专题讲座十 化学反应速率、化学平衡计算通关
一、“一式”巧解有关化学反应速率计算题
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-1•h-1、mol•L-1•min-1、mol•L-1•s-1等。计算公式如下:
v(B)=Δc(B)Δt=Δn(B)VΔt
式中B是物质的化学式,Δc(B)表示物质B浓度的变化,Δn(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,Δt表示反应进行的时间。
用上式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)化学方程式中物质的化学计量数与反应速率的关系是反应速率之比等于化学计量数之比。
(3)反应速率大小的比较:对于反应nA+mBpC+qD,有如下关系:v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=n∶m∶p∶q,比较相同条件下不同物质表示的反应速率大小时只需要比较v(A)/n、v(B)/m、v(C)/p和v(D)/q的大小即可。
【例1】 煤制合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) ΔH<0①
CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH<0②
现在300 ℃、容积为2 L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:
CO/mol CO2/mol H2/mol CH4/mol H2O/mol
0 min 4 3 40 0 0
30 min 2 2 a 3
70 min 1 b c d 6
下列有关说法错误的是 ( )
A.a=30,b=1.5
B.c=25,d=4.5
C.前30 min内,反应①的平均反应速率v(CH4)=0.05 mol•L-1•min-1
D.后40 min内,反应②的平均反应速率v(H2)=0.025 mol•L-1•min-1
【例2】 某温度时,在2 L容器中X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。由此分析,该反应的化学方程式为____________________________________________;
从反应开始至2 min时,Z的平均反应速率为____________。
1.一定温度下,在2 L的密闭容器中,X、Y、Z三
种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示,
下列描述正确的是 ( )
A.反应开始到10 s时,用Z表示的反应速率为
0.158 mol•L-1•s-1
B.10 s后,该反应停止进行,达到平衡状态
C.反应开始到10 s时,平均反应速率:
v(X)=v(Y)=0.039 5 mol•L-1•s-1
D.反应的化学方程式为2X(g)+Y(g) 2Z(g)
2.在2 L的密闭容器中,放入0.4 mol A和0.6 mol B,在一定温度下,压强为p,放入催化剂(体积忽略),发生反应2A(g)+3B(g) xC(g)+2D(g),在a min后,容器中c(A)=0.1 mol•L-1,则v(B)=____________;若温度不变,压强变为0.9p,则v(C)=__________,x=____________。
二、有关化学平衡计算的“三步曲”
化学平衡的计算一般涉及到各组分的物质的量、浓度、转化率、百分含量、气体混合物的密度、平均摩尔质量、压强等,通常的思路是写出平衡式,列出相关量(起始量、变化量、平衡量),确定各量之间的关系,列出比例式或等式或依据平衡常数求解。
如对以下反应:mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量(mol)分别为a、b,达到平衡后,A的消耗量为mx,容器容积为V L。
mA(g) + nB(g)pC(g)+qD(g)
起始(mol) a b 0 0
变化(mol) mx nx px qx
平衡(mol) a-mx b-nx px qx
则有:(1)K=(pxV)p•(qxV)q(a-mxV)m•(b-nxV)n
(2)对于反应物:n(平)=n(始)-n(变);
对于生成物:n(平)=n(始)+n(变)。