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微专题5　应用“三段式”解决化学反应速率
和化学平衡的相关计算
素养 目标定位
目标素养
1.能正确理解化学反应速率,能基于单位时间内物质的浓度变化量认识化学反应速率的常用表示方法
2.能基于化学方程式和“三段式”分析物质的浓度变化量,进而计算某段时间内的化学反应速率
3.能正确理解化学平衡状态的内涵,能利用“三段式”计算平衡时各物质的浓度
课堂 要点解读
一 “三段式”解决化学反应速率的计算
知识讲解
化学反应速率有多种表示方法,通常用单位时间内某物质浓度的变化量来表示。有关化学反应速率的计算方法有多种,其中“三段式”可使各种数据直观、有条理地呈现出来,便于分析和计算。
1.“三段式”的基本步骤。
(1)写出反应的化学方程式。
(2)根据题意,依次列出各反应物和生成物的起始物质的量(或浓度)、物质的量的变化量(或浓度的变化量),以及一段时间后的物质的量(或浓度)。未知量可以设未知数表示。
(3)根据起始物质的量(或浓度)与一段时间后的物质的量(或浓度)求出物质的量的变化量(或浓度的变化量),变化量之比等于对应物质的化学计量数之比,列式计算化学反应速率。
2.“三段式”思维模型。
在恒温恒的容密闭容器中进行如下反应。
3.运用“三段式”解题时的注意事项。
(1)起始量、变化量、一段时间后的量,三者对应的物理量及单位要统一,都是物质的量或物质的量浓度,否则无法计算。
(2)起始量、变化量、一段时间后的量中,只有物质的变化量之比等于对应物质的化学计量数之比,其他两个量不能用化学计量数列比例式计算。
典型例题
【例1】在2 L的恒容密闭容器中进行如下反应:A(g)+2B(g)
3C(g)+nD(g),开始时A的物质的量为4 mol,B的物质的量为6 mol,5 min末时测得C的物质的量为3 mol,用D表示的化学反应速率为0.2 mol·L-1·min-1。
(1)5 min末时A的物质的量浓度为　　　　　。
(2)前5 min内用B表示的化学反应速率为　　　　　。
(3)化学方程式中n=　　　　　。
(4)该反应在四种不同条件下的反应速率分别为
①v(A)=5 mol·L-1·min-1
②v(B)=6 mol·L-1·min-1
③v(C)=4.5 mol·L-1·min-1
④v(D)=8 mol·L-1·min-1
其中表示的反应速率最大的是　　　　(填序号)。
答案:(1)1.5 mol·L-1 (2)0.2 mol·L-1·min-1　(3)2　(4)①
(3)同一反应中、同一时间段内,各物质的反应速率之比等于化学计量数之比,
v(B)∶v(D)=0.2 mol·L-1·min-1∶0.2 mol·L-1·min-1=2∶n,n=2。
(4)把所有速率都换算成用A表示的反应速率。
①v(A)=5 mol·L-1·min-1
②由v(B)=6 mol·L-1·min-1知,
v(A)=3 mol·L-1·min-1
③由v(C)=4.5 mol·L-1·min-1知,
v(A)=1.5 mol·L-1·min-1
④由v(D)=8 mol·L-1·min-1知,
v(A)=4 mol·L-1·min-1
故选①。
易错提醒
比较化学反应速率的大小,通常是比较同一个化学反应在不同条件下的或者在不同时间段内的反应速率的相对大小,需要明确的是,要统一成某一种物质表示的反应速率(或者用不同物质表示的反应速率除以相应的化学计量数),并且单位相同,然后进行比较。
【例2】将气体A、B置于固定容积为2 L的密闭容器中,发生如下反应:3A(g)+B(g) 2C(g)+2D(g),反应进行到10 s末,测得A的物质的量为1.8 mol,B的物质的量为0.6 mol,C的物质的量为0.8 mol。
(1)用C表示10 s内反应的平均反应速率为　　　　。
(2)反应前A的物质的量浓度是　　　　　　　　。
(3)10 s末,生成物D的浓度为　　　　　　　　。
(4)若改变下列条件,生成D的速率如何变化(用“增大”“减小”或“不变”填空)。
编号 改变的条件 生成D的速率
① 降低温度
② 增大A的浓度
③ 使用催化剂
④ 恒容下充入Ne(不参与体系反应)
答案:(1)0.04 mol·L-1·s-1　(2)1.5 mol·L-1
(3)0.4 mol·L-1　(4)①减小　②增大　③增大　④不变
解析: 3A(g)+B(g) 2C(g) +2D(g)
初始物质的量/mol 3.0 1.0 0 0
转化物质的量/mol 1.2 0.4 0.8 0.8
10 s末物质的量/mol 1.8 0.6 0.8 0.8
(4)降低温度,反应速率减小;增大反应物浓度、使用催化剂,反应速率增大;恒容条件下充入稀有气体,反应物的浓度不变,反应速率不变。
二 “三段式”解决化学平衡的计算
知识讲解
在一定条件下的任意可逆反应,当反应达到化学平衡状态时,各组分的浓度不再变化,但正、逆反应仍在继续进行,只要外界条件不变,这种状态会一直持续下去。
1.“三段式”思维模型。
在密闭容器中发生如下反应,令A、B的起始物质的量为a mol、b mol,达到平衡后消耗A的物质的量为mx。
mA(g)+nB(g) pC(g)　　　
起始量/mol a b 0
变化量/mol mx nx px
平衡量/mol a-mx b-nx px
其中,a、b也可指浓度、气体的体积或压强等。
典型例题
【例3】在2 L密闭容器中放入4 mol N2O5,发生反应:
2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g),当反应进行了5 min时,反应达到平衡状态,测得N2O5转化了20%。
(1)5 min内,用NO2表示的该反应的化学反应速率为　　　。
(2)5 min时,N2O5在反应体系中的体积分数约为　　　　。
(3)平衡时气体压强是起始时的　　　　倍。
答案:(1)0.16 mol·L-1·min-1　(2)61.5%　(3)1.3
解析:5 min时N2O5转化了20%,则Δn(N2O5)=4 mol×20%=0.8 mol,体系中各组分的物质的量如下。
　　 　 2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g)
起始量/mol　4　　　　　0　　　 0
转化量/mol　0.8 1.6 0.4
平衡量/mol　3.2 1.6 0.4

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