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第一单元 化学反应速率与反应限度
第2课时 化学反应的限度
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
课标定位
素养阐释
1.能从宏观和微观角度认识可逆反应,并结合实例体会可逆反应的限度。
2.能说出化学平衡状态的含义和特征,会判断可逆反应的平衡状态,发展变化观念与平衡思想的学科核心素养。
3.能运用动态平衡的观点看待和分析化学变化。体会从限度和速率两个方面认识和调控化学反应的重要性,认识控制反应条件在生产和科学研究中的应用,发展认识化学反应的基本角度。
自主预习·新知导学
一、可逆反应
1.实例。
(1)Cl2与H2O的反应。
②溶液中微粒:
“三分子”—— H2O、Cl2、HClO ;
“四离子”—— H+、Cl-、ClO-、OH- 。
③反应特点:Cl2与H2O发生的反应不能(填“能”或“不能”)进行到底。
(2)醋酸是一种 弱 酸,在0.1 mol·L-1醋酸的水溶液中,大约只有1%的醋酸分子电离成 H+ 和 CH3COO- ,绝大多数仍以CH3COOH 的形式存在。该电离过程是一个可逆过程,醋酸的电离方程式可表示为 CH3COOH H++CH3COO- 。
(3)Fe3+具有强氧化性,能将I-氧化成I2,FeCl3溶液与KI溶液反应的离子方程式是 2Fe3++2I-══2Fe2++I2 。过量I-能否将Fe3+还原完全 实验探究如下。
2.可逆反应。
(1)定义:在同一条件下,既能向正反应方向进行,又能向逆反应方向进行的化学反应。
(2)特点:在一定条件下,可逆反应有一定的限度,反应物不能完全转化为生成物。
(3)表示方法:化学方程式用 连接,如SO2+H2O H2SO3。
提示:不属于可逆反应,因为两个反应的反应条件不相同。
【自主思考2】 在一密闭容器中通入2 mol SO2和1 mol O2,一定条件下,经足够长的时间,最终能否得到2 mol SO3
提示:不能,该反应是可逆反应,反应不能完全进行到底,生成SO3的物质的量小于2 mol。
二、化学反应限度
1.化学反应的限度。
可逆反应在同一条件下既可以向正反应方向进行,同时又可以向逆反应方向进行,反应物不能完全转化为生成物,即可逆反应有一定的限度。
2.化学平衡的建立。
(3)反应平衡时,c(反应物)、c(生成物)均不变,v(正反应) = v(逆反应)。
【自主思考3】 可逆反应在一定条件下达到平衡状态后,反应是否停止了
提示:没有停止,反应仍在进行,化学平衡状态是动态平衡,达到平衡后,正、逆反应速率相等但不等于0。
3.化学平衡的概念。
可逆反应在一定条件下进行到一定程度时,正反应速率和逆反应速率相等,反应物和生成物的浓度不再变化的状态。
【自主思考4】 在密闭容器中进行反应2SO2+O2 2SO3,当SO2、O2、SO3的浓度之比为2∶1∶2时,能否说明该反应达到化学平衡状态
提示:不能,因为不能说明各组分的浓度一定不变,也不能说明该反应的正、逆反应速率相等。
【效果自测】
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(2)通过改变反应条件,可逆反应中反应物可完全转化为生成物。( )
(4)化学反应达到限度时,正、逆反应速率相等。( )
×
×
×
√
(5)可逆反应达到平衡后,正反应和逆反应都停止。( )
(6)若将1 mol N2与3 mol H2充入密闭容器中充分反应,最终生成2 mol NH3。( )
×
×
2.对化学反应限度的叙述中错误的是( )。
A.任何可逆反应在给定条件下都有一定的限度
B.化学反应达到限度时,反应物的浓度和生成物的浓度不再改变
C.化学反应的限度与时间的长短无关
D.化学反应的限度是不可改变的
答案:D
解析:改变外界条件可以使得旧平衡被破坏,从而达到新的平衡,在该过程中化学反应的限度将改变。
3.CO与H2在一定条件下可以合成乙醇:2CO(气体)+4H2(气体) CH3CH2OH(气体)+H2O(气体),下列叙述中能说明上述反应在一定条件下已达到最大限度的是( )。
A.CO全部转化为乙醇
B.正反应和逆反应的化学反应速率均为0
C.CO和H2以1∶2的物质的量之比反应生成乙醇
D.反应体系中乙醇的物质的量浓度不再变化
答案:D
解析:可逆反应达到最大限度即达到化学平衡,对于可逆反应,反应不可能进行到底,A项错误;化学平衡为动态平衡,达到平衡时正、逆反应速率相等且不为0,B项错误;C项不能说明正、逆反应速率相等,错误;当体系中乙醇的浓度不再改变时,反应达到平衡,D项正确。
合作探究·释疑解惑
探究任务
探究任务 化学平衡状态的判断方法
问题引领
将一定量纯净的氨基甲酸铵(NH2COONH4)固体置于特制的密闭真空容器中(假设容器容积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:NH2COONH4(固体) 2NH3(气体)+CO2(气体)。
1.密闭容器中总压强不变,能说明该反应达到平衡状态吗
提示:能。反应正向进行则压强增大,总压强不变时,说明反应达到平衡状态。
2.密闭容器中混合气体的密度不变,能说明反应达到平衡状态吗
提示:能。恒容条件下,混合气体的密度ρ= ,反应正向进行时,m(气)增大,V(容器)不变,气体的密度增大。因此密度不变,说明m(气)不变,反应达到平衡状态。
3.容器内NH3与CO2分子数之比为2∶1,能表明反应达到化学平衡状态吗
提示:不能。任意时刻,NH3与CO2的分子数之比始终为2∶1。
4.混合气体的平均相对分子质量不变能证明反应达到平衡吗
提示:不能。因为混合气体中NH3与CO2的体积比始终为2∶1,故混合气体的平均相对分子质量始终不变。
归纳提升
1.可逆反应必须在一定的外界条件下(如温度、浓度、压强等)才能建立化学平衡。相同条件下(如温度、浓度、压强等),可逆反应无论是从正反应方向开始,还是从逆反应方向开始,最终达到的平衡状态是相同的,即“殊途同归”。
2.化学平衡的特征。
3.化学平衡状态的两种判断方法——正逆相等、变量不变。
4.理解化学平衡状态判断的两种依据。
(1)直接依据。
(2)间接依据。
对于有气体参加的反应:
①恒温恒容条件下,当气体的总压强、总物质的量保持不变时,若是等气体体积的反应,则反应不一定达到化学平衡状态;若是不等气体体积的反应,则反应达到化学平衡状态。
③如果平衡体系中的物质有颜色,则平衡体系的颜色不变时,反应达到化学平衡状态。
④根据化学键的断裂与形成判断反应是否达到化学平衡状态。
规避两个易失分点。
化学平衡状态判断“三关注”。
(1)关注反应条件,是在恒温恒容、恒温恒压,还是在绝热恒容条件下;
(2)关注反应特点,是等体积反应,还是非等体积反应;
(3)关注特殊情况,是否有固体参加或生成。
典型例题
【例题】 (2022浙江金华高一检测)甲烷消除NO2的污染原理为CH4(气体)+2NO2(气体) N2(气体)+CO2(气体)+ 2H2O(气体)。在一定温度下,向恒容密闭容器中充入一定量的CH4和NO2进行上述反应。
下列表述能用来判断该反应达到化学平衡状态的是( )。
A.v正(CH4)=2v逆(NO2)
B.容器中混合气体的密度不再变化
C.容器中混合气体的平均相对分子质量不再发生变化
D.单位时间内,消耗1 mol CH4同时生成1 mol CO2
答案:C
解析:v正(CH4)=2v逆(NO2)不满足化学计量数关系,说明没有达到化学平衡状态,故A项不符合题意;该反应前后都是气体,气体总质量、容器容积始终不变,则混合气体的密度始终不变,为定值,因此不能根据混合气体的密度判断化学平衡状态,故B项不符合题意;该反应正向是气体体积增大的反应,气体的平均相对分子质量为变量,当容器中混合气体的平均相对分子质量不再发生变化时,表明正逆反应速率相等,达到化学平衡状态,故C项符合题意;单位时间内,消耗1 mol CH4同时生成1 mol CO2,表示的都是正反应速率,无法判断反应是否达到化学平衡状态,故D项不符合题意。
(1)利用v正=v逆≠0判断平衡状态时注意:反应速率必须是一正一逆,不能都是v正或都是v逆。
(2)利用“变量”与“不变量”来判断化学平衡状态。
①选变量。
选定反应中“变量”,即随反应进行变化的量,当变量不再变化时,反应已达平衡。
②常见的变量。
a.气体的颜色;b.对于气体物质的量有变化的反应来说,恒压反应时的体积、恒容反应时的压强;c.对于反应体系中全部为气体,且气体物质的量有变化的反应来说,混合气体的平均相对分子质量;d.对于反应体系中不全部为气体的反应来说,恒容时混合气体的密度等。
③在利用 、ρ、n(总)、p(总)判断时要注意反应特点和容器的容积变化。
【变式训练】 在一定温度下的恒容密闭容器中,当下列物理量不再发生变化时:①混合气体的压强,②混合气体的密度,③混合气体的总物质的量,④混合气体的平均相对分子质量,⑤混合气体的颜色,⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比,⑦某种气体的百分含量。
(1)能说明2SO2(气体)+O2(气体) 2SO3(气体)达到平衡状态的是 。
(2)能说明I2(气体)+H2(气体) 2HI(气体)达到平衡状态的是 。
答案:(1)①③④⑦ (2)⑤⑦ (3)①③④⑤⑦ (4)①②③④⑦ (5)②④⑦
课 堂 小 结第2课时 化学反应的限度
基础巩固
1.假设某化学反应的反应过程如图所示,观察分析,符合图中变化的化学反应为( )。
A.A2+3B22AB3
B.2AB2+B22AB3
C.2A2B+5B24AB3
D.2AB2+B22AB3
2.现向一密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2,在一定条件下发生反应N2+3H22NH3。下列有关说法正确的是( )。
A.达到化学平衡时,正反应和逆反应的速率都为0
B.达到化学平衡时,N2、H2和NH3的物质的量浓度不再变化
C.达到化学平衡时,N2将完全转化为NH3
D.达到化学平衡时,N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等
3.化学反应2SO2(气体)+O2(气体)2SO3(气体)在硫酸工业中有重要应用。关于该反应的叙述正确的是( )。
A.无限延长化学反应的时间能改变化学反应的限度
B.SO2、O2、SO3的物质的量之比为2∶1∶2时达到平衡状态
C.该反应达到化学平衡状态时,正反应速率和逆反应速率相等且等于零
D.若开始加入SO2和18O2,达到化学平衡时18O存在于三种物质中
4.在5 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液中滴加0.1 mol·L-1 FeCl3溶液5~6滴后,再进行下列实验,其中可证明FeCl3溶液与KI溶液的反应是可逆反应的实验是( )。
A.再滴加AgNO3溶液,观察是否有AgI沉淀产生
B.加入CCl4振荡后,观察下层液体颜色
C.加入CCl4振荡后,取上层清液,滴加AgNO3溶液,观察是否有AgCl沉淀产生
D.加入CCl4振荡后,取上层清液,滴加KSCN溶液,观察是否出现红色
5.可逆反应H2(气体)+I2(气体)2HI(气体)达到平衡的标志是( )。
A.混合气体的颜色不再改变
B.v(H2)∶v(I2)∶v(HI)=1∶1∶2
C.混合气体的密度保持不变
D.H2、I2、HI的分子个数比为1∶1∶2
6.某温度下,将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生反应:NO2(气体)+SO2(气体)SO3(气体)+NO(气体),下列不能说明反应达到平衡状态的是( )。
A.体系中气体的平均相对分子质量保持不变
B.SO2和NO的体积分数保持不变
C.每消耗1 mol SO3的同时消耗1 mol NO2
D.v正(NO2)=v逆(SO3)
7.一定条件下,可逆反应2AB+3C在四种状态中处于平衡状态的是( )。
选项 正反应速率 逆反应速率
A v(A)=2 mol·L-1·min-1 v(B)=2 mol·L-1·min-1
B v(A)=2 mol·L-1·min-1 v(C)=2 mol·L-1·min-1
C v(A)=1 mol·L-1·min-1 v(B)=2 mol·L-1·min-1
D v(A)=1 mol·L-1·min-1 v(C)=1.5 mol·L-1·min-1
8.在某一容积为5 L的密闭容器内,加入0.2 mol的CO和0.2 mol的H2O,在催化剂存在的条件下加热,发生如下反应:CO(气体)+H2O(气体)CO2(气体)+H2(气体),反应中CO2的浓度随时间变化情况如图所示。据此回答下列问题。
(1)根据图中数据,反应开始至达到平衡时,CO的反应速率为 ;反应达到平衡时,c(H2)= 。
(2)判断该反应达到平衡的依据是 。
①CO减少的化学反应速率和CO2减少的化学反应速率相等
②CO、H2O、CO2、H2的浓度都相等
③CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化
④正、逆反应速率都为0
9.在一定条件下,气体A与气体B反应生成气体C。反应过程中,反应物与生成物的浓度随时间变化的曲线如图。回答下列问题。
(1)该反应的化学方程式为 。
(2)0~t1 s内A的反应速率为 。
(3)反应后与反应前的压强之比为 。
(4)(t1+10) s时,A气体的体积分数为 ,此时v正(A) (填“>”“<”或“=”)v逆(B)。
(5)下列关于该反应的说法正确的是 。
a.到达t1 s时反应已停止
b.在t1 s之前,B气体的消耗速率大于它的生成速率
c.在t1 s时,C气体的正反应速率等于逆反应速率
10.在一个容积为2 L的恒容密闭容器中,800 ℃时发生反应2NO(气体)+O2(气体)2NO2(气体),体系中n(NO)随时间的变化如下表。
时间/s 0 1 2 3 4 5
0.020 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007
(1)如图所示,表示NO2变化曲线的是 。
(2)用O2表示0~2 s内该反应的平均速率v(O2)= 。
(3)能说明该反应已达到平衡状态的是 。
A.v(NO2)=2v(O2)
B.容器内压强保持不变
C.v逆(NO)=2v正(O2)
D.容器内密度保持不变
能力提升
1.在恒温、恒容下,当反应容器内总压强不随时间变化时,下列可逆反应一定达到平衡的是( )。
A.3M(气体)+2N(气体)P(气体)+4Q(气体)
B.M(气体)+2N(气体)3P(气体)+Q(固体)
C.M(气体)+N(气体)P(气体)
D.以上都达到平衡
2.一定条件下,对于可逆反应X(气体)+3Y(气体)2Z(气体),若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为0),达到平衡时,X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.08 mol·L-1,则下列判断正确的是( )。
A.c1∶c2=3∶1
B.平衡时,Y和Z的生成速率之比为2∶3
C.反应消耗的X和Y的物质的量相等
D.c1的取值范围为0
甲:C(固体)+H2O(气体)CO(气体)+H2(气体);
乙:CO(气体)+H2O(气体)CO2(气体)+H2(气体)。
现有下列状态。
①混合气体的平均相对分子质量不再改变
②恒温时,气体压强不再改变
③各气体浓度相等
④断裂H—O键速率是断裂H—H键速率的2倍
⑤混合气体密度不变
⑥单位时间内,消耗水蒸气的质量与生成氢气的质量比为9∶1
其中能说明甲、乙容器中的反应均达到化学平衡状态的是( )。
A.①②④ B.③⑤
C.⑤⑥ D.④
4.将气体A、B置于固定容积为2 L的密闭容器中,发生如下反应。
3A(气体)+B(气体)2C(气体)+2D(气体)
反应进行到10 s末达到平衡状态,测得A的物质的量为1.8 mol,B的物质的量为0.6 mol,C的物质的量为0.8 mol。回答下列问题。
(1)用C表示10 s内该反应的化学反应速率: 。
(2)反应前A的物质的量浓度是 。
(3)平衡时容器内D的浓度为 。
(4)若改变下列条件,生成D的速率如何变化(用“增大”“减小”或“不变”填空)。
编号 改变的条件 生成D的速率
① 降低温度
② 增大A的浓度
第2课时 化学反应的限度
基础巩固
1.假设某化学反应的反应过程如图所示,观察分析,符合图中变化的化学反应为( )。
A.A2+3B22AB3
B.2AB2+B22AB3
C.2A2B+5B24AB3
D.2AB2+B22AB3
答案:D
解析:由图可知反应物用AB2、B2表示,生成物用AB3表示,反应后反应物与生成物共存,说明反应不能进行到底,为可逆反应,结合反应前后原子守恒可知化学方程式为2AB2+B22AB3。
2.现向一密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2,在一定条件下发生反应N2+3H22NH3。下列有关说法正确的是( )。
A.达到化学平衡时,正反应和逆反应的速率都为0
B.达到化学平衡时,N2、H2和NH3的物质的量浓度不再变化
C.达到化学平衡时,N2将完全转化为NH3
D.达到化学平衡时,N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等
答案:B
解析:A项,达到化学平衡时,正反应和逆反应的速率相等,但都不为0,错误;B项,达到化学平衡时,N2、H2和NH3的物质的量浓度不再发生变化,正确;C项,达到化学平衡时,N2不能完全转化为NH3,错误;D项,达到化学平衡时,N2、H2和NH3的物质的量浓度不再发生变化,但不一定相等,错误。
3.化学反应2SO2(气体)+O2(气体)2SO3(气体)在硫酸工业中有重要应用。关于该反应的叙述正确的是( )。
A.无限延长化学反应的时间能改变化学反应的限度
B.SO2、O2、SO3的物质的量之比为2∶1∶2时达到平衡状态
C.该反应达到化学平衡状态时,正反应速率和逆反应速率相等且等于零
D.若开始加入SO2和18O2,达到化学平衡时18O存在于三种物质中
答案:D
解析:达到化学反应的限度后,延长反应时间无法改变化学反应的限度,A项错误;SO2、O2、SO3的物质的量不再发生改变时,达到平衡状态,B项错误;该反应达到化学平衡状态时,正反应速率和逆反应速率相等,化学平衡为动态平衡,化学反应速率不为零,C项错误;若开始加入SO2和18O2,根据可逆反应的特点可知平衡时18O存在于三种物质中,D项正确。
4.在5 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液中滴加0.1 mol·L-1 FeCl3溶液5~6滴后,再进行下列实验,其中可证明FeCl3溶液与KI溶液的反应是可逆反应的实验是( )。
A.再滴加AgNO3溶液,观察是否有AgI沉淀产生
B.加入CCl4振荡后,观察下层液体颜色
C.加入CCl4振荡后,取上层清液,滴加AgNO3溶液,观察是否有AgCl沉淀产生
D.加入CCl4振荡后,取上层清液,滴加KSCN溶液,观察是否出现红色
答案:D
解析:KI溶液与FeCl3溶液反应的离子方程式为2Fe3++2I-2Fe2++I2,根据题目条件可知KI溶液过量,所以要证明该反应为可逆反应,只需证明有Fe3+存在即可,可以用KSCN溶液检验。
5.可逆反应H2(气体)+I2(气体)2HI(气体)达到平衡的标志是( )。
A.混合气体的颜色不再改变
B.v(H2)∶v(I2)∶v(HI)=1∶1∶2
C.混合气体的密度保持不变
D.H2、I2、HI的分子个数比为1∶1∶2
答案:A
解析:A项,HI为无色气体,碘蒸气为紫红色气体,当混合气体的颜色不再变化时,c(I2)不变,反应达到化学平衡状态,正确;B项,未指明速率所表示的反应方向,反应不一定达到化学平衡状态,错误;C项,该反应前后气体的体积不变,在密闭容器中气体的质量不变,气体的密度一直不变,则混合气体的密度不变不一定达到化学平衡状态,错误;D项,当可逆反应达到平衡时,容器内物质H2、I2和HI的分子个数比为1∶1∶2时,浓度可能仍会变化,不一定达到化学平衡状态,错误。
6.某温度下,将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生反应:NO2(气体)+SO2(气体)SO3(气体)+NO(气体),下列不能说明反应达到平衡状态的是( )。
A.体系中气体的平均相对分子质量保持不变
B.SO2和NO的体积分数保持不变
C.每消耗1 mol SO3的同时消耗1 mol NO2
D.v正(NO2)=v逆(SO3)
答案:A
解析:A项,由于该反应为气体体积不变的反应,因此气体总物质的量不变,又因为反应前后都是气体,因此气体总质量不变,根据M=知,气体的平均相对分子质量始终不变,不能判断反应达到平衡状态;B项,SO2和NO的体积分数保持不变,说明各物质的量保持不变,能说明反应达到平衡状态;C项,每消耗1molSO3的同时生成1molNO2,此时正反应速率=逆反应速率,能说明反应达到平衡状态;D项,正、逆反应速率相等,能说明反应达到平衡状态。
7.一定条件下,可逆反应2AB+3C在四种状态中处于平衡状态的是( )。
选项 正反应速率 逆反应速率
A v(A)=2 mol·L-1·min-1 v(B)=2 mol·L-1·min-1
B v(A)=2 mol·L-1·min-1 v(C)=2 mol·L-1·min-1
C v(A)=1 mol·L-1·min-1 v(B)=2 mol·L-1·min-1
D v(A)=1 mol·L-1·min-1 v(C)=1.5 mol·L-1·min-1
答案:D
解析:利用A物质的正反应速率,通过化学方程式中的化学计量数进行计算,可求得B或C的正反应速率。正反应速率和逆反应速率相等时,化学反应达到平衡状态。A项,正反应v(A)=2mol·L-1·min-1,则逆反应v(B)=1mol·L-1·min-1时平衡;B项,正反应v(A)=2mol·L-1·min-1,则逆反应v(C)=3mol·L-1·min-1时平衡;C项,正反应v(A)=1mol·L-1·min-1,则逆反应v(B)=0.5mol·L-1·min-1时平衡。
8.在某一容积为5 L的密闭容器内,加入0.2 mol的CO和0.2 mol的H2O,在催化剂存在的条件下加热,发生如下反应:CO(气体)+H2O(气体)CO2(气体)+H2(气体),反应中CO2的浓度随时间变化情况如图所示。据此回答下列问题。
(1)根据图中数据,反应开始至达到平衡时,CO的反应速率为 ;反应达到平衡时,c(H2)= 。
(2)判断该反应达到平衡的依据是 。
①CO减少的化学反应速率和CO2减少的化学反应速率相等
②CO、H2O、CO2、H2的浓度都相等
③CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化
④正、逆反应速率都为0
答案:(1)0.003 mol·L-1·min-1 0.03 mol·L-1
(2)①③
解析:(1)由图可知10min时达到平衡,所以v(CO)=v(CO2)==0.003mol·L-1·min-1。方程式中的化学计量数之比=反应时转化的浓度之比,所以c(H2)=c(CO2)=0.03mol·L-1。
9.在一定条件下,气体A与气体B反应生成气体C。反应过程中,反应物与生成物的浓度随时间变化的曲线如图。回答下列问题。
(1)该反应的化学方程式为 。
(2)0~t1 s内A的反应速率为 。
(3)反应后与反应前的压强之比为 。
(4)(t1+10) s时,A气体的体积分数为 ,此时v正(A) (填“>”“<”或“=”)v逆(B)。
(5)下列关于该反应的说法正确的是 。
a.到达t1 s时反应已停止
b.在t1 s之前,B气体的消耗速率大于它的生成速率
c.在t1 s时,C气体的正反应速率等于逆反应速率
答案:(1)3A+B2C
(2) mol·L-1·s-1
(3)9∶13
(4)22.2% >
(5)bc
解析:(1)从0到t1s时,Δc(A)=0.8mol·L-1-0.2mol·L-1=0.6mol·L-1,Δc(B)=0.5mol·L-1-0.3mol·L-1=0.2mol·L-1,Δc(C)=0.4mol·L-1,三者之比为Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)=0.6mol·L-1∶0.2mol·L-1∶0.4mol·L-1=3∶1∶2,反应后三种物质共存,说明该反应为可逆反应,所以化学方程式为3A+B2C。
(2)0~t1s内A的反应速率为mol·L-1·s-1。
(3)相同条件下,压强之比等于气体的物质的量之比,反应前气体的总物质的量为1.3mol,反应后气体的总物质的量为0.9mol,故反应后与反应前的压强之比为9∶13。
(4)A气体的体积分数为≈22.2%;在t1~(t1+10)s反应处于平衡状态,v正(A)=3v逆(B),故v正(A)>v逆(B)。
(5)a项,可逆反应不可能停止,错误;b项,在t1s之前,反应未达平衡,仍然向正反应方向进行,故B气体的消耗速率大于它的生成速率,正确;c项,在t1s时,反应达到平衡,故C气体的正反应速率等于逆反应速率,正确。
10.在一个容积为2 L的恒容密闭容器中,800 ℃时发生反应2NO(气体)+O2(气体)2NO2(气体),体系中n(NO)随时间的变化如下表。
时间/s 0 1 2 3 4 5
0.020 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007
(1)如图所示,表示NO2变化曲线的是 。
(2)用O2表示0~2 s内该反应的平均速率v(O2)= 。
(3)能说明该反应已达到平衡状态的是 。
A.v(NO2)=2v(O2)
B.容器内压强保持不变
C.v逆(NO)=2v正(O2)
D.容器内密度保持不变
答案:(1)b
(2)0.001 5 mol·L-1·s-1
(3)BC
解析:(1)由平衡体系2NO(气体)+O2(气体)2NO2(气体)知,NO2为生成物,n(NO2)=Δn(NO)=0.020mol-0.007mol=0.013mol,c(NO2)==0.0065mol·L-1,故表示NO2变化的曲线为b。
(2)0~2s内参加反应的NO的物质的量为0.020mol-0.008mol=0.012mol,参加反应的O2的物质的量为0.006mol,v(O2)==0.0015mol·L-1·s-1。
(3)A项中未指明正、逆反应速率,无法说明该反应是否达到平衡状态;该反应前后气体物质的量不相等,当容器内压强保持不变时,说明该反应已达到平衡状态,B项正确;C项中正、逆反应速率相等,说明该反应已达到平衡状态;气体总质量不变,气体总体积不变,无论该反应是否达到平衡,容器内密度始终保持不变,D项无法说明该反应是否达到平衡状态。
能力提升
1.在恒温、恒容下,当反应容器内总压强不随时间变化时,下列可逆反应一定达到平衡的是( )。
A.3M(气体)+2N(气体)P(气体)+4Q(气体)
B.M(气体)+2N(气体)3P(气体)+Q(固体)
C.M(气体)+N(气体)P(气体)
D.以上都达到平衡
答案:C
解析:A、B项,所给反应是反应前后气体物质的量相等的反应,反应容器内总压强不随时间变化,因此容器内总压强不变,不能确定反应处于平衡状态,错误;C项,所给反应是反应前后气体物质的量不相等的反应,若反应容器内总压强不随时间变化,此时气体的总物质的量不变,可以确定反应处于平衡状态,正确。
2.一定条件下,对于可逆反应X(气体)+3Y(气体)2Z(气体),若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为0),达到平衡时,X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.08 mol·L-1,则下列判断正确的是( )。
A.c1∶c2=3∶1
B.平衡时,Y和Z的生成速率之比为2∶3
C.反应消耗的X和Y的物质的量相等
D.c1的取值范围为0
解析:X、Y平衡浓度之比为1∶3,转化浓度之比亦为1∶3,故c1∶c2=1∶3,反应消耗的X和Y的物质的量不相等,A、C两项不正确;平衡时v生成(Y)表示逆反应速率,v生成(Z)表示正反应速率,v生成(Y)∶v生成(Z)应为3∶2,B项不正确;由可逆反应的特点可知0
甲:C(固体)+H2O(气体)CO(气体)+H2(气体);
乙:CO(气体)+H2O(气体)CO2(气体)+H2(气体)。
现有下列状态。
①混合气体的平均相对分子质量不再改变
②恒温时,气体压强不再改变
③各气体浓度相等
④断裂H—O键速率是断裂H—H键速率的2倍
⑤混合气体密度不变
⑥单位时间内,消耗水蒸气的质量与生成氢气的质量比为9∶1
其中能说明甲、乙容器中的反应均达到化学平衡状态的是( )。
A.①②④ B.③⑤
C.⑤⑥ D.④
答案:D
解析:①乙反应前后气体的物质的量不变,无论是否达到平衡状态,混合气体的平均相对分子质量都不改变,不合题意;②乙反应前后气体的物质的量不变,恒温时,无论是否达到平衡状态,气体压强都不改变,不合题意;③各气体浓度相等,反应不一定达到平衡状态,不合题意;④断裂H—O键速率是断裂H—H键速率的2倍,可说明正、逆反应速率相等,反应达到化学平衡状态,符合题意;⑤乙反应是全部由气体参加的反应,无论反应是否达到化学平衡状态,混合气体的密度都不变,不合题意;⑥单位时间内,消耗水蒸气的质量与生成氢气的质量比为9∶1,描述的是正反应速率之间的关系,不能说明反应达到化学平衡状态,不合题意。综上分析可知,④能够说明甲、乙容器中的反应均达到化学平衡状态。
4.将气体A、B置于固定容积为2 L的密闭容器中,发生如下反应。
3A(气体)+B(气体)2C(气体)+2D(气体)
反应进行到10 s末达到平衡状态,测得A的物质的量为1.8 mol,B的物质的量为0.6 mol,C的物质的量为0.8 mol。回答下列问题。
(1)用C表示10 s内该反应的化学反应速率: 。
(2)反应前A的物质的量浓度是 。
(3)平衡时容器内D的浓度为 。
(4)若改变下列条件,生成D的速率如何变化(用“增大”“减小”或“不变”填空)。
编号 改变的条件 生成D的速率
① 降低温度
② 增大A的浓度
答案:(1)0.04 mol·L-1·s-1
(2)1.5 mol·L-1 (3)0.4 mol·L-1
(4)①减小 ②增大
解析:(1)v(C)==0.04mol·L-1·s-1。
(2)根据3A(气体)+B(气体)2C(气体)+2D(气体),生成0.8molC,则消耗A的物质的量为0.8mol×=1.2mol,平衡时A的物质的量为1.8mol,则反应前A的物质的量为1.2mol+1.8mol=3mol,浓度是=1.5mol·L-1。
(3)根据化学方程式可知,平衡时D的物质的量与C的物质的量相等,均为0.8mol,D的浓度为=0.4mol·L-1。
(4)由反应3A(气体)+B(气体)2C(气体)+2D(气体)可知:
①降低温度,反应速率减小;
②增大A的浓度,反应速率增大。(共61张PPT)
第一单元 化学反应速率与反应限度
第1课时 化学反应速率
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
课标定位
素养阐释
1.能说出化学反应速率的定义及影响因素,学会运用控制变量方法研究影响化学反应速率的因素,初步建立变化观念与平衡思想。
2.能从定量角度衡量化学反应进行快慢的表示方法并能进行简单计算。认识化学反应速率在生产、生活中的重要作用。
3.能从微观角度说出温度和压强对化学反应速率的影响,发展宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。
自主预习·新知导学
一、化学反应速率及其表示方法
1.化学反应速率。
【自主思考1】 对于反应C(固体)+H2O(气体) CO(气体) +H2(气体),能否用C和H2O来表示该反应的化学反应速率
提示:该反应的化学反应速率不能用C(固体)表示,可以用H2O(气体)表示,固体或纯液体的浓度可视为常数,因此不用固体或纯液体表示化学反应速率。若参与反应时水为气体,可以用来表示反应速率;若水为溶剂,则不能用水表示反应速率。
2.实例。
(1)在一定条件下,某过氧化氢溶液放置100 min后,H2O2的浓度从5×10-2 mol·L-1下降到4×10-2 mol·L-1,则在这100 min中, Δc(H2O2)= 1×10-2 mol·L-1 ,v(H2O2)=1×10-4 mol·L-1·min-1。
(2)在一个容积为2 L的恒容密闭容器中发生反应2SO2+O2
2SO3,经过5 s后,测得SO3的物质的量为0.8 mol。填写下表。
【自主思考2】 对同一化学反应,在相同的时间内,用不同的物质来表示其化学反应速率时,数值之间有什么关系
提示:对同一化学反应,在相同的时间内,用不同的物质来表示的化学反应速率,化学反应速率之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。
二、影响化学反应速率的因素
1.内因(主要因素)。
化学反应速率会受到反应物自身性质的影响。
2.外因。
(1)实验探究。
①催化剂对化学反应速率影响的探究。
②温度对化学反应速率影响的探究。
【自主思考3】 人们为什么用电冰箱储存食物
提示:温度越低,食物变质越慢。这也是温度对化学反应速率的影响在生活中的应用。
③浓度对化学反应速率影响的探究。
④固体表面积对化学反应速率影响的探究。
【自主思考4】 实验室通常要将两种块状或颗粒状的固体药品研细,并混匀后再进行反应,原因是什么
提示:固体药品研得越细,其表面积越大,混匀后反应物之间接触面积也越大,反应就越迅速、充分。
(2)结论。
一般来说,其他条件相同时,加入催化剂可以显著地增大反应速率;反应的温度越高,反应速率越大;反应物的浓度越大,反应速率越大;对于有气体参加的反应,反应体系的压强越大,反应速率越大;增大反应物的接触面积,能增大反应速率。此外,光照等条件对化学反应速率也有一定影响。人们可以通过这些因素来调控化学反应速率。
3.控制变量法。
受多种因素影响的问题往往比较复杂。科学家为简化对这类问题的研究,每次只改变其中的一个因素,而控制其余几个因素不变,研究被改变的因素对事物发展的影响。这样,就将多因素问题拆解为多个单因素问题分别开展研究,化繁为简,再进行综合分析,最后得出结论。这种方法称为控制变量法。
例如,化学反应速率受反应物浓度(或气体压强)、温度、催化剂、反应物的表面积等多种因素的影响。研究者在其他条件不变的情况下,分次改变其中一个因素进行实验,即可分别得出浓度、温度、催化剂、反应物的表面积等条件对化学反应速率影响的结论。
【效果自测】
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)化学反应速率表示一定时间内任何一种反应物量的减少或生成物量的增加。( )
(2)对于任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显。( )
(3)化学反应速率为0.8 mol·L-1·s-1是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L-1。( )
×
×
×
(4)同一反应用不同物质表示的化学反应速率可能不同,它们表示的意义也不同。( )
(5)Na、Mg、Al的金属性决定了它们的单质与水反应的速率大小。( )
(6)改变压强,化学反应速率必然改变。( )
(7)用铁与硫酸反应制取氢气时,硫酸浓度越大,生成氢气的速率越大。( )
(8)100 mL 1 mol·L-1的盐酸与锌片反应,加入适量的氯化钠溶液,反应速率不变。( )
×
√
×
×
×
2.在2 L密闭容器中,发生以下反应:2A+B══2C+D。若最初加入的气体A和气体B都是4 mol,在前10 s内A的平均反应速率为0.12 mol·L-1·s-1,则10 s时,容器中A的物质的量是( )。
A.1.6 mol B.2.8 mol
C.2.4 mol D.1.2 mol
答案:A
解析:根据化学反应速率公式,可得Δc(A)=0.12 mol·L-1·s-1 ×10 s=1.2 mol·L-1,Δn(A)=1.2 mol·L-1×2 L=2.4 mol,故10 s时容器中A的物质的量为4 mol-2.4 mol=1.6 mol。
合作探究·释疑解惑
探究任务1
探究任务2
探究任务1 化学反应速率的计算与比较
问题引领
在2 L的密闭容器中,加入1 mol H2和3 mol I2(气体),发生反应H2+I2══2HI(气体)。在2 s末时,测得容器中含有0.4 mol HI。
H2 + I2 ══ 2HI
起始量/mol 1 3 0
变化量/mol 0.2 0.2 0.4
2 s末量/mol 1-0.2 3-0.2 0.4
1.根据上述内容,求出该反应的化学反应速率v(H2)、v(I2)、v(HI)。
2.在上述反应中,v(H2)、v(I2)、v(HI)并不完全相等,是否矛盾 有何规律 是否化学反应速率的数值越大,反应越快
提示:不矛盾。对于同一个反应来说,用不同的物质来表示该反应的速率时,其数值可能不同,但表示的意义相同。在同一个反应中,各物质的反应速率之比等于方程式中的化学计量数之比。在同一反应中比较反应速率的大小时,将不同物质表示的反应速率换算成用同一物质表示的反应速率,并换算成相同的单位,然后进行比较,数值越大,则反应速率越大。
3.若在标准状况下(此时碘为固体),在原容器中加入1 mol H2和3 mol I2,反应结束后恢复到标准状况下,此时测得容器中含有0.4 mol HI。该过程中能用碘的浓度的变化来描述该反应的反应速率吗
提示:此时碘为固体,所以不能用碘的浓度的变化来描述该反应的反应速率。
归纳提升
1.正确理解化学反应速率。
2.计算化学反应速率的两方法。
3.应用“三段式”进行化学反应速率的计算。
(1)基本步骤:
①确定反应物或生成物的起始加入量;
②确定反应过程中各物质的变化量;
③确定反应进行至某时刻时各物质的量;
④依据已知条件建立等式关系进行解答;
⑤应用化学反应速率之比=浓度变化之比=化学计量数之比进行计算。
(2)计算模式:
设A、B两种气体的起始浓度分别为a mol·L-1、b mol·L-1,反应物A的转化浓度为mx mol·L-1,B的转化浓度为nx mol·L-1,则:
mA + nB══ pC+ qD
4.化学反应速率大小的比较方法。
(1)归一法:若单位不统一,则要换算成相同的单位;若为不同物质表示的反应速率,则要换算成同一物质来表示的反应速率,然后再比较数值的大小。
(2)比值法:比较化学反应速率与化学计量数的比值,
典型例题
【例题1】 在容积为2 L的密闭容器中进行如下反应:A(气体)+2B(气体)══3C(气体)+nD(气体),开始时A为4 mol,B为6 mol,5 min末时测得C的物质的量为3 mol,D的化学反应速率v(D)=0.2 mol·L-1·min-1。请回答下列问题。
(1)5 min末A的物质的量浓度为 。
(2)前5 min内用B表示的化学反应速率v(B)为 。
(3)前5 min内A的转化率为 。(转化率是指某一反应物的转化百分率,即转化率= ×100%)
(4)化学方程式中n的值为 。
(5)此反应在四种不同情况下的反应速率分别为:
①v(A)=5 mol·L-1·min-1
②v(B)=6 mol·L-1·min-1
③v(C)=4.5 mol·L-1·min-1
④v(D)=8 mol·L-1·min-1
其中反应速率最快的是 (填编号)。
答案:(1)1.5 mol·L-1
(2)0.2 mol·L-1·min-1
(3)25%
(4)2
(5)①
解析:D表示的化学反应速率v(D)为0.2 mol·L-1·min-1,则生成D的物质的量浓度为c(D)=0.2 mol·L-1·min-1×5 min=1 mol· L-1。列出以下“三段式”。
A(气体)+ 2B(气体)══3C(气体)+ nD(气体)
(1)由上面分析可知,5 min末A的物质的量浓度为1.5 mol·L-1。
(2)前5 min内用B表示的化学反应速率
(5)为便于比较,将各物质表示的速率都转化为A物质表示的速率:①v(A)=5 mol·L-1·min-1;②v(B)=6 mol·L-1·min-1,则v(A)=3 mol·L-1·min-1;③v(C)=4.5 mol·L-1·min-1,则v(A)=1.5 mol·L-1·min-1;④v(D)=8 mol·L-1·min-1,则v(A)=4 mol·L-1·min-1。以上速率中,5 mol·L-1·min-1最大,故反应速率最快的是①。
【变式训练1】 反应A+2B C+D,在四种不同情况下的反应速率如下,其中反应进行最快的是( )。
A.v(A)=0.15 mol·L-1·min-1
B.v(B)=0.6 mol·L-1·min-1
C.v(C)=0.4 mol·L-1·min-1
D.v(D)=0.02 mol·L-1·s-1
答案:D
解析:比较不同情况下反应的快慢,可以根据同一反应中各物质表示的反应速率之比等于方程式中的化学计量数之比,将各反应速率转化为用同一物质表示,再进行比较。将选项中的速率都转化为A的速率,B选项,v(A)=0.3 mol·L-1·min-1;C选项,v(A)=0.4 mol·L-1·min-1;D选项,v(A)=1.2 mol·L-1·min-1。所以四个选项所表示的反应最快的为D选项。
探究任务2 影响化学反应速率的因素
问题引领
1.在下列事实中,什么因素影响了化学反应速率
(1)同浓度、同体积的盐酸中放入同样大小的锌块和镁块,产生气体有快有慢。
(2)硫铁矿煅烧时需粉碎成细小的矿粒。
(3)集气瓶中有H2和Cl2的混合气体,在瓶外点燃镁条时发生爆炸。
(4)熔化的KClO3放出气泡很慢,撒入少量MnO2很快产生气体。
(5)同样大小的石灰石分别在0.1 mol·L-1的盐酸和1 mol·L-1的盐酸中反应速率不同。
(6)夏天的食品易变霉,冬天就不易发生该现象。
提示:(1)反应物自身的性质 (2)反应物的接触面积 (3)光 (4)催化剂 (5)反应物的浓度 (6)反应温度
2.食品包装袋中加入的盛有还原性铁粉的小包,为什么能显著延长食品的储存时间
提示:还原性铁粉能与食品包装袋中的氧气反应,降低氧气浓度,使变质反应速率减小,从而显著延长食品的储存时间。
3.在密闭容器中,发生以下反应:A(气体)+B(气体)══C(气体)。若恒温恒容下,充入氦气,对反应速率有何影响 若恒温恒压下,充入氦气,对反应速率又有何影响
提示:
归纳提升
影响化学反应速率的外界因素。
1.浓度。
(1)只适用于有气体参加或在溶液中进行的化学反应。
(2)在一定温度下,固体或纯液态物质的浓度是一个常数,改变其用量,对化学反应速率无影响。
(3)化学反应速率与固体颗粒的大小有关,颗粒越小,表面积越大,化学反应速率越大。
2.温度。
(1)对任何化学反应都适用,且不受反应物状态的影响。
(2)升高温度都能增大化学反应速率,降低温度都能减小化学反应速率。
3.压强。
(1)压强对化学反应速率的影响,实质是通过改变浓度实现对化学反应速率的影响。
(2)由于固体或液体的体积受压强的影响很小,所以压强只影响有气体参加的化学反应的反应速率。
(3)改变压强必须引起反应物或生成物的浓度改变才能改变化学反应速率,否则,化学反应速率不变。
(4)压强改变的常见方式。
①恒温恒容:充入稀有气体→容器压强增大→各反应物的浓度不变→化学反应速率不变。
②恒温恒压:充入稀有气体→容器容积增大→各反应物的浓度减小→化学反应速率减小。
③恒温:缩小容器容积→容器压强增大→反应物浓度增大→化学反应速率增大。
④恒温恒容:充入一种反应物→增大反应物浓度→化学反应速率增大。
4.催化剂。
(1)催化剂参与化学反应,但其质量和化学性质在反应前后保持不变。
(2)催化剂只有在适宜的温度下才能最大限度地显示其催化作用,不同的催化剂所需要的适宜温度不一定相同。
(3)使用催化剂,可逆反应的正、逆反应速率增大的倍数相同。
典型例题
【例题2】 水煤气是一种绿色环保的气体燃料,与煤炭相比,水煤气的燃烧效率高。近年来研究推出了以生活垃圾热解处理后的残渣为原料生产水煤气的技术工艺,其主要反应为C(固体)+H2O(气体)══CO(气体)+H2(气体)(吸收热量)。现将一定量的C(固体)和水蒸气放在一密闭容器中进行上述反应,
下列说法错误的是( )。
A.其他条件不变,升高温度,反应速率增大
B.其他条件不变,将容器容积缩小一半,反应速率减小
C.恒容时,抽出少量水蒸气,反应速率减小
D.其他条件不变,适当增加C(固体)的质量,反应速率不变
答案:B
解析:其他条件不变,将容器容积缩小一半,则反应混合物的浓度增大,反应速率增大,B项错误;恒容时,抽出少量水蒸气,减小反应物浓度,反应速率减小,C项正确;增加固体C的质量,其浓度不变,反应速率不变,D项正确。
【例题3】 某小组利用H2C2O4溶液与酸性KMnO4溶液反应来探究“外界条件对化学反应速率的影响”。实验时,先分别量取两种溶液,然后倒入试管中迅速振荡混合均匀,开始计时,通过测定溶液褪色所需时间来判断反应的快慢。该小组设计了如下方案。
(1)探究温度对化学反应速率影响的实验是 (填编号,下同),探究反应物浓度对化学反应速率影响的实验是 。
答案:(1)②和③ ①和②
解析:(1)探究温度对化学反应速率的影响,必须满足除了温度不同,其他条件完全相同,所以满足此条件的实验编号是②和③;探究反应物浓度对化学反应速率的影响,除了浓度不同,其他条件完全相同的实验编号是①和②。
(2)25 ℃时反应速率小于50 ℃时,所以相同时间内高锰酸根离子的浓度变化比50 ℃时小,反应需要的时间大于50 ℃条件下需要的时间,据此可画出25 ℃时c( )随时间t的变化曲线。
【变式训练2】 对于密闭体系中的反应C(固体)+CO2 2CO,能使反应速率增大的措施是( )。
①通过减小容器容积增大压强 ②升高温度 ③将炭粉碎 ④通入CO2 ⑤增加少量的炭 ⑥恒容条件下通入N2
A.①②③⑥ B.①②④⑥
C.①②③④ D.⑤⑥
答案:C
解析:影响化学反应速率的因素很多,如温度、浓度、催化剂、压强、固体的表面积等,各项的详细分析如下:
课 堂 小 结第一单元 化学反应速率与反应限度
第1课时 化学反应速率
基础巩固
1.下列关于化学反应速率的说法正确的是( )。
A.化学反应速率是指单位时间内任何一种反应物物质的量浓度的减少量或任何一种生成物物质的量浓度的增加量
B.化学反应速率为0.1 mol·L-1·s-1是指1秒时某物质的浓度为0.1 mol·L-1
C.根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行的快慢
D.对于任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显
2.下列各组化学反应,反应速率最快的是( )。
选项 反应物 反应物浓度 反应温度
A H2和F2 均为0.02 mol·L-1 5 ℃
B H2和Br2 均为1 mol·L-1 200 ℃
C H2和Cl2 均为1 mol·L-1 100 ℃
D H2和N2 均为4 mol·L-1 300 ℃
3.在一定条件下,将A2和B2两种气体通入1 L密闭容器中,发生反应xA2+yB22C(气体)。测得2 s内的反应速率如下:v(A2)=0.4 mol·L-1·s-1,v(B2)=1.2 mol·L-1·s-1,v(C)=0.8 mol·L-1·s-1。则x和y的值分别为( )。
A.2和3 B.3和2
C.3和1 D.1和3
4.下列实验中,反应速率增大是由催化剂引起的是( )。
A.在炭粉中加入KClO3,点燃时燃烧更为剧烈
B.锌与稀硫酸反应中加入少量浓硫酸而使反应放出H2的速率增大
C.H2O2溶液中加入少量MnO2,可迅速放出气体
D.固体FeCl3和固体NaOH混合后,加入水能迅速产生沉淀
5.接触法制硫酸的关键一步为SO2的催化氧化,化学反应原理为2SO2+O22SO3。一定温度下,将一定量的SO2、O2置于2 L恒容反应器中进行反应,有关物质的物质的量与时间的关系如图。该反应前2 min的平均反应速率v(SO2)为( )。
A.0.1 mol·L-1·min-1
B.0.2 mol·L-1·min-1
C.0.05 mol·L-1·min-1
D.0.4 mol·L-1·min-1
6.反应N2(气体)+3H2(气体)2NH3(气体),在密闭容器中进行,下列条件中能减小化学反应速率的是(假设温度不变)( )。
A.缩小容积
B.加入催化剂
C.保持容积不变,充入氩气
D.保持压强不变,充入氩气
7.将等物质的量的A、B的混合气体充入2 L的密闭容器中,发生如下反应:3A(气体)+B(气体)xC(气体)+2D(气体),经5 min时,测得D的浓度为0.5 mol·L-1,c(A)∶c(B)=3∶5,C的平均反应速率是0.1 mol·L-1·min-1。
回答下列问题。
(1)5 min内A的平均反应速率为 mol·L-1·min-1。
(2)x= 。
(3)5 min时B的浓度为 mol·L-1。
8.根据反应4FeS2(固体)+11O2(气体)2Fe2O3(固体)+8SO2(气体),试回答下列问题。
(1)常选用哪些物质来表示该反应的化学反应速率: 。
(2)当生成SO2的速率为0.64 mol·L-1·s-1时,则氧气减少的速率为 。
(3)若测得4 s后O2的浓度为2.8 mol·L-1,此时间内SO2的生成速率为0.4 mol·L-1·s-1,则开始时氧气的浓度为 。
(4)能使化学反应速率增大的措施有 (填序号)。
①增加FeS2的物质的量
②升高反应温度
③保持容积不变,充入氦气
④保持容积不变,充入氧气
能力提升
1.(2022江苏苏州高一检测)不同条件下,用O2氧化a mol·L-1 FeCl2溶液过程中所测的实验数据如图所示。下列分析或推测不合理的是( )。
A.0~8 h内,Fe2+的氧化率随时间延长而逐渐增大
B.由曲线②和③可知,pH越大,Fe2+的氧化速率越大
C.由曲线①和③可知,温度越高,Fe2+的氧化速率越大
D.60 ℃、pH=2.5时,4 h内Fe2+的平均消耗速率大于0.15a mol·L-1·h-1(浓度变化量=初始浓度×氧化率)
2.(双选)A与B在容积为1 L的密闭容器中发生反应:aA(固体)+bB(气体)cC(气体)+dD(气体),t1、t2时刻分别测得部分数据如下表。
反应时间/min n(B)/mol n(C)/mol n(D)/mol
t1 0.12 0.06 0.10
t2 0.06 0.12 0.20
下列说法正确的是( )。
A.0~t1内,平均反应速率v(B)= mol·L-1·min-1
B.若起始时n(D)=0,则t2时刻v(D)= mol·L-1·min-1
C.升高温度,v(B)、v(C)、v(D)均增大
D.b∶d=3∶5
3.反应2SO2+O22SO3经过一段时间后,SO3的浓度增加了0.4 mol·L-1,在这段时间内用O2表示的反应速率为0.04 mol·L-1·s-1,则这段时间为( )。
A.0.1 s B.2.5 s
C.5 s D.10 s
4.把下列四种X溶液分别加入四个盛有10 mL 2 mol·L-1盐酸的烧杯中,均加水稀释到50 mL,此时,X与盐酸缓慢地进行反应。其中反应最快的是( )。
A.10 ℃ 20 mL 3 mol·L-1的X溶液
B.20 ℃ 30 mL 2 mol·L-1的X溶液
C.20 ℃ 10 mL 4 mol·L-1的X溶液
D.10 ℃ 10 mL 2 mol·L-1的X溶液
5.双氧水是常见的杀菌消毒剂,但H2O2不稳定、易分解,Fe3+、Cu2+等对其分解起催化作用,为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,某化学研究小组同学分别设计了甲、乙两种实验装置。
甲
乙
(1)若利用甲实验,可通过观察 现象,从而定性比较得出结论。有同学提出将FeCl3改为Fe2(SO4)3更为合理,其理由是 ,写出H2O2在二氧化锰催化作用下发生反应的化学方程式: 。若利用乙实验可进行定量分析,图中仪器A的名称为 ,实验时均以生成40 mL气体为标准,其他可能影响实验的因素均已忽略,实验中还需要测量的数据是 。
(2)将0.1 mol MnO2粉末加入50 mL H2O2溶液中,在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如下图所示,解释反应速率变化的原因: ,H2O2初始物质的量浓度为 (保留到小数点后两位)。
(3)为了加深同学们对影响反应速率因素的认识,老师让同学们完成如下实验:在上述实验装置的锥形瓶内加入6.5 g锌粒,通过分液漏斗加入40 mL 2.5 mol·L-1的稀硫酸,10 s时收集产生的H2的体积为44.8 mL(标准状况),用稀硫酸表示10 s内的反应速率为 mol·L-1·s-1(假设反应前后溶液的体积不变)。
第一单元 化学反应速率与反应限度
第1课时 化学反应速率
基础巩固
1.下列关于化学反应速率的说法正确的是( )。
A.化学反应速率是指单位时间内任何一种反应物物质的量浓度的减少量或任何一种生成物物质的量浓度的增加量
B.化学反应速率为0.1 mol·L-1·s-1是指1秒时某物质的浓度为0.1 mol·L-1
C.根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行的快慢
D.对于任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显
答案:C
解析:化学反应速率不能用纯液体或纯固体的变化量来表示,A项不正确;化学反应速率是一段时间内的平均反应速率而不是某一时刻的瞬时速率,B项不正确;化学反应速率是用来表示化学反应进行快慢的物理量,C项正确;有些反应,反应速率很大,但反应现象不明显,如酸碱中和反应,D项不正确。
2.下列各组化学反应,反应速率最快的是( )。
选项 反应物 反应物浓度 反应温度
A H2和F2 均为0.02 mol·L-1 5 ℃
B H2和Br2 均为1 mol·L-1 200 ℃
C H2和Cl2 均为1 mol·L-1 100 ℃
D H2和N2 均为4 mol·L-1 300 ℃
答案:A
解析:化学反应速率主要由反应物本身的性质决定,F的非金属性最强,则F2与H2反应的速率最快。
3.在一定条件下,将A2和B2两种气体通入1 L密闭容器中,发生反应xA2+yB22C(气体)。测得2 s内的反应速率如下:v(A2)=0.4 mol·L-1·s-1,v(B2)=1.2 mol·L-1·s-1,v(C)=0.8 mol·L-1·s-1。则x和y的值分别为( )。
A.2和3 B.3和2
C.3和1 D.1和3
答案:D
解析:x∶y∶2=v(A2)∶v(B2)∶v(C)=0.4∶1.2∶0.8=1∶3∶2,故x=1,y=3。
4.下列实验中,反应速率增大是由催化剂引起的是( )。
A.在炭粉中加入KClO3,点燃时燃烧更为剧烈
B.锌与稀硫酸反应中加入少量浓硫酸而使反应放出H2的速率增大
C.H2O2溶液中加入少量MnO2,可迅速放出气体
D.固体FeCl3和固体NaOH混合后,加入水能迅速产生沉淀
答案:C
解析:A项中,速率增大的原因是KClO3分解产生的O2有助燃性;B项中,增大了H2SO4的浓度;C项中,MnO2是H2O2分解的催化剂;D项中,水的加入,使固体溶解,增大了物质间的接触面积。
5.接触法制硫酸的关键一步为SO2的催化氧化,化学反应原理为2SO2+O22SO3。一定温度下,将一定量的SO2、O2置于2 L恒容反应器中进行反应,有关物质的物质的量与时间的关系如图。该反应前2 min的平均反应速率v(SO2)为( )。
A.0.1 mol·L-1·min-1
B.0.2 mol·L-1·min-1
C.0.05 mol·L-1·min-1
D.0.4 mol·L-1·min-1
答案:B
解析:v(SO2)==0.2mol·L-1·min-1。
6.反应N2(气体)+3H2(气体)2NH3(气体),在密闭容器中进行,下列条件中能减小化学反应速率的是(假设温度不变)( )。
A.缩小容积
B.加入催化剂
C.保持容积不变,充入氩气
D.保持压强不变,充入氩气
答案:D
解析:缩小容积,N2、H2、NH3的浓度都增大,反应速率增大;催化剂能显著地增大反应速率;容积不变,充入Ar,N2、H2、NH3的浓度都没有改变,故化学反应速率不变;保持压强不变,充入氩气,则容器的容积增大,N2、H2、NH3的浓度都减小,化学反应速率减小。
7.将等物质的量的A、B的混合气体充入2 L的密闭容器中,发生如下反应:3A(气体)+B(气体)xC(气体)+2D(气体),经5 min时,测得D的浓度为0.5 mol·L-1,c(A)∶c(B)=3∶5,C的平均反应速率是0.1 mol·L-1·min-1。
回答下列问题。
(1)5 min内A的平均反应速率为 mol·L-1·min-1。
(2)x= 。
(3)5 min时B的浓度为 mol·L-1。
答案:(1)0.15
(2)2
(3)1.25
解析:5min时D的浓度为0.5mol·L-1,则D的平均反应速率v(D)==0.1mol·L-1·min-1,即v(C)=v(D),由反应速率之比等于化学计量数之比可知x=2。同理可知,v(A)=v(D)=0.15mol·L-1·min-1,v(B)=v(D)=0.05mol·L-1·min-1。由此可知,在5min内A的浓度减小了0.75mol·L-1,B的浓度减小了0.25mol·L-1,假设A、B的起始浓度为y,可得,解得y=1.5mol·L-1,故5min后B的浓度为1.5mol·L-1-0.25mol·L-1=1.25mol·L-1。
8.根据反应4FeS2(固体)+11O2(气体)2Fe2O3(固体)+8SO2(气体),试回答下列问题。
(1)常选用哪些物质来表示该反应的化学反应速率: 。
(2)当生成SO2的速率为0.64 mol·L-1·s-1时,则氧气减少的速率为 。
(3)若测得4 s后O2的浓度为2.8 mol·L-1,此时间内SO2的生成速率为0.4 mol·L-1·s-1,则开始时氧气的浓度为 。
(4)能使化学反应速率增大的措施有 (填序号)。
①增加FeS2的物质的量
②升高反应温度
③保持容积不变,充入氦气
④保持容积不变,充入氧气
答案:(1)SO2或O2
(2)0.88 mol·L-1·s-1
(3)5.0 mol·L-1
(4)②④
解析:(1)一般不用固体或纯液体来表示反应速率,所以可用O2或SO2来表示该反应的反应速率。(2)不同物质表示的反应速率之比等于方程式中对应物质的化学计量数之比,所以氧气减少的速率为0.64mol·L-1·s-1×=0.88mol·L-1·s-1。(3)此时间内SO2的生成速率为0.4mol·L-1·s-1,则用O2表示的速率为0.4mol·L-1·s-1×=0.55mol·L-1·s-1,O2的变化浓度为0.55mol·L-1·s-1×4s=2.2mol·L-1,开始时O2的浓度为2.8mol·L-1+2.2mol·L-1=5.0mol·L-1。(4)增加FeS2的物质的量,不能改变其浓度,不能增大化学反应速率;保持容积不变,充入氦气,对化学反应速率无影响。
能力提升
1.(2022江苏苏州高一检测)不同条件下,用O2氧化a mol·L-1 FeCl2溶液过程中所测的实验数据如图所示。下列分析或推测不合理的是( )。
A.0~8 h内,Fe2+的氧化率随时间延长而逐渐增大
B.由曲线②和③可知,pH越大,Fe2+的氧化速率越大
C.由曲线①和③可知,温度越高,Fe2+的氧化速率越大
D.60 ℃、pH=2.5时,4 h内Fe2+的平均消耗速率大于0.15a mol·L-1·h-1(浓度变化量=初始浓度×氧化率)
答案:B
解析:由题图中曲线可知,0~8h内,随着时间的延长,Fe2+的氧化率逐渐增大,A项正确;由曲线②和③可知,当温度相同时,pH越小,Fe2+的氧化率越大,相同时间内Fe2+的氧化速率越大,B项错误;由曲线①和③可知,温度越高,Fe2+的氧化速率越大,C项正确;由曲线①和③可知,在其他条件相同的情况下,温度越高,氧化率越大,当50℃、pH=2.5时,前4h内Fe2+的平均消耗速率为=0.15amol·L-1·h-1,故当温度升高时,即60℃、pH=2.5时,4h内Fe2+的平均消耗速率大于0.15amol·L-1·h-1,D项正确。
2.(双选)A与B在容积为1 L的密闭容器中发生反应:aA(固体)+bB(气体)cC(气体)+dD(气体),t1、t2时刻分别测得部分数据如下表。
反应时间/min n(B)/mol n(C)/mol n(D)/mol
t1 0.12 0.06 0.10
t2 0.06 0.12 0.20
下列说法正确的是( )。
A.0~t1内,平均反应速率v(B)= mol·L-1·min-1
B.若起始时n(D)=0,则t2时刻v(D)= mol·L-1·min-1
C.升高温度,v(B)、v(C)、v(D)均增大
D.b∶d=3∶5
答案:CD
解析:不能确定起始时B的物质的量,因此0~t1时间段内,不能确定B的变化量,即不能计算其反应速率,A项错误;反应速率是平均反应速率,而不是瞬时反应速率,B项错误;t1~t2时间段内,B和D的物质的量的变化量分别是0.06mol、0.1mol,所以b∶d=3∶5,D项正确。
3.反应2SO2+O22SO3经过一段时间后,SO3的浓度增加了0.4 mol·L-1,在这段时间内用O2表示的反应速率为0.04 mol·L-1·s-1,则这段时间为( )。
A.0.1 s B.2.5 s
C.5 s D.10 s
答案:C
解析:SO3的浓度增加0.4mol·L-1,则O2的浓度减小0.2mol·L-1,=5s。
4.把下列四种X溶液分别加入四个盛有10 mL 2 mol·L-1盐酸的烧杯中,均加水稀释到50 mL,此时,X与盐酸缓慢地进行反应。其中反应最快的是( )。
A.10 ℃ 20 mL 3 mol·L-1的X溶液
B.20 ℃ 30 mL 2 mol·L-1的X溶液
C.20 ℃ 10 mL 4 mol·L-1的X溶液
D.10 ℃ 10 mL 2 mol·L-1的X溶液
答案:B
解析:在本题中要考虑浓度和温度对化学反应速率的影响,先比较浓度的大小,这里的浓度应该是混合以后的浓度,由于混合后各烧杯中盐酸的浓度相等,因此只需要比较X的浓度,X浓度越大,反应越快。因为稀释后溶液的体积均为50mL,所以X的物质的量越大,浓度就越大;通过观察可知,混合后A、B项中X的浓度相等,且最大,但B项中温度更高,因此B项的反应速率最大。
5.双氧水是常见的杀菌消毒剂,但H2O2不稳定、易分解,Fe3+、Cu2+等对其分解起催化作用,为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,某化学研究小组同学分别设计了甲、乙两种实验装置。
甲
乙
(1)若利用甲实验,可通过观察 现象,从而定性比较得出结论。有同学提出将FeCl3改为Fe2(SO4)3更为合理,其理由是 ,写出H2O2在二氧化锰催化作用下发生反应的化学方程式: 。若利用乙实验可进行定量分析,图中仪器A的名称为 ,实验时均以生成40 mL气体为标准,其他可能影响实验的因素均已忽略,实验中还需要测量的数据是 。
(2)将0.1 mol MnO2粉末加入50 mL H2O2溶液中,在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如下图所示,解释反应速率变化的原因: ,H2O2初始物质的量浓度为 (保留到小数点后两位)。
(3)为了加深同学们对影响反应速率因素的认识,老师让同学们完成如下实验:在上述实验装置的锥形瓶内加入6.5 g锌粒,通过分液漏斗加入40 mL 2.5 mol·L-1的稀硫酸,10 s时收集产生的H2的体积为44.8 mL(标准状况),用稀硫酸表示10 s内的反应速率为 mol·L-1·s-1(假设反应前后溶液的体积不变)。
答案:(1)产生气泡的快慢 可以消除阴离子不同对实验的干扰 2H2O22H2O+O2↑ 分液漏斗 产生40 mL气体所需的时间
(2)随着反应的进行,反应物的浓度减小,反应速率减小 0.11 mol·L-1
(3)0.005
解析:(1)利用甲实验,可通过观察产生气泡的快慢来比较两种离子对H2O2分解的催化效果,将FeCl3改为Fe2(SO4)3,两种催化剂中的阴离子相同,才可以消除阴离子不同对实验的干扰。利用乙实验,还需要测定产生40mL气体所需的时间,才能计算反应速率。(2)由图像可知,随着反应的进行,H2O2的浓度逐渐减小,反应速率逐渐减小。4min时H2O2完全分解,共产生标准状况下的O260mL,n(H2O2)=2×n(O2)=2×≈5.36×10-3mol,c(H2O2)=≈0.11mol·L-1。(3)标准状况下,H2为44.8mL,即n(H2)=0.002mol,则消耗的n(H2SO4)=0.002mol,Δc(H2SO4)==0.05mol·L-1,10s内用稀硫酸表示的化学反应速率为0.005mol·L-1·s-1。
