第6章化學反應速率和化學平衡常數

A題型01化學反應速率

A題型02外界條件對化學反應速率的影響

A題型03可逆反應及化學平衡

＞題型04化工生產

A題型05化學平衡的移動

■舉一反三■

A題型01化學反應速率

。知識積累

牛奶變質

較慢較快

通過上圖我們可以發現化學反應有快有慢，怎樣表示化學反應的快慢呢？請完成

下列知識點:

1.表示

化學反應速率通常用單位時間內反應物濃度的減少量或生成物濃度的增加量來

表示o

j3八jAc(A)

(1)計算公式：v(A)=------------o

A/

(2)常用單位：molL—Ls—i或mol，LT?min一1。

2.意義

化學反應速率是用來衡量化學反應進行快慢程度的物理量，同一化學反應用不同

的物質來表示化學反應速率時，其數值可能不同，但這些數值所表示的意義相同。

3.規律

對于同一反應，用不同的物質來表示反應速率，其比值一定等于化學方程式中相

應的化學計量數之比。

如對于反應：機A(g)+〃B(g)=^/?C(g)+qD(g),v(A):v(B)：v(C)：v(D)=/^也9。

【典例1】在反應2A+BU3c+4D中(各物質均為氣體)，表示該反應速率最快的是

A.v(A)=O.Smol-L-1-s-1B.v(B)=0.3mol-L-1-s-1

C.v(C)=0.8mol-L-1,s-1D.v(D)=30mol-L-1-min-1

【變式1-1］反應：4A(g)+2B(g)=3C(g)+D(g),在不同條件下，化學反應速率最大的是

A.v(A)=0.2mol-L1-s1B.v(B)=6mol-L1,min1

C.v(C)=8mol-L-1-min-1D.v(D)=4mol-L-1-min-1

【變式1-2】關于化學反應速率的說法正確的是

A.化學反應速率可表示反應進行的程度

B.化學反應速率是指一定時間內，任何一種反應物濃度的減少或任何一種生成物濃度的

增加

C.對于任何化學反應來說，反應速率越快，反應現象就越明顯

D.根據反應速率的大小可知化學反應進行的相對快慢

【變式1-3】汽車尾氣中NO生成過程的能量變化如圖所示。

lmolN2(g)和lmolC)2(g)反應生成2

molNO(g)過程中的能量變化

發生的反應方程式為：N?+一定條件2N0

(l)lmolN2和完全反應生成N。會(填"吸收"或"放出")kJ能量。

(2)汽車尾氣中含有CO、NO等有害氣體，某新型催化劑能促使CO、NO發生如下反應

催化劑

2NO+2CO-2CO2+N2,將CO、NO轉化為無毒氣體。回答下列問題：

為了測定在該催化劑作用下的反應速率，在某溫度下用氣體傳感器測得不同時間的NO和CO

濃度如表所示：

時間/S012345

c(NO)/mol-L-]1.00x10":4.50xIO-22.50x10-1.50x10-z1.00x51.00xIO-2

c(CO)/mol-L-13.60x10-3.05x10-2.85x10-2.75x10":2.70x10"22.70x10-

前2s內的平均反應速率v（cc）2）=

A題型02外界條件對化學反應速率的影響

。知識積累

1.實驗探究溫度、催化劑對化學反應速率的影響

（1）溫度對化學反應速率影響的探究[探究P43]

息_冷^常養一熱常

實驗操作

LA=T（5七）氏二十溫H才（40七）

試管中均為2~3mL相同濃度的滴有FeCl：,溶液的HQ,溶液

溶液中產生氣泡速率的相對大小為熱水〉常溫

實驗現象

〉冷水

實驗結論其他條件不變時，溫度越高，反應速率越大

注意控制變量

（2）催化劑對化學反應速率影響的探究

I

容液.no?粉末

L

O〕1

:

實驗操作卜

-r

三￡HO三一耳。2

02液22

三①溶液版溶液

①

②③

實驗現象產生氣泡的速率的相對大小為②〉①，③〉①

實驗結論催化劑能加大H2O2分解的反應速率

2.外界條件對化學反應速率的影響

—其他條件不變時，升高溫度，化學反應速

^1率增大；降低溫度，化學反應速率減小

—I—其他條件不變時，使用催化劑能

催化劑一

-------加快化學反應速率

-----固體的表面積、反應物的狀態、溶液的濃度

苴他_----------

等都可以影響化學反應的速率

氣體的壓強改變=引起濃度改變=速率改變

化學反應速率影響因素注意點

1.主要因素(內因)

不同的化學反應，具有不同的反應速率，因此，參加反應的物質的性質是決定化

學反應速率的主要因素。

2.外界因素(外因)

①溫度：當其他條件不變時，升高溫度，可以增大化學反應速率；降低溫度，

可以減小化學反應速率。

②催化劑：當其他條件不變時，使用適當的催化劑通常能極大地加快化學反應

速率。

③濃度：當其他條件不變時，增大反應物的濃度，可以增大化學反應速率；減

小反應物的濃度，可以減小化學反應速率。

④壓強：對于有氣體參加的反應，當其他條件不變時，增大氣體的壓強，可以

增大化學反應速率；減小氣體的壓強，可以減小化學反應速率。

⑤固體表面積：固體顆粒越小，其單位質量的表面積越大，與其他反應物的接

觸面積越大，化學反應速率越大。

⑥反應物狀態：一般來說，配成溶液或反應物是氣體，都能增大反應物之間的

接觸面積，有利于增大反應速率。

⑦形成原電池，可以增大氧化還原反應的反應速率。

【典例2】在4L密閉容器中充入6moiA氣體和5moiB氣體,在一定條件下發生反應:3A(g)+B(g)

U2c(g)+xD(g),達到平衡時生成了2moiC,經測定D的濃度為0.5mol/L,下列判斷正確的是

A.x=l

B.達到平衡時，在相同溫度下容器內混合氣體的壓強是反應前的8.5倍

C.平衡時A的濃度為1.50mol/L

D.B的轉化率為20%

【變式2-1］在硫酸工業中，通過下列反應使氧化為

SO2SO3：2SO2(g)+O2(g)^2SO3(g)AH=-

196.6kJ/moL下表列出了在不同溫度和壓強下，反應達到平衡時S5的轉化率。下列說法

錯誤的是

平衡時so2的轉化率/%

溫度/久

0.10.51510

MPaMPaMPaMPaMPa

45097.598.999.299.699.7

55085.692.994.997.798.3

A.在實際生產中，從成本的角度考慮選擇常壓下進行反應

B.在實際生產中，選定的溫度為400?500°C,這與催化劑的活性無關

C.反應過程中通入過量的空氣，以提高平衡時SO2的轉化率

D.為避免污染環境和提高原料利用率，尾氣中的SO?需回收處理

【變式2-2】我國將力爭2060年前實現碳中和，C5的捕捉是減少碳排放的措施之一，一種

利用溶液捕捉回收的過程如圖所示。下列說法正確的是

NaOHCO2

8

含)2

量

CO?含量

高

的NaOH溶液

低的空氣

空

氣的噴霧

NaHCO3

Na2cO3溶液%

900。€：的

過濾:反應妒

CaC)J

A.44gCC)2的體積是22.4L

B.0.1mol/LNaOH溶液中含有Na+數為6.02X1023

C.該流程可實現全部回收CO2

D.捕捉C5時NaOH溶液常噴成霧狀，是為了增大接觸面積，使反應更快，更充分

【變式2-3】下列日常生活中的做法，與控制反應速率無關的是

A.用煤粉代替煤球B.自制米酒控制溫度

C.用冰箱冷藏食物D.奶茶中添加甜味劑

A題型03可逆反應及化學平衡

?而夜祺累

1.可逆反應的定義

⑴定義：在同一條件下正反應方向和逆反應方向均能進行的化學反應。

⑵特點

①正向反應和逆向反應同時進行。

②一定條件下，反應物不可能全部轉化為生成物，即反應物的轉化率不可能達

到100%。

（3）表示：書寫可逆反應的化學方程式時不用“一”而用“一”。

2.化學平衡狀態

（1）化學平衡的建立

（正）最大

反應開始時

（逆）=0

廠。（正）逐漸減小

反應過程中一

逆）逐漸增大

____________（反應物）與c（生成物）均不再改變

反應平衡時|一

V（正）=77（逆）

反

應

速

率

（2）化學平衡狀態（簡稱化學平衡）

在一定條件下，可逆反應進行到一定程度時，正反應速率和逆反應速率相笠，反

應物和生成物的濃度丕理改變的狀態。

【典例3】常溫下，在2L密閉容器中加入一定量的M0S2、出、Na2c。3發生反應：MOS2（S）+4

H2（g）+2Na2CO3（s）#Mo（s）+2C0（g）+4H2O（g）+2Na2s（s）。能說明該反應達到平衡狀態

的是

A.2V正(H2)=v逆(CO)B.容器內氣體的密度不變

C.消耗4m0m2同時生成2moic0D.CO與H2O的物質的量濃度的比值不變

【變式3-1】一氧化碳與一氧化氮的反應可應用于汽車尾氣的凈化。一定條件下，在恒容密

閉容器中發生反應：2CO（g）+2NO（g）U2c02值）+2值）。達到化學平衡狀態時，下列說法正確的

是

A.反應停止B.史的濃度保持不變C.C0完全轉化D.C0與2的濃度相等

【變式3-2】在一定溫度下的密閉容器中，不能說明可逆反應H2（g）+[2（g）U2Hl（g）已經達到

平衡狀態的標志是

A.HI的生成速率與HI的分解速率相等

B.HI的生成速率與H2的生成速率之比是2：1

C.單位時間內一■個H—H鍵斷裂的同時有兩個H—I鍵斷裂

D.單位時間里斷裂2moiHI的同時生成lmolb

【變式3-3]在一定條件下的密閉容器中，發生可逆反應N2（g）+3H2（g）U2NH3（g）。下列情況下

不能說明該反應一定達到化學平衡的是

A.N國的質量分數保持不變B.%的含量保持不變

C.正反應和逆反應的速率相等D.電、力和1\1出的物質的量之比為1：3：2

A題型04化工生產

。知識積累

1.原料

硫鐵礦（或硫磺）、空氣、水。

2.反應原理

4FeS2+1102—??-^-2Fe2O3+8S02

、催化劑、

2SO2+022s。3

S03+H20-H2s。4

3.主要設備

沸騰爐、接觸室、合成塔

4.以硫鐵礦為原料生產硫酸的流程

硫鐵礦的破碎與配礦一焙燒一凈化一二氧化硫的催化氧化一加水生成硫酸

令三種原料：硫鐵礦（FeS2）、空氣、水。

利用接觸法制硫酸一般可以用硫黃、黃鐵礦、石膏、有色金屬冶煉廠的煙氣（含一定量

的SO?）等。其中用硫黃作原料成本低、對環境污染少。但我國硫黃資源較少，主要用黃鐵

礦（主要成分為FeS2）作生產硫酸的原料。

令三步驟、三反應：

（1）4FeS2+HO2—邈-2Fe2O3+8SO2（硫磺燃燒也可以）

（2）2SO2+C2、催化劑、2so3，

（3）SO3+H2O-H2s。4

令三設備：（1）沸騰爐（2）接觸室（3）合成塔

令三原理：化學平衡原理、熱交換原理、逆流吸收原理。

（1）增大反應物濃度、增大反應物間接觸面積，能提高反應速率并使化學平衡向正反應方

向移動，以充分提高原料利用率。

（2）熱交換原理：在接觸室中生成的熱量經過熱交換器，傳遞給進入接觸室的需要預熱的

混合氣體，為二氧化硫的接觸氧化和三氧化硫的吸收創造了有利條件。

（3）逆流原理：液體由上向下流，氣體由下向上升，兩者在逆流過程中充分反應。

三原料三階段三反應（均放熱）三設備三凈化

黃鐵礦或

造氣除塵

4FeS2+1102—例—2Fe2O3+8SO2沸騰爐

S

接觸室

、催化劑、

空氣接觸氧化2S02+022s。3洗滌

（含熱交換器）

98.3%濃硫三氧化硫

吸收塔干燥

SO3+H2O-H2SO4

酸吸收

接觸法制硫酸的原理、過程及典型設備

接觸法制硫酸示意圖：

5.應用化學反應速率和化學平衡移動原理選擇適宜條件

二氧化硫接觸氧化的反應是一個氣體總體積縮小的、放熱的反應。

1、壓強、溫度對SO?的轉化率的影響如表所示

壓強、溫度對so2的轉化率的影響如表所示

條件選擇：400-500℃,常壓，催化劑

溫度壓強(MPa)

(℃)

0.10.5110

40099.299.699.7

50093.596.997.899.3

60085.889.596.4

不選擇高壓的原因：此溫度下，增大壓強對SO2轉化率影響不大，但加壓對設備要求高

溫度在400-500C的原因：催化劑在此溫度活性高；溫度過低，反應速率慢；溫度過高，平

衡逆向移動，SO2轉化率低

6.不能用水吸收三氧化硫而用98.3%的濃硫酸，若用水或稀硫酸吸收，容易形成酸霧，

且吸收速度慢。

7.硫酸生產中的“三廢”處理

硫酸廠的尾氣必須進行處理，因為煙道氣里含有大量的二氧化硫氣體，如果不加利用而

排空會嚴重污染空氣。

(1)尾氣吸收

①用氨水吸收，再用H2s。4處理：SO2+2NH3+H2O^(NH4)2SO3

(NH4)2SO3+H2SO4^(NH4)2SO4+SO2t+H2O

②用Na2s。3溶液吸收：Na2sO3+SO2+H2O12NaHSC)3

③石灰石膏法：S02+Ca(OH)2-CaSO3+H20【典例4】對于硫酸工業中SO?的催

化氧化反應2so2+。2催華劑2s。3,下列說法錯誤的是

A.使用催化劑能加快化學反應速率B.增大壓強對反應速率無影響

C.降低反應溫度，化學反應速率減慢D.增大。2濃度，化學反應速率增大

【變式4-1】在硫酸工業生產中，SO3的吸收過程是在吸收塔(如圖)中進行，吸收塔里還

裝入了大量瓷環。下列有關說法錯誤的是

A.從①處通入的氣體中含大量SO3,整個吸收操作采取逆流的形式

B.從②處噴下98.3%的硫酸，瓷環的作用是增大接觸面積

C.從③處導出的氣體只含有少量SO?，可直接排入大氣

D.從④處流出的是可用水或稀硫酸稀釋的濃硫酸

【變式4-2】在硫酸工業中，通過如下反應使SO2轉化為S3：2SO2(g)+O2(g)^2SO3(g)△

H<0。下列說法不正確的是

A.使用合適的催化劑可加快該反應的反應速率和提高單位時間的產率

B.為提高效益，提高SO2的轉化率，工業生產中選擇在盡可能低的溫度下進行

C.通入過量的空氣可以提高S02的轉化率

D.反應后尾氣中的SO?必須回收

【變式4-3】在硫酸工業生產中，為了有利于SO?的轉化，且能充分利用熱能，采用了下圖

的轉化器。下列說法中，正確的是

A.a、b兩處的混合氣體成分含量相同，溫度相同

B.a、b兩處的混合氣體成分含量相同，溫度不同

C.c、d兩處的混合氣體成分含量相同，溫度相同

D.c、d兩處的混合氣體成分含量相同，溫度不同

A題型05化學平衡的移動

?如■祺累

1.化學平衡移動的含義

對一個化學平衡狀態改變條件時，原來的化學平衡將被破壞,并在新的條件下建

立新的化學平衡,即發生化學平衡移動。

2.影響化學平衡移動的因素

影響因素有溫度、反應物濃度、壓強等。

3.應用

在化工生產中，為了提高反應進行的程度而調控反應條件時，需要考慮控制反應

條件的成本和實際可能性，例如，合成氨的生產在溫度較低時，氨的產率較高;

壓強越大,氨的產率越高。但溫度低，反應速率小，需要很長時間才能達到化學

平衡，生產成本高，工業上通常選擇在40"下進行。而壓強越大，對動

力和生產設備的要求也越高，合成氨廠隨著生產規模和設備條件的不同，采用的

壓強通常為10?30MPa-

名師歸納》

1.化學平衡建立的速率圖像

時間

2.化學平衡狀態的特征概括為：逆、等、動、定、變，即:

軍）一化學平衡研究的對象是可逆反應。

畬一達到化學平衡狀態時，正反應速率和逆反應速率相等。

④一化學平衡是一種表面靜止狀態，反應并未停止，是一種

動態平衡。

阜）—達到化學平衡狀態后，各組分濃度保持不變，不隨時間

變化而變化。

⑥J—外界條件發生改變時，原平衡狀態將被打破，再在新條

件下建立新的平衡狀態。

【典例5】下列事實或現象能用勒夏特列原理解釋的是

A.合成氨工業使用鐵觸媒能提高氨的產量

B.Fe（SCN）3溶液中加入鐵粉后溶液紅色變淺

C.升高溫度或使用催化劑，反應物活化分子百分數增大

D.在硫酸工業中，SO2轉化為SO3的反應，選用常壓而不選用高壓

【變式5-1］下列事實能用勒夏特列（平衡移動）原理解釋的是

A.反應Fe3++3SCWUFe（SCN）3，平衡后加入鐵粉溶液顏色變淺

B.硫酸工業中的重要反應2s。2+。2=2so3，工業上常加入V2O5做