1、化学反应速率和化学平衡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，了解催化剂的重要作用。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。1(2019全国卷，节选)已知(g)I2(g)=(g)2HI(g)H0。(1)某温度下，等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应，起始总压为105 P
2、a，平衡时总压增加了20%，环戊烯的转化率为_，该反应的平衡常数Kp_Pa。达到平衡后，欲增加环戊烯的平衡转化率，可采取的措施有_(填标号)。A通入惰性气体B提高温度C增加环戊烯浓度D增加碘浓度(2)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是_(填标号)。AT1T2Ba点的反应速率小于c点的反应速率Ca点的正反应速率大于b点的逆反应速率Db点时二聚体的浓度为0.45 molL1解析(1)设碘和环戊烯的物质的量均为1 mol，达平衡时转化的物质的量为x mol，由题意得：(g)I2(g)(g)2HI(g)初始物质的量
3、/mol 1 1 0 0转化物质的量/mol x x x 2x平衡物质的量/mol 1x 1x x 2x平衡时，容器内气体总物质的量为(2x) mol，则有100%20%，解得x0.4。则环戊烯的转化率为100%40%；总压强为105 Pa(120%)1.2105 Pa。因此各种气体的分压为p()1.2105 Pa0.3105 Pa，p(I2)1.2105 Pa0.3105 Pa，p()1.2105 Pa0.2105 Pa，p(HI)1.2105 Pa0.4105 Pa。反应的平衡常数Kp3.56104 Pa。欲增加环戊烯的平衡转化率，则平衡正向移动，由于该反应是吸热反应，因此升高温度可使平衡
4、正向移动；增加碘的浓度，平衡正向移动，环戊烯的转化率提高。(2)升高温度，反应速率增大，由ct图像的变化趋势可看出T2时，环戊二烯浓度的变化趋势大，因此T2大于T1，选项A错误；由a、c点环戊二烯的浓度可判断a点的反应速率大于c点的反应速率，选项B错误；相同温度下，随着时间的延长，反应物的浓度逐渐减小，反应速率逐渐减小，因此a点的正反应速率大于b点的逆反应速率，选项C正确；由图像知，开始时环戊二烯的浓度为1.5 molL1，b点时的浓度为0.6 molL1，设环戊二烯转化的物质的量浓度为x molL1，则有：2二聚体初始物质的量浓度/(molL1) 1.5 0转化物质的量浓度/(molL1)
5、2x x平衡物质的量浓度/(molL1) 0.6 x则有1.52x0.6，解得x0.45，因此选项D正确。答案(1)40%3.56104BD(2)CD2(2018全国卷，节选)(1)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 时N2O5(g)分解反应：2N2O5(g)4NO2(g)O2(g)2N2O4(g)其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示t时，N2O5(g)完全分解：提示：2NO2(g)N2O4(g)Hv(第二步反应)B反应的中间产物只有NO3C第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效D第三步反应活化能较高解析(1)t62 mi
6、n时，体系中pO22.9 kPa，根据三段式法得2N2O5(g)=2N2O4(g)O2(g)起始35.8 kPa0 0转化5.8 kPa5.8 kPa2.9 kPa62 min30.0 kPa5.8 kPa2.9 kPa则62 min时pN2O530.0 kPa，v210330.0 kPamin16.0102 kPamin1。刚性反应容器的体积不变，25 、N2O5(g)完全分解时体系的总压强为63.1 kPa，升高温度，从两个方面分析：一方面是体积不变，升高温度，体系总压强增大；另一方面，2NO2N2O4的逆反应是吸热反应，升高温度，平衡向生成NO2的方向移动，体系物质的量增大，故体系总压强
7、增大。N2O5完全分解生成N2O4和O2，起始pN2O535.8 kPa，其完全分解时pN2O435.8 kPa，pO217.9 kPa，设25 平衡时N2O4转化了x，则N2O42NO2平衡35.8 kPax2x358 kPax2x17.9 kPa63.1 kPa，解得x9.4 kPa。平衡时，pN2O426.4 kPa，pNO218.8 kPa，K kPa13.4 kPa。(2)快速平衡，说明第一步反应的正、逆反应速率都较大，则第一步反应的逆反应速率大于第二步反应的速率，A项正确；反应的中间产物除NO3外还有NO，B项错误；第二步反应慢，说明有效碰撞次数少，C项正确；第三步反应快，说明反应
8、活化能较低，D项错误。答案(1)30.06.0102大于温度升高，体积不变，总压强增大；NO2二聚为放热反应，温度升高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高13.4(2)AC3(2017全国卷，改编)丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题：(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1丁烯(C4H8)的热化学方程式如下：C4H10(g)=C4H8(g)H2(g)H10图(a)是反应平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x_0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是_(填标号)。A升高温度B降低温度C增大压强D降低压强图(a)图(b)图(c)(2)丁烷和氢气
9、的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是_。(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 之前随温度升高而增大的原因可能是_、_；590 之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是_。解析(1)由图(a)可知，同温下，x MPa时丁烯的平衡产率高于0.1 MPa时的，根据压强减小平衡向右移动可知，x小于0.1。欲提高丁烯的平衡产率，应使平衡向右移动，该反应的正反应为吸
10、热反应，因此可以通过升高温度的方法使平衡向右移动；该反应为气体体积增大的反应，因此可以通过降低压强的方法使平衡向右移动，所以A、D选项正确。(2)由于氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大，所以丁烯产率降低。(3)该反应的正反应为吸热反应，因此升高温度可以使平衡向右移动，使丁烯的产率增大，另外，反应速率也随温度的升高而增大。由题意知，丁烯在高温条件下能够发生裂解，因此当温度超过590 时，参与裂解反应的丁烯增多，而使产率降低。答案(1)小于AD(2)氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大(3)升高温度有利于反应向吸热方向进行温度升高反应速率加快丁
11、烯高温裂解生成短链烃类4(2015全国卷，节选)Bodensteins研究了下列反应：2HI(g)H2(g)I2(g)H0在716 K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表：t/min020406080120x(HI)10.910.850.8150.7950.784x(HI)00.600.730.7730.7800.784(1)根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为_。(2)上述反应中，正反应速率为v正k正x2(HI)，逆反应速率为v逆k逆x(H2)x(I2)，其中k正、k逆为速率常数，则k逆为_(以K和k正表示)。若k正0.002 7 min1，在t4
12、0 min 时，v正_min1。(3)由上述实验数据计算得到v正x(HI)和v逆x(H2)的关系可用下图表示。当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为_(填字母)。解析(1)由表中数据可知，无论是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，最终x(HI)均为0.784，说明此时已达到了平衡状态。设HI的初始浓度为1 molL1，则：2HI(g)H2(g)I2(g)初始浓度/(molL1)10 0 0.216 0.108 0.108 0.784 0.108 0.108K。(2)建立平衡时，v正v逆，即k正x2(HI)k逆x(H2)x(I2)，k逆k正。由于该反应前后气体分子数不变，故k逆
13、k正k正。在40 min时，x(HI)0.85，则v正0.002 7 min10.8521.95103 min1。(3)因2HI(g)H2(g)I2(g)H0，升高温度，v正、v逆均增大，且平衡向正反应方向移动，HI的物质的量分数减小，H2、I2的物质的量分数增大。因此，反应重新达到平衡后，相应的点分别应为A点和E点。答案(1)(2)k正/K1.95103(3)A、E上述真题涉及的题型主要是填空题和不定项选择题。命题角度主要涉及：(1)化学反应速率的计算、影响因素，如T1(2)、T2、T3(3)、T4(2)。(2)活化能对反应速率的影响，如T2(2)。(3)化学平衡的影响因素的判断，如T1(1
14、)、T2(1)、T3、T4(3)。(4)化学平衡常数(Kp、Kc)反应速率常数的有关计算与换算，如T1(1)、T2(1)、T4(1)。(5)图像、图表的识别与分析等，如T1(2)、T3、T4(3)。预测2020年高考仍会以图像为载体在速率计算、平衡常数计算和外界条件对平衡的影响或转化率影响的角度加强命题。特别要注意Kp与速率常数的有关计算。化学反应速率和化学平衡的影响因素(对应学生用书第41页)1特殊条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响(1)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和平衡移动。但固体颗粒的大小导致接触面积的大小发生变化，故影响反应速率。但仍不影响平衡移动
15、。(2)对于有固、液参加的反应，改变压强不会影响其反应速率和平衡移动。(3)使用催化剂催化的化学反应，由于催化剂只有在适宜的温度下活性最大，反应速率才能达到最大，故在许多工业生产中温度的选择还需考虑催化剂的活性温度范围。但催化剂的改变不影响平衡移动。(4)“惰气”对反应速率和平衡的影响。恒温恒容，充入“惰气”，不改变反应速率和平衡移动。恒温恒压，充入“惰气”体积增大(相当于压强减小)，v正、v逆均减小，平衡向气体分子数增多的方向移动。思考对于反应N23H22NH3按N2、H2物质的量比13充入密闭容器，反应达到平衡，N2、H2、NH3的物质的量比为131，若在恒温恒容条件再充入0.5 mol
16、N21.5 mol H20.5 mol NH3，此时平衡向_移动，若是恒温恒压条件呢？_。上述两条件下N2的转化率如何改变？_。答案正反应不移动恒温恒容时增大，恒温恒压时不变2突破化学平衡状态的判断标志(1)等“正逆相等”(三种表述)。同一物质(两种表述)：v正v逆、断键数成键数。不同物质：(2)定“变量不变”：如果一个量是随反应进行而改变的(即变量)，当其“不变”时反应就达到平衡状态，即“变量”不变可说明达到平衡状态。(3)依Q(浓度商)与K关系判断：若QK，反应处于平衡状态。3平衡移动方向判断两方法(1)根据v正与v逆的相对大小若外界条件改变，引起v正v逆，此时正反应占优势，则化学平衡向正
17、反应方向(或向右)移动；若外界条件改变，引起v正K，平衡逆向移动；若QK，平衡不移动；若Q”“”或“”)。答案化学平衡状态的判定1在一定温度下，向2 L固定容积的密闭容器中通入2 mol CO2、3 mol H2，发生反应：CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H0。能说明该反应已达平衡状态的是_(填字母，下同)。ACO2的体积分数保持不变B体系中n(CO2)/n(H2)的值保持不变C混合气体的密度保持不变D单位时间内有n mol HH键断裂，同时有n mol OH 键生成答案AB2污染性气体NO2与CO在恒温恒容下的反应为2NO2(g)4CO(g)4CO2(g)N2(g)H”或
18、“”)。(2)温度低于T1 时，NO的产率_(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，理由为_。(3)温度高于T1 时，NO的产率降低的原因可能为_(填字母)。a反应的活化能减小b有副反应发生 c升高温度，平衡逆向移动 d反应的平衡常数增大解析(2)氨催化氧化反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，NO的平衡产率减小，因此温度低于T1 时，NO的产率不是平衡产率。(3)活化能与产率无关，a项错误；根据题意，升高温度可能发生副反应导致NO的产率降低，b项正确；该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，NO的产率降低，c项正确；升高温度，平衡常数减小，d项错误。答案(1)(2)不是该反应为放热反
19、应，升高温度，平衡逆向移动，NO的平衡产率减小(3)bc5一定条件下，将n(CO2)n(H2)12的混合气体充入恒温恒容的密闭容器中，发生反应：CO2(g)2H2(g)CH2O(g)H2O(g)HK(400 )。在温度一定的条件下，c(HCl)和c(O2)的进料比越大，HCl的平衡转化率越低，所以题图中自上而下三条曲线是c(HCl)c(O2)(进料浓度比)为11、41、71时的变化曲线。当c(HCl)c(O2)11时，列三段式：4HCl(g) O2(g) = 2Cl2(g)2H2O(g)起始浓度 c0 c0 0 0转化浓度 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0平衡浓度 (10
20、.84)c0 (10.21)c0 0.42c0 0.42c0K(400 )。c(HCl)c(CO2)过高时，HCl转化率较低；当c(HCl)c(O2)过低时，过量的O2和Cl2分离时能耗较高。(2)由平衡移动的条件可知，为提高HCl的转化率，在温度一定的条件下，可以增大反应体系的压强，增加O2的量，或者及时除去产物。答案(1)大于O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低(2)增加反应体系压强、及时除去产物7(2018全国卷)CH4CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2)，还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题：(1)CH4CO2催化重整反应为CH4(g)CO2(g)=2CO(g)
21、2H2(g)。已知：C(s)2H2(g)=CH4(g)H75 kJmol1C(s)O2(g)=CO2(g)H394 kJmol1C(s)O2(g)=CO(g)H111 kJmol1该催化重整反应的H_kJmol1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是_(填标号)。A高温低压B低温高压 C高温高压D低温低压 某温度下，在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，其平衡常数为_mol2L2。(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：积碳反应CH4(g)=C(s)2H2(g)
22、消碳反应CO2(g)C(s)=2CO(g)H/(kJmol1)75172活化能/ (kJmol1)催化剂X3391催化剂Y4372由上表判断，催化剂X_Y(填“优于”或“劣于”)，理由是_。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图1所示，升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是_(填标号)。AK积、K消均增加Bv积减小、v消增加CK积减小、K消增加Dv消增加的倍数比v积增加的倍数大图1图2在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为vkp(CH4)p(CO2)0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时
23、，不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图2所示，则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为_。解析(1)将已知中3个反应依次编号为、，根据盖斯定律2得该催化重整反应的H(111275394) kJmol1247 kJmol1。由于该反应为吸热且气体体积增大的反应，要提高CH4的平衡转化率，需在高温低压下进行。根据平衡时消耗的CO2为1 mol50%0.5 mol，则消耗的CH4为0.5 mol，生成的CO和H2均为1 mol，根据三段式法可知平衡时CH4、CO2、CO和H2的平衡浓度分别为0.75 molL1、0.25 molL1、0.5 molL1、0.5 mol
24、L1，则平衡常数K mol2L2。(2)从表格中数据可看出相对于催化剂X，用催化剂Y催化时积碳反应的活化能大，则积碳反应的反应速率小，而消碳反应活化能相对小，则消碳反应的反应速率大，再根据题干信息“反应中催化剂活性会因积碳反应而降低”可知催化剂X劣于催化剂Y。由表格可知积炭反应、消碳反应都是吸热反应，温度升高，平衡右移，K积、K消均增加，温度升高，反应速率均增大。从图像上可知600700 随温度升高，催化剂表面的积碳量减小，所以v消增加的倍数要比v积增加的倍数大，故A、D正确。由该图像可知在反应时间和p(CH4)相同时，图像中速率关系vavbvc，结合沉积碳的生成速率方程vkp(CH4)p(C
25、O2)0.5，在p(CH4)相同时，随着p(CO2)增大，反应速率逐渐减慢，即可判断：pc(CO2)pb(CO2)pa(CO2)。答案(1)247A(2)劣于相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大ADpc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)化学反应速率、转化率和平衡常数的有关计算(对应学生用书第43页)1化学反应速率的计算(1)公式法：v(B)。(2)比值法：同一化学反应，各物质的反应速率之比等于方程式中的化学计量数之比。对于反应：mA(g)nB(g)=pC(g)qD(g)来说，则有。2化学平衡常数的换算(1)同一可逆反应中，
26、K正K逆1；(2)同一方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小n倍，则新平衡常数K与原平衡常数K间的关系是KKn或K。(3)几个可逆反应方程式相加，得总方程式，则总反应的平衡常数等于分步反应平衡常数之积。思考(1)对于N2(g)3H2(g)2NH3(g)K12NH3(g)N2(g)3H2(g)K2NH3(g)N2(g)H2(g)K3则K1与K2的关系为_，K2与K3的关系为_，K3与K1的关系为_。(2)已知AB2CK1，CDEK2，则AB2D2E的K3_(用K1、K2表示)。答案(1)K1K21K2K或K3K1K1(2)K3K1K3三段式突破反应速率与平衡的有关计算mA(g)nB(g)pC(g)q
27、D(g)起始/(molL1) a b 0 0变化/(molL1) mx nx px qx平衡/(molL1) amx bnx px qx(1)v(A)。(2)(A)100%。(3)K(4)生成物的产率：实际产量占理论产量的百分数。一般来说，转化率越高，原料利用率越高，产率越高。产率100%。(5)混合物中某组分的百分含量100%。4示例(2017全国卷，节选)H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)CO2(g)COS(g)H2O(g)。在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。(1)H2S的平衡转化率
28、1_%，反应平衡常数K_。(2)在620 K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率2_1，该反应的H_0。(填“”“”或“”)(3)向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是_(填标号)。AH2SBCO2CCOSDN2解答思路设平衡时H2S转化的物质的量为x。 H2S(g)CO2(g)COS(g)H2O(g)三段式由题意得：0.02解得：x0.01 molH2S的平衡转化率1100%2.5%。K2.8103。答案(1)2.52.8103(2)(3)B反应速率、转化率和平衡常数的基本计算1(2019济宁一模，节选)一定温度下，向2 L恒容密闭容器中通入2 mol
29、CO和1 mol SO2，发生反应：2CO(g)SO2(g)2CO2(g)S(s)。若反应进行到20 min时达到平衡，测得CO2的体积分数为0.5，则前20 min的反应速率v(CO)_，该温度下反应的化学平衡常数K_。解析设参加反应的SO2的物质的量为x mol，则有2CO(g)SO2(g)2CO2(g)S(s)初始状态/mol2 1反应的量/mol 2x x 2x平衡状态/mol (22x) (1x) 2x即0.5，解得x0.6，v(CO) molL1min10.03 molL1min1；c(CO) molL10.4 molL1，c(SO2) molL10.2 molL1，c(CO2)
30、molL10.6 molL1。该温度下反应的平衡常数K11.25。答案0.03 molL1min111.252(2019四川名校大联考)CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)2H2(g)CH3OH(g)。在密闭容器中充入10 mol CO和20 mol H2，在催化剂作用下发生反应生成甲醇，改变条件，测得CO的平衡转化率与温度(T)、压强(p)的关系如图所示。则该反应的H_0(填“”或“”)。若达到平衡状态A时，容器的体积为10 L，则在平衡状态B时平衡常数K_，此时容器的体积为_L。解析根据图像，随温度升高，CO的转化率降低，说明平衡逆向移动，所以H0；当达到平衡状态A时，容器的体积为10 L，此时CO的转化率为50%，则CO(g)2H2(g)CH3OH(g)起始/(molL1)：120转化/(molL1): 0.5 1 0.5平衡/(molL1): 0.5 1 0.5K1，因A、B反应温度相等，则平衡常数相等，且B点时CO的转化率为80%，则 CO(g)2H2(g)CH3OH(g)起始/(mol)：10200转化/(mol): 8 16 8平衡/(mol): 2 4 8设体积为V L，则有1，解得V2。答案123(2019衡水模拟，改编)已知反应：2NO(g)2CO(g)N2(g)2CO2(g)H0。为了比较煤灰中Fe2O3和CaO的催化活性