化学反应速率和化学平衡图象

 

【考试大纲要求】

1．了解化学反应的可逆性。理解化学平衡的涵义。掌握化学平衡与反应速率之间的内在联系。

2．理解勒沙特列原理的涵义。掌握浓度、温度、压强等条件对化学平衡移动的影响。

3．能够通过对图形、图表的观察，获取有关的感性知识和印象，并对这些感性知识进行初步加工和记忆。

 

【知识规律总结】

化学反应速率概念：用单位时间里反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。

1．表示方法：v=△c/△t

2．单位:mol/(L·s);mol/(L·min);mol/L·H。

3．相互关系：4NH₃+5O₂4NO+6H₂O（g）

v(NH₃)∶v(O₂)∶v(NO)∶v(H₂O)=4∶5∶4∶6

 

影响化学反应速率的因素

1．内因：反应物本身的性质（如：硫在空气中和在氧气中燃烧的速率明显不同）。

2．外内：

（1）浓度：浓度越大，分子之间距离越短，分子之间碰撞机会增大，发生化学反应的几率加大，化学反应速率就快；因此，化学反应速率与浓度有密切的关系，浓度越大，化学反应速率越快。增大反应物的浓度，正反应速率加快。

（2）温度：温度越高，反应速率越快（正逆反应速率都加快）。

（3）压强：对于有气体参与的化学反应，通过改变容器体积而使压强变化的情况：

PV=nRT, P=CRT。压强增大，浓度增大（反应物和生成物的浓度都增大，正逆反应速率都增大，相反，亦然）。

（4）催化剂：改变化学反应速率（对于可逆的反应使用催化剂可以同等程度地改变正逆反应速率）。

 

化学平衡的概念：在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组在成分的含量保持不变的状态叫做化学平衡。

1．“等”——处于密闭体系的可逆反应，化学平衡状态建立的条件是正反应速率和逆反应速率相等。即v(正)=v(逆)≠0。这是可逆反应达到平衡状态的重要标志。

 

2．“定”——当一定条件下可逆反应一旦达平衡（可逆反应进行到最大的程度）状态时，在平衡体系的混合物中，各组成成分的含量（即反应物与生成物的物质的量，物质的量浓度，质量分数，体积分数等）保持一定而不变（即不随时间的改变而改变）。这是判断体系是否处于化学平衡状态的重要依据。

 

3．“动”——指定化学反应已达化学平衡状态时，反应并没有停止，实际上正反应与逆反应始终在进行，且正反应速率等于逆反应速率，所以化学平衡状态是动态平衡状态。

 

4．“变”——任何化学平衡状态均是暂时的、相对的、有条件的（与浓度、压强、温度等有关）。而与达平衡的过程无关（化学平衡状态既可从正反应方向开始达平衡，也可以从逆反应方向开始达平衡）。

 

化学平衡的移动——勒沙特列原理：

如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强或温度），平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。具体见表6-1。

表6-1　外界条件对化学平衡的影响

改变影响平衡的一个条件	化学平衡移动方向	化学平衡移动结果
增大反应物浓度	向正反应方向移动	反应物浓度减小，但比原来大
减小反应物浓度	向逆反应方向移动	反应物浓度增大，但比原来小
增大生成物浓度	向逆反应方向移动	生成物浓度减小，但比原来大
减小生成物浓度	向正反应方向移动	生成物浓度增大，但比原来小
增大体系压强	向气体体积减小的反应方向移动	体系压强减小，但比原来大
减小体系压强	向气体体积增大的反应方向移动	体系压强增大，但比原来小
升高温度	向吸热反应方向移动	体系温度降低，但比原来高
降低温度	向放热反应方向移动	体系温度升高，但比原来低

 

影响化学平衡的条件

1．浓度对化学平衡的影响

在其它条件不变的情况下，增大反应物的浓度，或减小生成物的浓度，都可以使平衡向着正反应方向移动；增大生成物的浓度，或减小反应物的浓度，都可以使平衡向着逆反应方向移动。

 

2．压强对化学平衡的影响

在其它条件不变的情况下，增大压强，会使化学平衡向着气体体积缩小的方向移动；减小压强，会使化学平衡向着气体体积增大的方向移动。

应特别注意，在有些可逆反应里，反应前后气态物质的总体积没有变化，如

H₂（气）+I₂（气）2HI（气）

1体积　1体积　　　2体积

在这种情况下，增大或减小压强都不能使化学平衡移动。还应注意，改变压强对固态物质或液态物质的体积几乎不影响。因此平衡混合物都是固体或液体时，改变压强不能使化学平衡移动。

 

3．温度对于化学平衡的影响

在其它条件不变的情况下，温度升高，会使化学平衡向着吸热反应的方向移动；温度降低，会使化学平衡向着放热反应的方向移动。

 

4．催化剂对化学平衡的影响

使用催化剂不影响化学平衡的移动。由于使用催化剂对正反应速率与逆反应速率影响的幅度是等同的，所以平衡不移动。但应注意，虽然催化剂不使化学平衡移动，但使用催化剂可影响可逆反应达平衡的时间。

 

【思维技巧点拨】

解题一般方法：

1．牢固掌握有关的概念与原理，尤其要注意外界条件的改变对一个可逆反应来讲，正逆反应速率如何变化，化学平衡如何移动，在速度-时间图、转化率-时间图、反应物的含量-浓度图等上如何体现。要能够画出有关的变化图象。

2．对于化学反应速率的有关图象问题，可按以下的方法进行分析：

（1）认清坐标系，搞清纵、横坐标所代表的意义，并与有关的原理挂钩。

（2）看清起点，分清反应物、生成物，浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物一般生成物多数以原点为起点。

（3）抓住变化趋势，分清正、逆反应，吸、放热反应。升高温度时，v（吸）>v(放)，在速率-时间图上，要注意看清曲线是连续的还是跳跃的，分清渐变和突变，大变和小变。例如，升高温度，v(吸)大增，v(放)小增，增大反应物浓度，v(正)突变，v(逆)渐变。

（4）注意终点。例如在浓度-时间图上，一定要看清终点时反应物的消耗量、生成物的增加量，并结合有关原理进行推理判断。

3．对于化学平衡的有关图象问题，可按以下的方法进行分析：

（1）认清坐标系，搞清纵、横坐标所代表的意义，并与勒沙特列原理挂钩。

（2）紧扣可逆反应的特征，搞清正反应方向是吸热还是放热，体积增大还是减小、不变，有无固体、纯液体物质参加或生成等。

（3）看清速率的变化及变化量的大小，在条件与变化之间搭桥。

（4）看清起点、拐点、终点，看清曲线的变化趋势。

（5）先拐先平。例如，在转化率-时间图上，先出现拐点的曲线先达到平衡，此时逆向推理可得该变化的温度高、浓度大、压强高。

（6）定一议二。当图象中有三个量时，先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。

 

例1　下图Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别代表反应①③、②、④，则Y轴是指

①N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g);△H=-Q

②H₂(g)+I₂(g) 2HI(g); △H=+Q

③CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g); △H=-Q

④2SO₃(g)₂ 2SO₂(g)+O₂(g); △H=+Q

A．平衡混合气中一种生成物的百分含量

B．平衡混合气中一种反应物的百分含量

C．平衡混合气中一种生成物的转化率

D．平衡混合气中一种反应物的转化率

解析　该题要求能够运用勒沙特列原理迅速逆向思维，当压强增大时，①③的平衡均右移，而Ⅰ曲线为增大趋势，（A）、（D）符合题意；②所对应的Ⅱ曲线无变化，平衡不移动故与该题的解无关；④在增大压强时平衡逆向移动，Ⅲ曲线为减小趋势，（A）、（D）符合题意。所以，答案为AD。

 

例2　由可逆反应测绘出图象如下图，纵坐标为生成物在平衡混合物中的百分含量，下列对该反应的判断正确的是

A.反应物中一定有气体　　　　　　　 B.生成物中一定有气体

C.正反应一定是放热反应　　　　　　 D.正反应一定是吸热反应

解析　定一议二。温度不变时，增大压强，生成物的百分含量降低，说明平衡逆向移动，逆向为体积缩小方向，而题中未给出具体的可逆反应，但是可以确定生成物中一定有气体；压强不变时，升高温度，生成物的百分含量增大，说明平衡正向移动，正向为吸热反应；所以答案为BD。

 

【能力突破训练】

1．如下图所示，反应：X（气）+3Y（气）2Z（气）+热量，在不同温度、不同压强（P₁>P₂）下，达到平衡时，混合气体中Z的百分含量随温度变化的曲线应为（　　）

 

2．对达到平衡的可逆反应X+Y W+Z，增大压强则正、逆反应速度（v）的变化如下图，分析可知X，Y，Z，W的聚集状态可能是（　　）

 

A．Z，W为气体，X，Y中之一为气体

B．Z，W中之一为气体，X，Y为非气体

C．X，Y，Z皆为气体，W为非气体

D．X，Y为气体，Z，W中之一为气体

 

3．反应mA(固)+nB(气) eC(气)+fD(气)，反应过程中，当其它条件不变时，C的百分含量（C%）与温度（T）和压强（P）的关系如下图，下列叙述正确的是（　　）

A．　到平衡后，加入催化剂则C%增大

B．达到平衡后，若升温，平衡左移

C．化学方程式中n>e+f

D．达到平衡后，增加A的量有利于平衡向右移动

 

4．反应aA(g)+bB(g) cC(g);△H=-Q，生成物C的质量分数与压强P和温度的关系如下图，方程式中的系数和Q值符合图象的是（　　）

A．a+b<c　Q>0　　　B.a+b>c　Q<0　　　C.a+b<c　Q<0　　　D.a+b=c　Q>0

 

5．某可逆反应L（s）+G(g) 3R(g); △H>0，右图表示外界条件温度、压强的变化对上述反应的影响。试判断图中y轴可以表示（　　）

A．平衡混合气中R的质量分数

B．达到平衡时G的转化率

C．平衡混合气中G的质量分数

D．达到平衡时L的转化率

 

6．下图中表示外界条件（T、P）的变化对下列反应的影响：L（固）+G（气）2R（气）；△H>0，y轴表示的是（　　）

A．平衡时，混合气中R的百分含量

B．平衡时，混合气中G的百分含量

C．G的转化率

D．L的转化率

 

7．在可逆反应mA(g)+nB(g)  pC(g);△H<0中m、n、p为系数，且m+n>p。分析下列各图，在平衡体系中A的质量分数与温度t℃、压强P关系正确的是（　　）

 

8．在密闭容器中进行下列反应：M（气）+N（气）R（气）+2L此反应符合下面图象，下列叙述正确的是（　　）

A．正反应吸热，L是气体

B．正反应吸热，L是固体

C．正反应放热，L是气体

D．正反应放热，L是固体或液体

 

9．一定条件下，将X和Y两种物质按不同比例放入密闭容器中，反应达到平衡后，测得X、Y转化率与起始时两种物质的量之比[n(X)/n(Y)]的关系如下图，则X和Y反应的方程式可表示为（　　）

A．X+3Y 2Z　　　　　　　　　　 B.3X+Y 2Z

C．3X+2Y Z　　　　　　　　　　 D.2X+3Y 2Z

 

10．A%为气态反应物在平衡体系中的百分含量，符合曲线的反应是

A．N₂（气）+3H₂（气）2NH₃（气）；△H<0

B．C（固）+CO₂（气）2CO（气）；△H>0

C．N₂（气）+O₂（气）2NO（气）；△H>0

D．CaCO₃(固) CaO(固)+CO₂（气）；△H>0

 

11．下图表示800℃时，A、B、C三种气体物质的浓度随时间变化的情况，t是达到平衡状态的时间。试回答：（1）该反应的反应物是______。（2）该反应的化学方程式为______________________。（3）达到平衡状态的所需时间是2min，A物质的平均反应速率为_______。

 

 

12．可逆反应：aA(气)+bB(气) cC(气)+dD(气)；△H=Q试根据图回答：

（1）压强P₁比P₂______（填大、小）

（2）体积（a+b）比（c+d）______（填大、小）

（3）温度t₁℃比t₂℃______（填高、低）

（4）Q值是______（填正、负）

 

13．在容积不同的密闭容器内，分别充入同量的N₂和H₂，在不同温度下，任其发生反应N₂+3H₂ 2NH₃，并分别在t秒时测定其中NH₃的体积分数，绘图如下：

（1）A，B，C，D，E五点中，尚未达到化学平衡状态的点是_______。

（2）此可逆反应的正反应是______反应。（放热、吸热）

（3）AC段的曲线是增函数，CE段曲线是减函数，试从反应速率和平衡角度说明理由。____________________________________

 

14．已知2NO₂ N₂O₄+Q。将NO₂充入容易导热的材料制成的容器a和b中进行反应。a的容积保持不变，b的上盖可随容器内气体压强的改变而上下移动，以保持容器内外压强相等。

当同温同压时，将等量的NO₂充入“起始态”体积相同的容器a、b中，反应同时开始。

（1）反应开始时，a与b中生成N₂O₄的速率v_a______v_b。

（2）反应过程中两容器里生成N₂O₄的速率是v_a______v_b。

（3）达到平衡时，a与b中NO₂转化为N₂O₄的百分数（A）相比较，则是A_a______A_b。

参考答案

【能力突破训练】

1.C　2.CD　3.BC　4.A  5.C　6.B　7.B  8.C　9.B　10.B

11.(1)A　(2)2A B+3C　(3)0.4mol/(L·min)　12.(1)小　（2）小　（3）高　（4）正

13.(1)A、B　（2）放热　（3）AC：反应开始v_正>v_逆，反应向右进行生成NH₃。CE：已达平衡，升温使平衡左移，NH₃%变小　14.(1)=;(2)<;(3)<