【2013步步高化学大一轮复习讲义课件：专题讲座十化学反应速率、化学平衡计算通关

专题讲座十化学反应速率、化学平衡计算通关一、“一式”巧解有关化学反应速率计算题化学反应速率是表示反应进行快慢的物理量，它用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示，单位有mol·L－1·h－1、mol·L－1·min－1、mol·L－1·s－1等。计算公式如下：v(B)＝ΔcBΔt＝ΔnBVΔt式中B是物质的化学式，Δc(B)表示物质B浓度的变化，Δn(B)表示物质B的物质的量的变化，V表示容器或溶液的体积，Δt表示反应进行的时间。专题讲座十用上式进行某物质反应速率计算时需注意以下几点：(1)浓度变化只适用于气体和溶液中的溶质，不适用于固体和纯液体。(2)化学方程式中物质的化学计量数与反应速率的关系是反应速率之比等于化学计量数之比。(3)反应速率大小的比较：对于反应nA＋mpC＋qD，有如下关系：v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝n∶m∶p∶q，比较相同条件下不同物质表示的反应速率大小时只需要比较v(A)/n、v(B)/m、v(C)/p和v(D)/q的大小即可。专题讲座十【例1】煤制合成天然气是煤气化的一种重要方法，其工艺核心是合成过程中的甲烷化，涉及的主要反应：CO(g)＋3H2CH4(g)＋H2O(g)ΔH0①CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)ΔH0②现在300℃、容积为2L的密闭容器中进行有关合成天然气的实验，相关数据记录如下：CO/molCO2/molH2/molCH4/molH2O/mol0min43400030min22a370min1bcd6专题讲座十下列有关说法错误的是()A．a＝30，b＝1.5B．c＝25，d＝4.5C．前30min内，反应①的平均反应速率v(CH4)＝0.05mol·L－1·min－1D．后40min内，反应②的平均反应速率v(H2)＝0.025mol·L－1·min－1专题讲座十解析本题涉及多步反应计算及反应速率计算。根据表中数据，在前30min内，反应①消耗了2molCO，同时消耗H2的物质的量为消耗CO的3倍，即6mol，而反应②消耗了1molCO2，同时消耗H2的物质的量为消耗CO2的4倍，即4mol，共消耗H210mol，则a＝30；到70min时，H2O为6mol，反应①消耗的CO为3mol，由反应①生成的H2O为3mol，则由反应②生成的H2O也为3mol，同时消耗的CO2为1.5mol，则不难得出b＝1.5，c＝25，d＝4.5。前30min内由反应①生成的CH4为2mol，浓度改变量为1mol·L－1，对应的反应速率v(CH4)约为0.033mol·L－1·min－1；后40min内由反应②消耗的H2为2mol，浓度改变量为1mol·L－1，对应的反应速率v(H2)为0.025mol·L－1·min－1。专题讲座十答案C【例2】某温度时，在2L容器中X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。由此分析，该反应的化学方程式为__________________________；从反应开始至2min时，Z的平均反应速率为_________。专题讲座十解析找出2min内X、Y、Z三种物质的浓度变化量为Δc(X)＝0.22＝0.1mol·L－1，Δc(Y)＝1.0－0.72＝0.15mol·L－1，Δc(Z)＝1.0－0.92＝0.05mol·L－1。根据反应速率之比等于化学计量数之比，可以确定X、Y、Z三种物质的化学计量数分别等于2、3、1。根据图像可以确定X是生成物，Y、Z是反应物，即可以确定化学反应方程式为3Y＋2X。再根据反应速率的概念，可求出从反应开始至2min时，Z的平均反应速率为v(Z)＝Δc(Z)/Δt＝0.052＝0.025mol·L－1·min－1。专题讲座十答案3Y＋2X0.025mol·L－1·min－1即时巩固1．一定温度下，在2L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示，下列描述正确的是()专题讲座十A．反应开始到10s时，用Z表示的反应速率为0.158mol·L－1·s－1B．10s后，该反应停止进行，达到平衡状态C．反应开始到10s时，平均反应速率：v(X)＝v(Y)＝0.0395mol·L－1·s－1D．反应的化学方程式为2X(g)＋2Z(g)专题讲座十解析0～10s，X减少0.79mol、Y减少0.79mol，Z增加1.58mol，物质的量变化之比为1∶1∶2，故反应的化学方程式为X(g)＋2Z(g)，D项错误；专题讲座十反应开始到10s，用Z表示的反应速率为v(Z)＝1.58mol/2L10s＝0.079mol·L－1·s－1，v(X)＝1.20－0.41mol/2L10s＝0.0395mol·L－1·s－1，A项错误、C项正确；10s后，该反应达到平衡状态，但并没有停止反应，B项错误。答案C2．在2L的密闭容器中，放入0.4molA和0.6molB，在一定温度下，压强为p，放入催化剂(体积忽略)，发生反应2A(g)＋xC(g)＋2D(g)，在amin后，容器中c(A)＝0.1mol·L－1，则v(B)＝____________；若温度不变，压强变为0.9p，则v(C)＝________，x＝_________。专题讲座十解析2A(g)＋3B(g)xC(g)＋2D(g)起始/mol0.40.600转化/mol0.20.30.1x0.2amin后/mol0.20.30.1x0.2v(B)＝0.3mol/(2L·amin)＝0.15/amol·L－1·min－1。体积、温度不变时，压强之比等于气体的物质的量之比：(0.6＋0.4)∶(0.2＋0.3＋0.1x＋0.2)＝1∶0.9，则x＝2，v(C)＝0.2mol/(2L·amin)＝0.1/amol·L－1·min－1。专题讲座十答案0.15/amol·L－1·min－10.1/amol·L－1·min－12二、有关化学平衡计算的“三步曲”化学平衡的计算一般涉及到各组分的物质的量、浓度、转化率、百分含量、气体混合物的密度、平均摩尔质量、压强等，通常的思路是写出平衡式，列出相关量(起始量、变化量、平衡量)，确定各量之间的关系，列出比例式或等式或依据平衡常数求解。专题讲座十如对以下反应：mA(g)＋npC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量(mol)分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx，容器容积为VL。mA(g)＋npC(g)＋qD(g)起始(mol)ab00变化(mol)mxnxpxqx平衡(mol)a－mxb－nxpxqx则有：(1)K＝pxVp·qxVqa－mxVm·b－nxVn(2)对于反应物：n(平)＝n(始)－n(变)；对于生成物：n(平)＝n(始)＋n(变)。专题讲座十(3)c平(A)＝a－mxV。(4)α(A)平＝mxa×100%，α(A)∶α(B)＝mxa∶nxb＝mbna。(5)φ(A)＝a－mxa＋b＋p＋q－m－nx×100%。(6)p平p始＝a＋b＋p＋q－m－nxa＋b。(7)ρ(混)＝a·MA＋b·MBV(g·L－1)。(8)M＝a·MA＋b·MBa＋b＋p＋q－m－nx(g·mol－1)。专题讲座十【例3】在100℃时，把0.5molN2O4通入体积为5L的真空密闭容器中，立即出现红棕色。反应进行到2s时，NO2的浓度为0.02mol·L－1。在60s时，体系已达平衡，此时容器内压强为开始时的1.6倍。下列说法正确的是()A．前2s以N2O4的浓度变化表示的平均反应速率为0.01mol·L－1·s－1B．在2s时体系内的压强为开始时的1.1倍C．在平衡时体系内含N2O40.25molD．平衡时，N2O4的转化率为40%专题讲座十解析N2O4和NO2之间存在如下转化关系：N2O42NO2起始(mol)0.50反应(mol)0.050.02×52s时(mol)0.5－0.050.02×5v(N2O4)＝0.05mol2s×5L＝0.005mol·L－1·s－1气体总的物质的量为0.5mol－0.05mol＋0.02mol·L－1×5L＝0.55mol2s时的压强与开始时压强之比为p2s∶p始＝0.55∶0.5＝1.1∶1。60s达到平衡时，设有xmolN2O4反应。则有专题讲座十N2O42NO2起始(mol)0.50反应(mol)x2x平衡(mol)0.5－x2x平衡时，气体总的物质的量为0.5mol－xmol＋2xmol＝(0.5＋x)mol，所以有0.5＋xmol0.5mol＝1.6，解得x＝0.3。平衡体系中含0.2molN2O4，N2O4的转化率为0.3mol0.5mol×100%＝60%。专题讲座十答案B【例4】煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及产率等问题。已知CO(g)＋H2H2(g)＋CO2(g)的平衡常数随温度的变化如下表：温度/℃4005008301000平衡常数K10910.6试回答下列问题：(1)上述反应的正反应是________反应(填“放热”或“吸热”)。专题讲座十(2)某温度下，上述反应达到平衡后，保持容器体积不变升高温度，正反应速率________(填“增大”、“减小”或“不变”)，容器内混合气体的压强________(填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)830℃时，在恒容反应器中发生上述反应，按下表中的物质的量投入反应混合物，其中向正反应方向进行的有______(选填字母)ABCDn(CO2)/mol3101n(H2)/mol2101n(CO)/mol1230.5n(H2O)/mol5232专题讲座十(4)在830℃时，在2L的密闭容器中加入4molCO(g)和6molH2O(g)达到平衡时，CO的转化率是__________。专题讲座十解析(1)由表格可知，升温，化学平衡常数减小，故正反应为放热反应。(2)升高温度，正、逆反应速率均增大；容器体积不变的情况下，升高温度，则容器内混合气体的压强增大。(3)830℃时，化学平衡常数为1，即若n(CO2)×n(H2)n(CO)×n(H2O)，则反应向正反应方向进行，符合此要求的是B、C。(4)830℃时，化学平衡常数为1，CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)起始浓度mol·L－1转化浓度mol·L－1平衡浓度mol·L－1平衡常数K＝cH2×cCO2cCO×cH2O＝x22－x3－x＝1，解得x＝1.2，则CO的转化率＝1.2mol·L－12mol·L－1×100%＝60%。专题讲座十2300xxxx(2－x)(3－x)xx答案(1)放热(2)增大增大(3)BC(4)60%即时巩固3．在一固定容积的密闭容器中，保持一定温度，在一定条件下进行反应：A(g)＋3C(g)，已知加入1molA和3molB且达到平衡后生成了amolC，请填写下列空白：(1)平衡时C在反应混合气体中的体积分数是__________(用字母a表示)。(2)在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入2molA和6molB，达到平衡后，C的物质的量为______mol(用字母a表示)。此时C在反应混合气体中的体积分数________(填“增大”、“减少”或“不变”)。专题讲座十(3)在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入2molA和8molB，若要求平衡后C在反应混合气体中的体积分数不变，则还应加入C________mol。(4)在同一容器中加入nmolA和3nmolB，达到平衡时C的物质的量为mmol，若改变实验条件，可以使C的物质的量在mmol～2mmol之间变化，那么n与m的关系应是____________(用字母“m”、“n”表示)。专题讲座十解析(1)A(g)＋2B(g)3C(g)起始物质的量1mol3mol0转化物质的量a/3mol2a/3molamol平衡物质的量(1－a/3)mol(3－2a/3)molamol依题意得：C在反应混合气体中的体积分数是a1－a3＋3－2a3＋a＝a/