化學反應速率與平衡解題方法與技巧

2022-04-24 13:57:02 字數 4259 閱讀 6613

在化學反應中物質的變化必經過三態,即起始態、變化態和最終態。對於化學反應速率、化學平衡及其它化學反應方面的計算,如能根據反應方程式,對應地列出三態的變化,哪麼便可使分析、解題變得一目了然。此方面的試題的題型及方法與技巧主要有:

1.化學平衡狀態的判斷:化學反應是否達到平衡狀態,關鍵是要看正反應速率和逆反應速率是否相等及反應混合物中各組分百分含量是否還隨時間發生變化。

2.化學反應速率的計算與分析:要充分利用速率之比等於化學方程式中的計量數之比。

3.化學平衡移動的分析:影響因素主要有:濃度、壓強、溫度,其移動可通過勒沙特列原理進行分析。

化學平衡移動的實質是濃度、溫度、壓強等客觀因素對正、逆反應速率變化產生不同的影響,使v正≠v逆,原平衡狀態發生移動。

4.等效平衡的分析:主要有等溫等容和等溫等壓兩種情況。

5.速率與平衡的圖象分析:主要要抓住三點,即起點、拐點和終點。

例題1 :在一定溫度下,反應3a(g)+b(g) 2c(g)+2d(g)達到平衡的標誌是   ( )

a.單位時間內生成3n mol a,同時生成n mol b

b.單位時間內生成3n mol a,同時生成2n mol d

c.容器內的總壓強不隨時間的變化而變化

d.容器內氣體的平均相對分子質量不隨時間的變化而變化

方法: 通過平衡狀態的概念,即速率相等進行判斷。

捷徑:a項,無論在何時,生成的a和b的物質的量之比始終為3︰1,故無法確定是否達平衡。b項,生成3n mol a必消耗2n mol d,同時又生成2n mol d,說明d濃度不變,可由此確定已達平衡。

c項,由於反應過程中氣體總物質的量不變,故容器內的總壓強不隨時間變化,不能說明反應是否達到平衡。d項,a、b、c、d都為氣體,反應前後氣體的總質量、總物質的量不變,故氣體的平均相對分子質量始終不變,不能以此判斷反應是否達到平衡。以此得答案為b 。

總結:對於反應前後氣體的物質的量保持不變的反應,應注意其特殊性,切不可認為當氣體壓強、氣體的平均相對分子質量、氣體的密度等不隨時間的變化而變化時就一定標誌著已達到平衡狀態。

例題2:反應2a(g)+3b(g) 2c(g)+2d(g)在四種不同情況下的反應速率如下:①v(a)= 0.

3mol·l—1·s—1,②v(b)= 0.6mol·l—1·s—1 ,③v(c)= 0.48mol·l—1·s—1,④v(d)= 27mol·l—1·min—1。

該反應在四種情況下進行的快慢順序為

方法:比較同一化學反應在不同情況下反應速率的快慢,可選用同種物質作基準。然後利用化學反應速率之比等於化學方程式中各物質的化學計量數之比,求出不同情況下,用基準物質表示的化學反應速率,再進行比較。

捷徑:選用物質a為基準,將其他物質表示的反應速率換算成用a物質表示的速率。則:②表示的v(a)= 0.6mol·l—1·s—1×2/3 = 0.4mol·l—1·s—1

③表示的v(a)= 0.48mol·l—1·s—1×1 = 0.48mol·l—1·s—1

④表示的v(a)= 27mol·l—1·min—1×1/60 min·s—1×1 = 0.45mol·l—1·s—1

故反應速率的快慢順序為 ③﹥④﹥②﹥①。

總結:千萬不要將不同物質的速率數值進行比較。

在判斷反應速率大小時,當具備了可比性時才能進行比較。即「兩個統一」:(1)單位統一,(2)基準物質統一。

此型別題目也可不轉化為同一物質,可直接根據「各物質的速率比等於方程式中化學計量數比」判斷快慢。

例題3 :在乙個6l的密閉容器中,放入3l x氣體和2l y氣體,在一定條件下發生下列反應,4x(g)+ 3y(g) 2q(g)+ nr(g),達到平衡後容器內溫度不變,混合氣體的壓強比原來增加5%,x的濃度減小1/3,求該反應方程式中的n值。

方法:該題所涉及的資料型別較多,有體積、壓強、濃度三種,可先將其轉換成同一型別下的變化。如將其轉換成物質的量,則題目可變成:

「在乙個密閉容器中,放入3mol x氣體和2mol y氣體,在一定條件下發生下列反應,4x(g)+ 3y(g) 2q(g)+ nr(g),達到平衡後容器內溫度不變,混合氣體的物質的量比原來增加5%,x的物質的量減小1/3,求該反應方程式中的n值。」這樣便很容易求解。

捷徑:假設將3mol x氣體和2mol y氣體放入一密閉容器中,則其三態變化為:

4x(氣)+ 3y(氣) 2q(氣)+ nr(氣)

開始物質的量(mol) 3 20 0

變化物質的量(mol) 1 3/42/4 n/4

平衡物質的量(mol) 2 5/42/4 n/4

由題意得

2 + 5/4 + 2/4 + n/4 = (3 + 2)× (1 + 5% )

解之得:n = 6

總結:在密閉容器中的壓強變化,與壓強不變下的體積變化等效,因該題所給資料為體積,故也可根據壓強不變,體積改變來運用三態進行分析。

例題4:一定溫度下,在恆容的密閉容器中充入 2 mol so3,發生反應:2so3(g)

2so2(g)+o2(g)。達平衡狀態時測得so2的體積分數為 a % 。若在其他條件不變時,再通入 2 mol so3,待新平衡建立時,測得so2的體積分數為 b % 。

則a與b比較

a.a﹥b b.b﹥a c.a=b d.無法比較

方法:通過等效假設求解。

捷徑:初次反應達平衡後,再充入2 mol so3,平衡將向正反應方向移動,體系中so3、so2、o2的物質的量都增加,因此不易判斷前後兩次平衡中so2的體積分數的大小。可作如下等效假設:

舊平衡平衡平衡新平衡

比較平衡ⅲ和平衡ⅳ,壓縮容器使平衡向逆反應方向移動,故a> b,答案為a。

總結:當遇到新平衡與舊平衡中某量的關係難以直接比較時,可採用等效轉化法解題。即假設乙個與舊平衡等效的平衡ⅲ,然後再通過壓縮或擴大體積來變為與新平衡等效的平衡ⅳ,最終通過直接比較平衡ⅲ和平衡ⅳ中某些量的關係而得出答案。

有的同學認為通入so3,使平衡右移,so2的量增多,從而得出b ﹥ a的錯誤結論,其原因是他們忽略了容器內氣體的總物質的量也增大之故。

例題5 :反應2x(g) + y(g) 2z(g) +熱量,在不同溫度(t1和t2)及壓強(p1和p2)下,產物z的物質的量(nz)與反應時間(t)的關係如圖所示。下列判斷正確的是(c )

a.t1p2

c.t1>t2,p1>p2d.t1>t2,p1方法:充分利用關係圖,採取淘汰法解題。

捷徑:壓強相同(p2),達到平衡所用的時間t1小,說明t1反應速率快,所以可知t1﹥t2,c、d可能正確;相同溫度時(t2)時,達平衡後z的物質的量p1大,說明壓強為p1時,平衡向生成z的方向移動。而生成z的方向是氣體體積減小的方法,所以p1﹥p2,所以c項正確。

總結:在圖象分析時,既要看清平衡時的直線,又要考慮到非平衡狀態下曲線的變化趨勢,只有將兩者結合起來分析,才能獲得正確結果。

方法規律總結:

1.判斷某一可逆反應達到化學平衡狀態,關鍵要抓住:①v正= v逆,即反應混合物中有某種物質,在同一時段內消耗的物質的量等於生成的物質的量;②各物質的濃度或質量分數、體積分數不變。題給其他條件都可轉化到這兩點上來考慮。

只要具備這兩點之一,便一定是平衡狀態;否則,不能確定為平衡狀態。

2.對同一可逆反應,在一定條件下,無論反應是從正反應開始還是從逆反應開始,或從正、逆反應兩個方向開始,最終都能達到完全相同的平衡狀態。達到相同平衡時,與起始時反應物及生成物的物質的量配比有關。抓住這一點,有關氣體的物質的量無論取何值,都把它轉化為最初給定氣體的物質的量,若其值與題幹給出的量相同,則符合題意。

3.在一定條件下(等溫等容或等溫等壓),對同一可逆反應,只要起始時加入物質的量不同,而達到化學平衡時,同種物質的含量相同,這樣的平衡稱為等效平衡。考生可在理解的基礎上記住以下規律:

(1)等溫等容時,只改變起始時加入物質的物質的量,如果通過可逆反應的化學計量數比,換算成同一半邊的物質的物質的量與原平衡相同,則兩平衡等效。

(2)等溫等容時,對於反應前後氣體分子數不變的可逆反應,只要反應物(或生成物)的物質的量比值與原平衡相同,則兩平衡等效。

(3)等溫等壓時,改變起始時加入物質的物質的量,只要按化學計量數換算成同一半邊的物質的物質的量之比與原平衡相同,則兩平衡等效。

4.化學方程式中各物質的化學計量數之比應等於各物質的物質的量的改變量之比。常有同學因忽視「改變量」而發生錯誤。

確定化學方程式的步驟:(1)確定反應物和生成物。關注其物質的量、濃度或質量等物理量的變化趨勢。

(2)確定化學方程式中各物質的化學計量數。緊扣化學計量數之比=物質的量的變化量之比=物質的量濃度的變化量之比=反應速率之比。

理解題意是正確解題的前提,有的學生在解題時,沒有認真仔細地讀題、審題,而是另起爐灶,根據以往的經驗析題、解題,從而造成錯誤。

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