8步步高版高考化学全国通用专题3 学案8 化学反应速率 化学平衡.docx

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8步步高版高考化学全国通用专题3学案8化学反应速率化学平衡

学案8　化学反应速率　化学平衡

[高考关键词]　1.化学反应速率：

计算、影响因素。

2.化学平衡状态：

判断、平衡常数、平衡移动、转化率。

3.特点：

方程式特点、容器特点。

4.关系：

速率与平衡的关系、Q与K的关系。

5.结合：

速率、平衡理论与生活、生产的结合，数形结合（几种平衡图像）。

核心考点回扣

1.某温度时，在2L密闭容器中X、Y、Z三种物质随时间的变化关系曲线如图所示。

（1）由图中的数据分析，该反应的化学方程式为_____________________________________。

（2）反应开始至2min，Z的平均反应速率为________________________________________。

（3）反应开始至2min，用X、Y表示的平均反应速率分别为________________、________________。

（4）5min后Z的生成速率________（填“大于”、“小于”或“等于”）5min末Z的分解速率。

2.一定条件下反应C（s）＋CO2（g）2CO（g）　ΔH>0，在体积不变的密闭容器中达到平衡，按要求回答下列问题：

（1）平衡常数表达式是______________。

（2）若升高温度，反应速率________（填“增大”、“减小”或“不变”，下同），平衡常数K________，平衡向________方向移动。

（3）若再通入一定量的CO2气体，反应速率________，平衡常数K________，平衡向________方向移动，CO2的转化率________。

（4）若再充入一定量的N2，反应速率________，平衡常数K________，平衡________移动。

3.正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”

（1）在其他条件不变时，使用催化剂，正反应速率和逆反应速率同等倍数加快，平衡不移动（　　）

（2）当某反应达到限度时，反应物和生成物的浓度一定相等（　　）

（3）在一定条件下，向密闭容器中充入1molN2和3molH2充分反应，达到平衡时N2、H2、NH3三者共存（　　）

（4）当一个可逆反应达到平衡状态时，正向反应速率和逆向反应速率相等且都等于0（　　）

（5）在相同温度下，在相同容积的两个密闭容器中分别充入1molN2和3molH2、2molNH3，当反应达到平衡时，两平衡状态中NH3的体积分数相同（　　）

（6）化学平衡移动，化学平衡常数不一定改变（　　）

（7）加入少量CH3COONa晶体可以减小Zn与稀硫酸反应的速率，但不影响产生H2的总量（　　）

（8）化学平衡向右移动，一定是正反应速率增大或逆反应速率减小（　　）

（9）任何可逆反应达到平衡后，改变温度，平衡一定发生移动（　　）

（10）化学反应速率发生变化，化学平衡一定发生移动（　　）

（11）对于反应Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，增加Zn的质量（不考虑表面积变化），生成H2的速率加快（　　）

（12）对于可逆反应2SO2＋O22SO3，改变条件使平衡向右移动，SO2的转化率可能增大，也可能减小（　　）

（13）在温度不变的条件下，改变条件使2SO2＋O22SO3的平衡向右移动，平衡常数不变（　　）

高考题型1　化学反应速率及影响因素

1.（2015·海南，8改编）10mL浓度为1mol·L－1的盐酸与过量的锌粉反应，若加入适量的下列溶液，能减慢反应速率但又不影响氢气生成量的是（　　）

A.K2SO4B.CH3COOH

C.CuSO4D.Na2CO3

2.（2015·福建理综，12）在不同浓度（c）、温度（T）条件下，蔗糖水解的瞬时速率（v）如下表。

下列判断不正确的是（　　）

c/mol·L－1

v/mmol·L－1·

min－1

T/K

0.600

0.500

0.400

0.300

318.2

3.60

3.00

2.40

1.80

328.2

9.00

7.50

a

4.50

b

2.16

1.80

1.44

1.08

A.a＝6.00

B.同时改变反应温度和蔗糖的浓度，v可能不变

C.b＜318.2

D.不同温度时，蔗糖浓度减少一半所需的时间相同

3.（2014·北京理综，12）一定温度下，10mL0.40mol·L－1H2O2溶液发生催化分解。

不同时刻测得生成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.反应到6min时，c（H2O2）＝0.30mol·L－1

D.反应到6min时，H2O2分解了50%

1.化学反应速率的简单计算

对于反应mA（g）＋nB（g）===cC（g）＋dD（g）

（1）计算公式：

v（B）＝

＝

。

（2）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，存在如下关系：

v（A）∶v（B）∶v（C）∶v（D）＝m∶n∶c∶d。

（3）注意事项

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。

2.外界条件对化学反应速率的影响

（1）温度：

因为任何反应均伴随着热效应，所以只要温度改变，反应速率一定改变。

如升温，v正和v逆均增大，但v吸增大程度大。

（2）催化剂能同等程度地增大正、逆反应速率，缩短达到化学平衡的时间。

（3）增大反应物（或生成物）浓度，正反应（或逆反应）速率立即增大，逆反应（或正反应）速率瞬时不变，随后增大。

（4）改变压强可以改变有气体参加或生成的化学反应的速率，但压强对化学反应速率的影响是通过改变物质浓度产生的。

无气体的反应，压强变化对反应速率无影响。

（5）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。

3.稀有气体对反应速率的影响

（1）恒容：

充入“惰性气体”引起,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”引起,体积增大引起,物质浓度减小（活化分子浓度减小）引起,反应速率减小。

考向1　反应速率计算及影响因素

1.一定条件下，向2L密闭容器中加入2molN2和10molH2，发生反应N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g）。

2min时测得剩余N2为1mol，此时表示的化学反应速率正确的是（　　）

A.v（N2）＝0.25mol·L－1·min－1

B.v（H2）＝0.5mol·L－1·min－1

C.v（NH3）＝1mol·L－1·min－1

D.v（NH3）＝0.25mol·L－1·min－1

2.某温度下，对可逆反应：

2X（g）＋Y（g）Z（g）＋W（s）　ΔH>0的下列叙述正确的是（　　）

A.加入少量W，逆反应速率增大

B.升高温度时，正反应速率增大，逆反应速率也增大

C.压强不变，充入与反应体系不反应的N2，反应速率减小；体积不变，充入N2，反应速率增大

D.增大压强，正反应速率增大，逆反应速率减小

3.在恒温、恒容的密闭容器中进行反应2H2O2

2H2O＋O2↑。

若H2O2溶液的浓度由2.0mol·L－1降到1.0mol·L－1需10s，那么H2O2浓度由1.0mol·L－1降到0.5mol·L－1所需的反应时间为（　　）

A.5sB.大于5s

C.小于5sD.无法判断

4.已知COCl2（g）===Cl2（g）＋CO（g）　ΔH＝＋108kJ·mol－1。

反应体系达到平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化状况如下图所示（第10min到14min的COCl2浓度变化曲线未示出）：

（1）比较产物CO在2～3min、5～6min和12～13min时平均反应速率[平均反应速率分别以v（2～3）、v（5～6）、v（12～13）表示]的大小：

__________________________________________；

（2）比较反应物COCl2在5～6min和15～16min时平均反应速率的大小：

v（5～6）________v（15～16）（填“<”、“>”或“＝”），改变的条件可能是____________________。

易错警示

（1）不注意容器的容积，如第1题错选C。

（2）误认为压强增大，化学反应速率一定增大，如第2题错选C。

（3）平均速率是根据一段时间的浓度改变量计算而得，与瞬时速率不同，如第4题

（1）问忽视2～3min、12～13min浓度的改变量为0，而不会判断速率的大小。

（4）忽视压强、温度对v正、v逆影响的一致性。

如第2题（B、D项）升高温度、增大压强，v正、v逆都增大，只是增大的程度不同。

考向2　影响反应速率因素的实验探究

5.已知：

2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋8H2O＋10CO2↑，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。

某小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液的反应来探究“外界条件对化学反应速率的影响”。

（1）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__________________________________。

（2）实验过程中发现如下异常现象：

在开始一段时间内反应速率较小，溶液褪色不明显，但反应一段时间后，溶液突然褪色，反应速率明显增大。

探究异常现象的原因：

①某同学认为该反应放热，导致溶液的温度升高，从而使反应速率增大。

从影响化学反应速率的因素看，你认为还可能是________________的影响。

②若要用实验证明你的猜想，除酸性高锰酸钾溶液、草酸溶液外，还可以在反应开始时加入________（填字母）。

A.硫酸钾B.硫酸锰

C.氯化锰D.水

易错警示

“控制变量”——即其他条件不变，只改变一种条件。

在研究影响化学反应速率的因素时，由于外界影响因素较多，一定要弄清变量和定量，特别是要注意在改变某一变量时，是否会影响到某一定量。

如第5题

（1）问在设计实验时，为确保每次实验时KMnO4浓度不变，要用适量的蒸馏水调整，保证每次反应体系的总体积相同。

高考题型2　化学平衡状态及移动方向的判断

1.（高考选项组合题）下列说法正确的是（　　）

A.对CO（g）＋H2S（g）COS（g）＋H2（g）达到平衡后，升高温度，H2S浓度增加，表明该反应是吸热反应（2015·重庆理综，7A）

B.对CO（g）＋H2S（g）COS（g）＋H2（g）达到平衡后，通入CO后，正反应速率逐渐增大（2015·重庆理综，7B）

C.一定条件下反应N2＋3H22NH3达到平衡时，3v正（H2）＝2v逆（NH3）（2015·江苏，11D）

D.对于反应CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）　ΔH<0，只改变压强，平衡不发生移动，反应放出的热量不变（2013·山东理综，12B）

2.（2012·上海，33）用氮化硅（Si3N4）陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件，能大幅度提高发动机的热效率。

工业上用化学气相沉积法制备氮化硅，其反应如下：

3SiCl4（g）＋2N2（g）＋6H2（g）

Si3N4（s）＋12HCl（g）　ΔH＝－Q（Q>0）

一定条件下，在密闭恒容的容器中，能表示上述反应达到化学平衡状态的是________（填字母）。

a.3v逆（N2）＝v正（H2）

b.v正（HCl）＝4v正（SiCl4）

c.混合气体密度保持不变

d.c（N2）∶c（H2）∶c（HCl）＝1∶3∶6

3.（2014·海南，12改编）将BaO2放入密闭的真空容器中，反应2BaO2（s）2BaO（s）＋O2（g）达到平衡。

保持温度不变，缩小容器容积，体系重新达到平衡。

下列说法正确的是（　　）

A.平衡常数减小B.BaO量不变

C.氧气压强增大D.BaO2量增加

4.（2013·江苏，15改编）一定条件下存在反应：

CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g），其正反应放热。

现有三个相同的2L恒容绝热（与外界没有热量交换）密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在Ⅰ中充入1molCO和1molH2O，在Ⅱ中充入1molCO2和1molH2，在Ⅲ中充入2molCO和2molH2O,700℃条件下开始反应。

达到平衡时，下列说法正确的是（　　）

A.容器Ⅰ、Ⅱ中正反应速率相同

B.容器Ⅰ、Ⅲ中反应的平衡常数相同

C.容器Ⅰ中CO的物质的量比容器Ⅱ中的多

D.容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和等于1

1.化学平衡状态的判断方法

指导思想：

选定反应中的“变量”，即随反应进行而变化的量，当“变量”不再变化时，反应已达平衡。

（1）直接判断依据

（2）间接判断依据

①对于有有色气体存在的反应体系，如2NO2（g）N2O4（g）等，若体系的颜色不再发生改变，则反应已达平衡状态。

②对于有气体存在且反应前后气体的物质的量发生改变的反应，如N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g），若反应体系的压强不再发生变化或平均相对分子质量不再发生变化，则说明反应已达平衡状态。

注意：

对于有气体存在且反应前后气体的物质的量不发生改变的反应，如：

2HI（g）H2（g）＋I2（g），反应过程中的任何时刻体系的压强、气体的物质的量、平均相对分子质量都不变，故体系压强、气体的物质的量、平均相对分子质量不变均不能说明反应已达平衡状态。

2.分析化学平衡移动的一般思路

考向1　平衡状态的建立

1.下列说法可以证明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，某一生成物浓度不再变化　⑦温度和体积一定时，容器内压强不再变化　⑧条件一定，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.①②③④B.②⑥⑨

C.②⑥⑨⑩D.③⑤⑥⑦⑧

2.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

考向2　平衡移动方向或结果的判定

3.在某恒温、恒容的密闭容器内发生反应：

2NO2（g）2NO（g）＋O2（g）　ΔH>0，开始时充入2molNO2并达到平衡。

下列说法正确的是（　　）

A.再充入2molNO2，平衡正向移动，O2的体积分数增大

B.升高温度，O2的体积分数减小

C.增大压强，化学平衡逆向移动，NO2的体积分数增大

D.再充入1molO2，NO2的体积分数增大

4.下列说法正确的是（　　）

A.工业生产硫酸中采用高温可提高二氧化硫的转化率

B.合成氨工业中，适当高的温度既可以提高反应速率，又可以使催化剂的活性最大

C.用氢氧化钠溶液吸收二氧化碳气体，升高温度可使吸收速率加快

D.酯化反应是一个可逆的吸热反应，故温度越高越有利于生成酯

5.将等物质的量的X、Y气体充入某密闭容器中，一定条件下，发生如下反应并达到平衡：

X（g）＋3Y（g）2Z（g）　ΔH<0。

改变某个条件并维持新条件直至达到新的平衡，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是（　　）

选项

改变的条件

新平衡与原平衡比较

A

升高温度

X的转化率变小

B

增大压强

X的浓度变小

C

充入一定量Y

Y的转化率增大

D

使用适当催化剂

X的体积分数变小

高考题型3　化学平衡常数和转化率的计算

1.[2015·全国卷Ⅰ，28（4）①②]Bodensteins研究了下列反应：

2HI（g）H2（g）＋I2（g）

在716K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x（HI）与反应时间t的关系如下表：

t/min

0

20

40

60

80

120

x（HI）

1

0.91

0.85

0.815

0.795

0.784

x（HI）

0

0.60

0.73

0.773

0.780

0.784

①根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为

________________________________________________________________________。

②上述反应中，正反应速率为v正＝k正x2（HI），逆反应速率为v逆＝k逆x（H2）x（I2），其中k正、k逆为速率常数，则k逆为________（以K和k正表示）。

若k正＝0.0027min－1，在t＝40min时，v正＝________min－1。

2.[2014·福建理综，24（3）]已知t℃时，反应FeO（s）＋CO（g）Fe（s）＋CO2（g）的平衡常数K＝0.25。

①t℃时，反应达到平衡时n（CO）∶n（CO2）＝______。

②若在1L密闭容器中加入0.02molFeO（s），并通入xmolCO，t℃时反应达到平衡。

此时FeO（s）转化率为50%，则x＝________。

3.[2014·山东理综，29

（1）

（2）]研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：

2NO2（g）＋NaCl（s）NaNO3（s）＋ClNO（g）　K1　ΔH1<0（Ⅰ）

2NO（g）＋Cl2（g）2ClNO（g）　K2　ΔH2<0（Ⅱ）

（1）4NO2（g）＋2NaCl（s）2NaNO3（s）＋2NO（g）＋Cl2（g）的平衡常数K＝________________（用K1、K2表示）。

（2）为研究不同条件对反应（Ⅱ）的影响，在恒温条件下，向2L恒容密闭容器中加入0.2molNO和0.1molCl2，10min时反应（Ⅱ）达到平衡。

测得10min内v（ClNO）＝7.5×10－3mol·L－1·min－1，则平衡后n（Cl2）＝______mol，NO的转化率α1＝______。

其他条件保持不变，反应（Ⅱ）在恒压条件下进行，平衡时NO的转化率α2____α1（填“>”“<”或“＝”），平衡常数K2________（填“增大”“减小”或“不变”）。

若要使K2减小，可采取的措施是______________________________。

1.化学平衡计算中常用公式

对于可逆反应：

mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）在一定温度下达到化学平衡时，其计算的表达式为

（1）化学平衡常数K＝

（式中的浓度是指平衡状态的浓度）

Q＝

（式中的浓度是任意时刻的浓度）

（2）转化率计算公式

转化率α＝

×100%

2.化学方程式变化计算平衡常数

（1）化学方程式中各计量数扩大一倍，则平衡常数为原来的平方。

例如：

N2O42NO2的平衡常数为K1，

N2O4NO2的平衡常数为K2，则K1＝K

。

（2）正反应的平衡常数与逆反应的平衡常数互为倒数。

（3）几个可逆反应方程式相加，得总方程式，则总反应的平衡常数等于分步反应平衡常数之积。

如[真题调研]第3题

（1）问。

3.平衡常数的应用

（1）根据平衡常数判断可逆反应进行的程度

平衡常数越大，正反应进行的程度越大，反应物的转化率越高，平衡后生成物的浓度越大，反应物的浓度越小。

（2）利用K与Q的关系判断反应所处状态

Q＝K，反应达到平衡状态；

Q

Q>K，反应向逆反应方向移动。

（3）根据K随温度的变化关系确定正反应是吸热反应还是放热反应。

（4）利用化学平衡常数计算反应物或生成物的浓度及反应物的转化率。

4.化学平衡计算解题模板

（1）化学平衡计算的基本模式——平衡“三步曲”

根据反应进行（或移动）的方向，设定某反应物消耗的量，然后列式求解。

例：

　　　　mA　＋　nBpC　＋　qD

起始量：

ab00

变化量：

mxnxpxqx

平衡量：

a－mxb－nxpxqx

注意：

①变化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例；

②这里a、b可指：

物质的量、浓度、体积等；

③弄清起始浓度、平衡浓度、平衡转化率三者之间的互换关系；

④在使用平衡常数时，要注意反应物或生成物的状态。

（2）极限思维模式——“一边倒”思想

极限思维有如下口诀：

始转平、平转始，欲求范围找极值。

例：

　　　　　mA　　＋　　nB　　pC

起始：

abc

转化极限：

a

a

a

平衡极限：

0b－

ac＋

a

考向1　平衡常数及转化率的理解

1.对于可逆反应，下列说法正确的是（　　）

A.化学平衡常数只与温度有关

B.升高温度，化学平衡常数一定增大

C.正反应的化学平衡常数与逆反应的化学平衡常数一定不相等

D.增大反应物浓度，化学平衡常数可能增大

2.已知可逆反应：

2N2H4（g）＋2NO2（g）3N2（g）＋4H2O（g）　ΔH>0。

下列有关说法正确的是（　　）

A.加压有利于化学平衡向正反应方向移动

B.该反应的化学平衡常数表达式为

K＝

C.升高温度可缩短反应达平衡的时间但不能提高平衡转化率

D.使用催化剂可缩短反应达平衡的时间但不能提高平衡转化率

3.一定条件下，通过下列反应可以制备特种陶瓷的原料MgO：

MgSO4（s）＋CO（g）MgO（s）＋CO2（g）＋SO2（g）

ΔH＞0

该反应在恒容的密闭容器中达到平衡后，若仅改变图中横坐标x的值，重新达到平衡后，纵坐标y随x变化趋势合理的是（　　）

选项

x

y

A

温度

容器内混合气体的密度

B

CO的物质的量

CO2与CO的物质的量之比

C

SO2的浓度

平衡常数K

D

MgSO4的质量（忽略体积）

CO的转化率

考向2　平衡常数及转化率的简单计算

4.相同温度下，体积均为0.25L的两个恒容密闭容器中发