1、专题 13 化学反应速率 化学平衡化学反应速率是化学平衡移动的基础变量。化学反应速率的计算和外界条件对化学反应速率的影响，常结合化学平衡的应用进行综合考查，有时在选择题和填空题中单独考查，应注意理论联系实际，灵活分析。高考对化学平衡状态的考查，往往通过化学平衡的特征及化学平衡常数的计算和理解进行。化学平衡常数是新出现的高考热点，必须理解透彻。另外还要重点关注化学平衡的现象和实质。高考围绕勒夏特列原理的理解，通过实验、判断、图像、计算等形成对化学平衡移动进行综合考查，是化学反应速率和化学(平衡)状态的综合应用体现，平时加强针对性强化训练，注重规律和方法技能的总结，提高解题能力。和 2016 年大
2、纲相比，在复习中需要注意以下几点：增加：“能正确计算化学反应的转化率（） ”；增加：“了解反应活化能的概念” ；增加：“掌握化学平衡的特征” ；“化学平衡常数（K）的含义”由“理解”降为“了解” ；“化学平衡计算”由“简单计算”调整为“相关计算” ；“认识其一般规律”调整为“能用相关理论解释其一般规律” 。预计结合某个特定的工业生产过程，综合考查化学反应速率和化学平衡；从图像中获取有效信息，解答与化学反应速率和化学平衡有关的问题，如反应速率、反应转化率、产率，提高转化率的措施等；从图表或图像中获取信息，计算转化率、平衡常数等。主要考查方面：一、化学反应进行的方向1自发过程(1)含义：不用借助于
3、外力就可以自动进行的过程。(2)特点：Error!2化学反应方向的判据例 1下列有关说法不正确的是_。ANa 与 H2O 的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行B某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应C2NO(g)2CO(g)= =N2(g)2CO 2(g)在常温下能自发进行，则该反应的 H0D反应 NH3(g)HCl(g)= =NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的 H0、 S0【答案】CE 判断平衡状态的方法“逆向相等，变量不变”(1)“逆向相等”：反应速率必须一个是正反应的速率，一个是逆反应的速率，且经过换算后同一种物质的减小速率和生成速率相等。(2)“变量不变”：如果一个
4、量是随反应进行而改变的，当不变时为平衡状态；一个随反应的进行保持不变的量，不能作为是否是平衡状态的判断依据。（二） “极值”思想在化学平衡计算中的应用例 5可逆反应 N23H 22NH 3，在容积为 10 L 的密闭容器中进行，开始时加入 2 mol N2和 3 mol H2，达平衡时，NH 3的浓度不可能达到( )A0.1 molL 1 B0.2 molL 1C0.05 molL 1 D0.15 molL 1【答案】B【解析】2 mol N2和 3 mol H2反应，假设反应能够进行到底，则 3 mol H2完全反应，生成 2 mol NH3，此时 NH3浓度为 0.2 molL1 ，但由于
5、反应是可逆反应，不能完全反应，所以 NH3浓度达不到 0.2 molL1 。例 6在密闭容器中进行反应：X 2(g)Y 2(g)2Z(g) ，已知 X2、Y 2、Z 的起始浓度分别为 0.1 molL1 、0.3 molL1 、0.2 molL1 ，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是( )AZ 为 0.3 molL1 BY 2为 0.4 molL1CX 2为 0.2 molL1 DZ 为 0.4 molL1【答案】A探 规 寻 律 三、化学平衡移动的影响因素1化学平衡的移动平衡移动就是由一个“平衡状态不平衡状态新平衡状态”的过程。一定条件下的平衡体系，条件改变后，平衡可能发生
6、移动，如下所示：2化学平衡移动与化学反应速率的关系v 正 v 逆 ，平衡向正反应方向移动；v 正 v 逆 ，反应达到平衡状态，不发生平衡移动；v 正 0。当反应达到平衡时，下列措施：升温；恒容通入惰性气体；增加 CO 浓度；减压；加催化剂；恒压通入惰性气体，能提高 COCl2转化率的是( )A B C D【答案】B衡向正反应方向移动，COCl 2转化率增大；加催化剂，改变速率不改变平衡，COCl 2转化率不变；恒压通入惰性气体，压强增大，为保持恒压，体积增大，平衡正向进行，COCl 2转化率增大。 五、化学平衡常数及应用1概念在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物
7、浓度幂之积的比值是一个常数，称为化学平衡常数，用符号 K 表示。2表达式对于反应 mA(g) nB(g) pC(g) qD(g)，K (固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。CpDqAmBn实例：化学方程式 平衡常数 关系式N2(g)3H 2(g) 2NH3(g) K1NH32N2H23 K2 (或K1K 1) 12N2(g) H2(g) 12 32 NH3(g) K2NH3N212H2322NH3(g) N2(g)3H 2(g) K3N2H23NH32K31K13.意义(1)K 值越大，反应进行的程度越大，反应物的转化率越大，一般来说， K10 5认为反应进行得较完全。(
8、2)K 值的大小只能预示某可逆反应向某方向进行的最大限度，但不能预示反应达到平衡所需要的时间。4影响因素一个可逆反应的 K 仅受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。1、化学平衡常数及其影响因素例 10在一定条件下，已达平衡的可逆反应：2A(g)B(g)2C(g) ，下 列说法中正确的是( )A平衡时，此反应的平衡常数 K 与各物质的浓度有如下关系： KC2A2BB改变条件后，该反应的平衡常数 K 一定不变C如果改变压强并加入催化剂，平衡常数会随之变化D若平衡时增加 A 和 B 的浓度，则平衡常数会减小【答案】A【解析】 K 只随温度的改变而改变，除改变温度外，改变其他条件都不会引起平衡常
9、数的改变。例 11已知反应CO(g)CuO(s)CO 2(g)Cu(s)和反应H 2(g)CuO(s)Cu(s) H 2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为 K1和 K2，该温度下反应CO(g)H 2O(g)CO 2(g) H2(g)的平衡常数为K。则下列说法正确的是( )A反应的平衡常数 K1CO2CuCOCuOB反应的平衡常数 KK1K2C对于反应，恒容时，温度升高，H 2浓度减小，则该反应的焓变为正值D对于反应，恒温恒容下，增大压强，H 2浓度一定减小【答案】B2、化学平衡常数的应用例例 12高温下，某反应达平衡，平衡常数 K ，恒容时，温度升高，H 2浓度减小。下列说COH2OCO
10、2H2法正确的是( )A该反应的焓变为正值B恒温恒容下，增大压强，H 2浓度一定减小C升高温度，逆反应速率减小D该反应的化学方程式为 COH 2O CO2H 2 催 化 剂 高 温【答案】A【解析】由平衡常数的表达式可确定该反应的化学方程式为 CO2(g)H 2(g) CO(g)H 2O(g)， 催 化 剂 高 温D 项错误；在恒容时，温度升高，H 2浓度减小，说明升高温度时化学平衡向正反应方向移动，说明正反应是吸热反应，反应的焓变为正值，A 项正确；在恒温且体积不变时，增大压强，H 2浓度可能增大或不变，B 项错误；若温度升高，正、逆反应的反应速率均增大，只是增大的程度不同，C 项错误。 例
11、 13.煤经气化和液化使其得以广泛应用。工业上先将煤转化为 CO，再利用 CO 和水蒸气反应制 H2时，存在以下反应：CO(g)H 2O(g) CO2(g)H 2(g)(1)向 1 L 恒容密闭容器中充入 CO 和 H2O(g)， t 时测得部分数据如下表。t/min 0 1 2 3 4n(H2O)/mol 0.60 0.50 0.44 0.40 0.40n(CO)/mol 0.40 0.30 0.24 0.20 0.20则该温度下反应的平衡常数 K_。(2)相同温度下，若向 2 L 恒容密闭容器中充入 1 mol CO、4 mol H2O(g)、2 mol CO2、2 mol H2，此时 v
12、 正 _v 逆 (填“” “”或“” “ 75%【解析】氨气的体积分数从 50%变化为 20%后体积分数保持不变，说明 B 点反应达到平衡状态，A 点氨气体积百分含量大于 B 点氨气体积百分含量，说明反应正向进行达到平衡状态，A 点的正反应速率大于 B有关化学平衡计算的三点注意事项(1)注意反应物和生成物的浓度关系：反应物： c(平) c(始) c(变)；生成物： c(平) c(始) c(变)。(2)利用 混 和 计算时要注意 m 总 应为气体的质量， V 应为反应容器的体积， n 总m总V M m总n总应为气体的物质的量。(3)起始浓度、平衡浓度不一定呈现化学系数比，但物质之间是按化学系数反
13、应和生成的，故各物质的浓度变化之比一定等于化学系数比，这是计算的关键。2、有关化学平衡常数的计算例 16.某温度 T1时，向容积为 2 L 的恒容密闭容器中充入一定量的 H2和 I2(g)，发生反应：H 2(g)I 2(g)2HI(g) ，反应过程中测定的部分数据见下表(表中 t2t1)。反应时间/min n(H2)/mol n(I2)/mol0 0.9 0.3t1 0.8t2 0.2下列说法正确的是( )A反应在 t1 min 内的平均速率为： v(H2) molL1 min1 0.1t1B保持其他条件不变，向平衡体系中再通入 0.20 mol H2，与原平衡相比，达到新平衡时 I2(g)转
14、化率增大，H 2的体积分数不变C保持其他条件不变，起始时向容器中充入的 H2和 I2(g)都为 0.5 mol，达到平衡时 n(HI)0.2 molD升高温度至 T2时，上述反应平衡常数为 0.18，则正反应为吸热反应【答案】C易错警示 例 17.Bodensteins 研究了下列反应：2HI(g)H 2(g)I 2(g)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/min 0 20 40 60 80 120x(HI) 1 0.91 0.85 0.815 0.795 0.784x(HI) 0 0.60 0.73 0.773 0.780 0.78
15、4(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 t40 min 时， v 正_min 1 。(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)。【答案】(1) (2) 1.9510 3 (3) AE0.1080.1080.7842 k正K七、
16、Error!1化学反应速率2化学反应速率与化学系数的关系(1)内容：对于已知反应 mA(g) nB(g)=pC(g) qD(g)，其化学反应速率可用不同的反应物或生成物来表示，当单位相同时，化学反应速率的数值之比等于方程式中各物质的化学系数之比，即 v(A) v(B)v(C) v(D) m n p q。(2)实例：一定温度下，在密闭容器中发生反应：3A(g)B(g)2C(g) 。已知 v(A)0.6 molL1 s1 ，则 v(B)0.2 molL 1 s1 ， v(C)0.4 molL 1 s1 。1、依据化学反应速率的表达式( v )计算 c t例 18在密闭容器中，合成氨的反应：N 2(
17、g)3H 2(g)2NH 3(g)，开始时 N2的浓度为 8 molL1, 5 min 后，N 2的浓度为 6 molL1 ，则 N2的化学反应速率为_。【答案】0.4 molL 1 min1【解析】 v(N2) c N2 t 8 molL 1 6 molL 15 min0.4 molL 1 min1 。2、依据化学方程式计算例 19.用 O2将 HCl 转化为 Cl2，可提高效益，减少污染。一定条件下测得反应过程中 n(Cl2)的数据如下：t/min 0 2.0 4.0 6.0 8.0n(Cl2)/103 mol 0 1.8 3.7 5.4 7.2计算 2.06.0 min 内以 HCl 的
18、物质的量变化表示的反应速率(以 molmin 1 为单位，写出计算过程)。【答案】 v(HCl) 1.810 3 molmin1 。 5.4 1.8 10 3 mol2 6.0 2.0 min3、依据图像计算例 20.在容积为 1.00 L 的容器中，通入一定量的 N2O4，发生反应 N2O4(g)2NO 2(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。在 060 s 时段，反应速率 v(N2O4)为_ molL 1 s1 。 【答案】0.001 0 molL 1 s1【解析】由题图可知，060 s 时段，N 2O4的物质的量浓度变化为 0.060 molL1 ， v(N2O4)0.001 0 mo
19、lL 1 s1 。0.060 molL 160 s依据图像求反应速率的步骤第一步：找出横、纵坐标对应的物质的量；第二步：将图中的变化量转化成相应的浓度变化量；第三步：根据公式 v 进行计算。 c t4、运用“三段式”进行化学反应速率的计算例 21NH 3和纯净的 O2在一定条件下发生反应：4NH 3(g)3O 2(g)2N 2(g)6H 2O(g)，现向一容积不变的 2 L 密闭容器中充入 4 mol NH3和 3 mol O2,4 min 后，测得生成的 H2O 占混合气体体积的 40%，则下列表示此段时间内该反应的平均速率不正确的是( )A v(N2)0.125 molL 1 min1B
20、v(H2O)0.375 molL 1 min1C v(O2)0.225 molL 1 min1D v(NH3)0.250 mol L1 min1【答案】C1 ，再由各物质表示的速率之比等于各物质的化学系数之比，可得各物质表示的反应速率分别为 v(N2)探 规 寻 律 0.125 molL 1 min1 ， v(NH3)0.250 molL 1 min1 ， v(O2)0.187 5 molL 1 min1 。“三段式”法的解题模式对于反应 mA(g) nB(g) pC(g) qD(g)，起始( t0 s)时 A 的浓度为 a molL1 ，B 的浓度为 b molL1 ，反应进行至 t1 s
21、时，A 消耗了 x molL1 ，则化学反应速率可计算如下：mA(g) nB(g) pC(g) qD(g)t0 s/(molL1 ) a b 0 0转化/(molL 1 ) x nxm pxm qxmt1 s/(molL1 ) a x b nxm pxm qxm则： v(A) molL1 s1 ，xt1 t0v(B) molL1 s1 ，nxm t1 t0v(C) molL1 s1 ，pxm t1 t0v(D) molL1 s1 。qxm t1 t0八、化学反应速率的大小比较1、根据“定量法”判断不同条件下反应速率的大小例 22已知反应 4CO2NO 2N 24CO 2在不同条件下的化学反应速
22、率如下，其中表示反应速率最快的是( )A v(CO)1.5 molL 1 min1B v(NO2)0.7 molL 1 min1C v(N2)0.4 molL 1 min1D v(CO2)1.1 molL 1 min1【答案】C例 23.反应 A(g)3B(g)= =2C(g)2D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为 v(A)0.45 molL1 s1 v(B)0.6 molL1 s1 v(C)0.4 molL1 s1 v(D)0.45 molL1 s1 。下列有关反应速率的比较中正确的是( )A BC D【答案】B定量法比较化学反应速率的大小(1)归一法按照化学系数关系换算成同一物质、同一
23、单位表示，再比较数值大小。(2)比值法比较化学反应速率与化学系数的比值。如 aA(g) bB(g) cC(g)，即比较 与 ，v Aa v Bb若 ，则用 A 表示时的反应速率比用 B 表示时大。v Aa v Bb2、根据图像判断某点反应速率的大小例 24.在恒容密闭容器中通入 X 并发生反应：2X(g)Y(g) ，温度 T1、 T2下 X 的物质的量浓度 c(X)随时间 t 变化的曲线如图所示，下列叙述正确的是( )A该反应进行到 M 点放出的热量大于进行到 W 点放出的热量B T2下，在 0 t1时间内， v(Y) molL1 min1a bt1C M 点的正反应速率 v 正 大于 N 点
24、的逆反应速率 v 逆D M 点时再加入一定量 X，平衡后 X 的转化率减小【答案】C【解析】根据图示可知， T1 T2，温度越高平衡时 c(X)越高，则逆反应为吸热反应，正反应为放热反应， M 点 X 的转化量小于 W 点 X 的转化量， M 点放出的热量小于 W 点放出的热量，A 项错误； T2下， t t1， c(Y) molL1 ， v(Y) molL1 min1 ，B 项错误； M 点温度比 W 点温度高，反a b2 a b2t1应物浓度比 W 点大，所以 M 点的正反应速率大于 W 点的正反应速率，即大于 W 点的逆反应速率，而 W 点的逆反应速率大于 N 点的逆反应速率，则 M 点
25、的正反应速率大于 N 点的逆反应速率，C 项正确；由于是恒容下反应，再加入一定量 X，相当于增加压强，平衡向正反应方向移动，再次平衡时 X 的转化率增大，D 项错误。例 25反应 aA bB cC 在体积为 2 L 的容器中进行反应。在、阶段体系中各物质的 催 化 剂 量随时间变化的曲线如图所示：探 规 寻 律 请回答下列各题：(1)反应的化学方程式为_。(2)A 的平均反应速率 v (A)、 v (A)、 v (A)从大到小排列次序为_。(3)由计算可知，第阶段 20 min 时，C 的平均速率 v (C)_。【答案】(1)A3B 2C(2)v (A)v (A)v (A)(3)0.05 mo
26、lL1 min1由图像判断反应速率大小的方法根据图像看反应达到平衡所需的时间，时间越短，对应的反应的温度、浓度或压强就越大，则对应的反应速率越大。九、Error!1内因反应物本身的性质是主要因素。如相同条件下 Mg、Al 与稀盐酸反应的速率大小关系为 MgAl。2外因(其他条件不变，只改变一个条件)探 规 寻 律 3理论解释有效碰撞理论(1)活化分子、活化能、有效碰撞活化分子：能够发生有效碰撞的分子。活化能：如图图中： E1为反应的活化能，使用催化剂时的活化能为 E3，反应热为 E1 E2。有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。(2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系1、外界条件对化学
27、反应速率的影响例 26下列说法正确的是( )A因为反应物浓度越大，反应速率越快，所以常温下，相同的铝片中分别加入足量的浓、稀硝酸，浓硝酸中铝片先溶解完B增大反应物浓度可加快反应速率，因此用浓硫酸与铁反应能增大生成 H2的速率 CN 2(g)3H 2(g)2NH 3(g) H v(逆)的点是 3，表示 v(正)T2；由曲线、(温度相同时)最先出现拐点的压强大，即p2p1。2、利用曲线的变化趋势进行突破例 37有一化学平衡 mA(g) nB(g) pC(g) qD(g)，如图所 示的是 A 的转化率与压强、温度的关系。下列叙述正确的是( )A正反应是放热反应； m np qB正反应是吸热反应； m np q【答案】D【解析】图像中有三个量，应定一个量来分别讨论另外两个量之间的关系。定压强，讨论 T 与 A 的转化率的关系：同一压强下，温度越高，A 的转化率越高，说明正反应是吸热反应；定温度，讨论压强与 A的转化率的关系：同一温度下，压强越大，A 的转化率越高，说明正反应是体积缩小的反应，即m np q。例 38.用 O2将 HCl 转化为 Cl2，可提高效益，减少污染。(1)传统上该转化通过如右所示的催化循环实现，其中，反应为 2HCl(g)CuO(s)H 2O(g)CuCl 2(s) H1，反应生成 1 mol Cl2(g)的反应热为 H2，则总反探 规 寻 律