化學反應速率與化學平衡專題復習

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1、化學反應速率與化學平衡專題復習 一、考綱分析 1. 考綱原文 （1）了解化學反應速率的概念及反應速率的表示方法。理解外界條件（濃度、溫度、壓強、催化劑等）對反應速率的影響。 （2）了解化學反應的可逆性。理解化學平衡的含義及其與反應速率之間的聯(lián)系。 （3）理解勒夏特列原理的含義。理解濃度、溫度、壓強等條件對化學平衡移動的影響。 （4）以合成氨工業(yè)生產(chǎn)為例，用化學反應速率和化學平衡的觀點理解工業(yè)生產(chǎn)的條件。 2. 考情分析 化學反應速率和化學平衡是近年來高考化學反應理論模塊的重點內(nèi)容之一，主要涉及反應方向、反應速率快慢以及反應程度等方面的判斷。分析近年的

2、高考試題，有以下幾方面的特點：選擇題一般會從平衡狀態(tài)和平衡移動、物質(zhì)轉(zhuǎn)化率和濃度變化、平衡體系密度和相對分子質(zhì)量的變化等方面考查，也常結(jié)合圖像考查根據(jù)圖像獲取數(shù)據(jù)分析、解決問題的能力等。而新課標中的化學平衡常數(shù)和化學反應方向的判斷這些內(nèi)容正成為本專題高考命題的新熱點。 3. 復習指導 （1）準確了解、掌握有關(guān)概念，學會從概念相關(guān)的定義出發(fā)思考、分析問題。如氣體壓強對平衡移動的影響，必須通過濃度的變化來分析、思考，即只有濃度變化時，壓強變化才對平衡移動有效。 （2）要準確理解圖表所表示的含義，也能通過圖表獲取關(guān)鍵信息，并用于分析與解決問題。同時，要會用文字、圖表等方式進行清晰、

3、準確地表述。 （3）要善于歸納、整理影響物質(zhì)變化的關(guān)鍵變量，并能運用這些變量找出其變化規(guī)律，然后再用圖、表或文字的方式將這些規(guī)律進行準確表達。 （4）學會一些常規(guī)的方法，對反應體系進行分析、判斷，如典型的三步計算分析法、等效平衡分析法、平衡常數(shù)計算法等，這些都是解決化學反應速率與化學平衡相關(guān)問題的重要方法。 二、考點例析 【例題1】煤制成天然氣是煤氣化的一種重要方法。其工藝核心是合成過程中的甲烷化，涉及的主要反應： CO(g) + 3H2(g) CH4(g) + H2O(g) △H＜0 ① CO2(g) + 4H2(g) CH4(g) + 2H2O(g) △

4、H＜0 ② 現(xiàn)在300℃，容積為2L的密閉容器中進行有關(guān)合成天然氣的實驗，相關(guān)數(shù)據(jù)記錄如下： 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 下列有關(guān)說法錯誤的是 A. a = 30，b = 1.5 B. c = 25，d = 4.5 C. 前30 min內(nèi)，反應①的平均反應速率v(CH4) = 0.05 mol/(Lmin) D. 后40 min內(nèi)，反應②的平均反應速率v

5、(H2) = 0.025 mol/(Lmin) 【解析】根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在前30 min內(nèi)，反應①消耗了2 mol CO，同時消耗H2的物質(zhì)的量是消耗CO的3倍，即6 mol，而反應②消耗了1 mol CO2，同時消耗H2的物質(zhì)的量是消耗CO2的2倍，即4 mol，共消耗H2 10 mol，則a = 30；到70 min時，H2O為6 mol，反應①消耗的CO為3 mol，由反應①生成的H2O為3 mol，則由應②生成的H2O也為3 mol，同時消耗的CO2為1.5 mol，則不難得出b = 1.5，c = 25，d = 4.5。前30 min內(nèi)由反應①生成的CH4為2 mol,濃度該變量

6、為 1 mol/L，對應的反應速率v(CH4) 約為 0.033 mol/(Lmin)；后40 min內(nèi)由反應②消耗的H2為2 mol，濃度改變量為1 mol/L，對應的反應速率 v(H2)為0.025 mol/(Lmin)。 答案：C 【點撥】化學反應速率是表示反應進行快慢的物理量，它用單位時間內(nèi)反應物濃度的減少或生成物濃度的增加來表示，單位有mol/(Lh)、mol/(Lmin)、mol/(Ls)等。計算公式如下： 式中B是物質(zhì)的化學式，△c(B)表示物質(zhì)B濃度的變化，△n(B)表示物質(zhì)B的物質(zhì)的量的變化，V表示容器或溶液的體積，△t表示反應進行的時間。用

7、上式進行進行某物質(zhì)反應速率計算時需注意以下幾點： （1）濃度變化只適用于氣體和溶液中的溶質(zhì)，不適用于固體和純液體。 （2）化學反應速率是某段時間內(nèi)的平均速率，而不是即時速率，且計算時取正值。 （3）同一反應用不同的物質(zhì)表示反應速率時，數(shù)值可能不同，但意義相同。不同物質(zhì)表示的反應速率之比等于化學計量數(shù)之比。 【例題2】在某溫度時，將2 mol A和 1 mol B兩種氣體通入容積為2 L的密閉容器中，發(fā)生反應：2 A(g) + B(g) xC(g)，2 min 時反應達到平衡狀態(tài)，經(jīng)測定B的物質(zhì)的量為 0.4 mol，C的反應速率為 0.45 mol/(Lmin)。下列各

8、項能表示該反應達到平衡的是 A．vA正: vB逆 ＝ 1 : 2 B．混合氣體的密度不再變化 C．混合氣體的壓強不再變化 D．A的轉(zhuǎn)化率不再變化 【解析】解答本題的關(guān)鍵是首先根據(jù)題給A、B起始的物質(zhì)的量、平衡B的物質(zhì)的量以及C的反應速率求得x＝3。 2 A(g) + B(g) xC(g) 起始（mol） 2 1 0 轉(zhuǎn)化（mol） 2a a ax 平衡（mol） 2－2a 1－a ax 1 mol － a ＝ 0.4 mol，a ＝ 0.6 mol，ax ＝ 2 min2 L0.45 mol/(Lmin)，x＝3，2 A(g) + B(g) 3C(g)，是等氣體分子

9、數(shù)反應。再判斷反應是否達到平衡。化學平衡狀態(tài)的根本標志是v正＝v逆 （同一物質(zhì)），因此需要把A項中原來的vA正和vB逆換算成同一物質(zhì)表示形式，根據(jù)反應式vA正: vB逆＝1中化學計量系數(shù)知，若vB逆＝2，則vA逆＝4，由vA正 : v B逆 ＝1 : 2，可知，vA正＝ 1，故vA正 ≠ vA逆，A錯；因為該反應中各物質(zhì)都是氣體，其質(zhì)量不變，該容器又是恒容容器，所以混合氣體的密度始終不變，B錯；該反應是等氣體分子數(shù)的反應，故氣體壓強不變；即壓強和密度不能作為本反應平衡判斷的標志，C也錯；當轉(zhuǎn)化率不變時，表明該反應達到平衡狀態(tài)。 答案：D 【點撥】關(guān)于平衡狀態(tài)的判斷，可以將各種情況轉(zhuǎn)化成

10、同一物質(zhì)正、逆反應速率是否相等，或平衡體系中個物質(zhì)百分含量保持不變（或濃度不變）。判斷是否達到平衡狀態(tài)的標志有： （1）直接標志：①v正＝v逆 ，即用速率關(guān)系表示化學平衡狀態(tài)，式中既要有正反應速率，又要有逆反應速率，且兩者之比等于該反應中的化學計量數(shù)之比。②各組分的質(zhì)量、物質(zhì)的量不變，③各組分的濃度（或百分含量）不變； （2）間接標志：對于有氣體存在且反應前后氣體的總體積發(fā)生改變（△n(g) ≠ 0）的反應，如N2(g) +3H2(g)2NH3(g)，①通過總量：n總（或恒溫恒壓下的V總、恒溫恒容下的p總）不變，②通過復合量：（平均摩爾質(zhì)量、密度）不變，則說明該反應已達平衡狀態(tài)。③

11、對于有氣體存在且反應前后氣體的總體積不發(fā)生改變（△n(g) = 0）的反應，如H2(g)+ I2(g)2HI(g)，反應過程中任何時刻體系的壓強、氣體的物質(zhì)的量、平均摩爾質(zhì)量都不變，故壓強、氣體的物質(zhì)的量、平均摩爾質(zhì)量不變均不能說明反應已達平衡狀態(tài)。④其它：對于有色氣體存在的反應體系，如H2(g)+ I2(g)2HI(g)和 2NO2(g)N2O4(g)等，若體系的顏色不再發(fā)生改變，則反應已達平衡狀態(tài)。 （3）微觀標志：如N2(g) +3H2(g)2NH3(g)，下列各項均可說明該反應達到平衡狀態(tài)：①斷裂1 mol N≡N鍵的同時生成1 mol N≡N鍵；②斷裂1 mol N≡N鍵的同時

12、生成3 mol H－H鍵；③斷裂1 mol N≡N鍵的同時生成6 mol N－H鍵；④生成1 mol N≡N鍵的同時斷裂6 mol N－H鍵。 【例題3】在密閉容器中，發(fā)生以下反應：3A(g) + B(g) xC(g) （1）密閉容器中充有2 mol A和一定量的B，當反應進行到4 min時，測得A為0.4 mol。若反應進行到2 min時，容器中A的物質(zhì)的量為 A．1.2 mol B．小于1.2 mol C．1.6 mol D．大于1.6 mol （2）現(xiàn)有甲、乙兩個容積相等的恒容密閉容器，向甲中通入6 mol A和2 mol B，向乙中通入1.5 molA、0.5 mo

13、l B和3 mol C，控制溫度不變，使上述反應達到平衡，此時測得甲、乙兩容器中C的體積分數(shù)都為0.2。 ①若平衡時，甲、乙兩容器中A的物質(zhì)的量相等，則x ＝ ______；若平衡時甲、乙兩容器中A的物質(zhì)的量不相等，則x ＝ ______； ②平衡時，甲、乙兩容器中A、B的物質(zhì)的量之比是否相等______（填“相等”或“不相等”），平衡時甲中A的體積分數(shù)為______； ③若平衡時兩容器中的壓強不相等，則兩容器中的壓強之比為______。 【解析】（1）反應進行到4 min時，，測得A為0.4 mol，消耗了1.6 mol。如果反應是勻速的，在2 min時，A 消耗了0

14、.8 mol，實際上反應不是勻速的，開始時反應物的濃度大，反應速率較快，故消耗A的量大于0.8 mol。 （2）①若平衡時，甲、乙兩容器中A的物質(zhì)的量相等，且C的體積分數(shù)都為0.2。說明將乙中的C完全轉(zhuǎn)化為A和B，再分別加上A和B的原始量，得A的物質(zhì)的量等于6 mol，B的物質(zhì)的量等于2 mol，這樣可得x ＝ 2；若平衡時，甲、乙兩容器中A的物質(zhì)的量不相等，C的體積分數(shù)也是為0.2，說明該反應一定是個等體積反應，所以x ＝ 4；②因為甲、乙中A、B的起始的物質(zhì)的量之比為3 : 1，等于反應計量系數(shù)之比，所以不論反應程度如何，其比值均為3 : 1。根據(jù)n(A) : n(B) ＝3 : 1

15、，假設甲中A的體積分數(shù)為3y，B的體積分數(shù)為y，即3y + y + 0.2 ＝ 1，y＝0.2，A的體積分數(shù)為0.6。③平衡時壓強不等，即平衡時氣體的物質(zhì)的量不等，但是要求達到平衡時C的體積分數(shù)都為0.2，根據(jù)①的分析結(jié)果x ＝ 4，即反應就是一個等體積反應，故壓強比實際上就是氣體起始的物質(zhì)的量之比。 答案：（1）B （2）①2 4 ② 相等 0.6 ③ 8 : 5 【點撥】學會利用“建?！彼枷虢ⅰ暗刃胶狻?，來解決平衡移動問題。方法如下： （1）構(gòu)建等溫、等容平衡思想模式（見圖示）：新的平衡狀態(tài)可以認為是兩個原平衡狀態(tài)簡單的疊加并壓縮而成，相當于增大壓強。

16、（2） 構(gòu)建等溫、等壓平衡思想模式（見圖示）：新的平衡狀態(tài)可以認為是兩個原平衡狀態(tài)簡單的疊加而成，壓強不變，平衡不移動。 【例題4】已知二甲醚是一種重要的清潔燃料，可以通過CH3OH分子間脫水制得：2CH3OH(g)CH3OCH3(g) + H2O(g) △H = 23.5kJmol－1。在T1℃，恒容密閉容器中建立上述平衡，體系中各組分濃度隨時間變化如圖所示。請回答下列問題： （1）該條件下反應平衡常數(shù)表達式K＝______。在T1℃時，反應的平衡常數(shù)為_____。 （2）相同條件下，若改變起始濃度，某時刻各組分濃度依次為c(CH3OH)＝0.4mo

17、lL－1、c(H2O)＝0.6 molL－1、c(CH3OCH3)＝1.2molL－1，此時正、逆反應速率的大?。簐 (正)_____ v (逆)（填“＞”、“＜”或“＝”）。 【解析】（1）由圖像可知，反應在t1時達到平衡，平衡時各物質(zhì)的濃度分別為c(CH3OCH3)＝1molL－1，c(H2O)＝0.8 molL－1，c(CH3OH)＝0.4 molL－1；根據(jù)反應 2CH3OH(g)CH3OCH3(g) + H2O(g)可知，其平衡常數(shù)的表達式為 K＝ ，在該溫度下，K＝ ＝ 5。（2）根據(jù)題目所提供的數(shù)據(jù)可知， QC＝ ＝ 4.5＜K，所以反應正向進行，則v (正)

18、 ＞ v (逆)。 答案：（1） 5 （2）＞ 【點撥】（1）化學平衡常數(shù)的意義：①它能夠表示出可逆反應進行的完全程度。一個可逆反應的K值越大，說明平衡時生成物的濃度越大，反應物轉(zhuǎn)化率也越大?？梢哉f，化學平衡常數(shù)是一定溫度下一個可逆反應本身固有的內(nèi)在性質(zhì)的定量體現(xiàn)。當K＞105時，可以認為該反應進行完全。雖然轉(zhuǎn)化 率也能表示反應進行的程度，但轉(zhuǎn)化率不僅與溫度有關(guān)，而且還與起始條件有關(guān)。②K的大小只與溫度有關(guān)，與反應物或生成物的起始濃度的大小無關(guān)。 （2）可以利用平衡常數(shù)的值作標準，判斷正在進行的可逆反應是否平衡及不平衡時向何方進行建立平衡。如對于可逆反應： mA(g) +

19、 nB(g) pC(g) + qD(g)，在一定溫度的任意時刻，反應物與生成物的濃度有如下關(guān)系：Qc ＝ ，Qc叫該反應的濃度熵。若Qc＞K，反應向逆向進行；若Qc＝K，反應處于平衡狀態(tài)；若Qc＜K，反應向正向進行。（3）利用K值可判斷反應的熱效應：若溫度升高，K值增大，則正反應為吸熱反應；若溫度升高，K值減小，則正反應為放熱反應。（4）在使用化學平衡常數(shù)時應注意：①不要把反應體系中的純固體、純液體及稀水溶液中水的濃度寫進平衡常數(shù)表達式，但在非水溶液中，若有水參加或生成，則此時水的濃度不可視為常數(shù)，應寫進平衡常數(shù)表達式中。②同一化學反應，化學方程式寫法不同，其平衡常數(shù)的表達式及數(shù)值亦不同，因此

20、書寫平衡常數(shù)表達式及數(shù)值時，要與化學方程式相對應，否則就沒有意義。 三、新題預測 新題1已知反應2X(g) +Y(g) 2Z(g) 在一定條件下已達平衡，當減小壓強時： A．逆反應速率增大，正反應速率減小，平衡向逆反應方向移動 B．逆反應速率減小，正反應速率增大，平衡向正反應方向移動 C．正、逆反應速率都減小，平衡向逆反應方向移動 D．正、逆反應速率都減小，平衡向正反應方向移動 解析：減小壓強平衡向體積增大的方向移動，即平衡向逆反應的方向移動，減小壓強正、逆反應的速率都減小，只是減小的程度不同，v正的減小程度大于v逆的減小程

21、度，則有v逆＞v正，C選項正確。 答案：C 點撥：外界條件對化學平衡影響的本質(zhì)：化學平衡移動的方向就是化學反應速率較大的方向：（1）增大反應物的濃度，瞬間正反應的速率增大，逆反應速率不變，正反應速率大于逆反應速率，平衡向正反應方向移動；減小生成物濃度，瞬間，逆反應速率減小，正反應速率不變，正反應速率大于逆反應速率，平衡正移。（2）改變壓強，對化學反應速率產(chǎn)生影響的根本原因是引起濃度的改變，對于有氣體參加的反應體系，有以下幾種情況：①恒溫時：增大壓強引起體系體積縮小，導致濃度增大引起反應速率增大。②恒容時：當充入氣體反應物引起反應物濃度增大，導致總壓增大引起反應速率增大；當充入“稀有

22、氣體”引起總壓增大，但各物質(zhì)的濃度不變，因而反應速率不變。③恒壓時：當充入“稀有氣體”引起體積增大，因而各物質(zhì)濃度減小，導致反應速率減小。（3）升溫，吸熱和放熱反應的速率都增大，吸熱反應速率增大的程度較大；降溫，吸熱反應的速率減小的程度較大。（4）使用催化劑時，同倍數(shù)、同時增大正、逆反應速率，正逆反應速率始終相等。 新題2在一固定容積的密閉容器中充入氣體A和B，發(fā)生如下可逆反應：A(g) + B(g)xC(g)；△H ＝ Q。在不同的溫度和壓強下，C在反應混合物中的含量隨反應時間的變化如圖所示。 下列判斷正確的是 A. P1＞P2，x＝1 B. P1＜P2

23、，x≠1 C. T1＜T2，Q＞0 D. T1＞T2，Q＜0 解析：由曲線Ⅰ和Ⅱ知： T1＞T2，溫度越高，C在平衡體系中的百分含量越低，說明該反應正反應是放熱反應，Q＜0；由曲線Ⅱ和Ⅲ可知：P1＜P2，壓強越高，C在平衡體系中的百分含量越高，說明x＝1。故D項正確。 答案：D 點撥：遇到圖像曲線的題目，首先要看懂和理解坐標的含義，然后觀察曲線的形狀和走向，明確曲線所代表的是哪些量的關(guān)系，明確曲線的起點、終點、交點、拐點及零點的含義，再結(jié)合題中給定的化學反應和數(shù)據(jù)，進行正確的推理和判斷。 新題3在恒溫時，一固定容積的容器內(nèi)發(fā)生如下反應：2NO2 (g) N2O4(g)

24、，達平衡時，再向容器內(nèi)通入一定量的NO2 (g)，重新達到平衡后，與第一次平衡相比，NO2的體積分數(shù) A．不變 B．增大 C．減小 D．無法判斷 解析：恒溫、恒容時，向容器內(nèi)通入一定量的NO2氣體，相當于增大體系的壓強，平衡向分子數(shù)減小的方向即正向移動（也可模擬一個等效平衡作過渡狀態(tài)來分析），則NO2的體積分數(shù)減小，千萬不要簡單認為（根據(jù)勒夏特列原理）增加的NO2的量只能減少，不能抵消，錯誤地認為NO2的絕對量增多，體積分數(shù)增大，而錯誤地選B。 答案：C 點撥：比較平衡體系中某量的變化，一般要構(gòu)建模型，將一個模型轉(zhuǎn)化為另一個模型，只有建立聯(lián)系，方可比較相對大小。如A(g)

25、+ B(g) C(g)，可以建立模型如下： I平衡體系有兩種途徑轉(zhuǎn)化成Ⅲ平衡體系，要判斷改變條件對原平衡的影響，必須建立平衡體系Ⅱ，Ⅱ與Ⅲ等效。充入A、B，相當于原容器加壓縮小體積，I平衡體系向C方向移動。 新題4在甲乙兩密閉容器中，分別充入HI、NO2，發(fā)生反應：（甲）2HI(g) H2(g) + I2(g)；△H＞0，（乙）2NO2 (g)N2O4(g)；△H＜0，采用下列措施能使兩個容器中混合氣體顏色加深，且平衡發(fā)生移動的是 A．增加反越位濃度 B．增大壓強（縮小體積） C．降溫 D．加催化劑 解析：只有增大碘蒸氣、

26、二氧化氮濃度，混合氣體的顏色才能加深。A選項中，增大反應物的濃度，兩平衡分別向生成碘蒸氣和四氧化二氮的方向移動，甲反應，碘蒸氣濃度增大，混合氣體顏色加深，對于乙反應，平衡移動只減弱增大的反應物的濃度，混合氣體的顏色加深，A正確；平衡甲是等氣體分子數(shù)的反應增大壓強平衡不移動，但是受到體積因素的影響，I2單質(zhì)的濃度增大；增大壓強平衡乙向生成四氧化二氮的方向移動， 時，二氧化氮濃度小于原平衡的二氧化氮濃度，B錯；降溫，甲、乙平衡都向生成無色氣體方向移動，C錯。 答案：A 點撥：本題易錯選B，忽視題目限制，平衡發(fā)生移動，甲可是等氣體分子數(shù)反應，它在縮小體積的條件下不發(fā)生移動?；瘜W平衡中隱含

27、的信息大致分為三類：（1）可逆反應方程式，包括物質(zhì)狀態(tài)、氣體分子數(shù)、反應熱等；（2）題干條件，如等溫等容、等溫等壓；密閉容器與恒容容器、絕熱容器等；（3）可逆反應，一些反應體系中隱含的可能反應，如碘化銨的分解存在HI分解的可逆反應。 新題5某化工廠生產(chǎn)Z的反應為X (g) + 2Y(g) 2Z(g)；△H＜0，溫度、壓強對Y的轉(zhuǎn)化率的影響如下表所示： 壓強/MPa 溫度/℃ 0.1 0.5 1 10 400 99.2 99.6 99.7 99.9 500 93.5 96.9 97.8 99.3 600 73.7 85.8 89.5 96.4

28、 工業(yè)合成Z的適宜條件是 A．高溫、高壓 B．低溫、高壓 C．常溫、常壓 D．常壓較高溫度 解析：該可逆反應的特點是：正反應是氣體分子數(shù)減小的反應，且正反應是放熱反應。理論上采用低溫高壓有利于生成Z。結(jié)合數(shù)據(jù)信息分析可知，該反應在常壓下Y的轉(zhuǎn)化率就較高，從節(jié)約能源、降低成本考慮，應采用常壓；如果采用低溫，反應速率較小，所以，從生產(chǎn)效率看，應采用適宜溫度。綜合分析，D項正確。 答案：D 點撥：本題易錯選A或B，脫離無機化工生產(chǎn)實際，機械運用化學平衡原理。無機化工生產(chǎn)要求：（1）快，因此要提高化學反應速率；（2）多，提高原料轉(zhuǎn)化率；（3）低，要求設備成本低，消耗能量少，對材料的要求低等?；瘜W平衡原理在無機化工生產(chǎn)中的應用，即要考慮正確運用化學平衡理論，又要綜合考慮經(jīng)濟效益。