高中化学 单元复习与巩固（提高）知识讲解学案 新人教版选修4.doc

单元复习与巩固【学习目标】1、了解化学反应速率及其影响因素；2、掌握化学平衡的建立及其影响因素，能用化学平衡常数进行定量分析；3、初步了解化学反应方向的判断依据。【知识网络】【要点梳理】要点一、化学反应速率1化学反应速率的概念及表示方法(1)概念：通常用单位时间里反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示(2)表达式：(3)单位：molL1min1或molL1s1等(4)注意点：化学反应速率均取正值化学反应速率一般不用固体物质表示同一反应，选用不同物质的浓度变化表示反应速率，数值可能不同，但意义相同，各物质表示的速率之比等于该反应方程式中的化学计量数之比注意区别平均速率和即时速率2影响化学反应速率的因素(1)内因：反应物的结构、性质(2)外因：浓度：增大反应物的浓度，反应速率增大温度：升高温度，反应速率增大压强：对于有气体参加的反应，增大压强，气体物质的浓度增大，反应速率增大催化剂：使用催化剂，反应速率增大要点二、化学平衡(1)可逆反应：在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应(2)化学平衡的概念：是指在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态(3)化学平衡的特征：逆：可逆反应等：v(正)v(逆)动：动态平衡v(正)v(逆)0定：平衡状态时反应混合物中各组分的浓度保持不变变：当浓度、温度、压强等条件改变时，化学平衡即发生移动要点三、化学平衡的移动及影响因素1化学平衡的移动(1)定义：可逆反应中旧化学平衡的破坏，新化学平衡的建立过程叫做化学平衡的移动(2)化学平衡移动的本质原因是v(正)v(逆)如催化剂能同等程度改变v(正)和v(逆)，所以，加入催化剂，化学平衡不发生移动2影响化学平衡的条件条件的变化平衡移动的方向平衡移动的结果(均与改变条件时比较)浓度向正反应方向移动向逆反应方向移动压强(气体)增大减小向缩小气体体积方向移动向增大气体体积方向移动使气体压强减小使气体压强增大温度升高降低向吸热方向移动向放热方向移动使温度降低使温度升高3化学平衡移动原理(即勒夏特列原理)如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度等)，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动要点四、化学平衡常数与转化率1、化学平衡常数：对于一般的可逆反应：mA+nBpC+qD。其中m、n、p、q分别表示化学方程式中反应物和生成物的化学计量数。当在一定温度下达到化学平衡时，这个反应的平衡常数可以表示为：在一定温度下，可逆反应达到化学平衡时，生成物的浓度、反应物的浓度的关系依上述规律，其常数(用K表示)叫该反应的化学平衡常数2、化学平衡常数的意义平衡常数的大小不随反应物或生成物浓度的改变而改变，只随温度的改变而改变。可以推断反应进行的程度。K的意义：K很大，反应进行的程度很大，转化率大；K居中，典型的可逆反应，改变条件反应的方向变化；K 很小，反应进行的程度小，转化率小。3、转化率：可逆反应到达平衡时，某反应物的转化浓度(等于某反应物的起始浓度和平衡浓度的差)与该反应物的起始浓度比值的百分比。可用以表示可逆反应进行的程度。要点五、化学反应进行的方向1、焓变和熵变的不同：焓变(H)指的是内能的变化值，常以热的形式表现出来。熵变(S)指的是体系的混乱程度。 S(g)S(l)S(s)2、自发反应与否的判断依据H-TS0 逆反应自发进行【典型例题】类型一、化学反应速率的概念及简单计算 例1 一定条件下，体积为10 L的密闭容器中，1 mol X和1 mol Y进行反应：2X (g)+Y (g)Z (g)，经60 s达到平衡，生成0.3 mol Z。下列说法正确的是( ) A以X浓度变化表示的反应速率为0.001 mol/(Ls) B将容器体积变为20 L，Z的平衡浓度变为原来的 C若增大压强，则物质Y的转化率减小 D若升高温度，X的体积分数增大，则该反应的H0【思路点拨】解题时注意，题干中给出的是生成物的物质的量的变化，在分析选项时需要转化成反应物的浓度变化。【答案】A 【解析】根据题意可以列出：所以，故A选项正确；将容器的体积变为20 L的瞬间各物质的浓度均减半，根据平衡移动原理，此平衡应向逆反应方向移动，所以Z的平衡浓度比原来的要小，故B选项错误；由于此反应的正反应是气体体积缩小的反应，因此增大压强此平衡向右移动，反应物X和Y的转化率均增大，故C选项错误；X的体积分数增大，说明平衡向逆反应方向移动，而升高温度平衡应向吸热反应方向移动，因此此反应的正反应应为放热反应，即H0，所以D选项错误。【总结升华】本题的易错点有：忽略化学反应速率为单位时间内物质浓度的变化而错选其他选项；对平衡移动原理(勒夏特列原理)理解片面而错选B或D。举一反三：【变式1】化合物Bilirubin在一定波长的光照射下发生分解反应，反应物浓度随反应时间变化如图所示，计算反应48 min间的平均反应速率和推测反应16 min时反应物的浓度，结果应是( ) A2.5molL1min1和2.0molL1 B2.5molL1min1和2.5molL1 C3.0molL1min1和3.0molL1 D5.0molL1min1和3.0molL1【答案】B 【解析】在48 min内反应物的浓度改变量为10molL1，故48 min内的平均反应速率为2.5molL1min1；图中从0 min开始到8 min反应物的浓度降低到原来的，根据这一幅度，可以推测从第8 min到第16 min，反应物的浓度降低到2.5molL1。类型二、化学反应速率的影响因素 例2 等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测定在不同时间t产生氢气体积V的数据，根据数据绘制得到氢气体积随时间变化曲线如图所示，则曲线a、b、c、d所对应的实验组别可能是( )组别c (HCl)(mol / L)温度()状态12.025块状22.530块状32.550块状42.530粉末状 A4321 B1234 C3421 D1243 【思路点拨】需要综合考虑盐酸的浓度、温度以及反应物的铁的状态对反应速率的影响。 【答案】AC 【解析】由图可知，反应速率：abcd。由外界条件对反应速率的影响知，温度高、浓度大、固体表面积大，反应速率就快，则1组最慢，2组稍快，由于3组温度高但固体表面积小，4组温度低但固体表面积大，因此无法确定3组与4组的反应速率的快慢，但均比2组快，故A、C两项均正确，B、D两项均错误。【总结升华】盐酸浓度越大，反应速率越快；温度越高，反应速率越大；铁的颗粒越小，表面积越大，反应速率越大。举一反三：【变式1】2SO2 (g)+O2 (g)2SO3 (g)是制备硫酸的重要反应。下列叙述正确的是( ) A催化剂V2O5，不改变该反应的逆反应速率 B增大反应体系的压强，反应速率一定增大 C该反应是放热反应，降低温度将缩短反应达到平衡的时间 D在t1、t2时刻，SO3 (g)的浓度分别是c1、c2，则时间间隔t1t2内，SO3 (g)生成的平均速率为 【答案】D 【解析】催化剂可以同等程度的改变正、逆反应速率，A错；增大反应体系压强的方法有许多种，当向反应体系中充入无关气体时，压强增大，但反应速率不变，B错；降低温度将减小反应速率，达到平衡的时间增长，C错；反应速率就是用某一时间段内浓度的变化值除以反应时间来计算的，D对。类型三、化学平衡状态的判断例3 某温度下，H2 (g)+CO2 (g)H2O (g)+CO (g)的平衡常数。该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，投入H2(g)和CO2(g)，其起始浓度如下表所示。起始浓度甲乙丙c (H2) / mol / L0.0100.0200.020c (CO2) / mol / L0.0100.0100.020下列判断不正确的是( ) A平衡时，乙中CO2的转化率大于60 B平衡时，甲中和丙中H2的转化率均是60 C平衡时，丙中c (CO2)是甲中的2倍，是0.012 mol/L D反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢 【思路点拨】物质的转化率考查实质仍然是平衡进行的程度；物质浓度越大反应速率越快。 【答案】C 【解析】A选项假设CO2的转化率为60，则不能满足平衡常数为，只有平衡正向移动才能满足，因此二氧化碳的转化率大于60；B选项利用代入法，当H2的转化率为60时，满足平衡常数为，因为该反应为气体体积不变的反应，故丙也满足；C选项经过计算，CO2的浓度应为0.008 moL/L；D选项丙中反应物的浓度最大，甲中反应物的浓度最小，因此丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢。 【总结升华】判断化学平衡状态时要抓住“v (正)=v (逆)”和“各物质的百分含量不变”这两个核心判据。举一反三： 【变式1】(1)下列方法中可以证明2 HI (g)H2 (g)+I2 (g)已达平衡状态的是_(填序号)。 单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI 一个HH键断裂的同时有两个HI键断裂 (HI)=(I2)时 反应速率时 c (HI)c (H2)c (I2)=211时 温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化时 温度和体积一定时，容器内压强不再变化时 条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化时 温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化时 温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化时 (2)在上述的说法中能说明2NO2 (g)N2O4 (g)达到平衡状态的是_。 【答案】(1) (2) 【解析】由第(1)题反应的特征可知：此反应在反应前后气体的体积不发生变化，即在反应的任何一个阶段，容器内压强不发生改变。气体的总质量不变、总物质的量不变，因此混合气体的密度、平均相对分子质量均不发生改变。由第(2)题反应的特征可知：反应前后气体体积发生改变，因此若平衡发生移动则混合气体的平均相对分子质量、混合气体密度都发生改变，当反应处于平衡状态时，这些都不再改变，此时c (NO2)恒定，混合气体的颜色不再变化。类型四、根据化学平衡移动方向进行有关判断 例4 可逆反应：3A (g)3B (?)+C (?) H0，随着温度升高，气体平均相对分子质量有变小的趋势，则下列判断正确的是( ) AB和C可能都是固体 BB和C一定都是气体 C若C为固体，则B一定是气体 DB和C可能都是气体 【思路点拨】题目给出的化学方程式，正向为吸热反应，温度升高平衡正向移动。 【答案】CD 【解析】升温平衡正向移动，气体平均相对分子质量减小，有两种可能：气体质量不变，气体物质的量增加，此时B与C均为气体。气体质量减小，气体物质的量不变，此时B为气体，C为固体（或液体）。 【总结升华】气体平均相对分子质量为总质量与总物质的量的比值。其数值的减小，可能由两种情况引起：一是气体总质量减小，一是气体总物质的量减小。分析本题时，这两种情况都应该考虑。举一反三：【变式1】在一定温度下，反应H2 (g)+X2 (g)HX (g)的平衡常数为10。若将1.0 mol的HX (g)通入体积为1.0 L的密闭容器中，在该温度时HX (g)的最大分解率接近于( ) A5% B17 C25 D33【答案】B【解析】，解得x=0.0833所以。【变式2】硫一碘循环分解水制氢主要涉及下列反应： SO2+2H2O+I2=H2SO4+2HI 2HIH2+I2 2H2SO4=2SO2+O2+2H2O (1)分析上述反应，下列判断正确的是_。 a反应易在常温下进行 b反应中SO2氧化性比HI强 c循环过程中需补充H2O d循环过程产生1 mol O2的同时产生1 mol H2 (2)一定温度下，向1 L密闭容器中加入1 mol HI (g)，发生反应，H2物质的量随时间的变化如图所示。 02 min内的平均反应速率v (HI)=_。该温度下，H2 (g)+I2 (g)2HI (g)的平衡常数K=_。 相同温度下，若开始加入HI (g)的物质的量是原来的2倍，则_是原来的2倍。 a平衡常数 bHI的平衡浓度 c达到平衡的时间 d平衡时H2的体积分数 (3)实验室用Zn和稀硫酸制取H2，反应时溶液中水的电离平衡_移动(填“向左”“向右”或“不”)；若加入少量下列试剂中的_，产生H2的速率将增大。 aNaNO3 bCuSO4 cNa2SO4 dNaHSO3(4)以H2为燃料可制作氢氧燃料电池。已知2H2 (g)+O2 (g)=2H2O (1) H=572 kJmol1 某氢氧燃料电池释放228.8 kJ电能时，生成1 mol液态水，该电池的能量转化率为_。 【答案】(1)c (2)0.1 molL1min1 64 b (3)向右 b (4)80 【解析】本题主要考查了化学反应速率、化学平衡、水的电离平衡和化学计算。 (1)a项，反应在常温下不能进行；b项，SO2的还原性比HI强；C项，根据盖斯定律2+2+得总反应：2H2O=2H2+O2，循环过程中消耗了H2O；d项，根据总反应知产生1 mol O2的同时产生2 mol H2。 (2)由题干数据分析该反应： 02 min内平均反应速率 平衡常数。 第三问，若开始加入HI的物质的量是原来的2倍，相当于先将加入到2 L的容器(达到的平衡状态与原平衡一致，即HI的浓度、H2的体积分数与原平衡相同)，再将体积压缩至1 L，因为该反应为体积不变的反应，加压平衡不移动，所以HI浓度为原来的2倍，H2的体积分数不变；温度不变，平衡常数不变；加入HI的物质的量增大，反应物浓度增大，反应速率加快，达到平衡的时间缩短。 (3)Zn与稀H2SO4反应，c (H+)减小，水的电离平衡向右移动；若向原溶液加入NaNO3，Zn与H+、NO3反应不生成H2；若加CuSO4，Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu，Zn与Cu构成原电池，加快反应速率；若加Na2SO4对反应速率没有影响；若加NaHSO3，HSO3消耗H+生成H2O和SO2，减缓反应速率。 (4)生成1 mol液态水，理论上放热，则该电池的能量转化率为：。【变式3】已知可逆反应：M (g)+N (g)P (g)+Q (g)，H0，请回答下列问题： (1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为：c (M)=1 molL1，c (N)=2.4 molL1；达到平衡后，M的转化率为60，此时N的转化率为_； (2)若反应温度升高，M的转化率_(填“增大”“减小”或“不变”)； (3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为：c (M)=4 molL1，c (N)=a molL1；达到平衡后，c (P)=2 molL1，a=_； (4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为：c (M)=c (N)=b molL1，达到平衡后，M的转化率为_。 【答案】(1)25 (2)增大 (3)6 (4)41 【解析】本题主要考查了化学平衡移动、转化率、平衡常数等基本概念和基本计算，具有较强的综合性。在解题中应注意平衡常数与转化率的巧妙应用，这也是解答本题的关键所在。 (1)N的转化率为。 (2)因为反应H0，是吸热反应，所以升高温度，平衡向正反应方向移动，M的转化率增大。(3)根据反应 根据温度不变，平衡常数不变的特点 K=2 molL12 molL1/2 molL1(a2) molL1=0.6 molL10.6 molL1/0.4 molL11.8 molL1 得a=6。(4)同理： 根据温度不变，平衡常数不变的特点， K=x2/(bx) 2=0.6 molL10.6 molL1/0.4 molL11.8 molL1，得x=0.41b (M)=(0.41b/b)100=41。类型五、化学平衡图像分析 例5 在某密闭容器中，可逆反应：A (g)+B (g)xC (g) H符合图中()所示关系。由此判断，对图像()说法不正确的是( ) Ap3p4，Y轴表示A的转化率 Bp3p4，Y轴表示B的质量分数 Cp3p4，Y轴表示混合气体的密度 Dp3p4，Y轴表示混合气体的平均相对分子质量 【思路点拨】当题目中涉及多变量时，应先固定其中的一个变量，分析另一个变量。另外，分析图像时需要注意其纵、横坐标的意义。 【答案】B 【解析】据图像()知，在压强不变时，曲线b的斜率比c的大，故T1T2。降温(T1T2)时，(C)增大，即平衡正向移动，说明正反应为放热反应。当温度不变时，曲线b的斜率比a的大，故p2p1，增大压强(p1p2)时，(C)增大，即平衡正向移动，故x2即x=1。由图像()知，保持体系压强不变，升高温度，平衡逆向移动，(C)、A和B的转化率、混合气体的平均相对分子质量、密度均减小，而A、B的质量分数要增大。因此选B。 【总结升华】平衡图像题可采用如下解题模式： (1)先分析题中反应的特点(是放热反应还是吸热反应，是气体体积增大的反应还是气体体积缩小的反应等)。一定要抓住图像中条件改变瞬间所引起的浓度、压强、速率的变化，然后针对各种条件改变时引起的变化的特征进行对照分析。 (2)再分析图像所表达的各个量之间的关系(两个坐标轴各表示什么物理量，曲线的变化趋势如何，是单一曲线还是多条曲线，曲线上的关键点，如起点、拐点、交点、终点的含义是什么等)。举一反三：【变式1】(I2在KI溶液中存在下列平衡：I2 (aq)+I(aq)I3(aq)，某I2、KI混合溶液中，I3的物质的量浓度c (I3)与温度T的关系如图所示(曲线上任何一点都表示平衡状态)。下列说法正确的是( ) A反应I2 (aq)+I (aq) I3 (aq)的H0 B若温度为T1、T2，反应的平衡常数分别为K1、K2，则K1K2 C若反应进行到状态D时，一定有v正v逆D状态A与状态B相比，状态A的c (I2)大 【答案】BC 【解析】由图可知，随着温度逐渐升高，c(I3)逐渐减小，平衡逆向移动，说明正反应放热，即H0，A项错。同理可推出，升温，K值减小，即K1K2，B项正确。D点反应没有平衡，c (I3)偏小(要向A点移动)，即反应要向右进行，所以此时v正v逆，C项正确。由图知，c (I3)：状态A状态B，则c (I2)为：状态A状态B，D项错。类型六、等效平衡 例6 将3 mol A和1 mol B混合于一体积可变的密闭容器P中，若以此时的温度、压强和体积作为起始条件，发生了如下反应：3A (g)+B (g)2C (g)+D (g)，达到平衡时C的浓度为molL1。试回答下列问题： (1)若保持温度和压强不变，将物质按下列四种配比充入容器P中，平衡后C的浓度仍为molL1的是( ) A6 mol A和2 mol B B3 mol A+1 mol B+2 mol C C2 mol C+1 mol B+1 mol D D1 mol C+2 mol D (2)保持原起始温度和体积不变，要使平衡后C的浓度仍为molL1，应按下列哪种配比向另一容器Q中充入有关物质( ) A3 mol A+1 mol B B4 mol C+2 mol D C1.5 mol A+0.5 mol B+l mol C+0.5 mol D D以上均不能满足条件 (3)保持原始温度和体积不变，若仍按3 mol A和1 mol B配比在容器Q中发生反应，则平衡时C的浓度和molL1的关系是( ) A大于 B小于 C等于 D不能确定 【思路点拨】解答等效平衡的问题，应首先分清恒温恒容、恒温恒压两种情况，并且恒温恒容的情况仍需区分反应前后气体分子数是否变化。 【答案】(1)A (2)D (3)B 【解析】(1)在恒温、恒压下，只有n (A)n (B)=31或n (C)n (D)=21，达到平衡时才为同一平衡状态，即满足等效平衡的条件。(2)因容器P的容积可变，且正反应是体积缩小的反应，故相当于加压。而现在容器Q体积不变，条件不同了，A、B、C项均不能达到等效平衡。(3)本题所述条件相当于减压，平衡向逆反应方向移动，则C的浓度减小。 【总结升华】解答等效平衡问题时，首先应分析反应进行的条件(即在温度不变的前提下，是压强不变还是体积不变)及反应前后的气体的化学计量数之和是否相等而判断出等效平衡的类型，然后再根据等效平衡中存在的规律按要求解答即可。举一反三：【变式1】在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下(已知N2 (g)+3H2 (g) 2NH3 (g) H=92.4 kJmol1)：容器甲乙丙反应物投入量1 mol N2、3 mol H22 mol NH34 mol NH3NH3的浓度(molL1)c1c2c3反应的能量变化放出a kJ吸收b kJ吸收c kJ体系压强(Pa)p1p2p3反应物转化率123下列说法正确的是( ) A2c1c3 Ba+b=92.4 C2p2p3 D1+31 【答案】BD【解析】从反应物的投入量可以得出，甲、乙两容器最终达到的平衡状态是相同的，即c1=c2，p1=p2，丙容器相当于将甲、乙两个平衡后的容器压缩到一个容器中，并使平衡正向移动，c32c1，p32p2，A、C错；由于甲、乙两容器达到的平衡状态相同，设甲、乙中两反应达到平衡的过程为：1 mol N2、3 mol H2(N2+H2+x mol NH3)2 mol NH3，则甲中反应放出热量为a=(x/2)92.4，反应物的转化率1=0.5x/1；乙中反应吸收热量为b=(2x)/292.4，反应物的转化率为2=(2x)/2；故a+b=(x/2)92.4+(2x)/292.4=92.4，B正确；1+2=0.5x/1+(2x)/2=1，由于丙相当于是将两个乙容器压缩成一个容器，则根据平衡移动原理，平衡逆向移动，即丙反应物转化率小于乙反应物的转化率，故1+31，D正确。