专题09 化学反应速率与化学平衡（教学案）-高考化学二轮复习（解析版）.doc

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1、1了解化学反应速率的概念、化学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。平衡理论作为一个相对独立的知识体系是高考中的必考考点，而化学平衡又是三大平衡体系(化学平衡、电离平衡、沉淀溶解平衡)之首，在高考中占有相当重要的地位。这类题目难度较大，具有良好的区分度，选拔功能强。一、物质状态和浓度对反应

2、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。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。(2)恒容时：充入气体反应物浓

3、度增大总压增大速率加快充入“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。(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。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

4、律，分析直角坐标系及其图象的涵义。1化学反应CaCO32HCl=CaCl2CO2H2O(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。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，SO

5、2、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

6、0，所以化学平衡状态是动态平衡状态。(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)

7、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)是否平衡状态混合物体系中各成来源:学|科|网分的量各物质的物质的量或各物质的物质的

8、量分数一定来源:.Com是来源:.Com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总体积、总压强、总物质的量、总浓度一定不一定正反应速率与逆反应速率的关系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vAvBvCvDmnpq，v正不一定等于v逆不一定在单位时间内生成n mol B，同时消耗q mol D，均指v逆，v正不一定等于v逆不一定压强若mnpq，总压强一定(其他条件不变)是若mnpq，总压强一定(其他条件不变)不一定平均相对分子质量r一定，只有当mnpq时是r一定，但m

9、npq时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（体积分数、物质的量分数等）均相

10、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，）只要起始浓度相当，就达到相同的平衡状态。2

11、.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：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 2SO32 mol1 mol 0 mol0 mol0 mol 2 mol0.5 mol0.25 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：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

12、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 mol1 mol0 mol2 mol2 mol1 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：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。

13、例如，恒温、恒压条件下，对于可逆反应：N2 3H2 2NH31 mol3 mol0 mol2 mol6 mol1 mol0 mol0 mol0.5mol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.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”

14、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

15、衡都在原平衡下方，v正v逆100 ，由c(N2O4)以0.002 0 molL1s1的平均速率降低，经10 s又达到平衡，可知此时消耗N2O4 0.002 0 molL1s110 s0.020 molL1，由三段式：N2O4(g) 2NO2(g)起始量/(molL1)0.0400.120转化量/(molL1)0.0200.040平衡量/(molL1)0.0200.160K21.3 molL1。(3)温度T时反应达到平衡后，将反应容器的容积减少一半，压强增大，平衡会向气体体积减小的方向移动，该反应逆反应为气体体积减小的反应，故平衡向逆反应方向移动。答案：(1)大于0.001 00.36 molL

16、1(2)大于反应正方向吸热，反应向吸热方向进行，故温度升高平衡时，c(NO2)0.120 molL10.002 0 molL1s110 s20.160 molL1c(N2O4)0.040 molL10.002 0 molL1s110 s0.020 molL1K21.3 molL1(3)逆反应对气体分子数增大的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动 1【2016年高考北京卷】下列食品添加剂中，其使用目的与反应速率有关的是（ ）A抗氧化剂B调味剂C着色剂D增稠剂【答案】A2【2016年高考四川卷】一定条件下，CH4与H2O(g)发生反应：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，设起始=Z，

17、在恒压下，平衡时 (CH4)的体积分数与Z和T（温度）的关系如图所示。下列说法正确的是（ ）A该反应的焓变H0B图中Z的大小为a3bC图中X点对应的平衡混合物中=3D温度不变时，图中X点对应的平衡在加压后 (CH4)减小【答案】A【解析】从图分析，随着温度升高甲烷的体积分数逐渐减小，说明升温平衡正向移动，则正反应为吸热反应，A正确；的比值越大，则甲烷的体积分数越小，故a3HC2O4-HCO3-CO32- bHCO3-HC2O4-C2O42-CO32-cH+HC2O4-C2O42-CO32- dH2CO3 HCO3-HC2O4-CO32-（4）人体血液中的碳酸和碳酸氢盐存在平衡：H+ HCO3-

18、 H2CO3，当有少量酸性或碱性物质进入血液中时，血液的pH变化不大，用平衡移动原理解释上述现象。_【答案】（1）v正v逆平衡常数K转化率增大增大减小减小（2） （3）大于；草酸；ac （4）当少量酸性物质进入血液中，平衡向右移动，使H+浓度变化较小，血液中的pH基本不变；当少量碱性物质进入血液中，平衡向左移动，使H+浓度变化较小，血液的pH基本不变。（合理即给分）（3）根据电离常数可知草酸的酸性强于碳酸，则碳酸钠的水解程度大于草酸钠，所以0.1 mol/L Na2CO3溶液的pH大于0.1 mol/L Na2C2O4溶液的pH。草酸的酸性强于碳酸，则等浓度草酸溶液和碳酸溶液中，氢离子浓度较大

19、的是草酸。a草酸的两级电离常数均大于碳酸的，所以草酸的两级的电离程度均大于碳酸的，因此溶液中H+HC2O4-C2O42-HCO3-CO32-，a正确；b根据a中分析可知b错误；c根据a中分析可知c正确；d根据a中分析可知d错误，答案选ac。（4）根据平衡可知当少量酸性物质进入血液中，平衡向右移动，使H+浓度变化较小，血液中的pH基本不变；当少量碱性物质进入血液中，平衡向左移动，使H+浓度变化较小，血液的pH基本不变。6【2016年高考天津卷】(14分)氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。回答下列问题：（3）在恒温恒容的密闭容器中，某储氢反应：MHx(s)+yH2(g

20、)MHx+2y(s) Hv(吸氢)（4）利用太阳能直接分解水制氢，是最具吸引力的制氢途径，其能量转化形式为_。【答案】（3）ac（4）光能转化为化学能7【2016年高考新课标卷】 (15分)元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3+(蓝紫色)、Cr(OH)4(绿色)、Cr2O72(橙红色)、CrO42(黄色)等形式存在，Cr(OH)3为难溶于水的灰蓝色固体，回答下列问题：（2）CrO42和Cr2O72在溶液中可相互转化。室温下，初始浓度为1.0 molL1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O72)随c(H+)的变化如图所示。离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应_。由图可知，溶液酸性增大，CrO

21、42的平衡转化率_(填“增大“减小”或“不变”)。根据A点数据，计算出该转化反应的平衡常数为_。升高温度，溶液中CrO42的平衡转化率减小，则该反应的H_(填“大于”“小于”或“等于”)。【答案】(2)2CrO42-+2HCr2O72-+H2O； 增大；1.01014 ；小于； 【解析】（2）随着H+浓度的增大，CrO42-与溶液中的H+发生反应，反应转化为Cr2O72-的离子反应式为：2CrO42-+2HCr2O72-+H2O。根据化学平衡移动原理，溶液酸性增大，c(H+)增大，化学平衡2CrO42-+2HCr2O72-+H2O向正反应方向进行，导致CrO42的平衡转化率增大；根据图像可知，

22、在A点时，c(Cr2O72-)=0.25 mol/L，由于开始时c(CrO42)=1.0 mol/L，根据Cr元素守恒可知A点的溶液中CrO42-的浓度c(CrO42)=0.5 mol/L；H+浓度为1.010-7 mol/L；此时该转化反应的平衡常数为；8【2016年高考新课标卷】丙烯腈（CH2=CHCN）是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛（CH2=CHCHO）和乙腈CH3CN等，回答下列问题：（1）以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈（C3H3N）和副产物丙烯醛（C3H4O）的热化学方程式如下： C3H6(g)+NH3(g)+ 3/2O2(

23、g)=C3H3N(g)+3H2O(g) H=-515kJ/mol C3H6(g)+ O2(g)=C3H4O(g)+H2O(g) H=-353kJ/mol两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是 ；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是 ；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是 。（2）图（a）为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应温度为460OC低于460OC时，丙烯腈的产率 （填“是”或者“不是”）对应温度下的平衡产率，判断理由是 ；高于460OC时，丙烯腈产率降低的可能原因是 （双选，填标号）A催化剂活性降低 B平衡常数变大 C副反应增多 D反应活化能增大（3）丙烯腈和丙烯醛的产率与n（氨）

24、/n（丙烯）的关系如图（b）所示。由图可知，最佳n（氨）/n（丙烯）约为 ，理由是。进料氨、空气、丙烯的理论体积约为 【答案】（1）两个反应均为放热量大的反应；降低温度、降低压强；催化剂；（2）不是；该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低 ；AC（3）1 ； 该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低； 1:7.5:1【解析】（1）因为两个反应均为放热量大的反应，所以热力学趋势大；该反应为气体分子数增大的放热反应，所以降低温度、降低压强有利于提高丙烯腈的平衡产率；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂。（2）因为该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低，反应刚开始进行，尚未达到平

25、衡状态，460以前是建立平衡的过程，所以低于460时，丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡产率；高于460时，丙烯腈产率降低，A催化剂在一定温度范围内活性较高，若温度过高，活性降低，正确；B平衡常数变大，对产率的影响是提高产率才对，错误；C根据题意，副产物有丙烯醛，副反应增多导致产率下降，正确；D反应活化能的大小不影响平衡，错误；答案选AC。（3）根据图像可知，当n（氨）/n（丙烯）约为1时，该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低；根据化学反应C3H6(g)+NH3(g)+ 3/2O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g)，氨气、氧气、丙烯按1：1.5：1的体积比加入反应达到最佳状态，而

26、空气中氧气约占20%，所以进料氨、空气、丙烯的理论体积约为1：7.5：1。9 【2016年高考新课标卷】（15分）煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx，形成酸雨、污染大气，采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝，回答下列问题：（1） NaClO2的化学名称为_。（2）在鼓泡反应器中通入含有含有SO2和NOx的烟气，反应温度为323 K，NaClO2溶液浓度为5103molL1 。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表离子SO42SO32NO3NO2Clc/（molL1）8.351046.871061.51041.21053.4103写出NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的

27、离子方程式_。增加压强，NO的转化率_（填“提高”“不变”或“降低”）。随着吸收反应的进行，吸收剂溶液的pH逐渐_ （填“提高”“不变”或“降低”）。由实验结果可知，脱硫反应速率_脱硝反应速率（填“大于”或“小于”）。原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同，还可能是_。（3）在不同温度下，NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中，SO2和NO的平衡分压px如图所示。来源:由图分析可知，反应温度升高，脱硫、脱硝反应的平衡常数均_（填“增大”“不变”或“减小”）。反应ClO2+2SO32=2SO42+Cl的平衡常数K表达式为_。【答案】（1）亚氯酸钠；（2）2OH-3ClO24NO4NO33Cl2

28、H2O；提高 减小；大于；NO溶解度较低或脱硝反应活化能较高 （3）减小； 根据反应的方程式ClO2+2SO32=2SO42+Cl可知平衡常数K表达式为。（3）在不同温度下，NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中，SO2和NO的平衡分压pe如图所示。由图分析可知，反应温度升高，SO2和NO的平衡分压负对数减小，这说明反应向逆反应方向进行，因此脱硫、脱硝反应的平衡常数均减小。根据反应的方程式ClO2+2SO32=2SO42+Cl可知平衡常数K表达式为。 10【2016年高考浙江卷】（15分）催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明，在Cu/ZnO催化剂存在下，CO2和H2可发生

29、两个平衡反应，分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下：CO2（g）+3 H2（g） CH3OH（g）+H2O（g）H1=-53.7kJmol-1 ICO2（g）+ H2（g） CO（g）+H2O（g）H2 II某实验室控制CO2和H2初始投料比为1:2.2，经过相同反应时间测得如下实验数据：【备注】Cat.1:Cu/ZnO纳米棒；Cat.2:Cu/ZnO纳米片；甲醇选择性：转化的CO2中生成甲醛的百分比已知：CO和H2的标准燃烧热分别为-283.0kJmol-1和-285.8kJmol-1H2O（l） H2O（g） H3=44.0kJmol-1请回答（不考虑温度对H的影响）：（1）反

30、应I的平衡常数表达式K= ；反应II的H2= kJmol-1。（2）有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有 。A使用催化剂Cat.1 B使用催化剂Cat.2 C降低反应温度 D投料比不变，增加反应物的浓度 E增大CO2和H2的初始投料比（3）表中实验数据表明，在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响，其原因是 。【答案】（1） +41.2（2）CD（3）表中数据表明此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应的催化能力不同，因而在该时刻下对甲醇选择性有影响。【解析】（1）根据平衡常数的公式，生成物的浓度幂之积与反应物浓度的幂之积的比值，书写平衡常数为。已知热化学方程式：a:C