變,所以圖像中有三個(gè)變量時(shí),先固定一個(gè)量,再討論另外兩個(gè)量的關(guān)系。 2.分類解析 (1)濃度—時(shí)間圖：此類圖像能說(shuō)明平衡體系中各組分在反應(yīng)過(guò)程中的變化情況。如A+BAB反應(yīng)情況(圖1所示),解該類圖像題要注意各物質(zhì)曲線出現(xiàn)折點(diǎn)(達(dá)到平衡)的時(shí)刻相同,各物質(zhì)濃度變化的內(nèi)在聯(lián)系及比例符合化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)關(guān)系。 (2)速率—時(shí)間圖(圖2所示)：如Zn與足量鹽酸的反應(yīng),反應(yīng)速率隨時(shí)間的變化出現(xiàn)如圖所示的情況,解釋原因:AB段(v漸增),因反應(yīng)為放熱反應(yīng),隨反應(yīng)的進(jìn)行,溫度漸高,導(dǎo)致反應(yīng)速率增大;BC段(v漸小),主要原因是隨反應(yīng)的進(jìn)行,溶液中c(H+)減小,導(dǎo)致反應(yīng)速率減小。故分析時(shí)要抓住各階段的主要矛盾,認(rèn)真分析。 (3)含量—時(shí)間、溫度(壓強(qiáng))圖：常見(jiàn)形式有如下幾種。 (4)恒壓(溫)線(如圖3所示):該類圖的縱坐標(biāo)為物質(zhì)的平衡濃度(c)或反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率(α),橫坐標(biāo)為溫度(T)或壓強(qiáng)(p),常見(jiàn)類型有: 圖3 【題型過(guò)關(guān)】 例題11向絕熱恒容密閉容器中通入SO2和NO2，一定條件下使反應(yīng)SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)達(dá)到平衡，正反應(yīng)速率隨時(shí)間變化的示意圖如右圖所示。由圖可得出的正確結(jié)論是( ) A． 反應(yīng)在c點(diǎn)達(dá)到平衡狀態(tài) B． B．反應(yīng)物濃度：a點(diǎn)小于b點(diǎn) C．反應(yīng)物的總能量低于生成物的總能量 D．Δt1＝Δt2時(shí)，SO2的轉(zhuǎn)化率：a～b段小于b～c段 答案 解析 D A項(xiàng)反應(yīng)在c點(diǎn)時(shí)v正達(dá)最大值，隨后v正逐漸減小，并非保持不變，故c點(diǎn)時(shí)反應(yīng)未達(dá)平衡狀態(tài)；B項(xiàng)由正反應(yīng)速率變化曲線可知，a點(diǎn)的速率小于b點(diǎn)，但開(kāi)始時(shí)通入SO2和NO2，反應(yīng)由正反應(yīng)方向開(kāi)始，故a點(diǎn)反應(yīng)物的濃度大于b點(diǎn)；C項(xiàng)在c點(diǎn)之前，反應(yīng)物的濃度逐漸減小，容器的容積保持不變，v正逐漸增大說(shuō)明反應(yīng)的溫度逐漸升高，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量；D項(xiàng)由v正變化曲線可知，a～b段的正反應(yīng)速率小于b～c段的正反應(yīng)速率，Δt1＝Δt2時(shí)，a～b段消耗SO2的物質(zhì)的量小于b～c段，故a～b段SO2的轉(zhuǎn)化率小于b～c段 例題12反應(yīng)AX3(g)＋X2(g)AX5(g)在容積為10 L的密閉容器中進(jìn)行。起始時(shí)AX3和X2均為0.2 mol。反應(yīng)在不同條件下進(jìn)行，反應(yīng)體系總壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化如圖所示。 (1)列式計(jì)算實(shí)驗(yàn)a從反應(yīng)開(kāi)始至達(dá)到平衡時(shí)的反應(yīng)速率v(AX5)＝________________。 (2)圖中3組實(shí)驗(yàn)從反應(yīng)開(kāi)始至達(dá)到平衡時(shí)的反應(yīng)速率v(AX5)由大到小的次序?yàn)開(kāi)___(填實(shí)驗(yàn)序號(hào))；與實(shí)驗(yàn)a相比，其他兩組改變的實(shí)驗(yàn)條件及判斷依據(jù)是： b 、c 。 (3)用p0表示開(kāi)始時(shí)總壓強(qiáng)，p表示平衡時(shí)總壓強(qiáng)，α表示AX3的平衡轉(zhuǎn)化率，則α的表達(dá)式為_(kāi)_______；實(shí)驗(yàn)a和c的平衡轉(zhuǎn)化率：αa為_(kāi)_______、αc為_(kāi)_______。 答案 解析 (1)≈1.710－4 molL－1min－1 (2)bca 加入催化劑。反應(yīng)速率加快，但平衡點(diǎn)沒(méi)有改變 溫度升高。反應(yīng)速率加快，但平衡點(diǎn)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)(或反應(yīng)容器的容積和起始物質(zhì)的量未改變，但起始總壓強(qiáng)增大) (3)α＝2 50% 40% (1)實(shí)驗(yàn)a開(kāi)始時(shí)n0＝0.4 mol，總壓強(qiáng)為160 kPa，平衡時(shí)總壓強(qiáng)為120 kPa，設(shè)平衡時(shí)總物質(zhì)的量為n，則＝，n＝0.40 mol＝0.30 mol， AX3(g)＋X2(g)AX5(g) 起始量/mol 0.20 0.20 0 變化量/mol x x x 平衡量/mol 0.20－x 0.20－x x 則：(0.20－x)＋(0.20－x)＋x＝0.30，解得：x＝0.10 所以v(AX5)＝≈1.710－4 molL－1min－1 (2)實(shí)驗(yàn)b從反應(yīng)開(kāi)始至達(dá)到平衡時(shí)的反應(yīng)速率v(AX5)＝＝2.510－4 molL－1min－1。實(shí)驗(yàn)c達(dá)到平衡時(shí)n＝0.40 mol＝0.32 mol，從反應(yīng)開(kāi)始到達(dá)到平衡時(shí)的反應(yīng)速率v(AX5)＝≈1.810－4 molL－1min－1。所以v(AX5)由大到小的順序是bca。與實(shí)驗(yàn)a相比較，實(shí)驗(yàn)b達(dá)到平衡的時(shí)間縮短，但平衡點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)a相同，應(yīng)為加入催化劑而導(dǎo)致加快反應(yīng)速率。實(shí)驗(yàn)c與實(shí)驗(yàn)a比較，起始時(shí)容器的體積和氣體的物質(zhì)的量均相同，但壓強(qiáng)增大，應(yīng)為升高溫度使氣體膨脹所致。溫度升高加快化學(xué)反應(yīng)速率且平衡逆向移動(dòng)。 (3) AX3(g) ＋ X2(g)AX5(g) 起始量/mol 0.20 0.20 0 變化量/mol 0.20α 0.20α 0.20α 平衡量/mol 0.20－0.20α 0.20－0.20α 0.20α 由＝得＝ 解得α＝2 實(shí)驗(yàn)a的平衡轉(zhuǎn)化率α＝2＝0.5，即50%，實(shí)驗(yàn)c的平衡轉(zhuǎn)化率α＝2＝0.4，即40% 【單元過(guò)關(guān)演練】 一、選擇題（本小題共7小題，每題只有一個(gè)正確選項(xiàng)，每題6分，共42分） 1. 下列可逆反應(yīng)一定處于平衡狀態(tài)的是( ) A．2HBr(g)Br2(g)＋H2(g)，氣體物質(zhì)的量保持不變 B．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，測(cè)得正反應(yīng)速率v(N2)＝0.02 molL－1min－1，逆反應(yīng)速率v(NH3)＝0.01 molL－1min－1 C．2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，在3 min后SO2的轉(zhuǎn)化率一直為49% D．2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)，混合物中CO、O2、CO2的物質(zhì)的量之比為2∶1∶2 2. 在某密閉容器中，可逆反應(yīng)：A(g)＋B(g)xC(g)符合圖中(Ⅰ)所示關(guān)系，φ(C)表示C氣體在混合氣體中的體積分?jǐn)?shù)。由此判斷，對(duì)圖像(Ⅱ)說(shuō)法不正確的是( ) A．p3>p4，Y軸表示A的轉(zhuǎn)化率 B．p3>p4，Y軸表示B的質(zhì)量分?jǐn)?shù) C．p3>p4，Y軸表示B的轉(zhuǎn)化率 D．p3>p4，Y軸表示混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量 3．在容積可變的密閉容器中存在如下反應(yīng)：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH<0，下列分析中不正確的是( ) A．圖Ⅰ研究的是t0時(shí)升高溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響 B．圖Ⅱ研究的是t0時(shí)增大壓強(qiáng)(縮小容積)或使用催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響 C．圖Ⅲ研究的是催化劑對(duì)化學(xué)平衡的影響，且甲使用了催化劑 D．圖Ⅲ研究的是溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響，且乙的溫度較高 4. 某溫度下，可逆反應(yīng)mA(g)＋nB(g)pC(g)的平衡常數(shù)為K，下列對(duì)K的說(shuō)法正確的是( ) A．K值越大，表明該反應(yīng)越有利于C的生成，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大 B．若縮小反應(yīng)器的容積，能使平衡正向移動(dòng)，則K增大 C．溫度越高，K一定越大 D．如果m＋n＝p，則K＝1 5. 對(duì)于可逆反應(yīng) 2AB3(g) A2(g)＋3B2(g) △H>0 ，下列圖像正確的是 ( ) 6. 下列事實(shí)中,不能用勒夏特列原理來(lái)解釋的是 （ ） A.及時(shí)的分離出氨氣有利于合成氨的反應(yīng) B.使氫硫酸中加堿有利于S2-離子增多 C.500℃左右比室溫更有利于合成氨反應(yīng) D.高壓條件有利于合成氨反應(yīng) 7. 一定條件下的可逆反應(yīng)X（g）＋3Y（g）2Z（g），若X、Y、Z起始濃度分別為c1、c2、c3（均不為0），當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)X、Y、Z的濃度分別為0.1mol / L ，0.3mol/ L，0.08 mol/L，則下列判斷不合理的是 （ ） A．c1：c2＝1：3 B．平衡時(shí)，Y和Z的生成速率之比為3：2 C．X、Y的轉(zhuǎn)化率不相等 D．c1的取值范圍為0< c1<0.14 mo /L 二、非選擇題（本小題共4小題，共58分） 8. 在密閉容器中，使2 mol N2和6 mol H2混合發(fā)生下列反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0 (1)當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，N2和H2的濃度比是________；N2和H2的轉(zhuǎn)化率之比是________。 (2)升高平衡體系的溫度(保持體積不變)，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量___，密度____。(填“變大”、“變小”或“不變”) (3)當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，充入氬氣，并保持壓強(qiáng)不變，平衡將________(填“正向”、“逆向”或“不”)移動(dòng)。 (4)若容器恒容、絕熱，加熱使容器內(nèi)溫度迅速升至原來(lái)的2倍，平衡將________(填“向左移動(dòng)”、“向右移動(dòng)”或“不移動(dòng)”)。達(dá)到新平衡后，容器內(nèi)溫度________(填“大于”、“小于”或“等于”)原來(lái)的2倍。 9. 300 ℃時(shí)，將2 mol A和2 mol B兩種氣體混合于2 L密閉容器中，發(fā)生如下反應(yīng)：3A(g)＋B(g)2C(g)＋2D(g) ΔH＝Q，2 min末達(dá)到平衡，生成0.8 mol D。 (1)300 ℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：K＝__。已知K300 ℃下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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