2014高三化学考试说明全解全析2（4）化学反应速率和化学平衡

2014年普通高等学校招生全国统一考试（江苏卷）说明化学全解全析丹阳市访仙中学殷传富2化学基本概念和基本理论（4）化学反应速率和化学平衡（7点）考点了解化学反应速率的概念和平均反应速率的定量表示方法。【解析】化学反应速率的概念和平均反应速率的定量表示方法（1）概念：通常用 单位时间内反应物浓度（常用 物质的量浓度 度）的 减少 或者生成物浓度的 增加 来表示化学反应速率。（2）表达：用“三段式”记录、处理反应物和产物浓度变化aA+bB = cC+dD，始（molL1）：a b c dt （molL1）：A B C D（若反应正向进行）变（molL1）：a-A b-B C-c D-d，（3）规律：:=a:b:c:d（4）方法：aA+bB = cC+dD，始（molL1）：a b 0 0变（molL1）：ax bx cx dxt （molL1）：a-ax b-bx cx dx（5）转化率：=例1将4mol A气体和2mol B气体在2 L的容器中混合并在一定条件下发生如下反应：2A(g)+B(g) 2C(g)，若经2 s（秒）后测得C的浓度为0.6 molL1 ，现有下列几种说法：用物质A表示的反应的平均速率为0.3 molL1s1用物质B表示的反应的平均速率为0.6 molL1s12 s时物质A的转化率为702 s时物质B的浓度为0.7 molL1其中正确的是（）AB.CD例2一定温度下，在2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如右图所示：下列描述正确的是（）A反应开始到10 s，用Z表示的反应速率为0.158 molL1s1B反应开始到10 s，X的物质的量浓度减少了0.79 molL1C反应开始到10 s时，Y的转化率为79.0.D反应的化学方程式为：X(g)+Y(g) Z(g)考点了解温度、浓度、压强和催化剂等对化学反应速率影响的一般规律。考点认识催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。【解析】1温度、浓度、压强和催化剂等对化学反应速率影响（1）温度：温度越高，化学反应速率越快。（2）浓度：浓度越高，化学反应速率越快。（3）压强：对于有气体参加的反应，增大压强，气体体积减小，反应物浓度增大，反应速率加快；对于固体、纯液体反应物，压强对其体积几乎无影响，不该变反应速率。对于反应N2+3H22NH3，交流讨论下列三种情况反应速率的变化：1molN23molH24molAr1molN23molH21molN23molH22molN26molH21molN23molH21molN23molH2压强，压强，压强，反应速率。反应速率。反应速率。（4）催化剂：加催化剂，可以加快反应速率。例1（2008江苏学测17）对于反应2H2O2 = 2H2O+O2，下列措施不能增大化学反应速率的是（）A向H2O2溶液中加入少量MnO2粉末B向H2O2溶液中加入一定浓度的FeCl3溶液C升高H2O2溶液的温度D减小H2O2溶液的浓度.例2一定温度下，反应N2(g)O2(g) 2NO(g)在密闭容器中进行，回答下列措施对化学反应速率的影响。（填“增大”、“减小”或“不变”）（1）缩小体积使压强增大：；（2）恒容充入N2：；（3）恒容充入He：；（4）恒压充入He：。【解析】2用“碰撞理论”和“过渡态理论”解释催化剂对化学反应速率的影响。（1）碰撞理论：有效碰撞：能发生化学反应的碰撞称为有效碰撞，有效碰撞必须满足两个条件：发生碰撞的分子具有较高的能量；分子在一定的方向上发生碰撞。活化分子：在化学反应中，能量较高、有可能发生有效碰撞的分子称为活化分子。活化能：活化分子的平均能量与所有分子的平均能量之差称为活化能。反应速率的大小：与单位时间内反应物分子间的碰撞次数成正比。（2）过渡态理论：反应物转化为生成物的过程中要经过能量较高的过渡状态。过渡状态的平均能量与反应物分子的平均能量的差为反应的活化能。图1图2如图1 Ea为正反应的活化能，Ea为逆反应的活化能。例1判断正误（2011江苏10）A右图表示某吸热反应分别在有、无催化剂的情况下反应过程中的能量变化（）例2（2012江苏4）某反应的反应过程中能量变化如图所示（图中E1表示正反应的活化能，E2 表示逆反应的活化能）。下列有关叙述正确的是（）A该反应为放热反应B催化剂能改变该反应的焓变C催化剂能降低该反应的活化能.D逆反应的活化能大于正反应的活化能考点了解化学反应的可逆性。能用焓变和熵变说明常见简单化学反应的方向。【解析】1可逆反应：（1）定义：在同一反应条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应。（2）几个可逆反应实例：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)Cl2+H2OHCl+HClOCO+H2OCO2+H2（3）绝大多数反应都具有一定的可逆性。【解析】2用焓变和熵变说明常见简单化学反应的方向焓变熵变方向性H0，混乱度（熵）增大正反应一定能自发进行H0，吸热反应S0，吸热反应S0，混乱度（熵）增大高温下正反应能自发进行H0，放热反应S0，混乱度（熵）减小低温下正反应能自发进行H0至少有一条满足要求，反应才能自发进行。气体物质的量增多，S0。例1判断正误：（2014江苏11）B2NO(g)+2CO(g) = N2(g)+2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的H0（）（2013江苏11）A反应NH3(g)+HCl(g) = NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的H0.（）（2012江苏10）ACaCO3(s) =CaO(s)+CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的H0，S0. （ ）（2010江苏08）B常温下，反应C(s) +CO2(g)2CO(g)不能自发进行，则该反应的H0.（）考点理解化学平衡和化学平衡常数的含义，能用化学平衡常数进行简单计算。【解析】1化学平衡状态（1）化学平衡状态的建立： 反应刚开始，反应物浓度最大，正反应速率最大，生成物浓度为 0 ，逆反应速率为 0 。 反应进行中，反应物浓度逐渐 减小 ，正反应速率逐渐 减小 ，生成物浓度逐渐 增大 ，逆反应速率逐渐 增大 。 达到平衡时，反应物浓度保持不变，生成物浓度保持不变；正反应速率与逆反应速率相等。（2）化学平衡状态：可逆反应在一定的条件下进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再发生变化的状态，叫做化学平衡状态。（3）化学平衡状态的特征：逆：可逆反应。等：(正) = (逆)。动：(正) = (逆)0。定：组分的分数等保持不变。变：“一定条件”下的相对平衡状态，条件改变，平衡发生移动。（4）化学平衡状态的判断： 正反应速率 与 逆反应速率 相等， 各组分浓度 保持不变。例1在一定温度下，可逆反应A(g)+3B(g)2C(g)达到平衡的标志是（）AC生成的速率与C分解的速率相等.B单位时间内生成n mol A，同时生成3n mol BCA、B、C的浓度不再变化.DA、B、C的物质的量之比为l : 3 : 2例2合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义，对于密闭容器中的反应：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ，673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如右图所示。下列叙述正确的是（）A点a的正反应速率比点b的大.B点c反应达到平衡C点d（t1时刻）和点e（t2时刻）处n(N2)不一样D点e处n(H2)n(NH3)，(正) (逆)例3下列方法中可以证明2HIH2 + I2(g) 已达平衡状态的是。单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI；一个HH键断裂的同时有两个HI键断裂；HI的体积分数与I2的体积分数相等；反应速率：(H2)=(I2)=(HI)；c(HI) : c(H2) : c(I2)2 : 1 : l；温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化；温度和体积一定时，容器内压强不再变化；条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化；温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化；温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化。讨论：在上述的说法中能说明2NO2N2O4达到平衡状态的是。例4（2008江苏20一定体积的密闭容器中，（1）判断反应达到平衡状态的标志是。aSO2和SO3浓度相等bSO2百分含量保持不变.c容器中气体的压强不变.dSO3的生成速率与SO2的消耗速率相等e容器中混合气体的密度保持不变【解析】2能用化学平衡常数进行简单计算（1）化学平衡常数表达式：在一定温度下，对于反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)，达到平衡时：是个定值例1（2009江苏20）（3）17、1.01105Pa，密闭容器中N2O4和NO2的混合气体达到平衡时，c(NO2) = 0.0300 molL-1、c(N2O4) = 0.0120 molL1。计算反应2NO2(g)N2O4(g)的平衡常数K 。解：K（17）=（2）化学平衡常数的意义：K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。K值只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。例2反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数为K1，反应HI(g)H2(g)+I2(g)的平衡常数为K2，则K1、K2的关系为（平衡常数为同温度下的测定值）（）AK1 = 2K2BK1 = K22CK1 = 1/K22. DK1 = K2（3）注意事项： 固体 、水溶液中 水 的浓度可视为定值，其浓度不列入平衡常数表达式中。例如：Cl2+H2OH+Cl+HClO例3（2014徐州第一学期期中16）（4）加入NaF的反应为：Li+FLiF，该反应的平衡常数表达式为K=。（4）化学平衡常数的应用判断某一时刻反应的方向对于可逆反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：,称为浓度商：QcK，未达到平衡，反应逆向进行，例4在体积为1 L的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)，化学平衡常数K与温度T的关系如下表：T/70080085010001200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：（1）能判断该反应达到化学平衡状态的依据是。Ac(CO2) = c(CO)BK不变C容器中的压强不变D正(H2) = 正(CO2) Ec(H2)保持不变.（2）若某温度下，平衡浓度符合下列关系：c(CO2)c(H2) = c(CO)c(H2O)，此时的温度为 ；在此温度下，若该容器中含有1 mol CO2、1.2 mol H2、0.75 mol CO、1.5 mol H2O，则此时反应所处的状态为（填“向正反应方向进行中”、“向逆反应方向进行中”或“平衡状态”）。利用“三段式”，根据“平衡常数”求“平衡转化率”。例5在1 L的密闭容器中，将1.0 mol CO与1.0 mol H2O(g)混合加热到800，发生下列反应：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ，一段时间后该反应达到平衡，测得CO的物质的量为0.5 mol 。通过计算回答下列问题：（1）平衡时CO的转化率为，该反应的化学平衡常数为。（2）如果继续向上述平衡体系中通入1.0 mol 的H2O(g)，相同条件下反应一段时间后，达到新的平衡状态，此时CO的转化率为。解：（1）CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)始（molL1）：11 0 0变（molL1）： 0.50.5 0.5 0.5衡（molL1）： 0.50.5 0.5 0.51(CO)= ，K（2）可以当作一开始充入1.0 mol CO与2.0 mol H2O(g)CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)始（molL1）：12 0 0变（molL1）： xx x x衡（molL1）： 1-x2-x x x温度不变，平衡常数不发生变化：解得x=，2(CO)= 考点理解浓度、温度、压强、催化剂等对化学平衡影响的一般规律。【解析】 浓度、温度、压强、催化剂等对化学平衡影响化学平衡移动的原因：影响化学平衡移动的外界条件（1）浓度变化对化学平衡移动的影响，在其他条件不变的情况下，减小生成物的浓度，平衡向 逆 反应方向移动；增大生成物的浓度，平衡向 正 反应方向移动；增大反应物的浓度，平衡向 正 反应方向移动；减小反应物的浓度，平衡向 逆 反应方向移动。（2）压强变化对化学平衡移动的影响，在其他条件不变的情况下，增大压强，平衡向 气体分子数目减少 方向移动；减小压强，平衡向气体分子数目增大 反应方向移动；反应前后气体分子数目 不变 的反应，改变反应体系的压强，平衡 不 发生移动。（3）温度变化对化学平衡移动的影响，在其他条件不变的情况下，升高温度，化学平衡向 吸热 方向移动；降低温度，化学平衡向 放热 方向移动。（4）催化剂对化学平衡移动的影响：催化剂不影响平衡移动。（5）固体、纯液体量的多少对化学平衡移动的影响：固体、纯液体量不影响平衡移动。化学平衡移动原理勒夏特列原理改变影响化学平衡的一个因素，平衡将向能够 减弱 这种改变的方向移动。例1一定条件下，二氧化氮和四氧化二氮之间存在下列平衡：2NO2(g)N2O4(g)H0在测定NO2的相对分子质量时，下列条件中测定结果误差最小的是（）A温度130、压强3.03105PaB温度25、压强1.01105PaC温度130、压强5.05104PaD温度0、压强5.05104pa用v-t图像分析化学平衡移动 例2反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) H0，在一定条件下达到平衡后，改变下列条件平衡发生移动，请画出改变下列条件后的反应速率与时间的关系图。例3一密封体系中发生下列反应：N2(g)3H2(g) 2NH3(g) H0，右图所示是某一段时间中反应速率与反应进程的曲线关系图，回答下列问题：（1）处于平衡状态的时间段是 。（2）t1、t3、t4时刻，体系中分别什么条件发生了变化？t1、t3、t4。例4判断正误，（2010江苏8）C一定条件下，使用催化剂能加快反应速率并提高反应物的平衡转化率（）例5（2007全国理综I13）下图是恒温下某化学反应的反应速率随反应时间变化的示意图。下列叙述与示意图不相符合的是（）A反应达平衡时，正反应速率和逆反应速率相等B该反应达到平衡态I后，增大反应物浓度，平衡发生移动，达到平衡态C该反应达到平衡态I后，减小反应物浓度，平衡发生移动，达到平衡态.D同一种反应物在平衡态I和平衡态时浓度不相等例6反应A(g)+3B(g) 2C(g) HT1。“定一议二”原则：将时间定为平衡后的的某一时刻，若T1温度下的平衡变为T2温度下的平衡： T1 T2 ，升高温度，平衡向吸热方向移动勒沙特列原理； C1% C2%，C的分数减小，平衡向逆反应方向移动aA(g)bB(g) cC(g)；逆反应方向是吸热方向，即正反应方向是放热方向，即Hp1。“定一议二”原则：将时间定为平衡后的的某一时刻，p1压强下的平衡变为p2压强下的平衡： p1 p2 ，增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动勒沙特列原理； A1% A2%，A的分数减小，平衡向正反应方向移动aA(g)bB(g) cC(g)正反应方向是气体分子数减小方向，即a + b c 。例2反应：L(s)aG(g) bR(g)达到平衡时，温度和压强对该反应的影响如图所示。图中：压强p1p2 ，x轴表示温度，y轴表示平衡混合气中G的体积分数，据此可判断（）A上述反应是放热反应B上述反应是吸热反应.Ca bDa 0B若温度为T1、T2，反应的平衡常数分别为K1、K2，则K1K2.C若反应进行到状态D时，一定有.D状态A与状态B相比，状态A的c(I2)大例4（2006江苏16）某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对化学平衡的影响，得到如下变化规律（图中P表示压强，T表示温度，n表示物质的量）：根据以上规律判断，上列结论正确的是（）A反应：H0，P2P1B反应：HT2.C反应：H0，T2T1；或H0，T2T1.D反应：HT1等效平衡（1）“全同”平衡概念：指同一可逆反应，在相同条件（同温、同容）下，通过不同的途径或不同的配料，达到平衡状态时，各组份的浓度，各成分含量，反应速率都分别相同的状态，即平衡完全相同的状态，称为“全同”平衡。解题方法：归零法（极值假设）：通过可逆反应的化学计量数比将题给配料换算成可逆符号同旁物质时的物质的量与原平衡时相等，则两平衡全同。（2）“倍比”平衡概念：在一定条件（恒温恒容或恒温恒压）下，对同一可逆反应体系，起始时加入物质的物质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质的百分含量相同，但每种成分的“物质的量”并不相同，而是成倍数比的状态，称为“等效”平衡。类型A恒温、恒压条件下B恒温、恒容条件下，反应前后气体体积不变解题方法：等比法：只要将题给配料按化学计量数换算成可逆符号同旁物质时，各物质物质的量之比与原平衡时相等，则两平衡等效。例1向某密闭容器中加入1 mol N2和3 mol H2 ，发生反应N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)，平衡后测得NH3的体积分数为20%。（1）在恒温恒容条件下，若要使反应平衡后NH3的体积分数仍为20%，则N2、H2、NH3的加入量用x、y、z表示，应满足的条件是，。（2）在恒温恒压下，按下列方式投料起始反应，平衡时NH3的体积分数仍为20%的是。n(N2)=0mol，n(H2)=0mol，n(NH3)=4moln(N2)=mol，n(H2)=1mol，n(NH3)=0moln(N2)=1mol，n(H2)=0mol，n(NH3)=2mol例2在一个固定体积的密闭容器中，保持一定温度，进行以下反应：H2(g)+Br2(g) 2HBr(g) 。已知加入1 mol H2和2 mol Br2时，达到平衡后生成a mol HBr（见下表项）。在相同条件下，且保持平衡时各组分的物质的量分数不变，对下列编号的状态，填写表中的空白：起始状态物质的量(mol)平衡时HBr的物质的量(mol)H2Br2HBr120a24010.5amn(n2m)例3（2010江苏14）在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，（已知：N2(g)+3 H2(g)2NH3 (g) H = - 92.4 kJmol1）测得反应达到平衡时的有关数据如下：容器甲乙丙反应物投入量1 mol N2、3 mol H22 mol NH34 mol NH3NH3的浓度(molL1)clc2c3反应的能量变化放出a kJ吸收b kJ吸收c kJ体系压强( Pa)p1p2p3反应物转化率123下列说法正确的是（）A2 cl c3Ba+b=92.4.C2 p 2 p 3D1+3 3。A项，错误，2 cl =2c2 p 3；D项，正确，1+2 = 1，23，1+3 1。考点认识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。【解析】化工生产条件的选取商品生产者商品生产的目的：追逐利润，追求利益最大化。工业生产的要求：高效率（反应速率快、反应物转化率高）例1下列过程中，需要加快化学反应速率的是（ ）A炼钢. B食物腐败C钢铁腐蚀D塑料老化例2合成氨工业条件的选择：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H = - 92.4 kJmol1从增大反应速率角度从提高转化率角度实际工业生产的选择浓度 增大 N2浓度 增大 H2浓度 增大 NH3浓度 增大N2浓度 增大H2浓度 减小NH3浓度H2成本高，注入过量的 N2 ，不断将NH3液化，并移除压强 增大 压强 增大 压强高压（我国一般用2050MPa）更高压强会增加设备成本，能耗温度 升高 温度 降低 温度500左右的高温铁触媒500C时活性最大催化剂 使用 催化剂 催化剂不影响产率 采用 铁触媒 作催化剂其他循环使用分离NH3后的混合气，循环利用例3“接触法”制硫酸条件的选取：（1）沸腾炉：4FeS2+11O2 高温 2Fe2O3+8SO2 H = - 3412 kJmol1，粉碎，逆流，过量空气（2）接触室：2SO2(g)+O22SO3(g) H = - 196.6 kJmol1 ，热交换器，循环（3）吸收塔：SO3(g)+H2O(l) = H2SO4(l)H = - 130.3 kJmol1，逆流（4）接触室中的反应为：2SO2(g)+O22SO3(g) H = - 196.6 kJmol1从增大反应速率角度从提高转化率角度实际工业生产的选择浓度 增大 SO2浓度 增大O2浓度 增大SO3浓度 增大 SO2浓度 增大 O2浓度 减小 SO3浓度SO2成本高，且污染环境，注入过量的 空气 ，转化率高，直接吸收压强 增大 压强 增大 压强常压，常压转化率已经很高，高压会增加设备成本，能耗温度 升高 温度 降低 温度400500，催化剂活性最大低温反应速率慢，高温增加能耗催化剂 使用 催化剂 催化剂不影响产率 采用 V2O5 作催化剂其他循环使用多次循环催化氧化【综合训练】（2012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 / s050150250350n(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(PCl3)= 0. 0032 molL-1s-1B保持其他条件不变，升高温度，平衡时c(PCl3)= 0.11 molL-1，则反应的H(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%【解析】PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)始(molL1)0.5 0 050s(molL1)0.42 0.08 0.08变(molL1)0.08 0.08 0.08A项，错误，反应在前50 s 的平均速率(PCl3)= = 0. 0016 molL-1s-1；PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)始(molL1)0.5 0 0衡(molL1)0.4 0.1 0.1变(molL1)0.1 0.1 0.1B项，错误，平衡时c(PCl3)= 0.11 molL-10.1 molL-1，则平衡向正反应方向移动，保持其他条件不变，升高温度，平衡向吸热方向移动，所以正反应吸热，反应的H0。PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)始(molL1)0.5 0.1 0.1C项，正确，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，QC=(逆)。PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g) 始(molL1)0.5 0 0衡(molL1)0.4 0.1 0.1变(molL1)0.1 0.1 0.1 等效于PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)始(molL1)0 0.5 0.5衡(molL1)0.4 0