二轮精品高三化学二轮复习精品教学案专题7 化学反应的速率与化学平衡.docx
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二轮精品高三化学二轮复习精品教学案专题7化学反应的速率与化学平衡
专题七化学反应的速率与化学平衡
【考情分析】
一、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大作用。
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。
二、命题趋向
化学反应速率和化学平衡部分内容与旧大纲相比，增加了“了解催化剂的作用”等要求，并且引入了“平衡常数的含义和相关计算”等新增考点，删除了“理解勒夏特列原理的含义”的要求，在知识点要求的表述上也有一些变化，主要是更加强调这部分知识在生产、生活和科学研究领域的重要作用。
化学反应速率和化学平衡知识一直是高考化学中考查的热点内容，化学平衡问题也比较容易设计出综合性强、难度大的试题。
在复习中一是要注意对基础知识的理解，特别是要理解好化学平衡的含义；二是要注意在做题时总结解题的基本规律，同时也要提高利用这些原理分析生产、生活和科学研究领域中具体问题的能力。
复习时要在掌握各个知识点的基础上，学会运用平衡的观点理解知识点之间的联系，建立知识网络体系，提高运用知识解决问题的能力。
需要提醒考生注意的是近几年高考化学试题中均涉及到了有关平衡常数的计算和应用问题，预计在2013年高考中还会有这种题型。
【知识归纳】
（一）化学反应速率
1．表示方法：
用单位时间里反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
v=△c/△t
2．单位：
mol/（L·s）；mol/（L·min）；mmol/（L·s）。
3．相互关系：
4NH3+5O2
4NO+6H2O（g）
v（NH3）:
v（O2）:
v（NO）:
v（H2O）=4:
5:
4:
6
（二）影响化学反应速率的因素
1．内因：
反应物本身的性质。
2．外因：
浓度、压强、温度、催化剂等。
（三）化学平衡
1．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化学平衡状态。
2．特点：
“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。
“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。
“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。
“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（化学平衡状态既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，在新的条件不再改变时，在新的条件下建立起新的化学平衡。
新平衡时正、逆反应速率，各组成成分的含量均与原平衡不同。
3．化学平衡常数
（1）化学平衡常数的数学表达式：
在一定条件下，可逆反应：
aA+bB=cC+dD达到化学平衡时，
（2）化学平衡常数表示的意义：
平衡常数数值的大小可以反映可逆反应进行的程度大小，K值越大，反应进行越完全，反应物转化率越高，反之则越低。
（3）影响因素：
K只是温度的函数，如果正反应为吸热反应，温度升高，K值增大；如果正反应为放热反应，温度升高，K值减小。
（四）平衡移动原理
如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强或温度等），平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。
它是浓度、压强和温度等外界条件对平衡移动影响的概括和总结，只适用于已经达到平衡状态的可逆反应，未处于平衡状态的体系不能用此原理分析，但它也适用于其他动态平衡体系，如溶解平衡、电离平衡和水解平衡等。
催化剂能够同等程度地增加正反应速率和逆反应速率，因此它对化学平衡的移动没有影响。
（五）有关化学平衡的基本计算
（1）物质浓度的变化关系
反应物：
平衡浓度＝起始浓度－转化浓度
生成物：
平衡浓度＝起始浓度+转化浓度
其中，各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中物质的计量数之比。
（2）反应的转化率（α）：
α＝
×100％
（3）在密闭容器中有气体参加的可逆反应，在计算时经常用到阿伏加德罗定律的两个推论：
恒温、恒容时：
；恒温、恒压时：
n1/n2=V1/V2
（4）计算模式
浓度（或物质的量）aA（g）+bB（g）
cC（g）+dD（g）
起始mn00
转化axbxcxdx
平衡m-axn-bxcxdx
α（A）=（ax/m）×100％
ω（C）＝
×100％
（3）化学平衡计算的关键是准确掌握相关的基本概念及它们相互之间的关系。
化学平衡的计算步骤，通常是先写出有关的化学方程式，列出反应起始时或平衡时有关物质的浓度或物质的量，然后再通过相关的转换，分别求出其他物质的浓度或物质的量和转化率。
概括为：
建立解题模式、确立平衡状态方程。
说明：
①反应起始时，反应物和生成物可能同时存在；
②由于起始浓度是人为控制的，故不同的物质起始浓度不一定是化学计量数比，若反应物起始浓度呈现计量数比，则隐含反应物转化率相等，且平衡时反应物的浓度成计量数比的条件。
③起始浓度，平衡浓度不一定呈现计量数比，但物质之间是按计量数反应和生成的，故各物质的浓度变化一定成计量数比，这是计算的关键。
（六）几个应注意的问题
1．等效平衡：
在两种不同的初始状态下，同一个可逆反应在一定条件（定温、定容或定温、定压）下分别达到平衡时，各组成成分的物质的量（或体积）分数相等的状态。
在恒温恒容条件下，建立等效平衡的一般条件是：
反应物投料量相当；在恒温恒压条件下，建立等效平衡的条件是：
相同反应物的投料比相等。
2．平衡移动的思维基点
（1）“先同后变”，进行判断时，可设置相同的平衡状态（参照标准），再根据题设条件观察变化的趋势；
（2）“不为零原则”，对于可逆反应而言，无论使用任何外部条件，都不可能使其平衡体系中的任何物质浓度变化到零。
3．速率平衡图象题的解题策略
首先要看清楚横轴和纵轴意义（特别是纵轴。
表示转化率和表示反应物的百分含量情况就完全相反）以及曲线本身属等温线还是等压线（当有多余曲线及两个以上条件时，要注意“定一议二”）；然后找出曲线上的特殊点，并理解其含义（如“先拐先平”）；再根据纵轴随横轴的变化情况，判定曲线正确走势，以淘汰错误的选项。
具体情况如下：
（1）对于化学反应速率的有关图象问题，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物多数以原点为起点。
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，分清渐变和突变，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。
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象问题，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热还是放热，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。
当图象中有三个量时，先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。
【考点例析】
例1．把下列四种X溶液分别加入盛有10mL2mol·L-1盐酸的烧杯中，均加水稀释到50mL，此时，X和盐酸缓慢地进行反应，其中反应最快的是（）
A．10℃20mL3moL·L-1的X溶液B．20℃30mL2moL·L-1的X溶液
C．20℃10mL4moL·L-1的X溶液D．10℃10mL2moL·L-1的X溶液
解析：
化学反应速率随浓度的增大而加快，随浓度的降低而减慢。
当在其他条件相同的情况下，温度高化学反应速率快，温度低化学反应速率慢。
对本题，要比较反应速率的大小，在其他条件不变的情况下，比较速率大小，先比较浓度的大小。
此时，浓度必须是混合后的浓度，由于混合后各烧杯中盐酸浓度相等，所以只要求出X的浓度是最大者反应最快，然后比较温度的高低。
因反应后溶液体积为50mL，所以X的物质的量最大者即为浓度最大。
通过观察可知，混合后，A、B选项中X的浓度最大，但是二者温度不同，A项中10℃，B项中20℃，故选项B中化学反应的速率最大。
答案：
B
例2．反应E+F==G在温度T1下进行，反应M+N==K在温度T2下进行，已知T1＞T2，且E和F的浓度均大于M和N的浓度（其他条件均相同），则两者的反应速率（）
A．前者大B．后者大C．一样大D．无法判断
解析：
在比较反应速率时，应主要比较反应物的性质，即内因。
例如H2与F2的反应和H2与I2的反应，即使后者浓度大且温度高，反应速率也应是前者快，这是由F2和I2的化学性质的活泼程度（或其氧化能力）决定的。
所以本题应为无法判断。
答案：
D
例3．一定温度下，某一密闭恒容的容器内可逆反应：
A（s）+3B（g）
2C（g）达到平衡状态的标志是（）
A．C的生成速率与C的分解速率相等B．容器内混合气体的密度不随时间而变化
C．单位时间内生成nmolA，同时生成3nmolBD．A、B、C的分子数之比为1:
3:
2
解析：
选项A中，C的生成速率与分解速率分别就是该反应中C的正、逆反应速率，由于相等，说明该反应已达到化学平衡；容器中气体的总质量不变，容器的容积不变，无论是否达到平衡，混合气体的密度不会改变，因此B中所述不是化学平衡状态；对于该可逆反应，不论是否平衡，只要生成nmolA的同时必然生成3nmolB，它们仅表明了该反应的逆反应速率，因此选项C不能判断是否达到化学平衡状态；而选项D并不能说明反应混合物中A、B、C浓度不变，也无法判断该反应是否达到化学平衡状态。
答案：
A
例4．将4molA气体和2molB气体在2L的容器中混合并在一定条件下发生如下反应：
2A（s）+B（g）
2C（g），若2s后测得C的浓度为0.6mol/L，现有下列几种说法，其中正确的是（）
①用物质A表示的反应速率的平均速率为0.3mol/（L·s）②用B表示的反应的平均速率为0.6mol/（L·s）③2s时物质A的转化率为70%④2s时物质B的浓度为0.7mol/L
A．①③B．①④C．②③D．③④
解析：
解题时先利用所给条件列出反应式：
2A（s）+B（g）
2C（g）
起始浓度mol/L210
变化浓度mol/L0.60.30.6
2s后浓度mol/L2-0.61-0.30.6
根据化学反应速率的定义：
（A）=
=0.3mol/（L·s），
（B）=
=0.15mol/（L·s）
依据转化率的定义：
A的转化率=
×100%=
×100%=30%
而2s时B的浓度为0.7mol/Ｌ
答案：
B
例4.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）＋Q（Q＞0）
完成下列填空：
（1）在一定温度下进行上述反应，若反应容器的容积为2L，3min后达到平衡，测得固体的质量增加了2.80g，则H2的平均反应速率___mol／（L·min）；该反应的平衡常数表达式K=_____
（2）上述反应达到平衡后，下列说法正确的是_。
a．其他条件不变，压强增大，平衡常数K减小
b．其他条件不变，温度升高，平衡常数K减小
c．其他条件不变，增大Si3N4物质的量平衡向左移动
d．其他条件不变，增大HCl物质的量平衡向左移动
（3）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__。
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
（4）若平衡时H2和HCl的物质的量之比为
，保持其它条件不变，降低温度后达到新的平衡时，H2和HCl的物质的量之比___
（填“＞”、“=”或“＜”）。
解析：
本题考查化学反应速率与化学平衡，意在考查考生的思维能力和分析、推理能力。
（31）由方程式可知固体（Si3N2）质量增加2.80g时，消耗n（H2）=2.80g/140g·mol－1×6=0.12mol，故v（H2）=0.12mol/（2L·3min）=0.02mol/（L·min）；利用反应方程式可直接写出反应的平衡常数表达式。
（32）因反为放热反应，故反应达到平衡后，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，b正确；温度不变，加压或改变反应物的浓度等，平衡常数不变，a错误；其它条件不变，增加固体Si3N2，平衡不移动，d正确。
（33）利用化学反应速率之比等于化学方程式计量系数比，可知a项叙述表示v（正）=V（逆），表示达到平衡状态；b项均表示正反应，无论反是否处于平衡状态，都成立；d项表示浓度关系，与是否达到化学平衡无关；混合气体密度不变，说明容器中气体质量不变，说明此时已达到化学平衡，c项表示达到化学平衡状态。
（34）降低温度，化学平衡向正向移动，
变小
答案：
0.02、
；32.bd33.ac；34.＜
例5．（2012·海南，15）（9分）已知A（g）＋B（g）
C（g）＋D（g）反应的平衡常数和温度的关系如下：
|温度/℃
700
900
830
1000
1200
平衡常数
1.7
1.1
1.0
0.6
0.4
回答下列问题：
（1）该反应的平衡常数表达式K=，H0（填“＜”“＞”“=”）；
（2）830℃时，向一个5L的密闭容器中充入0.20mol的A和0.80mol的B，如反应初始6s内A的平均反应速率v（A）=0．003mol·L－1·s－1。
，则6s时c（A）=mol·L－1，C的物质的量为mol；若反应经一段时间后，达到平衡时A的转化率为，如果这时向该密闭容器中再充入1mol氩气，平衡时A的转化率为；
（3）判断该反应是否达到平衡的依据为（填正确选项前的字母）：
a．压强不随时间改变b.气体的密度不随时间改变
c.c（A）不随时问改变d.单位时间里生成c和D的物质的量相等
（4）1200℃时反应C（g）＋D（g）
A（g）＋B（g）的平衡常数的值为。
解析：
（1）因平衡常随温度的升高而降低，因而H＜0；
（2）c（A，起）=0.20mol/5L=0.04mol/L，由v（A）可得△c（A）=0.018mol/L，c（A，末）=c（A，起）-△c（A）=0.022mol/L；或直接写“三段式”可得计算所需数据；因体积没变，加入的氩气不引起各物质浓度变化，因而转化率不变；（3）a、b、d本来就是不会随反应变化的量，不能作为平衡的标志。
（4）方程式颠倒，平衡常数为倒数关系，K=1/0.4=2.5。
答案：
（1）
＜
（2）0.0220.0980%80%（3）c（4）2.5
【专题训练】
1．把铝条放入盛有过量稀盐酸的试管中，不影响氢气产生速率的因素是（）
A．盐酸的浓度B．铝条的表面积C．溶液的温度D．加少量Na2SO4
2．对于反应2SO2（g）＋O2（g）
2SO3（g），能增大正反应速率的措施是（）
A．通入大量O2B．增大容器容积C．移去部分SO3 D．降低体系温度
解析：
增大反应物的浓度，正反应速率加快，在此瞬间逆反应速率不变。
3．对平衡CO2（g）
CO2（aq）；△H=－19.75kJ/mol，为增大二氧化碳气体在水中的溶解度，应采用的方法是（）
A．升温增压B．降温减压C．升温减压D．降温增压
4．一定条件下，在体积为10L的密闭容器中，1molX和1molY进行反应：
2X（g）＋Y（g）
Z（g），经60s达到平衡，生成0.3molZ，下列说法正确的是（）
A．以X浓度变化表示的反应速率为0.001mol/（L·s）
B．将容器体积变为20L，Z的平衡浓度变为原来的1/2
C．若增大压强，则物质Y的转化率减小
D．若升高温度，X的体积分数增大，则该反应的H＞0
5．如图是恒温下某化学反应的反应速率随反应时间变化的示意图，下列叙述与示意图不相符合的是（）
A．反应达平衡时，正反应速率和逆反应速率相等
B．该反应达到平衡态I后，增大反应物浓度，平衡发生移动，达到平衡态II
C．该反应达到平衡态I后，减小反应物浓度，平衡发生移动，达到平衡态II
D．同一种反应物在平衡态I和平衡态II时浓度不相等
6．向某密闭容器中充入1molCO和2molH2O（g），发生反应：
CO＋H2O（g）
CO2＋H2。
当反应达到平衡时，CO的体积分数为x。
若维持容器的体积和温度不变，超始物质按下列四种配比充入该容器中，达到平衡时CO的体积分数大于x的是（）
A．0.5molCO＋2molH2O（g）＋1molCO2＋1molH2
B．1molCO＋1molH2O（g）＋1molCO2＋1molH2
C．0.5molCO＋1.5molH2O（g）＋0.4molCO2＋0.4molH2
D．0.5molCO＋1.5molH2O（g）＋0.5molCO2＋0.5molH2
7．某温度下，在一容积可变的容器中，反应2A（g）+B（g）
2C（g）达到平衡时，A、B和C的物质的量分别为4mol、2mol和4mol。
保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整，可使平衡右移的是（）
A．均减半B．均加倍C．均增加1molD．均减小1mol
8.光气（COCl2）在塑料、制革、制药等工业中有许多用途，工业上采用高温下将CO与Cl2在活性碳催化下合成.
（1）实验室中常用来制备氯气的化学方程式为
（2）工业上利用天然气（主要成分为CH4）与CO2进行高温重整制备CO，已知CH4、H2和CO的燃烧热（H）分别为-890.3kJ/mol、-285.8kJ/mol和-283.0kJ·mol－1，则生成1m3（标准状况）CO所需热量为.
（3）实验室中可用氯仿（CHCl3）与双氧水直接反应制备光气，其反应的化学方程式为
（4）COCl2的分解反应为COCl2（g）=Cl2（g）＋CO（g）H=＋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如下图所示（第10min到14min的COCl2浓度变化曲线未示出）:
①计算反应在第8min时的平衡常数K=；
②比较第2min反应温度T
（2）与第8min反应温度T（8）的高低；T
（2）T（8）（填“＜”、”＞”、或”=”）
③若12min时反应于温度T（8）下重新达到平衡，此时c（COCl2）=mol/L；
④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.
⑤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“＜”、”＞”、”=”），原因是
9.甲烷自热重整是先进的制氢方法，包含甲烷氧化和蒸汽重整。
向反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气，发生的主要化学反应有：
反应过程
化学方程式
焓变H
（kJ/mol）
活化能Ea
（kJ/mol）
甲烷氧化
CH4（g）＋2O2（g）
CO2（g）＋2H2O（g）
－802.6
125.6
CH4（g）＋O2（g）
CO2（g）＋2H2（g）
－322.0
172.5
蒸汽重整
CH4（g）＋H2O（g）
CO（g）＋3H2（g）
206.2
240.1
CH4（g）＋2H2O（g）
CO2（g）＋4H2（g）
165.0
243.9
回答下列问题：
（1）反应CO（g）＋H2O（g）
CO2（g）＋H2（g）的H=kJ/mol。
（2）在初始阶段，甲烷蒸汽重整的反应速率甲烷氧化的反应速率（填大于、小于或等于）。
（3）对于气相反应，用某组分（B）的平衡压强（PB）代替物质的量浓度（cB）也可以平衡常数（记作KP），则反应CH4（g）＋H2O（g）
CO（g）＋3H2（g）的KP＝；
随着温度的升高，该平衡常数（填“增大”、“减小”或“不变”）。
（4）从能量阶段分析，甲烷自热重整方法的先进之处在于。
（5）在某一给定进料比的情况下，温度、压强对H2和CO物质的量分数的影响如下图：
①若要达到H2物质的量分数＞65%、CO的物质的量分数＜10%，以下条件中最合适的是。
A．600℃，0.9MpaB．700℃，0.9MPaC．800℃，1.5MpaD．1000℃，1.5MPa
②画出600℃，0.1Mpa条件下，系统中H2物质的量分数随反应时间（从常温进料开始计时）
的变化趋势示意图：
（6）如果进料中氧气量过大，最终导致H2物质的量分数降低，原因是。
10.金属钨用途广泛，主要用于制造硬质或耐高温的合金，以及灯泡的灯丝。
高温下，在密闭容器中用H2还原WO3可得到金属钨，其总反应为：
WO3（s）＋3H2（g）
W（s）＋3H2O（g）
请回答下列问题：
⑴上述反应的化学平衡常数表达式为___________________________。
⑵某温度下反应达平衡时，H2与水蒸气的体积比为2:
3，则H2的平衡转化率为_____________________；随温度的升高，H2与水蒸气的体积比减小，则该反应为___________反应（填“吸热”或“放热”）。
⑶上述总反应过程大致分为三个阶段，各阶段主要成分与温度的关系如下表所示：
温度
25℃~550℃~600℃~700℃
主要成份
WO3W2O5WO2W
第一阶段反应的化学方程式为___________________________；580℃时，固体物质的主要成分为
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