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步步高 学年 高中化学 专题 化学反应 速率 化学平衡 难点 突破 打包 苏教版 选修

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【步步高】2014-2015学年高中化学 专题2 化学反应速率与化学平衡 本专题重难点突破学案（打包6套）苏教版选修4,步步高,学年,高中化学,专题,化学反应,速率,化学平衡,难点,突破,打包,苏教版,选修

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1 本专题重难点突破 1 全面解读外界条件对化学反应速率的影响规律 影响化学反应速率的因素包括内因和外因。内因是指反应物本身的性质；外因包括浓度、温度、压强、催化剂、反应物颗粒大小等。这些外界条件对化学反应速率影响的规律和原理如下： 1浓度 (1)浓度增大，单位体积内活化分子数增多 (活化分子百分数不变 )，有效碰撞的几率增加，化学反应速率增大。 (2)浓度改变，可使气体间或溶液中的化学反应速率发生改变。固体或纯液体的浓度可视为常数，它们的物质的量的变化不会引起反应速率的变化，但固体颗粒的大小会导致接触面积的变化 ，故影响化学反应速率。 2压强 改变压强，对化学反应速率产生影响的根本原因是引起浓度的改变。对于有气体参加的反应体系，有以下几种情况： (1)恒温时：增大压强 引起 体积缩小 引起 浓度增大 引起 反应速率增大。 (2)恒容时 充入气体反应物 引起 反应物浓度增大 引起 总压增大 引 起 反应速率增大。 充入 “ 稀有气体 ” 引起 总压增大，但各物质的浓度不变，反应速率不变。 (3)恒压时：充入 “ 稀有气体 ” 引起 体积增大 引起 各物质浓度减小 引起 反应速率减小。 3温度 (1)温度升高，活化分子百分数提高，分子间的碰撞频率提高，化学反应速率增大。 (2)温度升高，吸热反应和放热反应的速率都增大。实验测得，温度每升高 10 ，化学反应速率通常增大为原来的 2 4 倍。 4催化剂 (1)催化剂对反应过程的影响通常可用右图表示 (加入催化剂，B 点降低 )。催化剂能改变反应路径、降低分子活化能、增大活化分子百分数、加快反应速率，但不影响反应的 H。 (2)催化剂只有在适宜的温度下活性最大，反应速率才达到最大。 (3)对于可逆反应，催化剂能够同等程度地改变正、逆反应速率，对化学平衡状态无影响，生产过程中使用催化剂主要是为了提高生产效率。 特别提示 在分析多个因素 (如浓度、温度、反应物颗粒大小、催化剂、压强等 )对反应速 2 率的影响规律时，逐一改变一个因素而保证其他因素相同，通过实验分析得出该因素影响反应速率的结论，这种方法叫变量控制法。 【典例 1】 某探究小组用 究影响反应速率的因素，所用 1、 1，大理石有细颗粒与粗颗粒两种规格，实验温度为 298 K、 308 K。 请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填出对应的实验编号： 实验编号 T(K) 大理石规格 1) 实验目的 298 粗颗粒 ) 实验 和 探究 度对该反应速率的影响 () 实验 和 _探究温度对该反应速率的影响 () 实验 和 _探究大理石规格 (粗、细 )对该反应速率的影响 粗颗粒 答案 298 粗颗粒 308 298 细颗粒 ) () 解析 考查影响反应速率的因素的实验设计。实验 和 探究 大理石规格和反应温度应相同，而 度不同；同理， 和 应选择不同的温度、 和 应选 择不同的规格，而另外 2 个条件相同。 【典例 2】 等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测定在不同时间 t 产生气体体积 V 的数据，根据数据绘制得到如图所示曲线，则曲线 a、 b、 c、 d 所对应的实验组别是 ( ) 组别 c( 1 温度 / 状态 1 5 块状 2 0 块状 3 0 块状 4 0 粉末状 3 2 1 B 1 2 3 4 C 3 4 2 1 D 1 2 4 3 答案 A 解析 化学反应速率与温度、 浓度和固体物质的表面积大小有关，实验 1 的盐酸的浓度最小，反应的温度最低，所以化学反应速率最慢；物质状态相同时由于实验 3 的反应温度比实验 2的反应温度高，所以反应速率实验 3 的大于实验 2 的；而实验 4 和实验 3 盐酸的浓度相同， 3 反应的温度也相同，但物质的状态不相同，所以实验 4 的反应速率大于实验 3 的。 1 2 化学平衡状态的特征及其判断方法 在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态，称为化学平衡状态，简称化学平衡。 “ 一定条件 ” 、 “ 可逆反应 ” 是前提， “ 相等 ” 是实质， “ 保持不变 ” 是标志。 1化学平衡状态具有的 “ 五大特征 ” (1)逆：指化学平衡状态只适用于可逆反应，同一可逆反应，在同一条件下，无论反应从正反应方向开始还是从逆反应方向开始，或同时从正、逆反应方向开始，以一定的配比投入反应物或生成物，则可以达到相同的平衡状态。 (2)动：指动态平衡，即化学反应处于 平衡状态时，正、逆反应并未停止，仍在进行，只是正、逆反应速率相等。 (3)等：指 “ v 正 v 逆 0” 。即某一物质在单位时间内消耗的物质的量浓度和生成的物质的量浓度相等，也可以用不同物质的化学反应速率表示该反应的正、逆反应速率相等。 (4)定：指参加反应的各组分的含量保持不变，即各组分的浓度、质量分数、体积分数 (有气体参加的可逆反应 )、反应物的转化率等均保持不变。 (5)变：指平衡移动。可逆反应的平衡状态是相对的、暂时的，当外界某一条件改变时，原平衡被破坏，化学平衡向着减弱这种改变的方向移动，在新的条件下达到新 的平衡状态。 【典例 3】 一定温度下，向某容积恒定的密闭容器中充入 1 2、 3 2，经充分反应后达到如下平衡： 3压 催化剂 2列有关说法中正确的是 ( ) A达平衡后再加入一定量的 系内各物质含量不变 B C反应没有达到平衡时， 到平衡时则不会再分解 D平衡时， 3 答案 D 解析 化学平衡是一种相对平衡，条件改变 后原来的平衡状态就会被破坏， A 错；化学平衡又是一种动态平衡，平衡时正、逆反应仍在进行， C 错；平衡时体系内各物质浓度或百分含量保持不变 (不是相等 )， B 错； D 中因反应中消耗 3 ，而 3 ，故平衡时仍是 13 。 2化学平衡状态判断的 “ 四大依据 ” (1)对于普通可逆反应，以 2化剂 2 若各组分的物质的量、浓度不发生变化，则反应已达到平衡状态。若用反应速率关系表示化学平衡状态， 式中既要有正反应速率，又要有逆反应速率，且两者之比等于化学计量数之比，就达到化学平衡状态。 2 (2)对于有有色气体存在的反应体系，如 2，若体系的颜色不再发生改变，则反应已达平衡状态。 (3)对于有气体存在且反应前后气体的物质的量发生改变的反应，如 3压 催化剂 2反应体系的压强不再发生变化、平均相对分子质量不再变化，则说明反应已达平衡状态。 对有气体存在且反应前后气体物质的量不发生改变的反应， 反应过程中的任何时刻体系的压强、气体的总物质的量、平均相对分子质量都不变，故压强、气体的总物质的量、平均相对分子质量不变均不能说明反应已达平衡状态。 (4)从微观的角度分析，如反应 3压 催化剂 2列各项均可说明该反应达到了平衡状态。 断裂 1 N 键的同时生成 1 N 键。 断裂 1 N 键的同时生成 3 H 键。 断裂 1 N 键的同时断裂 6 H 键。 生成 1 N 键的同时生成 6 H 键。 特别提示 (1)从反应速率的角度来判断反应是否达到平衡时，速率必须是一正一逆 (不能同是 v 正 或 v 逆 )，且反应速率之比等于化学计量数之比。 (2)在可逆反应过程中，能发生变化的物理量 (如各组分的浓度、反应物的转化率、混合气体密度、颜色、平均摩尔质量等 )，若保持不变，说明可逆反应达到了平衡状态。 【典例 4】 在一定温度下的定容容器中，当下列哪些物理量不再发生变化时，表明反应 A(g) D(g)已达到平衡状态的是 ( ) 混合气体的压强 混合气体的密度 B 的物质的量浓度 混合气体的总物质的量 混合气体的平均相对分子质量 v(C)与 v(D)的比值 混合气体的总质量 混合气体的总体积 C 、 D 的分子数之比为 11 A B C D 答案 B 解析 要理解化学平衡状态的特点 “ 等、动、定 ” 的含义，在判断化学平衡状态时还要注意反应前后气体体积是否相等。题给反应是一个反应前后气体体积不相等的反应，因此在定容容器中，若 混合气体的压强、 B 的物质的量浓度、 混合气体的总物质的 量、 混合气体的平均相对分子质量不再变化，均能证明该反应已达到化学平衡状态。而 中 始终不变化， 中没指明反应进行的方向， m(g)始终不变化， 在定容容器中，混合气体的总体积不能作为判断依据， 反应未达到平衡时， C、 D 气体的分子数之比也为11 。 1 3 化学平衡移动及其移动方向的分析与判断 1化学平衡移动的分析判断方法 应用上述规律分析问题时应注意： (1)不要把 v 正 增大与平衡向正反应方向移动等同，只有 v 正 v 逆 时，才使平衡向正反应方向移动。 (2)不要把平衡向正反应方向移动与原料转化率的提高等同。当反应物总量不变时，平衡向正反应方向移动，反应物转化率才提高；当增大一种反应物的浓度，使平衡向正反应方向移动，会使另一种反应物的转化率提高。 2化学平衡移动原理 (移动方向的判断方法 ) 外界条件对化学平衡的影响可根据勒夏特列原理：如果改变影响平衡的一个 条件 (如浓度、压强或温度等 )，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。 (1)对原理中 “ 减弱这种改变 ” 的正确理解应当是升高温度时，平衡向吸热反应方向移动；增加反应物，平衡向反应物减少的方向移动；增大压强，平衡向压强减小的方向移动。 (2)移动的结果只是减弱了外界条件的变化，而不能完全抵消外界条件的变化，达到新平衡时此物理量更靠近改变的方向。如增大反应物 A 的浓度，平衡正移，但达到新平衡时， A 的浓度仍比原平衡时大；同理，若改变温度、压强等，其变化也相似。 3实例分析 (正移指右移，逆移指左移 ) 反应实例 条件变化与 平衡移动方向 达到新平衡时转化率变化情况 2g) O2(g) 3(g) H0 增大 衡正移 增大 衡逆移 从逆反应角度看， 升高温度，平衡逆移 增大压强，平衡正移 2O4(g) 体积不变时，充入 衡正移 体积不变时，充入 衡逆移 2(g) 增大 衡逆移 从逆反应角度看， 2 I2(g) 增大 浓度，平衡正移 转化率不变 增大压强，平衡不移动 转化率不变 【典例 5】 一定条件下，向一带活塞的密闭容器中充入 2 2，发生下列反应： 2g) (g)达到平衡后改变下述条件， g)平衡浓度不改变的是( ) A保持温度和容器体积不变，充入 1 O3(g) B保持温度和容器内压强不变，充入 1 O3(g) C保持温度和容器内压强不变，充入 1 2(g) D保持温度和容器内压强不变，充入 1 r(g) 答案 B 解析 根据勒夏特列原理可知，在恒容状态下， A 中充入 1 O3(g)， g)的平衡浓度比原来大。 C 中在保持恒压状态下充入 导致容器体积增大，根据勒夏特列原理， g)的平衡浓度比原来小，同理可知在选项 D 条件下， g)的平衡浓度也比原来小。 【典例 6】 对已达到化学平衡的反应： 2X(g) ，减小压强对反应产生的影响是 ( ) A逆反应速 率增大，正反应速率减小，平衡向逆反应方向移动 B逆反应速率减小，正反应速率增大，平衡向正反应方向移动 C正、逆反应速率都减小，平衡向逆反应方向移动 D正、逆反应速率都增大，平衡向正反应方向移动 答案 C 解析 减小压强对该化学反应速率的影响是使正、逆反应速率都减小，其中正反应速率减小得更多，故对该化学平衡的影响是使平衡向逆反应方向移动。 1 4 解读化学平衡常数学习的 “ 三个 ” 基本要求 化学平衡常数是在一定温度下，可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值。常用符号 K 表示。 1正确书写化学平衡常数的数学表达式 对于反应： aA(g) b cC(g) dD(g) K cc (1)不要把反应体系中纯固体、纯液体以及稀溶液中水的浓度写进平衡常数表达式，但非水溶液中，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数表达式中。 (2)同一化学反应，化学反 应方程式写法不同，其平衡常数表达式及数值亦不同。因此书写平衡常数表达式及数值时，要与化学反应方程式相对应，否则就没有意义。 2正确理解化学平衡常数的意义 (1)化学平衡常数可表示反应进行的程度。 K 越大，反应进行的程度越大，反应物的转化率越大。 K105时，可以认为该反应已经进行完全。 (2)K 的大小只与温度有关，与反应物或生成物的起始浓度的大小无关。温度一定时，浓度的变化、压强的变化、固体颗粒大小 (接触面积 )的变化、催化剂的使用等均不改变化学平衡常数。 3熟练掌握化学平衡常数的应用 (1)判断可逆反应的 状态：用任意状态的生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值与 (2)判断反应的热效应，若升高温度， K 值增大，则正反应为吸热反应；反之， K 值减小，则正反应为放热反应。 (3)用于计算平衡浓度、物质的量分数、转化率等。 【典例 7】 已知某化学反应的平衡常数表达式为 K c 2 c 2c 不同的温度下该反应的平衡常数如下表所示： T/ 700 800 830 1 000 1 200 K 列有关 叙述不正确的是 ( ) A该反应的化学方程式是 CO(g) (g) H2(g) B上述反应的正反应是放热反应 C如果在一定体积的密闭容器中加入 2各 1 温度升高到 830 ，此时 2 测得 .4 ，该反应达到平衡状态 D某温度下，如果平衡浓度符合下列关系式： c 23c c 25断此时的温度是 1 000 答案 C 解析 平衡常数的表达式中，分子中的物质是生成物，分母中 的物质是反应物， A 项正确；由表中数据可知该反应的平衡常数随着温度的升高而降低，故该反应是放热反应， B 项正确；利用化学反应方程式确定各种物质的物质的量，代入平衡常数表达式可知该反应没有达到平衡， C 项不正确；将所给关系式进行变化，可知该条件下平衡常数为 以 D 项正确。 【典例 8】 高炉炼铁过程中发生的主要反应为 13s) CO(g) 高温 23Fe(s) g)。已知该反应在不同温度下的平衡常数如下： 温度 ( ) 1 000 1 150 1 300 平衡常数 回答下列问题： (1)该反应的平衡常数表达式 K _， “” 、 “” 或 “ ”) 。 (2)在一个容积为 10 L 的密闭容器中， 1 000 时加入 .0 应经过 10 达到平衡。求该时间范围内反应的平均反应速率 v( _， 平衡转化率 _。 (3)欲提高 (2)中 平衡转化率，可采取的措施是 _。 A减少 量 B增加 C移出部分 D提高反应温度 E减小容器的容积 F加入合适的催化剂 答案 (1)c 2c (2)0 3 1 1 60% (3)C 解析 (1)为固体，其浓度看作常数，不计入平衡常数表达式中。温度升高， 明平衡向左移动，逆反应是吸热反应。 (2)起始时 c 2c 1K， 所以反应向正反应方向进行。设消耗 x O，则平衡时 c 2c x x x 么， v( 0.6 10 0 3 1 1， ( 0.6 100% 60%。 (3)要提高 平衡转化率，应使平衡向右移动。 A、 B、 E、 F 项平衡均不移动，减少 高温度使平衡向左移动， 只有 C 项符合题意。 1 5 化学平衡计算模式与公式 化学平衡的计算一般涉及各组分的物质的量、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、平衡常数等。其计算方法、模式如下： 1计算模式 化学平衡计算的最基本的方法模式是 “ 平衡三段式法 ” 。具体步骤是在化学方程式下写出有关物质起始时的物质的量、发生转化的物质的量、平衡时的物质的量 (也可以是物质的量浓度或同温同压下气体的体积 )，再根据题意列式求解。 mA(g) n pC(g) qD(g) n(起始 )/a b 0 0 n(转化 )/qx n(平衡 )/a b 始、转化、平衡是化学平衡计算的 “ 三步曲 ” 。 2计算公式 (1)v(A) v(B) v(C) v(D) m n p q(未达到平衡时，用于确定化学方程式中未知的化学计量数 )。 (2)K cp p m b n (Q 是 任 意 时 刻 的cp 则有 QK， v 正 v 逆 )。 (3)c(A)平 n A 平V a (4) (A) n A 消耗n 00% 100% 。 (5) (A) n 平00% 。 (6)平衡时与起始时的压强比 a b p q m n b (同 T、 V 时 )，混合气体的密度比 12M 1M 2(同 T、 P 时 )， 12 质量的气体时 )等。 (7)混合气体的密度 (混 ) a M b gL 1)(T、 V 不变时， 不变 )。 (8)混合气体的平均摩尔质量 M a M b b p q m n x(g 1)。 【典例 9】 已知可逆反应： M(g) Q(g) H0，请回答下列问题： (1)某温度下，反应物的起始浓度分别为 c(M) 1 1， c(N) 2.4 1；达到平 2 衡后， M 的转化率为 60%，此时 N 的转化率为 _。 (2)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为 c(M) 4 1， c(N) a 1；达到平衡后， c(P) 2 1， a _。 (3)若反应温度不变，反应物的起始浓度为 c(M) c(N) b 1，达到平衡后， M 的转化率为 _。 答案 (1)25% (2)6 (3)解析 用 “ 平衡三段式法 ” ，借助平衡常数来串联计算： (1) M(g) Q(g) 起始 /( 1) 1 0 0 变化 /( 1) 衡 /( 1) (N) 00% 25%， K (2) 起始 1 4 a 0 平衡 1 a 2 2 2 由 K 22a 得 a 6。 (3)错误 ! 由 K b x 2 得 x 【典例 10】 在 2 L 的密闭容器中，放入 0.4 和 0.6 ，在一定温度下，压强为p，加入催化剂 (体积忽略 )，发生反应： 2A(g) 3B(g) 催化剂 xC(g) 2D(g)，保持温度不变，在 a 反应达到平衡状态，容器中 c(D) 0.1 1，容器内压强变为 ： (1)物质 B 的转化率是 _。 (2)化学反应速率 v(C)是 _。 (3)x 为 _。 答案 (1)50% (2)0.1/a 1 1 (3)2 解析 2A(g) xC(g) 2D(g) 起始 ( 0 0 转化 ( 衡 ( (B) 0.3 00% 50%。 3 同温同体积下气体的压强之比等于气体的物质的量之比： ( 1解得 x 2， v(C) 0.2 2 L a 0.1/a 1 1。 1 6 “ 八种方法 ” 妙解化学平衡题 “ 化学平衡 ” 问题具有较强的理论性，解答这方面的问题需要具备抽象逻辑思维能力。但在实际中，许多同学听起来似懂非懂，做起题目来困难重重，无从下手。为了使大家更好、更快地解答这方面的问题，下面介绍几种常用的解题方法。 1可逆思维法 【典例 11】 当反应 2达到平衡后，通入 18次达到平衡时 18O 存在于( ) A B C D 2中 答案 D 解析 由于三种物质中均含有氧元素，该反应 又是可逆反应，并且反应物和生成物同时存在，故 18O 存在于三种物质中，故选 D。 理解感悟 在解答化学平衡习题时，往往抓住 “ 可逆反应 ” 中的 “ 可逆 ” 特征，题目便迎刃而解。 2极限思维法 【典例 12】 在一定条件下，将 1 1 水蒸气通入容器中发生下述反应： 到平衡后，测得 .6 通入 4 蒸气，又达到平衡后， ) A等于 0.6 等于 1 大于 0.6 于 1 大于 1 案 C 解析 增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动，故 .6 该反应为可逆反应， 物质的量为 1 可能完全转化为 以 选 C。 理解感悟 可逆反应可以看成是处于完全反应和完全不反应的中间状态，那么在解题时，可以利用完全反应与完全不反应这两个极端点，求出可逆反应达到某一平衡状态时的取值范围或取值。 3假设思维法 【典例 13】 一定量混合气体在密闭容器中发生如下反应： xA(g) y zC(g)。该反应达到 平衡后，测得 A 气体的浓度为 0.5 1。在恒温下将密闭容器体积扩大到原来的2 倍，再次达到平衡后，测得 A 的浓度为 0.3 1，则下列叙述正确的是 ( ) 2 A平衡向正反应方向移动 B x C 的体积分数降低， B 的转化率减小。 理解感悟 在解题时，会碰到这样的问题：把一种状态与另一种状态平衡时的情况 (如转化率、物质的量浓度及含量等 )进行比较。在解这类题时，可以假设一个中间转换过程，便于比较。 4 “ 三段思维 ” 法 【 典 例 14 】 一 定 温 度 下 ， 反 应 2g) (g) ， 达 到 平 衡 时 ，n( n( n( 234 。缩小体积，反应再次达到平衡时， n( 0.8 n( 1.4 时 ) A 0.4 B 0.6 C 0.8 D 1.2 案 A 解析 设原平衡时， a、 3a、 4a，体积缩小后，平衡向正反应方向移动，参加反应的 x，由方程式列出 “ 三步 ” 关系： 2g) (g) 起始 /2a 3a 4a 转化 /2x x 2x 平衡 /2a 2x 3a x 4a 2x 故有： 3a x 0.8 a 2x 1.4 得： a 0.3 x 0.1 n( 2a 2x 0.4 理解感悟 在化学平衡计算中，常常列出 “ 起始 ” 、 “ 转化 ” 、 “ 平衡 ” 时三段各物质的物质的量 (或体积、浓度 )，然后再求转化率、平衡时某物质的百分含量或混合气体的平均相对分子质量等。这种计算方法使人看