专题6 化学反应速率和等效平衡
【专题目标】
1．了解化学反应速率的概念及表示方法，理解浓度、压强、温度和催化剂等条件对化学反应速率的影响。
2．了解化学反应的可逆性，理解化学平衡的特征，了解化学平衡与化学反应速率之间的内在联系。
3．理解浓度、压强和温度等条件对化学平衡的影响，理解平衡移动原理的涵义。
4．学会应用建立等效平衡的思维方式解决化学平衡中的常见问题。
【经典题型】
题型Ⅰ：根据化学计量数之比，计算反应速率
【例题】
反应4NH3(g)+5O2(g)
4NO(g)+6H2O(g)在10L密闭容器中进行，半分钟后，水蒸气的物质的量增加了0.45mol，则此反应的平均速率
（反应物的消耗速率或产物的生成速率）可表示为（ ）
A．
B．
C．
D．
【点拨】用生成物H2O来表示反应的平均速率：
根据各物质的反应速率之比等于它们的化学计量数之比，可求得
所以正确答案是C。
【规律总结】遇到这一类题目，一定要充分利用化学反应中各物质的反应速率之比等于它们的化学计量数之比这一规律进行计算。
题型Ⅱ：以图象形式给出条件，计算反应速率
【例题】
某温度时，在2L容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示。由图中数据分析：该反应的化学方程式为_________________。反应开始至2min，用Z表示的平均反应速率为____________。
【点拨】由图可知，X、Y的物质的量随反应的进行而减小，Z的物质的量随反应的进行而增大，则X和Y为反应物，Z为生成物。
∵
∴反应方程式为：3X+Y＝2Z。
题型Ⅲ：根据已知的浓度、温度等条件，比较反应速率的大小
【例题】
把下列四种X溶液分别加入四个盛有10mL 2mol/L盐酸的烧杯中，均加水稀释到50mL，此时，X和盐酸缓慢地进行反应，其中反应最快的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【点拨】在化学反应中，当其它条件不变时，浓度越大，反应速率越快；温度越高，反应速率越快。在本题中要综合考虑浓度和温度的影响。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，因此只要比较X的浓度，X浓度越大，反应速率越快。因为反应后溶液的体积均为50mL，所以X的物质的量最大，浓度就最大。通过观察可知，混合后A、B选项中X的浓度相等，且最大，但B中温度更高，因此B的反应速率最快。
本题若没有看清楚题目实质，仅仅从选项的表面看X浓度的大小及反应温度的高低来判断反应速率的快慢，则会错选C。
题型Ⅳ：一般可逆反应在恒温、恒容条件下建立等效平衡
【例题】
在一个体积固定的密闭容器中加入2 mol A和1 mol B，发生反应：
A．4molA＋2molB
B．2molA＋1molB＋3molC＋1molD
C．3molC＋1molD＋1molB
D．3molC＋1molD
【点拨】等效平衡的含义：在一定条件（恒温恒容或恒温恒压）下，只是起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后，任何相同组分的百分含量（体积分数、物质的量分数等）均相同，这样的化学平衡互称等效平衡。
对于一般可逆反应，在恒温恒容条件下，只改变起始加入的情况，只要通过可逆反应的化学计量数比换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量与原平衡相同，则二平衡等效。
假设2 mol A和1 mol B能够完全反应，则应生成3molC＋1molD，所以如果维持容器体积和温度不变，开始时向容器中加入3molC＋1molD，达到平衡时，与原平衡是等效平衡，则C的浓度仍为a mol?L－1。所以正确答案为D。
题型Ⅴ：反应前后气体体积不变的可逆反应在恒温、恒容条件下建立等效平衡
【例题】可逆反应A(g)＋B(g)2C(g)在固定容积的容器中进行，如果向容器中充入1mol A和1mol B，在某温度下达到平衡时，C的体积分数为m%；若向容器中充入1mol C，在同样的温度下达到平衡时，C的体积分数为n%，则m和n的关系正确的是（ ）
A．m>n B．m<n C．m=n D．无法比较
【点拨】在恒温恒容条件下，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，只要按化学计量数换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量之比与原平衡相同，则二平衡也为等效平衡。
假设1mol C物质完全反应，可以生成0.5mol A和0.5mol B，投入量是第一种投料方式的一半，所以压强也是其一半。但由于该反应是一个气体体积不变的反应，即压强对该反应的平衡状态没有影响，所以前后两个平衡仍然是等效平衡。因此两个平衡中C的体积分数相等。正确答案为C。但在第二个平衡状态中C的浓度是第一个平衡状态的一半。
题型Ⅵ：可逆反应在恒温、恒压条件下建立等效平衡
【例题】
在一个盛有催化剂容积可变的密闭容器中，保持一定温度和压强，进行以下反应：
N2＋3H22NH3。已知加入1mol N2和4mol H2时，达到平衡后生成a mol NH3（见下表已知项）。在相同温度、压强下，保持平衡时各组分的体积分数不变。对下列编号①～③的状态，填写表中空白。
已知
编号
起始状态物质的量 n/mol
平衡时NH3的物质的量
n/mol
N2
H2
NH3
1
4
0
a
①
1.5
6
0
②
1
③
m
g(g≥
【点拨】对于一般的可逆反应，在恒温恒压条件下，只要按化学计量数换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量之比与原平衡相同，则达平衡后，与原平衡等效。
①因为从题干可知n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)平衡＝1∶4∶a，所以①状态下n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)平衡＝1.5∶6∶1.5a。
②起始状态时，有1mol NH3，则相当于起始时有N2和H2分别为0.5mol和1.5mol，按n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)平衡＝1∶4∶a，可得②状态时n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)平衡＝0.5∶2∶0.5a，所以原有N2和H2分别为0和0.5mol。
③设起始时n(NH3)为x
mol，则相当于N2和H2总量分别为(m＋
)mol和（g＋
）mol，则（m＋）∶（g＋）＝1∶4，即可得x＝2(g－4m)
设为n(NH3)平衡y mol，可得：
4∶a＝（g＋）∶y，即：y＝（g－
题型Ⅶ：通过建立等效平衡的中间状态，比较反应物转化率的大小以及平衡时某物质体积分数、浓度的大小
【例题】
体积相同的甲、乙两个容器中，分别充有等物质的量的SO2和O2，在相同温度下发生反应：2SO2＋O22SO3并达到平衡。在这过程中，甲容器保持体积不变，乙容器保持压强不变，若甲容器中SO2的转化率为p%，则乙容器中SO2的转化率为（ ）
A．等于p% B．大于p% C．小于p% D．无法判断
【点拨】根据题意，甲、乙两容器可设为如图所示装置。
2SO2＋O22SO3是一气体总物质的量减少的反应。甲容器保持体积不变，压强变小；乙容器保持压强不变，体积减小，达到平衡状态时转化为状态丙。假设乙中的活塞不移动，由于甲、乙两个容器的体积、温度相同，达到平衡时甲、乙两容器中存在的平衡是等效平衡，其中SO2的转化率也相等。对于乙和丙两个状态，乙中压强小于丙中压强，因此丙中SO2转化率大于乙中SO2转化率。由此可以判断出丙中SO2的转化率也大于甲中SO2的转化率。所以正确答案为B。
【规律总结】对于气体参加的可逆反应，在温度恒定的条件下，涉及体积与压强以及平衡移动有关判断的问题时，可设计一些等效平衡的中间状态来进行求解。这样能降低思维难度，具有变难为易、变抽象为直观的作用。
【例题】
在相同温度下，有相同体积的甲、乙两容器，甲容器中充入1g N2和1g H2，乙容器中充入2g N2和2g H2。下列叙述中，正确的错误的是（ ）
A．化学反应速率：乙＞甲 B．平衡后N2的浓度：乙＞甲
C．H2的转化率：乙＞甲 D．平衡混合气中H2的体积分数：乙＞甲
【点拨】因为乙的原料投入量正好是甲的两倍，假设开始时乙的容器体积也是甲的两倍（如图所示），则此时甲与乙是等效平衡。再将乙容器体积压缩至与甲相等（如图中丙），在此过程中平衡：N2＋3H22NH3要向正反应方向移动，即N2、H2的转化率增大，在体系中的体积分数减小。但此时，丙中N2、H2、NH3的浓度都比甲中大，但丙中N2、H2的浓度要小于甲中的两倍，而丙中NH3的浓度的浓度要大于甲中的两倍。
【随堂作业】
1．反应4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)在
为
A．
B．
C．
D．
2．已知：4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)，若反应速率分别用
(NH3)、(O2)、(NO)、(H2O)[mol/(L?min)]表示则下列关系正确的是
A．
B．
C．
D．
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c(X2)为0.4mol/L，c(Y2)为0.8mol/L，生成Z为0.4mol/L，则该反应的化学方程式为
A．X2＋2Y22XY2
B．2X2＋Y22X2Y
C．3X2＋Y22X3Y
D．X2＋3Y22XY3
4．把下列四种X溶液分别加入四个盛有10mL 2mol/L盐酸的烧杯中，均加水稀释到20mL，此时X与盐酸和缓地进行反应。其中反应速率最大的是
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．将固体NH4Br置于密闭容器中，在某温度下，发生下列可逆反应：
NH4Br(s) NH3(g)＋HBr(g)
2HBr(g) Br2(g)＋H2(g)
2min后，测得c(H2)＝0.5mol/L，c(HBr)＝4mol/L，若上述反应速率用(NH3)表示，下列反应速率正确的是
A．0.5mol/(L?min) B．2.5 mol/(L?min)
C．2 mol/(L?min) D．5 mol/(L?min)
6．在一定温度下的固定容积的密闭容器中，当下列物理量不再变化时，表明反应：A(s)＋2B(g) C(g)＋D(g)已达平衡的是
A．混合气体的压强 B．混合气体的密度
C．B的物质的量浓度 D．气体的总物质的量
7．把3mol A和2.5mol B混合于
xC(g)＋2D(g)
5min后反应达到平衡，容器内压强变小，测得D的平均反应速率为0.1mol/(L?min)，下列结论错误的是
A．A的平均反应速率为0.1mol/(L?min)
B．平衡时，C的浓度为0.125mol/L
C．平衡时，B的转化率为20％
D．平衡时，容器内压强为原来的0.8倍
8．可逆反应：3B(?)＋C(?)；△H>0，随着温度升高，气体平均相对分子质量有变小的趋势，则下列判断正确的是
A．B和C可能都是固体
B．B和C一定都是气体
C．若C固体，则B一定是气体
D．B和C可能都是气体
9．如图所示，反应X(g)＋3Y (g)2Z(g)（正反应为放热反应），在不同温度、不同压强（p1>p2）下，达到平衡时，混合气体中Z的体积分数
(Z)随温度变化的曲线应为
10．在一密闭容器中，aA(g)bB(g)达到平衡后，保持温度不变，将容器体积增大一倍，当达到新的平衡时，B的浓度是原来的60％，则
A．平衡向正反应方向移动了
B．物质A的转化率减小了
C．物质B的质量分数增大了
D．a>b
11．在温度不变下，在恒压容器a与恒容容器b中，分别充入体积比为1∶3的N2和H2。若开始时两容器的体积相等，且在相同条件下达到平衡时，两容器中N2的转化率应当是
A．a中大 B．b中大 C．a、b中一样大 D．无法判断
12．恒温条件下，将NO2装入带活塞的密闭容器中，当反应2NO2(g) N2O4(g)达到平衡后，慢慢压缩气体体积，下列叙述正确的是
A．若体积减小一半，则压强为原来的两倍
B．平衡向右移动，混合气体颜色一定会变浅
C．若体积减小一半，压强增大，但小于原来的两倍
D．平衡向右移动，混合气体密度增大
13．在一定温度下，容器中加入CO和H2O(g)各1mol，发生反应：
CO＋H2OCO2＋H2，达到平衡时生成0.7mol的CO2，若其他条件不变，一开始就加入4mol H2O(g)，则达到平衡可能生成的CO2是
A．0.6mol B．0.95mol C．1mol D．1.5mol
14．可逆反应A(g)＋BC(g)＋D 达到平衡时，下列说法不正确的是
A．若增大A的浓度，平衡体系颜色加深，D不一定是有颜色的气体
B．增大压强，平衡不移动，说明B、D必定是气体
C．升高温度，C的百分含量减少，说明正反应是放热反应
D．若B是气体，增大A的浓度会使B的转化率增大
15．在一密闭容器中充入1mol NO2，建立如下平衡：2NO2N2O4，此时NO2的转化率为x%，在其他不变的情况下，再充入1mol NO2，待新平衡建立时测得NO2的转化率为y%，则下列大小关系正确的是
A．x>y B．x＝y C．x<y D．不能确定
16．将2molSO2和2molSO3气体混合于容积一定的密闭容器中，在一定条件下发生反应：2SO2＋O22SO3，达平衡时SO3为n mol。在相同温度下，按下列配比在该容器中放入起始物质，达平衡时，SO3的物质的量将大于n mol的是
A．2molSO2和1molO2
B．2molSO2、1molO2和2molSO3
C．4molSO2和1molO2
D．3molSO2、1molO2和1molSO3
17．一个真空密闭容器中盛有1molPCl5，加热到
PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)，反应达到平衡时PCl5的分解率为M%，若在同一温度和同样容器中最初投入的是2molPCl5，反应达到平衡时PCl5的分解率为N%。M与N的关系是
A．M>N B．M>N C．M>N D．无法确定
18．在四个同样密闭容器中发生反应：A(g)＋3B(g) (A)＝3 mol/(L?min)；乙为(B)＝4.5 mol/(L?min)；丙为(C)＝4 mol/(L?min)；丁为(A)＝0.75mol/(L?s)。若其它条件相同，温度不同，则温度由低到高的顺序是___________________。
19．取a molA和b molB置于V L容器内，发生反应aA(g)＋bB(g)＝cC(g)＋dD(g)。1min末，测得容器内A的物质的量浓度为x mol/L，这时B的物质的量浓度为______mol/L，C的物质的量浓度为______mol/L。这段时间内反应的速率若以物质A的物质的量浓度的变化来表示，应为________mol/(L?min)。
20．一定温度下，在一个固定容积的密闭容器中，可逆反应：A(g)＋2B(g) C(g)达到平衡时，
(A)＝2mol?L-1，(B)＝7mol?L-1，(C)＝3mol?L-1。试确定B的起始浓度(B)的取值范围是______________；若往容器中继续注入一定量的氦气（不参加反应），足够长的时间后，体系中B的物质的量浓度_________（填“增大”、“减小”或“不变”，下同），混合气体的密度_________。
21．在一定条件下，x A＋y Bz C的反应达到平衡。
（1）已知A、B、C都是气体，在减压后平衡向逆反应方向移动，则x、y、z之间的关系是__________________；
（2）已知C是气体，且x＋y＝z，在增大压强时，如果平衡发生移动，则平衡一定向_____________移动；
（3）已知B、C是气体，当其他条件不变，增大A的物质的量时，平衡不发生移动，则A是_____________态物质。
（4）若加热后C的质量分数减少，则正反应是_________（填“放热”或“吸热” ）反应。
22．发生反应：2SO2＋O22SO3，当此反应进行到一定程度时，就达到了化学平衡状态。若该容器中维持温度不变，令a、b、c分别代表起始的SO2、O2和SO3的物质的量，如果a、b、c取不同的数值，它们必须满足一定的相互关系，才能保持达到平衡时，反应混合物中三种气体的体积分数仍跟上述平衡时完全相同。试填写下列空白：
（1）若a＝0，b＝0，则c＝______；
（2）若a＝0.5mol，则b＝________，c＝_________；
（3）a、b、c取值必须满足的一般条件是（请用两个不同的式子表示）____________
_______________________________________。
23．有两只密闭容器A和B。A容器有一个可以移动的活塞能使容器内保持恒压，B容器能保持恒容。起始时向这两个容器中分别充入等物质的量的体积比为2∶1的SO2和O2的混合气体，并使A和B容积相等（如下图所示）。在保持2SO3。试填写下列空格：
（1）A容器达到平衡时所需的时间比B容器__________；平衡时A容器中SO2的转化率比B容器_______；
（2）达到（1）所述平衡后，若向两容器中通入数量不多的等物质的量的氩气，A容器中化学平衡_________移动，B容器中化学平衡__________；
（3）达到（1）所述平衡后，若向两容器中通入等物质的量的原反应气体，达到平衡时，A容器的混合气体中SO3的体积分数_________（填“增大”、“减小”或“不变”，下同）；B容器的混合气体中SO3的体积分数_________。
【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<丁（提示：温度越高，化学反应速率越快）。
19．
；
；
。
20．3mol?L-1～13mol?L-1；不变；增大。
21．（1）x＋y>z；（2）逆反应方向；（3）固态或液态；（4）放热。
22．（1）2；（2）0.25，1.5；（3）
；
。
23．（1）短；大；（2）向逆反应方向；不移动；（3）不变；增大。