2018届一轮复习鲁科版专题八化学反应速率和化学平衡考点三综合运用学案
[考法综述] 化学平衡移动和化学反应速率在高考中经常联系在一起考查，综合性较强，题目较抽象，常以图象或表格形式以选择判断形式出现。除要求掌握一些基本规律外，还要对它们的关系进行归纳和总结。
命题法1 化学平衡移动与化学反应速率的关系
典例1 对处于化学平衡的体系，化学平衡与化学反应速率的因果关系正确的是( )
选项
因
果
A
化学反应速率变化
化学平衡一定发生移动
B
化学平衡不移动
化学反应速率一定是在催化剂存在下发生变化
C
正反应进行的程度大
正反应速率一定大
D
化学平衡发生移动
化学反应速率一定发生不同程度的变化
[解析] A项，若v正、v逆同等程度地变化(如使用催化剂)，则平衡不移动，错误；B项，对于反应前后气体分子数不变的反应，增大压强，v正、v逆均增大，但v正＝v逆，平衡不发生移动，错误；C项，反应进行的程度与反应速率的大小无必然联系，错误。
[答案] D
【解题法】 外界条件的变化对速率的影响和平衡移动方向的判断
对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)分析如下：
命题法2 化学平衡图象
典例2 在一密闭容器中发生反应：2X(g)＋Y(g)aZ(g) ΔH＝Q kJ·mol－1，开始按体积比2∶1将X、Y充入反应器中，一定条件下发生反应，下列有关说法正确的是( )
A．图甲，p1>p2，a<3
B．图甲，T1
0
C．图乙，t1时表示恒温、恒压条件下，向平衡体系中充入一定量的Z气体
D．图乙，如果a＝3，t2时表示向体系中加入了催化剂
[解析] 图甲从p1T1与p2T1两条曲线看，据“先拐先平，数值大”的方法得p1>p2，又因为p1>p2，且p1时Z的体积分数小，说明增大压强平衡逆向移动，a>3，故A项错误；同样方法可得T1p＋q为例，各类条件改变图象如下：
特点：①浓度“单突变”；
②温度和压强“双突变”；
③催化剂平移(一般向上)。
解法：“谁在上向谁行”(即谁在上边谁的速率就大，就向谁的方向进行，如v(逆)在上方，说明v(逆)>v(正)，反应向逆方向进行)。
(2)恒压(温)线图
特点：该类图象的纵坐标为物质的平衡浓度(c)或反应物的平衡转化率(α)，横坐标为温度(T)或压强(p)，每一条曲线均为相同温度下不同压强时的平衡转化率(或平衡浓度)曲线，或相同压强下不同温度时的平衡转化率(或平衡浓度)曲线。常见类型如图。
解法：“定一议二”(当有多条曲线及两个以上条件时，要固定其中一个条件，分析其他条件之间的关系，必要时，作一辅助线分析)。
(3)折线图
特点：该类图象的纵坐标为物质的百分含量或平衡转化率或平衡浓度，横坐标为时间，曲线为相同压强下不同温度的曲线变化或相同温度下不同压强的曲线变化。
解法：“先拐先平，数值大”[该类图象的折点表示反应达到平衡的时间，越先出现折点，达到平衡所用的时间越短，说明反应速率越快，进一步可以确定T的高低或压强的大小；根据平衡线的高低可判断出平衡移动的方向，确定出可逆反应的特点(ΔH和ΔVg)]。
(4)vp或vT图象
特点：曲线的意义是压强(或温度等)对正、逆反应速率影响的变化趋势及变化幅度。图中交点是平衡状态，压强(或温度)增大后正反应速率增大的程度大，平衡正向移动。
解法：“特殊点法”(即增大压强向正向移，正向气体分子数减少；升高温度正向移，正向ΔH>0)。
(5)特殊图象
①
特点：曲线上的点表示平衡状态，而X、Y点则未达平衡状态。
解法：“辅助线法”(使反应由X点达到平衡状态，反应需向B的百分含量减小的方向进行；要使反应由Y点达到平衡状态，反应需向B的百分含量增大的方向进行)。
②
特点：A代表反应物，C代表生成物。M点前，表示化学反应从反应物开始，则v(正)>v(逆)；M点为刚达到的平衡点。M点后为平衡受温度的影响情况。
解法：“特殊点法”(M为平衡点，升温，A%增大(C%减小)，即平衡左移，推知正反应ΔH<0)。
1．(双选)在体积均为1.0 L的两恒容密闭容器中加入足量的相同的碳粉，再分别加入0.1 mol CO2和0.2 mol CO2，在不同温度下反应CO2(g)＋C(s)2CO(g)达到平衡，平衡时CO2的物质的量浓度c(CO2)随温度的变化如图所示(图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ点均处于曲线上)。下列说法正确的是( )
A．反应CO2(g)＋C(s)===2CO(g)的ΔS>0、ΔH<0
B．体系的总压强p总：p总(状态Ⅱ)>2p总(状态Ⅰ)
C．体系中c(CO)：c(CO，状态Ⅱ)<2c(CO，状态Ⅲ)
D．逆反应速率v逆：v逆(状态Ⅰ)>v逆(状态Ⅲ)
答案 BC
解析 由图可知，升高温度，c(CO2)降低，即平衡正向移动，所以该反应为吸热反应，ΔH>0，A项错误；相同温度下，图中Ⅱ点所在曲线对应的c(CO2)高，表示通入0.2 mol CO2，则Ⅰ点所在曲线表示通入0.1 mol CO2，Ⅰ点和Ⅱ点的c(CO2)相等，由图知参加反应的CO2的物质的量：Ⅱ点大于Ⅰ点的2倍，且该反应为气体分子数增多的反应，同时Ⅱ点的温度比Ⅰ点高，所以体系的总压强p总：p总(状态Ⅱ)>2p总(状态Ⅰ)，B项正确；状态Ⅱ中CO2的投入量为状态Ⅲ的2倍，因状态Ⅱ压强比状态Ⅲ大，而加压平衡逆向移动，则状态Ⅱ中的c(CO)小于状态Ⅲ中c(CO)的2倍，C项正确；状态Ⅲ比状态Ⅰ的温度高，温度越高，反应速率越快，所以状态Ⅲ的反应速率快，D项错误。
2．臭氧是理想的烟气脱硝试剂，其脱硝反应为2NO2(g)＋O3(g)N2O5(g)＋O2(g)，若反应在恒容密闭容器中进行，下列由该反应相关图象作出的判断正确的是( )
A
B
升高温度，平衡常数减小
0～3 s内，反应速率为
v(NO2)＝0.2 mol·L－1
续表
C
D
t1时仅加入催化剂，平衡正向移动
达平衡时，仅改变x，则x为c(O2)
答案 A
解析 A项，由图象可知，该可逆反应的正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，正确；v(NO2)＝＝＝0.2 mol·L－1·s－1，B项错误，单位不对；使用催化剂可加快反应速率，但不能使平衡发生移动，C项错误；D项，若x为c(O2)，则O2浓度增大，NO2的转化率减小，与图象不符，D项错误。
3．在一定温度下，将气体X和气体Y各0.16 mol充入10 L恒容密闭容器中，发生反应X(g)＋Y(g)2Z(g) ΔH<0，一段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如下表：
t/min
2
4
7
9
n(Y)/mol
0.12
0.11
0.10
0.10
下列说法正确的是( )
A．反应前2 min的平均速率v(Z)＝2.0×10－3 mol/(L·min)
B．其他条件不变，降低温度，反应达到新平衡前v(逆)>v(正)
C．该温度下此反应的平衡常数K＝1.44
D．其他条件不变，再充入0.2 mol Z，平衡时X的体积分数增大
答案 C
解析 A项，反应前2 min的平均反应速率v(Y)＝＝2.0×10－3 mol/(L·min), 由反应方程式可知v(Y)∶v(Z)＝1∶2，则v(Z)＝4.0×10－3 mol/(L·min); B项，ΔH<0，该反应的正反应为放热反应，其他条件不变，降低温度时，平衡向正反应方向移动，达到新平衡前v(正)>v(逆)；C项，该温度下7 min时反应已达平衡，若设在此过程中Y消耗的物质的量为Δn，则
X(g) ＋ Y(g) 2Z(g)
始 0.16 mol 0.16 mol 0
变 Δn Δn 2Δn
平 0.10 mol 0.10 mol 2Δn
Δn＝0.16 mol－0.10 mol＝0.06 mol
平衡常数K＝＝＝1.44；D项，该反应前后气体总体积不变，压强对平衡没有影响，再充入0.2 mol Z，达到的新平衡状态与原平衡等效，故X体积分数不变。
4．Bodensteins研究了下列反应：
2HI(g)H2(g)＋I2(g)
在716 K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＝0.0027 min－1，在t＝40 min时，v正＝________min－1。
(3)由上述实验数据计算得到v正～x(HI)和v逆～x(H2)的关系可用下图表示。当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为________(填字母)。
答案 (1) (2)k正/K 1.95×10－3
(3)A、E
解析 (1)设开始加入的HI为x mol，达平衡时转化的HI是a mol，则
2HI(g)H2(g) ＋ I2(g)
开始/mol x 0 0
转化/mol a
平衡/mol x－a
所以＝0.784，得a＝0.216x，K＝＝。
(2)达平衡时，v正＝v逆，k正x2(HI)＝k逆x(H2)x(I2)，k逆＝＝k正/K。v正＝k正x2(HI)，在40 min时，x(HI)＝0.85，所以v正＝0.0027 min－1×0.85×0.85＝1.95×10－3 min－1。
(3)升高温度，正、逆反应速率都增大，但平衡正向移动，HI的物质的量分数减小，H2的物质的量分数增大，分析题图，反应重新达到平衡时，相应的点分别是A、E。
5．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2 L恒容密闭容器中加入0.2 mol NO和0.1 mol Cl2，10 min时反应(Ⅱ)达到平衡。测得10 min内v(ClNO)＝7.5×10－3 mol·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___________。
(3)实验室可用NaOH溶液吸收NO2，反应为2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O。含0.2 mol NaOH的水溶液与0.2 mol NO2恰好完全反应得1 L溶液A，溶液B为0.1 mol·L－1的CH3COONa溶液，则两溶液中c(NO)、c(NO)和c(CH3COO－)由大到小的顺序为________。(已知HNO2的电离常数Ka＝7.1×10－4 mol·L－1，CH3COOH的电离常数Ka＝1.7×10－5 mol·L－1)
可使溶液A和溶液B的pH相等的方法是________。
a．向溶液A中加适量水 b．向溶液A中加适量NaOH
c．向溶液B中加适量水 d．向溶液B中加适量NaOH
答案 (1) (2)2.5×10－2 75% > 不变 升高温度
(3)c(NO)>c(NO)>c(CH3COO－) bc
解析 本题考查化学平衡常数之间的关系、化学平衡计算及盐的水解等。
(1)根据盖斯定律2(Ⅰ)－(Ⅱ)可得总反应：K＝，K1＝，K2＝，故K＝。
(2)反应生成ClNO的浓度为c(ClNO)＝7.5×10－3 mol·L－1·min－1×10 min＝7.5×10－2 mol·L－1。
2NO(g) ＋ Cl2(g) 2ClNO
起始(mol·L－1)：0.1 0.05 0
转化(mol·L－1)：7.5×10－2 3.75×10－2 7.5×10－2
平衡(mol·L－1)：2.5×10－2 1.25×10－2 7.5×10－2
故平衡时Cl2的物质的量为1.25×10－2 mol·L－1×2 L＝2.5×10－2 mol；
NO的转化率为×100%＝75%。
该反应是气体计量数减小的反应，恒压条件下，有利于平衡向正反应方向移动，故NO的转化率提高。但是温度不变，平衡常数不变。该反应是放热反应，若使平衡常数减小，必然是升高温度，平衡逆向移动。
(3)醋酸的电离常数比HNO2小，即CH3COOH的酸性比HNO2弱，则NO的水解程度小于CH3COO－，HNO3是强酸，NO不水解，故离子浓度关系为c(NO)>c(NO)>c(CH3COO－
)。A溶液pH小于B溶液。a项对A溶液稀释，溶液的pH降低。b项向A中加入NaOH能够使溶液的pH增大，可能与溶液B的pH相等。c项对B溶液稀释，溶液的pH降低，可能达到与A相等。d项向B中加入NaOH，二者的pH差异增大。
6．反应AX3(g)＋X2(g)AX5(g)(ΔH<0)在容积为10 L的密闭容器中进行。起始时AX3和X2均为0.2 mol。反应在不同条件下进行，反应体系总压强随时间的变化如图所示。
(1)列式计算实验a从反应开始至达到平衡时的反应速率v(AX5)＝________。
(2)图中3组实验从反应开始至达到平衡时的反应速率v(AX5)由大到小的顺序为________(填实验序号)；与实验a相比，其他两组改变的实验条件及判断依据是：b___________、c______________。
(3)用p0表示开始时总压强，p表示平衡时总压强，α表示AX3的平衡转化率，则α的表达式为______________；
实验a和c的平衡转化率：αa为________、αc为________。
答案 (1)＝1.7×10－4mol·L－1·min－1
(2)b>c>a 加入催化剂；反应速率加快，但平衡状态没有改变 温度升高；反应速率加快，平衡向逆反应方向移动(或反应容器的容积和起始物质的量未改变，但起始总压强增大)
(3)α＝2× 50% 40%
解析 本题主要考查了化学反应速率的计算、化学平衡图象、外界条件对平衡的影响及转化率的计算等。
(1)开始时n0＝0.4 mol，总压强为160 kPa，平衡时总压强为120 kPa，则＝，解得n＝0.40 mol×＝0.30 mol，
AX3(g) ＋ X2(g) AX5(g)
起始时n0/mol: 0.20 0.20 0
平衡时n/mol: 0.20－x 0.20－x x
故(0.20－x)＋(0.20－x)＋x＝0.30，x＝0.10。
v(AX5)＝＝1.7×10－4mol·L－1·min－1。
(2)横坐标代表达到平衡所用的时间，时间越短，达到平衡时的反应速率越快，故为b>c>a；b和a达到平衡时的压强一样，但是b达到平衡用的时间短，故b加入了催化剂，反应速率加快；c达到平衡的时间缩短，且起始时容器的体积不变，而压强大于a，故开始时升高了温度，使反应速率增大同时使平衡左移。
(3)根据反应： AX3 ＋ X2 === AX5
n始态(mol): 0.2 0.2 0
n变化量(mol): 0.2α 0.2α 0.2α
n平衡量(mol): 0.2－0.2α 0.2－0.2α 0.2α
温度、体积一定，压强与物质的量成正比则有：
＝
解得：α＝2×；αa＝2×＝0.5，αc＝2×＝0.4。
7．工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量氮氧化物(NOx)、CO2、SO2等气体，严重污染空气。对废气进行脱硝、脱碳和脱硫处理可实现绿色环保、废物利用。
Ⅰ.脱硝：已知H2的燃烧热为285.8 kJ·mol－1；
N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g) ΔH＝＋133 kJ·mol－1；
H2O(g)===H2O(l) ΔH＝－44 kJ·mol－1。
催化剂存在下，H2还原NO2生成水蒸气和其他无毒物质的热化学方程式为______________。
Ⅱ.脱碳：向2 L密闭容器中加入2 mol CO2、6 mol H2，在适当的催化剂作用下，发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(l)＋H2O(l) ΔH<0。
(1)①该反应自发进行的条件是________(填“低温”“高温”或“任意温度”)。
②下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是________。
a．混合气体的平均式量保持不变
b．CO2和H2的体积分数保持不变
c．CO2和H2的转化率相等
d．混合气体的密度保持不变
e．1 mol CO2生成的同时有3 mol H—H键断裂
③CO2的浓度随时间(0～t2)变化如图所示，在t2时将容器容积缩小为原来的一半，t3时达到平衡，t4时降低温度，t5时达到平衡，请画出t2～t6 CO2的浓度随时间的变化。
(2)改变温度，使反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH<0中的所有物质都为气态。起始温度、体积相同(T1 ℃、2 L密闭容器)。反应过程中部分数据见下表：
反应时间
CO2(mol)
H2(mol)
CH3OH(mol)
H2O(mol)
反应Ⅰ
恒温恒容
0 min
2
6
0
0
10 min
4.5
20 min
1
30 min
1
反应Ⅱ
绝热恒容
0 min
0
0
2
2
①达到平衡时，反应Ⅰ、Ⅱ对比：平衡常数K(Ⅰ)________K(Ⅱ)(填“>”“<”或“＝”，下同)；平衡时CH3OH的浓度c(Ⅰ)________c(Ⅱ)。
②对反应Ⅰ，前10 min内的平均反应速率v(CH3OH)＝________，在其他条件不变的情况下，若30 min时只改变温度为T2 ℃，平衡时H2的物质的量为3.2 mol，则T1________T2(填“>”“<”或“＝”)。若30 min时只向容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，则平衡________移动(填“正向”“逆向”或“不”)。
答案 Ⅰ.4H2(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋4H2O(g)
ΔH＝－1100.2 kJ·mol－1
Ⅱ.(1)①低温 ②de
③如图
(2)①< < ②0.025 mol·L－1·min－1 < 不
解析 Ⅰ.H2的燃烧热为285.8 kJ·mol－1，则2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1①
N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g) ΔH＝＋133 kJ·mol－1②
H2O(g)===H2O(l) ΔH＝－44 kJ·mol－1③
将①×2－②－③×4得：4H2(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1100.2 kJ·mol－1。
Ⅱ.(1)①该反应是熵减的放热反应，在低温下能自发进行。②该反应的生成物不是气体，反应过程中，混合气体的平均式量、CO2和H2的体积分数均保持不变；投料比等于化学方程式的化学计量数之比，CO2和H2的转化率相等，这些都无法说明反应是否达到平衡。反应正向进行时，混合气体的密度减小，混合气体的密度保持不变说明反应达到平衡。1 mol CO2生成(逆反应)的同时有3 mol H—H键断裂(正反应)，说明正反应速率等于逆反应速率，反应达到平衡。③在t2时将容器容积缩小为原来的一半，c(CO2)变为原来的两倍，平衡正向移动，c(CO2)随后减小直到不变；t4时降低温度，平衡正向移动，c(CO2)在原平衡的基础上减小直到不变。且由于温度不变，平衡常数不变，重新达到平衡时c(CO2)和c(H2)均与原平衡相等。
(2)①反应Ⅰ恒温恒容，从正向反应建立平衡；反应Ⅱ绝热恒容，从逆向反应建立平衡。该反应的正反应是放热反应，故逆向反应是吸热反应，反应Ⅱ中体系温度降低，相对于反应Ⅰ平衡正向移动，故反应Ⅱ的平衡常数大，平衡时CH3OH的浓度大。②对反应Ⅰ，前10 min内，v(H2)＝＝0.075 mol·L－1·min－1，v(CH3OH)＝v(H2)＝0.025 mol·L－1·min－1。20 min和30 min时CH3OH的物质的量都是1 mol，说明反应达到了平衡，此时n(H2)＝3 mol。只改变温度为T2 ℃，平衡时H2的物质的量为3.2 mol，说明平衡逆向移动，温度升高，故T1
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