化学反应速率和化学平衡

李仕才

附：第七章概论

考点一　化学反应速率的计算与比较

1．基础知识

2．化学反应速率的计算

在解题过程中先写出有关反应的化学方程式；找出各物质的起始量、转化量、某时刻量；根据已知条件列方程式计算。例如，对于反应：mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)，A的浓度为a mol·L－1，B的浓度为b mol·L－1，反应进行至t1 s时，A消耗了x mol·L－1，则反应速率可计算如下：

　　　　　　　　　　mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)

起始浓度/mol·L－1　a　　　　b　　　　0　　 　 0

转化浓度/mol·L－1　x　　　　　　　　　　

某时刻浓度/mol·L－1 a－x 　b－　　　　　

则各物质的化学反应速率为v(A)＝mol·L－1·s－1，v(B)＝mol·L－1·s－1，v(C)＝mol·L－1·s－1，v(D)＝mol·L－1·s－1。

3．规律

(1)同一化学反应的反应速率可以用不同物质的浓度变化来表示，其数值可能不同，因此表示化学反应速率时要指明具体物质。

(2)用不同物质的浓度变化表示同一化学反应的反应速率时，反应速率的数值之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。例如，对于反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q。

4．化学反应速率大小的比较方法

由于同一化学反应的反应速率用不同物质表示时数值可能不同，所以比较反应的快慢不能只看数值的大小，而要进行一定的转化。

(1)先看单位是否统一，若不统一，换算成相同的单位。

(2)再用转化同一物质法(或比值法)进行比较。

①转化同一物质法：将同一反应中的不同物质的反应速率转化成同一种物质的反应速率，再进行速率的大小比较。

②比值法：用各物质表示的反应速率除以对应各物质的化学计量数，然后再对求出的数值进行大小排序，数值大的反应速率快。如反应mA＋nB===pC＋qD，若>，则反应速率v(A)>v(B)。

判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．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．化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种生成物浓度的增加。(　×　)

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．由v＝计算平均速率，用反应物表示为正值，用生成物表示为负值。(　×　)

5．同一化学反应，相同条件下用不同物质表示的反应速率，其数值可能不同，但表示的意义相同。(　√　)

6．根据反应速率的大小可以判断化学反应进行的快慢。(　√　)

1．由v＝Δc/Δt计算的反应速率是某段时间内的平均反应速率，而不是某时刻的瞬时反应速率。

2．无论用反应物还是用生成物表示反应速率时，均取正值。

3．对于固体或纯液体反应物，其浓度视为常数，故不能用固体或纯液体物质表示化学反应速率。

一、化学反应速率的计算

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的减少或任何一种生成物物质的量的增加

B．化学反应速率为0.8 mol/(L·s)是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol/L

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．决定反应速率的主要因素是反应物的浓度

解析：A选项，化学反应速率适用于溶液或气体，化学反应速率是单位时间反应物浓度的减少或生成物浓度的增加，故A项错误；B选项，化学反应速率指单位时间内浓度的变化量，是平均值不是瞬时值，故B项错误；C选项，化学反应速率的大小反映化学反应进行的快慢，故C项正确；D选项，决定化学反应速率快慢的主要因素是物质本身的性质，故D项错误。

答案：C

2．一定条件下反应A(s)＋3B(g) 2C(g)在10 L的密闭容器中进行，测得2 min内，A的物质的量由20 mol(560 g)减小到8 mol(224 g)，则下列说法中正确的是(　　)

A．用反应物A表示该反应的反应速率为0.6 mol·L－1·min－1

B．用反应物B表示该反应的反应速率为2.4 mol·L－1·min－1

C. v(B)＝v(C)

D．用反应物C表示该反应的反应速率为3.6 mol·L－1·min－1

解析：2 min内，A的物质的量由20 mol减小到8 mol，同时B的物质的量减少36 mol，C的物质的量增加24 mol，根据v＝Δn/(VΔt)，代入数值计算，可知v(B)＝1.8 mol·L－1·min－1，v(C)＝1.2 mol·L－1·min－1。A为固体，所以不能用A的浓度变化量来表示该反应的反应速率。根据化学反应速率之比等于化学计量数之比可知， v(B)＝v(C)。

答案：C

3．在一密闭容器中充入一定量的N2和O2，在电火花作用下发生反应N2＋O2===2NO，经测定前3 s用N2表示的反应速率为0.1 mol·L－1·s－1，则6 s末NO的浓度为(　　)

A．1.2 mol·L－1 B．大于1.2 mol·L－1

C．小于1.2 mol·L－1 D．不能确定

解析：本题考查化学反应速率的计算，意在考查学生对化学反应速率公式的灵活运用能力。前3 s用N2表示的反应速率为0.1 mol·L－1·s－1，即用NO表示的反应速率为0.2 mol·L－1·s－1，如果3～6 s的反应速率仍为0.2 mol·L－1·s－1，则NO的浓度为1.2 mol·L－1，由于随着反应进行，反应物的浓度减小，反应速率减慢，故应小于1.2 mol·L－1。

答案：C

4．一定温度下，10 mL 0.40 mol·L－1 H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)如表所示。

下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)(　　)

A．0～6 min的平均反应速率：v(H2O2)≈3.3×10－2 mol·L－1·min－1

B．6～10 min的平均反应速率：v(H2O2)<3.3×10－2 mol·L－1·min－1

C．反应至6 min时，c(H2O2)＝0.30 mol·L－1

D．反应至6 min时，H2O2分解了50%

解析：根据题目信息可知，0～6 min，生成22.4 mL O2(标准状况)，消耗0.002 mol H2O2，则v(H2O2)≈3.3×10－2 mol·L－1·min－1，A项正确；随反应物浓度的减小，反应速率逐渐降低，B项正确；反应至6 min时，剩余0.002 mol H2O2，此时c(H2O2)＝0.20 mol·L－1，C项错误；反应至6 min时，消耗0.002 mol H2O2，转化率为50%，D项正确。

答案：C

5．将4 mol A气体和2 mol B气体在2 L容器中混合，一定条件下发生反应：2A(g)＋B(g) 2C(g)，若经2 s后测得C的浓度为0.6 mol·L－1，现有下列说法：

①用物质A表示的反应速率为0.3 mol·L－1·s－1

②用物质B表示的反应速率为0.6 mol·L－1·s－1

③2 s时物质A的转化率为70%

④2 s时物质B的浓度为0.7 mol·L－1

其中正确的是(　　)

A．①③ B．①④

C．②③ D．③④

解析：　　2A(g)＋B(g) 2C(g)

2 1 2

起始量 4 mol 2 mol 0

变化量 1.2 mol 0.6 mol 1.2 mol

2 s后 2.8 mol 1.4 mol 1.2 mol

求得v(A)＝0.3 mol·L－1·s－1，v(B)＝0.15 mol·L－1·s－1，A的转化率为30%,2 s时c(B)＝0.7 mol·L－1。

答案：B

6．一定温度下，向容积为2 L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应，反应中各物质的物质的量变化如图所示，对该反应的推断合理的是(　　)

A．该反应的化学方程式为3B＋4D 6A＋2C

B．反应进行到1 s时，v(A)＝v(D)

C．反应进行到6 s时，B的平均反应速率为0.05 mol/(L·s)

D．反应进行到6 s时，各物质的反应速率相等

解析：由图可知，反应达到平衡时A物质增加了1.2 mol、D物质增加了0.4 mol、B物质减少了0.6 mol、C物质减少了0.8 mol，所以A、D为生成物，B、C为反应物，B、C、A、D物质的量之比为3∶4∶6∶2，反应方程式为3B＋4C 6A＋2D，A项错误；反应到1 s时，v(A)＝＝＝0.3 mol/(L·s)，v(D)＝＝＝0.1 mol/(L·s)，所以v(A)≠v(D)，B项错误；反应进行到6 s时，Δn(B)＝1.0 mol－0.4 mol＝0.6 mol，v(B)＝＝＝0.05 mol/(L·s)，C项正确；根据图象可知，到6 s时各物质的物质的量不再改变了，达到平衡状态，所以各物质的浓度不再变化，但是由于各物质的化学计量数不相同，则各物质的反应速率不相等，D项错误。

答案：C

二、反应速率大小的比较

7．已知反应4CO＋2NO2 N2＋4CO2在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示反应速率最快的是(　　)

A．v(CO)＝1.5 mol·L－1·min－1

B．v(NO2)＝0.7 mol·L－1·min－1

C．v(N2)＝0.4 mol·L－1·min－1

D．v(CO2)＝1.1 mol·L－1·min－1

解析：转化为用相同的物质表示的反应速率进行比较，B项v(CO)＝1.4 mol·L－1·min－1；C项v(CO)＝1.6 mol·L－1·min－1；D项v(CO)＝1.1 mol·L－1·min－1，C项反应速率最快。

答案：C

8．反应A(g)＋3B(g)===2C(g)＋2D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为①v(A)＝0.45 mol·L－1·s－1

②v(B)＝0.6 mol·L－1·s－1　③v(C)＝0.4 mol·L－1·s－1　④v(D)＝0.45 mol·L－1·s－1。下列有关反应速率的比较中正确的是(　　)

A．④>③＝②>①　　　　 B．①>④>②＝③

C．①>②>③>④ D．④>③>②>①

解析：可用比值法进行反应速率大小比较，＝0.45 mol·L－1·s－1；＝＝0.2 mol·L－1·s－1；＝＝0.2 mol·L－1·s－1；＝＝0.225 mol·L－1·s－1，故①>④>②＝③，B项正确。

答案：B

9．反应aA(g)＋bB(g) cC(g)(ΔH<0)在等容条件下进行。改变其他反应条件，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段体系中各物质浓度随时间变化的曲线如图所示。

回答问题：

(1)反应的化学方程式中，a∶b∶c为________。

(2)A的平均反应速率vⅠ(A)、vⅡ(A)、vⅢ(A)从大到小排列次序为____________________。

解析：(1)由题图知，A、B、C三种气体达到平衡时浓度的变化值分别为1.00 mol·L－1、3.00 mol·L－1、2.00 mol·L－1，在一定时间内，三种气体浓度的变化量之比等于化学计量数之比，则a∶b∶c＝1∶3∶2。

(2)vⅠ(A)＝＝0.05 mol·L－1·min－1，

vⅡ(A)＝≈0.025 mol·L－1·min－1，vⅢ(A)＝＝0.012 mol·L－1·min－1，

则三个阶段A的平均反应速率从大到小的排列次序

vⅠ(A)>vⅡ(A)>vⅢ(A)。

答案：(1)1∶3∶2　(2)vⅠ(A)>vⅡ(A)>vⅢ(A)