【考纲点拨】
①了解化学反应速率的概念、反应速率的定量表示方法。
②了解温度、浓度、压强和催化剂影响化学反应速率的一般规律(删除活化能)。
③认识催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。
④了解化学反应的可逆性。能用焓变和熵变说明常见简单化学反应的方向。
⑤理解化学平衡和化学平衡常数的含义,能用化学平衡常数计算反应物的转化率。
⑥理解浓度、温度、压强、催化剂等对化学平衡影响的一般规律。
⑦认识化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
【自主研究例题】
1、2009年江苏
I2在KI溶液中存在下列平衡:I2(aq)+I-(aq)=I3-(aq) , 某 I2、KI混合溶液中,
I3-的物质的量浓度c(I3-)与温度T的关系如图所示
(曲线上任何一点都表示平衡状态)。下列说法正确的是:
A.反应I2(aq)+I-(aq)=I3-(aq)的△H>0
B.若温度为T1、T2,反应的平衡常数分别为K1、K2,则K1>K2
C.若反应进行到状态D时,一定有v正>v逆
D.状态A与状态B相比,状态A的c(I2)大
教师点评:根据题中图示可知,c(I3-)是随着温度T 的升高而减小的,说明:
I2(aq)+I-(aq)=I3-(aq) 是一个放热反应,即△H<0 ,所以A错误;
根据平衡移动规律,c(I3-)变小,则c(I2)应变大,所以 状态B的c(I2)大,所以D错误;
正确答案为B、C。
2、2009年高考安徽卷
27.为了测定在某种催化剂作用下的反应速率,在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表:
时间(s) 0 1 2 3 4 5
c(NO)(mol/L) 1.00×10-3 4.50×10-4 2.50×10-4 1.50×10-4 1.00×10-4 1.00×10-4
c(CO)(mol/L) 3.60×10-3 3.05×10-3 2.85×10-3 2.75×10-3 2.70×10-3 2.70×10-3
请回答下列问题(均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响):
(1)在上述条件下反应能够自发进行,则反应的△H 0(填写“>”、“<”、“=”)。
(2)前2s内的平均反应速率υ(N2)= 。
(3)在该温度下,反应的平衡常数K= 。
(4)假设在密闭容器中发生上述反应,达到平衡时下列措施能提高NO转化率的是 。
A.选用更有效的催化剂 B.升高反应体系的温度
C.降低反应体系的温度 D.缩小容器的体积
(5)研究表明:在使用等质量催化剂时,增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下面实验设计表中。
实验
编号 T(℃) NO初始浓度
(mol/L) CO初始浓度
(mol/L) 催化剂的比表面积(m2/g)
Ⅰ 280 1.20×10-3 5.80×10-3 82
Ⅱ 124
Ⅲ 350 124
①请在上表空格中填入剩余的实验条件数据。
②请在给出的坐标图中,画出上表中的三个实验条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图,并标明各条曲线的实验编号。
2.[14分]
(1)<;(2)1.88×10-4 ;
(3)5000;(4)C、D;
(5)①280;1.20×10-3;5.80×10-3;1.20×10-3;5.80×10-3;
②如图:
教师点评:该题综合考察反应速率、反应方向,化学平衡等知识,并考察了实验化学的设计思路。体现了新课程变化。
(1)该反应气体减少,△S<0非自发,所以一定是放热才有可能自发;
(2)υ(NO)= ;υ(N2)= υ(NO)=
(3)利用三段式计算出c(CO2)=9×10-4;c(N2)=4.50×10-4。
(4)加压、降温使该反应平衡正移。
(5)Ⅰ、Ⅱ比表面积不同,应控制温度相同,验证催化剂比表面积对速率的影响;
Ⅰ、Ⅲ比表面积不同,温度不同;验证反应温度对速率的影响;所有浓度应控制相同。
②Ⅰ、Ⅱ温度相同,平衡不移动,但Ⅱ的速率大;
Ⅲ的温度高,速率最大且平衡逆移,c(NO)增大。
我思我疑:
【高考链接】
【例1】2009年高考重庆卷理综
13.各可逆反应达平衡后,改变反应条件,其变化趋势正确的是 D
【例2】、2009年高考山东卷
14.2SO2(g)+O2(g) V2O5△2SO3(g)是制备硫酸的重要反应。下列叙述正确的是
A.催化剂V2O5不改变该反应的逆反应速率
B.增大反应体系的压强、反应速度一定增大
C.该反应是放热反应,降低温度将缩短反应达到平衡的时间
D.在t1、t2时刻,SO3(g)的浓度分别是c1、c2,则时间间隔t1~t2内,SO3(g)生成的平均速率为
【解析】催化剂可以同等程度的增大正逆反应的反应速率;如果是通入惰性气体增大了体系压强,反应物浓度未变,反应速率不变;降温,反应速率减慢,达到平衡的时间增大;D是反应速率的定义,正确。选D
【例3】 (10分)联氨(N2H4)及其衍生物是一类重要的火箭燃料,N2H4与N2O4能放出大量的热。
(1)已知:2NO2(g)=N2O4(g) △H=-57.20kJmol-1。
一定温度下,在密闭容器中反应2NO2(g)=N2O4(g) 达到平衡。
其它条件不变时,下列措施能提高NO2转化率的是 (填字母)。
A.减小NO2的浓度 B.降低温度C.增加NO2的浓度 D.升高温度
(2)25℃时,1.00gN2H4(l)与足量N2O4(l)完全反应生成N2(g)和H2O (l) ,放出19.14kJ
的热量。则反应2N2H4(l)+N2O4(l)=3N2(g)+4H2O (l)的△H= kJmol-1
(3)17℃、1.01×105Pa,密闭容器中N2O4和NO2的混合气体达到平衡时,
c(NO2)=0.0300molL-1、c(N2O4)=0.0120molL-1。
计算反应2 NO2(g) N2O4(g)的平衡常数K。
(4)现用一定量的Cu 与足量的浓HNO3 反应,制得1.00L已达平衡的N2O4和NO2
混合气体(17℃、1.01×105Pa),理论上至少需消耗Cu 多少克?
【例3 】解析:(1)由于该反应为气体体积减小的放热反应,要提高NO2转化率,则应该采取:
①降低温度,②增加NO2的浓度③增大压强等措施,所以B、C符合要求;
(2)由1.00gN2H4(l)放出19.14kJ,则2mol(即64g)N2H4(l)放热为1224.96kJ,
所以 △H=1224.96kJmol-1
(3)、(4)见答案。
答案:(1)BC (2)-1224.96
(3)根据题意知平衡时: c(N2O4 )=0.0120molL-1 ,c(NO2)=0.0300molL-1
K= c(N2O4 )/c2(NO2) =0.0120/0.0300×0.0300 =13.3
答:平衡常数为13.3。
(4)由(3)可知,在17℃、1.01×105Pa达到平衡时,1.00L混合气体中:
n(N2O4 )=c(N2O4)×V=0.0120molL-1×1.00L=0.0120mol ,
n(NO2 )=c(NO2)×V=0.0300molL-1×1.00L=0.0300mol ,
则n总(NO2 )=n(NO2 )+2×n(N2O4 )=0.0540mol
由Cu+4HNO3=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O可得:
m(Cu)= 64gmol-1×0.0540mol /2 =1.73g
答:理论上至少需消耗Cu 1.73g。
【例4】(14分)运用化学反应原理研究氮、氧等单质及其化合物的反应有重要意义。
(1)合成氨反应N2 (g)+3H2(g) 2NH3(g),若在恒温、恒压条件下向平恒体系中通入氩气,则平衡 移动(填“向左”“向右”或“不”);使用催化剂 反应的△H(填“增大” “减小” 或“不改变”)。
(2)已知:O2 (g)=O2+(g)+e- H1= 1175.7 kJmol-1
PtF6(g)+ e- PtF6-(g) H2= —771.1 kJmol-1
O2+PtF6- (s)=O2+ (g)+ PtF6-(g) H3= 482.2 kJmol-1
则反应O2(g)+ PtF6(g)= O2+PtF6- (s) 的 H=_____________ kJmol-1。
(3)在25℃下,向浓度均为0.1 molL-1的MgCl2和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水,先生成__________沉淀(填化学式),生成该沉淀的离子方程式为____________。已知25℃时Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11,KsP [Cu(OH)2]=2.2×10-20。
(4)在25℃下,将a molL-1的氨水与0.01 molL-1的盐酸等体积混合,反应平衡时溶液中c(NH4*)=c(Cl-)。则溶液显_____________性(填“酸”“碱”或“中”);用含a的代数式表示NH3H2O的电离常数Kb=__________。
【解析】(1)恒温、恒压条件下向平恒体系中通入氩气,则反应体系体积增大,平衡左移;使用催化剂只是改变了反应的途径,没有改变反应物与生成物的状态,△H不变;
(2)利用盖斯定律, H1+ H2+(- H3)= —78.2 kJmol-1;
(3)由于,KsP [Cu(OH)2]=2.2×10-20<Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11,所以先生成沉淀;2NH3H2O+Cu2+=Cu(OH)2↓+2 NH4*;根据溶液的电中性原则,c(NH4*)=c(Cl-),则[H+]=[OH-];溶液显中性;Kb= [OH-][ NH4*] [NH3H2O],c(NH4*)=c(Cl-)=0.005 molL-1;[H+]=[OH-]=1×10-7 molL-1(因为是25℃下且为中性);[NH3H2O]=a2molL-1-0.005 molL-1,则:Kb=10-9a-0.01molL-1。
【答案】(1)向左;不改变
(2)—78.2 kJmol-1
(3)Cu(OH)2;2NH3H2O+Cu2+=Cu(OH)2↓+2 NH4*;
(4)中;10-9a-0.01molL-1