1、1第 7 讲 化学反应速率与化学平衡考纲要求1.了解化学反应速率的概念和定量表示方法。能正确计算化学反应的转化率( )。2.了解反应活化能的概念。了解催化剂的重大作用。3.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。4.掌握化学平衡的特征。了解化学平衡常数( K)的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。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，能用相关理论解释其一般规律。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。学科素养1.变化观念与平衡思想：认识化学反应是有限度的，能多角度、动态地分析化学平衡状态并运用化学平衡移动原理解决实际问题。
2、2.证据推理与模型认知：通过对化学平衡概念的深刻讨论，建立平衡思想，并能广泛应用于一定条件下的可逆过程中，揭示平衡移动的本质与规律。3.科学精神与社会责任：应具有严谨求实的科学态度，具有探索未知、崇尚真理的意识；赞赏化学对社会发展的重大贡献，具有可持续发展意识和绿色化学观念，能对与化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断。网络构建核心强化1化学反应速率概念的“三个”理解2(1)平均速率和瞬时速率：在中学化学中，通常所说的化学反应速率是指平均速率，即某段时间内的平均反应速率，而不是某时刻的瞬时速率。(2)化学反应速率越快不等于化学反应现象越明显，如某些中和反应。(3)同一反应中，同一时间段内用不
3、同物质的物质的量浓度变化表示的反应速率，数值可能不同，但意义相同，其数值之比等于化学方程式中对应物质的化学计量数之比。2化学平衡状态判断的两个“标志”(1)v(正) v(逆)。(2)各组分百分含量保持不变。以及能间接说明以上两点的其他“有条件标志” 。3用平衡移动原理判断平衡移动的方向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)升高温度时，平衡向吸热反应方向移动。(2)增加反应物浓度，平衡向反应物浓度减少的方向移动。(3)增大压强时，平衡向气体体积缩小的方向移动。(4)平衡发生移动的根本原因是外界条件的改变破坏了原平衡体系，使 v(正) v(
4、逆)。当 v(正) v(逆)时，平衡向正反应方向移动。当 v(正)K，反应向逆反应方向进行。(3)判断反应的热效应。升高温度， K 值增大，正反应为吸热反应。升高温度， K 值减小，正反应为放热反应。(4)根据平衡常数进行简单计算。5应用化学平衡常数时应注意的三个问题(1)化学平衡常数只与温度有关。(2)有固体或纯液体参与反应时，浓度可看作“1” 。(3)正、逆反应的化学平衡常数互为倒数。6解平衡图象题的两个“策略”3(1)“先拐先平数值大”原则：先出现拐点的反应则先达到平衡，其代表的温度越高或压强越大。(2)“定一议二”原则：先确定横坐标(或纵坐标)所表示的数值，再讨论纵坐标(或横坐标)与曲
5、线的关系。7绘图“两个”要领一标：标原点，标横、纵坐标的物理量及单位。二比：比照原图象，画出新图象，并标明。考点一 化学反应速率及其影响因素解析 (1)硫杆菌的存在加快了 FeSO4的氧化速率，故起到催化剂作用。(2)由图 1可知 30 时氧化速率最快，由图 2 可知 pH2.0 时氧化速率最快，故使用硫杆菌的最佳条件为 30 、 pH2.0。硫杆菌含蛋白质，温度过高会使蛋白质变性，而使硫杆菌失去生理活性，从而丧失催化能力。答案 (1)降低反应活化能(或作催化剂)(2)30 、pH2.0 蛋白质变性(或硫杆菌失去活性)解答影响化学反应速率因素题目的解题步骤(1)审清题干：看清题目要求是“浓度”
6、 “压强”还是“温度” “催化剂” 。(2)审清条件：分清是“恒温恒压”还是“恒温恒容” ，或其他限制条件。(3)依据条件，进行判断：增大浓度使化学反应速率加快，但增加固体的量对化学反应速率无影响。压强对化学反应速率的影响必须引起容器的体积发生变化同时有气体参加的化学反4应。分点突破角度一：化学反应速率的影响因素1工业上生产水煤气的反应为：C(s)H 2O(g)CO(g)H 2(g) H0。在一容积可变的密闭容器中进行该反应，下列条件的改变能够加快反应速率的是( )A增加 C 的量B保持压强不变，充入 N2C保持体积不变，充入 N2D将容器的体积缩小一半解析 C 为固体，增加 C 的量，反应速
7、率不变，A 项错误；保持压强不变，充入N2，容器体积增大，体系中气体反应物的浓度减小，反应速率减慢，B 项错误；保持体积不变，充入 N2，体系中各物质的浓度不变，反应速率不变，C 顼错误；将容器的体积缩小一半，体系中气体反应物的浓度增大，反应速率加快，D 项正确。答案 D2已知反应：2NO(g)Br 2(g)=2NOBr(g)的活化能为 a kJmol1 ，其反应机理如下：NO(g)Br 2(g)=NOBr2(g) 慢NO(g)NOBr 2(g)=2NOBr(g) 快下列有关该反应的说法正确的是( )A反应的速率主要取决于的快慢B反应速率 v(NO) v(NOBr)2 v(Br2)CNOBr
8、2是该反应的催化剂D该反应的焓变等于 a kJmol1解析 A 项，反应速率的快慢主要取决于慢反应的速率，错误；B 项，反应速率之比等于化学计量数之比，根据总反应式知 v(NO) v(NOBr)2 v(Br2)，正确；C 项，NOBr 2是反应的生成物，是反应的反应物，不是催化剂，错误；D 项， a kJmol1 是总反应的活化能，不是焓变，错误。答案 B角度二：化学反应速率的定量分析3(2018湖北龙泉中学、襄阳五中、宜昌一中联考)在 2 L 的密闭容器中，发生反应：2A(g)B(g) 2C(g)D(g)。若最初加入的 A 和 B 都是 4 mol，在前 10 s A 的反应速率为0.12
9、molL1 s1 ，则 10 s 时容器中 B 的物质的量是( )A1.6 mol B2.8 molC2.4 mol D1.2 mol5解析 前 10 s v(B) v(A)0.06 molL1 s1 ，则消耗的 B 的物质的量为 0.06 12molL1 s1 10 s2 L1.2 mol,10 s 时容器中 B 的物质的量为(41.2) mol2.8 mol，B 项正确。答案 B4某小组利用 H2C2O4溶液和酸性 KMnO4溶液反应来探究“外界条件对化学反应速率的影响” 。(1)向酸性 KMnO4溶液中加入一定量的 H2C2O4溶液，当溶液中的 KMnO4耗尽后，溶液紫色将褪去。为确保能
10、观察到紫色褪去，H 2C2O4与 KMnO4初始的物质的量需要满足的关系为n(H2C2O4) n(KMnO4)_。(2)为探究反应物浓度对化学反应速率的影响，该小组设计了如下实验方案：表中 x_mL，理由是_。(3)已知 50 时， c(H2C2O4)随反应时间 t 的变化曲线如图所示，若保持其他条件不变，请在坐标图中画出 25 时 c(H2C2O4)随 t 的变化曲线示意图。解析 (1)2MnO 6H 5H 2C2O4=2Mn2 10CO 28H 2O，根据上述方程式判断， 4H2C2O4与 KMnO4初始的物质的量需满足 n(H2C2O4) n(KMnO4)2.5。(2)根据表中提供的数据
11、可知，应控制 KMnO4的浓度不变，调节 H2C2O4的浓度，所以 x2.0(即总体积保持 13.0 mL不变)。(3)温度降低，反应速率减慢，反应达到平衡时所用时间变长。6答案 (1)2.5 (2)2.0 保证其他条件不变，只改变反应物 H2C2O4的浓度，从而达到对照实验的目的(3)如图所示解答“变量控制”实验探究题的方法思路考点二 化学平衡的判断、移动及应用类型一 化学平衡状态的判断7解析 (1)溶液的 pH 不再变化，即 OH 的浓度不再变化，所以平衡体系中各组分的浓度均不再变化，说明反应达到平衡状态，a 项正确；当 v 正 (I )2 v 逆 (AsO )或 v 逆33(I )2 v
12、 正 (AsO )时反应达到平衡状态，选项中的速率未指明是正反应速率还是逆反应33速率，故 b 项错误；反应达到平衡之前， c(AsO )逐渐减小而 c(AsO )逐渐增大，故33 34c(AsO )/c(AsO )逐渐增大，当 c(AsO )/c(AsO )不变时反应达到平衡状态，c 项34 33 34 33正确；根据离子方程式可知反应体系中恒有 c(I )2 c(AsO )，观察图象可知反应达到34平衡时 c(AsO ) y molL1 ，此时 c(I )2 y molL1 ，故 d 项错误。34(2)tm时反应未达到平衡状态，所以 v 正 大于 v 逆 。(3)从 tm到 tn，反应逐渐
13、趋于平衡状态，反应物浓度逐渐减小而生成物浓度逐渐增大，所以正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，故 tm时 v 逆 小于 tn时 v 逆 。答案 (1)ac (2)大于(3)小于 tm时生成物浓度较低判断化学反应达到平衡状态的“2 方法”8分点突破角度：化学平衡状态的判断1将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒容容器中(固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：NH 2COONH4(s)2NH3(g)CO 2(g)。判断该分解反应已经达到化学平衡的是( )A2 v(NH3) v(CO2)B密闭容器中 c(NH3) c(CO2)21C密闭容器中混合气体的密度不变D密闭容器中氨气的体
14、积分数不变解析 该反应为有固体参与的前后气体体积有变化的反应，且反应容器容积不变，所以压强、密度均可作为判断平衡的标志。该题应特别注意 D 项，因为该反应为固体的分解反应，NH 3、CO 2的体积分数始终为定值 NH3为 ，CO 2为 。23 13答案 C2工业废水中常含有一定量的 Cr2O 和 CrO ，它们会对人类及生态系统产生很27 24大损害，必须进行处理。常用的处理方法有两种，其中一种是还原沉淀法，工艺流程为CrO Cr2O Cr3 OH ,沉淀 Cr(OH)3。第步存在平衡 2CrO (黄24 H 转 化 27 Fe2 还 原 24色)2H Cr2O (橙色)H 2O，下列有关说法
15、正确的是( )27A改变第步反应的平衡体系中 H 的浓度，溶液颜色无明显变化B若 2v(Cr2O ) v(CrO )，说明反应达到平衡状态27 24C反应中还原 1 mol Cr2O ，需要 6 mol Fe227DFeSO 4溶液显酸性的原因是 Fe2 2H 2O=Fe(OH)22H 解析 A 项，依据化学平衡影响因素分析，H 浓度增大平衡正向移动，溶液颜色变为橙色，H 浓度减小平衡逆向移动，溶液呈黄色，错误；B 项，各物质的化学反应速率之9比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比，2 v(Cr2O ) v(CrO )是正反应速率关27 24系，不能证明反应达到平衡状态，错误；C 项，依据氧
16、化还原反应中得失电子守恒知，还原 1 mol Cr2O ，需要 6 mol Fe2 ，正确；D 项，Fe 2 水解程度微弱，不会有沉淀生成，27且应为可逆反应，错误。答案 C3(2018江西五校联考)工业上可采用 CO 和 H2合成甲醇，发生的反应为 CO(g)2H 2(g)CH3OH(g) H v(逆)时，才使平衡向正反应方向移动。(3)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。(4)对于缩小体积增大压强，不管是否移动，各成分的浓度均增大，但增大的倍数可能不同也可能相同。14考点三 化学平衡常数与转化率的计算解析 将题中已知的三个反应依次编号为，由2得催化重整反应的 H24
17、7 kJmol1 ；催化重整反应的正方向是气体分子数增大的吸热反应，高温低压有利于平衡向正反应方向移动，提高甲烷的平衡转化率，故选 A。 “三段式法”计算平衡常数的过程如下：答案 247 A 13化学平衡计算题的 2 种解题模式(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。15注意：变化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例；这里 a、 b 可指：物质的量、浓度、体积等；弄清起始浓度、平衡浓度、平衡转化率三者之间的互换关系；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
18、转始，欲求范围找极值。分点突破角度一：化学平衡常数的计算1在 300 mL 的密闭容器中，放入镍粉并充入一定量的 CO 气体，一定条件下发生反应：Ni(s)4CO(g) Ni(CO)4(g)，已知该反应平衡常数与温度的关系如下表：温度/ 25 80 230平衡常数 5104 2 1.9105下列说法不正确的是( )A上述生成 Ni(CO)4(g)的反应为放热反应B25 时反应 Ni(CO)4(g)Ni(s)4CO(g)的平衡常数为 2105C80 达到平衡时，测得 n(CO)0.3 mol，则 Ni(CO)4的平衡浓度为 2 molL1D在 80 时，测得某时刻，Ni(CO) 4、CO 浓度均
19、为 0.5 molL1 ，则此时 v(正) v(逆)解析 A 项，根据图表数据分析，平衡常数随温度升高减小，说明平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正向是放热反应，正确；B 项，25 时反应 Ni(CO)4(g)Ni(s)164CO(g)的平衡常数 K与 Ni(s)4CO(g) Ni(CO)4(g)的平衡常数 K 互为倒数，K 210 5 ，正确；C 项，80 达到平衡时，测得 n(CO)0.3 1K 15104mol， c(CO) 1 molL 1 ，依据平衡常数计算式， K 2，则 Ni(CO)0.3 mol0.3 L cNiCO4c4CO4的平衡浓度为 2 molL1 ，正确；D 项，在 80
20、 时，测得某时刻，Ni(CO) 4、CO 浓度均为 0.5 molL1 ， Qc 82，说明平衡逆向进行，则此时 v(正)0，在一定条件下，向体积为 1 L 的密闭容器中充入 1 mol CH4(g)和 1 mol H2O(g)，测得 H2O(g)和 H2(g)的浓度随时间变化曲线如图所示，下列说法正确的是( )A达平衡时，CH 4(g)的转化率为 75%B010 min 内， v(CO)0.075 molL 1 min1C该反应的化学平衡常数 K0.1875D当 CH4(g)的消耗速率与 H2(g)的消耗速率相等时，反应到达平衡解析 由图可知，10 min 时反应到达平衡，平衡时水、氢气的浓
21、度均为 0.75 18molL1 ，则：A 项，平衡时甲烷转化率 100%25%，错误；B 项，010 min 内，0.25 molL 11 molL 1v(CO) 0.025 molL1 min1 ，错误；C 项，平衡常数 K0.25 molL 110 min 0.1875，正确；D 项，同一物质的消耗速率与其生成cCOc3H2cCH4cH2O 0.250.7530.750.75速率相等时，反应到达平衡，由方程式可知当 CH4(g)的消耗速率与 H2(g)的消耗速率之比为 13 时，反应到达平衡，错误。答案 C4将 4 mol CO(g)和 a mol H2(g)混合于容积为 4 L 的恒容
22、密闭容器中，发生反应：CO(g)2H 2(g)CH3OH(g)，10 min 后反应达到平衡状态，测得 H2为 0.5 molL1 。经测定 v(H2)0.1 molL 1 min1 。下列说法正确的是( )A平衡常数 K2BH 2起始投入量为 a6CCO 的平衡转化率为 66.7%D平衡时 c(CH3OH)0.4 molL 12x mol0.1 molL1 min1 10 min4 L4 mol， x2， a2 x0.54， a6。平衡时， c(CO)0.5 molL1 ， c(H2)0.5 molL1 ， c(CH3OH)0.5 molL1 。A 项，平衡常数19K 4，错误；B 项，经上
23、述计算，正确；C 项，CO 的平衡转cCH3OHcCOc2H2 0.50.50.52化率为 100%50%，错误；D 项，平衡时 c(CH3OH)0.5 molL 1 ，错误。2 mol4 mol答案 B5目前工业合成氨的原理是 N2(g)3H 2(g)2NH3(g)(1)工业合成氨反应中，在其他条件相同时，分别测定 N2的平衡转化率在不同压强(p1、 p2)下随温度变化的曲线，如图所示的图示中，正确的是_(填“A”或“B”)；比较 p1、 p2的大小关系：_。(2)在一定温度下，将 1 mol N2和 3 mol H2混合置于体积不变的密闭容器中发生反应，达到平衡状态时，测得气体总物质的量为
24、 2.8 mol。达平衡时，H 2的转化率 1_。已知平衡时，容器压强为 8 MPa，则平衡常数 Kp_(保留小数点后两位数，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压物质的量分数)。解析 (1)合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率减小，所以图 A 正确，B 错误；该反应正方向为体积减小的方向，增大压强平衡正向移动，转化率增大， p2的转化率大，则 p2大， p2p1。(2)设参加反应的氮气物质的量为 x mol，列式可得：(1 x)(33 x)2 x2.8， x0.6；则氮气转化率 100%60%，0.6 mol1 mol当加入的反应物的物质的量之比等于其化学计量数之比时，反应物的转化率相等，所
25、以氢气转化率也是 60%；20平衡时各物质的压强之比等于其物质的量之比，所以 p(N2) 8 1 0.6 mol2.8 molMPa MPa， p(H2) 8 MPa MPa， p(NH3) 8 87 3 30.6mol2.8 mol 247 20.6 mol2.8 molMPa MPa，化学平衡常数 Kp 0.26 (MPa) 2 。247 p2NH3pN2p3H2(247)287(247)3答案 (1)A p2p1 (2)60% 0.26 (MPa) 2考向一 化学反应速率的影响因素1(2016北京卷)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
26、剂解析 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。答案 A2(2015福建卷)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( )A.a6.00B同时改变反应温度和蔗糖的浓度， v 可能不变C bT1解析 容器中平衡时
27、， c(NO2)0.2 molL 1 ， c(NO)0.4 molL 1 ， c(O2)0.2 molL 1 ，容器容积为 1 L，气体总物质的量为(0.20.40.2)mol0.8 mol，容器中投入量为(0.30.50.2)mol1 mol，若容器中投入量与平衡量相等，则两容器内压强之比为 0.8145，根据容器中的相关数据，知该反应的平衡常数 K0.8 molL 1 ，容器 中 Qc0.2 molL 10.4 molL 120.2 molL 120.56 molL 1 T1，D 项正确。答案 CD7(2018全国卷)三氯氢硅(SiHCl 3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题：对
28、于反应 2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)SiCl 4(g) H148 kJmol1 采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在 323 K 和 343 K 时 SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。(1)343 K 时反应的平衡转化率 _%。平衡常数 K343 K_(保留 2 位小数)。(2)在 343 K 下：要提高 SiHCl3转化率，可采取的措施是_；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有_、_。(3)比较 a、b 处反应速率大小： va_vb(填“大于” 、 “小于”或“等于”)。反应速率 v v 正 v 逆 k 正 x2SiHCl3 k 逆 xSiH2Cl2xSiCl
29、4， k 正 、 k 逆 分别为正、逆向反应速率常数， x 为物质的量分数，计算 a 处的 _(保留 1 位小数)。v正v逆解析 (1)利用“先拐先平数值大”可知，a 点所在曲线是 343 K 时 SiHCl3转化率变化曲线，由图示可知，343 K 下 SiHCl3的平衡转化率为 22%；假设起始时 c(SiHCl3)1 27molL1 ，采用“三段式”可知平衡时 SiHCl3、SiH 2Cl2、SiCl 4的浓度分别为 0.78 molL1 、0.11 molL 1 、0.11 molL 1 ，故反应的平衡常数K 0.02。(2)在 343 K 下，要提高平衡转化率，可采用不断移去产cSiH
30、2Cl2cSiCl4c2SiHCl3物的方法，要缩短达到平衡的时间，则需要加快反应速率，所以可采取改进催化剂或缩小反应容器容积以增大反应物的浓度等措施。(3)a、b 两点处容器内各物质浓度相同，但 a点温度高，故 a 点反应速率大；在 343 K 时， K0.02，而 a 点k正k逆SiHCl3、SiH 2Cl2、SiCl 4物质的量分数分别为 0.8、0.1、0.1，故 0.02641.3。v正v逆 k正 0.82k逆 0.12答案 (1)22 0.02 (2)及时移去产物 改进催化剂 提高反应物压强(浓度) (3)大于 1.3题型特点：选择题 填空题考向评析：本部分知识在卷中考查速率及平衡
31、的影响或结合图象分析平衡移动；卷中通常在化学反应原理综合题中，通过图象研究速率、平衡影响，通过获取数据或图象信息计算转化率和平衡常数，同时结合工农业生产实际考查学生运用所学知识解决实际问题的能力。答题启示：轮复习时，应注意新情景下平衡状态的判定，及化学平衡常数的多种表示形式的书写，同时加强审读图象获取解题信息的强化训练。“四步”突破化学反应速率与化学平衡图象题题型特点 化学反应速率与化学平衡的图象题的设置体现了学科核心素养中的“变化观念与平衡思想” 。这类题型在近几年全国卷选择题中极少出现，多在非选择题中以填空的形式出现。根据高考命题轮换的特点，2019 年高考试卷中可能会将非选择题中的化学平
32、衡图象题置换到选择题中，变“冷点”为“热点” 。名师精讲常考三类图象归纳1有“断点”的平衡图象当可逆反应达到一种平衡后，若某一时刻外界条件发生改变，可以使速率( v)时间( t)图28象的曲线上出现不连续的情况，即出现“断点” ，根据“断点”前后速率的大小，即可对外界条件的变化作出判断。(1)对于可逆反应：H 2(g)I 2(g)2HI(g) HT2；由T1 T2，降低温度， (C)增大，说明平衡正向移动，故正反应为放热反应，则 Hp1；由p1 p2，增大压强， (C)增大，说明平衡正向移动，故正反应为气体分子数减小的反应，则 a bc。3由“平滑曲线”组成的平衡图象已知不同温度下的转化率(或
33、百分含量)压强图象或不同压强下的转化率(或百分含量)温度图象，推断反应的热效应或反应前后气体物质间化学计量数的关系。如可逆反应： aA(g) bB(g)cC(g) H反应物 A 的转化率( A)与压强( p)、温度( T)的关系如图所示：(1)图甲中，任意一条等温线，增大压强， A增大，说明增大压强平衡正向移动，正反应为气体分子数减小的反应，则 a bc，在图中作垂线，与三条线交于 M、N、P 三点，由 MNP，为压强相等时，升高温度， A减小，说明升高温度平衡逆向移动，逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应， Hc。 典例示范30应用尝试1某密闭容器中发生如下反应：X(g)2Y(g) 2Z(g) H0，下图表示该反应的速率( v)随时间( t)变化的关系， t2、 t3、 t5时刻外界条件有所改变，但都没有改变各物质的初始加入量。下列说法中正确的是( )
