化学反应速率平衡计算
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化学平衡中的反应速率与速率常数化学反应是物质之间发生变化的过程,而反应速率则是描述反应进行的快慢程度的指标。
在化学平衡中,反应速率与速率常数起着重要的作用。
本文将探讨化学平衡中反应速率与速率常数的关系及其影响因素。
一、反应速率的定义和计算反应速率是指单位时间内反应物消失或生成的物质量或物质浓度的变化量。
通常用化学方程式中系数的比值表示。
例如,对于反应aA + bB → cC + dD,反应速率可以用以下公式表示:速率 = -1/a * Δ[A]/Δt = -1/b * Δ[B]/Δt = 1/c * Δ[C]/Δt = 1/d * Δ[D]/Δt其中Δ[A]/Δt表示单位时间内反应物A的浓度变化量,Δ[B]/Δt表示单位时间内反应物B的浓度变化量,Δ[C]/Δt表示单位时间内生成物C的浓度变化量,Δ[D]/Δt 表示单位时间内生成物D的浓度变化量。
二、速率常数的意义和计算速率常数是指在特定温度下,反应速率与各反应物浓度的乘积的比值。
对于一般的反应aA + bB → cC + dD,速率常数可以用以下公式表示:速率 = k[A]^m[B]^n其中k为速率常数,m和n为反应物A和B的反应级数,[A]和[B]分别表示反应物A和B的浓度。
速率常数的计算需要通过实验测定,通常通过改变反应物浓度或温度来确定其数值。
在化学平衡中,速率常数与反应物浓度的关系对于理解平衡的建立和维持至关重要。
三、反应速率与速率常数的关系反应速率与速率常数之间存在着密切的关系。
一般来说,反应速率与速率常数成正比,即反应速率越大,速率常数也越大。
反应速率受到多种因素的影响,包括温度、浓度、催化剂、表面积等。
其中,温度是影响反应速率的最主要因素。
根据阿伦尼乌斯方程,反应速率常数与温度之间存在指数关系:k = A * e^(-Ea/RT)其中k为速率常数,A为表观速率常数,Ea为活化能,R为气体常数,T为温度。
由此可见,温度的升高会显著增加反应速率常数,从而加快反应速率。
化学反应的速率和平衡的计算化学反应的速率和平衡是化学中非常重要的概念。
了解和计算化学反应的速率和平衡有助于我们解释和预测化学反应的发生过程,并在实际应用中进行控制和优化。
本文将介绍化学反应速率和平衡的基本概念以及计算方法。
一、化学反应速率化学反应的速率指的是单位时间内反应物消失或生成物产生的数量变化。
速率可以表示为反应物浓度随时间的变化率,通常用摩尔/L·s或mol/(L·s)表示。
可以通过实验方法来确定化学反应速率。
简单的化学反应可以用以下示例来说明。
考虑一个简单的反应:2A → B + C。
在开始时,反应物A的浓度为[A]0,反应物B和C的浓度都为0。
经过一定时间t后,反应物A的浓度降低为[A],生成物B和C的浓度分别为[B]和[C]。
根据反应物A的消耗速率和生成物B、C的生成速率,可以得到反应速率方程式:r = -Δ[A]/Δt = Δ[B]/Δt =Δ[C]/Δt。
一般情况下,反应速率与反应物浓度成正比,可以表示为:r =k[A]^m[B]^n。
其中,k是反应速率常数,m和n是反应物的反应级别。
反应级别可以通过实验数据来确定。
二、化学反应平衡化学反应在达到一定条件时会达到平衡状态。
在平衡状态下,反应物和生成物的浓度保持不变,但是反应仍然持续进行,反应物和生成物之间的转化速率相等。
平衡常数(K)是反应平衡时反应物浓度和生成物浓度的比值的幂函数。
对于一般的反应:aA + bB ↔ cC + dD,平衡常数可以表示为:K = [C]^c[D]^d / [A]^a[B]^b。
在一定的温度下,平衡常数是恒定的,可以通过实验测量得到。
计算平衡浓度是化学反应平衡计算的重要一环。
我们可以通过反应物初始浓度、反应物的摩尔数和反应总摩尔数以及平衡常数来计算反应物和生成物的平衡浓度。
三、化学反应速率和平衡的计算方法1. 速率计算化学反应速率的计算通常是通过实验方法得到实验数据,然后根据实验数据计算得出。
化学反应速率及平衡计算一、化学反应速率有关计算1.根据化学反应速率的定义计算公式:V=△C/t2.根据化学计量数之比,计算反应速率:在同一个反应中,各物质的反应速率之比等于方程式中的系数比。
3.温度对化学反应速率的影响计算:【练1】某一化学反应的反应速率在每升高10度时就增大到原来的3倍,若此反应的温度从20度升高到50度时,则其反应速率是原来的()A.6倍B.9倍C.18倍D.27倍解析:温度每升高10度时就增大到原来的3倍,则v末=v初×3(T末-T初)/10=3(50-20)/10=33=27.答案:D4、根据已知的浓度、温度等条件,比较反应速率的大小【练2】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. 10℃20mL 3mol/L的X溶液B. 20℃30mL 2mol/L的X溶液C. 20℃10mL 4mol/L的X溶液D. 10℃10mL 2mol/L的X溶液解析: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。
答案:B5、利用参加反应的各物质物质的量浓度的变化或物质的量的变化数值或相关图像,确定化学反应方程式:6、综合计算【练3】将26H mol 和CO mol 3充入容积为L 5.0的密闭容器中,进行如下反应:)()(22气气CO H)(3气OH CH ,6秒末时容器内压强为开始时的0.6倍。
试计算:2H 的反应速率是多少?【练4】在一定条件下,发生反应:2X(g)+Y(g)2Z(g) ΔH =-197 kJ · mol -1,若将2 mol X 和1 mol Y 充入2 L 的恒容密闭容器中,反应10 min ,测得X 的物质的量为1.4 mol ,下列说法正确的是( )A .10 min 内,反应放出的热量为197 kJ 热量B .10 min 内,X 的平均反应速率为0.06 mol ·L -1·min -1C .第10 min 时,Y 的反应速率小于0.015 mol ·L -1·min -1(假如体系温度不变) D .第10 min 时,Z 浓度为0.6 mol ·L -17、化学反应速率的测定实验和计算:测定反应速率的方式和途径:化学反应的速率是通过实验测定的。
化学实验中的化学平衡和反应速率计算方法化学平衡和反应速率是化学实验中常常涉及的重要概念。
化学平衡是指当反应物和生成物浓度达到一定比例时,反应停止,而反应速率则是指反应物消耗或生成的速度。
在实验中,我们经常需要计算化学平衡常数和反应速率,以了解反应的进程和性质。
本文将介绍一些常见的计算方法。
一、化学平衡常数的计算方法化学平衡常数是描述反应物和生成物浓度之间关系的一个参数。
在实验中,我们可以通过观察反应物和生成物的浓度变化来计算化学平衡常数。
假设一个反应的化学方程式为A + B ⇌ C + D,反应物A和B的初始浓度分别为[A]0和[B]0,生成物C和D的初始浓度为0,反应达到平衡时,反应物和生成物的浓度分别为[A]和[B]、[C]和[D]。
根据化学平衡定律,反应物和生成物的浓度之间存在一定的比例关系,可以用化学平衡常数K表示。
对于上述反应,化学平衡常数K的表达式为K =[C][D]/[A][B]。
在实验中,我们可以通过测定反应物和生成物的浓度,代入上述表达式计算化学平衡常数K的值。
二、反应速率的计算方法反应速率是指反应物消耗或生成的速度,可以用反应物浓度的变化率来表示。
在实验中,我们可以通过测定反应物浓度随时间的变化来计算反应速率。
假设一个反应的化学方程式为A + B → C,反应物A和B的浓度随时间的变化分别为[A]和[B],生成物C的浓度随时间的变化为[C]。
在反应物浓度随时间的变化曲线上,我们可以选择一个时间段Δt,计算反应物浓度的变化量Δ[A]和Δ[B]。
根据反应物的摩尔比例关系,可以得到反应物消耗或生成的摩尔数,再除以时间Δt,即可得到反应速率。
三、反应速率常数的计算方法反应速率常数是描述反应速率与反应物浓度之间关系的一个参数。
在实验中,我们可以通过测定不同浓度下的反应速率来计算反应速率常数。
假设一个反应的速率与反应物浓度的关系可以用速率方程式v = k[A]的形式表示,其中v表示反应速率,k表示反应速率常数,[A]表示反应物A的浓度。
高中化学化学反应速率与化学平衡的计算高中化学:化学反应速率与化学平衡的计算化学反应速率与化学平衡是高中化学中的重要概念,能够帮助我们了解反应的进程和平衡状态。
本文将探讨化学反应速率和化学平衡的计算方法。
一、化学反应速率的计算化学反应速率指单位时间内反应物消失或产物生成的量。
速率可根据反应物和产物摩尔数的变化来计算。
考虑以下化学反应:aA + bB → cC + dD其中,A、B为反应物,C、D为产物,a、b、c、d为化学式前的系数。
1. 平均反应速率平均反应速率可表示为反应物浓度变化与反应时间的比值。
以反应物A的浓度变化为例,平均反应速率(v)的计算公式为:v = Δ[A]/Δt其中,Δ[A]表示反应物A的浓度变化量,Δt表示反应时间的变化量。
2. 瞬时反应速率瞬时反应速率指在某一特定时间点上的反应速率。
通常,我们可以通过连续不断地测量反应物或产物的浓度来计算瞬时反应速率。
为了得到某一特定时间点的瞬时反应速率,我们需要在该时间点的附近进行多次浓度测量,并通过求取斜率来近似计算。
二、化学平衡的计算化学反应在一定条件下会达到平衡状态,即反应物和产物的浓度不再发生变化。
当达到平衡时,反应物和产物浓度的比值保持恒定。
考虑以下化学平衡反应:aA + bB ⇌ cC + dD其中,A、B为反应物,C、D为产物,a、b、c、d为化学式前的系数。
1. 平衡常数平衡常数(Kc)用于描述平衡时反应物和产物浓度之间的关系。
平衡常数的计算公式为:Kc = [C]^c[D]^d / [A]^a[B]^b其中,[C]、[D]、[A]、[B]分别表示平衡时反应物和产物的浓度。
2. 平衡浓度的计算已知平衡反应的反应物浓度,我们可以通过平衡常数的值来计算产物的浓度。
考虑以下例子:已知在某化学反应中,反应物A和B的初始浓度为[A]0和[B]0,反应达到平衡时,反应物A的浓度变为[A],则产物C的浓度可以通过以下公式计算:[C] = [A]0 - [A]3. 平衡定量关系的计算在平衡状态下,反应物和产物的摩尔比等于化学式前的系数。
化学学习技巧掌握化学反应速率与平衡的计算方法化学学习技巧:掌握化学反应速率与平衡的计算方法化学是一门涉及物质结构、性质和变化的科学。
在学习化学的过程中,掌握化学反应速率和平衡的计算方法是至关重要的。
本文将介绍一些有效的化学学习技巧,帮助学生们更好地理解和应用这些计算方法。
I. 理解化学反应速率化学反应速率是指单位时间内反应物消耗或生成物产生的数量。
以下是一些计算化学反应速率的方法:1. 平均速率:平均速率是通过观察在一段时间内消耗或生成的反应物或生成物的数量来计算的。
平均速率的计算公式为:平均速率 = (反应物或生成物浓度的变化量) / (时间的变化量)2. 瞬时速率:瞬时速率是在一个特定时间点上测量的反应速率。
为了计算瞬时速率,可以绘制反应物浓度随时间的变化曲线,并在特定时间点上确定斜率。
3. 差分法:差分法是通过观察反应物或生成物在不同时间点上的浓度差异来计算反应速率的方法。
具体而言,差分法使用反应物浓度变化量除以时间变化量,以确定瞬时速率。
II. 理解化学平衡化学平衡是指反应物与生成物之间浓度达到一定稳定状态的情况。
以下是一些计算化学平衡的方法:1. 平衡常数:平衡常数是指在给定温度下,反应物和生成物浓度的比值的乘积的稳定值。
平衡常数的计算公式为:平衡常数(K) = ([生成物A]^m * [生成物B]^n) / ([反应物X]^x * [反应物Y]^y)其中,m、n、x和y分别代表生成物和反应物的摩尔系数。
2. 反应商:反应商是在反应物浓度还未达到平衡状态时的比值。
通过比较反应商与平衡常数的大小,可以判断反应是朝向生成物还是反应物方向进行。
3. Le Chatelier原理:Le Chatelier原理是描述当外部条件改变时,反应体系将会偏离平衡状态,以重建平衡的原理。
根据原理,如果应用了压力、温度或浓度等外部因素,反应体系会偏向某个方向以抵消这些改变。
III. 提高化学学习效果的技巧除了掌握化学反应速率和平衡的计算方法之外,以下是一些提高化学学习效果的技巧:1. 建立坚实基础:化学是一门建立在基础概念上的科学,因此学生需要确保他们对化学的基本概念有很好的理解。
化学反应速率和平衡常数化学反应速率和平衡常数是化学反应中两个重要的概念。
它们对于理解和控制化学反应过程具有重要意义。
本文将从化学反应速率和平衡常数的定义、影响因素以及应用角度进行探讨。
一、化学反应速率化学反应速率是指单位时间内反应物质浓度变化的快慢程度。
一般地,当反应物质浓度发生变化时,反应速率也会随之变化。
化学反应速率可以通过实验方法进行测定。
化学反应速率的计算公式为:速率 = ΔC/Δt,其中ΔC表示反应物质浓度的变化量,Δt表示反应时间的变化量。
化学反应速率可以用摩尔浓度、质量浓度或体积浓度来表示。
化学反应速率受到多种因素的影响。
温度是影响化学反应速率的重要因素之一。
一般来说,温度升高会使反应速率增加,因为温度升高会增加分子的平均动能,使反应物分子更容易发生碰撞,从而增加反应速率。
此外,反应物浓度、反应物质的物理状态、催化剂等也会对反应速率产生影响。
反应物浓度越高,反应速率越快;反应物质的物理状态不同,反应速率也会不同;催化剂可以降低反应的活化能,从而加速反应速率。
二、平衡常数平衡常数是用来描述化学反应达到平衡时各物质浓度之间的关系的一个数值。
在化学反应达到平衡时,反应物浓度和生成物浓度之间的比值将保持不变,这个比值就是平衡常数。
平衡常数的计算公式为:Kc = [C]^c[D]^d/[A]^a[B]^b,其中[A]、[B]、[C]、[D]分别表示反应物A、B和生成物C、D的摩尔浓度,a、b、c、d分别表示反应物A、B和生成物C、D的摩尔系数。
平衡常数的大小可以反映反应的偏向性。
当平衡常数大于1时,表示生成物浓度较高,反应偏向生成物;当平衡常数小于1时,表示反应物浓度较高,反应偏向反应物;当平衡常数等于1时,表示反应物浓度和生成物浓度相等,反应达到平衡。
平衡常数受到温度的影响。
根据热力学原理,平衡常数随温度的变化而变化。
一般来说,温度升高会使平衡常数增大,因为温度升高会使反应物浓度降低,从而使反应偏向生成物。
化学教学化学反应速率与平衡常数的计算化学反应速率与平衡常数的计算在化学研究和实验中,计算反应速率和平衡常数是非常重要的。
通过对化学反应速率和平衡常数的计算,我们可以深入了解反应机理和反应的前进方向。
本文将探讨化学反应速率和平衡常数的计算方法和相关应用。
一、反应速率的计算反应速率是指单位时间内反应物浓度或生成物浓度的变化量。
通常用化学方程式中各物质的浓度变化情况表示,可以用以下公式计算:反应速率= ΔC/Δt其中,ΔC表示反应物浓度或生成物浓度的变化量,Δt表示时间间隔。
以A与B反应生成C为例,化学方程式可以表示为:A +B → C假设在t时刻,反应物A的浓度为[A],反应物B的浓度为[B],生成物C的浓度为[C],则反应速率可表示为:反应速率 = -Δ[A]/Δt = -1/a * Δ[C]/Δt其中,a表示A的反应系数,反应速率的负号表示反应物的浓度随时间的减少。
反应速率还可根据反应物浓度或生成物浓度的变化情况绘制曲线,常见的曲线有零级反应、一级反应和二级反应曲线。
二、平衡常数的计算在化学平衡反应中,平衡常数(K)是反应物浓度和生成物浓度之间的比值。
平衡常数可以帮助我们了解反应的平衡位置和反应物和生成物浓度的关系。
对于一般的化学平衡反应:aA + bB ↔ cC + dD平衡常数的表达式为:K = ([C]^c * [D]^d) / ([A]^a * [B]^b)其中,[A]、[B]、[C]和[D]分别表示A、B、C和D物质的浓度,a、b、c和d是方程式中各物质的反应系数。
平衡常数K的大小可以判断反应向左还是向右进行,假设K>1,则反应向右进行,生成物浓度高;若K<1,则反应向左进行,反应物浓度高;若K=1,则反应物和生成物浓度相等,反应达到平衡状态。
平衡常数K还可以用来计算未知浓度的物质浓度。
假设已知反应物的浓度和平衡常数K值,可以通过代入公式计算出其他物质的浓度。
三、实例:甲酸酯水解反应的速率和平衡常数计算甲酸酯水解反应是有机化学中常见的反应。
化学反应的平衡常数与反应速率关系计算公式化学反应是物质发生变化的过程,其中平衡常数是描述反应平衡位置的一个重要参数,而反应速率则是反应进行的速度。
平衡常数与反应速率之间存在着一定的关系,通过一些计算公式可以描述它们之间的相互作用。
在化学反应中,平衡常数(K)是用来描述反应物和生成物在达到平衡时的浓度比的。
对于一般的化学反应:aA + bB ↔ cC + dD,平衡常数的表达式为:K = ([C]^c [D]^d) / ([A]^a [B]^b)其中,[A]、[B]、[C]和[D]分别表示反应物A、B以及生成物C、D的浓度。
a、b、c和d分别表示反应物和生成物在平衡反应中的摩尔数比。
平衡常数K的大小与反应物和生成物之间相对浓度的关系有关,K越大表示生成物浓度较高,反应趋向产物一方;而K越小表示反应物浓度较高,反应趋向反应物一方。
与平衡常数相关的是反应速率,反应速率(r)是描述反应进行速度的参数。
反应速率可以用反应物和生成物的浓度改变速率来表示。
对于一般的化学反应:aA + bB → cC + dD,反应速率的表达式为:r = k[A]^a[B]^b其中,k为反应速率常数,[A]和[B]分别表示反应物A和B的浓度,a和b为反应物A和B的摩尔数。
根据速率方程,可以看出反应速率与反应物的浓度成正比,反应物浓度越高,反应速率越快。
反应速率常数k则与反应物浓度相关。
它可以受到温度、催化剂等因素的影响。
平衡常数与反应速率之间的关系可以通过平衡常数表达式和速率方程的组合来计算。
假设一个反应的平衡常数为K,那么在达到平衡之后,反应速率可以按照以下方式计算:r = k' * (K'[A]'^a'[B]'^b' - [C]'^c'[D]'^d')其中,k'为反应速率常数,[A]'、[B]'、[C]'和[D]'分别为反应物A、B以及生成物C、D的浓度。
化学反应平衡的计算方法化学反应的平衡是指反应物转化为生成物的速率与生成物转化为反应物的速率相等的状态。
平衡条件可以通过计算来确定,而这涉及到一些基本的计算方法。
本文将介绍化学反应平衡的计算方法。
1. 化学平衡方程式的写法在计算化学反应平衡之前,首先需要写出化学平衡方程式。
平衡方程式应根据实验数据确定,并注意平衡反应的摩尔比例。
例如,对于以下反应:A +B ⇌C + D平衡方程式可以写作:aA + bB ⇌ cC + dD2. 平衡常数的计算平衡常数(K)是表示反应品和生成物浓度之比的定量指标,定义为各物质活度的乘积和各物质浓度的乘积之比。
平衡常数的计算公式为:K = ([C]^c * [D]^d) / ([A]^a * [B]^b)其中,[A]、[B]、[C]和[D]分别表示反应物A、B以及生成物C和D的浓度。
3. 浓度单位的选择在计算平衡常数时,需要选择适当的浓度单位。
常用的浓度单位包括摩尔/升和摩尔分数。
4. 幂次法和数值法的应用计算平衡常数时,一种常用的方法是幂次法。
幂次法基于平衡常数与反应物浓度之间的关系。
通过将反应物浓度的幂次依次分配给平衡常数的分子和分母,可以得到反应物浓度与平衡常数之间的关系式,从而解出平衡常数的值。
另一种常用的方法是数值法。
数值法基于数值计算和逼近技巧,通过连续调整反应物浓度的取值,使得平衡常数计算结果逼近实验测定值。
5. 平衡常数的应用平衡常数在化学反应中具有重要作用。
通过平衡常数的大小,可以判断反应向前或向后进行的趋势,从而预测反应的方向和速率。
当平衡常数大于1时,反应向生成物方向进行;当平衡常数小于1时,反应向反应物方向进行。
此外,平衡常数还可以用于计算给定反应条件下的反应物和生成物浓度。
通过已知条件和平衡常数,可以建立方程组求解反应物和生成物的浓度值。
总结:化学反应平衡的计算方法主要涉及化学平衡方程式的写法、平衡常数的计算、浓度单位的选择以及幂次法和数值法的应用。
化学反应速率与化学平衡专题复习河北省宣化县第一中学栾春武一、考纲分析1. 考纲原文(1)了解化学反应速率的概念及反应速率的表示方法。
理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率的影响。
(2)了解化学反应的可逆性。
理解化学平衡的含义及其与反应速率之间的联系。
(3)理解勒夏特列原理的含义。
理解浓度、温度、压强等条件对化学平衡移动的影响。
(4)以合成氨工业生产为例,用化学反应速率和化学平衡的观点理解工业生产的条件。
2. 考情分析化学反应速率和化学平衡是近年来高考化学反应理论模块的重点内容之一,主要涉及反应方向、反应速率快慢以及反应程度等方面的判断。
分析近年的高考试题,有以下几方面的特点:选择题一般会从平衡状态和平衡移动、物质转化率和浓度变化、平衡体系密度和相对分子质量的变化等方面考查,也常结合图像考查根据图像获取数据分析、解决问题的能力等。
而新课标中的化学平衡常数和化学反应方向的判断这些内容正成为本专题高考命题的新热点。
3. 复习指导(1)准确了解、掌握有关概念,学会从概念相关的定义出发思考、分析问题。
如气体压强对平衡移动的影响,必须通过浓度的变化来分析、思考,即只有浓度变化时,压强变化才对平衡移动有效。
(2)要准确理解图表所表示的含义,也能通过图表获取关键信息,并用于分析与解决问题。
同时,要会用文字、图表等方式进行清晰、准确地表述。
(3)要善于归纳、整理影响物质变化的关键变量,并能运用这些变量找出其变化规律,然后再用图、表或文字的方式将这些规律进行准确表达。
(4)学会一些常规的方法,对反应体系进行分析、判断,如典型的三步计算分析法、等效平衡分析法、平衡常数计算法等,这些都是解决化学反应速率与化学平衡相关问题的重要方法。
二、考点例析【例题1】煤制成天然气是煤气化的一种重要方法。
其工艺核心是合成过程中的甲烷化,涉及的主要反应:CO(g) + 3H2(g) CH4(g) + H2O(g) △H<0 ①CO2(g) + 4H2(g) CH4(g) + 2H2O(g) △H<0 ②现在300℃,容积为2L的密闭容器中进行有关合成天然气的实验,相关数据记录如下:下列有关说法错误的是A. a = 30,b = 1.5B. c = 25,d = 4.5C. 前30 min内,反应①的平均反应速率v(CH4) = 0.05 mol/(L·min)D. 后40 min内,反应②的平均反应速率v(H2) = 0.025 mol/(L·min)【解析】根据表中数据,在前30 min内,反应①消耗了2 mol CO,同时消耗H2的物质的量是消耗CO的3倍,即6 mol,而反应②消耗了1 mol CO2,同时消耗H2的物质的量是消耗CO2的2倍,即4 mol,共消耗H2 10 mol,则a = 30;到70 min时,H2O为6 mol,反应①消耗的CO为3 mol,由反应①生成的H2O为3 mol,则由应②生成的H2O也为3 mol,同时消耗的CO2为1.5 mol,则不难得出b = 1.5,c = 25,d = 4.5。
前30 min内由反应①生成的CH4为2 mol,浓度该变量为 1 mol/L,对应的反应速率v(CH4) 约为0.033 mol/(L·min);后40 min内由反应②消耗的H2为2 mol,浓度改变量为1 mol/L,对应的反应速率v(H2)为0.025 mol/(L·min)。
答案:C【点拨】化学反应速率是表示反应进行快慢的物理量,它用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示,单位有mol/(L·h)、mol/(L·min)、mol/(L·s)等。
计算公式如下:式中B是物质的化学式,△c(B)表示物质B浓度的变化,△n(B)表示物质B的物质的量的变化,V表示容器或溶液的体积,△t表示反应进行的时间。
用上式进行进行某物质反应速率计算时需注意以下几点:(1)浓度变化只适用于气体和溶液中的溶质,不适用于固体和纯液体。
(2)化学反应速率是某段时间内的平均速率,而不是即时速率,且计算时取正值。
(3)同一反应用不同的物质表示反应速率时,数值可能不同,但意义相同。
不同物质表示的反应速率之比等于化学计量数之比。
【例题2】在某温度时,将2 mol A和 1 mol B两种气体通入容积为2 L的密闭容器中,发生反应:2 A(g) + B(g) xC(g),2 min 时反应达到平衡状态,经测定B的物质的量为0.4 mol,C的反应速率为0.45 mol/(L·min)。
下列各项能表示该反应达到平衡的是A.v A正: v B逆= 1 : 2 B.混合气体的密度不再变化C.混合气体的压强不再变化D.A的转化率不再变化【解析】解答本题的关键是首先根据题给A、B起始的物质的量、平衡B的物质的量以及C的反应速率求得x=3。
2 A(g) + B(g) xC(g)起始(mol) 2 1 0转化(mol)2a a ax平衡(mol)2-2a 1-a ax1 mol -a =0.4 mol,a =0.6 mol,ax =2 min×2 L×0.45 mol/(L·min),x=3,2 A(g) + B(g) 3C(g),是等气体分子数反应。
再判断反应是否达到平衡。
化学平衡状态的根本标志是v正=v逆(同一物质),因此需要把A项中原来的v A正和v B逆换算成同一物质表示形式,根据反应式v A正: v B逆=1中化学计量系数知,若v B逆=2,则v A逆=4,由v A正: v B逆=1 : 2,可知,v A正=1,故v A正≠ v A逆,A错;因为该反应中各物质都是气体,其质量不变,该容器又是恒容容器,所以混合气体的密度始终不变,B错;该反应是等气体分子数的反应,故气体压强不变;即压强和密度不能作为本反应平衡判断的标志,C也错;当转化率不变时,表明该反应达到平衡状态。
答案:D【点拨】关于平衡状态的判断,可以将各种情况转化成同一物质正、逆反应速率是否相等,或平衡体系中个物质百分含量保持不变(或浓度不变)。
判断是否达到平衡状态的标志有:(1)直接标志:①v正=v逆,即用速率关系表示化学平衡状态,式中既要有正反应速率,又要有逆反应速率,且两者之比等于该反应中的化学计量数之比。
②各组分的质量、物质的量不变,③各组分的浓度(或百分含量)不变;(2)间接标志:对于有气体存在且反应前后气体的总体积发生改变(△n(g) ≠ 0)的反应,如N2(g) +3H2(g)2NH3(g),①通过总量:n总(或恒温恒压下的V总、恒温恒容下的p总)不变,②通过复合量:(平均摩尔质量、密度)不变,则说明该反应已达平衡状态。
③对于有气体存在且反应前后气体的总体积不发生改变(△n(g) = 0)的反应,如H2(g)+I2(g)2HI(g),反应过程中任何时刻体系的压强、气体的物质的量、平均摩尔质量都不变,故压强、气体的物质的量、平均摩尔质量不变均不能说明反应已达平衡状态。
④其它:对于有色气体存在的反应体系,如H2(g)+ I2(g)2HI(g)和2NO2(g)N2O4(g)等,若体系的颜色不再发生改变,则反应已达平衡状态。
(3)微观标志:如N2(g) +3H2(g)2NH3(g),下列各项均可说明该反应达到平衡状态:①断裂1 mol N≡N键的同时生成1 mol N≡N键;②断裂1 mol N≡N键的同时生成3 mol H-H键;③断裂1 mol N≡N键的同时生成6 mol N-H键;④生成1 mol N≡N键的同时断裂6 mol N-H键。
【例题3】在密闭容器中,发生以下反应:3A(g) + B(g) xC(g)(1)密闭容器中充有2 mol A和一定量的B,当反应进行到4 min时,测得A为0.4 mol。
若反应进行到2 min时,容器中A的物质的量为A.1.2 mol B.小于1.2 mol C.1.6 mol D.大于1.6 mol(2)现有甲、乙两个容积相等的恒容密闭容器,向甲中通入6 mol A和2 mol B,向乙中通入1.5 molA、0.5 mol B和3 mol C,控制温度不变,使上述反应达到平衡,此时测得甲、乙两容器中C的体积分数都为0.2。
①若平衡时,甲、乙两容器中A的物质的量相等,则x =______;若平衡时甲、乙两容器中A的物质的量不相等,则x =______;②平衡时,甲、乙两容器中A、B的物质的量之比是否相等______(填“相等”或“不相等”),平衡时甲中A的体积分数为______;③若平衡时两容器中的压强不相等,则两容器中的压强之比为______。
【解析】(1)反应进行到4 min时,,测得A为0.4 mol,消耗了1.6 mol。
如果反应是匀速的,在2 min时,A 消耗了0.8 mol,实际上反应不是匀速的,开始时反应物的浓度大,反应速率较快,故消耗A的量大于0.8 mol。
(2)①若平衡时,甲、乙两容器中A的物质的量相等,且C的体积分数都为0.2。
说明将乙中的C完全转化为A和B,再分别加上A和B的原始量,得A的物质的量等于6 mol,B的物质的量等于2 mol,这样可得x =2;若平衡时,甲、乙两容器中A的物质的量不相等,C的体积分数也是为0.2,说明该反应一定是个等体积反应,所以x =4;②因为甲、乙中A、B的起始的物质的量之比为3 : 1,等于反应计量系数之比,所以不论反应程度如何,其比值均为3 : 1。
根据n(A) : n(B) =3 : 1,假设甲中A的体积分数为3y,B的体积分数为y,即3y + y + 0.2 =1,y=0.2,A的体积分数为0.6。
③平衡时压强不等,即平衡时气体的物质的量不等,但是要求达到平衡时C的体积分数都为0.2,根据①的分析结果x =4,即反应就是一个等体积反应,故压强比实际上就是气体起始的物质的量之比。
答案:(1)B (2)①2 4 ②相等0.6 ③8 : 5【点拨】学会利用“建模”思想建立“等效平衡”,来解决平衡移动问题。
方法如下:(1)构建等温、等容平衡思想模式(见图示):新的平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成,相当于增大压强。
(2)构建等温、等压平衡思想模式(见图示):新的平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加而成,压强不变,平衡不移动。
【例题4】已知二甲醚是一种重要的清洁燃料,可以通过CH3OH分子间脱水制得:2CH3OH(g)CH3OCH3(g) + H2O(g) △H = 23.5kJ·mol-1。
在T1℃,恒容密闭容器中建立上述平衡,体系中各组分浓度随时间变化如图所示。