（新课标）2020高考化学二轮复习 第一部分 专题突破方略 专题十 化学反应速率和化学平衡教学案

1 专题十专题十 化学反应速率和化学平衡化学反应速率和化学平衡 了解化学反应速率的概念和定量表示方法 能正确计算化学反应的转化率 了解反应活化能的概念 了解催化剂的重要作用 了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立 掌握化学平衡的特征 了解化学平衡常数 k 的含义 能利用化学平衡常数进行相 关计算 理解外界条件 浓度 温度 压强 催化剂等 对反应速率和化学平衡的影响 能用 相关理论解释其一般规律 了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活 生产和科学研究领域中的重要作用 化学反应速率 化学平衡及其影响因素和相关图像探析 1 正确理解化学反应速率的影响因素 1 惰性气体 对反应速率的影响 恒容 充入 惰性气体 总压增大 参与反应的物质浓度不变 活化分子浓度不变 反应速率不变 恒压 充入 惰性气体 体积增大 参与反应的物质浓度减小 活化分子浓度减小 反应速率减小 2 纯液体 固体对化学反应速率的影响 在化学反应中 纯液体和固态物质的浓度为常数 故不能用纯液体和固态物质的浓度 变化来表示反应速率 但是固态反应物颗粒的大小是影响反应速率的条件之一 如煤粉由 于表面积大 燃烧就比煤块快得多 3 外界条件对可逆反应的正 逆反应速率的影响方向是一致的 但影响程度不一定相 同 当增大反应物浓度时 瞬间v正增大 v逆不变 随后v正逐渐减小 v逆逐渐增大直 至平衡 增大压强 v正和v逆都增大 气体分子数减小方向的反应速率变化程度大 对于反应前后气体分子数不变的反应 改变压强可以同等程度地改变正 逆反应速 率 升高温度 v正和v逆都增大 但吸热反应方向的反应速率增大的程度大 使用催化剂 能同等程度地改变正 逆反应速率 2 2 突破化学平衡状态的判断标志 1 化学平衡标志的判断要注意 三关注 一要关注反应条件 是恒温恒容 恒温恒 压还是绝热容器 二要关注反应特点 是等体积反应还是非等体积反应 三要关注特殊情 况 是否有固体参加或生成 或固体的分解反应 如在一定温度下的定容容器中 当下列物理量不再发生变化时 a 混合气体的压强 b 混合气体的密度 c 混合气体的总物质的量 d 混合气体的平均相对分子质量 e 混合 气体的颜色 f 各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比 g 某种气体的百分含 量 能说明 2so2 g o2 g 2so3 g 达到平衡状态的是 acdg 填字母 下同 能说明 i2 g h2 g 2hi g 达到平衡状态的是 eg 能说明 2no2 g n2o4 g 达到平衡状态的是 acdeg 能说明 c s co2 g 2co g 达到平衡状态的是 abcdg 能说明 a s 2b g c g d g 达到平衡状态的是 bdg 能说明 nh2coonh4 s 2nh3 g co2 g 达到平衡状态的是 abc 能说明 5co g i2o5 s 5co2 g i2 s 达到平衡状态的是 bdg 2 化学平衡标志的判断还要注意 一个角度 即从微观角度分析判断 如反应 n2 g 3h2 g 2nh3 g 下列各项能说明该反应达到平衡状态的是 填序号 断裂 1 mol n n 键的同时生成 1 mol n n 键 断裂 1 mol n n 键的同时生成 3 mol h h 键 断裂 1 mol n n 键的同时断裂 6 mol n h 键 生成 1 mol n n 键的同时生成 6 mol n h 键 3 掌握化学平衡移动的判断方法 1 依据勒夏特列原理判断 通过比较平衡破坏瞬时的正 逆反应速率的相对大小来判断平衡移动的方向 若外界条件改变 引起v正 v逆 则化学平衡向正反应方向 或向右 移动 若外界条件改变 引起v正 v逆 则化学平衡向逆反应方向 或向左 移动 若外界条件改变 虽能引起v正和v逆变化 但变化后新的v正 和v逆 仍保持相 等 则化学平衡没有发生移动 2 依据浓度商 qc 规则判断 通过比较浓度商 qc 与平衡常数 k 的大小来判断平衡移动的方向 若qc k 平衡逆向移动 若qc k 平衡不移动 若qc k 平衡正向移动 3 4 正确理解不能用勒夏特列原理解释的问题 1 若外界条件改变后 无论平衡向正反应方向移动还是向逆反应方向移动都无法减弱 外界条件的变化 则平衡不移动 如对于 h2 g br2 g 2hbr g 由于反应前后气体 的分子总数不变 外界压强增大或减小时 平衡无论正向移动还是逆向移动都不能减弱压 强的改变 所以对于该反应 压强改变 平衡不发生移动 2 催化剂能同等程度地改变正 逆反应速率 所以催化剂不会影响化学平衡 角度一 化学反应速率的影响因素 1 2019 高考全国卷 t27 3 环戊二烯 容易发生聚合生成二聚体 该反 应为可逆反应 不同温度下 溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示 下列说法 正确的是 填标号 a t1 t2 b a 点的反应速率小于 c 点的反应速率 c a 点的正反应速率大于 b 点的逆反应速率 d b 点时二聚体的浓度为 0 45 mol l 1 解析 由相同时间内 环戊二烯浓度减小量越大 反应速率越快可知 t1 t2 a 项错 误 影响反应速率的因素有温度和环戊二烯的浓度等 a 点时温度较低 但环戊二烯浓度 较大 c 点时温度较高 但环戊二烯浓度较小 故无法比较 a 点和 c 点的反应速率大小 b 项错误 a 点和 b 点温度相同 a 点时环戊二烯的浓度大于 b 点时环戊二烯的浓度 即 a 点 的正反应速率大于 b 点的正反应速率 因为 b 点时反应未达到平衡 b 点的正反应速率大 于逆反应速率 故 a 点的正反应速率大于 b 点的逆反应速率 c 项正确 b 点时 环戊二烯 的浓度减小 0 9 mol l 1 结合生成的二聚体浓度为环戊二烯浓度变化量的 可知二聚 1 2 体的浓度为 0 45 mol l 1 d 项正确 答案 cd 2 2017 高考江苏卷 h2o2分解速率受多种因素影响 实验测得 70 时不同条件下 h2o2浓度随时间的变化如图所示 下列说法正确的是 4 a 图甲表明 其他条件相同时 h2o2浓度越小 其分解速率越快 b 图乙表明 其他条件相同时 溶液 ph 越小 h2o2分解速率越快 c 图丙表明 少量 mn2 存在时 溶液碱性越强 h2o2分解速率越快 d 图丙和图丁表明 碱性溶液中 mn2 对 h2o2分解速率的影响大 解析 选 d 由图甲可知 起始时 h2o2的浓度越小 曲线下降越平缓 说明反应速率 越慢 a 项错误 oh 的浓度越大 ph 越大 即 0 1 mol l 1naoh 对应的 ph 最大 曲线 下降最快 即 h2o2分解最快 b 项错误 由图丙可知 相同时间内 0 1 mol l 1 naoh 条件下 h2o2分解最快 0 mol l 1 naoh 条件下 h2o2分解最慢 而 1 0 mol l 1 naoh 条 件下 h2o2的分解速率处于中间 c 项错误 由图丁可知 mn2 越多 h2o2的分解速率越快 说明 mn2 对 h2o2分解速率的影响较大 d 项正确 角度二 化学平衡的影响因素及其应用 3 2018 高考全国卷 t27 1 改编 ch4 co2催化重整反应为 ch4 g co2 g 2co g 2h2 g h 247 kj mol 1 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 解析 选 a 由于该反应为吸热且气体体积增大的反应 要提高 ch4的平衡转化率 需 在高温低压下进行 4 2018 高考天津卷 室温下 向圆底烧瓶中加入 1 mol c2h5oh 和含 1 mol hbr 的 氢溴酸 溶液中发生反应 c2h5oh hbr c2h5br h2o 充分反应后达到平衡 已知常压 下 c2h5br 和 c2h5oh 的沸点分别为 38 4 和 78 5 下列有关叙述错误的是 a 加入 naoh 可增大乙醇的物质的量 b 增大 hbr 浓度 有利于生成 c2h5br c 若反应物均增大至 2 mol 则两种反应物平衡转化率之比不变 d 若起始温度提高至 60 可缩短反应达到平衡的时间 解析 选 d 加入 naoh c hbr 减小 平衡向逆反应方向移动 乙醇的物质的量增大 5 a 项正确 增大 hbr 浓度 平衡向正反应方向移动 有利于生成 c2h5br b 项正确 若反应 物按照化学计量数之比加入溶液中 则各物质的平衡转化率相等 故反应物均增大至 2 mol 两种反应物平衡转化率之比不变 c 项正确 若起始温度提高至 60 生成物 c2h5br 为气态 能够从反应体系中逸出 导致反应不断向正反应方向进行 因此不能缩短 反应达到平衡的时间 d 项错误 角度三 有关图像 图表题的信息提取与应用 5 2019 高考天津卷 不同温度下反应 3sicl4 g 2h2 g si s 4sihcl3 g hv逆 b v正 a 点 e 点 c 反应适宜温度 480 520 解析 a 项 同一点比较正 逆反应速率看反应进行方向 b 点反应正向进行 所以v 正 v逆 正确 b 项 不同点比较正 逆反应速率看反应条件 a 点温度低于 e 点温度 所 以v正 a 点p q 且 h 0 1 t1 时增大反应物的浓度 正反应速率瞬间增大 然后逐渐减小 而逆反应速率逐 8 渐增大 2 t2 时升高温度 正反应和逆反应速率均增大 吸热反应的反应速率增大得快 3 t3 时减小压强 容器容积增大 浓度变小 正反应速率和逆反应速率均减小 正 反应的反应速率减小得多 4 t4 时使用催化剂 正反应速率和逆反应速率均瞬间增大但仍相等 2 转化率 或含量 时间图像 反应ma g nb g pc g qd g m n p q 且 h 0 1 图甲表示压强对反应物转化率的影响 对于气体反应物化学计量数之和大于气体生 成物化学计量数之和的反应 压强越大 反应物的转化率越大 2 图乙表示温度对反应物转化率的影响 对于吸热反应 温度越高 反应物的转化率 越大 3 图丙表示催化剂对反应物转化率的影响 催化剂只能改变化学反应速率 不能改变 反应物的转化率 3 恒压 温 线 反应ma g nb g pc g qd g m n p q 且 h 0 分析时可沿横轴作一条平行于纵轴的虚线 即为等压线或等温线 然后分析另一条件 变化对该反应的影响 4 特殊类型图像 1 对于化学反应ma g nb g pc g qd g 如图所示 m 点前 表示从反应物 开始 v正 v逆 m 点为刚达到平衡点 m 点后为平衡受温度的影响情况 即升温 a 的百 分含量增加或 c 的百分含量减少 平衡左移 故正反应 h 0 2 对于化学反应ma g nb g pc g qd g 如图所示 l 线上所有的点都是平 衡点 l 线的左上方 e 点 a 的百分含量大于此压强时平衡体系的 a 的百分含量 所以 e 9 点v正 v逆 则 l 线的右下方 f 点 v正 v逆 5 速率 平衡图像题的分析方法 1 认清坐标系 弄清纵 横坐标所代表的意义 并与有关原理相结合 2 看清起点 分清反应物 生成物 浓度减小的是反应物 浓度增大的是生成物 一 般生成物多数以原点为起点 3 看清曲线的变化趋势 注意渐变和突变 分清正 逆反应曲线 从而判断反应特点 4 注意终点 例如 在浓度 时间图像上 一定要看清终点时反应物的消耗量 生成 物的增加量 并结合有关原理进行推理判断 5 图像中先拐先平数值大 例如 在转化率 时间图像上 先出现拐点的曲线先达到 平衡 此时逆向推理可得该曲线对应的温度高 浓度大或压强大 6 定一议二原则 当图像中有三个量时 先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系 题组一 化学反应速率的影响因素及应用 1 已知 反应aa g bb g cc g 某温度下 在 2 l 的密闭容器中投入一 定量的 a b 两种气体的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示 1 经测定前 4 s 内v c 0 05 mol l 1 s 1 则该反应的化学方程式为 2 请在图中将生成物 c 的物质的量浓度随时间的变化曲线绘制出来 3 若上述反应分别在甲 乙 丙三个相同的密闭容器中进行 经同一段时间后 测得 三个容器中的反应速率分别为 甲 v a 0 3 mol l 1 s 1 乙 v b 0 12 mol l 1 s 1 丙 v c 9 6 mol l 1 min 1 则甲 乙 丙三个容器中反应速率由快到慢的顺序为 10 密闭容器中发生如下反应 a g 3b g 2c g h 则用 a 表示的反应速率比用 b 表示的反应速率大 v a a v b b v a a v b b 3 在分析影响化学反应速率的因素时 要理清主次关系 题组二 利用图像 q与k的关系判断化学平衡状态 2 汽车尾气净化的主要原理为 2no g 2co g 2co2 g n2 g h 0 若 催化剂 该反应在绝热 恒容的密闭容器中进行 下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达 到平衡状态的是 填编号 解析 达到平衡时 v正应保持不变 由于该反应是放热反应 又是绝热容器 体 系温度升高 平衡左移 k减小 w no 逐渐减小 达到平衡时保持不变 因正反应放 热 容器绝热 故反应开始后体系温度升高 达到平衡状态时 体系温度不再发生变化 h是一个定值 不能用于判断可逆反应是否达到平衡状态 答案 3 一定温度下 将 2 mol no 1 mol co 充入 1 l 固定容积的密闭容器中发生反应 2no g 2co g n2 g 2co2 g h 0 反应过程中部分物质浓度变化如图所示 若 12 15 min 时再向容器中充入 co n2各 0 6 mol 该反应是否处于平衡状态 解析 由图像知 10 min 时反应达到平衡状态 k qc 0 2 0 42 0 62 1 62 5 144 qc k 所以该反应仍处于平衡状态 0 2 0 6 0 42 0 6 0 6 2 1 62 5 144 答案 该反应处于平衡状态 题组三 化学平衡的移动 4 已知 298 k 时 2so2 g o2 g 2so3 g h 197 kj mol 1 在相同温度 下 向密闭容器中通入 2 mol so2和 1 mol o2 达到平衡时放出热量q1 向另一体积相同 的密闭容器中通入 1 mol so2和 1 mol o2 达到平衡时放出热量q2 则下列关系正确的是 a 2q2 q1 b 2q2 q1 c q2 q1 197 kj d q2 q1 197 kj 解析 选 c 反应的热化学方程式 2so2 g o2 g 2so3 g h 197 kj mol 1 由热化学方程式可知 在上述条件下反应生成 1 mol so3气体放热 98 5 kj 加入 2 mol so2和 1 mol o2 生成 so3的量小于 2 mol 所以q1 197 kj 1 mol so2和 1 mol o2相当于在 2 mol so2和 1 mol o2达到平衡的基础上 减少反应物的浓度 平衡逆向 移动 即q2 q1 综上所述 q2 q10 催化剂 1 500 时 在恒容密闭容器中充入a mol 乙苯 反应达到平衡后容器内气体的压强 为p 若再充入b mol 的乙苯 重新达到平衡后容器内气体的压强为 2p 则 a b 填 或 乙苯的转化率将 填 增大 减小 或 不变 2 工业上 通常在乙苯 eb 蒸气中掺混 n2 原料气中乙苯和 n2的物质的量之比为 1 10 n2不参与反应 控制反应温度为 600 并保持体系总压为 0 1 mpa 不变的条件 下进行反应 在不同温度下 乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性 指除了 h2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数 示意图为 a b 两点对应的正反应速率较大的是 掺入 n2能提高乙苯的平衡转化率 解释说明该事实 用平衡分压代替平衡浓度计算 600 时的平衡常数kp 保留两位有效数 字 分压 总压 物质的量分数 控制反应温度为 600 的理由是 25 解析 1 恒温恒容条件下气体压强与气体物质的量成正比 充入a mol 乙苯 反应达 到平衡后容器内气体的压强为p 再充入a mol 乙苯 相当于增大压强 平衡逆向移动 重新达到平衡后容器内气体的压强小于 2p 若重新达到平衡后容器内气体的压强为 2p 则 必有a b 其他条件相同时 增大压强 平衡逆向移动 乙苯的转化率将减小 2 由题 图可知 a b 两点对应的温度和压强都相同 a 点是乙苯和氮气的混合气体 b 点是纯乙 苯 则 b 点乙苯浓度大于 a 点 浓度越大反应速率越大 则正反应速率 b 点大于 a 点 该反应正反应气体分子数增加 恒压条件下加入氮气 相当于减压 减小压强 化学平衡 正向移动 乙苯的转化率增大 由题图可知 反应温度为 600 并保持体系总压为 0 1 mpa 时 乙苯转化率为 40 设乙苯起始物质的量为 1 mol 则依据题意可建立如下三 段式 起始量 mol 1 0 0 变化量 mol 0 4 0 4 0 4 平衡量 mol 0 6 0 4 0 4 平衡时总物质的量为 1 4 mol 乙苯的平衡分压为 0 1 mpa 苯乙烯和氢气的平 0 6 1 4 衡分压均为 0 1 mpa 则 600 时的平衡常数kp 0 019 根据题 0 4 1 4 0 4 1 4 0 1 2 0 6 1 4 0 1 图可知 600 时 乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高 该反应为吸热反应 若温度 过低 化学反应速率慢 乙苯的转化率低 若温度过高 苯乙烯的选择性下降 高温还可 能使催化剂失活 且能耗大 答案 1 减小 2 b 正反应方向气体分子数增加 恒压条件下加入氮气 相当于减压 平衡正 向移动 0 019 600 时 乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高 温度过低 反应 速率慢 乙苯的转化率低 温度过高 苯乙烯的选择性下降 高温还可能使催化剂失活 且能耗大 专题强化训练 一 选择题 1 中国首条 生态马路 在上海复兴路隧道建成 它运用了 光触媒 技术 在路面 涂上一种光催化剂涂料 可将汽车尾气中 45 的 no 和 co 转化成 n2 和 co2 下列对此反应 的叙述中正确的是 a 使用光催化剂不改变反应速率 26 b 使用光催化剂能增大 no 的转化率 c 升高温度能加快反应速率 d 改变压强对反应速率无影响 解析 选 c 使用催化剂可以改变反应速率 但不能改变反应物的平衡转化率 故 a b 项错误 该反应有气体参与 改变压强可影响化学反应速率 故 d 项错误 2 在一定温度下 氧化铁可以与一氧化碳发生下列反应 fe2o3 s 3co g 2fe s 3co2 g 下列说法中不能说明该反应已达到平衡状态的是 a co 的生成速率与 co2 的生成速率相等 b 气体密度不再变化 c co 的质量不变 d 体系的压强不再发生变化 解析 选 d a 项 co 的生成速率为逆反应速率 co2 的生成速率为正反应速率 且 co co2 的化学计量数相等 则v正 co2 v逆 co 达到化学平衡 b 项 当 m v m 气体 不变时 反应即达到平衡 c 项 m co 不变 则n co 不变 反应达到平衡 d 项 该反应是气体体积不变的反应 任意时刻体系的压强均相同 所以压强不能作为平衡的标 志 3 在催化剂作用下用乙醇制乙烯 乙醇转化率和乙烯选择性 生成乙烯的物质的量与 乙醇转化的物质的量的比值 随温度 乙醇进料量 单位 ml min 1 的关系如图所示 保持 其他条件相同 在 410 440 温度范围内 下列说法不正确的是 a 当乙醇进料量一定时 随乙醇转化率增大 乙烯选择性增大 b 当乙醇进料量一定时 随温度的升高 乙烯选择性不一定增大 27 c 当温度一定时 随乙醇进料量增大 乙醇转化率减小 d 当温度一定时 随乙醇进料量增大 乙烯选择性增大 解析 选 a 根据图像 当乙醇进料量一定时 随温度升高 乙醇转化率增大 乙烯 选择性先增大后减小 故 a 项错误 b 项正确 根据题图甲 当温度一定时 随乙醇进料 量增大 乙醇转化率减小 故 c 项正确 根据题图乙 当温度一定时 随乙醇进料量增大 乙烯选择性增大 故 d 项正确 4 某科研小组利用如下反应消除 no 和 co 的污染 2no g 2co g n2 g 2co2 g h x kj mol 1 t 时 在容积为 2 l 的恒容密闭容器中充入 2 mol no 和 2 mol co 保持温度不变 5 min 末达到平衡状态 此时c n2 0 4 mol l 1 下列 说法中不正确的是 a x 0 b no 80 c 0 5 min 内 v co 0 16 mol l 1 min 1 d 保持温度不变 若再向上述平衡体系中充入 2 mol no 和 2 mol co 重新达到平衡 时 c n2 0 8 mol l 1 解析 选 d 该反应 s 0 若要使反应自发进行 则必须为放热反应 故 h 0 即 x0 8 mol l 1 故 d 项错误 5 t 时 在一固定容积的密闭容器中发生反应 a g b g c s hv x v y b t1k z 31 d 工业生产中 当温度为t2时 压强越高 经济效益越好 图 2 中 a 点对应的平衡常数kp 用平衡分压代替平衡浓度计算 分压 总压 物质的量分数 3 煤生产水煤气和半水煤气 工业上用煤生产作为合成氨原料的水煤气 要求气体中 co h2 与 n2的体积之比为 3 1 3 2 发生的反应有 c s h2o g co g h2 g c s o2 g co g 从能 1 2 量角度考虑 通入空气的目的是 如图 3 是反应 co g h2o g h2 g co2 g h 0 中 co 和 co2的浓度随时间 发生变化的曲线 则t2时刻改变的条件可能是 写出一种即可 若t4时刻通过改 变容积的方法将压强增大为原来的 2 倍 在图中t4 t5区间内画出 co co2浓度变化曲线 并标明物质 假设各物质状态均保持不变 答案 1 a b 2 abc 1 6 3 前者是吸热反应 通入空气后发生的是放热反应 可维持体系的热平衡 降低 温度 或增大水蒸气的量或减少氢气的量 8 新题预测 雾霾严重影响人们的生活 汽车尾气的排放是造成雾霾天气的重要原因 之一 已知汽车尾气排放时容易发生以下反应 n2 g o2 g 2no g h1 a kj mol 1 co g 1 2o2 g co2 g h2 b kj mol 1 2co g 2no g n2 g 2co2 g h3 请回答下列问题 1 h3 kj mol 1 用含a b的代数式表示 2 对于有气体参与的反应 表示平衡常数kp时用气体组分 b 的平衡压强p b 代替该 气体物质的量浓度c b 则反应 的平衡常数表达式kp 32 3 下列能说明反应 已达平衡状态的是 填字母 a 单位时间内生成 1 mol co2 的同时消耗了 1 mol co b 在恒温恒容的容器中 混合气体的密度保持不变 c 在绝热恒容的容器中 反应的平衡常数不再变化 d 在恒温恒压的容器中