高三专刊化学反应速率和化学平衡重点内容分析讲解和典型应用

高三复习专刊化学反应速率和化学平衡重点内容分析讲解和典型应用一．化学反应速率（一）复习目标1．了解化学反应的速率的表示方法及外界条件对它的影响。了解活化分子与反应速率的关系及影响因素。2．掌握化学反应速率大小的判断。（二）知识结构化意义：表示化学反应进行快慢的物理量学单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加单位：mol/(L·min)反表示方法或mol/(L·S)应一般不能用固体物质表示速内因（主要因素）：参加反应物质的性质率浓度压强外因温度催化剂其它因素：光、颗粒大小、溶剂、形成原电池等说明：1．从物质结构（化学键）去理解影响化学反应速率的主要因素内因。化学反应实质是旧化学键的断裂，新化学键的形成。即反应物分子中化学键断裂成原子，原子重新组合成分子。这个变化是通过有效碰撞来实现的。温度升高或使用催化剂会使活化分子百分数增加，而浓度、压强加大可增加单位体积内活化分子总数即活化分子浓度，而使反应速率增大。2．用同一个反应中同一反应物或同一生成物浓度的减少或增加表示此反应速率时，如果使用单位不同，速率的数值不同。如某物质速率为0.6mol/(L·min)和0.01mol/(L·S)是相等的。3．同一化学反应用不同物质表示的速率大小可不同，但表示的意义相同，并且没有正负。同一化学反应用不同物质表示速率时数值之比等于方程式的化学计量数之比。例1：已知4NH3＋5O2＝4NO＋6H2O若反应速率分别用、[mol/(L·min)]表示，则正确的是（）（A）（B）（C）（D）分析：从化学计量数看，在相同条件下，，所以只有（D）是正确的。11/11\n例2．4NH3＋5O24NO＋6H2O，在5升密闭容器中进行，半分钟后，NO物质的量增加了0.3mol，则此反应速率Vx为（）（A）＝0.01mol/(L·S)（B）＝0.008mol/(L·S)（C）＝0.003mol/(L·S)（D）＝0.002mol/(L·S)分析：根据4NH3＋5O24NO＋6H2O的化学计量数知因vNO＝＝0.002mol/(L·S)，则0.002mol/(L·S)答案：C、D。例3、某温度下，2N2O5＝4NO2＋O2开始进行反应时，c(N2O5)＝0.0408mol/L。经1分钟后，C(N2O5)＝0.030mol/L，则该反应的速率为（）（A）v(N2O5)＝1.8×10－4mol/(L·S)（B）v(N2O5)＝1.08×10－2mol/(L·S)（C）v(O2)＝1.8×10－4mol/(L·S)（D）v(NO2)＝2v(N2O5)分析：根据同一化学反应用不同物质表示速率时数值之比等于方程式的化学计量数之比。答案：AD。4．其它条件不变时，对于有气体参加或在溶液中进行的反应，增大反应物的浓度，可增加单位体积内活化分子数，可增大反应速率，反之减慢反应速率。只增加固体反应物的量，不改变化学反应的速率。有气体参加的化学反应，加大压强可以增大化学反应的速率，如果充入与反应体系无关的气体，压强增大，反应速率不变。也就是说，增大压强，必须是增大了气体反应物的浓度才使反应速率加快，反之减慢。升高温度无论是吸热还是放热反应，活化分子百分数增加，单位体积内活化分子数升高，化学反应速率加快，但升高温度吸热反应的速率加快的更多些。温度每升高10℃，化学反应速率增加到原来的2－4倍。使用催化剂，降低反应所需要的能量，增加了单位体积内活化分子百分数，有效碰撞次数增多，成千成万倍增大反应速率。另外扩大接触面（粉碎）等也可加大反应的速率。例4：对于反应M＋N→P，如温度每升高10℃，反应速率增加到原来的3倍。在10℃时完成反应的10％需要54min，将温度提高到40℃完成反应的10％需要时间（min）为（）（A）2（B）3（C）6（D）9分析：温度由10℃→40℃反应速率增加33倍，所需时间54min/33＝2min。答案：A。例5：在带有活塞的密闭容器中发生反应：Fe2O3＋3H2＝2Fe＋3H2O，采取下列措施不能改变反应速率的是（A、D）（A）增加Fe2O3的量（B）保持容器体积不变，增加H2输入量11/11\n（C）充入N2，保持容器内压强不变（D）充入N2，保持容器内体积不变分析：充入与反应体系无关的气体，压强增大，反应速率不变。只增加固体反应物的量，不改变化学反应的速率。答案：AD二．化学平衡（一）复习目标1．了解可逆反应、化学平衡常数的涵义；理解化学平衡的涵义和标志。2．掌握化学平衡和化学反应速率的内在联系。（二）知识结构概念化动：V正＝V逆≠0动态平衡学特点定：外界条件一定时，各组分浓度一定（不是相等）平变：外界条件改变，平衡被破坏，发生移动产生新平衡衡平衡常数原因：反应条件改变，引起V正≠V逆结果：v、各组分浓度：均发生变化化学平衡移动v正>v逆向正反应方向移动方向：v正＝v逆不移动v正<v逆向逆反应方向移动注意：其它条件不变，只改变影响平衡的一个条件才能应用说明：化学平衡的概念：在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组成成分的含量保持不变的状态叫做化学平衡。.特点：　　(1)“等”——处于密闭体系的可逆反应，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)≠O。这是可逆反应达到平衡状态的重要标志。　　(2)“定”——当一定条件下可逆反应一旦达平衡，(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。　　(3)“动”——指定化学反应已达化学平衡状态时，反应并没有停止，实际上正反应与逆反应始终在进行，且正反应速率等于逆反应速率，所以化学平衡状态是动态平衡状态。　　(4)“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)。而与达平衡的过程无关(化学平衡状态即可从正反应方向开始达平衡，也可以从逆反应方向开始达平衡)。当外界条件变化时，原来的化学平衡即被打破，在新的条件下再改变时，在新的条件下建立起新的化学平衡。※可逆反应达平衡状态的标志（1）反应体系中各物质组成成份的浓度保持一定，不随时间而变化。（注意不是浓度相等）11/11\n（2）因平衡时V正＝V逆，某反应物（或生成物）消耗的速率（或生成速率）等于该物质生成（或消耗）的速率。反应物生成（或消耗）的速率与生成物生成（或消耗）的速率之比等于方程式中化学计量数之比。（3）在密闭容器中方程两边气体化学计量数之和不等的可逆反应，气体压强或平均相对分子质量不随时间而改变意味达到平衡，注意方程两边气体化学计量数之和相等的可逆反应，气体的压强或平均相对分子质量不变不能说明反应达到平衡。例6．在一定温度下，反应A2(g)＋B2(g)2AB(g)达到平衡的标志是（）（A）单位时间内生成nmolA2，同时生成nmolAB（B）容器内总压强不随时间改变（C）单位时间内生成2nmolAB同时生成nmolB2（D）任何时间内A2、B2的物质的量之比为定值。分析：因为左边化学计量数之和为2，右边也为2，所以无论从左边反应开始，还是从右边加入生成物开始，总过程，气体压强始终不变，所以B是错误的。根据化学计量数关系，如果正反应速率看作单位时间AB生成为2mol的话，逆反应生成B2或A2各1mol，是平衡状态，即正反应速率等于逆反应速率了。（C）是正确的，任何时间内A2和B2反应的化学计量数之比都是1:1，但初始加的A2和B2如果不同，那么它们在反应混合物中物量的量之比不可能为定值。答案：C。例7．在某温度下，反应A(g)＋3B(g)2C(g)容器中达到平衡的标态是（）（A）C生成的速率与C分解的速率相等（B）单位时间内生成nmolA，同时生成3nmolB（C）容器内总压强不随时间而改变了。（D）A、B、C分子数之比为1：3：2分析：注意（B）中单位时间内生成nmolA和同时生成3nmolB，都是逆反应，没有正反应速率的比较，所以是错误的。答案：A、C。例8．下列说法中可以说明N2＋3H22NH3已达平衡的是（CD）（A）在一个N≡N键断裂的同时，有3个H－H键断裂（B）在一个N≡N键断裂的同时，有2个N－H键断裂（C）在一个N≡N键断裂的同时，有6个N－H键断裂（D）在3个H－H生成的同时，有6个N－H键生成分析：（A）中N≡N键断裂的同时，H－H键断裂，都是正反应在进行。由方程式知一个N≡N键断裂的同时，有6个N－H键断裂，前者是向正向进行，后者是向逆向进行，且按化学计量数比进行，可以认为是正反应速率等于逆反应速率了。注意一个NH3分子中有3个N-H键。（4）可逆反应：mA(g)+nB(g)PC(g)+qD(g)，化学平衡常数：式中A、B、C、D的浓度均为平衡浓度11/11\n化学平衡常数的大小与起始浓度无关，只随温度变化而变化，K值越大（一定温度下）说明反应进行程度越大，反应物转化率也越大。4．某可逆反应，无论从正反应开始，还是从逆反应开始，只要正反应起始浓度与逆反应起始浓度相当，在相同条件下，可达到同一平衡状态。例9．在一个固定体积的密闭容器中，加入2molA和1molB，发生反应：2A(g)＋B(g)3C(g)＋D(g)达平衡时，c(C)＝Wmol/L。若维持容器内体积和温度不变，按下列四种配比作起始物质，达平衡后，C浓度仍为Wmol/L的是（）（A）1molA＋0.5molB＋1.5molC＋0.5D（B）2molA＋1molB＋3molC＋1molD（C）3molC＋1molD＋1molB（D）3molC＋1molD分析：根据反应：2A(g)＋B(g)3C(g)＋D(g)（A）1mol0.5mol1.5mol0.5mol可看作1.5molC和0.5molD是AB投料后反应的生成物，即它们相当于A和B分别投料1mol和0.5mol，则原始A、B各投料2mol和1mol。D中是从逆反应开始，但起始浓度与正反应起始浓度相当，所以（A）（D）是正确选项。而（B）相当于正反应起始浓度4molA和2molB，则平衡时c(C)>Wmol/L，而（C）相当于正反应起始浓度为2molA和2molB，则平衡时A的转化率提高，c(C)>Wmol/L。答案：AD例10．在一恒定的容器中，充入2molA和1molB发生反应：2A(g)+B(g)xC(g)，达到平衡后，C的体积分数为w%，若维持容器的容积和温度不变，按起始物质的量A:0.6mol，B:0.3mol，C:1.4mol充入容器。达到平衡后，C的体积分数仍为w%，则x值为（）A．只能为2B．只能为3C．可能为2，也可能为3D．无法确定分析：①对于反应：2A(g)+B(g)xC(g)只要有相同的起始条件则会达到同一平衡。已知起始A为2mol，B为1mol，平衡时C的体积分数为W%。现起始时A、B、C物质的量分别为0.6mol、0.3mol、1.4mol，只要将C变为0，A和B分别为2mol、1mol即可使平衡时C体积分数为W%。用A、C列式：，②若x=3，方程两边气体体积相等，只要A、B起始物质的量之比等于其化学计量数之比（2:1）都可达同一平衡，因此x=3也符合题目要求。答案：C例11．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1molH2和2molBr2时，达到平衡后生成amolHBr，在相同条件下，且保持平衡时各成分的百分含量不变，对下列编号（1）～（3）的状态填写表中空白：11/11\n编号起始状态（mol）平衡时HBr物质的量（mol）H2Br2HBr已知120a（1）240（2）10.5a（3）mn(n≥2m)分析：因为H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)左边气体总体积与右边气体总体积相等，所以此可逆反应达平衡时，压强改变不影响平衡。只要按反应物原始比例投料，平衡时HBr物质的量就会按同样比例发生改变。平衡时HBr的浓度按投料比例变化，而它的百分含量不发生变化。（1）中H2、Br2分别按原始H2、Br2投料2倍投料，则平衡时，HBr为2amol。（2）中起始HBr投1mol，相当于H2已投0.5mol，Br2已投0.5mol，平衡时生成HBr0.5amol，相当于原始H2投0.5mol,Br2投1mol。所以原始H2可不投（0mol）Br2再投0.5mol即可。（3）中设初始HBr投料xmol，把它看成是投料H2、Br2生成HBr的量，则起始H2投料（m＋）mol，Br2投料是（n＋）mol。已知初始投料H2和Br2物质的量之比为1：2，则有：(m＋)：(n＋)＝1：2x＝2n－4m则相当于H2起始投料m＋＝m＋，因已知起始H2为1mol，平衡时HBr为amol，现H2起始为(n－m)mol，则平衡时HBr为(n－m)amol。答案：（1）2、4、0、2a（2）00.510.5a（3）m、n、(2n－4m)、(n－m)a例催化剂△12．在一定温度下，把2molSO2和1molO2通入一个一定容积的密闭容器里，发生如下反应：2SO2＋O22SO3，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。现该容器中，维持温度不变，令a、b、c分别代表初始加入SO2、O2、SO3的物质的量。如a、b、c取不同的数值，它们必需满足一定的关系，才能保证达到平衡时，反应混合物中三种气体的体积分数仍跟上述平衡时完全相同。请填写下列空白：（1）若a＝0，b＝0，则c＝（2）若a＝0.5，则b＝，c＝（3）a、b、c必需满足的一般条件是（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）：、。分析：2SO2＋O22SO3方程两边气体体积有变化，所以压强改变，平衡被破坏，会发生移动。则只有正反应起始浓度和逆反应起始浓度相当，在相同条件下，可达到同一平衡状态。则（1）中若a＝0，b＝0，c必等于2,（2）中从正反应开始，现a＝0.5，可看作反应了1.5，b应是1，反应掉了0.75，还余0.25，c应是1.5。（3）中SO3（c）转为SO2仍为c，那么a＋c＝2，SO3(c)转为O2应为,则b＋＝1,2b＋c＝2。答案：（1）2（2）0.25，1.5（3）a+c=2，2b+c=2例13．在一个密闭容器中进行反应：11/11\n2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)已知反应过程中某一时刻，SO2、O2、SO3分别是0.2mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L，当反应达到平衡时，可能存在的数据是（）（A）SO2为0.4mol/L，O2为0.2mol/L（B）SO2为0.25mol/L（C）SO2、SO3(g)均为0.15mol/L（D）SO3(g)为0.4mol/L分析：C项反应物、生成物浓度不可能同时减小。因是可逆反应，不可能反应物或生成物变为0，A、D不正确。答案：B例14．某条件下，容器中有如下平衡反应：A+4B2C+D；ΔH<0，此时A、B、C的物质的量均为amol，而D的物质的量为dmol。（1）改变a的取值，再通过改变反应的条件可以使反应重新达到平衡，并限定达到新平衡时，D的物质的量只允许在与2d之间变化，则a的取值范围应是_______（用a和d关系式表示）分析：不论平衡怎样移动，平衡体系中各组成成分都会同时共存，任何一种物质浓度都不会变为0。度变为a-d，该值大于0，a>d.D物质物质的量由d增到2d，可知平衡向右移，A、B物质的量分别减少d和4d，平衡时A、B分别为a-d，a-4d推出a>4d，则a的取值为a>4d。答案：a>4d例15．一定条件下，可逆反应：A2+B22C达到平衡。经测定，平衡时c(A2)=0.5mol/L，c(B2)=0.1mol/L，c(C)=1.6mol/L，若A2、B2和C的起始浓度分别为amol/L，bmol/L，cmol/L。请回答：（1）a、b应满足的关系是______________________（2）a的取值范围是___________________________分析：（1）A、B消耗浓度与化学计量数成正比：a-0.5=b-0.1a-b=0.4（2）若反应从正方向开始，C的起始浓度为0：A2+B22C0.5mol1.6mol(0.5+0.8)mol0a=1.3mol若反应从逆向反应开始：A、B两物质中必有一种物质的量为0，根据题目数据可知b=0A2+B22C0.50.11.6mol(0.5-0.1)mol0a=0.4mol则a的取值范围为0.4≤a≤1.3答案：（1）a-b=0.4（2）0.4≤a≤1.311/11\n三、化学平衡图象1、对于化学反应速率的有关图像问题，可按以下的方法进行分析：（1）认清坐标系，搞清纵、横坐标所代表的意义，并与有关的原理挂钩。（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。一般生成无多数以原点为起点。（3）抓住变化趋势，分清正、逆反应、吸、放热反应。升高温度时，v(吸)>v(放),在速率-时间图上，要注意看清曲线是连续的还是跳跃的，分轻渐变和突变，大变和小变。例如，升高温度，v(吸)大增，v(放)小增，增大反应物浓度，v(正)突变，v(逆)渐变。（4）注意终点。分清消耗浓度和增生浓度，反应物的消耗浓度与生成物增生浓度之比等于反应方程式中各物质的系数比。例如在浓度-时间图上，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。2、．对于化学平衡的有关图像问题，可按以下的方法进行分析：（1）认清坐标系，搞清纵、横坐标所代表的意义，并与勒沙特列原理挂钩。（2）紧扣可逆反应的特征，搞清正反应方向是吸还是放热、体积增大还是减小、不变、有无固体、纯液体物质参加或生成等。（3）看清速率的变化及变化量的大小，在条件与变化之间搭桥。（4）看清起点、拐点、终点，看清曲线的变化趋势。（5）　先拐先平。例如，在转化率-时间图上，先出现拐点的曲线先达到平衡，此时逆向推理可得该变化的温度高、浓度大、压强高。（6）　定一议二。当图像中有三个量时，先确定一个量不变在讨论另外两个量的关系。例16．右图表示反应N2＋3H22NH3建立平衡的过程，如用纵坐标表示物质的浓度，横坐标表示时间，绘制上述反应的变化图象，下列图象中正确的是（）11/11\n（C）（D）（A）（B）分析：（1）图表示合成氨反应从逆向开始，即2NH3N2＋3H2，（2）达平衡时应H2、NH3、N2的浓度在同一时刻不再改变（B）是错误的，（3）因从NH3开始，NH3浓度应降低，H2浓度应增加，N2应浓度增加，而且按化学计量数比进行的。C、D错误。答案：A例17：右图I、II、III分别代表反应①③、②、④，则Y轴是指①②③④（A）平衡混和气中一种生成物的百分含量（B）平衡混和气中一种反应物的百分含量（C）平衡混和气中一种生成物的转化率（D）平衡混和气中一种反应物的转化率分析：该题要求能够运用勒沙特列原理迅速逆向思维，当压强增大时，①③的平衡均右移，而I曲线为增大趋势，（A）、（D）符合题意；②所对应的II曲线无变化，平衡不移动故与该题的解析无关；④在增大压强时平衡逆向移动，III曲线为减小趋势，（A）、（D）符合题意。答案：（A）、（D）。18：由可逆反应测绘出图像，纵坐标为生成物在平衡混合物中的百分含量，下列对该反应的判断正确的是11/11\n(A)反应物中一定有气体(B)生成物中一定有气体(C)正反应一定是放热反应(D)正反应一定是吸热反应分析：定一议二。温度不变时，增大压强，生成物的百分含量降低，说明平衡逆向移动，正向为放热反应；压强不变时，升高温度，生成物的百分含量增大，说明平衡正向移动，正向为体积缩小方向，而题中未给出具体的可逆反应，但是可以确定反应物中一定有气体，答案：（A）、（C）。例19：在一定温度下的下列可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)生成物C的体积分数与压强P1和P2，时间t1和t2的关系如下图所示：则在下述关系正确的是：A、P1＞P2B、P1＜P2C、m＋n＞p＋qD、m＋n＜p＋q分析：这是有关反应速率和化学平衡的图象分析题。对于图象分析，要结合给出的化学反应看清横坐标、纵坐标和图中坐标的含义，还要看清曲线的走向和变化趋势，理解图象的全部含义，运用化学反应速率和化学平衡理论，进行相互关系的正确分析。本题是起始反应物A、B生成产物C、D的可逆反应，从反应开始达到平衡的反应过程。图象显示，在压强为P1时，在t1达到平衡，生成物C的体积分数为C1；在压强为P2时，在t2达到平衡，生成物C的体积分数为C2。从横坐标看，t2＜t1，说明P211/11\n时化学反应速率快，先达到平衡，压强P2＞P1；从纵坐标看，C1＞C2，说明加压将使平衡向逆方向移动，这一气体反应生成物的气体分子数比反应物的气体分子数要多，即p＋q＞m＋n。解答：因为t2＜t1，所以P2＞P1；因为C2＜C1，所以p＋q＞m＋n。答案：B和D例20．已知含氧酸盐的氧化性随溶液酸性加强而增强，智利硝石中含有碘酸钠，可用亚硫酸氢钠与其反应来制备单质碘。（1）配平该反应方程式。（2）在制备实验时发现开始阶段反应速率呈递增趋势，后来又减小，请解释原因。分析：一个氧化还原反应，必有氧化剂、还原剂、还原产物、氧化产物。该题已给氧化剂NaIO3，还原剂NaHSO3，又知还原产物I2，还原剂NaHSO3(S为+4价)升价后的物质(S必为+6价)，生成NaHSO4和Na2SO4，最后H、O原子用H2O配平。一般来讲，反应速率都要随反应物消耗，即浓度降低而减慢。如果开始时反应速率加快，必有其它原因，关于该反应的原因应注意审题，从题目信息得到。答案：（1）2NaIO3+5NaHSO3=3NaHSO4+2Na2SO4+I2+H2O（2）开始时被氧化成H+和，溶液酸性增强，NaIO3氧化性增强，反应速率加快，随反应进行，反应物浓度减小成为影响反应速率的主要因素，反应速率减慢。11/11