冲刺2019年高考化学复习专题07化学反应速率与化学平衡（含解析）.docx

第七部分 化学反应速率与化学平衡近几年的高考中，外界条件对化学反应速率和化学平衡的移动分析，化学反应速率、化学平衡及平衡常数的计算，在高考中出现的频率非常高。【特别注意】研究问题时控制变量。利用图表分析隐藏的信息。利用平衡常数计算、判断（反应方向、放热吸热、反应速率大小、反应条件）。 （1）化学反应速率计算：基本计算：利用基本公式，进行简单计算。计算时，应特别注意物质的量的变化、体积大小，及时间的单位。利用关系式计算：利用速率之比等于系数之比，将用一种物质表示的速率，转化为另一种物质的速率。（2）化学平衡的判断：利用化学平衡的定义，判断一个可逆反应是否达到平衡。平衡标志： ；反应混合物各组分的百分含量不变。判断方法：利用速率判断：若题目给的速率，转化成用同一个物质表示，则达到化学平衡，或者用不同物质分别代表正逆反应，速率之比等于系数比。常见的错误是：两个速率都代表正反应（或逆反应）；用不同物质分别代表正逆反应速率之比不等于系数比。利用反应混合物各组分的百分含量不变：若利用物质的浓度、百分含量、密度、颜色、平均分子量、压强等分析，只要能说明各物质的浓度或含量保持不变即可。若是气体之间的反应，主要考虑等号两边的气体分子数是否相等和物质状态是否全部是气体。常见错误：某些物质的之间的浓度相等或比值等于系数比。（3）化学平衡常数：化学平衡常数表达式：固体和纯液体不出现。化学平衡常数的判断：平衡常数的大小不随反应物或生成物的浓度改变而改变，只随温度的改变而改变。若温度不变，平衡常数不变。若升高温度，放热反应的平衡常数减小，吸热反应的平衡常数增大。反应热判断：若升高温度，值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，值减小，则正反应为放热反应。平衡移动方向判断：QcK，反应处于平衡状态；若QcK，反应将向正反应方向进行；QcK，反应将向逆反应方向进行。利用平衡常数进行简单计算和判断：常见题型：已知浓度计算平衡常数；已知平衡常数计算反应物的转化率。【注 意】根据平衡常数K的定义和表达式可知，即使是同一反应，若反应方程式书写不同则K的表示方式也不同。若方程式两边同乘以a，则平衡常数是原来的a次方。可逆反应，正逆反应的平衡常数互为倒数。【链接高考】1.(2018年全国卷)CH4-CO2的催化重整不仅可以得到合成气（CO和H2）。还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题：(1)CH4-CO2催化重整反应为：CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) H=247kJ/mol 有利于提高CH4平衡转化率的条件是_。A高温低压 B低温高压 C高温高压 D低温低压(2)某温度下，在体积为2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化剂进行重整反应。达到平衡是CO2的转化率是50%，其平衡常数为_mol2L-2。 【解析】（1）由于反应为气体分子数增加的吸热反应，所以有利于提高CH4平衡转化率的条件是高温低压;答案为A。（2）达到平衡时：c(CO2)=0.25mol/L； c(CH4)=0.75mol/L； c(CO)=0.5mol/L； c(H2)=0.5mol/L 。 K= c(CO)2Xc(H2) 2/c(CH4) Xc(CO2)=1/3 2. (2018年全国卷3) （3）三氯氢硅（SiHCl3）是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题：对于反应: 2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) H1=48 kJmol1采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。343 K时反应的平衡转化率=_%。平衡常数K343 K=_（保留2位小数）。【解析】温度越高，反应越快。所以a对应的是343K的曲线，由图中数据可知，转化率为22%。K=0.11X0.11/0.782=0.023.2017-3-28（4）298 K时，将20 mL 3x molL1 Na3AsO3、20 mL 3x molL1 I2和20 mL NaOH溶液混合，发生可逆反应：AsO33(aq)+I2(aq)+2OHAsO43(aq)+2I(aq)+ H2O(l)。溶液中c(AsO43)与反应时间（t）的关系如图所示。下列可判断反应达到平衡的是_（填标号）。a.溶液的pH不再变化 b.v(I)=2v(AsO33)c. c (AsO43)/c (AsO33)不再变化 d. c(I)=y molL1【解析】 a.随反应进行，pH不断降低，当pH不再变化时，说明反应达到了平衡；b.均为正反应，且速率之比等于化学计量数之比，故任何时刻该结论均成立，无法判断是否达到平衡；c随反应进行， c (AsO43)/c (AsO33)不断变化，当二者比值不变时，说明二者浓度不再改变，则反应达到平衡；d.由图像可知，平衡时c(I)=2y molL1 ，故当 时c(I)=y molL1 ，反应未达到平衡。 tm时，v正_ v逆（填“大于”“小于”或“等于”）【解析】tm时，反应还没有达到平衡，反应还在正向进行，故此时 v正大于 v逆；tm时v逆_ tn时v逆（填“大于”“小于”或“等于”），理由是_。【解析】由tm到tn时，反应还没有达到平衡，逆反应不断增加，所以， tm时v逆小于 tn时v逆若平衡时溶液的pH=14，则该反应的平衡常数K为_。【解析】混合后反应前， c(AsO33)=c(I2) =x molL1 ,由图像可知平衡时生成的c(AsO43)= y molL1 ，可以得出平衡时， c(AsO33)=c(I2) =(x-y)molL1 ,pH=14说明 ,c(OH-)=1molL1，平衡时c(I)=2y molL1 ,将各物质的浓度带入平衡常数计算公式即可得出结果。4.2016-1-27.元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3+(蓝紫色)、Cr(OH)4(绿色)、Cr2O72(橙红色)、CrO42(黄色)等形式存在，Cr(OH)3为难溶于水的灰蓝色固体，回答下列问题： (1)Cr3+与Al3+的化学性质相似，在Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至过量，可观察到的现象是_。 (2)CrO42和Cr2O72在溶液中可相互转化。室温下，初始浓度为1.0 molL1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O72)随c(H+)的变化如图所示。用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应_。由图可知，溶液酸性增大，CrO42的平衡转化率_(填“增大“减小”或“不变”)。根据A点数据，计算出该转化反应的平衡常数为_。升高温度，溶液中CrO42的平衡转化率减小，则该反应的H_0(填“大于”“小于”或“等于”)。【解析】(1)由于Cr3+与Al3+的化学性质相似，在Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液，先产生灰蓝色Cr(OH)3 沉淀，NaOH过量产生绿色Cr(OH)4，可观察到的现象是：蓝紫色溶液变浅，产生灰蓝色沉淀，沉淀逐渐消失，变成绿色溶液。 (2)题目信息可知，在酸性条件下CrO42转化为Cr2O72，反应的离子方程式为：2CrO42+2H+=Cr2O72+H2O.由于H+是反应物，溶液酸性增大，CrO42的平衡转化率增大。从图中的数据可知c(Cr2O72)=0.25mol/L,则c(CrO42)=(1.0-0.252) mol/L=0.5mol/L,带入平衡常数计算式即可。升高温度，CrO42的转化率减小，说明该反应为放热反应H 小于0.分压及分压平衡常数 a.在恒温恒容情况下，混合气体的总压强等于各组分的分压强的和。 b.在恒温恒容情况下，混合气体中各成分的分压之比等于各成分的物质的量之比。c.在一定温度下，对于完全由气体参加的可逆反应，当反应达到平衡后，生成物分压的幂之积与反应物分压的幂之积的比是一个常数，这个常数叫做该反应的分压平衡常数，用符号Kp表示。可逆反应：aA(g)+bB(g)=mM(g)+nN(g)：提示：在计算过程中，可以将分压理解为物质的量进行计算。【链接高考】5.（2018年全国卷）利用测压法在刚性反应器中研究25时N2O5(g)分解反应：其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡，体系的总压强p随时间t的变化如下表所示(t =时，N2O5(g)完全分解)：t/min0408016026013001700p/kPa35.840.342.545.949.261.262.363.1研究表明，N2O5(g)分解的反应速率v=2103PN2O5 (kPamin1)，t=62 min时，测得体系中PO2=2.9 kPa，则此时的 PN2O5 =_kPa，v=_ kPamin1。【解析】在恒温恒容情况下，混合气体各组分的分压之比等于物质的量之比。在计算过程中，可将分压理解为物质的量进行计算。PN2O5 =35.8kPa-2xPO2=35.8kPa-2x2.9 kPa=30.0kpav=2103PN2O5= 2x10330.0=6.0x102 kPamin125时可逆N2O4(g) =2NO2(g)的平衡常数Kp=_kPa（Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数）。【解析】 N2O5(g)分解反应可以完全进行，最终的混合气体是NO2、N2O4、O2，氧气的量是的N2O51/2,且不发生变化。pNO2+pN2O4+pO2=63.1pO2=35.8/2=17.9pNO2+2pN2O4=2pN2O5=2x35.8(氮守恒)pNO2=18.8kpa pN2O4=26.4kpaKp=(pNO2)2 /pN2O4 =13.4（5）化学平衡移动：正向移动：v正v逆，反应物减少，生成物增多，平衡正向移动；逆向移动：v正v逆，反应物增多，生成物减少，平衡逆向移动。平衡不移动：v正=v逆，反应物和生成物不变，平衡不移动。【注意】判断压强对化学平衡的影响时，应特别注意容器的体积是否可以变化和各物质的状态。 浓度对化学平衡的影响a.增大反应物浓度对化学平衡的影响 结论：增加反应物浓度，正反应速率大于逆反应速率，化学平衡正移。反应物减少，生成物增加。b.增大生成物浓度对化学平衡的影响 结论：增加生成物浓度，正反应速率小于逆反应速率，化学平衡逆移。反应物增加，生成物减少。c.减小反应物浓度对化学平衡的影响 结论：减小生成物浓度，正反应速率小于逆反应速率，化学平衡逆移。反应物增加，生成物减少。d.减小生成物浓度对化学平衡的影响 结论：减小生成物浓度，正反应速率大于逆反应速率，化学平衡正移。反应物减少，生成物增加。压强对化学平衡的影响 a.增大压强对气体体积减少的反应化学平衡的影响 ：2A(g) B(g) 结论：增大压强，气体分子数多的反应速率大于气体分子数少的反应速率，化学平衡正移。b.减小压强对气体体积减少的反应化学平衡的影响 ：2A(g)B(g) 结论：减小压强，气体分子数多的反应速率小于气体分子数少的反应速率，化学平衡向逆向移动。【特别说明】由于压强改变只影响气体的体积，不影响固体和液体的体积，所以分析压强对化学平衡的影响时不考虑固体和液体。反应：2A(g)+B(g) 3C(s)+2D(g)，增大压强，平衡正移，减小压强，平衡逆移；反应：2A(g)+3B(?)2C(g)+2D(g)，若增大压强平衡正移，说明B物质为气体，若增大压强平衡逆移，说明B物质为固体或液体。若改变压强，体积改变，浓度改变，化学平衡移动，移动的结果是与压强改变后的浓度比较，而不是与压强改变前的浓度比较。对于反应：2A(g)+B(g) 3C(?)+2D(g) ，在一个体积可变的密闭容器中，达到化学平衡时，B的浓度为2mol/L。若压强增大为原来的二倍，体积变为原来的一半，达到新平衡时B的浓度为3.6mol/L，说明平衡正移，C物质为固体或液体。 若容器的体积不变，可以利用浓度变化直接判断平衡移动的方向。若容器的体积发生变化，利用浓度变化直接判断平衡移动的方向可能得出错误的结论。此时，可以直接利用物质的量变化，来判断平衡移动的方向。温度对化学平衡的影响a.升温对放热反应的化学平衡的影响 2A(g) B(g) H0 结论：对于放热反应，升高温度，正反应速率小于逆反应速率，化学平衡逆移。b.升温对吸热反应的化学平衡的影响 2A(g) B(g) H0 结论：对于吸热反应，升高温度，正反应速率大于逆反应速率，化学平衡正移。c.降温对放热反应的化学平衡的影响 2A(g) B(g) H0 结论：对于放热反应，降低温度，正反应速率大于逆反应速率，化学平衡正移。d.降温对吸热反应的化学平衡的影响 2A(g)B(g) H0 结论：对于吸热反应，降低温度，正反应速率小于逆反应速率，化学平衡逆移。催化剂对化学平衡的影响 结论：使用催化剂不能使化学平衡移动，但是能改变达到化学平衡所需时间。【活学活用】合成氨反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g) H92.4KJmol，在反应过程中，正反应速率的变化如图所示:下列说法正确的是At1时升高了温度 B. t2时使用了催化剂Ct3时增大了压强 Dt4时降低了温度 【链接高考】2012-2-27.COCl2的分解反应为：COCl2(g) Cl2(g)+CO(g) H=+108kJmol-1。反应体系达到平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化状况如下图所示(第10min到14min的COCl2浓度变化曲线未示出)：计算反应在第8min时的平衡常数K=【解析】根据图中数据带人平衡常数计算式即可。答案：0.234molL-1比较第2min反应温度T(2)与第8min反应温度T(8)的高低：T(2) T(8)(填“”、或”=”)；【解析】由于反应吸热，从图像可知，8min平衡正移，说明升高温度。所以，答案：。若12min时反应于温度T(8)下重新达到平衡,此时c(COCl2)= mol/L；【解析】由于温度不变，所以平衡常数不变。所以，可以利用图中的Cl2和CO的浓度及已经计算出的平衡常数数据，顺利算出COCl2的浓度。 答案：0.031mol/L比较产物CO在2-3min、5-6min和12-13min时平均反应速率(平均反应速率分别以V(2-3)、V(5-6)、V(12-13)表示)的大小 ；【解析】由于5-6min反应在达到平衡的过程中 ，2-3min和12-13min 达到平衡，所以：v(5-6)v(2-3)=v(12-13)。（6）化学平衡常数的计算：列三行：建立模式、确定关系、列出方程、进行计算差量法：利用反应达到平衡前后变化的差量，列式求解。（7）重要的图像：速率时间图像: 浓度时间图像：浓度时间图像浓度温度（压强）图像（8）几个重要结论：升高温度、增大压强，无论平衡正移还是逆移，正逆反应均加快；增大反应物的浓度，正反应立即加快，逆反应随后加快。不要把正反应速率增大与平衡向正反应方向移动等同起来，只有正反应速率大于逆反应速率时，才使平衡向正反应方向移动。 不要把平衡向正反应方向移动与原料转化率的提高等同起来，当反应物总量不变时，平衡向正反应方向移动，反应物转化率提高；当增大某一种反应物的浓度，使平衡向正反应方向移动时，则只会使另一种反应物的转化率提高，而自身的转化率可能降低。当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时，由于其“浓度”是恒定的不随其量的增减而变化，故改变这些固体或液体的量，对化学平衡没有影响。由于压强的变化对非气态物质的浓度无影响，因此，当反应混合物中不存在气态物质时，压强的变化对平衡无影响。 对于反应前后气体分子数无变化的反应，压强的变化对其平衡也无影响。若可逆反应达到化学平衡，如果同时同倍改变反应物和生成物的浓度，则平衡不移动。 恒容时，通入惰性气体，压强增大，但平衡不移动。 恒压时，通入惰性气体，压强虽不变，但体积必然增大，反应物和生成物的浓度同时减小，相当于减小压强，平衡向总体积增大的方向移动。同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，可以视为压强的影响。反应A+3B2C达到平衡时，c(A)=0.1 mol/L、c(B)=0.3 mol/L、c(C)=0.2 mol/L ，当把所有物质的浓度同时增大一倍时，即c(A)=0.2 mol/L、c(B)=0.6mol/L、c(C)=0.4 mol/L ，此时相当于压强增大一倍，平衡向生成C的方向移动。各物质为溶液的反应，也适用。 在恒容的容器中，当改变其中一种物质的浓度时，必然同时引起压强改变，但判断平衡移动的方向时，应仍以浓度的影响去考虑。因为压强对化学反应速率的影响是通过改变浓度来实现的，由于体积未变，故加入某一物质只改变自身的浓度，不改变其它物质的浓度。对于反应3A+B2C+2D，达到平衡后C的浓度为1mol/L，若压强增大为原来的2倍，C的浓度变为原来的1.8mol/L，平衡逆移；若压强减小为原来的0.5倍，C的浓度为0.8mol/L，则平衡正移。若同时改变反应物和生成物的浓度，若无法判断平衡是如何移动，可以通过平衡常数计算确定。【链接高考】1. 2017-2-27.丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。C4H10(g)= C4H8(g)+H2(g) H1=+123kJ/mol。回答下列问题： 图(a)是反应平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x_0.1(填大于或小于)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是_(填标号)。A升高温度 B降低温度 C增大压强 D降低压强【解析】由a图可以看出，温度相同时，由0.1MPa变化到xMPa，丁烷的转化率增大，即平衡正向移动，所以x的压强更小，x0.1。由于反应为吸热反应，所以温度升高时，平衡正向移动，丁烯的平衡产率增大，因此A正确、B错误。反应正向进行时体积增大，加压时平衡逆向移动，丁烯的平衡产率减小，因此C错误，D正确。丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器（氢气的作用是活化催化剂），出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图（b）为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是_ 。【解析】氢气是产物，氢气增加平衡逆移。图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590之前随温度升高而增大的原因可能是_、_；590之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是_。 【解析】该反应为吸热反应，升高温度可以加快反应，使平衡正移，有利于提高产率。根据题目信息可知，温度太高，可能发生副反应，导致产率降低。（9）等效平衡：等效平衡：在一定条件下（定温定容或定温定压），对同一可逆反应，起始时加入的各物质的物质的量不完全相同，而达到化学平衡时，同种物质的百分含量均相同（即平衡状态完全相同），这样的化学平衡互称等效平衡。说明：等效平衡是指两个平衡的结果效果相同，不一定是完全相同，也可能是各物质的百分含量相同或物质的量浓度相同。对于反应前后气体体积不等的可逆反应：恒温、恒容，起始量 “一边倒”后必须相同，达等效平衡；恒温、恒压，起始量“一边倒”后只要对应成比例，即达等效平衡。对于反应前后气体体积相等的可逆反应：恒温恒容或恒温恒压，两种情况只要起始量 “一边倒”后对应成比例，即达等效平衡。等效平衡原理：【殊途同归】由于化学平衡状态与条件有关，而与建立平衡的途径无关。因而，当外界条件一定时，同一可逆反应，反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，最后都能达到平衡状态。只要达到平衡时条件(温度、浓度、压强等)完全相同，则可能形成等效平衡。 分类：.在定温定容条件下，对于一般可逆反应（反应前后气体分子数不等的可逆反应），改变起始加入量，只要通过计算可以换算成与原平衡起始态相同，则与原平衡等效。 理解：这种类型的等效平衡相当于是将某一个可逆反应在达到平衡的各个不同的阶段作为的起始状态，当反应到达平衡时各种情况自然是完全相同的，所以它们必然是等效平衡。.在定温定容条件下，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应中，只要起始时的反应物和生成物的物质的量（或物质的量浓度）的比例分别与原平衡起始时相同，则与原平衡等效。理解：这种类型的等效平衡相当于是将某一个可逆反应在达到平衡时改变体积平衡不移动。.在定温定压条件下，若改变起始时加入各物质的物质的量，只要按化学计量数换算成同一边的物质的物质的量（或物质的量浓度）之比相同，则达化学平衡后两者是等效平衡。 在定温定压下，只要起始时反应物和生成物的量的比例分别与原平衡起始态相同，则达平衡后与原平衡等效。理解：这种类型的等效平衡相当于是将某一个可逆反应在达到平衡时，将体系分为几个部分来研究，各部分的每种组分含量均相等。例题1、在一定温度下，向容积固定不变的密闭容器中充入a mol NO2发生如下反应2NO2（g）= N2O4（g），达平衡后再向容器中充入a mol NO2 ，达到新平衡后，与原来的平衡比较错误的是（ ）A、相对平均分子质量增大 B、NO2的转化率提高C、体系的颜色变深 D、NO2的质量分数增大【答案】D。例题2、在一恒定的容器中充入2molA和1molB发生反应：2A（气）+B（气）= xC（气），达到平衡后，C的体积分数为W%；若维持容器的容积和温度不变，按起始物质的量A：0.6mol、B：0.3mol 、C：1.4mol 充入容器，达到平衡后，C的体积分数仍为W%，则x值为 （ ）A、只能为2 B、只能为3 C、可能是2，也可能是3 D、无法确定【答案】C。（10）化学反应进行的方向焓减熵增能自发，焓增熵减不自发，都减低温能自发，都增高温能自发。说明：气体分子数增大的反应为熵增反应气体分子数减小的反应为熵减反应；若某反应是熵减，能自发进行的反应，则该反应一定是放热反应；若某反应是熵增，但不能自发进行的反应，则该反应一定是吸热反应。【链接高考】201