2013年高考化学二轮复习精品资料专题9 化学反应速率与化学平衡（教师版）

1 专题九专题九 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡 2013 2013 考纲解读考纲解读 1 了解化学反应速率的概念及其定量表示方法 2 了解催化剂在生产 生活和科学研究领域中的重要作用 3 了解化学反应的可逆性 4 了解化学平衡建立的过程 理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 7 了解焓变和熵变是与反应方向有关的两种因素 知识网络构建知识网络构建 2 重点知识整合重点知识整合 一 物质状态和浓度对反应速率的影响一 物质状态和浓度对反应速率的影响 1 对于有固体参加的化学反应而言 由于在一定条件下 固体的浓度是固定的 所以固体物质在化 学反应中浓度不改变 因此在表示化学反应速率时 不能用固体物质 但因为固体物质的反应是在其表 面进行的 故与其表面积有关 当固体颗粒变小时 会增大表面积 加快反应速率 2 对于有气体参加的反应而言 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改变所 致 所以 在讨论压强对反应速率的影响时 应区分引起压强改变的原因 这种改变对反应体系的浓度 产生何种影响 由此判断出对反应速率产生何种影响 3 对于气体反应体系 有以下几种情况 1 恒温时 增加压强体积缩小浓度增大反应速率加快 引起 引起 引起 2 恒容时 充入气体反应物浓度增大总压增大速率加快 引起 引起 引起 充入 惰气 总压增大 但各分压不变 即各物质的浓度不变 反应速率不变 引起 3 恒压时 充入 惰气 体积增大各反应物浓度减少反应速率减慢 引起 引起 引起 二 外界条件对化学反应速率的影响二 外界条件对化学反应速率的影响 影响因素分子总数活化分子百分数活化分子总数 活化分子浓度 单位体积活化分子数 增大浓度增加 不变 增加 增加 增大压强 不变 不变 不变 增加 升高温度不变 增加 增加 增加 正催化剂不变 增加 增加 增加 三 化学反应速率的图象三 化学反应速率的图象 图象也是一种表达事物的语言符号 化学反应速率图象是将化学反应速率变化的状况在直角坐标系 中以图的形式表达的结果 是化学反应速率变化规律的反映 认识和应用化学反应速率图象时 要立足 于化学方程式 应用化学反应速率变化的规律 分析直角坐标系及其图象的涵义 1 化学反应 CaCO3 2HCl CaCl2 CO2 H2O 1 其他条件一定 反应速率随着c HCl 的增大而增大 如图 2 其他条件一定 反应速率随着温度的升高而增大 如图 3 随着反应时间的延长 c HCl 逐渐减小 化学反应速率逐渐减小 如图 4 2 化学反应 2H2S g SO2 g 3S s 2H2O g 1 其他条件一定 增大气态反应物的压强 缩小气体容器的容积 反应速率随着压强的增大而增大 如图 2 其他条件一定 减小气态反应物的压强 扩大气体容器的容积 反应速率随着压强的减小而减小 如图 3 温度 气体容器的容积都一定 随着时间的增加 SO2 H2S 物质的量逐渐减少 气体的压强逐渐 减小 反应速率逐渐减小 如图 4 分别在较低温度T1和较高温度T2下反应 气态反应物的压强都是逐渐增大 缩小容器容积 反 应速率随着压强的增大而增大及随着温度的升高而增大 如图 四 化学平衡状态的特征和判断方法四 化学平衡状态的特征和判断方法 1 化学平衡状态的特征 化学平衡状态的特征可以概括为 逆 等 动 定 变 1 逆 研究对象是可逆反应 2 等 化学平衡状态建立的条件是正反应速率和逆反应速率相等 即v正 v逆 这是可逆反 应达到平衡状态的重要标志 3 动 指化学反应已达到化学平衡状态时 反应并没有停止 实际上正反应与逆反应始终在 进行 只是正反应速率等于逆反应速率 即v正 v逆 0 所以化学平衡状态是动态平衡状态 5 4 定 在一定条件下可逆反应一旦达到平衡 可逆反应进行到最大的程度 状态时 在平衡体 系的混合物中 各组成成分的含量 即反应物与生成物的物质的量 物质的量浓度 质量分数 体积分数 等 保持一定而不变 即不随时间的改变而改变 这是判断体系是否处于化学平衡状态的重要依据 5 变 任何化学平衡状态均是暂时的 相对的 有条件的 与浓度 压强 温度等有关 而 与达到平衡的过程无关 化学平衡状态既可从正反应方向开始达到平衡 也可以从逆反应方向开始达到平 衡 当外界条件变化时 原来的化学平衡也会发生相应的变化 2 化学平衡状态的判断方法 1 直接判定 v正 v逆 实质 同一物质 该物质的生成速率等于它的消耗速率 不同的物质 速率之比等于方程式中的系数比 但必须是不同方向的速率 2 间接判定 各组成成分的质量 物质的量 分子数 体积 气体 物质的量浓度保持不变 各组成成分的质量分数 物质的量分数 气体的体积分数保持不变 若反应前后的物质都是气体 且系数不等 总物质的量 总压强 恒温 恒容 平均摩尔质量 混合气体的密度 恒温 恒压 保持不变 反应物的转化率 产物的产率保持不变 总之 能变的量保持不变说明已达平衡 如下表所示 例举反应mA g nB g pC g qD g 是否平 衡状态 各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定是 各物质的质量或各物质的质量分数一定是 各气体的体积或体积分数一定是 混合物体系 中各成 分的量 总体积 总压强 总物质的量 总浓度一定不一定 在单位时间内消耗了m mol A 同时生成m mol A 即v正 v逆 是 在单位时间内消耗了n mol B 同时消耗了p mol C 则 v正 v逆 是 正反应速 率与逆反 应速率的 关系 vA vB vC vD m n p q v正不一定等于v逆不一定 6 在单位时间内生成n mol B 同时消耗q mol D 均指v逆 v正 不一定等于v逆 不一定 若m n p q 总压强一定 其他条件不变 是 压强 若m n p q 总压强一定 其他条件不变 不一定 r一定 只有当m n p q时 M 是平均相对 分子质量 r一定 但m n p q时 M 不一定 温度 任何化学反应都伴随着能量变化 在其他条件不变的情况下 体系温度一定时 是 体系的密度密度一定不一定 特别提醒 化学平衡的实质是v 正 v 逆 0 时 表现为平衡体系中各组分的物质的量或物质 的量分数不再变化 因此v 正 v 逆 0 是化学平衡判断的充要条件 运用v 正 v 逆 0 时 注意方向和数量关系 学会 变 与 不变 判断 变 就是到达平衡过程中量 变 而到达平衡后 不变 否则 不一定平衡 五 等效平衡五 等效平衡 1 等效平衡 在一定条件 恒温恒容或恒温恒压 下 同一可逆反应体系 不管是从正反应开始 还是从逆反应 开始 在达到化学平衡状态时 任何相同组分的百分含量百分含量 体积分数 物质的量分数等 均相同 这样 的化学平衡互称等效平衡 概念的理解 1 外界条件相同 通常可以是 恒温 恒容 恒温 恒压 2 等效平衡 与 完全相同的平衡状态 不同 完全相同的平衡状态 是指在达到平衡状态 时 任何组分的物质的量分数 或体积分数 对应相等 并且反应的速率等也相同 但各组分的物质的 量 浓度可能不同 而 等效平衡 只要求平衡混合物中各组分的物质的量分数 或体积分数 对应相 同 反应的速率 压强等可以不同 3 平衡状态只与始态有关 而与途径无关 如 无论反应从正反应方向开始 还是从逆反应 方向开始 投料是一次还是分成几次 反应容器经过扩大 缩小或缩小 扩大的过程 只要起始浓度相 7 当 就达到相同的平衡状态 2 2 等效平衡的分类等效平衡的分类 在等效平衡中比较常见并且重要的类型主要有以下三种 第一类 第一类 对于恒温 恒容条件下反应前后气体体积改变的可逆反应如果按方程式的化学计量关系转 化为方程式同一半边的物质 其物质的量与对应组分的起始加入量相同 则建立的化学平衡状态是等效 的 例如 恒温恒容下的可逆反应 2SO2 O2 2SO3 2 mol 1 mol 0 mol 0 mol 0 mol 2 mol 0 5 mol 0 25 mol 1 5 mol 上述三种配比 按方程式的计量关系均转化为反应物 则 SO2均为 2 mol O2均为 1 mol 三者建立 的平衡状态完全相同 第二类 第二类 对于恒温 恒容条件下为反应前后气体体积不变的可逆反应如果按方程式的化学计量关系 转化为方程式同一边的物质 其物质的量比与对应组分的起始加入量比相同 则建立的化学平衡是等效 的 例如 恒温恒容条件下 对于可逆反应 H2 g I2 g 2HI g 1 mol 1 mol 0 mol 2 mol 2 mol 1 mol 上述两种配比 按方程式中化学计量关系均转化为反应物 两种情况下 H2与 I2 g 的物质的量比均为 1 1 因此上述两种情况建立的化学平衡状态是等效的 第三类 第三类 对于恒温 恒压条件下的任何气体参加的可逆反应 无论反应前后气体体积可变或不变 如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一边的物质 其物质的量比与对应组分的起始加入量比相 同 则建立的化学平衡是等效的 例如 恒温 恒压条件下 对于可逆反应 N2 3H2 2NH3 1 mol 3 mol 0 mol 2 mol 6 mol 1 mol 8 0 mol 0 mol 0 5mol 上述三种配比 按方程式中化学计量关系均转化为反应物 三种情况下 N2与 H2的物质的量比均 1 3 因此上述三种情况建立的化学平衡状态是等效的 3 3 化学平衡的思维方法 化学平衡的思维方法 1 可逆反应 不为零 原则 可逆性是化学平衡的前提 达到平衡时 反应物和生成物共存 每种物质的物质的量不为零 一般可用极限分析法推断 假设反应不可逆 则最多生成产物多少 有无反应物剩余 余多少 这 样的极值点是不可能达到的 故可用确定某些范围或在范围中选择合适的量 2 一边倒 原则 可逆反应 在条件相同时 如等温等容 若达到等同平衡 其初始状态必须能互变 从极限角度看 就是各物质的物质的量要相当 因此 可以采用 一边倒 的原则来处理以下问题 化学平衡等同条件 等温等容 可逆反应 aA g bB g cC g 起始量 a b 0 平衡态 起始量 0 0 c 平衡态 起始量 x y z 平衡态 为了使平衡 平衡 平衡 根据 一边倒 原则 即可得 x a cz a得x a z c 1 y b cz b 得y b z c 1 六 化学平衡移动与图像六 化学平衡移动与图像 9 10 总结 只要增大浓度 增大压强 升高温度 新平衡都在原平衡的上方 v 正 v 逆 v 正 v 逆 只要减小浓度 降低压强 降低温度 新平衡都在原平衡下方 v 正 v 逆b 粉末状碳酸钙与同浓度盐酸反应 则相应的曲线 图中虚线所示 正确的是 解析 粉末状碳酸钙的表面积比块状碳酸钙的表面积大 故在相同条件下 与同浓度的盐酸反应时化 学反应速率快 即单位时间内损失的 CaCO3的质量大 可排除 A B 由于a b 用粉末状 CaCO3的消耗量 大于块状 CaCO3 故当粉末状 CaCO3完全消耗时 块状 CaCO3尚有剩余 此后单位时间内 CaCO3的损失量又 大于粉末状 CaCO3 答案 C 题型五题型五 平衡状态的判断平衡状态的判断 例 5 一定温度下 可逆反应 2NO2 g 2NO g O2 g 在体积固定的密闭容器中反应 达到平 衡状态的标志是 单位时间内生成n mol O2 同时生成 2n mol NO2 单位时间内生成n mol O2 同时生成 2n mol NO 用 NO2 NO O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为 2 2 1 混合气体的压强不再改变 混合气体的颜色不再改变 混合气体的平均相对分子质量不再改变 A B C D 以上全部 解析 生成n mol O2 就是消耗 2n mol NO2 即生成 NO2的速率等于消耗 NO2的速率 能表示v正 v逆 正确 表示同一方向的反应速率 不能表示v正 v逆 不正确 只要发生反应 或者说不论 反应是否达到平衡 NO2 NO O2的速率之比就为 2 2 1 它不能反映可逆反应是否达到平衡 不正确 温度 体积一定 混合气体压强不再改变 对于反应前后气体体积不相等的反应 说明气体的总物质 的量不变 表明已达平衡 颜色的深浅决定于有色物质 NO2的浓度 混合气体颜色不变 说明 NO2的浓 度不再改变 能说明已达到平衡 正确 混合气体的平均相对分子质量 不变 说明气体的总物 M m n 14 质的量 n 不变 表明已达平衡 正确 答案 A 题型六题型六 化学平衡图象化学平衡图象 例 6 反应 aM g bN g cP g dQ g 达到平衡时 M 的体积分数y M 与反应条件的关系如 图所示 其中z表示反应开始时 N 的物质的量与 M 的物质的量之比 下列说法正确的是 A 同温同压同z时 加入催化剂 平衡时 Q 的体积分数增加 B 同压同z时 升高温度 平衡时 Q 的体积分数增加 C 同温同z时 增加压强 平衡时 Q 的体积分数增加 D 同温同压时 增加z 平衡时 Q 的体积分数增加 解析 可逆反应中 催化剂只能改变化学反应速率 A 错 由两个图象可知 M 的体积分数随着温度 升高而降低 即温度升高 平衡右移 故平衡时生成物 Q 的体积分数增加 B 正确 同为 650 z 2 0 压强为 1 4 MPa 时 y M 30 而压强为 2 1 MPa 时 y M 35 即增大压强 平衡左移 故平衡时 Q 的体积分数减小 C 错 由图象可知 同温 同压时 若 N 的物质的量增加 而 M 的物质的量 不变 则尽管 z 越大 y M 减小 平衡右移 但 Q 增加的物质的量远小于加入的 N 的物质的量 此时 Q 的体积分数减小 D 错 答案 B 题型七题型七 等效平衡等效平衡 例 7 在一定温度下 把 2mol SO2和 1mol O2通入一定容积的密闭容器中 发生如下反应 当此反应进行到一定程度时反应混合物就处于化学平衡状态 现在该容器中维持 22 OSO2 3 SO2 温度不变 令 a b c 分别代表初始时加入的的物质的量 mol 如果 a b c 取不同 322 SOOSO 的数值 它们必须满足一定的相互关系 才能保证达到平衡状态时 反应混合物中三种气体的百分含量 仍跟上述平衡完全相同 请填空 1 若 a 0 b 0 则 c 2 若 a 0 5 则 b c 15 3 a b c 的取值必须满足的一般条件是 请用两个方程式表示 其 中一个只含 a 和 c 另一个只含 b 和 c 解析 通过化学方程式 可以看出 这是一个化学反应前后气体分子数不等的 22 OSO2 3 SO2 可逆反应 在定温 定容下建立的同一化学平衡状态 起始时 无论怎样改变的物质的 322 SOOSO 量 使化学反应从正反应开始 还是从逆反应开始 或者从正 逆反应同时开始 但它们所建立起来的 化学平衡状态的效果是完全相同的 即它们之间存在等效平衡关系 我们常采用 等价转换 的方法 分析和解决等效平衡问题 1 若 a 0 b 0 这说明反应是从逆反应开始 通过化学方程式可以看出 反 22 OSO2 3 SO2 应从 2mol SO3开始 通过反应的化学计量数之比换算成和的物质的量 即等价转换 恰好跟反 2 SO 2 O 应从 2mol SO2和 1mol O2的混合物开始是等效的 故 c 2 2 由于 a 0 5 2 这表示反应从正 逆反应同时开始 通过化学方程式可以 22 OSO2 3 SO2 看出 要使 0 5 mol SO2反应需要同时加入 0 25mol O2才能进行 通过反应的化学计量数之比换算成 SO3 的物质的量 即等价转换 与 0 5 mol SO3是等效的 这时若再加入 1 5 mol SO3就与起始时加入 2 mol SO3是等效的 通过等价转换可知也与起始时加入 2 mol SO2和 1mol O2是等效的 故 b 0 25 c 1 5 3 题中要求 2mol SO2和 1mol O2要与 a mol SO2 b mol O2和 c mol SO3建立等效平衡 由化学方 程式可知 c mol SO3等价转换后与 c mol SO2和等效 即是说 22 OSO2 3 SO2 2 Omol 2 c 和与 a mol SO2 b mol O2和 c mol SO3等效 那么也就是与 2mol SO2和 2 SOmol ca 2 Omol 2 c b 1mol O2等效 故有 1 2 c b2ca 题型八题型八 化学平衡与转化率化学平衡与转化率 例 8 在密闭容器中进行 N2 3H22NH3反应 起始时 N2和 H2分别为 10 mol 和 30 mol 当达到 平衡时 N2的转化率为 30 若以 NH3作为起始反应物 反应条件与上述反应相同时 要使其反应达到平 衡时各组成成分的物质的量分数与前者相同 则 NH3的起始物质的量和它的转化率正确的是 A 40 mol 35 B 20 mol 30 C 20 mol 70 D 10 mol 50 解析 根据题意 可推算出反应达到平衡时各组成成分的物质的量 N2 3H2 2NH3 16 起始量 10 mol 30 mol 0 变化量 10 30 3 mol 9 mol 6 mol 平衡量 7 mol 21 mol 6 mol 从逆向思维考虑 若正反应进行到底 可求得生成 NH3 20 mol 此 NH3的物质的量就是从逆向进行上 述反应时 NH3的起始反应量 在同温和同一容器中进行逆向反应达到平衡时 各组成成分的物质的量与上述反应相同 N2 3H2 2NH3 起始量 0 0 20 mol 平衡量 7 mol 21 mol 20 14 6 mol 可见 NH3起始量 20 mol NH3的转化率 100 70 答案 C 难点探究难点探究 难点一难点一 化学反应速率及其影响因素化学反应速率及其影响因素 1 化学反应速率的计算 1 在解题过程中经常用 起始量 转化量 某时刻量 的格式来分析 解决问题 例如 对于反 应 mA nB pC qD A 的浓度为a mol L 1 B 的浓度为b mol L 1 反应进行至t1 s 时 A 消耗了 x mol L 1 则反应速率可计算如下 则v A mol L 1 s 1 v B mol L 1 s 1 x t1 t0 nx m t1 t0 v C mol L 1 s 1 v D mol L 1 s 1 px m t1 t0 qx m t1 t0 17 对上述反应来说 1 在同一段时间内 v A v B v C v D 的数值不一定相同 但其表达的意义完全相同 都 表示同一个反应在同一段时间内 反应向同一个方向进行的快慢 2 v A v B v C v D m n p q 即同一反应中用不同物质表示的反应速率之比等于相 应物质的化学计量数之比 2 化学反应速率的大小比较 利用化学反应速率比较反应进行的快慢 不能只看反应速率的数值大小 要注意两个换算 1 用同一物质的反应速率比较反应快慢时 必须要换算为在速率单位一致的前提下再进行比较 2 若用不同物质的反应速率比较反应进行的快慢时 除要保证单位一致外 还要根据反应速率之 比等于化学计量数之比进行换算为同一物质的速率后再比较 特别注意 对于某些反应 随着反应时间的延长 反应物浓度减小 反应速率也随之减小 3 外界条件对化学反应速率的影响 1 纯液体和固体浓度视为常数 它们的量的改变不会影响化学反应速率 但固体颗粒的大小导致 接触面的大小发生变化 故影响反应速率 2 固体 液体物质 由于压强改变时对它们的体积影响很小 因而压强对它们浓度的影响可看作 不变 压强对无气体参加的化学反应的速率无影响 3 升高温度 不论吸热还是放热反应 也不论正反应速率还是逆反应速率都增大 4 对于有气体参与的化学反应 有以下几种情况 恒温时 压缩体积压强增大反应物浓度增大反应速率加快 引起 引起 引起 恒温时 对于恒容密闭容器 a 充入气体反应物气体反应物浓度增大 压强也增大 反应速率加快 引起 b 充入 惰性 气体总压强增大反应物浓度未改变 反应速率不变 引起 引起 恒温恒压时 充入 惰性 气体体积增大气体反应物浓度减小反应速率减小 引起 引起 引起 例 1 对于反应 2SO2 g O2 g 2SO3 g 一次只改变一个条件 能增大逆反应速率的措施 是 18 A 通入大量 O2 B 增大容器体积 C 移去部分 SO2 D 降低体系温度 答案 A 解析 增大反应物浓度可使正反应速率增大 逆反应速率随之增大 A 项正确 增大容器容积 相当于减小压强 正 逆反应速率均减小 B 项错误 移去部分 SO2 可使反应向逆反应方向移动 而正 逆反应速率均减小 C 项错误 降低温度正 逆反应速率均减小 D 项错误 点评 本题易将反应速率与化学平衡的移动混淆而错选 此处常见的误区有 反应向正反应方 向移动 则正反应速率一定增大 反应向逆反应方向移动 则逆反应速率一定增大 变式探究 对于化学反应 3W g 2X g 4Y g 3Z g 下列反应速率关系中 正确的是 A v W 3v Z B 2v X 3v Z C 2v X v Y D 3v W 2v X 答案 C 解析 将四个选项变成分数形式 看是否符合速率比等于化学计量数比关系 本题考查内容是 化学反应速率与反应方程式中物质的计量数之间的相互关系 根据化学反应基本原理知道 化学反应的 快慢与多种因素相关 反应物的性质 反应类型 酸碱中和反应 氧化还原反应 有机化学反应等 反 应温度 压强 反应物的浓度 催化剂等 当一个化学反应确定后 反应物和外界条件 化学反应的速 率仅与反应物的浓度相关 因此 化学反应速率是以单位时间内反应物或生成物的物质的量的变化表示 当反应体系为气态或溶液时可使用参与反应的物质的浓度来表示 v 由此可知 对于任一化学 ci t 反应 mA nB pY qZ 则可使用反应体系中各物质的浓度变化表示反应速率 但由于体系中参与反应 的各物质的变化量不同 即化学方程式中各物质的化学计量系数不同 因此 该化学反应的反应速率可 分别表示为 v A v B v Y v Z 根据反 c A t c B t c Y t c Z t 应方程式的计量数的关系 可知 当有m mol 的 A 发生化学反应 则必然有n mol 的 B 发生反应 同时 有p mol 的 Y 和q mol 的 Z 生成 因此 可以得到如下的关系式 v A v B v Y v Z 掌握 1 m 1 n 1 p 1 q 这一关系后考生对该试题就能很容易地进行选择 但由于化学反应速率在以往的高考试题中出现较少 考生对各种参与化学反应的物质之间的关系不能熟练地运用 导致选择困难 难点二难点二 化学平衡状态的判断及化学平衡移动化学平衡状态的判断及化学平衡移动 1 化学平衡的标志 1 直接标志 19 2 化学平衡的移动 1 分析化学平衡是否移动的一般思路 比较同一物质的正逆化学反应速率的相对大小 2 化学平衡移动原理 勒夏特列原理解读 原理内容 外界条件对化学平衡的影响可概括为一句话 若改变影响平衡的一个条件 平衡就向着 能够减弱这种改变的方向移动 原理解读 减弱这种改变 升温平衡向着吸热反应方向移动 增加反应物浓度平衡向反应物浓度减小 的方向移动 增压平衡向气体物质的物质的量减小的方向移动 化学平衡移动的结果只是减弱了外界条件的改变 而不能完全抵消外界条件的变化 更不能超过 外界条件的变化 惰性气体对化学平衡的影响 20 3 等效平衡 1 定义 相同条件下 同一可逆反应体系 不管从正反应开始 还是从逆反应开始 达到平衡时 任何相同物质的含量 体积分数 质量分数或物质的量分数 都相同的化学平衡互称等效平衡 2 类型 恒温 恒容条件下的等效平衡 对反应前后气体分子数改变的可逆反应 改变起始加入量时 一边倒 后 即通过可逆反应的化学 计量数比换算成平衡式同一半边的物质的量 与原起始加入量相同 则为等效平衡 平衡时的各物质的 浓度 百分含量均相同 对反应前后气体分子数不变的可逆反应 改变起始加入量时 一边倒 后 投料时的物质的量比 与原起始加入量的比值相同 则为等效平衡 平衡时的各物质百分含量均相同 恒温恒压下的等效平衡 如果反应在恒压下进行 改变起始加入量时 只要通过可逆反应的化学计量数比换算成反应物 或 生成物 物质的量比与原起始加入量的比值相同 则为等效平衡 平衡时的各物质百分含量均相同 例 2 将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中 假设容器体积不变 固体试样体积 忽略不计 在恒定温度下使其达到分解平衡 NH2COONH4 s 2NH3 g CO2 g 可以判断该分解 反应已经达到化学平衡的是 A 2v NH3 v CO2 B 密闭容器中总压强增大 C 密闭容器中混合气体的密度不变 D 密闭容器中氨气的体积分数不变 答案 C 解析 根据 同边异 异边同 量相当 原则 A 不能表示正逆反应速率相等 所以不能依据 A 判断该分解反应已经达到化学平衡状态 NH2COONH4为固体物质 NH2COONH4分解反应为一扩大气体体积 的反应 由此可以判断 随着反应的进行密闭容器中总压强增大 所以压强增大的过程 反应还在正向 21 进行未达到平衡 同理 恒容条件下 随着反应的进行 则密度增大 依据 C 密闭容器中混合气体的 密度不变 可以判断该分解反应已经达到化学平衡状态 由于反应物 NH2COONH4 是固体物质 所以密闭 容器中 NH3的体积分数始终不变 为 因此不能依据 D 判断该分解反应已经达到化学平衡状态 2 3 变式探究 对于任何一个化学平衡体系 以下变化或采取的措施 平衡一定发生移动的是 加入一种反应物 增大体系的压强 升高温度 使用催化剂 化学平衡常数减小 A B C D 答案 C 解析 对于有固体参加的反应来说 增加固体反应物的质量 因为不能改变其浓度 对平衡无 影响 错 压强的改变对溶液中进行的反应的反应速率和平衡没有影响 错 任何反应都伴随着能 量的变化 即任何反应不是吸热反应 就是放热反应 改变反应温度 化学平衡一定会发生移动 对 催化剂只能改变反应速率 不能改变反应的限度 错 化学平衡常数减小 一定是温度发生了改变 化学平衡一定发生了移动 对 难点三难点三 化学平衡的有关计算化学平衡的有关计算 1 平衡转化率 含义 平衡转化率是指平衡时已转化了的某反应物的量与转化前该反应物的量之比 用来表示反应 限度 达平衡时 某一反应物的转换率 100 反应物的消耗浓度 mol L 反应物的起始浓度 mol L 100 反应物的消耗量 mol 反应物的起始量 mol 100 气体消耗的体积 L或mL 气体起始的体积 L或mL 如 对于反应 aA g bB g cC g dD g 反应物 A 的转化率可表示为 A 100 A的初始浓度 A的平衡浓度 A的初始浓度 22 2 三段式 的运用 化学平衡的有关计算在解题过程中经常用 起始量 转化量 某时刻量 的解题模式来分析 解决 问题 例如 对于反应 mA g nB g pC g qD g A 的起始浓度为a mol L 1 B 的起始浓度为b mol L 1 反应进行至t1 s 时 A 消耗了x mol L 1 反应容器的体积为V 则 则有 A 的转化率 A 100 x a A 的物质的量分数 A 100 a x a x b nx m px m qx m 某时刻容器内压强与起始压强之比 p 某时刻 p 起始 a x b nx m px m qx m a b 某时刻容器内气体的平均相对分子质量 某时刻 g mol 1 M aV M A bV M B a x b nx m px m qx m 例 3 在容积可变的密闭容器中 2 mol N2和 8 mol H2在一定条件下发生反应 达到平衡时 H2 的转化率为 25 则平衡时氮气的体积分数接近于 A 5 B 10 C 15 D 20 答案 C 解析 根据题意可知 发生反应的氢气的物质的量为 8 mol 25 2 mol 因此可得下列 三段式 23 在同温同压下 气体的体积比等于物质的量之比 因此平衡时氮气的体积分数等于其物质的量分数 即为 100 15 4 3 4 3 6 4 3 点评 利用三段式可有效地理清各物理量之间的关系 保持解题过程中思路清晰 使用三段式 要注意 若题目中给出的是各种物质的物质的量而不是浓度 上述各式中的浓度均可用物质的量来代替 但要注意表示各种物质的量的关系要统一 而且单位也要统一 变式探究 某温度下 反应 2CH3OH g CH3OCH3 g H2O g 的平衡常数为 400 此温度下 在容积一定的密闭容器中加入 CH3OH 反应到某时刻测得各组分的浓度如下 物质 CH3OHCH3OCH3H2O 浓度 mol L 1 0 440 60 6 下列说法正确的是 A CH3OH 的起始浓度为 1 04 mol L 1 B 此时逆反应速率大于正反应速率 C 平衡时 CH3OH 的浓度为 0 04 mol L 1 D 平衡时 CH3OH 的转化率小于 80 答案 C 解析 由上述三段式看出 A 项错误 1 8680 D 项错误 1 64 mol L 1 0 04 mol L 1 1 64 mol L 1 24 难点四难点四 图表及图像问题图表及图像问题 解决化学反应速率和化学平衡图像的一般思路和方法 答案 D 解析 该反应是从正反应方向开始 由图可以看出反应速率在逐渐增加 故在绝热容器中反应 体系温度升高 可知该反应的正反应是放热反应 但随着时间的推移 反应物浓度逐渐减小 反应速率 会有所下降 只有当反应速率不再改变时 反应才达到平衡 即平衡点将在 c 点之后 A 错 由于 a 点到 b 点反应一直正向进行 故反应物浓度 b 点小于 a 点 B 错 由于该反应是放热反应 故反应物的总能量 大于生成物的总能量 C 错 由于到 c 点反应仍未达到平衡 但速率一直在增大 故 SO2的转化率一直在 增大 D 对 点评 本题若忽视题干中 绝热恒容密闭容器 几个关键字 不能从温度对反应速率的影响入 手 则会束手无策 此外 本题的易错点是受常见的温度 速率图像的影响 将横坐标看成温度而错选 A 项 变式探究 如图 8 3 所示为条件一定时 反应 2NO g O2 g 2NO2 g Q 正反应为放热 中 NO 的转化率与温度变化关系曲线图 图中有 a b c d 四个点 其中表示未达到平衡状态 且v正 v逆的点是 图 8 3 A a B b C c D d 答案 D 解析 a b 在曲线上为平衡点 c d 点未达平衡 d 点在曲线右上方 从 d 点向横坐标引辅助 25 线 可知该温度平衡时 NO 的转化率比 d 点的小 说明 d 点未达平衡 且v正 v逆 平衡逆向移动 历届高考真题历届高考真题 2012 2012 高考高考 2012 广东 31 碘在科研与生活中有重要作用 某兴趣小组用 0 50 mol L 1KI 0 2 淀粉溶液 0 20 mol L 1K2S2O8 0 10 mol L 1Na2S2O3等试剂 探究反应条件对化学反应速率的影响 已知 S2O82 2I 2 SO42 I2 慢 I2 2 S2O32 2I S4O62 快 1 向 KI Na2S2O3与淀粉的混合溶液中加入一定量的 K2S2O8溶液 当溶液中的 耗尽 后 溶液颜色将由无色变为蓝色 为确保能观察到蓝色 S2O32 与 S2O82 初始的物质的量需满足的关系为 n S2O32 n S2O82 2 为探究反应物浓度对化学反应速率的影响 设计的实验方案如下表 体积 V ml实验 序号K2S2O8溶液水KI 溶液Na2S2O3溶液淀粉溶液 10 00 04 04 02 0 9 01 04 04 02 0 8 0 Vx 4 04 02 0 表中 Vx ml 理由是 3 已知某条件下 浓度 c S2O82 反应时间 t 的变化曲线如图 13 若保持其它条件不变 请在答 题卡坐标图中 分别画出降低反应温度和加入催化剂时 c S2O82 反应时间 t 的变化曲线示意图 进行 相应的标注 4 碘也可用作心脏起捕器电源 锂碘电池的材料 该电池反应为 2 Li s I2 s 2 LiI s H C S2O82 0 t 26 已知 4 Li s O2 g 2 Li2O s H1 4 LiI s O2 g 2 I2 s 2 Li2O s H2 则电池反应的 H 碘电极作为该电池的 极 答案 1 Na2S2O3 2 2 2 保证其他条件不变 只改变反应物 K2S2O8浓度 从而才到达对照实验目的 3 4 H1 H2 2 正极 解析 S2O82 将 I 氧化成 I2 而 S2O32将 I2还原成 I 因此为了能使淀粉变蓝 即需要耗尽 S2O32 根据题目给出的化学方程式 由系数比可知 n S2O32 n S2O82 小于 2 2 2 因为题目目的是 要探究反应物浓度对反应速度的影响 因此要采取单一变量原则 只改变反应物浓度 其他不变 几组 实验进行对照 3 降温和加催化剂分别能减缓 加快反应速度 4 根据盖斯定律 H H1 H2 2 在总反应中 碘化合价由零价变成负一价 发生了化合价降低的还原反应 因此做正极 考点定位 化学反应速度的影响因素 2012 福建 12 一定条件下 溶液的酸碱性对 TiO2光催化染料 R 降解反应的影响如右图所示 下 列判断正确的是 A 在 0 50min 之间 pH 2 和 PH 7 时 R 的降解百分率相等 B 溶液酸性越强 R 的降解速率越小 27 C R 的起始浓度越小 降解速率越大 D 在 20 25min 之间 pH 10 时 R 的平均降解速率为 0 04mol L 1 min 1 解析 A 项 在 0 50min 内 PH 2 时 20min 时 R 已经降解完了 因此 R 平均降解速率计算按 0 20min 而 PH 7 时 40min 时 R 已经降解完了 因此 R 平均降解速率计算按 0 40min 通过计算 正确 B 项 PH 2 时大约在 20min 降解完 PH 7 大约在 40min 降解完 但是起始浓度不相同 所以溶液的酸 性与 R 降解速率没有直接联系 错误 C 项 与 B 相同 错误 D 项 PH 10 时 在 20 25min R 的平均 降解速率为 0 6 10 4 0 4 10 4 5 0 04 10 4mol L 1min 1 答案 A 考点定位 本题考查了化学反应速率的图象分析 2012 四川 12 在体积恒定的密闭容器中 一定量的 SO2与 1 100molO2在催化剂作用下加热到 600 发生反应 2SO2 O2 催化剂 加热 2SO3 H 0 当气体的物质的量减少 0 315mol 时反应达到平衡 在相同温度下测得气体压强为反应前的 82 5 下列有关叙述正确的是 A 当 SO3的生成速率与 SO2的消耗速率相等时反应达到平衡 B 降低温度 正反应速率减小程度比逆反应速率减小程度大 C 将平衡混合气体通入过量 BaCl2溶液中 得到沉淀的质量为 161 980g D 达到平衡时 SO2的转化率为 90 答案 D 解析 2SO2 O2 催化剂 加热 2SO3 始量 amol 1 100mol 0 mol 变量 2xmol xmol 2xmol 平衡 a 2x mol 1 100 x mol 2xmol 由题意可得 a 1 100 a 2x 1 100 x 2x 0 315 a 1 100 2x a 1 100 0 825 解得 a 0 7 x 0 315 SO3的生成速率与 SO2的消耗速率都是正反应速率 不能用来判断是否达到平衡 A 不正确 降低温 度 平衡向正反应方向移动 正反应速率减小程度比逆反应速率减小程度小 B 不正确 将平衡混合气体 通入过量 BaCl2溶液中 只有 SO3会反应产生沉淀硫酸钡 质量为 0 315mol 233g mol 73 395 g C 不 正确 达到平衡时 SO2的转化率为 0 63 0 7 90 D 正确 28 考点定位 本题考查化学反应速率和化学平衡有关知识 涉及到化学反应平衡的判断 化学反应 速率的影响因素及产物的性质和相关计算 2012 2012 大纲版 大纲版 8 8 合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反映制得 其中的一步反应为 CO g H2O g 催化剂 CO2 g H2 g H 0 反应达到平衡后 为提高 CO 的转化率 下列措施中正确的是 A 增加压强 B 降低温度 C 增大 CO 的浓度 D 更换催化剂 答案 B 解析 A 项 该反应为等体积变化 加压后平衡不移动 错 B 项 该反应为放热反应 降温平衡 正向移动 正确 C 项 增加 CO 平衡正向移动 但根据勒夏特列原理知 只能削弱 CO 的增加量 不能 消除其加入量 故 CO 的转化率减小 错 D 项 催化剂只影响平衡的时间 不影响平衡的移动 即不影 响转化率 错 考点定位 化学平衡移动 2012 2012 重庆 重庆 13 13 在一个不导热的密闭反应器中 只发生两个反应 a g b g A AA A AA2c g 1 HA0 进行相关操作且达到平衡后 忽略体积改变所做的功 下列叙述错误的是 等压时 通入惰性气体 c 的物质的量不变 等压时 通入 z 气体 反应器中温度升高 等容时 通入惰性气体 各反应速率不变 等容时 通入 x 气体 y 的物质的量浓度增大 答案 A 解析 等压时充入惰性气体 体积增大 但对于第二个反应而言平衡正向移动 反应吸热 温度 降 低 第一个反应向正向移动 c 的物质的量增加 A 项错误 考点定位 本题考查化学反应速率 化学平衡的移动等知识 2012 安徽 9 一定条件下 通过下列反应可实现燃煤烟气中硫的回收 29 SO2 g 2CO g 催化剂 2CO2 g S l H 0 若反应在恒容的密闭容器中进行 下列有关说法正 确的是 A 平衡前 随着反应的进行 容器内压强始终不变 B 平衡时 其他条件不变 分离出硫 正反应速率加快 C 平衡时 其他条件不变 升高温度可提高 SO2的转化率 D 其他条件不变 使用不同催化剂 该反应平衡常数不变 答案 D 解析 由于硫为液态 因此反应前后气体分子数不等 达平衡前容器内压强逐渐变小 分离出硫 对化学反应速率及平衡无影响 即 A B 错误 根据平衡移动原理知升温平衡向吸热方向移动即向左移动 SO2的转化率降低 C 错误 平衡常数只受温度的影响 与催化剂无关 故 D 项正确 考点定位 本题主要考查外界条件对化学平衡及反应速率的影响 考查平衡常数的知识及平衡的 移动 2012 2012 天津 天津 6 已知 2SO2 g O2 g 2SO3 g H 197 kJ mol 1 向同温 同 体积的三个密闭容器中分别充入气体 甲 2 mol SO2和 1 mol O2 乙 1 mol SO2和 0 5 mol O2 丙 2 mol SO3 恒温 恒容下反应达平衡时 下列关系一定正确的是 A 容器内压强 P P甲 P丙 2P乙 B SO3的质量 m m甲 m丙 2m乙 C c SO2 与 c O2 之比 k k甲 k丙 k乙 D 反应放出或吸收热量的数值 Q Q甲 G丙 2Q乙 答案 B 解析 由于三个容器的温度和体积相同 根据三种情况下充入的物质的物质的量 可知甲 丙 两种情况下充入的物质相当 达到的平衡完全相同 乙情况下充入的物质的量比甲少一半 故此容器内 压强 p甲 p丙2m乙 B 对 c SO2 c SO2 之比均相等 C 错 反 应放出或吸收的热量的数值 Q甲 Q丙 2Q乙 D 错 考点定位 此题综合考查了化学反应速率和化学平衡知识 2012 2012 上海 上海 18 为探究锌与稀硫酸的反应速率 以v H2 表示 向反应混合汶中加入某些物质 下列判断正确的是 A 加入 NH4HSO4固体 v H2 不变 B 加入少量水 v H2 减小 C 加入 CH3COONa 固体 v H2 减小 D 滴加少量 CuSO4溶液 v H2 减小 30 答案 BC 解析 NH4HSO4能电离生成 H 故 v H2 应增大 滴加少量 CuSO4溶液后 Zn 能与其置换出的 Cu 形成原电池 能加快反应速率 考点定位 本题考查化学反应速率的影响因素 2012 2012 江苏 江苏 10 下列有关说法正确的是 A CaCO3 s CaO s CO2 g 室温下不能自发进行 说明该反应的 H 0 B 镀铜铁制品镀层受损后 铁制品比受损前更容易生锈 C N2 g 3H2 g 2NH3 g H0 错 B 项 铁铜构成原电池 铁作负极 加快了铁的腐蚀 正确 C 项 该反应为放热反应 升 高温度 平衡逆向移动 H2的转化率减小 错 D 项 Kw c H c OH 升高温度 Kw增大 即c H c OH 增大 说明升温促进了水的电离 故可说明水的电离为吸热反应 错 考点定位 化学反应原理的分析 2012 2012 江苏 江苏 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 s 0 50 150250 350 n PCl3 mol00 16 0 190 20 0 20 下列说法正确的是 A 反应在前 50 s 的平均速率 v PCl3 0 0032 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 则反应的驻 Hv 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 答案 C 31 解析 A 项 v PCl3 0016 0 50 0 2 16 0 s Lmol mol L s 错 B 项 从表中看 平衡时 PCl3为 0 2mol 2L 0 1mol L 升高温度时 PCl3的浓度增大 即平衡正向移动 说明正反应为吸热反应 错 C 项 原平衡时 K 25 0 4 0 1 01 0 充入物质后 Q 044 0 9 0 2 02 0 因为 Qv 逆 正确 D 项 题干中充入 1mol PCl5 相当于充入 1mol PCl3和 1mol Cl2 平衡时各组分的量相等 则 PCl3的转化率为 80 100 1 2 01 现充入 2mol PCl3和 2mol Cl2 可看是两部分平衡后再加压 加压向体积减小的方向移动 即逆向移动 PCl3的转化率应增大 错 考点定位 化学反应速率与化学平衡 2012 2012 上海 上海 用氮化硅 Si3N4 陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件 能大幅度提高发动机的热效 率 工业上用化学气相沉积法制备氮化硅 其反应如下 3SiCl4 g 2N2 g 6H2 g Si3N4 s 12HCl g Q Q 0 完成下列填空 31 在一定温度下进行上述反应 若反应容器的容积为 2 L 3 min 后达到平衡 测得固体的质量增 加了 2 80 g 则 H2的平均反应速率 mol L min 该反应的