2019年高考化學二輪復習 專題13 化學反應速率 化學平衡教案.doc

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專題13化學反應速率 化學平衡 化學反應速率是化學平衡移動的基礎變量。化學反應速率的計算和外界條件對化學反應速率的影響，常結合化學平衡的應用進行綜合考查，有時在選擇題和填空題中單獨考查，應注意理論聯(lián)系實際，靈活分析。高考對化學平衡狀態(tài)的考查，往往通過化學平衡的特征及化學平衡常數(shù)的計算和理解進行?；瘜W平衡常數(shù)是新出現(xiàn)的高考熱點，必須理解透徹。另外還要重點關注化學平衡的現(xiàn)象和實質。高考圍繞勒夏特列原理的理解，通過實驗、判斷、圖像、計算等形成對化學平衡移動進行綜合考查，是化學反應速率和化學(平衡)狀態(tài)的綜合應用體現(xiàn)，平時加強針對性強化訓練，注重規(guī)律和方法技能的總結，提高解題能力。 和2016年大綱相比，在復習中需要注意以下幾點：增加：“能正確計算化學反應的轉化率（α）”；增加：“了解反應活化能的概念”；增加：“掌握化學平衡的特征”；“化學平衡常數(shù)（K）的含義”由“理解”降為“了解”；“化學平衡計算”由“簡單計算”調整為“相關計算”；“認識其一般規(guī)律”調整為“能用相關理論解釋其一般規(guī)律”。 預計結合某個特定的工業(yè)生產過程，綜合考查化學反應速率和化學平衡；從圖像中獲取有效信息，解答與化學反應速率和化學平衡有關的問題，如反應速率、反應轉化率、產率，提高轉化率的措施等；從圖表或圖像中獲取信息，計算轉化率、平衡常數(shù)等。 主要考查方面： 一、化學反應進行的方向 1．自發(fā)過程 (1)含義：不用借助于外力就可以自動進行的過程。 (2)特點： 2．化學反應方向的判據(jù) 例1．下列有關說法不正確的是________。 A．Na與H2O的反應是熵增的放熱反應，該反應能自發(fā)進行 B．某吸熱反應能自發(fā)進行，因此該反應是熵增反應 C．2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在常溫下能自發(fā)進行，則該反應的ΔH＞0 D．反應NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室溫下可自發(fā)進行，則該反應的ΔH<0 E．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)室溫下不能自發(fā)進行，說明該反應的ΔH<0 F．一定溫度下，反應 MgCl2(l)===Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH>0、ΔS>0 【答案】CE 判斷平衡狀態(tài)的方法——“逆向相等，變量不變” (1)“逆向相等”：反應速率必須一個是正反應的速率，一個是逆反應的速率，且經過換算后同一種物質的減小速率和生成速率相等。 (2)“變量不變”：如果一個量是隨反應進行而改變的，當不變時為平衡狀態(tài)；一個隨反應的進行保持不變的量，不能作為是否是平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)。 　　　 （二）“極值”思想在化學平衡計算中的應用 例5．可逆反應N2＋3H22NH3，在容積為10 L的密閉容器中進行，開始時加入2 mol N2和3 mol H2，達平衡時，NH3的濃度不可能達到(　　) A．0.1 molL－1 B．0.2 molL－1 C．0.05 molL－1 D．0.15 molL－1 【答案】B 【解析】2 mol N2和3 mol H2反應，假設反應能夠進行到底，則3 mol H2完全反應，生成2 mol NH3，此時NH3濃度為0.2 molL－1，但由于反應是可逆反應，不能完全反應，所以NH3濃度達不到0.2 molL－1。 例6．在密閉容器中進行反應：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始濃度分別為0.1 molL－1、0.3 molL－1、0.2 molL－1，在一定條件下，當反應達到平衡時，各物質的濃度有可能是(　　) A．Z為0.3 molL－1 B．Y2為0.4 molL－1 C．X2為0.2 molL－1 D．Z為0.4 molL－1 【答案】A 三、化學平衡移動的影響因素 1．化學平衡的移動 平衡移動就是由一個“平衡狀態(tài)→不平衡狀態(tài)→新平衡狀態(tài)”的過程。一定條件下的平衡體系，條件改變后，平衡可能發(fā)生移動，如下所示： 2．化學平衡移動與化學反應速率的關系 v正>v逆，平衡向正反應方向移動； v正＝v逆，反應達到平衡狀態(tài)，不發(fā)生平衡移動； v正0。當反應達到平衡時，下列措施： ①升溫；②恒容通入惰性氣體；③增加CO濃度；④減壓；⑤加催化劑；⑥恒壓通入惰性氣體，能提高COCl2轉化率的是(　　) A．①②④　　　B．①④⑥ C．②③⑤ D．③⑤⑥ 【答案】B 衡向正反應方向移動，COCl2轉化率增大；⑤加催化劑，改變速率不改變平衡，COCl2轉化率不變；⑥恒壓通入惰性氣體，壓強增大，為保持恒壓，體積增大，平衡正向進行，COCl2轉化率增大。 五、化學平衡常數(shù)及應用 1．概念 在一定溫度下，當一個可逆反應達到化學平衡時，生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值是一個常數(shù)，稱為化學平衡常數(shù)，用符號K表示。 2．表達式 對于反應mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)， K＝(固體和純液體的濃度視為常數(shù)，通常不計入平衡常數(shù)表達式中)。 實例： 化學方程式 平衡常數(shù) 關系式 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) K1＝ K2＝(或 K1) K3＝ N2(g)＋H2(g) NH3(g) K2＝ 2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) K3＝ 3.意義 (1)K值越大，反應進行的程度越大，反應物的轉化率越大，一般來說，K≥105認為反應進行得較完全。 (2)K值的大小只能預示某可逆反應向某方向進行的最大限度，但不能預示反應達到平衡所需要的時間。 4．影響因素 一個可逆反應的K僅受溫度影響，與反應物或生成物的濃度變化無關。 1、化學平衡常數(shù)及其影響因素 例10．在一定條件下，已達平衡的可逆反應：2A(g)＋B(g)2C(g)，下列說法中正確的是(　　) A．平衡時，此反應的平衡常數(shù)K與各物質的濃度有如下關系：K＝ B．改變條件后，該反應的平衡常數(shù)K一定不變 C．如果改變壓強并加入催化劑，平衡常數(shù)會隨之變化 D．若平衡時增加A和B的濃度，則平衡常數(shù)會減小 【答案】A 【解析】K只隨溫度的改變而改變，除改變溫度外，改變其他條件都不會引起平衡常數(shù)的改變。 例11．已知反應①CO(g)＋CuO(s)CO2(g)＋Cu(s)和反應②H2(g)＋CuO(s)Cu(s)＋H2O(g)在相同的某溫度下的平衡常數(shù)分別為K1和K2，該溫度下反應③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常數(shù)為K。則下列說法正確的是(　　) A．反應①的平衡常數(shù)K1＝ B．反應③的平衡常數(shù)K＝ C．對于反應③，恒容時，溫度升高，H2濃度減小，則該反應的焓變?yōu)檎? D．對于反應③，恒溫恒容下，增大壓強，H2濃度一定減小 【答案】B 2、化學平衡常數(shù)的應用例 例12．高溫下，某反應達平衡，平衡常數(shù)K＝，恒容時，溫度升高，H2濃度減小。下列說法正確的是(　　) A．該反應的焓變?yōu)檎? B．恒溫恒容下，增大壓強，H2濃度一定減小 C．升高溫度，逆反應速率減小 D．該反應的化學方程式為CO＋H2OCO2＋H2 【答案】A 【解析】由平衡常數(shù)的表達式可確定該反應的化學方程式為CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，D項錯誤；在恒容時，溫度升高，H2濃度減小，說明升高溫度時化學平衡向正反應方向移動，說明正反應是吸熱反應，反應的焓變?yōu)檎?，A項正確；在恒溫且體積不變時，增大壓強，H2濃度可能增大或不變，B項錯誤；若溫度升高，正、逆反應的反應速率均增大，只是增大的程度不同，C項錯誤。 例13.煤經氣化和液化使其得以廣泛應用。 工業(yè)上先將煤轉化為CO，再利用CO和水蒸氣反應制H2時，存在以下反應： CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) (1)向1 L恒容密閉容器中充入CO和H2O(g)，t ℃時測得部分數(shù)據(jù)如下表。 t/min 0 1 2 3 4 n(H2O)/mol 0.60 0.50 0.44 0.40 0.40 n(CO)/mol 0.40 0.30 0.24 0.20 0.20 則該溫度下反應的平衡常數(shù)K＝________。 (2)相同溫度下，若向2 L恒容密閉容器中充入1 mol CO、4 mol H2O(g)、2 mol CO2、2 mol H2，此時v正________v逆(填“>”“＝”或“<”)。 【答案】(1)0.5　(2)< 　　(1)利用化學平衡常數(shù)判斷化學平衡移動的方向 對于可逆反應aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，在一定溫度下的任意時刻，反應物與生成物濃度有如下關系： ＝Q，稱為濃度商。 Q (2)利用化學平衡常數(shù)判斷可逆反應的熱效應 六、 “三段式法”是有效解答化學平衡計算題的“萬能鑰匙”。解題時，要注意清楚條理地列出起始量、轉化量、平衡量，按題目要求進行計算，同時還要注意單位的統(tǒng)一。 1．計算步驟 2．示例：反應：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物質的量(mol)分別為a、b，達到平衡后，A的消耗量為mx，容器容積為V L。 　　　　　mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 起始/mol a b 0 0 變化/mol mx nx px qx 平衡/mol a－mx b－nx px qx 對于反應物：n(平)＝n(始)－n(變) 對于生成物：n(平)＝n(始)＋n(變) 各轉化量之比等于各反應物的化學系數(shù)之比 則有：(1)K＝ (2)c平(A)＝(molL－1) (3)α(A)平＝100%，α(A)∶α(B)＝∶＝ (4)φ(A)＝100% (5)＝ (6)(混)＝(gL－1) (7)＝(gmol－1) 1、有關轉化率的計算例 例14. 羰基硫(COS)可作為一種糧食熏蒸劑，能防止某些昆蟲、線蟲和真菌的危害。在恒容密閉容器中，將CO和H2S混合加熱并達到下列平衡： CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g)　K＝0.1 反應前CO物質的量為10 mol，平衡后CO物質的量為8 mol。下列說法正確的是(　　) A．升高溫度，H2S濃度增加，表明該反應是吸熱反應 B．通入CO后，正反應速率逐漸增大 C．反應前H2S物質的量為7 mol D．CO的平衡轉化率為80% 【答案】C 例15．尿素是蛋白質代謝的產物，也是重要的化學肥料，工業(yè)合成尿素反應如下： 2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g) 在一個真空恒容密閉容器中充入CO2和NH3發(fā)生上述反應合成尿素，恒定溫度下混合氣體中的氨氣含量如圖所示。A點的正反應速率v(正)________B點的逆反應速率v(逆)(填“>”“<”或“＝”)；氨氣的平衡轉化率為________。 【答案】>　75% 【解析】氨氣的體積分數(shù)從50%變化為20%后體積分數(shù)保持不變，說明B點反應達到平衡狀態(tài)，A點氨氣體積百分含量大于B點氨氣體積百分含量，說明反應正向進行達到平衡狀態(tài)，A點的正反應速率大于B [易錯警示] 有關化學平衡計算的三點注意事項 (1)注意反應物和生成物的濃度關系： 反應物：c(平)＝c(始)－c(變)； 生成物：c(平)＝c(始)＋c(變)。 (2)利用混＝和＝計算時要注意m總應為氣體的質量，V應為反應容器的體積，n總應為氣體的物質的量。 (3)起始濃度、平衡濃度不一定呈現(xiàn)化學系數(shù)比，但物質之間是按化學系數(shù)反應和生成的，故各物質的濃度變化之比一定等于化學系數(shù)比，這是計算的關鍵。 　　 2、有關化學平衡常數(shù)的計算 例16.某溫度T1時，向容積為2 L的恒容密閉容器中充入一定量的H2和I2(g)，發(fā)生反應：H2(g)＋I2(g)2HI(g)，反應過程中測定的部分數(shù)據(jù)見下表(表中t2>t1)。 反應時間/min n(H2)/mol n(I2)/mol 0 0.9 0.3 t1 0.8 t2 0.2 下列說法正確的是(　　) A．反應在t1 min內的平均速率為：v(H2)＝ molL－1min－1 B．保持其他條件不變，向平衡體系中再通入0.20 mol H2，與原平衡相比，達到新平衡時I2(g)轉化率增大，H2的體積分數(shù)不變 C．保持其他條件不變，起始時向容器中充入的H2和I2(g)都為0.5 mol，達到平衡時n(HI)＝0.2 mol D．升高溫度至T2時，上述反應平衡常數(shù)為0.18，則正反應為吸熱反應 【答案】C 例17.Bodensteins研究了下列反應： 2HI(g)H2(g)＋I2(g) 在716 K時，氣體混合物中碘化氫的物質的量分數(shù)x(HI)與反應時間t的關系如下表： 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)根據(jù)上述實驗結果，該反應的平衡常數(shù)K的計算式為________。 (2)上述反應中，正反應速率為v正＝k正x2(HI)，逆反應速率為v逆＝k逆x(H2)x(I2)，其中k正、k逆為速率常數(shù)，則k逆為________(以K和k正表示)。若k正＝0.002 7 min－1，在t＝40 min 時，v正＝________min－1。 (3)由上述實驗數(shù)據(jù)計算得到v正～x(HI)和v逆～x(H2)的關系可用下圖表示。當升高到某一溫度時，反應重新達到平衡，相應的點分別為________(填字母)。 【答案】(1)　(2)　1.9510－3　(3)AE 七、 1．化學反應速率 2．化學反應速率與化學系數(shù)的關系 (1)內容：對于已知反應mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)，其化學反應速率可用不同的反應物或生成物來表示，當單位相同時，化學反應速率的數(shù)值之比等于方程式中各物質的化學系數(shù)之比，即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q。 (2)實例：一定溫度下，在密閉容器中發(fā)生反應：3A(g)＋B(g)2C(g)。已知v(A)＝0.6 molL－1s－1，則v(B)＝0.2 molL－1s－1，v(C)＝0.4 molL－1s－1。 1、依據(jù)化學反應速率的表達式(v＝)計算 例18．在密閉容器中，合成氨的反應：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，開始時N2的濃度為8 molL－1,5 min后，N2的濃度為6 molL－1，則N2的化學反應速率為________。 【答案】0.4 molL－1min－1 【解析】v(N2)＝＝ ＝0.4 molL－1min－1。 2、依據(jù)化學方程式計算 例19.用O2將HCl轉化為Cl2，可提高效益，減少污染。一定條件下測得反應過程中n(Cl2)的數(shù)據(jù)如下： t/min 0 2.0 4.0 6.0 8.0 n(Cl2)/10－3 mol 0 1.8 3.7 5.4 7.2 計算2.0～6.0 min內以HCl的物質的量變化表示的反應速率(以 molmin－1為單位，寫出計算過程)。 【答案】v(HCl)＝＝1.810－3molmin－1。　 3、依據(jù)圖像計算 例20.在容積為1.00 L的容器中，通入一定量的N2O4，發(fā)生反應N2O4(g)2NO2(g)，隨溫度升高，混合氣體的顏色變深。 在0～60 s時段，反應速率v(N2O4)為________ molL－1s－1。　 【答案】0.001 0 molL－1s－1 【解析】由題圖可知，0～60 s時段，N2O4的物質的量濃度變化為0.060 molL－1，v(N2O4)＝＝0.001 0 molL－1s－1。 依據(jù)圖像求反應速率的步驟 第一步：找出橫、縱坐標對應的物質的量； 第二步：將圖中的變化量轉化成相應的濃度變化量； 第三步：根據(jù)公式v＝進行計算。 　　　 4、運用“三段式”進行化學反應速率的計算 例21．NH3和純凈的O2在一定條件下發(fā)生反應：4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)，現(xiàn)向一容積不變的2 L密閉容器中充入4 mol NH3和3 mol O2,4 min后，測得生成的H2O占混合氣體體積的40%，則下列表示此段時間內該反應的平均速率不正確的是(　　) A．v(N2)＝0.125 molL－1min－1 B．v(H2O)＝0.375 molL－1min－1 C．v(O2)＝0.225 molL－1min－1 D．v(NH3)＝0.250 molL－1min－1 【答案】C －1，再由各物質表示的速率之比等于各物質的化學系數(shù)之比，可得各物質表示的反應速率分別為v(N2)＝0.125 molL－1min－1，v(NH3)＝0.250 molL－1min－1，v(O2)＝0.187 5 molL－1min－1。 “三段式”法的解題模式 對于反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，起始(t0 s)時A的濃度為a molL－1，B的濃度為b molL－1，反應進行至t1 s時，A消耗了x molL－1，則化學反應速率可計算如下： 　　　　　　　mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) t0 s/(molL－1) a b 0 0 轉化/(molL－1) x t1 s/(molL－1) a－x b－ 則：v(A)＝ molL－1s－1， v(B)＝ molL－1s－1， v(C)＝ molL－1s－1， v(D)＝ molL－1s－1。 　八、化學反應速率的大小比較 1、根據(jù)“定量法”判斷不同條件下反應速率的大小 例22．已知反應4CO＋2NO2N2＋4CO2在不同條件下的化學反應速率如下，其中表示反應速率最快的是(　　) A．v(CO)＝1.5 molL－1min－1 B．v(NO2)＝0.7 molL－1min－1 C．v(N2)＝0.4 molL－1min－1 D．v(CO2)＝1.1 molL－1min－1 【答案】C 例23.反應A(g)＋3B(g)===2C(g)＋2D(g)在四種不同情況下的反應速率分別為①v(A)＝0.45 molL－1s－1?、趘(B)＝0.6 molL－1s－1　③v(C)＝0.4 molL－1s－1?、躹(D)＝0.45 molL－1s－1。下列有關反應速率的比較中正確的是(　　) A．④>③＝②>①　　　 　B．①>④>②＝③ C．①>②>③>④ D．④>③>②>① 【答案】B 定量法比較化學反應速率的大小 (1)歸一法 按照化學系數(shù)關系換算成同一物質、同一單位表示，再比較數(shù)值大小。 (2)比值法 比較化學反應速率與化學系數(shù)的比值。如aA(g)＋bB(g)cC(g)，即比較與，若>，則用A表示時的反應速率比用B表示時大。 　2、根據(jù)圖像判斷某點反應速率的大小 例24.在恒容密閉容器中通入X并發(fā)生反應：2X(g)Y(g)，溫度T1、T2下X的物質的量濃度c(X)隨時間t變化的曲線如圖所示，下列敘述正確的是(　　) A．該反應進行到M點放出的熱量大于進行到W點放出的熱量 B．T2下，在0～t1時間內，v(Y)＝molL－1min－1 C．M點的正反應速率v正大于N點的逆反應速率v逆 D．M點時再加入一定量X，平衡后X的轉化率減小 【答案】C 【解析】根據(jù)圖示可知，T1＞T2，溫度越高平衡時c(X)越高，則逆反應為吸熱反應，正反應為放熱反應，M點X的轉化量小于W點X的轉化量，M點放出的熱量小于W點放出的熱量，A項錯誤；T2下，Δt＝t1，Δc(Y)＝ molL－1，v(Y)＝molL－1min－1，B項錯誤；M點溫度比W點溫度高，反應物濃度比W點大，所以M點的正反應速率大于W點的正反應速率，即大于W點的逆反應速率，而W點的逆反應速率大于N點的逆反應速率，則M點的正反應速率大于N點的逆反應速率，C項正確；由于是恒容下反應，再加入一定量X，相當于增加壓強，平衡向正反應方向移動，再次平衡時X的轉化率增大，D項錯誤。 例25．反應aA＋bBcC在體積為2 L的容器中進行反應。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ階段體系中各物質的量隨時間變化的曲線如圖所示： 請回答下列各題： (1)反應的化學方程式為_________________________________________________。 (2)A的平均反應速率vⅠ(A)、vⅡ(A)、vⅢ(A)從大到小排列次序為________________。 (3)由計算可知，第Ⅰ階段20 min時，C的平均速率vⅠ(C)＝____________。 【答案】(1)A＋3B2C (2)vⅠ(A)>vⅡ(A)>vⅢ(A) (3)0.05 molL－1min－1 由圖像判斷反應速率大小的方法 根據(jù)圖像看反應達到平衡所需的時間，時間越短，對應的反應的溫度、濃度或壓強就越大，則對應的反應速率越大。 九、 1．內因 反應物本身的性質是主要因素。如相同條件下Mg、Al與稀鹽酸反應的速率大小關系為Mg>Al。 2．外因(其他條件不變，只改變一個條件) 3．理論解釋——有效碰撞理論 (1)活化分子、活化能、有效碰撞 ①活化分子：能夠發(fā)生有效碰撞的分子。 ②活化能：如圖 圖中：E1為反應的活化能，使用催化劑時的活化能為E3，反應熱為E1－E2。 ③有效碰撞：活化分子之間能夠引發(fā)化學反應的碰撞。 (2)活化分子、有效碰撞與反應速率的關系 1、外界條件對化學反應速率的影響 例26．下列說法正確的是(　　) A．因為反應物濃度越大，反應速率越快，所以常溫下，相同的鋁片中分別加入足量的濃、稀硝酸，濃硝酸中鋁片先溶解完 B．增大反應物濃度可加快反應速率，因此用濃硫酸與鐵反應能增大生成H2的速率 C．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，其他條件不變時升高溫度，反應速率v(H2)和H2的轉化率均增大 D．對于反應2H2O2===2H2O＋O2↑，加入MnO2或升高溫度都能加快O2的生成速率 【答案】D 【解析】Al片在濃HNO3中“鈍化”，A錯誤；Fe與濃H2SO4反應生成SO2而不是H2，B錯誤；升高溫度，v(H2)增大但平衡逆移，H2的轉化率減小，C錯誤。 例27.反應C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在一可變容積的密閉容器中進行，下列條件的改變對其反應速率幾乎無影響的是(　　) ①增加C的量　②將容器的體積縮小一半?、郾３煮w積不變，充入N2使體系壓強增大?、鼙３謮簭姴蛔?，充入N2使容器體積變大 A．①④　　　　　　　　 　B．②③ C．①③ D．②④ 【答案】C 【解析】增大固體的量、恒容時充入惰性氣體對速率無影響。 例28．對于合成氨反應，達到平衡后，以下分析正確的是(　　) A．升高溫度，對正反應的反應速率影響更大 B．增大壓強，對正反應的反應速率影響更大 C．減小反應物濃度，對逆反應的反應速率影響更大 D．加入催化劑，對逆反應的反應速率影響更大 【答案】B [知能存儲] 1．氣體反應體系中充入“惰性氣體”(不參加反應)時對反應速率的影響結果 (1)恒溫恒容：充入“惰性氣體”―→總壓增大―→物質濃度不變(活化分子濃度不變)―→反應速率不變。 (2)恒溫恒壓：充入“惰性氣體”―→體積增大―→物質濃度減小(活化分子濃度減小)―→反應速率減小。 2．外界條件對反應速率的影響結果 (1)溫度 ①正反應是放熱反應：升高溫度，v(正)、v(逆)均增大；但v(逆)增大的幅度更大。 ②正反應是吸熱反應：升高溫度，v(正)、v(逆)均增大；但v(正)增大的幅度更大。 (2)壓強 ①正反應是氣體物質的量減小的反應：增大壓強，v(正)、v(逆)均增大，但v(正)增大的幅度更大。 ②正反應是氣體物質的量增大的反應：增大壓強，v(正)、v(逆)均增大，但v(逆)增大的幅度更大。 ③反應是反應前后氣體物質的量不變的反應：增大壓強，v(正)、v(逆)同等程度的增大。 (3)催化劑 使用催化劑，v(正)、v(逆)同等程度的增大。 2、利用“斷點”突破化學反應速率圖像(vt圖) 例29．對于反應2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH<0已達平衡，如果其他條件不變時，分別改變下列條件，對化學反應速率和化學平衡產生影響，下列條件與圖像不相符的是(O～t1：v正＝v逆；t1時改變條件，t2時重新建立平衡)(　　) 【答案】C 例30．對于反應：X(g)＋Y(g)2Z(g)　ΔH<0的反應，某一時刻改變外界條件，其速率隨時間的變化圖像如圖所示。則下列說法符合該圖像的是(　　) A．t1時刻，增大了X的濃度 B．t1時刻，升高了體系溫度 C．t1時刻，降低了體系溫度 D．t1時刻，使用了催化劑 【答案】D 【解析】由圖像可知，外界條件同等程度地增大了該反應的正、逆反應速率。增大X的濃度，升高(或降低)體系溫度均不會同等程度地改變正、逆反應速率，A、B、C錯誤。D使用催化劑可同等程度地改變正、逆反應速率，D正確。 [探規(guī)尋律] (1)當可逆反應達到一種平衡后，若某一時刻外界條件發(fā) 生改變，都可能使速率時間圖像的曲線出現(xiàn)不連續(xù)的情況，即出現(xiàn)“斷點”。根據(jù)“斷點”前后的速率大小，即可對外 界條件的變化情況作出判斷。如： t1時刻改變的條件可能是使用了催化劑或增大壓強(僅適用于反應前后氣體物質的量不變的反應)。 (2)常見含“斷點”的速率變化圖像分析 圖像 t1時刻所 改變 的條件 溫度 升高 降低 升高 降低 適合正反應為放熱的反應 適合正反應為吸熱的反應 壓強 增大 減小 增大 減小 適合正反應為氣體物質的量增大的反應 適合正反應為氣體物質的量減小的反應 十、 影響化學反應速率的因素有多種，在探究相關規(guī)律時，需要控制其他條件不變，只改變某一個條件，探究這一條件對反應速率的影響。變量探究實驗因為能夠考查學生對于圖表的觀察、分析以及處理實驗數(shù)據(jù)得出合理結論的能力，因而在這幾年高考試題中常有所涉及。解答此類試題時，要認真審題，弄清實驗目的，明確要探究的外界條件有哪些。然后分析題給圖表，確定一個變化的量，弄清在其他幾個量不變的情況下，這個變化量對實驗結果的影響，進而總結出規(guī)律。如：探究溫度、催化劑對反應：2H2O2===2H2O＋O2↑的影響，因此可以確定催化劑(是否加入MnO2)和溫度(加熱、常溫)作為可變量，其他的則控制為不變量。 探究對象的反應 2H2O2===2H2O＋O2↑ 控制的可變量 催化劑 溫度 控制的不變量 濃度、溫度等 濃度、催化劑等 實驗方案 取相同量的5% H2O2于兩支規(guī)格一樣的試管中，向其中一支試管中加入少量 MnO2，另一支不加，在常溫下觀察。 取相同量的5% H2O2于兩支規(guī)格一樣的試管中，給其中一支試管加熱，另一支不加熱，觀察。 根據(jù)兩個對象的反應都有氣體生成的特征，利用導管將生成的氣體導入水槽中，通過觀察水槽中產生氣泡的劇烈程度，并以此判斷該控制變量對化學反應速率是否產生影響以及具體的影響效果。 例31.碘在科研與生活中有重要應用。某興趣小組用0.50 molL－1 KI、0.2%淀粉溶液、0.20 molL－1 K2S2O8、0.10 molL－1 Na2S2O3等試劑，探究反應條件對化學反應速率的影響。 已知：S2O＋2I－===2SO＋I2 (慢) I2＋2S2O===2I－＋S4O (快) (1)向KI、Na2S2O3與淀粉的混合溶液中加入一定量的K2S2O8溶液，當溶液中的________耗盡后，溶液顏色將由無色變?yōu)樗{色。為確保能觀察到藍色，S2O與S2O初始的物質的量需滿足的關系為：n(S2O)∶n(S2O)________。 (2)為探究反應物濃度對化學反應速率的影響，設計的實驗方案如下表： 實驗 序號 體積V/mL K2S2O8溶液 水 KI溶液 Na2S2O3溶液 淀粉溶液 ① 10.0 0.0 4.0 4.0 2.0 ② 9.0 1.0 4.0 4.0 2.0 ③ 8.0 Vx 4.0 4.0 2.0 表中Vx＝________ mL，理由是____________________________________。 (3)已知某條件下，濃度c(S2O)～反應時間t的變化曲線如圖所示，若保持其他條件不變，請在圖中，分別畫出降低反應溫度和加入催化劑時c(S2O)～t的變化曲線示意圖(進行相應的標注)。 【答案】(1)S2O(其他合理寫法 也可)　＜2 (2)2.0　保證溶液總體積相同，僅改變S2O的濃度而其他物質的濃度不變(其他合理答案也可) (3)如右圖 [探規(guī)尋律] 利用“控制變量法”的解題策略 (1)確定變量：首先要認真審題，理清影響實驗探究結果的因素有哪些。 (2)控制變量——定多變一：在探究過程中，應該先確定其他的因素不變，只改變一種因素，看這種因素與探究的問題存在怎樣的關系；這樣確定一種因素的影響以后，再通過以上方法確定另一種因素的影響，通過分析每種因素與所探究問題之間的關系，得出所有影響因素與所探究問題之間的關系。 (3)數(shù)據(jù)有效：選擇數(shù)據(jù)(或設置實驗)要有效，保證變量統(tǒng)一才能做出正確的判斷。 　例32.某實驗小組以H2O2分解為例，研究濃度、催化劑、溶液的酸堿性對反應速率的影響。在常溫下按照如下方案完成實驗。 編號 反應物 催化劑 ① 10 mL 2%H2O2溶液 無 ② 10 mL 5%H2O2溶液 無 ③ 10 mL 5%H2O2溶液 1 mL 0.1 molL－1 FeCl3溶液 ④ 10 mL 5%H2O2溶液＋少量HCl溶液 1 mL 0.1 molL－1 FeCl3溶液 ⑤ 10 mL 5%H2O2溶液＋少量NaOH溶液 1 mL 0.1 molL－1 FeCl3溶液 (1)催化劑能加快化學反應速率的原因是_______________________________。 (2)常溫下5%H2O2溶液的pH約為6，H2O2的電離方程式為_______________________。 (3)實驗①和②的目的是_______________________________________________。 實驗時由于沒有觀察到明顯現(xiàn)象而無法得出結論。資料顯示，通常條件下H2O2穩(wěn)定，不易分解。為了達到實驗目的，你對原實驗方案的改進是___________________。 (4)實驗③、④、⑤中，測得生成氧氣的體積隨時間變化的關系如圖所示。分析圖示能夠得出的實驗結論是___________________ ___________________________________________________。 【答案】(1)降低了反應的活化能　(2)H2O2H＋＋HO (3)探究濃度對化學反應速率的影響　向反應物中加入等量同種催化劑(或將盛有反應物的試管放入同一熱水浴中) (4)堿性環(huán)境能增大H2O2分解的速率，酸性環(huán)境能減小H2O2分解的速率，但酸堿性環(huán)境對平衡移動無影響 十一、 化學平衡在化工生產中有非常重要的應用，尤其是控制合適的反應條件使平衡向著理想的方向移動，近幾年來涉及面非常廣，如2015全國卷Ⅱ第27題合成甲醇、2015浙江卷第28題制苯乙烯、2015北京卷第26題制氫、2014天津卷第10題合成氨、2014全國卷Ⅰ第28題制乙烯等均對化學反應原理進行了考查。 以工業(yè)合成氨為例分析化工生產中反應條件的優(yōu)化 (1)反應原理 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4 kJmol－1 (2)反應特點：①反應為可逆反應；②正反應為放熱反應；③反應物、生成物均為氣態(tài)，且正反應為氣體物質的量減小的反應。 (3)反應條件的優(yōu)化 反應條件 對化學反應速率的影響 對平衡混合物中氨含量的影響 合成氨條件的選擇 增大壓強 增大反應速率 平衡正向移動，提高平衡混合物中氨的含量 壓強增大，有利于氨的合成，但需要動力大，對材料、設備的要求高。故采用10～30MPa的高壓 升高溫度 增大反應速率 平衡逆向移動，降低平衡混合物中氨的含量 溫度要適宜，既要保證反應有較快的速率，又要使反應物的轉化率不能太低。故采用400～500 ℃左右的溫度，并且在該溫度下催化劑的活性最大 使用催化劑 增大反應速率 沒有影響 工業(yè)上一般選用鐵觸媒作催化劑 (4)原料氣的充分利用 合成氨反應的轉化率較低，從原料充分利用的角度分析，工業(yè)生產中可采用循環(huán)操作的方法可提高原料的利用率。 例33．乙苯催化脫氫制苯乙烯反應： 　 ΔH＝＋124 kJmol－1 (1)工業(yè)上，通常在乙苯蒸氣中摻混水蒸氣(原料氣中乙苯和水蒸氣的物質的量之比為1∶9)，控制反應溫度600 ℃，并保持體系總壓為常壓的條件下進行反應。在不同反應溫度下，乙苯的平衡轉化率和某催化劑作用下苯乙烯的選擇性(指除了H2以外的產物中苯乙烯的物質的量分數(shù))示意圖如右： ①摻入水蒸氣能提高乙苯的平衡轉化率，解釋說明該事實____________________。 ②控制反應溫度為600 ℃的理由是_______________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)某研究機構用CO2代替水蒸氣開發(fā)了綠色化學合成工藝——乙苯二氧化碳耦合催化脫氫制苯乙烯。保持常壓和原料氣比例不變，與摻水蒸氣工藝相比，在相同的生產效率下，可降低操作溫度；該工藝中還能夠發(fā)生反應：CO2＋H2===CO＋H2O，CO2＋C===2CO。新工藝的特點有________(填編號)。 ①CO2與H2反應，使乙苯脫氫反應的化學平衡右移 ②不用高溫水蒸氣，可降低能量消耗 ③有利于減少積炭 ④有利于CO2資源利用 【答案】(1)①正反應方向氣體分子數(shù)增加，加入水蒸氣稀釋，相當于起減壓的效果?、?00 ℃，乙苯的轉化率和苯乙烯的選擇性均較高。溫度過低，反應速率慢，轉化率低；溫度過高，選擇性下降。高溫還可能使催化劑失活，且能耗大 (2)①②③④ 例34.合成氨是人類科學技術上的一項重大突破，其反應原理為： N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJmol－1 一種工業(yè)合成氨的簡易流程圖如下： (1)天然氣中的H2S雜質常用氨水吸收，產物為NH4HS。一定條件下向NH4HS溶液中通入空氣，得到單質硫并使吸收液再生，寫出再生反應的化學方程式：____________ ________________________________________________________________________。 (2)步驟Ⅱ中制氫氣原理如下： ①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　 ΔH＝＋206.4 kJmol－1 ②CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　 ΔH＝－41.2 kJmol－1 對于反應①，一定可以提高平衡體系中H2百分含量，又能加快反應速率的措施是________。 a．升高溫度　　　　　　 　b．增大水蒸氣濃度 c．加入催化劑 d．降低壓強 利用反應②，將CO進一步轉化，可提高H2產量。若1 mol CO和H2的混合氣體(CO的體積分數(shù)為20%)與H2O反應，得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合氣體，則CO轉化率為__________________。 (3)圖1表示500 ℃、60.0 MPa條件下，原料氣投料比與平衡時NH3體積分數(shù)的關系。根據(jù)圖中a點數(shù)據(jù)計算N2的平衡體積分數(shù)：________________。 (4)依據(jù)溫度對合成氨反應的影響，在圖2坐標系中，畫出一定條件下的密閉容器內，從通入原料氣開始，隨溫度不斷升高，NH3物質的量變化的曲線示意圖。 (5)上述流程圖中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步驟是(填序號)__________。簡述本流程中提高合成氨原料總轉化率的方法：___________________。 【答案】(1)2NH4HS＋O22NH3H2O＋2S↓ (2)a　90%　(3)14.5% (4)如圖　　　　 (5)Ⅳ　對原料氣加壓；分離液氨后，未反應的N2、H2循環(huán)使用 [探規(guī)尋律] 1．化工生產適宜條件選擇的一般原則 (1)從化學反應速率分析，既不能過快，又不能太慢。 (2)從化學平衡移動分析，既要注意外界條件對速率和平衡影響的一致性，又要注意二者影響的矛盾性。 (3)從原料的利用率分析，增加易得廉價原料，提高難得高價原料的利用率，從而降低生產成本。 (4)從實際生產能力分析，如設備承受高溫、高壓能力等。 (5)注意催化劑的活性對溫度的限制。 2．平衡類問題需綜合考慮的幾個方面 (1)原料的來源、除雜，尤其考慮雜質對平衡的影響。 (2)原料的循環(huán)利用。 (3)產物的污染處理。 (4)產物的酸堿性對反應的影響。 (5)氣體產物的壓強對平衡造成的影響。 (6)改變外界條件對多平衡體系的影響。 十二、突破化學平衡圖像題的“兩個策略” 化學平衡圖像類試題是高考的熱點題型，該類試題經常涉及到的圖像類型有含量時間溫度(壓強)圖像、恒溫、恒壓曲線等，圖像中蘊含著豐富的信息量，具有簡明、直觀、形象的特點，命題形式靈活，難度不大，解題的關鍵是根據(jù)反應特點，明確反應條件，認真分析圖像充分挖掘蘊含的信息，緊扣化學原理，找準切入點解決問題。 [圖像類型] 1．含量(濃度)時間溫度(壓強)圖 C%指生成物的百分含量，B%指反應物的百分含量。 2．恒壓(溫)線 該類圖的縱坐標為物質的平衡濃度(c)或反應物的轉化率(α)，橫坐標為溫度(T)或壓強(p)，常見類型有(如下圖所示)： 3．其他 如圖所示曲線，是其他條件不變時，某反應物的最大轉化率(α)與溫度(T)的關系曲線，圖中標出的1、2、3、4四個點，表示v(正)>v(逆)的點是3，表示v(正)T2；由曲線②、③(溫度相同時)最先出現(xiàn)拐點的壓強大，即p2>p1。 　2、利用曲線的變化趨勢進行突破 例37．有一化學平衡mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，如圖所示的是A的轉化率與壓強、溫度的關系。下列敘述正確的是(　　) A．正反應是放熱反應；m＋n>p＋q B．正反應是吸熱反應；m＋np＋q 【答案】D 【解析】圖像中有三個量，應定一個量來分別討論另外兩個量之間的關系。定壓強，討論T與A的轉化率的關系：同一壓強下，溫度越高，A的轉化率越高，說明正反應是吸熱反應；定溫度，討論壓強與A的轉化率的關系：同一溫度下，壓強越大，A的轉化率越高，說明正反應是體積縮小的反應，即m＋n>p＋q。 例38.用O2將HCl轉化為Cl2，可提高效益，減少污染。 (1)傳統(tǒng)上該轉化通過如右所示的催化循環(huán)實現(xiàn)，其中，反應①為2HCl(g)＋CuO(s)H2O(g)＋CuCl2(s)　ΔH1，反應②生成1 mol Cl2(g)的反應熱為ΔH2，則總反應的熱化學方程式為____________________ ________________________________________________(反應熱用ΔH1和ΔH2表示)。 (2)新型RuO2催化劑對上述HCl轉化為Cl2的總反應具有更好的催化活性。 ①實驗測得在一定壓強下，總反應的HCl平衡轉化率隨溫度變化的α(HCl)～T曲線如圖所示，則總反應的ΔH________0(填“＞”“＝”或“＜”)；A、B兩點的平衡常數(shù)K(A)與K(B)中較大的是________。 ②在上述實驗中若壓縮體積使壓強增大，畫出相應α(HCl)～T曲線的示意圖，并簡要說明理由：________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ③下列措施中，有利于提高α(HCl)的有________。 A．增大n(HCl)　　　　　 　B．增大n(O2) C．使用更好的催化劑 D．移去H2O 【答案】(1)2HCl(g)＋O2(g)===Cl2(g)＋H2O(g)　ΔH＝ΔH1＋ΔH2 (2)①＜　K(A) ②如圖所示： 溫度相同的條件下，增大壓強平衡正向移動，平衡時HCl的轉化率增大，因此曲線應在原曲線上方 ③BD 　　已知不同溫度下的轉化率壓強圖像或不同壓強下的轉化率溫度圖像，推斷反應的熱效應或反應前后氣體物質間化學系數(shù)的關系。[以反應A(g)＋B(g)―→C(g)中反應物的轉化率αA為例說明] 解答這類圖像題時應注意以下兩點： (1)“定一議二”原則：可通過分析相同溫度下不同壓強時反應物A的轉化率大小來判斷平衡移動的方向，從而確定反應方程式中反應物與產物氣體物質間的系數(shù)的大小關系。如甲中任取一條溫度曲線研究，壓強增大，αA增大，平衡正移，正反應為氣體體積減小的反應，乙中任取橫坐標一點作橫坐標垂直線，也能得出結論。 (2)通過分析相同壓強下不同溫度時反應物A的轉化率的大小來判斷平衡移動的方向，從而確定反應的熱效應。如利用上述分析方法，在甲中作垂直線，乙中任取一曲線，即能分析出正反應為放熱反應。