浙江选考18版高考化学二轮复习第三编化学反应原理专题十一化学反应速率和化学平衡学案.docx
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浙江选考18版高考化学二轮复习第三编化学反应原理专题十一化学反应速率和化学平衡学案
专题十一 化学反应速率和化学平衡
[考试标准]
知识条目
必考要求
加试要求
1.化学反应速率与反应限度
a
a
a
a
a
b
b
b
b
b
①化学反应速率及其简单计算
②影响化学反应速率的因素，控制反应条件在生产和科学研究中的作用
③化学反应的限度
④化学平衡的概念
⑤化学平衡状态的特征
2.化学反应速率
a
b
c
①活化分子、活化能、有效碰撞的概念
②碰撞理论
③实验数据的记录与处理
3.化学反应的方向和限度
a
a
c
b
b
c
①自发反应的概念
②熵变的概念
③用熵变、焓变判断化学反应的方向
④化学平衡常数
⑤反应物的转化率
⑥化学平衡常数与反应限度、转化率的关系
4.化学平衡的移动
a
b
c
①化学平衡移动的概念
②影响化学平衡移动的因素及平衡移动方向的判断
③用化学平衡移动原理选择和确定合适的生产条件
考点一 化学反应速率及其影响因素
1.深度剖析速率的计算方法
（1）公式法：
v（B）＝
＝
用上式进行某物质反应速率计算时需注意以下几点：
①浓度变化只适用于气体和溶液中的溶质，不适用于固体和纯液体。
②化学反应速率是某段时间内的平均反应速率，而不是即时速率，且计算时取正值。
③对于可逆反应，通常计算的是正、逆反应抵消后的总反应速率，当达到平衡时，总反应速率为零。
（注：
总反应速率也可理解为净速率）
（2）比值法：
同一化学反应，各物质的反应速率之比等于方程式中的化学计量数之比。
对于反应：
mA（g）＋nB（g）===pC（g）＋qD（g）来说，则有
＝
＝
＝
。
2.正确理解速率影响因素
（1）“惰性气体”对反应速率的影响
①恒容：
充入“惰性气体”
总压增大―→物质浓度不变（活化分子浓度不变）―→反应速率不变。
②恒压：
充入“惰性气体”
体积增大
物质浓度减小（活化分子浓度减小）
反应速率减小。
（2）纯液体、固体对化学反应速率的影响
在化学反应中，纯液体和固态物质的浓度为常数，故不能用固态物质的浓度变化来表示反应速率，但是固态反应物颗粒的大小是影响反应速率的条件之一，如煤粉由于表面积大，燃烧就比煤块快得多。
（3）外界条件对可逆反应的正、逆反应速率的影响方向是一致的，但影响程度不一定相同。
①当增大反应物浓度时，v正增大，v逆瞬间不变，随后也增大；
②增大压强，气体分子数减小方向的反应速率变化程度大；
③对于反应前后气体分子数不变的反应，改变压强可以同等程度地改变正、逆反应速率；
④升高温度，v正和v逆都增大，但吸热反应方向的反应速率增大的程度大；
⑤使用催化剂，能同等程度地改变正、逆反应速率。
3.准确把握碰撞理论（加试）
（1）活化分子、活化能、有效碰撞
①活化分子：
能够发生有效碰撞的分子。
②活化能：
如图
图中：
E1为正反应的活化能，使用催化剂时的活化能为E3，反应热为E1－E2。
（注：
E2为逆反应的活化能）
③有效碰撞：
活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。
（2）活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
题组一 化学反应速率的计算类型
1.（2017·浙江省名校协作体高三上学期考试）在一定温度下，10mL0.40mol·L－1H2O2发生催化分解。
不同时刻测定生成O2的体积（已折算为标准状况）如下表。
t/min
0
2
4
6
8
10
V（O2）/mL
0.0
9.9
17.2
22.4
26.5
29.9
下列叙述不正确的是（溶液体积变化忽略不计）（ ）
A.0～6min的平均反应速率：
v（H2O2）≈3.3×10－2mol·L－1·min－1
B.6～10min的平均反应速率：
v（H2O2）＜3.3×10－2mol·L－1·min－1
C.反应至6min时，c（H2O2）＝0.30mol·L－1
D.反应至6min时，H2O2分解了50%
答案 C
解析 发生的反应为2H2O2
2H2O＋O2↑。
A项，0～6min产生的氧气的物质的量n（O2）＝
×10－3mol＝0.001mol，分解的过氧化氢的物质的量为n（H2O2）＝2n（O2）＝0.002mol，v（H2O2）≈3.3×10－2mol·L－1·min－1，正确；B项，随着反应的进行，H2O2的浓度逐渐减小，反应速率减慢，6～10min的平均反应速率小于0～6min内的平均反应速率，正确；C项，由A项计算可知，反应至6min时c（H2O2）＝0.40mol·L－1－0.20mol·L－1＝0.20mol·L－1，错误；D项，6min内Δc（H2O2）＝0.20mol·L－1，则H2O2的分解率为（0.20mol·L－1÷0.40mol·L－1）×100%＝50%，正确。
2.一定条件下，在体积为10L的固定容器中发生反应：
N2（g）＋3H2（g）2NH3（g） ΔH＜0，反应过程如下图所示，下列说法正确的是（ ）
A.t1min时X和Y的反应速率相等
B.X曲线表示NH3的物质的量随时间变化的关系
C.0～8min，H2的平均反应速率v（H2）＝
mol·L－1·min－1
D.0～12min，H2的平均反应速率v（H2）＝
mol·L－1·min－1
答案 B
解析 t1min时，只是X和Y的物质的量相等，X和Y的物质的量变化或浓度变化不等，X和Y的反应速率不相等，A项错误；根据图像，Y表示H2的物质的量随时间的变化关系，X表示NH3的物质的量随时间的变化关系，B项正确；0～8min，H2的平均反应速率v（H2）＝
＝
mol·L－1·min－1，C项错误；0～12min，H2的平均反应速率v（H2）＝
＝
mol·L－1·min－1，D项错误。
3.现将0.40molA2气体和0.20molB2气体充入10L的密闭容器中，在一定条件下使其发生反应生成气体C，其物质的量的变化如下图所示，请回答下列有关问题：
（1）若t1＝10min，则0到t1时间内C物质的平均反应速率为________。
（2）该反应在t2时达到平衡，其化学方程式为________________________________
________________________________________________________________________，若用A、B表示物质C，
则物质C的化学式是____________。
答案
（1）0.001mol·L－1·min－1
（2）3A2＋B22C A3B
化学反应速率计算常常包括化学反应速率的常规计算、速率大小比较、书写化学方程式或化学式等。
（1）反应速率大小（或快慢）比较方法
同一反应的化学反应速率用不同物质表示时数值可能不同，比较化学反应速率的快慢不能只看数值大小，而要进行一定的转化。
一般采用“归一法”进行比较，即将同一反应中的不同物质的反应速率转化成同一种物质同一单位的反应速率，再进行比较。
比较时要注意“一看”、“二转”、“三比较”。
“一看”：
看速率的单位是否一致；“二转”：
利用化学反应速率之比等于化学计量数之比，转化成同一物质同一单位的化学反应速率；“三比较”：
比较数值的大小，数值越大，反应速率越快。
（2）书写化学方程式或化学式
首先判断出反应物和生成物；然后计算化学方程式[对于反应aA（g）＋bB（g）===cC（g）＋dD（g）]中各物质前的化学计量数，计算时根据a∶b∶c∶d＝v（A）∶v（B）∶v（C）∶v（D）＝Δn（A）∶Δn（B）∶Δn（C）∶Δn（D）＝Δc（A）∶Δc（B）∶Δc（C）∶Δc（D）；最后写出化学方程式，有时再根据质量守恒定律书写出某一反应物或某一生成物的化学式。
题组二 正确理解影响化学反应速率的因素
4.按要求填空。
（1）形状大小相同的铁、铝分别与等浓度的盐酸反应生成氢气的速率：
铁______（填“大于”“小于”或“等于”）铝。
（2）对于Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，改变下列条件对生成氢气的速率有何影响？
（填“增大”“减小”或“不变”）
①升高温度：
________；
②增大盐酸浓度：
__________；
③增大铁的质量：
__________；
④增加盐酸体积：
____________；
⑤把铁片改成铁粉：
____________；
⑥滴入几滴CuSO4溶液：
____________；
⑦加入NaCl固体：
____________；
⑧加入CH3COONa固体：
____________；
⑨加入一定体积的Na2SO4溶液：
____________。
（3）若把
（2）中的稀盐酸改成“稀硝酸”或“浓硫酸”是否还产生H2，为什么？
答案
（1）小于
（2）①增大 ②增大 ③不变 ④不变 ⑤增大 ⑥增大⑦不变 ⑧减小 ⑨减小
（3）不会产生H2，Fe和稀硝酸反应生成NO；常温下，Fe在浓硫酸中钝化。
5.对于化学反应：
N2（g）＋O2（g）2NO（g），在密闭容器中，下列条件的改变引起该反应的反应速率的变化是什么（填“加快”“不变”或“减慢”）。
A.缩小体积使压强增大：
________。
B.体积不变充入N2使压强增大：
________。
C.体积不变充入氩气使压强增大：
________。
D.压强不变充入氩气使体积增大：
________。
E.增大体积使压强减小：
________。
答案 加快 加快 不变 减慢 减慢
解析 对于有气体参加的反应，压强的增大必须引起浓度的增大才能加快反应速率，故A、B使反应速率加快，C对反应速率无影响，D、E均使体积增大而引起浓度减小，反应速率变慢。
题组三 影响化学反应速率因素的实验探究
6.（2017·浙江省“七彩阳光”新高考研究联盟高三上学期考试）为探究影响化学反应速率的影响因素，将等质量的铁与过量盐酸反应，其他实验条件见下表。
其中铁被反应完消耗时间最少的组别是（ ）
组别
c（HCl）/mol·L－1
温度/℃
铁的状态
A
2.0
25
块状
B
2.5
30
粉末状
C
2.5
50
块状
D
2.5
50
粉末状
答案 D
解析 根据化学反应速率的影响因素，温度越高，化学反应速率越快，接触面积越大，化学反应速率越快，答案选D。
7.为了研究一定浓度Fe2＋的溶液在不同条件下被氧气氧化的氧化率，实验结果如下图所示，判断下列说法正确的是（ ）
A.pH越小氧化率越大
B.温度越高氧化率越小
C.Fe2＋的氧化率仅与溶液的pH和温度有关
D.实验说明降低pH、升高温度有利于提高Fe2＋的氧化率
答案 D
解析 由②③可知，温度相同时pH越小，氧化率越大，由①②可知，pH相同时，温度越高，氧化率越大，C项，Fe2＋的氧化率除受pH、温度影响外，还受其他因素影响，如浓度等。
题组四 有效碰撞理论（加试）
8.（2016·宁波效实中学高二期中）1918年，Lewis提出反应速率的碰撞理论：
反应物分子之间的相互碰撞是反应进行的必要条件，但并不是每次碰撞都能引起反应，只有少数碰撞才能发生化学反应。
能引发化学反应的碰撞称为有效碰撞。
（1）图Ⅰ是HI分解反应中HI分子之间的几种碰撞示意图，其中属于有效碰撞的是________（填“A”“B”或“C”）。
（2）20世纪30年代，Eyring和Pelzer在碰撞理论的基础上提出化学反应的过渡态理论：
化学反应并不是通过简单的碰撞就能完成的，而是在反应物到生成物的过程中经过一个高能量的过渡态。
图Ⅱ是NO2和CO反应生成CO2和NO过程中的能量变化示意图，请写出NO2和CO反应的热化学方程式：
________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）过渡态理论认为，催化剂改变反应速率的原因是改变了反应的途径，对大多数反应而言主要是通过改变过渡态而导致有效碰撞所需要的能量发生变化。
①在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E1和E2的变化是：
E1________，E2________（填“增大”“减小”或“不变”）。
②请在图Ⅱ中用虚线作出NO2和CO反应时使用催化剂而使反应速率加快的能量变化示意图。
答案
（1）C
（2）NO2（g）＋CO（g）===CO2（g）＋NO（g）
ΔH＝－234kJ·mol－1
（3）①减小 减小
②示意图：
考点二 化学平衡状态与化学反应进行的方向
一、化学平衡状态
1.可逆反应
在同一条件下既可以向正反应方向进行，同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。
2.化学平衡状态
（1）概念
一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持不变的状态。
（2）化学平衡的建立
（3）平衡特点
3.“三关注”突破化学平衡状态标志的判断
（1）关注反应条件，是恒温恒容、恒温恒压，还是绝热恒容容器；
（2）关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应；
（3）关注特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。
如：
在一定温度下的定容容器中，当下列物理量不再发生变化时：
①混合气体的压强、②混合气体的密度、③混合气体的总物质的量、④混合气体的平均相对分子质量、⑤混合气体的颜色、⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比、⑦某种气体的百分含量（均填序号）
（1）能说明2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）达到平衡状态的是________________________。
（2）能说明I2（g）＋H2（g）2HI（g）达到平衡状态的是
________________________________________________________________________。
（3）能说明2NO2（g）N2O4（g）达到平衡状态的是_____________________________
________________________________________________________________________。
（4）能说明C（s）＋CO2（g）2CO（g）达到平衡状态的是
________________________________________________________________________。
（5）能说明A（s）＋2B（g）C（g）＋D（g）达到平衡状态的是_______________________。
（6）能说明NH2COONH4（s）2NH3（g）＋CO2（g）达到平衡状态的是____________________。
（7）能说明5CO（g）＋I2O5（s）5CO2（g）＋I2（s）达到平衡状态的是_________________________。
答案
（1）①③④⑦
（2）⑤⑦ （3）①③④⑤⑦（4）①②③④⑦ （5）②④⑦ （6）①②③ （7）②④⑦
4.若上述题目改成一定温度下的恒压密闭容器，结果又如何？
答案
（1）②③④⑦
（2）⑤⑦ （3）②③④⑤⑦（4）②③④⑦ （5）②④⑦ （6）③ （7）②④⑦
二、化学反应方向的综合判据（加试）
影响反应自发性的因素有焓变（ΔH）、熵变（ΔS）和温度（T）。
要正确判断一个化学反应能否自发进行，必须综合考虑ΔH、ΔS和T这三个因素。
在恒温恒压时，有如下判据：
这个判据用文字可表述：
在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向ΔH－TΔS＜0的方向进行，直到达到平衡状态。
注意 用ΔH－TΔS＜0来判断反应的自发性，只能用于判断反应的方向，不能确定反应是否一定会发生，也不能确定反应发生的速率。
题组一 正确理解概念
1.（2017·温州市十五校联合体高一下学期期中联考）哈伯因发明了由氮气合成氨气的方法而获得1918年诺贝尔化学奖。
现向一密闭容器中充入1molN2和3molH2，在一定条件下使该反应发生。
下列有关说法正确的是（ ）
A.达到化学平衡时，N2将完全转化为NH3
B.达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等
C.达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度不再变化
D.达到化学平衡时，正反应和逆反应的速率相等且为零
答案 C
解析 在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。
A项，该反应是可逆反应，达到化学平衡时，N2不能完全转化为NH3，错误；B项，达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度不再发生变化，但不一定相等，错误；C项，达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度不再变化，正确；D项，达到化学平衡时，正反应和逆反应速率相等，但不为零，错误。
2.向含有2molSO2的容器中通入过量氧气发生反应2SO2（g）＋O2（g）
2SO3（g） ΔH＝－QkJ·mol－1（Q＞0），充分反应后生成SO3的物质的量______（填“＜”“＞”或“＝”，下同）2mol，SO2的物质的量______0mol，转化率______100%，反应放出的热量________QkJ。
答案 ＜ ＞ ＜ ＜
题组二 化学平衡状态的特征
3.（2017·温州市高三第二次选考模拟）在一定条件下，可逆反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g） ΔH＝－akJ·mol－1（a＞0）达到化学平衡时，下列说法一定正确的是（ ）
A.反应放出akJ热量B.消耗1molN2的同时消耗3molH2
C.3v（H2）＝2v（NH3）D.N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2
答案 B
解析 由于该反应是可逆反应，且未给出反应物的物质的量，所以反应放出的热量不确定，A错误；根据化学计量数可知消耗1molN2的同时消耗3molH2，B正确；反应速率之比是相应的化学计量数之比，则2v（H2）＝3v（NH3），C错误；平衡时N2、H2、NH3的浓度之比不一定为1∶3∶2，D错误。
4.（2017·浙江省“七彩阳光”新高考研究联盟高三上学期考试）已知：
X（g）＋3Y（g）2Z（g），一定条件下，0.3molX（g）与0.3molY（g）在体积为1L的密闭容器中发生反应。
下列图示合理的是（ ）
答案 A
解析 该反应是气体体积减小的反应，随反应进行X的体积分数不变化，恒为50%，Z的体积分数不断增大，达到平衡时体积分数不再变化，与图像符合，A项正确；X减少0.1mol，消耗Y0.3mol，生成Z0.2mol，当达到平衡时的物质的量X、Z可以相同，但反应是可逆反应不能进行彻底，图像不符合反应达到平衡状态，B项错误；Y消耗0.1mol，生成Z物质的量约为0.07mol，图像中反应的定量关系不符合反应比，C项错误；反应速率之比等于化学方程式计量数之比，2v正（X）＝v逆（Z），此时反应达到平衡状态，v正（X）＝v逆（Z），不能说明反应达到平衡状态，D项错误。
题组三 化学平衡状态标志的判断
5.（2017·浙江省名校协作体高三上学期考试）一定温度下，反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）达到化学平衡状态的标志是（ ）
A.c（N2）∶c（H2）∶c（NH3）＝1∶3∶2
B.N2、H2和NH3的物质的量分数不再改变
C.N2与H2的物质的量之和是NH3的物质的量2倍
D.单位时间里每增加1molN2，同时增加3molH2
答案 B
解析 A项，平衡时各物质的分子数之比取决于物质的起始物质的量和转化率，故c（N2）∶c（H2）∶c（NH3）＝1∶3∶2不能作为判断是否达到平衡状态的依据，错误；B项，N2、H2和NH3的物质的量分数不再改变，说明达到平衡状态，正确；C项，平衡时反应物与生成物的物质的量关系取决于反应物起始物质的量以及转化的程度，不能用来判断是否达到平衡状态，错误；D项，单位时间内每增加1molN2，同时增加3molH2只表示逆向反应，故不能说明达到平衡状态，错误。
6.（2017·温州中学高三2月模拟）在一个体积固定的密闭容器中，进行可逆反应A（s）＋3B（g）3C（g）。
下列叙述中表明该可逆反应一定达到平衡状态的是（ ）
①C的生成速率与C的分解速率相等 ②单位时间内生成amolA，同时生成3amolB ③B的浓度不再变化
④混合气体总的物质的量不再发生变化 ⑤A、B、C的物质的量之比为1∶3∶3 ⑥混合气体的密度不再变化
A.①③⑥B.①③④⑥
C.①②③D.①③④⑤
答案 A
解析 在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态，所以选项①③正确；②中反应速率的方向是相同的，速率之比是相应的化学计量数之比，因此②中的关系始终是成立的，不能说明；该反应是体积不变的可逆反应，所以容器内气体的压强始终是不变的，④不能说明；平衡时各物质的浓度不再发生变化，但不一定满足某种关系，⑤不能说明；密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中容积始终是不变的，但气体的质量是变化的，因此选项⑥可以说明；A项正确。
题组四 化学反应方向的判定（加试）
7.对于化学反应能否自发进行，下列说法中错误的是（ ）
A.若ΔH＜0，ΔS＞0，任何温度下都能自发进行
B.若ΔH＞0，ΔS＜0，任何温度下都不能自发进行
C.若ΔH＞0，ΔS＞0，低温时可自发进行
D.若ΔH＜0，ΔS＜0，低温时可自发进行
答案 C
解析 ΔH＞0，ΔS＞0时，要使ΔH－TΔS＜0，则需要在高温下进行。
8.对于汽车尾气的净化反应：
2NO（g）＋2CO（g）===N2（g）＋2CO2（g） ΔH＝－113.0kJ·mol－1 ΔS＝－145.3J·mol－1·K－1，在298K101kPa下，假定反应焓变与熵变不随温度变化，通过计算说明该反应在室温下________（填“能”或“不能”）自发进行，若常温常压下该反应自发进行，则大气中的NO和CO不能转化为N2和CO2而净化的原因是_______________。
答案 能 该反应虽然能自发进行，但速率太慢，必须选择合适的催化剂，加快反应速率
解析 在298K、101kPa下，该反应的ΔH＝－113.0kJ·mol－1，ΔS＝－145.3J·mol－1·K－1，由ΔH－TΔS≈－69.7kJ·mol－1＜0，因此该反应在室温下能自发进行。
ΔH－TΔS这个判据指的是温度、压强一定的条件下，化学反应自动发生的趋势，即反应发生的可能性，它并不能说明在该条件下一个可能自发进行的化学反应能否实际发生，因为化学反应能否实际发生还涉及反应速率问题，该反应必须选择合适的催化剂，加快反应速率。
化学反应的复合判据分析
在一定温度和压强下，反应能自发进行，则要使ΔH－TΔS＜0。
当反应的ΔH＞0、ΔS＞0，若要使反应自发进行，则要使温度T采用高温，即焓变“大”于0、熵变“大”于0时高（大）温时可自发反应；当反应ΔH＜0、ΔS＜0，若要使反应自发进行，则要使温度T采用低温，即焓变“小”于0、熵变“小”
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