第十二章　化学反应速率　化学平衡

一、考纲要求

1.了解化学反应速率的概念，反应速率的表示方法，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，掌握化学平衡与反应速率之间的内在联系。

3.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。

二、知识结构

1.化学反应速率的表示方法及特点。

(1)表示方法：

用单位时间内反应物浓度的减少或者生成物浓度的增加来表示。

表达式：＝

单位：由浓度的单位和时间的单位决定。mol/L·h、mol/L、min、mol/L·S等。

(2)特点：

①化学反应速率是平均速率，且均取正值。

②同一反应选用不同物质浓度的改变量表示速率，数值可能不同，但表示的意义相同。

③各物质表示的速率比等于该反应方程式的系数比。

例：对于反应：mA+nBpC+qD

V_A∶V_B∶V_C∶V_D＝m∶n∶p∶q

2.影响化学反应速率的因素。

决定化学反应速率的主要因素是反应物的结构，性质，反应历程。除此之外，外部条件，为反应物的浓度、压强、温度、催化剂以及固体反应物表面积的大小、溶剂、光、电磁波、激光、超声波等都会影响化学反应的速率。

(1)浓度：在其它条件不变时，增大反应物浓度，化学反应速率加快；反之则反。

注意：固体，纯液体的浓度均可视作常数。因固体物质间的反应只与接触面积有关，故固体物质的量的改变对反应速率无影响。

(2)压强：在其它条件不变时，增大气体反应体系压强，化学反应速率加快；反之则反。

注意：改变压强，对化学反应速率产生影响的根本原因是引起浓度改变。所以，在讨论压强对反应速率的影响时，应区分引起压强改变的原因。

对于气体反应体系，有以下几种情况：

①恒温时：增加压强体积缩小浓度增大应速率加快。

②恒容时：

a.充入气体反应物浓度增大总压增大反应速率加快。

b.充入“惰气” 总压增大，但各物质浓度不变，反应速率不变。

③恒压时：充入“惰气” 体积增大各反应物浓度减少反应速率减慢。

(3)温度：其它条件不变时，升高温度，反应速率加快。

温度每升高10℃，化学反应速率增大到原来的2—4倍。升高反应体系的温度，是提高反应速率的有效途径。

(4)催化剂：使用正催化剂，能加快化学反应速率。反之则反，未特殊指明时，均指正催化剂。3.化学平衡状态

(1)概念：在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的质量分数保持不变的状态。

(1)　特征

①逆：研究对象可逆反应。

②等：Ｖ_(正)＝V₍_逆)≠O

③动：化学平衡是动态平衡。虽然V₍_正)＝V₍_逆)，但正、逆反应仍在进行，其反应速率不等于零。

④定：各组分的质量分数一定。

⑤变：外界条件改变，平衡也随之改变。

⑥无：化学平衡的建立与反应从哪个方向(正向、逆向、双向)开始无关。

4.化学平衡移动

(1)当外界条件改变时，可逆反应从一种平衡状态向另一种平衡状态转化的过程。

(2)平衡发生移动的根本原因：V_正、V_逆发生改变，导致V_正≠V_逆。

(3)平衡发生移动的标志：新平衡与原平衡各物质的百分含量发生了变化。

注意：

①新平衡时：V′_正≠V′_逆，但与原平衡速率不等。

②新平衡时：各成分的百分含量不变，但与原平衡不同

③通过比较速率，可判断平衡移动方向

当V_正＞V_逆时，平衡向正反应方向移动

当V_正＜V_逆时，平衡向逆反应方向移动

当V_正＝V_逆时，平衡不发生移动

5.可逆反应进行程度的描述方法——转化率、产率。

(1)反应物的转化率＝反应物的转化量/该反应物起始量×100%

(2)产物的产率＝产物的实际量/该产物的理论量×100%

6.外界条件对化学平衡的影响。

(1)浓度：其它条件不变时，增大反应物浓度或减小生成物浓度都会使平衡向正反应方向移动。

改变物质浓度不包括固体和纯液体，即固体或纯液体物质的量的增加和减少，不影响浓度，从而不影响化学反应速率，也不影响化学平衡。

(2)压强：其它条件不变时，增大压强，会使平衡向气体体积缩小的方向移动。

注意：

①若反应前后气体体积无变化，改变压强，能同时改变正、逆反应速率，V_正＝V_逆，平衡不移动。

②压强变化是指平衡混合物体积变化而引起的总压变化，若平衡混合物的体积不变，而加入 “惰气”，虽然总压变化了，但平衡混合物的浓度仍不变，速率不变，平衡不移动。

③若加入“惰气”，保持总压不变，此时只有增大体系体积，这就相当于降低了平衡体系的压强，平衡向气体体积增大的方向移动。

(3)温度：在其它条件不变时，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动。降低温度，平衡向放热反应方向移动。

(4)催化剂：催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，因此不影响化学平衡，但可大大地缩短反应达到平衡所需的时间。

(5)勒沙特列原理：如果改变影响平衡的一个条件，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。注意：勒沙特列原理的适用范围是：化学平衡，电离平衡，溶解平衡，水解平衡，状态平衡等。

7.合成氨的反应原理：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)+92.4KJ

合成氨是一个气体体积缩小的放热可逆反应。

8.原料气的制备：

①空气中取氮：分离液态空气或用炽热的炭处理空气后再净化。

②水中取氢：水和焦炭反应。

9.合成氨适宜条件的选择。

①选择原则：能加快反应速率；提高原料的利用率；提高单位时间的产量；对设备条件要求不能太高。

②合成氨的适宜条件：使用催化剂；500℃；2×10⁷～5×10⁷Pa。

10.合成氨的简要流程

原料气的制备净化压缩合成分离液氨

三、知识点、能力点提示

四、能力训练

1.100ml 6mol/L H₂SO₄与过量锌粉反应，一定温度下，为了减缓反应进行的速率，但又不影响生成氢气的总量，可问反应物中加入适量的(　　)

A.Na₂SO₄(s)　　　B.H₂O　　　 C.K₂SO₄溶液　　　D.(NH₄)₂SO₄(s)

知识点：本题考查浓度对反应速率的影响

能力点：培养学生正确理解和应用能力

2.设C+CO₂2CO-Q₁，反应速率为V₁；N₂+3H₂2NH₃+Q₂，反应速率为V₂，对于上述反应，当温度升高时，V₁和V₂的变化情况为(　　)

A.同时增大　　　　　　　B.同时减少

C.V₁增大，V₂减小　　　　D.V₁减小，V₂增大

知识点：本题考查温度对反应速率的影响

能力点：培养学生理解能力

3.某温度下，浓度都是1mol/L的两种气体X₂和Y₂，在密闭容器中反应生成气体Z，达到平衡后，［X₂］为0.4mol/L，［Y₂］为0.8mol/L，生成的Z为0.4mol/L，则该反应式是(　　 )

A.X₂+2Y₂2XY₂　　　　　 B.2X₂+Y₂2X₂Y

C.3X₂+Y₂2X₂Y　　　　　 D.X₂+3Y₂2XY₃

知识点：本题考查用不同物质表示化学反应速率时，速率比等于系数比这一知识

能力点：培养学生理解能力

4.右图为装有活塞的密闭容器，内盛22.4mL一氧化氮，若通入11.2mL氧气(气体体积均在标准状况下测定)，保持温度压强不变，则容器内的密度(　　)

A.等于1.369 g·L^-1

B.等于2.054 g·L^-1

C.在1.369g·L^-1和2.054g·L^-1

D.大于2.054g·L^-1

知识点：本题考查气体密度的计算及2NO₂N₂O₄平衡

能力点：培养学生计算能力和综合思维能力

5.下列措施肯定能使化学反应速率增大的是(　　)

A.增大反应物的量　　　　 B.增大压强

C.升高温度　　　　　　　 D.使用催化剂

知识点：本题考查外界条件对化学反应速率的影响

能力点：培养学生思维能力

6.将固体NH₄I置于密闭容器中，在某温度下发生下列反应：(　 )

NH₄I(固) NH₃(g)+HI(g)，2HI(g) H₂(g)+I₂(g)，当达到平衡时，［H₂］＝0.5mol/L，［HI］＝4mol/L，则NH₃的浓度为

A.3.5mol/L　　　B.4mol/L　　 C.4.5mol/L　　 D.5mol/L

知识点：本题考查关于化学平衡的有关计算

能力点：培养学生计算能力和理解能力

7.在一密闭容器中进行下列反应：2SO₂+O₂2SO₃(g)，已知反应过程中某一时刻SO₂、O₂、SO₃的浓度分别为0.2mol/L,0.1mol/L，0.2mol/L，当反应达到平衡时，可能存在的数据是(　 )

A.SO₂为0.4mol/L，O₂为0.2mol/L

B.SO₂为0.25mol/L

C.SO₂，SO₃均为0.15mol/L

D.SO₃为0.4mol/L

知识点：本题考查关于化学平衡的有关计算

能力点：培养学生综合思维能力

8.下列哪种说法可以证明N₂+3H₂2NH₃已达到平衡状态(　 )

A.1个N≡N键断裂的同时，有3个H—H键形成。

B.1个N≡N键断裂的同时，有3个H—H键断裂。

C.1个N≡N键断裂的同时，有6个H—H键断裂。

D.1个N≡N键断裂的同时，有6个H—H键形成。

知识点：本题考查可逆反应达到平衡状态的特征之一：V_正＝V_逆

能力点：培养学生理解能力

9.下列说法正确的是(　 )

A.可逆反应的特征是正反应速率总是和逆反应速率相等。

B.在其它条件不变时，使用催化剂只能改变反应速率，而不能改变化学平衡状态。

C.在其它条件不变时，升高温度可以使化学平衡向吸热反应的方向移动。

D.在其它条件不变时，增大压强一定会破坏气体反应的平衡状态。

知识点：本题考查外界条件对化学平衡的影响

能力点：培养学生理解能力

10.可逆反应：3A(g) 3B(?)+C(?)-Q，随着温度升高，气体平均相对分子质量有变小趋势，则下列判断正确的是(　　)

A.B和C可能均是固体

B.B和C一定都是气体

C.若C为固体，则B一定是气体

D.B和C可能都是气体

知识点：本题考查温度对化学平衡的影响及平均分子质量的有关知识

能力点：培养学生综合思维能力

11.某体积可变的密闭容器，盛有质量的A和B的混合气体，在一定条件下发生反应：A+3B2C，若维持温度和压强不变当达到平衡时，容器的体积为VL，其中C的气体体积占10%，下列推断正确的是(　　)

①原混合气体的体积为1.2VL

②原混合气体的体积为1.1VL

③反应达到平衡时气体A消耗掉0.05VL

④反应达到平衡时气体B消耗掉0.05VL

A.②③　　　B.②④　　　C.①③　　　D.①④

知识点：本题考查有关平衡的计算

能力点：培养学生计算能力

12.在一密闭容器中，用等物质的量的A和B发生如下反应：

A(g)+2B(g) 2C(g)，反应达到平衡时，若混合气体A和B的物质的量之和与C的物质的量相等，则这时A的转化率为：(　 )

A.40%　　　　　 B.50%　　　　　 C.60%　　　　　 D.70%

知识点：本题考查有关化学平衡及其转化率的相关计算

能力点：培养学生计算能力

13.对于达到平衡的反应：2A(g)+B(g)〖FYKN〗nC(g)，符合右图所示的结论是(　　)

A.P₁＞P₂，n＞3　　　 B.P₁＞P₂，n＜3

C.P₁＜P₂，n＞3　　　 D.P₁＜P₂，n＜3

知识点：本题考查外界条件对化学平衡的影响

能力点：培养学生正确识图能力

14.勒沙特列原理适用于(　　)

A.整个动态平衡　　　　　　 B.仅仅是平衡时的化学反应

C.一切化学反应　　　　　　 D.非动态平衡系统

知识点：本题考查勒沙特列原理的适用范围

能力点：培养学生理解、记忆能力

15.反应A(g)+3B(g)2C(g)+2D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为①V_A＝0.1 5mol/L·S②V_B＝0.6mol/L·S③V_C＝0.4mol/L·S④V_D＝0.45mol/L·S该反应进行的快慢顺序为　　　　　　　　　

知识点：本题考查化学反应速度的表示方法。

能力点：培养学生理解能力。

16.某温度下，在1L密闭容器中反应N₂+3H₂2NH₃达到平衡。当N₂、H₂、NH₃的初始加入的物质的量分别为X＝1mol，Y＝3mol，Z＝0mol，达平衡时这三种气体的物质的量分别为A、B、Cmol，只改变初始物质的加入量，而要求A、B、C总量维持不变，请填写下列各空。

(1)若X＝0，Y＝0，Z＝　　　　　。

(2)若X＝0.75，Y＝　　　　　，Z＝　　　　　　。

(3)X、Y、Z应该满足的一般条件(用两个联立方程表示)　　　　　或　　　　　。

知识点：本题是一道关于化学平衡的综合试题，涉及到等效平衡，元素守恒及化学平衡的有关计算。

能力点：考查学生综合思维能力。

17.在一个容积固定的反应器中，有一个可左右滑动的隔板，两侧分别进行如下图所示的可逆反应。各物质的起始加入量如下：A、B、C均为4.0mol，D为6.5mol，F为2.0mol。设E为Xmol。当X在一定范围内变化时，均可以通过调节反应器的温度，使两侧反应都达到平衡，并且隔板恰好处于反应器的正中位置。请填写如下空白：

(1)若X＝4.5时，则右侧反应在起始时间　　　　　　 (填“正反应”“逆反应”)方向进行。欲使起始反应维持向该方向进行，则X的最大取值应小于　　　　　　　　。

(1)　若X分别为4.5和5.0时，则在这两种情况下，为反应达平衡时，A的物质的量是否相等?

　　　　 (填“相等”、“不相等”或“不能确定”)。其理由是　　　　　　　　　　。

知识点：本题是一道信息试题，涉及到外界条件对化学平衡的影响及关于化学平衡的相关计算。

能力点：培养学生自学能力、综合能力。

18.Fe³⁺和I^-在水溶液中的反应如下：2I+2Fe2Fe +I₂(水溶液)。