高考化学最后冲刺专题三化学反应速度和化学平衡的梳理和综合

高考化学最后冲刺专题三化学反应速度和化学平衡的梳理和综合

高考化学最后冲刺专题三：化学反应速度和化学平衡的梳理和综合 ‎ [命题趋向]‎ ‎《考试大纲》对这部分内容的具体要求是：‎ ‎（1）了解化学反应速率的概念，反应速率的表示方法，理解外界条件（浓度、温度、压强、催化剂等）对反应速率的影响。‎ ‎（2）了解化学反应的可逆性。理解化学平衡的涵义及其与反应速率之间的内在联系。‎ ‎（3）理解勒沙特列原理的涵义。掌握浓度、温度、压强等条件对化学平衡移动的影响。‎ 高考试题经常会从以下几个角度进行考查：‎ 第一，考查化学反应速率、化学平衡的概念，要求考生用这些基本概念对有关的叙述的正确与否作出判别。‎ 第二，根据化学方程式计算化学反应速率。‎ 第三，判断化学反应是否处于平衡状态。判断外界条件变化对化学速率、化学平衡的影响情况。也会用转化率、原用利用率等概念来考查化学平衡移动情况。‎ 第四，用“等效问题”问题来考查有关化学平衡的计算能力。‎ 高考中经常出现的题型是选择题，有的年份也会出现大题。‎ ‎[知识体系和复习重点]‎ ‎1．化学反应速率的分类 分类角度 从测定时间分 从反应方向分 类型 瞬时速率：某一时刻的反应速率 平均速率：某段时间内的反应速率的平均值 正反应速率：可逆反应中正反应方向的反应速率 逆反应速率：可逆反应中逆反应方向的反应速率 注意点 通常所计算的是平均速率 通常所计算的是正逆反应抵消后的总反应速率 ‎2．影响化学反应速率的条件 ‎（1）不同的化学反应具有不同的反应速率，影响反应速率的主要因素是内因，即参加反应物质的性质。‎ ‎（2）在同一反应中，影响反应速率的因素是外因，即外界条件，主要有温度、浓度、压强、催化剂等。（还有像反应颗粒（固体）的大小、光、波等对化学反应速率也有影响）‎ ‎3．化学平衡状态 ‎（1）化学平衡状态的建立 ‎（2）化学平衡状态的本质特征是正反应速率和逆反应速率相等，这是判断化学平衡状态的根本标志。由于υ正=υ逆，可使平衡体系中各组分的百分含量保持不变，所以一般情况下平衡体系的压强、气体密度、浓度等多种宏观性质也保持不变，这些宏观的特征有时也可作为判断化学平衡状态的标志。‎ 化学平衡状态的特征 五大特点 化学平衡 逆 可逆反应 ‎ 等 υ（正）=υ（逆）≠0‎ 动 动态平衡 定 各组分含量一定，体积一定时，浓度就一定；有平衡转化率 变 浓度、温度、压强改变化学平衡即发生移动 定量特征 一定温度下，化学平衡常数保持不变 ‎（3）化学平衡状态的判断 举例反应 mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)‎ 混合物体系中各成分的含量 ‎①各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定 平衡 ‎②各物质的质量或各物质的质量分数一定 平衡 ‎③各气体的体积或体积分数一定 平衡 ‎④总压强、总体积、总物质的量一定 不一定平衡 正、逆反应速率的关系 ‎①在单位时间内消耗了m molA同时生成m molA，即v正=v逆 平衡 ‎②在单位时间内消耗了n molB同时生成p molC，均指v正 不一定平衡 ‎③vA:vB:vC:vD=m:n:p:q，v正不一定等于v逆 不一定平衡 ‎④在单位时间内生成了n molB，同时消耗q molD，因均指v逆 不一定平衡 压强 ‎①m+n≠p+q时，总压力一定（其他条件一定）‎ 平衡 ‎②m+n=p+q时，总压力一定（其他条件一定）‎ 不一定平衡 混合气体的平均分子量（）‎ ‎①一定时，只有当m+n≠p+q时，‎ 平衡 ‎②一定，但m+n=p+q时 不一定平衡 温度 任何化学反应都伴随着能量变化，在其他条件不变的条件下，体系温度一定时 平衡 体系的密度 密度一定 不一定平衡 ‎4．化学平衡的移动 ‎（1）勒沙持列原理：如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强和温度等），平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。其中包含：①影响平衡的因素只有浓度、压强、温度三种；②原理的适用范围是只有一项条件变化的情况（温度或压强或一种物质的浓度），当多项条件同时发生变化时，情况比较复杂；③平衡移动的结果只能减弱（不可能抵消）外界条件的变化。‎ ‎（2）平衡移动就是一个“平衡状态→不平衡状态→新的平衡状态”的过程。一定条件下的平衡体系，条件改变后，可能发生平衡移动。可总结如下：‎ ‎（3）平衡移动与转化率的变化：不要把平衡向正反应方向移动与反应物转化率的增大等同起来。具体分析可参考下表：‎ 反应实例 条件变化与平衡移动方向 达新平衡后转化率变化 ‎2SO2 +O2 ‎ ‎2SO3（气）+热 增大O2浓度，平衡正移 SO2 的转化率增大，O2的转化率减小 增大SO3浓度，平衡逆移 从逆反应角度看，SO3的转化率减小 升高温度，平衡逆移 SO2 、O2的转化率都减小 增大压强，平衡正移 SO2 、O2的转化率都增大 ‎2NO2（气） N2O4‎ 体积不变时，无论是加入NO2或者加入 N2O4‎ NO2的转化率都增大（即新平衡中N2O4的含量都会增大）‎ ‎2HI H2+I2（气）‎ 增大H2的浓度，平衡逆移 H2的转化率减小，I2的转化率增大 增大HI的浓度，平衡正移 HI的转化率不变 增大压强，平衡不移动 转化率不变 ‎[典型题析] ‎ ‎[例1]某温度下，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4mol、2mol和4mol。保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整，可使平衡右移的是（ ）‎ ‎（A）均减半 （B）均加倍 （C）均增加1mol （D）均减小1mol ‎[解析]由于是在容积可变的容器中，所以在“均减半”或“均加培”时，相当于A、B、C三物质的浓度都没有改变，平衡不会移动。同样由于容积可变，“均增加1mol”时相当于A、C物质的浓度减小，B物质的浓度增大，平衡向右移动；“均减小1mol”时相当于A、C物质的浓度增大，B物质的浓度减小，平衡向左移动。答案选C。‎ 要注意的是，基本概念、基础理论是高考中不变的一个重点。这道题的设问别具一格，解答时既要定性判断、又要定量分析，多次灵活转换，都值得大家研究。‎ ‎[例2] 可逆反应N2＋3H22NH3的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是（ ）‎ A．3v正（N2）＝v正（H2） B．v正（N2）＝v逆（NH3）‎ C．2v正（H2）＝3v逆（NH3） D．v正（N2）＝3v逆（H2）‎ ‎[解析]答案选B。‎ 考查判断化学平衡状态的能力。化学反应速率的表示方法、化学平衡状态、影响化学反应速率的因素和影响化学平衡的因素等都是这块知识中的基础内容，属于高考的必考内容。将化学反应速率、化学平衡联系起来，让考生判断可逆反应是否处于化学平衡状态，可以较好地测试解题者对有关内容的理解水平。‎ 对于可逆反应“N2＋3H22NH3”，正反应速率可以用H2、N2、NH3三种物质的浓度变化来表示，逆反应速率也可用H2、N2、NH3三种物质的浓度变化来表示。对于同一反应、同一时刻的正反应速率（或逆反应速率），用不同物质的浓度变化来表示时，其大小关系跟化学计量数有关，即有：v正(N2):v正(H2):v正(NH3)=1:3:2或v逆(N2):v逆(H2):v逆(NH3)=1:3:2。所以，当2v正(H2)＝3v逆(NH3)时，处于化学平衡状态。‎ 解答这道题时，有的考生由于对正反应速率和逆反应速率、不同物质表示的反应速率等概念理解不深，造成判断失误。‎ ‎[例3]在容积固定的密闭容器中存在如下反应：A(g)+3B(g) 2C(g)；△H<0‎ 某研究小组研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响，并根据实验数据作出下列关系图：‎ 下列判断一定错误的是（ ）‎ A．图I研究的是不同催化剂对反应的影响，且乙使用的催化剂效率较高 B．图Ⅱ研究的是压强对反应的影响，且甲的压强较高 C．图Ⅱ研究的是温度对反应的影响，且甲的温度较高 D．图Ⅲ研究的是不同催化剂对反应的影响，且甲使用的催化剂效率较高 ‎[解析]答案选AB。‎ 考查观察图像、图像信息的挖掘和转化能力。分析图表、研究实验数据是一种基本能力，化学反应速率、化学平衡等内容是化学学科中培养学生观察图像和处理图像信息能力的较好载体，所以化学平衡内容常跟图、表等综合起来命题。‎ 催化剂不能使化学平衡发生移动，所以平衡时浓度、转化率等都不会因加入催化剂而改变。图I中甲、乙两条件下达到平衡时C的浓度不同，说明不是同一平衡状态，所以这种情况肯定不是催化剂造成的。催化剂可以改变反应速率，能改变达到化学平衡的时间，所以图Ⅲ所表示的可能是不同催化剂造成的，而且甲情况下达到平衡的时间短，催化效率高。‎ 对于题给反应，增大压强或降低温度平衡都要向正反应方向移动，所以图Ⅱ中两条曲线若表示不同压强条件下所发生的反应，甲条件下压强较低。图Ⅱ中两条曲线若表示不同温度下所发生的反应，甲条件下温度较高。‎ ‎[例4]在一定条件下，二氧化硫和氧气发生如下反应：‎ ‎2SO2（g）+ O2 (g) 2SO3(g) ；△H<0‎ ‎（1）写出该反应的化学平衡常数表达式K＝ ‎ ‎（2）降低温度，该反应K值 ，二氧化硫转化率 ，化学反应速度 （以上均填增大、减小或不变）‎ ‎（3）600℃时，在一密闭容器中，将二氧化硫和氧气混合，反应过程中SO2、O2、SO3物质的量变化如图，反应处于平衡状态的时间是 。‎ ‎（4）据图判断，反应进行至20min时，曲线发生变化的原因是 （用文字表达）；10min到15min的曲线变化的原因可能是 （填写编号）。‎ A．加了催化剂 B．缩小容器体积 C．降低温度 D．增加SO3的物质的量 ‎[解析] 答案为：‎ ‎（1）；（2）增大；增大；减小。（3）15~20min和25~30min。（4）增加了O2的量。A；B。‎ 主要综合考查化学平衡理论，测试观察能力、分析和综合能力等。 ‎ 题给图像中曲线看起来比较杂乱，不要被表面现象所迷惑，只要仔细分析可发现图中所包含的化学含义。15min-20min、25min-30min两个时间段时三条曲线都跟横坐标平行，即三种物质的物质的量不发生变化，处于平衡状态。在20min这一瞬间，O2的物质的量突然增大，说明此时向反应容器中加入了O2。‎ ‎10min前后反应都处于不平衡状态，而且O2、SO2的物质的量都是逐渐减小，SO3的物质的量都是逐渐增大；只是10min前变化较缓，10min后变化较快。这是改变了某条件使反应速率加快所造成的。所以，可能是加了催化剂或缩小容器体积。‎ ‎[考题预测与专题训练]‎ ‎1．反应： A（气）+3B（气）2C（气）+Q达平衡后，将气体混和物的温度降低，下列叙述中正确的是（ ）‎ ‎（A）正反应速率加大，逆反应速率变小，平衡向正反应方向移动 ‎（B）正反应速率变小，逆反应速率加大，平衡向逆反应方向移动 ‎（C）正反应速率和逆反应速率变小，平衡向正反应方向移动 ‎（D）正反应速率和逆反应速率变小，平衡向逆反应方向移动 ‎2．将8mol H2和2molN2充入2L密闭容器中，在一定条件下进行合成氨反应，4min后反应达到平衡，测得容器中还有5.6molH2。下列计算结果错误的是（ ）‎ ‎（A）v（H2）=0.3 mol·L-1·min-1 （B）H2的转化率为25%‎ ‎（C）NH3的物质的量浓度为0.8mol·L-1 （D）NH3的体积分数为19.05%‎ ‎3．一定条件下，在密闭容器里进行如下可逆反应：‎ S2Cl2(橙黄色液体)+Cl2(气) 2SCl2(鲜红色液体)+61.16kJ。‎ 下列说法正确的是（ ）‎ ‎（A）单位时间里生成n mol S2Cl2的同时也生成n molCl2‎ ‎（B）达到平衡时，若升高温度，压强不变，反应混合溶液颜色变浅 ‎（C）达到平衡时，单位时间里消耗 n mol S2Cl2的同时也生成n molCl2‎ ‎（D）加入氯气，平衡向正反应方向移动，氯气的转化率一定升高 ‎4．在一个密闭、恒容的容器中进行下列反应：4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)‎ 在一定的条件下达到平衡，现向反应容器中通入少量的氯化氢气体，产生的结果是（ ）‎ ‎（A）容器内压强增大 （B）原平衡不受影响 ‎（C）正反应速率增大 （D）NO浓度降低 ‎5．在一条件下，可逆反应2A（气）+B（气） nC（固）+D（气）达平衡。若维持温度不变，增大强压，测得混合气体的平均相对分子质量不变，则下列判断正确的是（ ） ‎ ‎（A）其它条件不变，增大压强，平衡不发生移动 ‎（B）其它条件不变，增大压强，混合气体的总质量不变 ‎（C）该反应式中n值一定为2‎ ‎（D）原混合气中A与B的物质的量之比为2:1，且（其中M表示物质的摩尔质量）‎ ‎6．某化学反应2A B＋D在四种不同条件下进行，B、D起始浓度的起始浓度都为零，反应物A的浓度（mol·L-1）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·L-1·min-1‎ ‎（2）在实验2，A的初始浓度c2＝ mol·L-1，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 1.0 mol·L-1（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________________。‎ ‎7．537℃、1.01×105Pa 时，往容积可变的密闭容器中充入2mol SO2、 1mol O2，此时容器的体积为200L。向容器中加入催化剂（固体）并保持恒温恒压，发生反应：‎ ‎ 2SO2（气）+O2（气） 2SO3（气）‎ 达到平衡时，平衡气体中SO3的体积分数为0.91。‎ 试回答下列问题：‎ ‎（1）工业上二氧化硫的催化氧化采用常压而不采用高压的原因是： _______。‎ ‎（2）保持上述温度和压强不变，若向容器中只充入2mol SO3并加入固体催化剂。则平衡时，SO2的体积分数是 ，容器的体积为 L。‎ ‎（3）温度仍保持537℃，容器体积保持200L不变（恒容）。充入a molSO2、b molO2，并加入固体催化剂，反应达平衡时，SO3的体积分数仍为0.91，体系压强为1.01×105Pa。若a:b=2:1，则a= 。‎ ‎[参考答案]‎ ‎1C（升高温度时，正、逆反应的速率都增大，降低温度时，正、逆反应的速率都减小）。‎ ‎2B（氢气转化率为30%）。‎ ‎3A（根据题给的反应方程式可知，单位时间内每生成1molS2Cl2的同时必生成1molCl2。要注意的是，虽体系中只有氯气一种气体物质，便加入氯气平衡不一定向正反应方向移动）。‎ ‎4D（加入氯化氢气体，可跟氨化合生成氯化铵，结果使平衡向逆方向移动）‎ ‎5D[分析化学方程式可得出，每有2molA、1molB转化为产物，体系中气体的物质的量就要减小2mol，气体的总质量就要减小nM(C)g或“2M(A)+M(B)”，相当于少了一种相对分子质量为或的气体物质] ‎ ‎6．（1）0.013。‎ ‎（2）1.0 催化剂。‎ ‎（3）＞ ＞。‎ ‎（4）吸热；因温度升高时，平衡向右移动。‎ ‎（比较实验1、2、3，都是相同的温度下进行，实验2中前10s内浓度变化最大，可能隐含着加入催化剂等影响反应速率很明显的条件变化。比较实验1、4可得，反应温度越高，平衡时A的浓度越小，所以题给反应的正反应方向是吸热反应）‎ ‎7．（1）常压下，三氧化硫的含量已达到91%，从降低成本考虑，没有必要再加压。‎ ‎（2 ）6%，137.5L ‎（3）2.9。‎ ‎（加入2molSO3跟加入2molSO2、1molO2相当，在其它条件相同时可以达到相同的平衡状态。所以平衡时二氧化硫的体积分数是6%、氧气的体积分数为3%。设平衡时SO3的物质的量为xmol，则有=0.91，可求得x=1.88，平衡时气体的总的物质的量为2.062mol，所以平衡时气体的总体积为V==137.5L。第3问中，体积始终保持200L，达到平衡时的体积也是200L，则加入二氧化硫的物质的量为=2.9mol）‎