2018届二轮复习化学反应速率和化学平衡学案（全国通用）(2)

2018届二轮复习化学反应速率和化学平衡学案（全国通用）(2)

化学反应速率和化学平衡 ‎【命题规律】‎ 化学反应速率和化学平衡是高考的必考内容，其主要命题内容有：①化学反应速率影响因素及计算；②化学平衡状态的判断及影响因素；③应用平衡原理判断反应进行的方向；④化学反应速率和化学平衡的图象分析；⑤转化率、平衡常数的含义及简单计算。‎ 将化学反应速率和化学平衡移动的原理与化工生产、生活实际相结合的题目是最近几年的高考命题的热点。特别是化学平衡常数的影响因素及其计算是新教材增加的内容，应引起同学们的关注 。‎ ‎ 【重点知识梳理】‎ 一 物质状态和浓度对反应速率的影响 ‎1．对于有固体参加的化学反应而言，由于在一定条件下，固体的浓度是固定的，所以固体物质在化学反应中浓度不改变，因此在表示化学反应速率时，不能用固体物质。但因为固体物质的反应是在其表面进行的，故与其表面积有关，当固体颗粒变小时，会增大表面积，加快反应速率。‎ ‎2．对于有气体参加的反应而言，改变压强，对化学反应速率产生影响的根本原因是引起浓度改变所致。所以，在讨论压强对反应速率的影响时，应区分引起压强改变的原因，这种改变对反应体系的浓度产生何种影响，由此判断出对反应速率产生何种影响。‎ 对于气体反应体系，有以下几种情况：‎ ‎(1)恒温时：‎ 增加压强体积缩小浓度增大反应速率加快。‎ ‎(2)恒容时：‎ ‎①充入气体反应物浓度增大总压增大速率加快 ‎②充入“惰气”总压增大，但各分压不变，即各物质的浓度不变，反应速率不变。‎ ‎(3)恒压时：‎ 充入：“惰气”体积增大各反应物浓度减少反应速率减慢。‎ 二 外界条件对化学反应速率的影响 ‎ 影响因素 分子总数 活化分子百分数 活化分子总数 活化分子浓度 ‎（单位体积活化分子数）‎ 增大浓度 增加 ‎ ‎ 不变 ‎ 增加 ‎ 增加 增大压强 ‎ 不变 ‎ 不变 ‎ 不变 ‎ 增加 升高温度 不变 ‎ ‎ 增加 ‎ 增加 ‎ 增加 正催化剂 不变 ‎ ‎ 增加 ‎ 增加 ‎ 增加 三 化学反应速率的图象 图象也是一种表达事物的语言符号，化学反应速率图象是将化学反应速率变化的状况在直角坐标系中以图的形式表达的结果，是化学反应速率变化规律的反映。认识和应用化学反应速率图象时，要立足于化学方程式，应用化学反应速率变化的规律，分析直角坐标系及其图象的涵义。‎ ‎1．化学反应CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O ‎(1)其他条件一定，反应速率随着c(HCl)的增大而增大，如图①。‎ ‎(2)其他条件一定，反应速率随着温度的升高而增大，如图②。‎ ‎(3)随着反应时间的延长，c(HCl)逐渐减小，化学反应速率逐渐减小，如图③。‎ ‎2．化学反应2H2S(g)＋SO2(g)===3S↓(s)＋2H2O(g)‎ ‎(1)其他条件一定，增大气态反应物的压强(缩小气体容器的容积)，反应速率随着压强的增大而增大。如图①。‎ ‎(2)其他条件一定，减小气态反应物的压强(扩大气体容器的容积)，反应速率随着压强的减小而减小，如图②。‎ ‎(3)温度、气体容器的容积都一定，随着时间的增加，SO2、H2S物质的量逐渐减少，气体的压强逐渐减小，反应速率逐渐减小，如图③。‎ ‎(4)分别在较低温度T1和较高温度T2下反应，气态反应物的压强都是逐渐增大(缩小容器容积)，反应速率随着压强的增大而增大及随着温度的升高而增大，如图④。‎ 四 化学平衡状态的特征和判断方法 ‎1．化学平衡状态的特征 化学平衡状态的特征可以概括为：逆、等、动、定、变。‎ ‎(1)“逆”——研究对象是可逆反应。‎ ‎(2)“等”——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，这是可逆反应达到平衡状态的重要标志。‎ ‎(3)“动”——指化学反应已达到化学平衡状态时，反应并没有停止，实际上正反应与逆反应始终在进行，只是正反应速率等于逆反应速率，即v正＝v逆≠0，所以化学平衡状态是动态平衡状态。‎ ‎(4)“定”——在一定条件下可逆反应一旦达到平衡(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。‎ ‎(5)“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)，而与达到平衡的过程无关(化学平衡状态既可从正反应方向开始达到平衡，也可以从逆反应方向开始达到平衡)。当外界条件变化时，原来的化学平衡也会发生相应的变化。‎ ‎2．化学平衡状态的判断方法 ‎(1)直接判定：v正＝v逆(实质)‎ ‎①同一物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率。‎ ‎②不同的物质：速率之比等于方程式中的系数比，但必须是不同方向的速率。‎ ‎(2)间接判定：‎ ‎①各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积(气体)、物质的量浓度保持不变。‎ ‎②各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数保持不变。‎ ‎③若反应前后的物质都是气体，且系数不等，总物质的量、总压强(恒温、恒容)、平均摩尔质量、混合气体的密度(恒温、恒压)保持不变。‎ ‎④反应物的转化率、产物的产率保持不变。‎ 总之，能变的量保持不变说明已达平衡。(如下表所示)‎ 例举反应 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)‎ 是否平衡状态 混合物体 系中各成 分的量 ‎①各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定 是 ‎②各物质的质量或各物质的质量分数一定 是 ‎③各气体的体积或体积分数一定 是 ‎④总体积、总压强、总物质的量、总浓度一定 不一定 正反应速 率与逆反 应速率的 关系 ‎①在单位时间内消耗了m mol A，同时生成m mol A，即v正＝v逆 是 ‎②在单位时间内消耗了n mol B，同时消耗了p mol C，则v正＝v逆 是 ‎③vA∶vB∶vC∶vD＝m∶n∶p∶q，v正不一定等于v逆 不一定 ‎④在单位时间内生成n mol B，同时消耗q mol D，均指v逆，v正不一定等于v逆 不一定 压强 ‎①若m＋n≠p＋q，总压强一定(其他条件不变)‎ 是 ‎②若m＋n＝p＋q，总压强一定(其他条件不变)‎ 不一定 平均相对 ‎①r一定，只有当m＋n≠p＋q时 是 分子质量 ‎②r一定，但m＋n＝p＋q时 不一定 温度 任何化学反应都伴随着能量变化，在其他条件不变的情况下，体系温度一定时 是 体系的密度 密度一定 不一定 特别提醒：①化学平衡的实质是v(正)＝v(逆)≠0时，表现为平衡体系中各组分的物质的量或物质的量分数不再变化，因此v(正)＝v(逆)＞0是化学平衡判断的充要条件。‎ ‎②运用v(正)＝v(逆)≠0时，注意方向和数量关系。‎ ‎③学会“变”与“不变”判断。“变”就是到达平衡过程中量“变”，而到达平衡后“不变”。否则，不一定平衡。‎ 五 等效平衡 ‎1．等效平衡 在一定条件（恒温恒容或恒温恒压）下，同一可逆反应体系，不管是从正反应开始，还是从逆反应开始，在达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量（体积分数、物质的量分数等）均相同，这样的化学平衡互称等效平衡（。‎ 概念的理解：‎ ‎（1）外界条件相同：通常可以是①恒温、恒容，②恒温、恒压。 ‎ ‎（2）“等效平衡”与“完全相同的平衡状态”不同：“完全相同的平衡状态” 是指在达到平衡状态时，任何组分的物质的量分数（或体积分数）对应相等，并且反应的速率等也相同，但各组分的物质的量、浓度可能不同。而“等效平衡”只要求平衡混合物中各组分的物质的量分数（或体积分数）对应相同，反应的速率、压强等可以不同 ‎（3）平衡状态只与始态有关，而与途径无关，（如：①无论反应从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始②投料是一次还是分成几次③反应容器经过扩大—缩小或缩小—扩大的过程，）只要起始浓度相当，就达到相同的平衡状态。‎ ‎2.等效平衡的分类 在等效平衡中比较常见并且重要的类型主要有以下三种： ‎ 第一类：对于恒温、恒容条件下反应前后气体体积改变的可逆反应如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质，其物质的量与对应组分的起始加入量相同，则建立的化学平衡状态是等效的。‎ 例如，恒温恒容下的可逆反应：‎ ‎2SO2　＋ O2 2SO3‎ ‎①　　2 mol　　1 mol　　 　0 mol ‎②　　0 mol　　0 mol　　 　2 mol ‎③　0.5 mol　　0.25 mol　　 1.5 mol 上述三种配比，按方程式的计量关系均转化为反应物，则SO2均为2 mol 、O2均为1 mol，三者建立的平衡状态完全相同。‎ 第二类：对于恒温、恒容条件下为反应前后气体体积不变的可逆反应如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一边的物质，其物质的量比与对应组分的起始加入量比相同，则建立的化学平衡是等效的。‎ 例如，恒温恒容条件下，对于可逆反应：‎ ‎ H2(g) ＋ I2(g) 2HI(g)‎ ‎①　1 mol　　1 mol　　 0 mol ‎②　2 mol　　2 mol　　 1 mol 上述两种配比，按方程式中化学计量关系均转化为反应物，两种情况下H2与I2(g)的物质的量比均为1:1，因此上述两种情况建立的化学平衡状态是等效的。‎ 第三类：对于恒温、恒压条件下的任何气体参加的可逆反应(无论反应前后气体体积可变或不变)。如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一边的物质，其物质的量比与对应组分的起始加入量比相同，则建立的化学平衡是等效的。‎ 例如，恒温、恒压条件下，对于可逆反应：‎ N2＋ 3H2 2NH3‎ ‎①　1 mol　3 mol　　0 mol ‎②　2 mol　6 mol　　1 mol ‎③　0 mol　0 mol　　0.5mol 上述三种配比，按方程式中化学计量关系均转化为反应物，三种情况下，N2与H2的物质的量比均 1 ∶ 3，因此上述三种情况建立的化学平衡状态是等效的。‎ ‎3.化学平衡的思维方法：‎ ‎(1)可逆反应“不为零”原则 可逆性是化学平衡的前提，达到平衡时，反应物和生成物共存，每种物质的物质的量不为零。‎ 一般可用极限分析法推断：假设反应不可逆，则最多生成产物多少，有无反应物剩余，余多少。这样的极值点是不可能达到的，故可用确定某些范围或在范围中选择合适的量。 ‎ ‎(2)“一边倒”原则 可逆反应，在条件相同时(如等温等容)，若达到等同平衡，其初始状态必须能互变，从极限角度看，就是各物质的物质的量要相当。因此，可以采用“一边倒”的原则来处理以下问题：化学平衡等同条件(等温等容)‎ 可逆反应 aA(g) + bB(g) ＝ cC(g)‎ ‎①起始量 a b 0 平衡态Ⅰ ‎②起始量 0 ‎0 c 平衡态Ⅱ ‎③起始量 x y z 平衡态Ⅲ 为了使平衡Ⅰ=平衡Ⅱ=平衡Ⅲ，根据“一边倒”原则，即可得：x+a/cz=a得x/a+z/c=1； y+b/cz=b得y/b+z/c=1 。‎ 六 化学平衡移动与图像 总结：①只要增大浓度、增大压强、升高温度，新平衡都在原平衡的上方，v′正=v′逆>v正=v逆 ‎；只要减小浓度、降低压强、降低温度，新平衡都在原平衡下方，v″正＝v″逆b)粉末状碳酸钙与同浓度盐酸反应，则相应的曲线(图中虚线所示)正确的是(　　)‎ ‎ ‎ 解析：粉末状碳酸钙的表面积比块状碳酸钙的表面积大，故在相同条件下，与同浓度的盐酸反应时化学反应速率快，即单位时间内损失的CaCO3的质量大，可排除A、B；由于a>b，用粉末状CaCO3的消耗量大于块状CaCO3，故当粉末状CaCO3完全消耗时，块状CaCO3尚有剩余，此后单位时间内CaCO3的损失量又大于粉末状CaCO3。‎ 答案：C 题型五 平衡状态的判断 ‎【例5】一定温度下，可逆反应2NO2(g) ‎△‎ 2NO(g)＋O2(g)在体积固定的密闭容器中反应，达到平衡状态的标志是 (　　)‎ ‎①单位时间内生成n mol O2，同时生成2n mol NO2‎ ‎②单位时间内生成n mol O2，同时生成2n mol NO ‎③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2∶2∶1‎ ‎④混合气体的压强不再改变 ‎⑤混合气体的颜色不再改变 ‎⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变　　　　　　　　　　　　　　　‎ A．①④⑤⑥ B．①②③⑤ C．②③④⑥ D．以上全部 ‎ ‎ 解析：①生成n mol O2，就是消耗2n mol NO2，即生成NO2的速率等于消耗NO2的速率，能表示v正＝v逆，正确。②表示同一方向的反应速率，不能表示v正＝v逆，不正确。③只要发生反应，或者说不论反应是否达到平衡，NO2、NO、O2的速率之比就为2∶2∶1，它不能反映可逆反应是否达到平衡，不正确。④温度、体积一定，混合气体压强不再改变，对于反应前后气体体积不相等的反应，说明气体的总物质的量不变，表明已达平衡。⑤颜色的深浅决定于有色物质2的浓度，混合气体颜色不变，说明NO2的浓度不再改变，能说明已达到平衡，正确。⑥混合气体的平均相对分子质量(＝)不变，说明气体的总物质的量(n)不变，表明已达平衡，正确。‎ ‎ 答案：A 题型六 化学平衡图象 ‎【例6】反应aM(g)＋bN(g) cP(g)＋dQ(g)达到平衡时，M的体积分数y(M)与反应条件的关系如图所示．其中z表示反应开始时N的物质的量与M的物质的量之比．下列说法正确的是(　　)‎ A．同温同压同z时，加入催化剂，平衡时Q的体积分数增加 B．同压同z时，升高温度，平衡时Q的体积分数增加 C．同温同z时，增加压强，平衡时Q的体积分数增加 D．同温同压时，增加z，平衡时Q的体积分数增加 ‎ ‎ 解析：可逆反应中，催化剂只能改变化学反应速率，A错；由两个图象可知，M的体积分数随着温度升高而降低，即温度升高，平衡右移，故平衡时生成物Q的体积分数增加，B正确；同为‎650℃‎、z＝2.0，压强为1.4 MPa时，y(M)＝30%，而压强为2.1 MPa时，y(M)＝35%，即增大压强，平衡左移，故平衡时Q的体积分数减小，C错；由图象可知，同温、同压时，若N的物质的量增加，而M的物质的量不变，则尽管z越大，y(M)减小，平衡右移，但Q增加的物质的量远小于加入的N的物质的量，此时Q的体积分数减小，D错。‎ 答案：B 题型七 等效平衡 ‎【例7】在一定温度下，把2mol SO2和1mol O2通入一定容积的密闭容器中，发生如下反应，，当此反应进行到一定程度时反应混合物就处于化学平衡状态。现在该容器中维持温度不变，令a、b、c分别代表初始时加入的 的物质的量（mol），如果a、b、c取不同的数值，它们必须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡状态时，反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡完全相同。请填空：‎ ‎（1）若a=0，b=0，则c=___________。‎ ‎（2）若a=0.5，则b=___________，c=___________。‎ ‎（3）a、b、c的取值必须满足的一般条件是___________，___________。（请用两个方程式表示，其中一个只含a和c，另一个只含b和c）‎ 解析：通过化学方程式：可以看出，这是一个化学反应前后气体分子数不等的可逆反应，在定温、定容下建立的同一化学平衡状态。起始时，无论怎样改变的物质的量，使化学反应从正反应开始，还是从逆反应开始，或者从正、逆反应同时开始，但它们所建立起来的化学平衡状态的效果是完全相同的，即它们之间存在等效平衡关系。我们常采用“等价转换”的方法，分析和解决等效平衡问题。‎ ‎（1）若a=0，b=0，这说明反应是从逆反应开始，通过化学方程式可以看出，反应从2mol SO3开始，通过反应的化学计量数之比换算成和的物质的量（即等价转换），恰好跟反应从2mol SO2和1mol O2的混合物开始是等效的，故c=2。‎ ‎（2）由于a=0.5<2，这表示反应从正、逆反应同时开始，通过化学方程式可以看出，要使0.5 mol SO2反应需要同时加入0.25mol O2才能进行，通过反应的化学计量数之比换算成SO3的物质的量（即等价转换）与0.5 mol SO3是等效的，这时若再加入1.5 mol SO3就与起始时加入2 mol SO3是等效的，通过等价转换可知也与起始时加入2 mol SO2和1mol O2是等效的。故b=0.25，c=1.5。‎ ‎（3）题中要求2mol SO2和1mol O2要与a mol SO2、b mol O2和c mol SO3建立等效平衡。由化学方程式可知，c mol SO3等价转换后与c mol SO2和等效，即是说，和与a mol SO2、b mol O2和c mol SO3等效，那么也就是与2mol SO2和1mol O2等效。故有。‎ ‎ ‎ 题型八 化学平衡与转化率 ‎【例8】在密闭容器中进行N2＋3H22NH3反应，起始时N2和H2分别为10 mol 和30 mol，当达到平衡时，N2的转化率为30%。若以NH3作为起始反应物，反应条件与上述反应相同时，要使其反应达到平衡时各组成成分的物质的量分数与前者相同，则NH3的起始物质的量和它的转化率正确的是 (　　)‎ A．40 mol 35%　　　　 B．20 mol 30%‎ C．20 mol 70% D．10 mol 50%‎ ‎ ‎ 解析：根据题意：可推算出反应达到平衡时各组成成分的物质的量。‎ ‎　　　　N2 ＋　　　　　　3H2 2NH3‎ 起始量10 mol　　　　 　30 mol　　　 0‎ 变化量10×30%＝3 mol　 9 mol　　　 6 mol 平衡量7 mol　　　　　　21 mol　　　 6 mol 从逆向思维考虑，若正反应进行到底，可求得生成NH3 20 mol，此NH3的物质的量就是从逆向进行上述反应时，NH3的起始反应量。 ‎ 在同温和同一容器中进行逆向反应达到平衡时，各组成成分的物质的量与上述反应相同。‎ N2 ＋　　　3H2　 　 2NH3‎ 起始量0　　　　　　0　　　　 　20 mol 平衡量7 mol　　　21 mol　　 20－14＝6 mol 可见NH3起始量20 mol ‎ NH3的转化率： ×100%＝70%。 ‎ 答案：C