专题复习10：化学反应速率和化学平衡

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1、高三化学第二学期化学反应速率及化学平衡复习基本要求理解化学反应速率的含义，并会进行化学反应速率的计算；理解影响化学反应速率的因素（浓度、压强、温度、催化剂、固体的表面积等）；理解可逆反应、化学平衡状态、化学平衡常数（会列式、能分析、计算不作要求）；影响化学平衡的因素（浓度、温度、压强）、勒沙特列原理应用；知道有关“化学平衡与生活”的一些常见例子；化学反应速率和化学平衡的综合应用：合成氨、硫酸、工业制钾、候氏制碱等工业应用化学反应速率与化学平衡知识目标：1、 化学反应速率表达式及其计算。2、 影响化学反应速率的因素。3、 根据速度变化的曲线，回答提问并完成此曲线图。改变反应条件，画出新的变化曲线

2、。4、 化学平衡的特征及平衡的判断5、 化学平衡中的计算，包括转化率、反应物、生成物变化、体积变化、密度变化、平均分子量等计算。6、 化学平衡常数K的表达式及其应用。7、 平衡移动方向判断8、 影响平衡移动的因素及平衡的相关曲线。9、 化学平衡在现代工业中的应用：合成氨、用金属钠置换出金属钾、用二氧化硫合成三氧化硫、纯碱工业等。重、难点： 化学平衡的图像及化学平衡的应用一、 化学反应速率和化学平衡的基本概念：1、 反应速率的计算：例1 将 4 mol A 气体和 2 mol B 气体在 2 L 的容器中混合并在一定条件下发生如下反应 2A（气）B（气） 2C（气）若经 2 s（秒）后测得 C

3、的浓度为 0.6 mol/L ，现有下列几种说法其中正确的是 ( ) 用物质 A 表示的反应的平均速率为 0.3 mol/（Ls） 用物质 B 表示的反应的平均速率为 0.6 mol/（Ls） 2 s 时物质 A 的转化率为70 2 s 时物质 B 的浓度为 0.7 mol/LA B. C. D. 解析通过2秒后物质C的浓度，可以直接求出用物质C来表示反应的平均速率v（C）=0.3mol/(Ls),根据同一化学反应不同物质的反应速率之比等于化学方程式中化学计量数之比，从而可以求出用物质 A 表示反应的平均速率v（A）=0.3 mol/（Ls），故选项正确；用物质 B 表示反应的平均速率v（B）

4、= 0.15 mol/（Ls），故选项错误；再根据物质A的速率、反应容器的体积和反应时间，又可以得到2秒过程中A消耗的物质的量n(A)=0.322=1.2mol.而物质A起始的总量为4mol，所以物质A的转化率是30，故选项错误；根据物质 B 表示的反应的平均速率，同理可以求出2秒过程中消耗的B物质的量n(B)=0.1522=0.6mol，2秒末余2-0.6=1.4mol，所以2秒末物质B的浓度为1.42=0.7mol/L,故选项正确。故答案为B。例2 在恒温、恒容的密闭容器进行反应有X2(g) Y2(g)+Z(g)，若反应物的浓度从2mol/L降到0.8mol/L需20s，那么反应物浓度由0

5、.8mol/L降到0.2mol/L所需的反应时间为 A10s B大于10s C小于10s D无法判断解析 本题考查的是同一反应在不同的时间段内化学反应的速率如果按反应物浓度从2mol/L降到0.8mol/L需20s计算，那么反应物浓度由0.8mol/L降到0.2mol/L所需的反应时间为10s，但一般来说，不考虑其他条件的变化，随着反应的进行，反应物的浓度逐渐降低，化学反应速率逐渐减慢，因此所需的反应时间应大于10s 答案 B例3将等物质的量的A、B混合于2L的密闭容器中，发生如下反应：3A（气）B（气）xC（气）2D（气）经5min后，测得D的浓度为0.5mol/L，c（A）c（B）=35，

6、C的平均反应速率是0.1mol/Lmin求：（1）此时A的浓度及反应开始前容器中A、B的物质的量；（2）B的平均反应速率；（3）x的值是多少？解析 3A B xC 2D起始量（mol） m m 0 0转化量（mol） 1.5mol 0.5mol 1mol 1mol（1）c（A）=0.75mol/L；3mol；3mol；（2）v（B）=0.05mol/（Lmin）；（3）x=2。2、 化学平衡状态的判断：平衡的观点是整个自然科学乃至人类发展的一个十分重要的观点。所有的运动与变化离不开平衡的知识。如化学学科中涉及的溶解平衡、电离及水解平衡、氧化还原反应平衡等。化学平衡作为高考的重点内容之一，其主要

7、特点有三个：一是判断可逆反应是否处于平衡状态。二是比较各种平衡状态相同与否。三是通过各种图象，考查化学反应速率和化学平衡的有关知识。化学平衡的标志 （1）等速标志(第一特征)：v正v逆指反应体系中的同一种物质来表示的正反应速率和逆反应速率相等.对不同种物质而言，速率不一定相等.何谓“v正v逆”？如何理解？( 以N23H2 2NH3 反应为例 ) 单位时间、单位体积内若有1mol N2消耗，则有1mol N2生成若有1mol N2消耗，则有3mol H2生成若有1mol N2消耗，则有2mol NH3消耗若有1mol NN键断裂,则有6mol N-H键断裂(其它与上述相似) （2）百分含量不变标

8、志(第二特征)正因为v正v逆0，所以同一瞬间同一物质的生成量等于消耗量.总的结果是混合体系中各组成成分的物质的量、质量、物质的量浓度、各成分的百分含量、转化率等不随时间变化而改变.注：应用平衡移动原理时，要注意：针对平衡体系，如对一个刚开始的气态的反应，增大压强反应总是正向进行而不服从勒沙特列原理；改变影响平衡的一个条件，可用勒沙特列原理判定移动方向；平衡移动的结果是“减弱”这种改变，而不是“消除”。【例题解析】例1在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2（g）H2（g）CO（g）H2O（g），能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是 。A容器中压强不变 B.混合气体中 c（CO）不变

9、Cv正（H2）v逆（H2O） D.c（CO2）c（CO）解析判断一个化学反应是否达到化学平衡的依据时应特别注意：状态是否都为气体；反应前后气体的系数是否相等；速率是否是一个v正和一个v逆之间的比较。因此该反应前后气体的系数相等是本题的审题关键。对于题示反应，四个物质都是气态，且反应前后总体积没有变化，故若压强改变，不会使平衡发生移动，所以根据容器中压强不变，不能判断该反应是否达到了平衡状态。另外，反应体系中各物质的平衡浓度和各自的起始浓度有关，只有当各自的浓度不再变化时，反应物和生成物的混合体系才处于化学平衡状态。此时，正反应和逆反应的反应速率（可以用某一物质的反应速率来表示）必然相等。正确答

10、案为B、C。例2在一定温度下，容器内某一反应中M、N的物质的量n随反应时间t变化的曲线如图所示，下列表述中正确的是（ ）A. 反应的化学方程式为2MN B. t2时，V正=V逆，达到平衡C. t3时，V正V逆D. t1时浓度CN=2CM解析 解题关键是抓住起点和t1,t2,t3等特殊点，在0到t2时间内（或选取0到t2之间的任一点）nN从8mol到4mol减少了4mol，nM从2mol到4mol增大了2mol，因此N为反应物，方程式为2NM（从反应趋势看，N没有完全转化为M，故为可逆反应）。t2时nM=nM，瞬时浓度也相等，但浓度变化并不相等，实际是，V正V逆, t3时nM、nN不再改变，达到

11、了平衡状态，V正=V逆, t1时nM=2nN，体积相同，c与n成正比，因此只有选项D正确。例3可逆反应：3A(气) 3B(?)C(?)(正反应为吸热反应)随着温度升高，气体平均相对分子质量有变小趋势，则下列判断正确的是()AB和C可能都是固体 BB和C一定都是气体C若C为固体，则B一定是气体DB和C可能都是气体解析据题意，该反应的正反应为吸热反应，升高温度平衡正向移动，本题可按 ；讨论分析：当物质B和C均为固体时，气体只有物质A，气体平均相对分子质量不变；当物质B和C均为气体时，气体物质的总质量不变，但气体物质的分子数目增加，因而气体平均相对分子质量减小，当物质C为固体时，气体物质的分子数目没

12、有增加，但由于同时生成固体物质C，故气体总质量减少，因而气体平均相对分子质量减小。答案C、D例4 下列事实中，不能用勒沙特列原理解释的是（）A开启啤酒后，瓶中马上泛起大量泡沫B钢铁在潮湿的空气中容易生锈C实验室中常用排饱和食盐水的方法收集氯气D工业上生产硫酸的过程中使用过量的空气以提高二氧化硫的利用率解析在啤酒中存在溶解平衡：CO2(g) CO2(aq)，当打开瓶盖后，气压减小，平衡向左移动，放出大量CO2，冒出气泡，符合勒沙特列原理。钢铁在潮湿的空气中易生锈，是发生了原电池反应，不存在平衡，故不能用平衡原理解释。实验室用排饱和食盐水法收集Cl2，存在反应：Cl2H2OH+Cl-HClO，当有

13、Cl-存在时，平衡向左移动，抑制Cl2与水反应，符合勒沙特列原理。2SO2O22SO3，通入过量O2，平衡向有移动，有利于提高SO2的利用率，符合勒沙特列原理。答案B3、化学平衡的基本图像：时间0 t1t2 t3 t4 t5 t6 t7（逆）（正）（逆）（正）（正）（逆）例1、有可逆反应A（g）+3B（g） 2C（g）+Q（Q0） （1）写出该反应的平衡常数表达式： ；升高温度，平衡常数K将 。（填“增大”，“减小”，“不变”） （2）一定条件下，该反应达平衡后，保持其他条件不变，再充入C气体，20min后又达新平衡。试推测，与原平衡状态相比，第15min时，V正 （填“增大”，“减小”，“不

14、变”），V逆 （填“增大”，“减小”，“不变”）。 （3）该反应的速率与时间的关系如下图所示：可见在t1、t3、t5、t7时反应都达到平衡，如果t2、t4、t6、t8时都只改变了一个反应条件，试判断改变的是什么条件：t2时 ；t4时 ；t6时 ；t8时 。答案（1）K=C2/AB3 减小 （2）增大 增大 （3）升高温度 减小压强 增大反应物浓度 使用了催化剂说明：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）

15、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。4、化学平衡常数及应用（1）对于一般的可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，在一定温度下达平衡时,写出其化学平衡常数表达式。（2）化学平衡常数K值的大小表示的意义是什么？ K值大小与温度有何关系？（3）写出实验室制备乙酸乙酯的化

16、学方程式，并写出其化学平衡常数K的表达式（4）写出接触法制硫酸三阶段的化学反应方程式及相应的主要设备，并说明热交换器的作用。（5）比较工业制硫酸中合成三氧化硫与工业合成氨的条件选择有何异同点，并分析原因。注意：化学平衡常数表达式的书写一般情况下，对于有固体或纯液体参加的反应以及在稀溶液中有水参与的反应，平衡常数表达式中不包括固体、纯液体以及水的浓度。这是因为它们的浓度不变或变化很小，本身就是或可以看作是一个常数。所以化学平衡常数表达式中只包括气体和溶液中各溶质的浓度。化学平衡常数的意义平衡常数的大小能表示可逆反应进行的程度。平衡常数越大，表示反应进行得越彻底。各个化学反应的平衡常数的大小相差很

17、大。例如：N2 + O22NO的K=3.8410-31，而2SO2 + O22SO3的K=3.101026，这说明前者反应的程度很小，而后者反应的程度很大，值得注意的是：平衡常数只能说明反应进行的程度，而不能说明反应的快慢。有些反应进行的程度很大，但不一定反应很快。这两个概念应当区别考虑。5、化学反应及催化机理：例1：亚硫酸钠和碘酸钾在酸性溶液里反应的化学方程式是：5Na2SO3+2KIO3+H2SO45K2SO4+K2SO2+I2+H2O，其反应过程和机理较复杂，一般认为分以下几步：A、IO3-+SO32-IO2-+SO42-（慢）;B.IO2-+2SO32- I-+SO42-(快)；C。5

18、I-+6H+IO3-3I2+3H2O（快）；D。 I2+SO32-+H2O2I-+SO42-+2H+(快)根据上述条件推测，此反应的总的反应速率由 步反应决定。若预先加入淀粉溶液，由题意看来必须在 离子消耗完时，才会有使淀粉变蓝的现象产生。例2：冰箱致冷剂氟氯甲烷在高空中受紫外线辐射产生Cl原子，并进行下列反应：Cl+O3ClO+O2 ，ClO+OCl+O2下列说法不正确的是 A 反应后将O3转变为O2 B Cl原子是总反应的催化剂 C 氟氯甲烷是总反应的催化剂 D Cl原子反复起分解O3的作用 二、 化学反应速率和化学平衡的综合题：1、 表格问题：例：某化学反应2ABD在四种不同条件下进行，

19、B、D起始浓度为0，反应物A的浓度（mol/L）随反应时间（min）的变化情况如下表：根据上述数据，完成下列填空：（1）在实验1，反应在10至20分钟时间内平均速率为 mol/(Lmin)。（2）在实验2，A的初始浓度C2 mol/L，反应经20分钟就达到平衡，可推测实验2中还隐含的条件是 。（3）设实验3的反应速率为V3，实验1的反应速率为V1，则V3 V1（填、），且C3 1.0mol/L（填、）（4）比较实验4和实验1，可推测该反应是 反应（选填吸热、放热）。理由是 2、图像问题：例：在一容积为10L的密闭容器内加入3mol H2 和1mol N2，在一定条件下发生如下反应：3H2+N2

20、 2NH3 +Q Q0，20min后容器内各物质的浓度不再变化。并测得H2 为2.4 mol。(1) 写出该反应的化学平衡常数表达式：K=_(2) 反应开始至达到化学平衡时，平均速率(NH3 )为_mol/L.min(3) 反应达到平衡后，第30min时，若降低温度，化学平衡常数K_，(填写“增大”“减小”或“不变”，下同)正反应速率_，逆反应速率_，H2 的物质的量变化正确的是_(用图1中ac的编号回答)0.4abcdfe2.4NH3 H2 10 20 30 40 50 t/min物质的量0.42.4NH3 H2 N2 10 20 30 40 50 t/min物质的量图1图2若加入铁触媒，则

21、NH3 的物质的量变化正确的是_(用图1中 df的编号回答)(4) 反应达平衡后，第30min时，容器内各物质的量变化如图2所示。其变化的原因可能是_(A) 升高温度 (B) 增加压强 (C) 加入NH3 (D) 加了H2 3、化学平衡理论在工业生产中的应用（例如：工业合成氨适宜条件的选择；工业制硫酸中SO3的合成等）。例 已知：4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)+1025 kJ，该反应是一个可逆反应。若反应物起始物质的量相同，下列关于该反应的示意图不正确的是（ ） 解析考查：影响化学反应的速率的因素、化学平衡移动原理的应用等有关图像问题。4NH3(g)+5O2(g)

22、4NO(g)+6H2(g)+1025KJ。该反应是一个可逆反应。正反应是一个气体体积缩小的反应，也是一个放热反应。因此，温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短；升高温度时，平衡向逆反应方向移动，NO的含量降低，故A是正确的，C是错误的。增大压强，反应速率加快，达到平衡的时间缩短，平衡向逆反应方向移动，NO的含量降低，故B是正确的。加入催化剂，反应速率加快，达到平衡的时间缩短，但NO的含量不变，故D是正确的。答案C4、图像与表格结合：（近几年高考命题的方向）（2006年上海第25题）(1)化学平衡常数K表示可逆反应的进行程度，K值越大，表示_，K值大小与温度的关系是：温度升高，K值_ (填一

23、定增大、一定减小、或可能增大也可能减小)。（2）在一体积为10L的容器中，通人一定量的CO和H2O，在850时发生如下反应： CO(g)十H2O(g) CO2(g)十H2 (g)十Q(Q0)CO和H2O浓度变化如下图，则 04min的平均反应速率v(CO)_ mol(Lmin)（3)t(高于850)时，在相同容器中发生上述反应，容器内各物质的浓度变化如上表。表中3min4min之间反应处于_状态； C1数值_0.08 molL (填大于、小于或等于)。反应在4min5min问，平衡向逆方向移动，可能的原因是_(单选)， 表中5min6min之间数值发生变化，可能的原因是_(单选)。 a增加水蒸

24、气 b降低温度 c使用催化剂 d增加氢气浓度（2007年上海第25题）一定条件下，在体积为3 L的密闭容器中，一氧化碳与氢气反应生成甲醇（催化剂为Cu2O/ZnO）：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)根据题意完成下列各题：（1）反应达到平衡时，平衡常数表达式K ，升高温度，K值 （填“增大”、“减小”或“不变”）。（2）在500，从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H2) （3）在其他条件不变的情况下，对处于E点的体系体积压缩到原来的1/2，下列有关该体系的说法正确的是 a 氢气的浓度减少 b 正反应速率加快，逆反应速率也加快c 甲醇的物质的量增加 d 重新平衡时n(H2)/n(CH3

25、OH)增大（4）据研究，反应过程中起催化作用的为Cu2O，反应体系中含少量CO2有利于维持催化剂Cu2O的量不变，原因是： （用化学方程式表示）。（2008年上海第25题）在2L密闭容器内，800时反应：2NO(g)+O2(g)2NO2(g)体系中，n(NO)随时间的变化如表：时间(s)012345n(NO)(mol)0.0200.01.0.0080.0070.0070.007写出该反应的平衡常数表达式：K= 。已知：，则改反应是 热反应。右图中表示NO2的变化的曲线是 。用O2表示从02s内该反应的平均速率v= 。能说明该反应已达到平衡状态的是 。av(NO2)=2v(O2) b容器内压强保持不变cv逆 (NO)=2v正 (O2) d容器内密度保持不变 为使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是 。a及时分离除NO2气体 b适当升高温度c增大O2的浓度 d选择高效催化剂