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专 题 2 化 学 反 应 速 率 与 化 学 平 衡 “ 定 多 变 一 ” 突 破 变 量 探 究 实 验变 量 控 制 思 想 是 中 学 化 学 实 验 中 常 用 的 思 想 方 法 ， 对 影 响 实验 结 果 的 因 素 进 行 控 制 ， 以 达 到 明 确 各 因 素 在 实 验 中 意 义 的目 的 。 实 验 法 优 于 观 察 法 和 描 述 法 的 地 方 就 在 于 它 可 以 人 为地 干 预 控 制 所 研 究 的 对 象 ， 这 实 际 上 就 是 控 制 变 量 思 想 的 重要 体 现 。 在 研 究 影 响 化 学 反 应 速 率 和 化 学 平 衡 的 因 素 时 ， 由 于 外 界 影响 因 素 较 多 ， 故 为 搞 清 某 个 因 素 的 影 响 均 需 控 制 其 他 因 素 相同 或 不 变 时 ， 再 进 行 实 验 。 因 此 ， 变 量 控 制 思 想 在 这 部 分 体现 较 为 充 分 ， 在 高 考 题 中 近 几 年 也 考 查 较 多 ， 且 多 以 探 究 型实 验 题 的 形 式 出 现 。 这 类 题 目 以 实 验 为 研 究 手 段 ， 模 拟 科 学探 究 过 程 对 小 课 题 展 开 研 究 。 尽 管 涉 及 因 素 较 多 ， 有 其 复 杂性 ， 但 仍 然 重 在 考 查 学 生 基 础 知 识 和 基 本 技 能 、 学 生 分 析 能力 和 实 验 能 力 。 实 际 上 这 类 题 目 并 不 可 怕 。 1 常 见 考 查 形 式(1)以 表 格 的 形 式 给 出 多 组 实 验 数 据 ， 让 考 生 找 出 每 组 数 据 的变 化 对 反 应 的 影 响 。(2)给 出 影 响 化 学 反 应 的 几 种 因 素 ， 让 考 生 设 计 实 验 分 析 各 因素 对 反 应 的 影 响 。2 解 题 策 略(1)确 定 变 量解 答 这 类 题 目 时 首 先 要 认 真 审 题 ， 理 清 影 响 实 验 探 究 结 果 的因 素 有 哪 些 。 (2)定 多 变 一在 探 究 时 ， 应 该 先 确 定 其 他 的 因 素 不 变 ， 只 变 化 一 种 因 素 ，看 这 种 因 素 与 探 究 的 问 题 存 在 怎 样 的 关 系 ； 这 样 确 定 一 种 以后 ， 再 确 定 另 一 种 ， 通 过 分 析 每 种 因 素 与 所 探 究 问 题 之 间 的关 系 ， 得 出 所 有 影 响 因 素 与 所 探 究 问 题 之 间 的 关 系 。(3)数 据 有 效解 答 时 注 意 选 择 数 据 (或 设 置 实 验 )要 有 效 ， 且 变 量 统 一 ， 否则 无 法 做 出 正 确 判 断 。 某 探 究 小 组 用 H NO3与 大 理 石 反 应 过 程 中 质 量 减 小 的方 法 ， 研 究 影 响 反 应 速 率 的 因 素 。 所 用 H NO3浓 度 为 1.00 molL 1、 2.00 molL 1， 大 理 石 有 细 颗 粒 与 粗 颗 粒 两 种 规 格 ,实 验 温 度 为 298 K、 308 K,每 次 实 验 H NO3的 用 量 为 25.0 mL、大 理 石 用 量 为 10.00 g。(1)请 完 成 以 下 实 验 设 计 表 ， 并 在 实 验 目 的 一 栏 中 填 出 对 应 的实 验 编 号 ： 实 验编 号 T/K 大 理 石规 格 H NO3浓 度/molL 1 实 验 目 的 298 粗 颗 粒 2.00 ( )实 验 和 探 究 H NO3浓 度 对 该 反 应 速 率 的 影 响 ;( )实 验 和 _探 究 温度 对 该 反 应 速 率 的 影 响 ；( )实 验 和 _探 究 大理 石 规 格 (粗 、 细 )对 该 反 应速 率 的 影 响 298 粗 颗 粒 1.00308 粗 颗 粒 2.00298 细 颗 粒 2.00 (2)实 验 中 CO2质 量 随 时 间 变 化 的 关 系 见 下 图 。 (3)请 在 (2)的 坐 标 系 中 ， 画 出 实 验 、 和 中 CO2质 量 随 时间 变 化 关 系 的 预 期 结 果 示 意 图 。 解 析 (1)实 验 和 实 验 探 究 H NO3的 浓 度 对 该 反 应 速 率 的影 响 ， 其 他 条 件 应 相 同 而 H NO3的 浓 度 不 同 ， 故 实 验 中H NO3的 浓 度 应 为 1.00 molL 1。 实 验 和 探 究 温 度 对 反 应速 率 的 影 响 ， 除 了 温 度 不 同 ， 其 余 条 件 要 保 持 一 样 。 实 验 和 探 究 大 理 石 规 格 (粗 、 细 )对 反 应 速 率 的 影 响 ， 因 此 要 求二 者 大 理 石 的 规 格 不 同 ， 一 个 用 粗 颗 粒 ， 另 一 个 用 细 颗 粒 。(2)反 应 时 间 70 90 s范 围 内 ：m(CO2) 0.95 g 0.84 g 0.11 g，n(CO 2) 0.11 g 44 gmol 1 0.002 5 mol，H NO3的 减 少 量 ： 化 学 反 应 速 率 和 化 学 平 衡 图 像 类 试 题 是 化 学 试 题 中 的 一 种 特殊 题 型 ,其 特 点 是 图 像 是 题 目 的 主 要 组 成 部 分 ,把 所 要 考 查 的化 学 知 识 寓 于 图 中 曲 线 上 ,具 有 简 明 、 直 观 、 形 象 的 特 点 。随 着 高 考 的 不 断 改 革 以 及 对 学 科 内 能 力 要 求 不 断 提 高 ， 这 种数 形 结 合 的 试 题 将 频 频 出 现 。化 学 反 应 速 率 、 化 学 平 衡 图 像 图 表 示 ： 该 平 衡 向 正 反 应 方 向 移 动 ， 引 起 平 衡 移 动 的 原 因是 增 加 反 应 物 浓 度 。图 表 示 ： 该 平 衡 向 正 反 应 方 向 移 动 ， 引 起 平 衡 移 动 的 原 因可 能 是 升 高 温 度 ； 也 可 能 是 增 大 压 强 引 起 的 平 衡 移 动 。 图 两 曲 线 交 叉 点 即 为 平 衡 点 ， 平 衡 后 ， 温 度 升 高 ， v正 v逆 ， 平 衡 逆 移 ， 所 以 正 反 应 为 放 热 反 应 。图 两 曲 线 交 叉 点 即 为 平 衡 点 ， 平 衡 后 ， 压 强 增 大 ， v正 v逆 ， 平 衡 正 移 ， 所 以 正 反 应 为 气 体 体 积 减 小 的 方 向 ， 即 m np q。图 曲 线 最 高 点 即 为 平 衡 点 ， 平 衡 后 ， 温 度 升 高 ， 平 衡 逆移 ， 所 以 正 反 应 为 放 热 反 应 。图 曲 线 最 低 点 即 为 平 衡 点 ， 平 衡 后 ， 压 强 增 大 ， 平 衡 逆移 ， 所 以 正 反 应 为 气 体 体 积 增 大 的 方 向 ， 即 m n p q。 2 解 题 思 路(1)看 图 像 ： 一 看 轴 ， 即 纵 、 横 坐 标 的 意 义 ； 二 看 点 ， 即 起点 、 拐 点 、 交 点 、 终 点 ； 三 看 线 ， 即 线 的 走 向 和 变 化 趋 势 ；四 看 辅 助 线 ,即 等 温 线 、 等 压 线 、 平 衡 线 等 ； 五 看 量 的 变 化 ,如 浓 度 变 化 、 温 度 变 化 、 转 化 率 变 化 、 物 质 的 量 的 变 化 等 。(2)依 据 图 像 信 息 ， 利 用 平 衡 移 动 原 理 ， 分 析 可 逆 反 应 的 特征 ： 吸 热 还 是 放 热 ， 气 体 计 量 数 增 大 、 减 小 还 是 不 变 ， 有 无固 体 或 纯 液 体 参 加 或 生 成 等 。 (3)先 拐 先 平 ： 在 化 学 平 衡 图 像 中 ， 先 出 现 拐 点 的 反 应 先 达 到平 衡 ， 可 能 是 该 反 应 的 温 度 高 、 浓 度 大 、 压 强 大 或 使 用 了 催化 剂 。(4)定 一 议 二 ： 勒 夏 特 列 原 理 只 适 用 于 一 个 条 件 的 改 变 ， 所 以图 像 中 有 三 个 变 量 时 ， 先 固 定 一 个 量 ， 再 讨 论 另 外 两 个 量 的关 系 。 1 等 效 平 衡 原 理一 定 条 件 下 (恒 温 、 恒 容 或 恒 温 、 恒 压 )， 对 同 一 可 逆 反 应 ，只 要 起 始 时 加 入 的 物 质 的 物 质 的 量 不 同 ， 而 达 到 化 学 平 衡 时 ,各 物 质 的 百 分 含 量 (体 积 分 数 或 物 质 的 量 分 数 )均 相 同 ， 这 样的 平 衡 互 称 为 等 效 平 衡 。等 效 平 衡 2 等 效 平 衡 的 规 律等 效 类 型 条 件起 始 投 料对 反 应的 要 求 换 算 为 方 程式 同 一 边 物质 ,其 “ 量 ”相 同 换 算 为 方 程 式同 一 边 物 质 ，其 “ 量 ” 符 合同 一 比 例 换 算 为 方 程式 同 一 边 物质 ,其 “ 量 ”符 合 同 一 比例任 何 可逆 反 应 反 应 前 、 后 气体 体 积 相 等 任 何 可逆 反 应恒 温 、 恒 容 恒 温 、 恒 容 恒 温 、 恒 压 等 效 类 型 平衡特点 质 量 分数 (w%) 相 同 相 同 相 同浓 度 (c) 相 同 成 比 例 相 同 (气 体 )物 质 的 量 (n) 相 同 成 比 例 成 比 例质 量 (m) 相 同 成 比 例 成 比 例分 子 数 (N) 相 同 成 比 例 成 比 例等 效 情 况 完 全 等 效 不 完 全 等 效 不 完 全 等 效 3.等 效 平 衡 原 理 的 应 用(1)判 断 同 一 可 逆 反 应 在 相 同 的 反 应 条 件 下 是 否 为 相 同 的 平 衡状 态 。(2)求 要 达 到 等 效 平 衡 ,两 种 不 同 状 态 下 起 始 量 之 间 的 关 系 式 。(3)求 属 于 等 效 平 衡 状 态 下 的 反 应 方 程 式 的 化 学 计 量 数 。 特 别 提 醒 两 种 情 况 下 所 达 到 的 等 效 平 衡 及 其 等 效 程 度 的 区别 ：(1) 中 所 达 到 的 等 效 平 衡 状 态 ,反 应 混 合 物 中 各 组 分 的 浓 度 、物 质 的 量 、 质 量 分 数 (或 气 体 的 体 积 分 数 )均 相 同 ， 类 似 于 几何 学 上 的 全 等 图 形 。(2) 中 所 达 到 的 等 效 平 衡 状 态 ， 反 应 混 合 物 中 各 组 分 的 百 分含 量 相 同 ， 各 组 分 的 物 质 的 量 与 原 平 衡 成 比 例 ， 类 似 于 几 何学 上 的 相 似 图 形 。 4 解 决 等 效 平 衡 的 常 用 方 法分 析 等 效 平 衡 的 关 键 是 分 清 全 等 平 衡 和 等 比 平 衡 。 分 析 化 学 平衡 有 关 问 题 时 常 用 以 下 两 种 方 法 ：(1)“ 极 限 思 维 法 ”任 何 可 逆 反 应 均 可 以 看 成 完 全 不 反 应 和 完 全 反 应 的 中 间 状 态 。我 们 在 求 某 一 物 质 在 平 衡 状 态 的 浓 度 取 值 范 围 时 ， 常 采 用 极 限思 维 法 ， 让 正 反 应 (或 逆 反 应 )完 全 进 行 ， 可 以 求 得 其 取 值 范 围或 取 值 。 (2)“ 虚 拟 法 ”任 何 一 个 可 逆 反 应 体 系 ， 在 相 同 条 件 下 从 不 同 的 状 态 开 始 ，只 要 达 到 平 衡 时 的 条 件 (温 度 、 压 强 、 浓 度 )完 全 相 同 ， 则 可以 形 成 等 效 平 衡 。 我 们 在 解 题 中 若 遇 到 将 两 个 状 态 进 行 比 较这 类 问 题 ， 可 以 “ 虚 拟 ” 一 个 中 间 过 程 ， 如 一 个 容 器 、 一 个隔 板 等 ， 然 后 再 进 行 比 较 。 化 学 平 衡 移 动 与 转 化 率 的 关 系1 温 度 和 压 强 的 影 响温 度 或 压 强 改 变 后 ， 若 能 引 起 平 衡 向 正 反 应 方 向 移 动 ， 则 反应 物 的 转 化 率 一 定 增 大 。 解 析 ： 选 A。 注 意 该 反 应 的 特 点 为 放 热 、 反 应 前 后 气 体 的化 学 计 量 数 之 和 不 变 。 其 他 条 件 不 变 ， 加 压 平 衡 不 移 动 ,各物 质 的 含 量 不 变 ， 正 、 逆 反 应 速 率 同 等 程 度 增 大 仍 相 等 ，故 B、 D错 ； 升 高 温 度 ,平 衡 左 移 ， A的 物 质 的 量 分 数 增 加 ，故 C错 。 上 述 四 种 情 况 达 到 平 衡 后 ， n(CO)的 大 小 顺 序 是 ( )A 乙 丁 丙 甲 B 乙 丁 甲 丙C 丁 乙 丙 甲 D 丁 丙 乙 甲 解 析 ： 选 A。 本 题 主 要 考 查 外 界 条 件 对 化 学 平 衡 的 影 响 及 等效 平 衡 问 题 。 解 题 时 应 注 意 该 反 应 及 反 应 的 特 点 ， 即 反 应 前后 气 体 体 积 不 变 ， 同 时 要 明 确 等 效 平 衡 的 条 件 。 把 丙 中 a mol CO和 a mol H 2O按 化 学 计 量 数 转 成 CO2和 H 2， 也 分 别 为 a mol,则 甲 与 丙 是 等 量 等 效 ， 则 达 到 平 衡 时 ， n(CO)应 相 等 ； 把 丁中 a mol CO和 a mol H 2O按 化 学 计 量 数 转 成 CO2和 H 2， 则 起 始时 丁 中 CO2为 2a mol， H 2为 a mol， 则 与 乙 等 量 等 效 ， 达 到 平衡 时 n(CO)相 等 。 乙 与 甲 相 比 相 当 于 在 甲 的 平 衡 中 又 加 入 了 a mol的 CO 2， 导 致 平 衡 正 向 移 动 ， 则 平 衡 时 n(CO)乙 n(CO)甲 ,故 选 A。 回 答 下 列 问 题 ：(1)该 反 应 的 平 衡 常 数 表 达 式 K _， H _0(填“”或 “ ” )； (2)830 时 ， 向 一 个 5 L的 密 闭 容 器 中 充 入 0.20 mol的 A和 0.80 mol的 B， 如 反 应 初 始 6 s内 A的 平 均 反 应 速 率 v(A) 0.003 molL 1s 1， 则 6 s时 c(A) _molL 1， C的 物 质 的 量为 _mol； 若 反 应 经 一 段 时 间 后 ， 达 到 平 衡 时 A的 转 化率 为 _， 如 果 这 时 向 该 密 闭 容 器 中 再 充 入 1 mol氩 气 ，平 衡 时 A的 转 化 率 为 _； 0.0220.0980% 80% (3)判 断 该 反 应 是 否 达 到 平 衡 的 依 据 为 _(填 正 确 选 项 前的 字 母 )；a 压 强 不 随 时 间 改 变b 气 体 的 密 度 不 随 时 间 改 变c c(A)不 随 时 间 改 变d 单 位 时 间 里 生 成 C和 D的 物 质 的 量 相 等(4)1 200 时 反 应 C(g) D(g) A(g) B(g)的 平 衡 常 数 的值 为 _。 c2.5 本 部 分 内 容 讲 解 结 束按 ESC键 退 出 全 屏 播 放
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