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考點十九 化學反應速率和化學平衡知識點講解 一、化學反應速率 1. 化學反應速率 ⑴ 化學反應速率是平均速率，而不是瞬時速率。 ⑵ 無論濃度的變化是增加還是減少，一般都取正值，所以化學反應速率一般為正值。 ⑶ 由于在反應中純固體和純液體的濃度是恒定不變的，因此對于有純液體或純固體參加的反應一般不用純液體或純固體來表示化學反應速率。其化學反應速率與其表面積大小有關，而與其物質的量的多少無關。通常是通過增大該物質的表面積來加快反應速率。 ⑷ 對于同一個反應來說，用不同的物質來表示該反應的速率時，其數值不同，但每種物質都可以用來表示該反應的快慢。因此，表示化學反應速率時，必須指明是用反應體系中的哪種物質做標準。 ⑸ 對于在一個容器中的一般反應 aA + bB == cC + dD來說有： VA ：VB ：VC ：VD === △CA ：△CB ：△CC ：△CD === △nA ：△nB ：△nC ：△nD==== a ：b ：c ：d 2. 化學反應速率大小的比較方法 ⑴ 看單位是否統(tǒng)一，若不統(tǒng)一，換算成相同的單位。 ⑵ 比較反應速率大小時，不僅需看反應速率數值 的大小，且要結合化學方程式中物質的化學計量 數及單位,化歸到同一物質，再進行比較。 ⑶ 對于一般反應aA＋bB===cC＋dD，比較與，若＞，則A表示的反應速率比B的大。 3. 化學反應速率的計算方法 （1）概念法： （2）化學計量數法： 一般是先用概念法計算出一種物質的反應速率，再用化學計量數法算出其他物質的化學反應速率。 4. 影響化學反應的因素 ⑴ 濃度對化學反應速率的影響： ① 一個反應的速率主要取決于反應物的濃度，與產物的濃度關系不大 。 ② 物質為固體或純液體時，濃度為常數，改變固體或純液體的量，不改變濃度，不影響化學反應速。 若參加反應的物質為固體、液體或溶液，由于 ⑵ 壓強對化學反應速率的影響 ① 壓強的變化對它們的濃度幾乎無影響，可以認為反應速率不變。 ② 改變壓強的涵義，一般是指： 氣體物質的量不變，改變容器的容積。比如像 a. N2 + 3H2 2NH3，反應物為氣體的反應，縮小體積，壓強增大，反應物氣體的濃度增大，反應速率加快。如果增大體積，壓強減小，反應物氣體的濃度減小，反應速率減小。 b. 氣體的容器容積不變，充入不相關的氣體。比如像 N2 + 3H2 2NH3的反應，充入Ne， 壓強增大，但各反應物的濃度沒有變化，反應速率不變。如果充入Ne，壓強不變，必然是容器的容積增大，而氣體容積的增大，一定引起反應物濃度的減小，所以化學反應速率減小。 ③ 像化學反應：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑生成物中有氣體，反應物中沒有氣體，增大壓強，速率不增大；減小壓強，速率也不減小。 ⑶ 溫度對化學反應速率的影響 不管是吸熱反應還是放熱反應，只要是升高溫度一定加快反應速率，降低溫度一定減慢反應速率。 ⑷ 催化劑對化學反應速率的影 對可逆反應來說使用催化劑，可同時加快正逆反應速率 典例1（2019屆浙江省“超級全能生”高考選考科目9月聯(lián)考）某實驗小組研究溫度對化學反應的影響，在其他條件相同時，將和充入體積為2L的恒容密閉容器中，測得的物質的量分數隨時間變化的實驗數據如下： 時間 0 20 40 60 80 100 的物質的量分數 0 0 下列說法正確的是 A． 溫度下，之間，的平均反應速率為 B． 在溫度下，該反應有可能在70min時已達到平衡狀態(tài) C． 由表中數據推測， D． 由表中數據可知，溫度越高，與的反應限度越大 【答案】A 【解析】A.溫度下，之間，HI的物質的量分數為，反應前后氣體的物質的量不變，則說明生成1mol，說明氫氣消耗了，的平均反應速率為，選項A正確；B.在溫度下，該反應70min時沒有達到平衡狀態(tài)，選項B錯誤；C.表中數據沒有已知該反應是放熱還是吸熱，故無法判斷大小，選項C錯誤；D.由于無法判斷大小，故由溫度無法得知與的反應限度，選項D錯誤；答案選A。 二、化學平衡 化學平衡狀態(tài)的判斷方法 1．直接判斷法 (1) v正＝v逆>0(即同一物質的消耗速率與生成速率相等)。 (2 )各物質的濃度保持不變。 2．間接判斷法 (1) 各物質的百分含量保持不變。 (2) 各物質的物質的量不隨時間的改變而改變。 (3) 各氣體的體積不隨時間的改變而改變。 例如：我們以密閉容器中的反應mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)為例來說明： 化學反應 mA(g) + nB(g) pC(g)+ qD(g) 是否平衡 混合物體系中各成分的含量 ①各物質的物質的量或物質的質量分數一定 平衡 ②各物質的質量或質量分數一定 平衡 ③各氣體的體積或體積分數一定 平衡 ④總體積、總壓強、總物質的量一定 不一定平衡 正、逆反應速率之間的關系 ①在單位時間內消耗了m mol A，同時也生成了m mol A， 即v(正) ＝ v(逆) 平衡 ②在單位時間內消耗了n mol B，同時也消耗了p mol C， 即v(正) ＝ v(逆) 平衡 ③v(Ａ) : v(B) : v(C) : v(D) ＝ m : n : p : q ， v(正) 不一定等于v(逆) 不一定平衡 ④在單位時間內生成了n mol B，同時也消耗了q mol D， 即敘述的都是v(逆) 不一定平衡 壓強 ①其它條件一定、總壓強一定，且m + n ≠ p + q 平衡 ②其它條件一定、總壓強一定，且m + n ＝ p + q 不一定平衡 混合氣體的平均相對分子質量 ①平均相對分子質量一定，且m + n ≠ p + q 平衡 ②平均相對分子質量一定，且m + n ＝ p + q 不一定平衡 溫度 任何化學反應都伴隨著能量變化，當體系溫度一定時 平衡 氣體的密度 密度一定 不一定平衡 顏色 反應體系內有色物質的顏色穩(wěn)定不變 平衡 典例2（2019屆遼寧省阜新市海州高級中學高三第一次月考）一定溫度恒容密閉容器，可逆反應: A(g)+3B(g)?2C(g)， 下列敘述不是達到平衡的標志的是( ) ①C 的生成速率與C的分解速率相等 ②單位時間內a mol A 生成，同時生成3a mol B ③A、B、C 的濃度不再變化 ④混合氣體的總壓強不再變化 ⑤混合氣體的物質的量不再變化 ⑥單位時間消耗a mol A，同時生成2a mol C ⑦A、B、C 的分子數目比為1:3:2 ⑧A、B、C 的反應速率之比為1:3:2 A． ②⑤⑥⑧ B． ②⑥⑦⑧ C． ①③⑥ D． ①③④⑤ 【答案】B 三、化學平衡圖像 圖像題解題方法 （1）分析反應速度圖像： ①看起點：分清反應物和生成物，濃度減小的是反應物，濃度增大的是生成物，生成物多數以原點為起點。 ②看變化趨勢：分清正反應和逆反應，分清放熱反應和吸熱反應。升高溫度時，△V吸熱＞△V放熱。 ③看終點：分清消耗濃度和增生濃度。反應物的消耗濃度與生成物的增生濃度之比等于反應方程式中各物質的計量數之比。 ④對于時間——速度圖像，看清曲線是連續(xù)的，還是跳躍的。分清“漸變”和“突變”、“大變”和“小變”。增大反應物濃度V正 突變，V逆 漸變。升高溫度，V吸熱 大增，V放熱 小增。 （2）化學平衡圖像問題的解答方法： ①三步分析法：一看反應速率是增大還是減??；二看△V正 、 △V逆的相對大?。蝗椿瘜W平衡移動的方向。 ②四要素分析法：看曲線的起點；看曲線的變化趨勢；看曲線的轉折點；看曲線的終點。 ③先拐先平：對于可逆反應mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) ，在轉化率——時間曲線中，先出現拐點的曲線先達到平衡。它所代表的溫度高、壓強大。這時如果轉化率也較高，則反應中m+n>p+q。若轉化率降低，則表示m+na點 b點：v逆>v正 恒溫，t1時再充入O3 【答案】C B、根據圖示可知，在0~2 s內，NO2濃度減小了0.4mol/L，則根據反應方程式中物質的關系可知，O3變化的濃度是0.2mol/L，所以該時間內的化學反應速率是v(O3)=0.2mol/L2s=0.1mol/(L.s)，故B錯誤；C、升高溫度，化學反應速率加快，由于溫度：b點>a點，所以化學反應速率：b點>a點，根據圖像可知，b點在平衡曲線以下，說明相同溫度下b點的NO2體積分數小于平衡狀態(tài)時體積分數，所以b點：v逆>v正，故C正確；D、恒溫時，向容器中再充入O3，由于增大了反應物的濃度，同時也增大了體系的壓強，v正突然增大，v逆在這一瞬間不變，由于v逆＜v正，所以化學平衡向正反應方向移動，故D錯誤。 典例4（江蘇省鹽城市阜寧中學2019屆高三上學期第一次月考）在2L的恒容密閉容器中充入A(g)和B(g)，發(fā)生反應：A(g)＋B(g)2C(g)＋D(s) △H＝a kJ/mol實驗內容和結果分別如下表和右圖所示。下列說法正確的是 實驗 序號 溫度 起始物質的量 熱量變化 A B Ⅰ 600℃ 1mol 3mol 96kJ Ⅱ 800℃ 1.5mol 0.5mol － A． 實驗Ⅰ中，10min內平均速率v(B)＝0.06mol/(Lmin)； B． 上述方程式中a＝－160 C． 600℃時，該反應的平衡常數是1.5 D． 向實驗Ⅱ的平衡體系中再充入0.5molA和1.5molB，A的轉化率減小 【答案】BC A(g)＋B(g)2C(g)＋D(s) △H＝a kJ/mol， 起始量（mol） 1 3 0 0 變化量（mol） 0.6 0.6 1.2 0.6 96kJ 平衡量（mol） 0.4 2.4 1.2 0.6 反應焓變是指1molA全部反應的熱量變化，則a=96kJ/0.6mol=160kJmol－1，圖象分析，先拐先平溫度高，溫度越高C物質的量越小，溫度升高，平衡逆向進行，說明反應是放熱反應，所以a=-160kJmol－1。故B正確； C、由B中可知平衡濃度：c（A）=0.2molL－1，c（B）=1.2molL－1，c（C）=0.6molL－1，平衡常數K=0.62/0.21.2=1.5，故C正確； 、反應前后氣體體積不變，等比等效，開始投入量 A與B的物質的量之比為3：1，向實驗Ⅱ的平衡體系中再充0.5 mol A和1.5 mol B，可以看作先投入0.5 mol A和0.5/3 mol B，兩個平衡為等效平衡，再把剩余的B加入。增大B的濃度使平衡向正反應方向移動，則A的轉化率增大，故D錯誤；故選BC。 典例5（2018年成都七中高考模擬考試）近幾年我國大面積發(fā)生霧霾天氣，2.5微米以下的細顆粒物(PM2.5)是導致霧霾天氣的“罪魁禍首”?？諝庵械腃O、SO2、氮氧化物等污染氣體會通過大氣化學反應生成PM2.5顆粒物。 （1） 用CaSO4代替O2與燃料CO反應，是一種高效、清潔、經濟的新型燃燒技術，既可提高燃燒效率，又能得到較純的CO2，以便于被處理。反應①為主反應，反應②和③為副反應。 ⅰ．CaSO4(s)＋4CO(g)==CaS(s)＋4CO2(g) ΔH1＝－189.2 kJmol-1 ⅱ．CaSO4(s)＋CO(g)==CaO(s)＋CO2(g)＋SO2(g) ΔH2＝＋210.5 kJmol-1 ⅲ．CO(g)== C(s)＋CO2(g) ΔH3＝－86.2 kJmol-1 反應2CaSO4(s)＋7CO(g)==CaS(s)＋CaO(s)＋6CO2(g)＋C(s)＋SO2(g)的ΔH＝_________________。 （2）已知由CO生成CO2的化學方程式為CO＋O2CO2＋O。其正反應速率為v正=K正c(CO) c(O2)，逆反應速率為v逆=K逆c(CO2) c (O)，K正、K逆為速率常數。在2500 K下，K正=1.21105 Ls-1mol-1，K逆=3.02105 Ls-1mol-1。則該溫度下上述反應的平衡常數K值為________(保留小數點后一位小數)。 （3）用活性炭還原法可以處理氮氧化物。某研究小組向某密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，發(fā)生反應：C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g) ΔH=Q kJmol-1。在T1℃時，反應進行到不同時間測得各物質的濃度如下： 時間(min) 濃度(molL-1) 0 10 20 30 40 50 NO 1.00 0.58 0.40 0.40 0.48 0.48 N2 0 0.21 0.30 0.30 0.36 0.36 CO2 0 0.21 0.30 0.30 0.36 0.36 ①0～10 min內，NO的平均反應速率v(NO)=___________________________________； ②30 min后只改變某一條件，反應達新平衡，根據上表數據判斷改變的條件可能是____(選填字母)； a．加入一定量的活性炭 b．通入一定量的NO c．適當縮小容器的體積 d．加入合適的催化劑 ③若30min后升高溫度至T2℃，達到平衡時，容器中NO、N2、CO2的濃度之比為5∶3∶3，則Q_____0 (填“＞”、“＝”或“＜”)。 （4）利用如圖所示電解裝置(電極均為惰性電極)也可吸收SO2，并用陰極室排出的溶液吸收NO2。與電源b極連接的電極的電極反應式為_______________。 （5）NO2在一定條件下可轉化為NH4NO3和NH4NO2。相同溫度下，等濃度NH4NO3和NH4NO2兩份溶液，測得NH4NO2溶液中c(NH4+)較小，分析可能的原因_____________。 【答案】－151.1 kJmol-10.40.042 molL-1min-1bc＜2HSO3—＋2e—＋2H+ ==S2O42—＋2H2ONO2—水解呈堿性，對NH4+的水解起促進作用 或答出NO2—與NH4+氧化還原產生氮氣 新達到平衡，圖表數據分析可知一氧化氮，氮氣，二氧化碳濃度都增大；a．加入一定量的活性炭是固體，對平衡無影響，故a不符合；b．通入一定量的NO，反應正向進行，達到平衡后一氧化氮、氮氣、二氧化碳濃度增大，故b符合；c．適當縮小容器的體積，反應前后是氣體體積不變的反應，平衡不動，但個物質濃度增大，符合要求，故c符合；d．加入合適的催化劑，只能改變化學反應速率，不能改變平衡，濃度不變，故d不符合；故答案為：bc；③若30min后，達到平衡時容器中NO、N2、CO2的濃度之比2：1：1，升高溫度至T2℃，達到平衡時，容器中NO、N2、CO2的濃度之比為3：1：1，所以平衡逆向進行，逆向是吸熱反應，正反應方向是放熱反應Q＜0； （4）根據圖中信息可知，與電源b極連接的電極上HSO3—得電子轉化為S2O42—，發(fā)生的電極反應式為2HSO3—＋2e—＋2H+ ==S2O42—＋2H2O；（5）NO2在一定條件下可轉化為NH4NO3和NH4NO2。相同溫度下，等濃度NH4NO3和NH4NO2兩份溶液，NO2—水解呈堿性，對NH4+的水解起促進作用 或答出NO2—與NH4+氧化還原產生氮氣，故測得NH4NO2溶液中c(NH4+)較小。