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文档介绍
2018届二轮复习化学反应速率和化学平衡教案（全国通用）
专题6 化学反应速率和化学平衡 【2018年高考考纲解读】 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；了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。 【重点、难点剖析】 一、化学反应速率与计算 1．外界条件对可逆反应的正、逆反应速率的影响趋势和程度 (1)当增大反应物(或生成物)浓度时，v(正)[或v(逆)]增大，v(逆)[或v(正)]瞬间不变，随后也增大； (2)增大压强，气体分子数减小方向的反应速率变化程度大； (3)对于反应前后气体分子数不变的反应，改变压强可以同等程度地改变正、逆反应速率； (4)升高温度，不论放热反应还是吸热反应，v(正)和v(逆)都增大，但吸热反应方向的反应速率增大的程度大； (5)使用催化剂，能同等程度地改变正、逆反应速率。 2．惰性气体对反应速率的影响 我们把与化学反应体系中各反应成分均不起反应的气体统称为“惰性气体”。 (1)恒温恒容时 充入“惰性气体”体系总压强增大，但各反应成分分压不变，即各反应成分的浓度不变，化学反应速率不变。 (2)恒温恒压时 充入“惰性气体”容器容积增大各反应成分浓度降低反应速率减小。 二、化学平衡 1．可逆反应达到平衡状态的标志 (1)直接标志 (2)间接标志 2．平衡移动方向的判定 (1)应用平衡移动原理 如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度等)，平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。 ①原理中“减弱这种改变”的正确理解应当是升高温度时，平衡向吸热反应方向移动；增加反应物浓度，平衡向反应物浓度减少的方向移动；增大压强时，平衡向气体体积缩小的方向移动。 ②化学平衡移动的根本原因是外界条件(如温度、压强、浓度等)的改变破坏了原平衡体系，使得正、逆反应速率不再相等。当v正＞v逆时，平衡向正反应方向移动，当v正＜v逆时，平衡向逆反应方向移动，移动的结果是v正＝v逆。若条件的改变不能引起正、逆反应速率的变化，或者正、逆反应速率的变化相同，则平衡不发生移动。 (2)应用浓度商Qc与平衡常数K的关系 3．化学平衡分析中两种重要思想的应用 (1)等价转化思想。化学平衡状态的建立与反应途径无关，即无论可逆反应是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，或从中间状态开始，只要起始投入物质的物质的量相等，则可达到一样的平衡状态。 (2)放大缩小思想。该方法适用于起始投入物质的物质的量存在一定的倍数关系。它指的是将反应容器的体积扩大或缩小一定的倍数，让起始物质的浓度相同，则在一定的条件下，可建立相同的平衡状态。然后在此基础上进行压缩或扩大，使其还原为原来的浓度。分析在压缩或扩大过程中，平衡如何移动，再依据勒夏特列原理，分析相关量的变化情况。 三、化学平衡常数及转化率 1．化学平衡计算的基本模式——平衡“三步曲” 根据反应进行(或平衡移动)的方向，设某反应物消耗的量，然后列式求解。 例： mA ＋ nB pC ＋ qD 起始量： a b 0 0 变化量： mx nx px qx 平衡量： a－mx b－nx px qx 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弄清起始量、平衡量、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．化学平衡计算的极限思维模式——“一边倒”思想 极限思维可概括为：“始转平，平转始，欲求范围找极值”。 例： mA ＋ nB pC 起始： a b c 转化极限： a a a 平衡极限： 0 b－a c＋a 3．转化率计算公式 转化率α＝×100%。 【高考 题型示例】 题型1、化学反应速率的影响因素与定量计算 1．外界条件对化学反应速率的影响 (1)纯液体和固体浓度可视为常数，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积的大小发生变化，故影响化学反应速率。 (2)对使用催化剂的反应，由于催化剂只有在适宜的温度下活性最大，反应速率才能达到最大，故在许多工业生产中温度的选择还需考虑催化剂的活性温度范围。 (3)对于有气体参与的化学反应，有以下几种情况： ①恒温时，压缩体积压强增大反应物浓度增大反应速率加快。 ②恒温时，对于恒容密闭容器： a．充入气体反应物气体反应物浓度增大(压强也增大)反应速率加快。 b．充入“惰性”气体总压强增大―→反应物浓度未改变―→反应速率不变。 ③恒温恒压时 充入“惰性”气体体积增大气体反应物浓度减小反应速率减小。 (4)外界条件对可逆反应的正、逆反应速率的影响方向是一致的，但影响程度不一定相同。 ①当增大反应物浓度时，v正增大，v逆瞬间不变，随后也增大； ②改变压强，气体分子数减小方向的反应速率变化程度大； ③对于反应前后气体分子数不变的反应，改变压强正、逆反应速率改变程度相同； ④升高温度，v正和v逆都增大，但吸热反应方向的反应速率增大的程度大；降低温度、v正和v逆都减小，但吸热反应方向的反应速率减小的程度大； ⑤使用催化剂，能同等程度地改变正、逆反应速率。 2．方法：化学反应速率的求算 (1)公式法：v(B)＝＝ 用上式进行某物质反应速率计算时需注意以下几点： 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。 ③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之比等于其化学计量数之比。 (2)比值法：同一化学反应，各物质的反应速率之比等于方程式中的化学计量数之比。对于反应：mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)来说，则有＝＝＝。 【例1】(2016·北京理综，8)下列食品添加剂中，其使用目的与反应速率有关的是( ) A．抗氧化剂 B．调味剂 C．着色剂 D．增稠剂 答案 A 【变式探究】10 mL浓度为1 mol·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(双选)( ) A．K2SO4 B．CH3COONa C．CuSO4 D．Na2CO3 答案 AB 【变式探究】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 解析 A项，根据表中的数据可知：328.2 K时，蔗糖溶液的浓度越大，水解的速率越快。根据浓度与速率的变化关系可知，蔗糖的浓度每减小0.100 mol·L－1，速率减小1.50 mmol·L－1·min－1，所以在浓度为0.400 mol·L－1时，蔗糖水解的速率a＝6.00 mmol·L－1·min－1，正确；B项，根据表中的数据可知：温度升高，水解速率越快，浓度越高，水解速率也越快，同时改变反应物的浓度和反应的温度，若二者对反应速率的影响趋势相反，并能相互抵消，反应速率也可能不变，正确；C项，在物质的浓度不变时，温度升高，水解速率加快，温度降低，水解速率减慢。由于在物质的浓度为0.600 mol·L－1时，当318.2 K时水解速率是3.60 mmol·L－1·min－1，现在该反应的速率为2.16 mmol·L－1·min－1小于3.60 mmol·L－1·min－1，所以反应温度低于318.2 K，即b＜318.2，正确；D项，由于温度不同时，在相同的浓度时的反应速率不同，所以不同温度下，蔗糖浓度减小一半所需的时间不同，错误。 答案 D 【变式探究】一定温度下，10 mL 0.40 mol/L H2O2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．0～6 min的平均反应速率：v(H2O2)≈3.3×10－2 mol/(L·min) B．6～10 min的平均反应速率：v(H2O2)<3.3×10－2 mol/(L·min) C．反应至6 min时，c(H2O2)＝0.30 mol/L D．反应至6 min时，H2O2分解了50% 【答案】C 【解析】 选项 答案 分析 A 正确 0～6 min生成22.4 mL(标准状况)O2，消耗0.002 mol H2O2，则v(H2O2)≈3.3×10－2 mol/(L·min) B 正确 随着反应的进行，反应物浓度减小，反应速率降低 C 错误 反应至6 min时，剩余0.002 mol H2O2，c(H2O2)＝0.20 mol/L D 正确 反应至6 min时，消耗0.002 mol H2O2，转化率为50% 【举一反三】已知分解1 mol H2O2放出热量98 kJ。在含少量I－的溶液中，H2O2分解的机理为： H2O2＋I－―→H2O＋IO－ 慢 H2O2＋IO－―→H2O＋O2＋I－ 快 下列有关该反应的说法正确的是( ) A．反应速率与I－浓度有关 B．IO－也是该反应的催化剂 C．反应活化能等于98 kJ·mol－1 D．v(H2O2)＝v(H2O)＝v(O2) 【答案】A 【感悟提升】化学反应速率的5个易错点 1．错误地把化学反应速率等同于瞬时速率。化学反应速率是某一段时间内的平均速率，而不是瞬时速率。 2．进行化学反应速率的相关计算时，错误地用某物质的物质的量代替物质的量浓度计算，速率大小比较时易忽视各物质的速率的单位是否一致，单位书写是否正确。 3．错误地认为纯固体和纯液体不会改变化学反应速率。实际上不能用纯固体和纯液体物质的变化表示化学反应速率，但若将固体的颗粒变小(增大固体的接触面积)则化学反应速率会加快。 4．错误地认为只要增大压强，化学反应速率一定增大。实际上反应在密闭固定容积的容器中进行，若充入氦气(或不参与反应的气体)，压强增大，但参与反应的各物质的浓度不变，反应速率不变；若反应在密闭容积可变的容器中进行，充入氦气(或不参与反应的气体)而保持压强不变，相当于压强减小，反应速率减小。 5．不能正确区分外界条件对可逆反应的正、逆反应速率的影响趋势。如对ΔH>0的反应，升高温度，平衡逆向移动，正、逆反应速率都增大，并不是只增大逆反应速率，只是逆反应速率增大的程度大于正反应速率；工业合成氨中，移出部分氨气(平衡右移)，正逆反应速率都减小，并不是增大了正反应速率。 题型2、化学平衡状态和移动方向的判断 【例2】【2017江苏卷】温度为T1时，在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应：2NO2(g) 2NO(g)+O2 (g) (正反应吸热)。实验测得：v正= v(NO2)消耗=k正c2(NO2)，v逆=v(NO)消耗=2v(O2)消耗=k逆c2(NO)·c(O2)，k正、k逆为速率常数，受温度影响。下列说法正确的是 A．达平衡时，容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为4∶5 B．达平衡时，容器Ⅱ中比容器Ⅰ中的大 C．达平衡时，容器Ⅲ中NO的体积分数小于50% D．当温度改变为T2时，若k正=k逆，则 T2> T1 【答案】CD 【解析】由容器I中反应2NO2 2NO + O2 起始量(mol/L) 0.6 0 0 变化量(mol/L) 0.4 0.4 0.2 平衡量(mol/L) 0.2 0.4 0.2 可以求出平衡常数K=，平衡时气体的总物质的量为0.8 mol，其中NO占0.4 mol，所以NO的体积分数为50%，。在平衡状态下，v正=v(NO2)消耗=v逆=v(NO)消耗，所以k正c2(NO2)=k逆c2(NO)•c(O2)，进一步求出。A．显然容器II的起始投料与容器I的平衡量相比，增大了反应物浓度，平衡将向逆反应方向移动，所以容器II在平衡时气体的总物质的量一定小于1 mol，故两容器的压强之比一定大于4：5，A错误；B．若容器II在某时刻，， 由反应 2NO2 2NO + O2 起始量(mol/L) 0.3 0.5 0.2 变化量(mol/L) 2x 2x x 平衡量(mol/L) 0.3−2x 0.5+2x 0.2+x 因为，，解之得x=，求出此时浓度商Qc=>K，所以容器II达平衡时，一定小于1，B错误；C．若容器III在某时刻，NO的体积分数为50%， 由反应 2NO2 2NO + O2 起始量(mol/L) 0 0.5 0.35 变化量(mol/L) 2x 2x x 平衡量(mol/L) 2x 0.5−2x 0.35−x 由0.5−2x=2x+0.35−x，解之得，x=0.05，求出此时浓度商Qc=>，说明此时反应未达平衡，反应继续向逆反应方向进行，NO进一步减少，所以C正确；D．温度为T2时，>0.8，因为正反应是吸热反应，升高温度后化学平衡常数变大，所以T2>T1，D正确。 【举一反三】【2017海南】已知反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH＜0。在一定温度和压强下于密闭容器中，反应达到平衡。下列叙述正确的是 A. 升高温度，K减小 B. 减小压强，n(CO2)增加 C. 更换高效催化剂，α(CO)增大 D. 充入一定量的氮气，n(H2)不变 【答案】AD 【变式探究】(2016·江苏化学，15)一定温度下，在3个体积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g) 达到平衡，下列说法正确的是(双选)( ) 容器 温度/K 物质的起始浓度/mol·L－1 物质的平衡浓 度/mol·L－1 c(H2) c(CO) c(CH3OH) c(CH3OH) Ⅰ 400 0.20 0.10 0 0.080 Ⅱ 400 0.40 0.20 0 Ⅲ 500 0 0 0.10 0.025 A.该反应的正反应放热 B．达到平衡时，容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的大 C．达到平衡时，容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍 D．达到平衡时，容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大 解析 对比容器Ⅰ和Ⅲ可知两者投料量相当，若温度相同，最终建立等效平衡，但Ⅲ温度高，平衡时c(CH3OH)小，说明平衡向逆反应方向移动，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，A正确；Ⅱ相对于Ⅰ成比例增加投料量，相当于加压，平衡正向移动，转化率提高，所以Ⅱ中转化率高，B错误；不考虑温度，Ⅱ中投料量是Ⅲ的两倍，相当于加压，平衡正向移动，所以Ⅱ中c(H2)小于Ⅲ中c(H2)的两倍，且Ⅲ的温度比Ⅱ高，相对于Ⅱ，平衡向逆反应方向移动，c(H2)增大，C错误；对比Ⅰ和Ⅲ，温度相同，两者建立等效平衡两容器中速率相等，但Ⅲ温度高，速率加快，D正确。 答案 AD 【举一反三】[2016·浙江理综，28(1)(2)(3)(4)]催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明，在Cu/ZnO催化剂存在下，CO2和H2可发生两个平行反应，分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下： CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－53.7 kJ·mol－1 Ⅰ CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2 Ⅱ 某实验室控制CO2和H2初始投料比为1∶2.2，在相同压强下，经过相同反应时间测得如下实验数据： T(K) 催化剂 CO2转化率(%) 甲醇选择性(%) 543 Cat.1 12.3 42.3 543 Cat.2 10.9 72.7 553 Cat.1 15.3 39.1 553 Cat.2 12.0 71.6 【备注】Cat.1：Cu/ZnO纳米棒；Cat.2：Cu/ZnO纳米片；甲醇选择性：转化的CO2中生成甲醇的百分比 已知：①CO和H2的标准燃烧热分别为－283.0 kJ·mol－1和－285.8 kJ·mol－1 ②H2O(l)===H2O(g) ΔH3＝44.0 kJ·mol－1 请回答(不考虑温度对ΔH的影响)： (1)反应Ⅰ的平衡常数表达式K＝________；反应Ⅱ的ΔH2＝________ kJ·mol－1。 (2)有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有________。 A．使用催化剂Cat.1 B．使用催化剂Cat.2 C．降低反应温度 D．投料比不变，增加反应物的浓度 E．增大CO2和H2的初始投料比 (3)表中实验数据表明，在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响，其原因是________________________________________________________________。 (4)在图中分别画出反应Ⅰ在无催化剂、有Cat.1和有Cat.2三种情况下“反应过程－能量”示意图。 解析 (1)因为CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，平衡常数K的表达式为K＝；因为CO和H2的标准燃烧热分别为－283.0 kJ·mol－1和－285.8 kJ·mol－1，可得下列热化学方程式： CO(g)＋1/2O2(g)===CO2(g) ΔH＝－283.0 kJ·mol－1① H2(g)＋ 1/2O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol－1② 又H2O(g)===H2O(l) ΔH＝－44.0 kJ·mol－1③ 根据盖斯定律，由②－①－③得： CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1 (3)从表格数据分析，在相同的温度下，不同的催化剂，其二氧化碳的转化率也不同，说明不同的催化剂的催化能力不同；相同催化剂不同的温度，二氧化碳的转化率不同，且温度高的转化率大，因为正反应为放热反应，说明表中数据是未到平衡数据。故由表中数据表明此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同，因而在该时刻下对甲醇选择性有影响。 (4)催化剂能降低反应的活化能，再结合表中的数据，Cat.2催化效果比Cat.1 好，故可得到曲线为 。 答案 (1) ＋41.2 (2)CD (3)表中数据表明此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同，因而在该时刻下对甲醇选择性有影响 (4) 【变式探究】某温度下，在2 L的密闭容器中，加入1 mol X(g)和2 mol Y(g)发生反应：X(g)＋m Y(g) 3 Z(g)平衡时，X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。在此平衡体系中加入1 mol Z(g)，再次达到平衡后，X、Y、Z的体积分数不变。下列叙述不正确的是( ) A．m＝2 B．两次平衡的平衡常数相同 C．X与Y的平衡转化率之比为1∶1 D．第二次平衡时，Z的浓度为0.4 mol·L－1 答案 D 【变式探究】羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中，将CO和H2S混合加热并达到下列平衡： CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g) K＝0.1 反应前CO物质的量为10 mol，平衡后CO物质的量为8 mol。下列说法正确的是( ) A．升高温度，H2S浓度增加，表明该反应是吸热反应 B．通入CO后，正反应速率逐渐增大 C．反应前H2S物质的量为7 mol D．CO的平衡转化率为80% 解析 A项，升高温度，H2S浓度增大，说明平衡向逆反应方向移动，逆反应吸热，正反应放热，错误；B项，通入CO气体瞬间正反应速率增大，达到最大值，向正反应方向建立新的平衡，正反应速率开始减小，错误；C项， 因为该反应是反应前后气体体积不变的反应，所以有K＝＝0.1，解得n＝7，正确；D项，根据上述计算可知CO的转化率为20%，错误。 答案 C 【变式探究】汽车尾气中NO产生的反应为：N2(g)＋O2(g)2NO(g)，一定条件下，等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中反应，下图曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间的变化，曲线b表示该反应在某一起始反应条件改变时N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是( ) A．温度T下，该反应的平衡常数K＝ B．温度T下，随着反应的进行，混合气体的密度减小 C．曲线b对应的条件改变可能是加入了催化剂 D．若曲线b对应的条件改变是温度，可判断该反应的ΔH<0 答案 A 【变式探究】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(双选)( ) 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(状态Ⅰ)＞v逆(状态Ⅲ) 此时 此时气体总的物质的量为0.12 mol， Ⅱ所在曲线表示的是通入0.2 mol CO2的变化过程，此时 此时气体总的物质的量为0.32 mol，此时Ⅱ中气体总物质的量大于Ⅰ中气体总物质的量的2倍，且Ⅱ的温度高，气体体积膨胀，压强又要增大，则p总(状态Ⅱ)>2p总(状态Ⅰ)，正确；C项，状态Ⅱ和Ⅲ，温度相同，Ⅱ中CO2的投料量是Ⅲ中CO2投料量的2倍，若恒容时两平衡等效，则有c(CO，状态Ⅱ)＝2c(CO，状态Ⅲ)，但成比例增加投料量，相当于加压，平衡向逆反应方向移动，所以c(CO，状态Ⅱ)<2c(CO，状态Ⅲ)，正确；D项，状态Ⅰ和Ⅲ相比，Ⅲ的温度高，反应速率快，所以v逆(状态Ⅲ)>v逆(状态Ⅰ)，错误。 答案 BC 【举一反三】在容积为1.00 L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4(g)2NO2(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。 回答下列问题： (1)反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)；100 ℃时，体系中各物质浓度随时间变化如图所示。在0～60 s时段，反应速率v(N2O4)为________mol·L－1·s－1；反应的平衡常数K1为__________________。 (2)100 ℃时达到平衡后，改变反应温度为T，c(N2O4)以0.002 0 mol·L－1·s－1的平均速率降低，经10 s又达到平衡。 ①T________100 ℃(填“大于”或“小于”)，判断理由是____________________。 ②列式计算温度T时反应的平衡常数K2___________________________________________。 (3)温度T时反应达平衡后，将反应容器的容积减少一半。平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动，判断理由是___________________________________________________ ___________________。 【答案】(1)①大于 ②0.001 0 ③0.36 mol·L－1 (2)①大于 反应正方向吸热，反应向吸热方向进行，故温度升高 ②平衡时，c(NO2)＝0.120 mol·L－1＋0.002 0 mol·L－1·s－1×10 s×2＝0.160 mol·L－1，c(N2O4)＝0.040 mol·L－1－0.002 0 mol·L－1·s－1×10 s＝0.020 mol·L－1 K2＝＝1.28 mol·L－1 (3)逆反应 对气体分子数增大的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动 吸热反应，即ΔH大于0；根据反应速率的定义可求出N2O4的反应速率；由题中图像可知平衡时NO2和N2O4的浓度，将数据代入平衡常数表达式计算即可。(2)①由题意，改变温度，N2O4的浓度减小，则是升高温度，T大于100 ℃；②根据速率和时间，求出减少的N2O4的浓度为0.02 mol·L－1，则平衡时N2O4的浓度为0.020 mol·L－1，NO2浓度为0.16 mol·L－1，由平衡常数表达式可得K2的值。(3)缩小体积，即增大压强，增大压强平衡向气体体积减小的方向移动，所以平衡逆向移动。 题型3、有关化学平衡常数及转化率的简单计算 高考中对化学反应速率和化学平衡的有关计算往往以化学平衡常数为中心，以转化率为主要考点进行考查。因此对化学平衡常数的理解尤为重要。 (1)对于同类型的反应，K值越大，反应物转化率越大，表示反应进行的程度越大；K值越小，反应物转化率越小，表示反应进行的程度越小。 (2)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。 (3)反应物或生成物中若有固体或纯液体，由于其浓度可以看做为“1”而不代入平衡常数表达式。 (4)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若化学方程式中的化学计量数变化，相应地化学平衡常数也要发生变化；当化学方程式逆写时，平衡常数为原平衡常数的倒数。 【例3】【2017天津卷】常压下羰基化法精炼镍的原理为：Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)。230℃时，该反应的平衡常数K=2×10−5。已知：Ni(CO)4的沸点为42.2℃，固体杂质不参与反应。 第一阶段：将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4； 第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至230℃制得高纯镍。 下列判断正确的是 A．增加c(CO)，平衡向正向移动，反应的平衡常数增大 B．第一阶段，在30℃和50℃两者之间选择反应温度，选50℃ C．第二阶段，Ni(CO)4分解率较低 D．该反应达到平衡时，v生成[Ni(CO)4]=4v生成(CO) 【答案】B 【变式探究】（1）[2016·新课标全国Ⅰ，27(2)]CrO和Cr2O在溶液中可相互转化。室温下，初始浓度为1.0 mol·L－1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O)随c(H＋)的变化如图所示。 ①用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应____________________________。 ②由图可知，溶液酸性增大，CrO的平衡转化率______(填“增大”、“减小”或“不变”)。根据A点数据，计算出该转化反应的平衡常数为________。 ③升高温度，溶液中CrO的平衡转化率减小，则该反应的ΔH________0(填“大于”“小于”或“等于”)。 (2) 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＝0.002 7 min－1，在t＝40 min时，v正＝________min－1。 (2)①2HI(g)H2 (g)＋I2 (g)是反应前后气体物质的量不变的反应。反应后x(HI)＝0.784，则x(H2)＝x(I2)＝0.108，K＝＝＝ 。②到达平衡时，v正＝v逆，即k正x2(HI)＝k逆x(H2)x(I2)，k逆＝k正·＝k正/K，在t＝40 min时，x(HI)＝0.85，v正＝k正x2(HI)＝0.002 7 min－1×(0.85)2＝1.95×10－3 min－1。 答案 (1)①2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O ②增大 1.0×1014 ③小于 (2)① ②k正/K 1.95×10－3 【变式探究】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________。 【答案】(1) (2)2.5×10－2 75% > 不变 升高温度 (Ⅱ)在恒压条件下进行可看作由恒容条件下的平衡通过增大压强来实现，增大压强时反应(Ⅱ)的平衡向右移动，NO的转化率增大，所以α2>α1；平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变；因该反应若要使平衡常数减小，应采用升高温度的方法。 【变式探究】将E和F加入密闭容器中，在一定条件下发生反应：E(g)＋F(s) 2G(g)。忽略固体体积，平衡时G的体积分数(%)随温度和压强的变化如下表所示。 压强/MPa 体积分数/% 温度/℃ 1.0 2.0 3.0 810 54.0 a b 915 c 75.0 d 1 000 e f 83.0 ①b＜f ②915 ℃，2.0MPa时E的转化率为60% ③该反应的ΔS＞0 ④K(1 000 ℃)＞K(810 ℃) 上述①～④中正确的有( )。 A．4个 B．3个 C．2个 D．1个 【答案】A ②假设起始时加入的E的物质的量为n E(g)＋F(s) 2G(g) 起始 n 0 平衡 n－x 2x ×100%＝75% x＝0.6n 此时，E的转化率为60%，正确。 ③该反应为熵增加的反应，ΔS＞0，正确。 ④由于该反应为吸热反应，升温，平衡右移，K增大，正确。 【变式探究】工业上，可用CO和H2合成CH3OH，此反应的化学方程式为CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)。该反应不同温度下的平衡常数如表所示： 温度/℃ 0 100 200 300 400 平衡常数 667 13.5 1.9×10－2 2.4×10－4 1×10－5 下列叙述中正确的是( )。 A．该反应的正反应是吸热反应 B．100 ℃时，向体积为V1 L的恒容密闭容器中充入2 mol CO和4 mol H2，达到平衡时，CO的转化率为40%，则V1＝12 C．250 ℃时，向体积为V2L的恒容密闭容器中充入3 mol CO和3 mol H2，达到平衡时，混合气体中CO的体积分数为50% D．250 ℃时，向体积为V2 L的恒容密闭容器中充入3 mol CO和3 mol H2，达到平衡时，混合气体中CH3OH(g)的体积分数为62.5% 【答案】C 根据100 ℃时的化学平衡常数K＝13.5，有：＝13.5，解得V1＝＝10.8，B项错误。 对于C、D两项的分析，也可利用“起始”、“转化”、“平衡”三段式进行如下计算： CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) 起始/mol: 3 3 0 转化/mol: x 2x x 平衡/mol: 3－x 3－2x x 达到平衡时，气体的总物质的量为(6－2x)mol，混合气体中CO的体积分数为×100%＝50%；达到平衡时，混合气体中CH3OH(g)的体积分数为×100%。在没有给出250 ℃时该反应的化学平衡常数的前提下，无法求出上式中x的值，由于达到平衡时，混合气体中CO的体积分数为50%，则CH3OH(g)的体积分数肯定小于50%，C项正确，D项错误。 题型4、有关速率和平衡图表题 例4、【2017江苏卷】H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70℃时不同条件下H2O2 浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是 A．图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越小，其分解速率越快 B．图乙表明，其他条件相同时，溶液pH越小，H2O2分解速率越快 C．图丙表明，少量Mn 2+存在时，溶液碱性越强，H2O2分解速率越快 D．图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2+对H2O2分解速率的影响大 【答案】D 【变式探究】在一定条件下，N2O分解的部分实验数据如下： 下图能正确表示该反应有关物理量变化规律的是( ) (注：图中半衰期指任一浓度N2O消耗一半时所需的相应时间，c1、c2均表示N2O初始浓度且c1查看更多