專題6 化學反應速率和等效平衡
【專題目標】
1．了解化學反應速率的概念及表示方法，理解濃度、壓強、溫度和催化劑等條件對化學反應速率的影響。
2．了解化學反應的可逆性，理解化學平衡的特征，了解化學平衡與化學反應速率之間的內在聯系。
3．理解濃度、壓強和溫度等條件對化學平衡的影響，理解平衡移動原理的涵義。
4．學會應用建立等效平衡的思維方式解決化學平衡中的常見問題。
【經典題型】
題型Ⅰ：根據化學計量數之比，計算反應速率
【例題】
反應4NH3(g)+5O2(g)
4NO(g)+6H2O(g)在10L密閉容器中進行，半分鐘后，水蒸氣的物質的量增加了0.45mol，則此反應的平均速率
（反應物的消耗速率或產物的生成速率）可表示為（ ）
A．
B．
C．
D．
【點撥】用生成物H2O來表示反應的平均速率：
根據各物質的反應速率之比等于它們的化學計量數之比，可求得
所以正確答案是C。
【規律總結】遇到這一類題目，一定要充分利用化學反應中各物質的反應速率之比等于它們的化學計量數之比這一規律進行計算。
題型Ⅱ：以圖象形式給出條件，計算反應速率
【例題】
某溫度時，在2L容器中，X、Y、Z三種物質的物質的量隨時間變化的曲線如圖所示。由圖中數據分析：該反應的化學方程式為_________________。反應開始至2min，用Z表示的平均反應速率為____________。
【點撥】由圖可知，X、Y的物質的量隨反應的進行而減小，Z的物質的量隨反應的進行而增大，則X和Y為反應物，Z為生成物。
∵
∴反應方程式為：3X+Y＝2Z。
題型Ⅲ：根據已知的濃度、溫度等條件，比較反應速率的大小
【例題】
把下列四種X溶液分別加入四個盛有10mL 2mol/L鹽酸的燒杯中，均加水稀釋到50mL，此時，X和鹽酸緩慢地進行反應，其中反應最快的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【點撥】在化學反應中，當其它條件不變時，濃度越大，反應速率越快；溫度越高，反應速率越快。在本題中要綜合考慮濃度和溫度的影響。先比較濃度的大小，這里的濃度應該是混合以后的濃度，由于混合后各燒杯中鹽酸的濃度相等，因此只要比較X的濃度，X濃度越大，反應速率越快。因為反應后溶液的體積均為50mL，所以X的物質的量最大，濃度就最大。通過觀察可知，混合后A、B選項中X的濃度相等，且最大，但B中溫度更高，因此B的反應速率最快。
本題若沒有看清楚題目實質，僅僅從選項的表面看X濃度的大小及反應溫度的高低來判斷反應速率的快慢，則會錯選C。
題型Ⅳ：一般可逆反應在恒溫、恒容條件下建立等效平衡
【例題】
在一個體積固定的密閉容器中加入2 mol A和1 mol B，發生反應：
A．4molA＋2molB
B．2molA＋1molB＋3molC＋1molD
C．3molC＋1molD＋1molB
D．3molC＋1molD
【點撥】等效平衡的含義：在一定條件（恒溫恒容或恒溫恒壓）下，只是起始加入情況不同的同一可逆反應達到平衡后，任何相同組分的百分含量（體積分數、物質的量分數等）均相同，這樣的化學平衡互稱等效平衡。
對于一般可逆反應，在恒溫恒容條件下，只改變起始加入的情況，只要通過可逆反應的化學計量數比換算成平衡式左右兩邊同一邊物質的物質的量與原平衡相同，則二平衡等效。
假設2 mol A和1 mol B能夠完全反應，則應生成3molC＋1molD，所以如果維持容器體積和溫度不變，開始時向容器中加入3molC＋1molD，達到平衡時，與原平衡是等效平衡，則C的濃度仍為a mol?L－1。所以正確答案為D。
題型Ⅴ：反應前后氣體體積不變的可逆反應在恒溫、恒容條件下建立等效平衡
【例題】可逆反應A(g)＋B(g)2C(g)在固定容積的容器中進行，如果向容器中充入1mol A和1mol B，在某溫度下達到平衡時，C的體積分數為m%；若向容器中充入1mol C，在同樣的溫度下達到平衡時，C的體積分數為n%，則m和n的關系正確的是（ ）
A．m>n B．m<n C．m=n D．無法比較
【點撥】在恒溫恒容條件下，對于反應前后氣體分子數不變的可逆反應，只要按化學計量數換算成平衡式左右兩邊同一邊物質的物質的量之比與原平衡相同，則二平衡也為等效平衡。
假設1mol C物質完全反應，可以生成0.5mol A和0.5mol B，投入量是第一種投料方式的一半，所以壓強也是其一半。但由于該反應是一個氣體體積不變的反應，即壓強對該反應的平衡狀態沒有影響，所以前后兩個平衡仍然是等效平衡。因此兩個平衡中C的體積分數相等。正確答案為C。但在第二個平衡狀態中C的濃度是第一個平衡狀態的一半。
題型Ⅵ：可逆反應在恒溫、恒壓條件下建立等效平衡
【例題】
在一個盛有催化劑容積可變的密閉容器中，保持一定溫度和壓強，進行以下反應：
N2＋3H22NH3。已知加入1mol N2和4mol H2時，達到平衡后生成a mol NH3（見下表已知項）。在相同溫度、壓強下，保持平衡時各組分的體積分數不變。對下列編號①～③的狀態，填寫表中空白。
已知
編號
起始狀態物質的量 n/mol
平衡時NH3的物質的量
n/mol
N2
H2
NH3
1
4
0
a
①
1.5
6
0
②
1
③
m
g(g≥
【點撥】對于一般的可逆反應，在恒溫恒壓條件下，只要按化學計量數換算成平衡式左右兩邊同一邊物質的物質的量之比與原平衡相同，則達平衡后，與原平衡等效。
①因為從題干可知n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)平衡＝1∶4∶a，所以①狀態下n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)平衡＝1.5∶6∶1.5a。
②起始狀態時，有1mol NH3，則相當于起始時有N2和H2分別為0.5mol和1.5mol，按n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)平衡＝1∶4∶a，可得②狀態時n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)平衡＝0.5∶2∶0.5a，所以原有N2和H2分別為0和0.5mol。
③設起始時n(NH3)為x
mol，則相當于N2和H2總量分別為(m＋
)mol和（g＋
）mol，則（m＋）∶（g＋）＝1∶4，即可得x＝2(g－4m)
設為n(NH3)平衡y mol，可得：
4∶a＝（g＋）∶y，即：y＝（g－
題型Ⅶ：通過建立等效平衡的中間狀態，比較反應物轉化率的大小以及平衡時某物質體積分數、濃度的大小
【例題】
體積相同的甲、乙兩個容器中，分別充有等物質的量的SO2和O2，在相同溫度下發生反應：2SO2＋O22SO3并達到平衡。在這過程中，甲容器保持體積不變，乙容器保持壓強不變，若甲容器中SO2的轉化率為p%，則乙容器中SO2的轉化率為（ ）
A．等于p% B．大于p% C．小于p% D．無法判斷
【點撥】根據題意，甲、乙兩容器可設為如圖所示裝置。
2SO2＋O22SO3是一氣體總物質的量減少的反應。甲容器保持體積不變，壓強變�。灰胰萜鞅３謮簭姴蛔�，體積減小，達到平衡狀態時轉化為狀態丙。假設乙中的活塞不移動，由于甲、乙兩個容器的體積、溫度相同，達到平衡時甲、乙兩容器中存在的平衡是等效平衡，其中SO2的轉化率也相等。對于乙和丙兩個狀態，乙中壓強小于丙中壓強，因此丙中SO2轉化率大于乙中SO2轉化率。由此可以判斷出丙中SO2的轉化率也大于甲中SO2的轉化率。所以正確答案為B。
【規律總結】對于氣體參加的可逆反應，在溫度恒定的條件下，涉及體積與壓強以及平衡移動有關判斷的問題時，可設計一些等效平衡的中間狀態來進行求解。這樣能降低思維難度，具有變難為易、變抽象為直觀的作用。
【例題】
在相同溫度下，有相同體積的甲、乙兩容器，甲容器中充入1g N2和1g H2，乙容器中充入2g N2和2g H2。下列敘述中，正確的錯誤的是（ ）
A．化學反應速率：乙＞甲 B．平衡后N2的濃度：乙＞甲
C．H2的轉化率：乙＞甲 D．平衡混合氣中H2的體積分數：乙＞甲
【點撥】因為乙的原料投入量正好是甲的兩倍，假設開始時乙的容器體積也是甲的兩倍（如圖所示），則此時甲與乙是等效平衡。再將乙容器體積壓縮至與甲相等（如圖中丙），在此過程中平衡：N2＋3H22NH3要向正反應方向移動，即N2、H2的轉化率增大，在體系中的體積分數減小。但此時，丙中N2、H2、NH3的濃度都比甲中大，但丙中N2、H2的濃度要小于甲中的兩倍，而丙中NH3的濃度的濃度要大于甲中的兩倍。
【隨堂作業】
1．反應4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)在
為
A．
B．
C．
D．
2．已知：4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)，若反應速率分別用
(NH3)、(O2)、(NO)、(H2O)[mol/(L?min)]表示則下列關系正確的是
A．
B．
C．
D．
3．某溫度下，濃度都是1mol/L的兩種氣體X2和Y2，在密閉容器中反應生成氣體Z，達到平衡后c(X2)為0.4mol/L，c(Y2)為0.8mol/L，生成Z為0.4mol/L，則該反應的化學方程式為
A．X2＋2Y22XY2
B．2X2＋Y22X2Y
C．3X2＋Y22X3Y
D．X2＋3Y22XY3
4．把下列四種X溶液分別加入四個盛有10mL 2mol/L鹽酸的燒杯中，均加水稀釋到20mL，此時X與鹽酸和緩地進行反應。其中反應速率最大的是
A．20mL 3mol/L的X溶液 B．20mL 2mol/L的X溶液
C．10mL 4mol/L的X溶液 D．10mL 2mol/L的X溶液
5．將固體NH4Br置于密閉容器中，在某溫度下，發生下列可逆反應：
NH4Br(s) NH3(g)＋HBr(g)
2HBr(g) Br2(g)＋H2(g)
2min后，測得c(H2)＝0.5mol/L，c(HBr)＝4mol/L，若上述反應速率用(NH3)表示，下列反應速率正確的是
A．0.5mol/(L?min) B．2.5 mol/(L?min)
C．2 mol/(L?min) D．5 mol/(L?min)
6．在一定溫度下的固定容積的密閉容器中，當下列物理量不再變化時，表明反應：A(s)＋2B(g) C(g)＋D(g)已達平衡的是
A．混合氣體的壓強 B．混合氣體的密度
C．B的物質的量濃度 D．氣體的總物質的量
7．把3mol A和2.5mol B混合于
xC(g)＋2D(g)
5min后反應達到平衡，容器內壓強變小，測得D的平均反應速率為0.1mol/(L?min)，下列結論錯誤的是
A．A的平均反應速率為0.1mol/(L?min)
B．平衡時，C的濃度為0.125mol/L
C．平衡時，B的轉化率為20％
D．平衡時，容器內壓強為原來的0.8倍
8．可逆反應：3B(?)＋C(?)；△H>0，隨著溫度升高，氣體平均相對分子質量有變小的趨勢，則下列判斷正確的是
A．B和C可能都是固體
B．B和C一定都是氣體
C．若C固體，則B一定是氣體
D．B和C可能都是氣體
9．如圖所示，反應X(g)＋3Y (g)2Z(g)（正反應為放熱反應），在不同溫度、不同壓強（p1>p2）下，達到平衡時，混合氣體中Z的體積分數
(Z)隨溫度變化的曲線應為
10．在一密閉容器中，aA(g)bB(g)達到平衡后，保持溫度不變，將容器體積增大一倍，當達到新的平衡時，B的濃度是原來的60％，則
A．平衡向正反應方向移動了
B．物質A的轉化率減小了
C．物質B的質量分數增大了
D．a>b
11．在溫度不變下，在恒壓容器a與恒容容器b中，分別充入體積比為1∶3的N2和H2。若開始時兩容器的體積相等，且在相同條件下達到平衡時，兩容器中N2的轉化率應當是
A．a中大 B．b中大 C．a、b中一樣大 D．無法判斷
12．恒溫條件下，將NO2裝入帶活塞的密閉容器中，當反應2NO2(g) N2O4(g)達到平衡后，慢慢壓縮氣體體積，下列敘述正確的是
A．若體積減小一半，則壓強為原來的兩倍
B．平衡向右移動，混合氣體顏色一定會變淺
C．若體積減小一半，壓強增大，但小于原來的兩倍
D．平衡向右移動，混合氣體密度增大
13．在一定溫度下，容器中加入CO和H2O(g)各1mol，發生反應：
CO＋H2OCO2＋H2，達到平衡時生成0.7mol的CO2，若其他條件不變，一開始就加入4mol H2O(g)，則達到平衡可能生成的CO2是
A．0.6mol B．0.95mol C．1mol D．1.5mol
14．可逆反應A(g)＋BC(g)＋D 達到平衡時，下列說法不正確的是
A．若增大A的濃度，平衡體系顏色加深，D不一定是有顏色的氣體
B．增大壓強，平衡不移動，說明B、D必定是氣體
C．升高溫度，C的百分含量減少，說明正反應是放熱反應
D．若B是氣體，增大A的濃度會使B的轉化率增大
15．在一密閉容器中充入1mol NO2，建立如下平衡：2NO2N2O4，此時NO2的轉化率為x%，在其他不變的情況下，再充入1mol NO2，待新平衡建立時測得NO2的轉化率為y%，則下列大小關系正確的是
A．x>y B．x＝y C．x<y D．不能確定
16．將2molSO2和2molSO3氣體混合于容積一定的密閉容器中，在一定條件下發生反應：2SO2＋O22SO3，達平衡時SO3為n mol。在相同溫度下，按下列配比在該容器中放入起始物質，達平衡時，SO3的物質的量將大于n mol的是
A．2molSO2和1molO2
B．2molSO2、1molO2和2molSO3
C．4molSO2和1molO2
D．3molSO2、1molO2和1molSO3
17．一個真空密閉容器中盛有1molPCl5，加熱到
PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)，反應達到平衡時PCl5的分解率為M%，若在同一溫度和同樣容器中最初投入的是2molPCl5，反應達到平衡時PCl5的分解率為N%。M與N的關系是
A．M>N B．M>N C．M>N D．無法確定
18．在四個同樣密閉容器中發生反應：A(g)＋3B(g) (A)＝3 mol/(L?min)；乙為(B)＝4.5 mol/(L?min)；丙為(C)＝4 mol/(L?min)；丁為(A)＝0.75mol/(L?s)。若其它條件相同，溫度不同，則溫度由低到高的順序是___________________。
19．取a molA和b molB置于V L容器內，發生反應aA(g)＋bB(g)＝cC(g)＋dD(g)。1min末，測得容器內A的物質的量濃度為x mol/L，這時B的物質的量濃度為______mol/L，C的物質的量濃度為______mol/L。這段時間內反應的速率若以物質A的物質的量濃度的變化來表示，應為________mol/(L?min)。
20．一定溫度下，在一個固定容積的密閉容器中，可逆反應：A(g)＋2B(g) C(g)達到平衡時，
(A)＝2mol?L-1，(B)＝7mol?L-1，(C)＝3mol?L-1。試確定B的起始濃度(B)的取值范圍是______________；若往容器中繼續注入一定量的氦氣（不參加反應），足夠長的時間后，體系中B的物質的量濃度_________（填“增大”、“減小”或“不變”，下同），混合氣體的密度_________。
21．在一定條件下，x A＋y Bz C的反應達到平衡。
（1）已知A、B、C都是氣體，在減壓后平衡向逆反應方向移動，則x、y、z之間的關系是__________________；
（2）已知C是氣體，且x＋y＝z，在增大壓強時，如果平衡發生移動，則平衡一定向_____________移動；
（3）已知B、C是氣體，當其他條件不變，增大A的物質的量時，平衡不發生移動，則A是_____________態物質。
（4）若加熱后C的質量分數減少，則正反應是_________（填“放熱”或“吸熱” ）反應。
22．發生反應：2SO2＋O22SO3，當此反應進行到一定程度時，就達到了化學平衡狀態。若該容器中維持溫度不變，令a、b、c分別代表起始的SO2、O2和SO3的物質的量，如果a、b、c取不同的數值，它們必須滿足一定的相互關系，才能保持達到平衡時，反應混合物中三種氣體的體積分數仍跟上述平衡時完全相同。試填寫下列空白：
（1）若a＝0，b＝0，則c＝______；
（2）若a＝0.5mol，則b＝________，c＝_________；
（3）a、b、c取值必須滿足的一般條件是（請用兩個不同的式子表示）____________
_______________________________________。
23．有兩只密閉容器A和B。A容器有一個可以移動的活塞能使容器內保持恒壓，B容器能保持恒容。起始時向這兩個容器中分別充入等物質的量的體積比為2∶1的SO2和O2的混合氣體，并使A和B容積相等（如下圖所示）。在保持2SO3。試填寫下列空格：
（1）A容器達到平衡時所需的時間比B容器__________；平衡時A容器中SO2的轉化率比B容器_______；
（2）達到（1）所述平衡后，若向兩容器中通入數量不多的等物質的量的氬氣，A容器中化學平衡_________移動，B容器中化學平衡__________；
（3）達到（1）所述平衡后，若向兩容器中通入等物質的量的原反應氣體，達到平衡時，A容器的混合氣體中SO3的體積分數_________（填“增大”、“減小”或“不變”，下同）；B容器的混合氣體中SO3的體積分數_________。
【答案】
1．D 2．D 3．C 4．A 5．B 6．BC 7．BD 8．CD 9．C 10．AC 11．A 12．CD
13．B 14．B 15．C 16．BD 17．A
18．乙<丙<甲<�。ㄌ崾荆簻囟仍礁撸瘜W反應速率越快）。
19．
；
；
。
20．3mol?L-1～13mol?L-1；不變；增大。
21．（1）x＋y>z；（2）逆反應方向；（3）固態或液態；（4）放熱。
22．（1）2；（2）0.25，1.5；（3）
；
。
23．（1）短；大；（2）向逆反應方向；不移動；（3）不變；增大。
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