高考化学二轮专题突破练-专题九化学反应速率化学平衡.doc

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2014高考化学二轮专题突破练：

专题九化学反应速率化学平衡

[考纲要求]　1.了解化学反应速率的概念、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；了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产、生活和科学研究领域中的重要作用。

考点一　化学反应速率及其影响因素的深度剖析

1． “一式”的剖析与应用

化学反应速率是表示反应进行快慢的物理量，它用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。

计算公式如下：

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）同一反应用不同的物质表示反应速率时，数值可能不同，但意义相同。

不同物质表示的反应速率之比等于其化学计量数之比。

（4）对于可逆反应，通常所计算的是正、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． 外界条件对化学反应速率影响的深度剖析

（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）对于固体、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）用催化剂催化的反应，由于催化剂只有在适宜的温度下活性最大，反应速率才能达到最大，故在许多工业生产中温度的选择还需考虑催化剂的活性温度范围。

（5）对于有气体参与的化学反应，有以下几种情况：

①恒温时，压缩体积压强增大反应物浓度增大反应速率加快。

②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。

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。

③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。

题组一　化学反应速率的计算

1． [2013·重庆理综，11

（1）]化学在环境保护中起着十分重要的作用，催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。

催化反硝化法中，H2能将NO还原为N2。

25℃时，反应进行10min，溶液的pH由7变为12。

①N2的结构式为________________________________________________________。

②上述反应的离子方程式为_________________________________________________，

其平均反应速率v（NO）为________mol·L－1·min－1。

③还原过程中可生成中间产物NO，写出3种促进NO水解的方法________________________________________________________________________。

答案　①N≡N

②2NO＋5H2N2＋2OH－＋4H2O　10－3

③加热，加酸，加水

解析　①N2电子式为N⋮⋮N，结构式为N≡N。

②反应中碱性增强，故应有OH－生成，根据得失电子守恒有：

5H2＋2NO―→N2＋OH－，据电荷守恒有：

5H2＋2NO―→N2＋2OH－，最后由元素守恒得5H2＋2NO催化剂,N2＋2OH－＋4H2O。

③水解的离子方程式为NO＋H2OHNO2＋OH－，据“越热越水解、越稀越水解”，可知加热或加水稀释能促进水解；另外，降低生成物浓度，也可促进水解。

2． 苯乙烷（C8H10）可生产塑料单体苯乙烯（C8H8），其反应原理是

C8H10（g）C8H8（g）＋H2（g）　ΔH＝＋125kJ·mol－1

某温度下，将0.40mol苯乙烷充入2L真空密闭容器中发生反应，测定不同时间该容器内物质的物质的量，得到数据如下表：

时间/min

0

10

20

30

40

n（C8H10）/mol

0.40

0.30

0.26

n2

n3

n（C8H8）/mol

0.00

0.10

n1

0.16

0.16

当反应进行到20min时，该段时间内H2的平均反应速率是___________________。

答案　v（H2）＝＝0.0035mol·L－1·min－1

失误防范

化学反应速率计算的常见错误：

（1）不注意容器的体积；

（2）漏写单位或单位写错；

（3）忽略有效数字。

题组二　控制变量探究影响化学反应速率的因素

3． （2013·安徽理综，28）某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。

光照下，草酸（H2C2O4）能将其中的Cr2O转化为Cr3＋。

某课题组研究发现，少量铁明矾[Al2Fe（SO4）4·24H2O]即可对该反应起催化作用。

为进一步研究有关因素对该反应速率的影响，探究如下：

（1）在25℃下，控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同，调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量，做对比实验，完成以下实验设计表（表中不要留空格）。

实验

编号

初始

pH

废水样品

体积/mL

草酸溶液

体积/mL

蒸馏水

体积/mL

①

4

60

10

30

②

5

60

10

30

③

5

60

测得实验①和②溶液中的Cr2O浓度随时间变化关系如图所示。

（2）上述反应后草酸被氧化为________（填化学式）。

（3）实验①和②的结果表明________；实验①中0～t1时间段反应速率v（Cr3＋）＝________mol·L－1·min－1（用代数式表示）。

（4）该课题组对铁明矾[Al2Fe（SO4）4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：

假设一：

Fe2＋起催化作用；

假设二：

________；

假设三：

________；

……

（5）请你设计实验验证上述假设一，完成下表中内容。

[除了上述实验提供的试剂外，可供选择的药品有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2（SO4）3·24H2O、Al2（SO4）3等。

溶液中Cr2O的浓度可用仪器测定]

实验方案

（不要求写具体操作过程）

预期实验结果和结论

答案　

（1）

实验

编号

初始

pH

废水样品

体积/mL

草酸溶液

体积/mL

蒸馏水

体积/mL

③

20

20

（2）CO2

（3）溶液pH对该反应的速率有影响　

（4）Al3＋起催化作用　SO起催化作用

（5）

实验方案

（不要求写具体操作过程）

预期实验结果和结论

用等物质的量的K2SO4·Al2（SO4）3·24H2O代替实验①中的铁明矾，控制其他条件与实验①相同，进行对比实验

反应进行相同时间后，若溶液中c（Cr2O）大于实验①中的c（Cr2O），则假设一成立，若两溶液中的c（Cr2O）相同，则假设一不成立

（本题属于开放性试题，合理答案均可）

解析　首先看清实验目的，确定条件改变的唯一变量，再根据图给信息进行综合分析；对于实验方案的设计也主要考虑变量的控制。

（1）要保证其他量不变，草酸用量为唯一变量，必须保证溶液的体积为100mL，所以加入草酸和水的体积之和应为40mL，两者的具体体积没有要求，只需与②中数据不同即可。

（2）此反应中铬的化合价由＋6价变为＋3价，化合价降低，所以碳的化合价应升高，草酸中碳的化合价为＋3价，反应后只能变为＋4价，即生成CO2。

（3）通过图像可以明显看到，实验①的反应速率比实验②的快，故pH越小，反应速率越快，说明溶液pH对该反应的速率有影响；在0～t1时间段，Cr2O的浓度改变了（c0－c1）mol·L－1，其反应速率为（c0－c1）/t1mol·L－1·min－1，所以v（Cr3＋）＝2（c0－c1）/t1mol·L－1·min－1。

（4）铁明矾中除结晶水外，共有三种离子，均可能起催化作用，除Fe2＋外，还有Al3＋和SO。

（5）要想验证假设一正确，必须确定Al3＋和SO不起催化作用，所以可选择K2SO4·Al2（SO4）3·24H2O，为了确保Al3＋和SO的浓度与原来的相同，所以取和铁明矾相同物质的量的K2SO4·Al2（SO4）3·24H2O。

4． 某小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应来探究“条件对化学反应速的影响”。

（1）向酸性KMnO4溶液中加入一定量的H2C2O4溶液，当溶液中的KMnO4耗尽后，溶液紫色将褪去。

为确保能观察到紫色褪去，H2C2O4与KMnO4初始的物质的量需要满足的关系为n（H2C2O4）∶n（KMnO4）________。

（2）为探究反应物浓度对化学反应速率的影响，该小组设计了如下实验方案：

实验

序号

反应温

度/℃

H2C2O4溶液

酸性KMnO4溶液

H2O

V/mL

c/mol·L－1

V/mL

c/mol·L－1

V/mL

①

25

8.0

0.20

5.0

0.010

0

②

25

6.0

0.20

5.0

0.010

x

表中x＝________mL，理由是_____________________________________________。

（3）已知50℃时，浓度c（H2C2O4）随反应时间t的变化曲线如下图示，若保持其他条件不变，请在坐标图中画出25℃时c（H2C2O4）随t的变化曲线示意图。

答案　

（1）≥2.5

（2）2.0　保证其他条件不变，只改变反应物H2C2O4浓度，从而才能达到对照实验目的

（3）如下图

解析　

（1）2MnO＋6H＋＋5H2C2O4===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O，根据上述方程式判断，H2C2O4与KMnO4初始的物质的量需满足n（H2C2O4）∶n（KMnO4）≥2.5。

（2）根据表中提供的数据可知，应控制，KMnO4的浓度不变，调节H2C2O4的浓度，所以x＝2.0（即总体积保持13.0mL不变）。

（3）温度低，反应速率慢，反应停止时，所用时间较长。

思想归纳

控制变量思想是中学化学实验中常用的思想方法，对影响实验结果的因素进行控制，以达到明确各因素在实验中的作用和目的。

尤其是在研究影响化学反应速率和化学平衡的因素时，由于外界影响因素较多，故要弄清某个因素的影响需控制其他因素相同或不变时再进行实验。

因此，控制变量思想在这部分体现的较为充分，在近几年高考题中也考查较多，且多以探究性实验题的形式出现。

考点二　全面认识化学平衡

1． 化学平衡状态判断的“三类标志”、“一角度”

（1）本质标志

同一物质的消耗速率与生成速率相等，即v正＝v逆。

（2）等价标志

①可逆反应的正、逆反应速率不再随时间发生变化。

②体系中各组成成分的含量，即物质的量浓度、物质的量分数、体积分数、质量分数等保持不变。

③对同一物质而言，单位时间内该物质所代表的正反应的转化浓度和所代表的逆反应的转化浓度相等。

④对不同物质而言，一种物质所代表的正反应速率和另一种物质所代表的逆反应速率的比值等于化学方程式中的化学计量数（系数）之比。

（3）特殊标志

①对于反应物和生成物全部是气体且反应前后气体计量数不相等的可逆反应，若反应体系中混合气体的平均相对分子质量不再随时间变化，则反应达到平衡状态。

此标志不适用于反应前后气体计量数相等的可逆反应，因为这类反应不管是否达到平衡状态，混合气体的平均相对分子质量始终是不变的。

②对于气体反应物和气体生成物的计量数不相等的可逆反应（体系中可存在固、液态物质），当恒温、恒容时，若反应体系中总压强不再随时间变化，则反应达到平衡状态；当恒温、恒压时，若反应体系中体积不变或混合气体的密度不变，则反应达到平衡状态。

对于反应物和生成物全部是气体且反应前后气体计量数相等的可逆反应，恒温、恒容时压强不变以及恒温、恒压时密度不变等均不能说明反应已达到平衡状态。

③由于任何化学反应都伴有能量变化，因此在其他条件不变的情况下，当总体系温度一定时，则反应达到平衡状态。

④对于反应混合物中含有有色气体物质的可逆反应，若体系颜色不变，则反应达到平衡状态。

（4）一角度

从微观的角度分析，如反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g），下列各项均可说明该反应达到了平衡状态

①断裂1molN≡N键的同时生成1molN≡N键

②断裂1molN≡N键的同时生成3molH—H键

③断裂1molN≡N键的同时断裂6molN—H键

④生成1molN≡N键的同时生成6molN—H键

2． 化学平衡状态移动判断的方法和规律

（1）化学平衡移动

（2）两类方法

①通过比较平衡破坏瞬时的正逆反应速率的相对大小来判断平衡移动的方向。

a．若外界条件改变，引起v正>v逆，此时正反应占优势，则化学平衡向正反应方向（或向右）移动。

b．若外界条件改变，引起v正

c．若外界条件改变，虽能引起v正和v逆变化，但变化后新的v正′和v逆′仍保持相等，则化学平衡没有发生移动。

②通过比较浓度商（Qc）与平衡常数（K）的大小来判断平衡移动的方向。

a．若Qc>K　平衡逆向移动；

b．若Qc＝K　平衡不移动；

c．若Qc

（3）外界条件对平衡移动影响的规律——勒夏特列原理

①温度的影响：

升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动；降低温度，化学平衡向放热反应方向移动。

②浓度的影响：

增大反应物浓度或减小生成物浓度，化学平衡向正反应方向移动；减小反应物浓度或增大生成物浓度，化学平衡向逆反应方向移动。

③压强的影响：

增大压强会使平衡向着气体体积减小的方向移动；减小压强会使平衡向着气体体积增大的方向移动。

（4）不能用勒夏特列原理解释的问题：

①若外界条件改变后，无论平衡向正反应方向移动或向逆反应方向移动都无法减弱外界条件的变化，则平衡不移动。

如对于H2（g）＋Br2（g）2HBr（g），由于反应前后气体的分子总数不变，外界压强增大或减小时，平衡无论正向或逆向移动都不能减弱压强的改变。

所以对于该反应，压强改变，平衡不发生移动。

②催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，所以催化剂不会影响化学平衡。

③当外界条件的改变对平衡移动的影响与生产要求不一致时，不能用勒夏特列原理解释，如工业合成氨条件的选择。

题组一　突破化学平衡状态标志的判定

1． 在一定温度下的定容容器中，当下列哪些物理量不再发生变化时，表明反应A（g）＋2B（g）C（g）＋D（g）已达到平衡状态 （　　）

①混合气体的压强　②混合气体的密度　③B的物质的量浓度　④混合气体的总物质的量　⑤混合气体的平均相对分子质量　⑥v（C）与v（D）的比值　⑦混合气体的总质量　⑧混合气体的总体积　⑨C、D的分子数之比为1∶1

A．①②③④⑤⑥⑦⑧ B．①③④⑤

C．①②③④⑤⑦ D．①③④⑤⑧⑨

答案　B

解析　要理解化学平衡状态的特点“等、动、定”的含义，在判断化学平衡状态时还要注意反应前后气体体积是否相等。

题给反应是一个反应前后气体体积不相等的反应，因此在定容容器中，若①混合气体的压强、③B的物质的量浓度、④混合气体的总物质的量、⑤混合气体的平均相对分子质量不再变化，均能证明该反应达到化学平衡状态。

而②中ρ＝始终不变化，⑥中没指明反应进行的方向，⑦m（g）始终不变化，⑧在定容容器中，混合气体的总体积不能作为判断依据，⑨反应未达到平衡状态时，C、D气体的分子数之比也可能为1∶1。

2． 下列说法中可以证明反应H2（g）＋I2（g）2HI（g）已达平衡状态的是 （　　）

①单位时间内生成nmolH2的同时生成nmolHI　②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂　③百分含量w（HI）＝w（I2）　④反应速率v（H2）＝v（I2）＝v（HI）　⑤c（HI）∶c（H2）∶c（I2）＝2∶1∶1　⑥温度和体积一定时，生成物浓度不再变化　⑦温度和体积一定时，容器内的压强不再变化　⑧条件一定时，混合气体的平均相对分子质量不再变化　⑨温度和体积一定时，混合气体颜色不再变化　⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化

A．①②③④ B．②⑥⑨

C．②⑥⑨⑩ D．③⑤⑥⑦⑧

答案　B

解析　对于反应前后气体分子数相等的可逆反应，平均相对分子质量、压强及密度不能用来判断反应是否达到平衡。

3． 将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒容容器中（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）。

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c（NH3）∶c（CO2）＝2∶1

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　该反应为有固体参与的非等体反应，且容器体积不变，所以压强、密度均可作标志，该题应特别注意D项，因为该反应为固体的分解反应，所以NH3、CO2的体积分数始终为定值（NH3为，CO2为）。

失误防范

化学平衡标志判断“三关注”

关注反应条件，是恒容容器，还是恒压容器；关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应；关注特殊情况，是否有固体参加或固体生成。

题组二　化学平衡状态移动方向及结果的判定

4． 在一定条件下，可逆反应2NO2（g）N2O4（g）　ΔH＜0达到平衡，当分别改变下列条件时，请填空：

（1）保持容器容积不变，通入一定量NO2，则达到平衡时NO2的百分含量________（填“增大”、“减小”或“不变”，下同）；保持容器容积不变，通入一定量N2O4，则达到平衡时NO2的百分含量________________。

（2）保持压强不变，通入一定量NO2，则达到平衡时NO2的百分含量________；保持压强不变，通入一定量N2O4，则达到平衡时NO2的百分含量__________。

（3）保持容器容积不变，通入一定量氖气，则达到平衡时NO2的转化率__________；保持压强不变，通入氖气使体系的容积增大一倍，则达到平衡时NO2的转化率________。

答案　

（1）减小　减小　

（2）不变　不变　（3）不变　减小

解析　

（1）保持容器容积不变，通入一定量NO2，则增加了NO2的浓度，所以平衡正向移动，且NO2转化率比原来大，NO2的含量减小；保持容器容积不变，通入一定量N2O4，则增加了N2O4的浓度，所以平衡逆向移动，但其进行的程度比原来的N2O4的转化率要小，所以NO2的含量减小。

（2）保持压强不变，通入一定量NO2或N2O4，不影响平衡，所以NO2的含量不变。

（3）保持容器容积不变，通入一定量氖气，此过程中各物质的物质的量都没有发生改变，所以平衡不移动，NO2的转化率不变；保持压强不变，通入氖气使体系的容积增大一倍，则相当于减小压强，所以平衡向生成NO2的方向移动，所以NO2的转化率会减小。

5． 将一定体积的SO3（g）充入恒容的密闭容器中，发生反应2SO3（g）2SO2（g）＋O2（g）并达到平衡；保持温度不变，再充入相同体积的SO3（g），达到新平衡后，与原平衡相比，下列值减小的是 （　　）

A．平均相对分子质量

B．SO3（g）的转化率

C．c（SO3）/c（SO2）

D．c2（SO3）/[c2（SO2）·c（O2）]

答案　B

解析　本题可采取等效假设法分析，假设在原容器上增加一个相同的容器（两容器有隔板），保持温度不变，向增加的容器中充入相同体积的SO3（g），则可建立与原平衡一样的平衡，此时A、B、C、D各项的值均不变，然后抽掉隔板，将容器压缩至原容器大小，则压强增大，平衡逆向移动，气体的总物质的量减小，但总质量不变，因此平均相对分子质量增大；SO3（g）的转化率减小；c（SO2）、c（SO3）均增大，但c（SO3）增大的程度比c（SO2）增大的程度大，则c（SO3）/c（SO2）增大；c2（SO3）/[c2（SO2）·c（O2）]可看作该反应的平衡常数的倒数，而平衡常数只与温度有关，即不变。

6． （2013·重庆理综，7）将E和F加入密闭容器中，在一定条件下发生反应：

E（g）＋F（s）2G（g）。

忽略固体体积，平衡时G的体积分数（%）随温度和压强的变化如下表所示。

　压强/MPa

体积分数/%

温度/℃

1.0

2.0

3.0

810

54.0

a

b

915

c

75.0

d

1000

e

f

83.0

①b＜f　②915℃，2.0MPa时E的转化率为60%　③该反应的ΔS＞0　④K（1000℃）＞K（810℃）

上述①～④中正确的有 （　　）

A．4个 B．3个 C．2个 D．1个

答案　A

解析　由表中数据分析得出该反应正向是吸热反应，然后逐项分析。

反应E（g）＋F（s）2G（g）是气体分子数增大的反应，压强增大平衡逆向移动，故b<54.0；由b到83.0%可知转化率是增大的，温度升高，G的体积分数增大，平衡正向移动，故正反应是吸热的，由此可知f>75.0，故b

915℃、2.0MPa时，G的体积分数（物质的量分数）为75.0%，设总的物质的量为4mol，则E为1mol，G为3mol，根据反应E（g）＋F（s）2G（g）可知：

生成3molG，消耗1.5molE，所以E的转化率为×100%＝60%，②正确。

该反应是气体分子数增大的反应，故ΔS>0，③正确。

因为该反应正向吸热，升高温度平衡正向移动，平衡常数增大，故④正确。

方法技巧

对于反应物或生成物只有一种的可逆反应而言，在改变物质浓度而引起化学平衡移动时应遵循或应用下列方法进行分析：

（1）在温度、体积不变的容器中加入某种气体反应物（或生成物）的平衡移动问题：

对于aA（g）bB（g）＋cC（g）或bB（g）＋cC（g）aA（g），当T、V不变时，加入A、B、C气体，相当于给体系增大压强，但平衡移动的最终结果是由浓度决定。

（2）在温度、压强不变的体系中加入某种气体反应物（或生成物）的平衡移动问题：

对于aA（g）bB（g）＋cC（g）或bB（g）＋cC（g）aA（g），当T、p不变时，加入A气体，平衡移动的最终结果与原平衡等效，相当于平衡不移动；而加入B或C，则平衡的移动由浓度决定。

考点三　识图与绘图

1． 识图的一般思路和方法

（1）解题思路

①看图像：

一看轴（即纵坐标与横坐标的意义），二看点（即起点、拐点、交点、终点），三看线（即线的走向和变化趋势），四看辅助线（如等温线、等压线、平衡线等），五看量的变化（如浓度变化、温度变化等）。

②想规律：

看清图像后联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律。

③作判断：

通过对比分析，作出正确判断。

（2）分析方法

①认清坐标系，弄清纵、横坐标所代表的意义，并与有关原理相结合。

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，一般生成物多数以原