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文档介绍
2018届二轮复习化学反应速率化学平衡学案（全国通用）(1)
2018届二轮复习 化学反应速率 化学平衡 [高考关键词] 1.化学反应速率：计算、影响因素。2.化学平衡状态：判断、平衡常数、平衡移动、转化率。3.特点：方程式特点、容器特点。4.关系：速率与平衡的关系、Q与K的关系。5.结合：速率、平衡理论与生活、生产的结合，数形结合(几种平衡图像)。 1．某温度时，在2 L密闭容器中X、Y、Z三种物质随时间的变化关系曲线如图所示。 (1)由图中的数据分析，该反应的化学方程式为___________________________ ________________________________________________________________________。 (2)反应开始至2 min，Z的平均反应速率为_______________________________。 (3)反应开始至2 min，用X、Y表示的平均反应速率分别为________________、________________。 (4)5 min后 Z的生成速率________(填“大于”、“小于”或“等于”)5 min末Z的分解速率。 答案 (1)3X＋Y2Z (2)0.05 mol·L－1·min－1 (3)0.075 mol·L－1·min－1 0.025 mol·L－1·min－1 (4)等于 2．一定条件下反应C(s)＋CO2(g) 2CO(g) ΔH>0，在体积不变的密闭容器中达到平衡，按要求回答下列问题： (1)平衡常数表达式是______________。 (2)若升高温度，反应速率________(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，平衡常数K________，平衡向______方向移动。 (3)若再通入一定量的CO2气体，反应速率________，平衡常数K ________，平衡向________方向移动，CO2的转化率________。 (4)若再充入一定量的N2，反应速率________，平衡常数K________，平衡________移动。 答案 (1)K＝ (2)增大 增大 正反应 (3)增大 不变 正反应 减小 (4)不变 不变 不 3．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)在其他条件不变时，使用催化剂，正反应速率和逆反应速率同等倍数加快，平衡不移动( ) (2)当某反应达到限度时，反应物和生成物的浓度一定相等( ) (3)在一定条件下，向密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2充分反应，达到平衡时N2、H2、NH3三者共存( ) (4)当一个可逆反应达到平衡状态时，正向反应速率和逆向反应速率相等且都等于0( ) (5)在相同温度下，在相同容积的两个密闭容器中分别充入 1 mol N2和3 mol H2、2 mol NH3，当反应达到平衡时，两平衡状态中NH3的体积分数相同( ) (6)化学平衡移动，化学平衡常数不一定改变( ) (7)加入少量CH3COONa晶体可以减小Zn与稀硫酸反应的速率，但不影响产生H2的总量( ) (8)化学平衡向右移动，一定是正反应速率增大或逆反应速率减小( ) (9)任何可逆反应达到平衡后，改变温度，平衡一定发生移动( ) (10)化学反应速率发生变化，化学平衡一定发生移动( ) (11)对于反应Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，增加Zn的质量(不考虑表面积变化)，生成H2的速率加快( ) (12)对于可逆反应2SO2＋O22SO3，改变条件使平衡向右移动，SO2的转化率可能增大，也可能减小( ) (13)在温度不变的条件下，改变条件使2SO2＋O22SO3的平衡向右移动，平衡常数不变( ) 答案 (1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)√ (7)√ (8)× (9)√ (10)× (11)× (12)√ (13)√ 高考题型1 化学反应速率及影响因素 1．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 解析 A项，抗氧化剂属于还原剂，比食品更易与氧气反应，从而降低氧气浓度，减缓食品被氧化的反应速率，正确；B项，调味剂是为了增加食品的口感，与反应速率无关，错误；C项，着色剂是为了使食品色泽更能引起食欲，与反应速率无关，错误；D项，增稠剂是用于改善和增加食品的粘稠度，保持流态食品、胶冻食品的色、香、味和稳定性，改善食品物理性状，并能使食品有润滑适口的感觉，与反应速率无关，错误。 2．下列关于化学反应的速率的叙述错误的是( ) A．探究温度对硫代硫酸钠与硫酸反应速率的影响时，若先将两种溶液混合并计时，再用水浴加热至设定温度，则测得的反应速率偏高 B．上图表示酶催化反应的反应速率随反应温度的变化 C．FeCl3和MnO2均可加快H2O2分解，同等条件下二者对H2O2分解速率的改变不同 D．探究催化剂对H2O2分解速率的影响：在相同条件下，向一支试管中加入2 mL 5%H2O2和1 mL H2O，向另一支试管中加入2 mL 5% H2O2和1 mL FeCl3溶液，观察并比较实验现象 答案 A 解析 A项，该实验要求开始时温度相同，然后改变温度，探究温度对反应速率的影响，应先分别水浴加热硫代硫酸钠溶液、硫酸溶液到一定温度后再混合，若是先将两种溶液混合并计时，再用水浴加热，导致反应时间加长，测得的反应速率偏低，错误；B项，酶在一定温度下催化效果最好，温度过高可能使酶(蛋白质)变性，失去催化活性，正确；C项，不同的催化剂对化学反应的催化作用不同，正确；D项，两试管做对比实验，如果第二支试管冒出气泡多于第一支，说明FeCl3是催化剂，加快反应速率，正确。 3．一定温度下，10 mL 0.40 mol·L－1 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－1·min－1 B．6～10 min的平均反应速率： v(H2O2)<3.3×10－2 mol·L－1·min－1 C．反应到6 min时，c(H2O2)＝0.30 mol·L－1 D．反应到6 min时，H2O2分解了50% 答案 C 解析 2H2O22H2O＋O2↑ A项，6 min时，生成O2的物质的量n(O2)＝＝1×10－3 mol，依据化学方程式，消耗n(H2O2)＝2×10－3 mol，所以0～6 min时，v(H2O2)＝≈3.3×10－2 mol·L－1·min－1，正确；B项，6～10 min时，生成O2的物质的量n(O2)＝≈0.335×10－3 mol，依据化学方程式，消耗n(H2O2)＝0.335×10－3 mol×2＝0.67×10－3 mol,6～10 min时，v(H2O2)＝≈1.68×10－2 mol·L－1·min－1<3.3×10－2 mol·L－1·min－1，正确；C项，反应至6 min时，消耗n(H2O2)＝2×10－3 mol，剩余n(H2O2)＝0.40 mol·L－1×0.01 L－2×10－3 mol＝2×10－3 mol，c(H2O2)＝＝0.20 mol·L－1，错误；D项，反应至6 min时，消耗n(H2O2)＝2×10－3 mol，n(H2O2)总＝4×10－3 mol，所以H2O2分解了50%，正确。 1．化学反应速率的简单计算 对于反应mA(g)＋nB(g)===cC(g)＋dD(g) (1)计算公式：v(B)＝＝。 (2)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，存在如下关系：v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶c∶d。 (3)注意事项 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。 2．外界条件对化学反应速率的影响 (1)温度：因为任何反应均伴随着热效应，所以只要温度改变，反应速率一定改变。如升温，v正和v逆均增大，但v吸增大程度大。 (2)催化剂能同等程度地增大正、逆反应速率，缩短达到化学平衡的时间。 (3)增大反应物(或生成物)浓度，正反应(或逆反应)速率立即增大，逆反应(或正反应)速率瞬时不变，随后增大。 (4)改变压强可以改变有气体参加或生成的化学反应的速率，但压强对化学反应速率的影响是通过改变物质浓度产生的。无气体的反应，压强变化对反应速率无影响。 (5)纯液体和固体浓度视为常数，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的大小发生变化，故影响反应速率。 3．稀有气体对反应速率的影响 (1)恒容：充入“惰性气体”总压增大―→物质浓度不变(活化分子浓度不变)―→反应速率不变。 (2)恒压：充入“惰性气体”体积增大引起,物质浓度减小(活化分子浓度减小)反应速率减小。 考向1 反应速率计算及影响因素 1．对于铁与盐酸生成氢气的反应，下列条件下反应速率最快的是( ) 选项 铁的状态 盐酸的浓度 反应的温度 A 片状 1 mol·L－1 20 ℃ B 片状 3 mol·L－1 40 ℃ C 粉末 1 mol·L－1 20 ℃ D 粉末 3 mol·L－1 40 ℃ 答案 D 解析 该反应中，温度越高、反应物接触面积越大、稀盐酸浓度越大，其反应速率越大，且温度对反应速率影响大于浓度对反应速率影响，根据表中数据知，B、D温度高于A、C，所以B、D反应速率大于A、C，B中反应物接触面积小于D，所以反应速率D＞B；A中反应物接触面积小于C，所以反应速率C＞A，通过以上分析知，反应速率大小顺序是D＞B＞C＞A，所以反应速率最快的是D。 2．向体积为10 L的恒容密闭容器中通入3 mol X，在一定温度下发生反应：2X(g) Y(g)＋aZ(g)，经5 min后反应达到反应限度(即达到平衡状态)。 (1)平衡时，测得容器内的压强为起始时的1.2倍，此时X的物质的量浓度为0.24 mol·L－1，则化学方程式中a＝________；用Y表示的反应速率为________mol·L－1·min－1。 (2)若上述反应在甲、乙、丙、丁四个同样的密闭容器中进行，在同一时间内测得容器内的反应速率如下表所示： 容器 反应速率 ① v(X)＝3.5 mol·L－1·min－1 ② v(Y)＝2 mol·L－1·min－1 ③ v(Z)＝4.5 mol·L－1·min－1 ④ v(X)＝0.075 mol·L－1·s－1 若四个容器中仅反应温度不同，则反应温度最低的是________(填序号，下同)；若四个容器中仅有一个加入催化剂，则该容器是________。 答案 (1)3 0.006 (2)③ ④ 解析 (1)根据阿伏加德罗定律可知平衡后气体的总物质的量为3.6 mol，X的物质的量为2.4 mol，则5 min内反应消耗0.6 mol X，生成Y、Z的物质的量分别为0.3 mol、0.3a mol，故有2.4＋0.3＋0.3a＝3.6，解得a＝3。用Y表示的反应速率为0.3 mol÷10 L÷5 min＝0.006 mol·L－1·min－1。 (2)都换算成用Z表示的反应速率为 容器 ① ② ③ ④ v(Z)/mol·L－1·min－1 5.25 6 4.5 6.75 显然反应速率由快到慢的顺序为④＞②＞①＞③，温度越高(低)反应速率越快(慢)，所以③温度最低；催化剂能加快化学反应速率，所以④中加入了催化剂。 考向2 化学反应速率的测定及影响因素探究实验 3．某探究小组利用丙酮的溴代反应(CH3COCH3＋Br2CH3COCH2Br＋HBr)来研究反应物浓度与反应速率的关系。反应速率v(Br2)通过测定溴的颜色消失所需的时间来确定。在一定温度下，获得如下表实验数据： 实验序号 初始浓度(c)/mol·L－1 溴颜色消失 所需时间(t)/s CH3COCH3 HCl Br2 ① 0.80 0.20 0.001 0 290 ② 1.60 0.20 0.001 0 145 ③ 0.80 0.40 0.001 0 145 ④ 0.80 0.20 0.002 0 580 分析表中实验数据得出的结论不正确的是( ) A．增大c(CH3COCH3)，v(Br2)增大 B．实验②和③的v(Br2)相等 C．增大c(HCl)，v(Br2)增大 D．增大c(Br2)，v(Br2)增大 答案 D 解析 由①②两组数据可知，CH3COCH3的浓度增大，反应速率加快，溴颜色消失所用的时间缩短；由②③两组数据可知，Br2的颜色消失时间相等，则v(Br2)相等；而由①④两组数据可知，Br2的浓度与Br2的颜色消失时间成倍数关系，所以v(Br2)不变。 4．化学小组同学向一定量加入少量淀粉的NaHSO3溶液中加入稍过量的KIO3溶液，一段时间后，溶液突然变蓝色。 (1)查阅资料知NaHSO3与过量KIO3反应分为以下两步进行，第一步为IO＋3HSO===3SO＋3H＋＋I－，则第二步反应的离子方程式为__________________。 (2)通过测定溶液变蓝色所用时间探究浓度和温度对该反应的反应速率的影响。调节反应物浓度和温度进行对比实验，记录如下： 实验编号 0.02 mol·L－1 NaHSO3溶液/mL 0.02 mol·L－1 KIO3 溶液/mL H2O/mL 反应温度/℃ 溶液变蓝的时间(t)/s ① 15 20 10 15 t1 ② a 30 0 15 t2 ③ 15 b c 30 t3 实验①②是探究______________对反应速率的影响，表中a＝________；实验①③是探究温度对反应速率的影响，则表中b＝________，c＝________。 (3)将NaHSO3溶液与KIO3溶液混合(预先加入可溶性淀粉为指示剂)，用速率检测仪检测出起始阶段反应速率逐渐增大，一段时间后反应速率又逐渐减小。 某同学认为起始阶段反应速率逐渐增大的原因是反应产生SO对反应起催化作用。 请你设计实验验证该同学的观点正确与否。 完成下表中内容(反应速率可用测速仪测定)。 实验步骤 (不要求写出具体操作过程) 预期实验现象和结论 答案 (1)IO＋5I－＋6H＋===3I2＋3H2O (2)KIO3溶液的浓度 15 20 10 (3) 实验步骤 (不要求写出具体操作过程) 预期实验现象和结论 在烧杯甲中将NaHSO3溶液与过量KIO3溶液混合，用测速仪测定其起始时的反应速率v(甲)；在烧杯乙中进行同一反应(不同的是烧杯乙中预先加入少量Na2SO4或K2SO4粉末，其他反应条件均完全相同)，测定其起始阶段的相同时间内的反应速率v(乙) 若v(甲)＝v(乙)，则假设一不成立； 若v(甲)＜v(乙)，则假设一成立 解析 (1)NaHSO3溶液中加入稍过量的KIO3溶液，一段时间内，溶液突然变蓝色，说明产物中有碘单质生成，由于有第一步反应IO＋3HSO===3SO＋3H＋＋I－，且KIO3溶液过量，所以能产生碘单质的反应为IO＋5I－＋6H＋===3I2＋3H2O。(2)根据表格数据，对比①②两个实验，可以看出KIO3的浓度不一样，其他条件都一样，所以实验①②是探究反应物的浓度对反应速率的影响，则此时a＝15；实验①③是探究温度对反应速率的影响，所以此时两个实验中反应物的浓度都应当相同，所以b＝20，c＝10。(3)该实验的变量是SO，通过加入SO和不加SO的两组实验进行对照。 高考题型2 化学平衡状态移动方向的判断 1．在恒温恒容的密闭容器中，某储氢反应：MHx(s)＋yH2(g) MHx＋2y(s) ΔH<0达到化学平衡。下列有关叙述正确的是________。 a．容器内气体压强保持不变 b．吸收y mol H2只需1 mol MHx c．若降温，该反应的平衡常数增大 d．若向容器内通入少量氢气，则v(放氢)>v(吸氢) 答案 ac 解析 MHx(s)＋yH2(g) MHx＋2y(s) ΔH＜0，该反应属于气体的物质的量减小的反应。a项，平衡时气体的物质的量不变，压强不变，正确；b项，该反应为可逆反应，吸收y mol H2需要大于1 mol MHx，错误；c项，因为该反应正反应方向为放热反应，降温时该反应将向正反应方向移动，反应的平衡常数将增大，正确；d项，向容器内通入少量氢气，相当于增大压强，平衡正向移动，v(放氢)＜v(吸氢)，错误。 2．下列说法正确的是( ) A．对CO(g)＋H2S(g) COS(g)＋H2(g)达到平衡后，升高温度，H2S浓度增加，表明该反应是吸热反应 B．对CO(g)＋H2S(g) COS(g)＋H2(g)达到平衡后，通入CO后，正反应速率逐渐增大 C．一定条件下反应N2＋3H22NH3达到平衡时，3v正(H2)＝2v逆 D．对于反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH<0，只改变压强，平衡不发生移动，反应放出的热量不变 答案 D 解析 A项，升高温度，H2S浓度增加，说明平衡逆向移动，则该反应是放热反应，错误；B项，通入CO后，正反应速率瞬间增大，又逐渐减小，错误；C项，N2＋3H22NH3达到平衡时，应为2v正(H2)＝3v逆(NH3)，错误。 1．化学平衡状态的判断方法 指导思想：选定反应中的“变量”，即随反应进行而变化的量，当“变量”不再变化时，反应已达平衡。 (1)直接判断依据 (2)间接判断依据 ①对于有有色气体存在的反应体系，如2NO2(g) N2O4(g)等，若体系的颜色不再发生改变，则反应已达平衡状态。 ②对于有气体存在且反应前后气体的物质的量发生改变的反应，如N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，若反应体系的压强不再发生变化或平均相对分子质量不再发生变化，则说明反应已达平衡状态。 注意 对于有气体存在且反应前后气体的总物质的量不发生改变的反应，如：2HI(g) H2(g)＋I2(g)，反应过程中的任何时刻体系的压强、气体的总物质的量、平均相对分子质量都不变，故体系压强、气体的总物质的量、平均相对分子质量不变均不能说明反应已达平衡状态。 2．分析化学平衡移动的一般思路 考向1 平衡状态的建立和判断 1．羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫的危害。在恒容密闭容器中，CO和H2S混合加热生成羰基硫的反应为 CO(g)＋H2S(g)===COS(g)＋H2(g)。下列说法能充分说明该反应已经达到化学平衡状态的是( ) A．正、逆反应速率都等于零 B．CO、H2S、COS、H2的浓度相等 C．CO、H2S、COS、H2在容器中共存 D．CO、H2S、COS、H2的浓度均不再变化 答案 D 解析 A项，化学平衡是动态平衡，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，但不为0，故A错误；B项，当体系达平衡状态时，CO、H2S、COS、H2的浓度可能相等，也可能不等，故B错误；C项，只要反应发生就有CO、H2S、COS、H2在容器中共存，故C错误；D项，CO、H2S、COS、H2的浓度均不再变化，说明正逆反应速率相等，达到平衡状态，故D正确。 2．硫酸的消耗量常被视为一个国家工业发达水平的一种标志。目前的重要生产方法是“接触法” ，有关接触氧化反应：2SO2＋O22SO3的说法不正确的是( ) A．该反应为可逆反应，故在一定条件下SO2和O2不可能全部转化为SO3 B．达到平衡后，反应就停止了，故正、逆反应速率相等且均为零 C．一定条件下，向某密闭容器中加入2 mol SO2和1 mol O2，则从反应开始到平衡的过程中，正反应速率不断减小，逆反应速率不断增大，某一时刻，正、逆反应速率相等 D．在利用上述反应生产SO3时，要同时考虑反应所能达到的限度和化学反应速率两方面的问题 答案 B 解析 A项，可逆反应是在一定条件下不能进行彻底的反应，正反应和逆反应同时进行，该反应为可逆反应，故在一定条件下SO2和O2不可能全部转化为SO3 ，故A正确；B项，达到平衡后，正反应速率和逆反应速率相同，是动态平衡，速率不能为0，故B错误；C项，一定条件下，向某密闭容器中加入2 mol SO2和1 mol O2，则从反应开始到平衡的过程中，正反应速率不断减小，逆反应速率不断增大，某一时刻，正、逆反应速率相等达到平衡，故C正确。 考向2 平衡移动方向或结果的判断 3．一定温度下的密闭容器中，反应2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)达到平衡。缩小容器容积，对反应产生影响的叙述不正确的是( ) A．使正反应速率大于逆反应速率 B．使平衡向正反应方向移动 C．使SO3的浓度增大 D．使平衡常数K增大 答案 D 解析 缩小容器容积，压强增大，平衡向气体体积缩小的方向移动，所以平衡向正反应方向移动，则正反应速率大于逆反应速率，生成物三氧化硫浓度增大，A、B、C正确；D项，该反应体系温度不变，则化学平衡常数不变，化学平衡常数只与温度有关，错误。 4．在一定温度下，将2.0 mol NO、2.4 mol CO通入到容积为2 L的恒容密闭容器中，反应过程中部分物质的浓度变化如图所示。(已知反应的ΔH＜0) 20 min时，若改变反应条件，导致CO浓度减小，则改变的条件可能是( ) A．增加N2的量 B．增加CO的量 C．升高温度 D．降低温度 答案 D 解析 CO浓度减小，说明平衡右移，由于容器容积固定，再结合反应放热判断可能是降低温度，D项正确。 高考题型3 化学平衡常数和转化率的计算 1．目前国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO2还原，所涉及的反应方程式为 CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) 已知H2的体积分数随温度的升高而增加。 若温度从300 ℃升至400 ℃，重新达到平衡，判断下列表格中各物理量的变化。(选填“增大”、“减小”或“不变”) v正 v逆 平衡常数K 转化率α 答案 v正 v逆 平衡常数K 转化率α 增大 增大 减小 减小 解析 H2的体积分数随温度的升高而增加，这说明升高温度平衡向逆反应方向移动，即正反应是放热反应。升高温度正、逆反应速率均增大，平衡向逆反应方向进行，平衡常数减小，反应物的转化率减小。 2．相同温度时，上述反应在不同起始浓度下分别达到平衡，各物质的平衡浓度如下表： [CO2]/mol·L－1 [H2]/ mol·L－1 [CH4]/mol·L－1 [H2O]/mol·L－1 平衡Ⅰ a b c d 平衡Ⅱ m n x y a、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为_____________________________________________。 答案 ＝ 解析 相同温度时平衡常数不变，则a、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为＝。 3．(1)乙苯催化脱氢制苯乙烯反应： 维持体系总压p恒定，在温度T时，物质的量为n、体积为V的乙苯蒸气发生催化脱氢反应。已知乙苯的平衡转化率为α，则在该温度下反应的平衡常数K＝________(用α等符号表示)。 (2)已知t ℃时，反应FeO(s)＋CO(g) Fe(s)＋CO2(g)的平衡常数K＝0.25。 ①t ℃时，反应达到平衡时n(CO)∶n(CO2)＝______。 ②若在1 L密闭容器中加入0.02 mol FeO(s)，并通入x mol CO，t ℃时反应达到平衡。此时FeO(s)转化率为50%，则x＝________。 答案 (1)p或 (2)①4∶1 ②0.05 解析 (1)根据反应： 起始物质的量 n 0 0 改变物质的量 nα nα nα 平衡物质的量 (1－α)n nα nα 平衡时体积为(1＋α)V 平衡常数K＝＝ 另外利用分压也可以计算出：Kp＝p。 (2)①根据该反应的平衡常数K＝c(CO2)/c(CO)＝0.25，可知反应达到平衡时n(CO)∶n(CO2)＝4∶1。 ②根据反应：FeO(s)＋CO(g) Fe(s)＋CO2(g) 初始物质 0.02 x 0 0 的量/mol 变化物质 0.01 0.01 0.01 0.01 的量/mol 平衡物质 0.01 x－0.01 0.01 0.01 的量/mol 根据化学平衡常数可知：K＝＝0.25， 解得x＝0.05。 1．化学平衡计算中常用公式 对于可逆反应：aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)在一定温度下达到化学平衡时，其计算的表达式为 (1)化学平衡常数K＝(式中的浓度是指平衡状态的浓度) Kp＝ 其中p(C)、p(D)分别为C、D两气体的分压， 气体的分压＝气体总压×体积分数 气体体积之比＝气体物质的量之比 (2)转化率计算公式 转化率α＝×100% (3)平衡常数的关系 ①反应1(平衡常数为K1)＋反应2(平衡常数为K2)＝反应3(平衡常数为K3)，则K3＝K1·K2。 ②若两反应互为可逆反应，其平衡常数互为倒数关系。 ③若反应系数扩大2倍，其平衡常数为原来的2次方。 2．化学平衡计算题解题模板 (1)化学平衡计算的基本模式——平衡“三步曲” 根据反应进行(或移动)的方向，设定某反应物消耗的量，然后列式求解。 例： mA ＋ nBpC ＋ 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弄清起始浓度、平衡浓度、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)极限思维模式——“一边倒”思想 极限思维有如下口诀：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 考向1 平衡常数的理解 1．已知X(g)＋2Y(g) M(g) ΔH。反应的平衡常数如表所示： 温度/℃ 0 100 T 300 400 平衡常数 667 13 1.9×10－2 2.4×10－4 1.0×10－5 该反应的ΔH( ) A．大于0 B．小于0 C．等于0 D．无法判断 答案 B 解析 温度升高平衡常数减小，说明平衡向左移动，正反应是放热反应。 2．O3是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水，在水中易分解，产生的[O]为游离氧原子，有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生反应如下： 反应① O3O2＋[O] ΔH>0 平衡常数为K1； 反应② [O]＋O32O2 ΔH<0 平衡常数为K2； 总反应：2O33O2 ΔH<0 平衡常数为K。 下列叙述正确的是( ) A．降低温度，K减小 B．K＝K1＋K2 C．适当升温，可提高消毒效率 D．压强增大，K2减小 答案 C 解析 降温，总反应平衡向右移动，K增大，A项错误；K1＝、K2＝、K＝＝K1·K2，B项错误；升高温度，反应速率增大，可提高消毒效率，C项正确；对于给定的反应，平衡常数只与温度有关，D项错误。 3．一定条件下，可逆反应的平衡常数可以用平衡浓度计算，也可以用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数。在恒温恒压条件下，总压不变，用平衡分压计算平衡常数更方便。下列说法不正确的是( ) A．对于C2H4(g)＋H2O(g) C2H5OH(g)在一定条件下达到平衡状态时，体系的总压强为p，其中C2H4(g)、H2O(g)、C2H5OH(g)均为1 mol，则用分压表示的平衡常数Kp＝ B．恒温恒压下，在一容积可变的容器中，反应2A(g)＋B(g) 2C(g)达到平衡时，A、B和C的物质的量分别为4 mol、2 mol和4 mol。若此时A、B和C均增加1 mol，平衡正向移动 C．恒温恒压下，在一容积可变的容器中，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到平衡状态时，N2、H2、NH3各1 mol，若此时再充入3 mol N2，则平衡正向移动 D．对于一定条件下的某一可逆反应，用平衡浓度表示的平衡常数和用平衡分压表示的平衡常数，其数值不同，但意义相同，都只与温度有关 答案 C 解析 A项，C2H4(g)＋H2O(g)C2H5OH(g)，在一定条件下达到平衡状态时，体系的总压强为p，其中C2H4(g)、H2O(g)、C2H5OH(g)均为1 mol，Kp＝＝，故A正确；B项，如A、B和C的物质的量之比按照2∶1∶2的比值增加，则平衡不移动，而“均增加1 mol”时相当于在原来的基础上多加了B，则平衡向右移动，故B正确；C项，恒温恒压下，在一容积可变的容器中，N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)达到平衡状态时，N2、H2、NH3各1 mol，设平衡时容器体积为1 L，该温度下平衡常数K＝＝1，若此时再充入3 mol N2 ，恒温恒压下体积之比等于气体物质的量之比，则容器体积＝1 L×＝2 L，Q＝＝1＝K，平衡不移动，故C错误；D项，对于一定条件下的某一可逆反应，用平衡浓度表示的平衡常数和平衡分压表示的平衡常数，表示方法不同其数值不同，但意义相同，平衡常数只与温度有关，与压强、浓度变化无关，故D正确。 考向2 反应速率、平衡常数以及转化率微型计算 4．在一定条件下，将3 mol A和1 mol B两种气体混合于固定容积为2 L的密闭容器中，发生如下反应：3A(g)＋B(g) xC(g)＋2D(g)。2 min末该反应达到平衡，生成0.8 mol D，并测得C的浓度为0.2 mol·L－1，下列判断正确的是( ) A．平衡常数约为0.3 B．B的转化率为60% C．从反应开始至平衡，A的平均反应速率为0.3 mol·L－1·min－1 D．若混合气体的密度不变，则表明该反应达到平衡状态 答案 C 解析 平衡时D的浓度是0.8 mol÷2 L＝0.4 mol·L－1，则x∶2＝0.2 mol·L－1∶0.4 mol·L－1，故x＝1。 3A(g)＋B(g) C(g)＋2D(g) 起始浓度(mol·L－1) 1.5 0.5 0 0 平衡浓度(mol·L－1) 0.9 0.3 0.2 0.4 将平衡时各物质的浓度代入平衡常数表达式，计算得K约为0.15，选项A错误；B的转化率是0.2 mol·L－1÷0.5 mol·L－1×100%＝40%，选项B错误；从反应开始至平衡，A的平均反应速率是0.6 mol·L－1÷2 min＝0.3 mol·L－1·min－1，选项C正确；各物质均是气体，总质量不变，且容器体积一定，故无论反应是否达到平衡，混合气体的密度都是定值，选项D错误。 5．将4 mol CO(g)和a mol H2(g)混合于容积为4 L的恒容密闭容器中，发生反应：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)，10 min 后反应达到平衡状态，测得H2为0.5 mol·L－1。经测定v(H2)＝0.1 mol·L－1·min－1。下列说法正确的是( ) A．平衡常数K＝2 B．H2起始投入量为a＝6 C．CO的平衡转化率为66.7% D．平衡时c(CH3OH)＝0.4 mol·L－1 答案 B 解析 用三段式法计算： CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) 起始物质的量/mol 4 a 0 转化物质的量/mol x 2x x 平衡物质的量/mol 4－x a－2x x 2x mol＝0.1 mol·L－1·min－1×10 min×4 L＝4 mol，x＝2，a－2x＝0.5×4，a＝6。平衡时，c(CO)＝0.5 mol·L－1，c(H2)＝0.5 mol·L－1，c(CH3OH)＝0.5 mol·L－1。平衡常数K＝＝＝4，A项错误；经上述计算，B项正确；CO的平衡转化率为50%，C项错误；平衡时c(CH3OH)＝0.5 mol·L－1，D项错误。 6． 2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)ΔH＜0是制造硝酸的重要反应之一。在800 ℃时，向容积为1 L的密闭容器中充入0.010 mol NO和0.005 mol O2，反应过程中NO的浓度随时间变化如图所示： 请回答： (1)2 min内，v(O2)＝____________mol·L－1·min－1。 (2)升高温度，平衡向____________(填“正”或“逆”)反应方向移动。 (3)平衡时，NO的转化率是____________。 (4)800 ℃时，该反应的化学平衡常数为____________。 答案 (1)1.25×10－3 (2)逆 (3)50% (4)400 解析 (1)v(NO)＝＝0.025 mol·L－1·min－1， 则v(O2)＝v(NO)＝1.25×10－3 mol·L－1·min－1。 (2)正反应放热，则升高温度平衡逆向移动。 (3)起始时c(NO)＝0.010 mol·L－1，平衡时c(NO)＝0.005 mol·L－1，可知转化率为 ×100%＝50%。 (4) 2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g) 起始 0.010 0.005 0 平衡 0.005 0.002 5 0.005 则K＝＝＝400。 考向3 化学反应速率与化学平衡综合大题 7．(1)已知在一定温度下： ①C(s)＋CO2(g) 2CO(g) ΔH1＝a kJ·mol－1； ②CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g) ΔH2＝b kJ·mol－1； ③C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g) ΔH3。 反应①②③的平衡常数分别为K1、K2、K3，则K1、K2、K3之间的关系是______________________， ΔH3＝____________(用含a、b的代数式表示)。 (2)相同温度下，在相同体积的甲、乙、丙三个容器中按下列物质的量投入起始物质，达到平衡。 甲 乙 丙 CO(g) 1 mol 2 mol 0 H2O(g) 1 mol 1 mol 0 H2(g) 0 0 1 mol CO2(g) 0 0 1 mol ①CO的转化率：甲________(填“＞”、“＜”或“＝”)乙。 ②乙中H2O(g)的转化率和丙中H2的转化率之和________(填“＞”、“＜”或“＝”)1。 (3)利用反应CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH，可减少CO2排放，并合成清洁能源。 500 ℃时，在容积为2 L的密闭容器中充入2 mol CO2和6 mol H2，测得t＝5 min时，反应达到平衡，此时n(CO2)＝0.5 mol。 ①从反应开始平衡，H2的平均反应速率v(H2)＝________________；该可逆反应的平衡常数为______________(结果保留两位有效数字)；平衡时H2的转化率为______。 ②若将上述平衡体系的温度升高到800 ℃达到新平衡，平衡常数K为5.0，该反应的ΔH________(填“＞”、“＜”或“＝”)0。 ③已知上述条件下H2的平衡转化率为a，如果将恒容条件改成恒压条件，H2的平衡转化率为b。则a________(填“＞”、“＜”或“＝”)b。 答案 (1)K1·K2＝K3 (a＋b) kJ·mol－1 (2)①< ②＞ (3)①0.45 mol·L－1·min－1 5.3 75% ②＜ ③＜ 解析 (1)应用盖斯定律，①＋②＝③，所以ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝(a＋b) kJ·mol－1；平衡常数K1＝，平衡常数K2＝，而将K1·K2＝＝K3。(2)①乙相当于在甲的基础上加入1 mol CO，水蒸气的转化率增大，CO转化率降低。②甲、丙为等效平衡，达到平衡时甲中H2O的转化率与丙中H2的转化率之和等于1。又因为乙中H2O转化率大于甲中H2O的转化率，故乙中水的转化率和丙中氢气转化率之和大于1。(3)①v(H2)＝＝0.45 mol·L－1·min－1。平衡时，c(CO2)＝0.25 mol·L－1，c(CH3OH)＝0.75 mol·L－1，c(H2)＝0.75 mol·L－1，c(H2O)＝0.75 mol·L－1。K＝＝≈5.3，α(H2)＝×100%＝75%。②升高温度，K减小，说明正反应是放热反应。③恒容恒温条件下，气体压强减小；恒压恒温条件相当于在温度不变的条件下将恒容容器体积减小(加压)，平衡向正反应方向移动，H2的转化率增大。 高考题型4 以图像为载体的综合考查 1．一定条件下，CH4与H2O(g)发生反应：CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)。设起始＝Z，在恒压下，平衡时CH4的体积分数φ(CH4)与Z和T(温度)的关系如图所示。下列说法正确的是( ) A．该反应的焓变ΔH>0 B．图中Z的大小为a>3>b C．图中X点对应的平衡混合物中＝3 D．温度不变时，图中X点对应的平衡在加压后φ(CH4)减小 答案 A 解析 A项，由图可知，随温度的升高，CH4的体积分数减小，说明平衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应，正确；B项，Z越大，说明大，相当于增加H2O的量，平衡正向移动，CH4的体积分数减小，所以b>3>a，错误；C项，起始时n(H2O)＝3x mol，n(CH4)＝x mol，随平衡的建立，消耗的n(CH4)＝n(H2O)＝a mol，平衡时＝≠3，错误；D项，加压，平衡向逆反应移动，CH4体积分数增大，错误。 2．丙烯腈(CH2===CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH2===CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。 以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下： ①C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g) ΔH＝－515 kJ·mol－1 ②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g) ΔH＝－353 kJ·mol－1 回答下列问题： (2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460 ℃，低于460 ℃时，丙烯腈的产率________(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是________________________________________________________________________； 高于460 ℃时，丙烯腈产率降低的可能原因是________(双选，填标号)。 A．催化剂活性降低 B．平衡常数变大 C．副反应增多 D．反应活化能增大 (3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知，最佳n(氨)/n(丙烯)约为________，理由是_______________________________________________， 进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为________。 答案 (2)不是 该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低 AC (3)1.0 该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低 1∶7.5∶1 解析 (2)因为该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低，反应刚开始进行，主要向正反应方向进行，尚未达到平衡状态，460 ℃以前是建立平衡的过程，故低于460 ℃时，丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡产率；高于460 ℃时，丙烯腈产率降低，A项，催化剂在一定温度范围内活性较高，若温度过高，活性降低，正确；B项，平衡常数的大小不影响产率，错误；C项，根据题意，副产物有丙烯醛，副反应增多导致产率下降，正确；D项，反应活化能的大小不影响平衡，错误。(3)根据图像知，当n(氨)/n(丙烯)约为1.0时，该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低；根据化学反应C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋ 3H2O(g)，氨气、氧气、丙烯按1∶1.5∶1的体积比加入反应达到最佳状态，而空气中氧气约占20%，所以进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为1∶7.5∶1。 1．化学反应速率、化学平衡图像题的解题思路 (1)看图像：一看轴(即纵坐标与横坐标的意义)，二看点(即起点、拐点、交点、终点)，三看线(即线的走向和变化趋势)，四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线等)，五看量的变化(如浓度变化、温度变化等)。 (2)想规律：看清图像后联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律。 (3)作判断：通过对比分析，作出正确判断。 2．几种特殊图像 (1)对于化学反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，如图甲、乙M点前，表示从反应物开始，v正＞v逆；M点为刚达到平衡点；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡左移，故正反应ΔH＜0。 (2)对于化学反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，如图丙L线上所有的点都是平衡点。L线的左上方(E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量，所以，E点v正＞v逆；则L线的右下方(F点)，v正＜v逆。 考向1 化学反应速率和平衡的常见图像 1．已知：2AB2(g)＋B2(g) 2AB3(g) ΔH＜0且压强p1＜p2，下列图像中曲线变化错误的是( ) 答案 C 解析 该反应为放热反应，升高温度，反应速率增大，平衡向逆反应方向移动，AB2的平衡转化率降低，A项正确；温度不变时，增大压强，平衡正向移动，AB3的百分含量增大，B项正确；升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，C项错误；升高温度，正、逆反应速率均增大，由于平衡逆向移动，故升温瞬间v逆＞v正，D项正确。 2．如图表示恒容密闭器中，反应X(g) 4Y(g)＋Z(g) ΔH＜0在某温度时X的浓度随时间的变化曲线： 下列有关该反应的描述正确的是( ) A．8 min时，反应停止 B．X的平衡转化率为85% C．若升高温度，X的平衡转化率将大于85% D．若降低温度，v正和v逆将以同样程度减少 答案 B 解析 8 min时X的浓度不再变化，但反应并未停止，A项错误；从反应开始至达到平衡，X的浓度变化为1.0 mol·L－1－0.15 mol·L－1＝0.85 mol·L－1，转化率为×100%＝85%，B项正确；ΔH＜0，正反应放热，故升高温度，平衡将逆向移动，则X的转化率减小，C项错误；降低温度，正、逆反应速率同时减小，但是降低温度平衡正向移动，故v正＞v逆，即逆反应速率减小得快，D项错误。 考向2 化学反应速率和平衡的陌生图像 3．甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料，利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇，发生的主要反应如下： ①CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) ΔH1＜0 ②CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH2＜0 ③CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH3＞0 回答下列问题： (1)反应①的化学平衡常数K的表达式为____________________________；图甲中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为________(填曲线标记字母)，其判断理由是_______。 图甲 (2)合成气组成＝2.60时，体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图乙所示。α(CO)值随温度升高而________(填“增大”或“减小”)，其原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________； 图乙中的压强由大到小为______________________________________________________， 其判断理由是______________________________________________。 图乙 答案 (1)K＝ a 反应①为放热反应，平衡常数数值应随温度升高变小 (2)减小 反应①为放热反应，升高温度时，平衡向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，升高温度时，平衡向右移动，又使产生CO的量增大；总结果，随温度升高，CO的转化率降低 p3>p2>p1 相同温度下，由于反应①为气体分子数减小的反应，加压有利于提高CO的转化率；而反应③为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响，故增大压强时，CO的转化率升高 解析 (1)根据化学平衡常数的书写要求可知，反应①的化学平衡常数为K＝。反应①为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，平衡常数K减小，故曲线a符合要求。 (2)由图乙可知，压强一定时，CO的平衡转化率随温度的升高而减小，其原因是反应①为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，反应③为吸热反应，温度升高，平衡正向移动，又使产生CO的量增大，而总结果是随温度升高，CO的转化率减小。反应①的正反应为气体总分子数减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡正向移动，CO的平衡转化率增大，而反应③为气体总分子数不变的反应，产生CO的量不受压强的影响，因此增大压强时，CO的转化率升高，故压强p1、p2、p3的关系为p1查看更多