2013年高考化学复习 常见问题剖析专题 第7讲 化学反应速率与化学平衡中的常考问题

1 第七讲第七讲 化学反应速率与化学平衡中的常考问题化学反应速率与化学平衡中的常考问题 1 2012 江苏化学 14 温度为T时 向 2 0 L 恒容密闭容器中充入 1 0 mol PCl5 反应 PCl5 g PCl3 g Cl2 g 经过一段时间后达到平衡 反应过程中测定的部分数据见 下表 t s050150250350 n PCl3 mol00 160 190 200 20 下列说法正确的是 A 反应在前 50 s 的平均速率v PCl3 0 003 2 mol L 1 s 1 B 保持其他条件不变 升高温度 平衡时c PCl3 0 11 mol L 1 则反应的 H 0 C 相同温度下 起始时向容器中充入 1 0 mol PCl5 0 20 mol PCl3和 0 20 mol Cl2 反应达到平衡前v 正 v 逆 D 相同温度下 起始时向容器中充入 2 0 mol PCl3和 2 0 mol Cl2 达到平衡时 PCl3 的转化率小于 80 2 2012 山东理综 29 偏二甲肼与 N2O4是常用的火箭推进剂 两者发生如下化学反 应 CH3 2NNH2 l 2N2O4 l 2CO2 g 3N2 g 4H2O g 1 反应 中氧化剂是 2 火箭残骸中常现红棕色气体 原因为 N2O4 g 2NO2 g 当温度升高时 气体颜色变深 则反应 为 填 吸热 或 放热 反应 3 一定温度下 反应 的焓变为 H 现将 1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中 下列 示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是 若在相同温度下 上述反应改在体积为 1 L 的恒容密闭容器中进行 平衡常数 填 增大 不变 或 减小 反应 3 s 后 NO2的物质的量为 0 6 mol 则 0 3 s 内的平均反应速率v N2O4 mol L 1 s 1 4 NO2可用氨水吸收生成 NH4NO3 25 时 将a mol NH4NO3溶于水 溶液显酸性 原 因是 用离子方程式表示 向该溶液滴加b L 氨水后溶液呈中 性 则滴加氨水的过程中水的电离平衡将 填 正向 不 或 逆向 移动 所 滴加氨水的浓度为 mol L 1 NH3 H2O 的电离平衡常数取Kb 2 10 5 mol L 1 3 2011 安徽理综 9 电镀废液中 Cr2O7 可通过下列反应转化成铬黄 PbCrO4 2 Cr2O aq 2Pb2 aq H2O l 2PbCrO4 s 2H aq H 0 2 7 该反应达平衡后 改变横坐标表示的反应条件 下列示意图正确的是 2 考查形式 选择题 填空题 考向曝光 化学反应速率和化学平衡是高考的必考内容 其常规命题方向有 化学反应速率影响 因素及计算 化学平衡状态的判断及影响因素 应用平衡移动原理判断反应进行的方向 化学反应速率和化学平衡的图像分析 转化率 平衡常数的含义及简单计算 将化学反应速率和化学平衡移动的原理与化工生产 生活实际相结合的题目将是 2013 年高考命题的热点 二轮复习时要注意这方面题目的训练 1 了解化学反应速率的概念 反应速率的定量表示方法 2 了解催化剂在生产 生活和科学研究领域中的重大作用 3 了解化学反应的可逆性 4 了解化学平衡建立的过程 了解化学平衡常数的含义 能够利用化学平衡常数进行 简单的计算 5 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 认识 并能用相关理论解释其一般规律 6 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 知识必记 1 化学反应速率的简单计算 1 根据概念推算 v B 单位 或 等 2 根据化学计量数求算 在同一条件下的同一化学反应中 各物质的反应速率之比等于其化学方程式中的化学计 量数之比 2 反应速率的大小比较 对于反应 nA mB pC qD 有如下关系 v A v B v C v D 可变形为 比较不同条件下的反应快慢的问题 一般会给 v A n v B m v C p v D q 出用不同物质表示的反应速率 解题时只要比较 的大小即可 v A n v B m v C p v D q 但要注意速率单位的统一 3 化学反应速率的影响因素 影响因素Error 4 可逆反应达到平衡状态的标志 1 直接标志Error 2 间接标志Error 5 平衡移动方向的判定 1 应用平衡移动原理 化学平衡移动的根本原因是外界条件 如温度 压强 浓度等 的改变破坏了原平衡体系 使得正 逆反应速率不再相等 当v 正 v 逆 时 平衡向正反应方向移动 当v 正 v 逆 时 平衡向逆反应方向移动 移动的结果是v 正 v 逆 若条件的改变不能引起 正 逆反应速率的变化 或者正 逆反应速率的变化相同 则平衡不发生移动 2 应用浓度商Qc与平衡常数K的关系 Error 6 化学平衡常数转化率的计算 1 化学平衡计算的基本模式 平衡 三步曲 根据反应进行 或移动 的方向 设定某反应物消耗的量 然后列式求解 3 例 mA nB pC qD 起始量 a b 0 0 变化量 mx nx px qx 平衡量 a mx b nx px qx 2 转化率计算公式 转化率 100 技能必备 1 惰性气体对反应速率和化学平衡的影响 我们把化学反应体系中与各反应成分均不起反应的气体统称为 惰性气体 1 恒温恒容时 充入惰性气体体系总压强增大 但各反应成分分压不变 即各反应成分的浓度不 引起 变 化学反应速率不变 平衡不发生移动 2 恒温恒压时 充入惰性气体容器容积增大各反应成分浓度降低反应速率减小 平 引起 引起 引起 衡向着气体物质的量增大的方向移动 2 转化率的分析 判断 比较 1 对于反应aA g bB g cC g dD g 若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比 达到平衡后 它们的转化率相等 若只增加 A 的量 平衡正移 B 的转化率提高 A 的转化率降低 若按原比例同倍数地增加 或降低 A B 的浓度 等效于压缩体积 或扩容 气体反应 物的转化率与其化学计量数有关 同倍增大c A c B Error 2 对于反应mA g nB g qC g 在T V不变时 增加 A 的量 等效于压缩体积 A 的转化率与化学计量数有关 m n q A 的转化率不变 m n q A 的转化率增大 m n q A 的转化率降低 3 解化学反应速率与化学平衡图像题的方法 1 解答化学反应速率 化学平衡图像题的有关思路 一看坐标 即明确横 纵坐标所代表的量 二看点 即起点 终点 拐点 交叉点 三看曲线 曲线的含义 发展趋势 是否需要做辅助线 2 分析图像常用的两条原则 先拐先平 数值大 在含量 时间曲线中 先出现拐点的则先达到平衡 说明该 曲线表示的温度较高或压强较大 定一议二 在含量 温度 或压强 曲线中 图像中有三个变量 先确定一个量不 变 再讨论另外两个量的关系 3 几种特殊图像 对于化学反应 mA g nB g pC g qD g 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 4 对于化学反应 mA g nB g pC g qD g 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点v 正 v 逆 则L线的右下方 F点 v 正 v 逆 4 极限思维模式 一边倒 思想 极限思维有如下口诀 始转平 平转始 欲求范围找极值 例 mA nB pC 起始 a b c 转化极限 a a a n m p m 平衡极限 0 b a c a n m p m 常考问题 16 化学反应速率的简单计算 及影响因素 题型 1 2012 宁德调研 向某密闭容器中加入 0 3 mol A 0 1 mol C 和一定量的 B 三种气体 一定条件下发生反应 各物质的浓度随时间变化如甲图所示 t0 t1阶段的c B 变化未画出 乙图为t2时刻后改变条件平衡体系中正 逆反应速率随时间变化的情况 且四个阶段都各改 变一种反应条件且互不相同 t3 t4阶段为使用催化剂 下列说法中正确的是 A 若t1 15 s 则用 A 的浓度变化表示的t0 t1阶段的平均反应速率为 0 004 mol L 1 s 1 B t4 t5阶段改变的条件一定为减小压强 C 该容器的容积为 2 L B 的起始物质的量为 0 02 mol D t5 t6阶段 容器内 A 的物质的量减少了 0 06 mol 而此过程中容器与外界的热交 换总量为a kJ 该反应的热化学方程式 3A g B g 2C g H 50a kJ mol 1 破题关键 对于含图像的反应速率题目 首先要仔细读图 分析反应速率在特定时间段 里的变化趋势 然后对改变的条件进行判断 C 的浓度变化为 0 11 mol L 1 0 05 mol L 1 0 06 mol L 1 t3 t4与t4 t5 条件改变时 平衡不发生移动 只可能是两种 情况 一是加入了催化剂 二是反应是一个反应前后气体分子数相等的反应 改变了体系的 压强 t3 t4阶段为使用催化剂 则t4 t5阶段改变的条件一定为减小压强 A 项 前 15 s 中 A 的浓度变化为 0 15 mol L 1 0 06 mol L 1 0 09 mol L 1 速率为 0 006 mol L 1 s 1 A 项错 C 项 A 与 C 的化学计量数之比为 3 2 且该反应为反应前后气体 分子数相等的反应 故 B 只能为生成物 且 B 与 C 的化学计量数之比为 1 2 则 B 的浓度改 变为 0 03 mol L 1 其起始浓度为 0 02 mol L 1 物质的量为 0 04 mol C 项错 t5 t6 的条件改变为升高温度 这时反应正向进行 所以正反应为吸热反应 D 项错 答案 B 对于可逆反应 改变体系的反应温度 将使正反应速率和逆反应速率向同等方向 不同 大小地改变 即均增大或均减小 但增大或减小的值不同 使反应平衡发生变化 如改变某 条件后正逆反应速率同等程度地改变 则改变条件必是添加催化剂或改变体系压强 仅适用 于反应前后气体分子数不变的气体反应 5 提升 1 2011 浙江理综 27 2 已知 NH2COONH4 2H2O NH4HCO3 NH3 H2O 该研究小组分 别用三份不同初始浓度的氨基甲酸铵溶液测定水解反应速率 得到c NH2COO 随时间的变化 趋势如下图所示 1 计算 25 0 时 0 6 min 氨基甲酸铵水解反应的平均速率 2 根据图中信息 如何说明该水解反应速率随温度升高而增大 常考问题 17 平衡状态的建立和移动方向 的判断 题型 2 已知 反应 Fe s CO2 g FeO s CO g 的平衡常数为K1 反应 Fe s H2O g FeO s H2 g 的平衡常数为K2 不同温度下 K1 K2的值如表中所示 温度 K1K2 973 K1 472 38 1 173 K2 151 67 1 从表中数据可以推断 反应 是 填 吸 或 放 热反应 2 现有反应 CO2 g H2 g CO g H2O g 写出该反应的平衡常数K3的数学表达 式 3 根据反应 与 可推导出K1 K2与K3之间的关系式 据此关系式及表中数据 也 能推断出反应 是吸热反应还是放热反应 欲使反应 在一定条件下建立的平衡向正反应方 向移动 可采用的措施有 填序号 A 缩小反应容器容积 B 扩大反应容器容积 C 降低温度 D 升高温度 E 使用合适的催化剂 F 设法减少 CO 的量 破题关键 通读本题可知K3的表达式一定和K1 K2有关系 紧抓住这个思路 结合三个 化学反应的特征进行联系是解答这道题的思路之一 1 反应 的平衡常数随温度的升高而增大 说明温度升高 平衡正向移动 反应 的 正反应为吸热反应 2 K1 K2 故K3 c CO c CO2 c H2 c H2O c CO c H2O c CO2 c H2 K1 K2 3 973 K 时 K3 0 62 而 1 173 K K3 1 29 反应 的平衡 K1 K2 1 47 2 38 K1 K2 2 15 1 67 常数随温度升高而增大 故反应 的正反应为吸热反应 升高温度 可使平衡正向移动 由 于该反应前后气体分子数不变 改变容器体积 不能使平衡发生移动 使用催化剂也不能使 平衡发生移动 减少生成物的量 能使平衡正向移动 答案 1 吸 2 K3 或K3 K1 K2 c CO c H2O c CO2 c H2 3 DF 6 根据化学平衡常数K随温度的变化 可以判断可逆反应的正反应是吸热反应还是放热反 应 如对于aA g bB g cC g 来说 随温度升高K增大 说明温度升高 生成物的浓 度增大 反应物的浓度减小 由此确定该反应的正反应是吸热反应 提升 2 2012 全国理综 8 合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得 其中的一 步反应为 CO g H2O g CO2 g H2 g H 0 催化剂 反应达到平衡后 为提高 CO 的转化率 下列措施正确的是 A 增加压强 B 降低温度 C 增大 CO 的浓度 D 更换催化剂 题型 3 2012 试题调研 将 2 mol A 和 2 mol B 充入某密闭容器中发生反应 2A g B g xC g 达到化学平衡后 C 的体积分数为a 假设该反应的条件分别和下列各选项的条 件相同 下列判断正确的是 A 若在恒温恒压下 当x 1 时 将 1 mol B 1 mol C 作为起始物质 达到平衡后 C 的体积分数不是a B 若在恒温恒容下 当x 2 时 将作为 2 mol C 起始物质 达到平衡后 C 的体积分 数大于a C 若在恒温恒容下 当x 3 时 将 2 mol B 6 mol C 作为起始物质 达到平衡后 C 的体积分数不等于a D 若在恒温恒压下 将 3 mol A 3 mol B 作为起始物质 达到平衡后 C 的体积分数仍 为a 则x可为任意正整数 破题关键 等效平衡主要有两种 一是恒温恒压下的等效平衡 此种情况只要加入的物 质的物质的量成比例 就可达到等效平衡 而与化学计量数无关 D 选项符合这种情况 二 是恒温恒容下的等效平衡 如果反应中气体在反应前后等物质的量 则只要加入起始物质的 物质的量成比例就可达到等效平衡 C 项中x 3 时 2 mol B 6 mol C 作为起始物质 相 当于加入 4 mol A 4 mol B 所以也能达到等效平衡 A 选项按化学计量数换算后 与原平 衡的初始量相同 故 C 体积分数等于a 而 B 中相当于加入 2 mol A 和 1 mol B 所以相当 于从原平衡中抽出 1 mol B 平衡逆向移动 所以 C 的体积分数小于a 答案 D 两种重要学科思想的应用 1 等价转化思想 化学平衡状态的建立与反应途径无关 即无论可逆反应是从正反应 方向开始 还是从逆反应方向开始 或从中间状态开始 只要起始投入物质的物质的量相等 则可达到一样的平衡状态 2 放大缩小思想 该方法适用于起始投入物质的物质的量存在一定的倍数关系 它指 的是将反应容器的体积扩大一定的倍数 让起始物质的浓度相同 则在一定的条件下 可建 立相同的平衡状态 然后在此基础上进行压缩 使其还原为原来的浓度 分析在压缩过程中 平衡如何移动 再依据勒夏特列原理 分析相关量的变化情况 提升 3 2011 江苏化学 15 改编 700 时 向容积为 2 L 的密闭容器中充入一定量的 CO 和 H2O 发生反应 CO g H2O g CO2 g H2 g 反应过程中测定的部分数据见下表 表中t2 t1 反应时间 min n CO moln H2O mol 01 200 60 t10 80 t20 20 下列说法正确的是 7 A 反应在t1min 内的平均速率为v H2 mol 0 40 t1 L 1 min 1 B 保持其他条件不变 起始时向容器中充入 0 60 mol CO 和 1 20 mol H2O 达到平衡 时n CO2 0 40 mol C 保持其他条件不变 向平衡体系中再通入 0 20 mol H2O 与原平衡相比 达到新平 衡时 CO 转化率增大 H2O 的体积分数减小 D 温度升高至 800 上述反应平衡常数为 0 64 则正反应为吸热反应 常考问题 18 有关化学平衡常数转化率 的简单计算 题型 4 2012 广东深圳中学高三模拟 300 时 将 2 mol A 和 2 mol B 两种气体混合于 2 L 密闭容器中 发生如下反应 3A g B g 2C g 2D g H Q 2 min 末达到平衡 生成 0 8 mol D 1 300 时 该反应的平衡常数表达式为K 已知 K300 K350 则 H 0 填 或 2 在 2 min 末时 B 的平衡浓度为 D 的平均反应速率为 3 若温度不变 缩小容器容积 则 A 的转化率 填 增大 减小 或 不变 原因是 4 如果在相同的条件下 上述反应从逆反应方向进行 开始时若加入 C D 各 mol 4 3 若使平衡时各物质的物质的量浓度与原平衡相同 则还应该加入 B mol 破题关键 1 若温度越高 K越大 则说明升温 平衡正向移动 即正反应为吸热反应 H 0 2 生成 0 8 mol D 则反应掉 0 4 mol B 剩余 1 6 mol B c B 1 6 mol 2 L 0 8 mol L 1 v D 0 2 mol L 1 min 1 3 该反应为反应前后气 0 8 mol 2 L 2 min 体的总物质的量不变的反应 加压平衡不移动 故 A 的转化率不变 4 将 C D 折算成 A B 则相当于加入 2 mol A 和 mol B 容器体积固定 若浓度相同 则说明起始时物质 2 3 的量相等 故 B 还应加入 2 mol mol mol 2 3 4 3 答案 1 c2 C c2 D c3 A c B 2 0 8 mol L 1 0 2 mol L 1 min 1 3 不变 反应前后气体的总物质的量不变 压强对平衡无影响 4 4 3 思维模型 8 提升 4 实验室用 4 mol SO2与 2 mol O2在一定条件下进行下列反应 2SO2 g O2 g 2SO3 g H 196 64 kJ mol 1 当放出 314 62 kJ 热量时 SO2的转化率为 A 40 B 50 C 80 D 90 看特点 识图表 想原理 巧整合 有关化学平衡 化学反应速率的图表题一直是高考关注的热点 在审题时 一般采用 看特点 识图表 想原理 巧整合 四步法解答 第一步 看特点 即分析可逆反应方程式 观察物质的状态 气态物质分子数的变化 正反应是气体分子数增大的反应 还是气体分子数减小的反应 反应热 正反应是放热反 应 还是吸热反应 等 第二步 识图像 即识别图像类型 横坐标和纵坐标的含义 线和点 平台 折线 拐 点等 的关系 利用规律 先拐先平 数值大 判断 即曲线先出现拐点 先达到平衡 其 温度 压强越大 第三步 联想化学反应速率 化学平衡移动原理 特别是影响因素及使用前提条件等 第四步 图表与原理整合 逐项分析图表 重点看图表是否符合可逆反应的特点 化学 反应速率和化学平衡原理 案例导析 对于合成氨反应 N2 g 3H2 g 2NH3 g H 92 4 kJ mol 1 下列图像正确的是 A 错因分析 本题易错选 B 或 C 错因是化学平衡移动原理与图像不对应 或看不懂图 像 参考答案参考答案 9 第一部分 高频考点及重点题型突破 第七讲 化学反应速率与化学平衡中 的常考问题 细研考题 1 C 反应前 50 s 的平均反应速率v PCl3 0 001 6 mol L 1 s 1 A 0 16 mol 2 0 L 50 s 错误 温度为T时 平衡时c PCl3 0 10 mol L 1 升高温度 再达平衡时 0 20 mol 2 0 L c PCl3 0 11 mol L 1 说明升高温度 平衡右移 H 0 B 错误 在该温度下 达平 衡时 各组分物质的量分别为 n PCl3 n Cl2 0 20 mol n PCl5 1 mol 0 20 mol 0 80 mol 在相同温度下投入 1 0 mol PCl5 0 20 mol PCl3 0 20 mol Cl2 相当于 在原题平衡基础上加入 0 20 mol PCl5 平衡正向移动 v 正 v 逆 C 正确 充入 1 0 mol PCl5建立的平衡与充入 1 0 mol PCl3和 1 0 mol Cl2建立的平衡为相同平衡 充入 1 0 mol PCl5建立的平衡 PCl5的转化率为 100 20 则充入 1 0 mol PCl3和 1 0 0 20 mol 1 mol mol Cl2建立的平衡 PCl3转化率为 80 当向容器中充入 2 0 mol PCl3和 2 0 mol Cl2时 相当于将两个上述平衡 充入 1 0 mol PCl3和 1 0 mol Cl2建立的平衡 合并压缩到 2 0 L 平衡左移 PCl3转化率大于 80 2 解析 反应 中 N2O4中 N 由 4 价变为 0 价 N2O4作氧化剂 2 温度升高时 气 体颜色变深 说明升温时平衡向正反应方向移动 则正反应为吸热反应 3 该反应从正反 应开始进行 气体分子数逐渐增多 而压强保持不变 则容器体积逐渐增大 气体密度逐渐 减小 达平衡时保持不变 a 对 该反应的 H始终保持不变 不能作为反应达到平衡状态 的标志 b 错 该反应从正反应开始进行 N2O4的量逐渐减小 恒压过程中容器体积增大 N2O4的浓度减小 v 正 逐渐减小 达平衡时保持不变 c 错 N2O4的转化率逐渐增大 达平 衡时保持不变 d 对 平衡常数只与温度有关 温度保持不变 平衡常数不变 v N2O4 v NO2 0 1 mol L 1 s 1 4 NH4NO3溶液中由于 NH水解 溶液显 1 2 1 2 0 6 mol 1 L 3 s 4 酸性 滴加氨水后溶液由酸性变为中性 水的电离平衡向逆反应方向移动 Kb 而c OH 10 7 mol L 1 则c NH 200c NH3 H2O 故 c NH 4 c OH c NH3 H2O 4 n NH 200n NH3 H2O 根据电荷守恒 c NH c H c NO c OH 从而推出 4 4 3 n NH n H n NO n OH 可得n NH3 H2O mol 故氨水的浓度为 4 3 a 200 a 200b mol L 1 答案 1 N2O4 2 吸热 3 ad 不变 0 1 4 NH H2O NH3 H2O H 逆向 4 a 200b 3 A A 项 平衡常数大小与温度有关 该反应为放热反应 温度升高 平衡向逆反应 方向移动 生成物的物质的量浓度减小 反应物的物质的量浓度增大 平衡常数随温度升高 而减小 故 A 项正确 B 项