2015高考化学二轮复习专题9化学反应速率、化学平衡-含答案.doc

专题九 化学反应速率、化学平衡【考纲要求】1.了解化学反应速率的概念、反应速率的定量表示方法。2.了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重要作用。3.了解化学反应的可逆性。4.了解化学平衡建立的过程；了解化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行简单的计算。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，认识其一般规律。6.了解化学反应速率和化学平衡的调控在生产、生活和科学研究领域中的重要作用。考点一化学反应速率及其影响因素的深度剖析1“一式”的剖析与应用化学反应速率是表示反应进行快慢的物理量，它用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。计算公式如下：v(B)用上式进行某物质反应速率计算时需注意以下几点：(1)浓度变化只适用于气体和溶液中的溶质，不适用于固体和纯液体。(2)化学反应速率是某段时间内的平均反应速率，而不是即时速率，且计算时取正值。(3)同一反应用不同的物质表示反应速率时，数值可能不同，但意义相同。不同物质表示的反应速率之比等于其化学计量数之比。(4)对于可逆反应，通常所计算的是正、逆反应抵消后的总反应速率，当达到平衡时，总反应速率为零。(注：总反应速率也可理解为净速率)。2外界条件对化学反应速率影响的深度剖析(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。但固体颗粒的大小导致接触面的大小发生变化，故影响反应速率。(2)对于固体、液体物质，由于压强改变时对它们的体积影响很小，因而压强对它们浓度的影响可看作不变，压强对无气体参加的化学反应的速率无影响。(3)升高温度，不论吸热还是放热反应，也不论正反应速率还是逆反应速率都增大。(4)用催化剂催化的反应，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。(5)对于有气体参与的化学反应，有以下几种情况：恒温时，压缩体积压强增大反应物浓度增大反应速率加快。恒温时，对于恒容密闭容器：a充入气体反应物气体反应物浓度增大(压强也增大)反应速率加快。b充入“惰性”气体总压强增大反应物浓度未改变反应速率不变。恒温恒压时充入“惰性”气体体积增大气体反应物浓度减小反应速率减小。题组集训题组一化学反应速率的计算1化学在环境保护中起着十分重要的作用，催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。催化反硝化法中，H2能将NO还原为N2。25 时，反应进行10 min，溶液的pH由7变为12。N2的结构式为_。上述反应的离子方程式为_，其平均反应速率v(NO)为_ molL1min1。还原过程中可生成中间产物NO，写出3种促进NO水解的方法_。答案NN 2NO5H2N22OH4H2O103 加热，加酸，加水2苯乙烷(C8H10)可生产塑料单体苯乙烯(C8H8)，其反应原理是C8H10(g)C8H8(g)H2(g)H125 kJmol1某温度下，将0.40 mol苯乙烷充入2 L真空密闭容器中发生反应，测定不同时间该容器内物质的物质的量，得到数据如下表：时间/min010203040n(C8H10)/mol0.400.300.26n2n3n(C8H8)/mol0.000.10n10.160.16当反应进行到20 min时，该段时间内H2的平均反应速率是_。答案v(H2)0.003 5 molL1min1失误防范化学反应速率计算的常见错误：(1)不注意容器的体积；(2)漏写单位或单位写错；(3)忽略有效数字。题组二控制变量探究影响化学反应速率的因素3某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。光照下，草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2O转化为Cr3。某课题组研究发现，少量铁明矾Al2Fe(SO4)424H2O即可对该反应起催化作用。为进一步研究有关因素对该反应速率的影响，探究如下：(1)在25 下，控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同，调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量，做对比实验，完成以下实验设计表(表中不要留空格)。实验编号初始pH废水样品体积/mL草酸溶液体积/mL蒸馏水体积/mL46010305601030560测得实验和溶液中的Cr2O浓度随时间变化关系如图所示。(2)上述反应后草酸被氧化为_(填化学式)。(3)实验和的结果表明_；实验中0t1时间段反应速率v(Cr3)_molL1min1(用代数式表示)。(4)该课题组对铁明矾Al2Fe(SO4)424H2O中起催化作用的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：假设一：Fe2起催化作用；假设二：_；假设三：_；(5)请你设计实验验证上述假设一，完成下表中内容。除了上述实验提供的试剂外，可供选择的药品有K2SO4、FeSO4、K2SO4Al2(SO4)324H2O、Al2(SO4)3等。溶液中Cr2O的浓度可用仪器测定实验方案(不要求写具体操作过程)预期实验结果和结论答案(1)实验编号初始pH废水样品体积/mL草酸溶液体积/mL蒸馏水体积/mL2020(2)CO2(3)溶液pH对该反应的速率有影响(4)Al3起催化作用SO起催化作用(5)实验方案(不要求写具体操作过程)预期实验结果和结论用等物质的量的K2SO4Al2(SO4)324H2O代替实验中的铁明矾，控制其他条件与实验相同，进行对比实验反应进行相同时间后，若溶液中c(Cr2O)大于实验中的c(Cr2O)，则假设一成立，若两溶液中的c(Cr2O)相同，则假设一不成立4某小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应来探究“条件对化学反应速的影响”。(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。为确保能观察到紫色褪去，H2C2O4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：实验序号反应温。X。X。K度/H2C2O4溶液酸性KMnO4溶液H2OV/mLc/molL1V/mLc/molL1V/mL258.00.205.00.0100256.00.205.00.010x表中x_ mL，理由是_。(3)已知50 时，浓度c(H2C2O4)随反应时间t的变化曲线如下图示，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。答案(1)2.5 (2)2.0保证其他条件不变，只改变反应物H2C2O4浓度，从而才能达到对照实验目的(3)如下图思想归纳控制变量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的作用和目的。尤其是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，故要弄清某个因素的影响需控制其他因素相同或不变时再进行实验。因此，控制变量思想在这部分体现的较为充分，在近几年高考题中也考查较多，且多以探究性实验题的形式出现。考点二全面认识化学平衡知识精讲1化学平衡状态判断的“三类标志”、“一角度”(1)本质标志同一物质的消耗速率与生成速率相等，即v正v逆。(2)等价标志可逆反应的正、逆反应速率不再随时间发生变化。体系中各组成成分的含量，即物质的量浓度、物质的量分数、体积分数、质量分数等保持不变。对同一物质而言，单位时间内该物质所代表的正反应的转化浓度和所代表的逆反应的转化浓度相等。对不同物质而言，一种物质所代表的正反应速率和另一种物质所代表的逆反应速率的比值等于化学方程式中的化学计量数(系数)之比。(3)特殊标志对于反应物和生成物全部是气体且反应前后气体计量数不相等的可逆反应，若反应体系中混合气体的平均相对分子质量不再随时间变化，则反应达到平衡状态。此标志不适用于反应前后气体计量数相等的可逆反应，因为这类反应不管是否达到平衡状态，混合气体的平均相对分子质量始终是不变的。对于气体反应物和气体生成物的计量数不相等的可逆反应(体系中可存在固、液态物质)，当恒温、恒容时，若反应体系中总压强不再随时间变化，则反应达到平衡状态；当恒温、恒压时，若反应体系中体积不变或混合气体的密度不变，则反应达到平衡状态。对于反应物和生成物全部是气体且反应前后气体计量数相等的可逆反应，恒温、恒容时压强不变以及恒温、恒压时密度不变等均不能说明反应已达到平衡状态。由于任何化学反应都伴有能量变化，因此在其他条件不变的情况下，当总体系温度一定时，则反应达到平衡状态。对于反应混合物中含有有色气体物质的可逆反应，若体系颜色不变，则反应达到平衡状态。(4)一角度从微观的角度分析，如反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)，下列各项均可说明该反应达到了平衡状态断裂1 mol NN键的同时生成1 mol NN键断裂1 mol NN键的同时生成3 mol HH键断裂1 mol NN键的同时断裂6 mol NH键生成1 mol NN键的同时生成6 mol NH键2化学平衡状态移动判断的方法和规律(1)化学平衡移动(2)两类方法通过比较平衡破坏瞬时的正逆反应速率的相对大小来判断平衡移动的方向。a若外界条件改变，引起v正v逆，此时正反应占优势，则化学平衡向正反应方向(或向右)移动。b若外界条件改变，引起v正K平衡逆向移动；b若QcK平衡不移动；c若Qc105时，可以认为该反应已经进行完全。虽然转化率也能表示反应进行的程度，但转化率不仅与温度有关，而且与起始条件有关。K的大小只与温度有关，与反应物或生成物的起始浓度的大小无关。(2)浓度商与化学平衡的移动：可逆反应进行到某时刻(包括化学平衡)时，生成物浓度的化学计量数次幂之积与反应物浓度的化学计量数次幂之积的比值称为浓度商(Qc)。当QcK时，说明反应达到平衡状态；当QcK时，则反应在向逆反应方向进行。(3)在使用化学平衡常数时应注意：不要把反应体系中纯固体、纯液体以及稀水溶液中水的浓度写进平衡常数表达式中，但非水溶液中，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数表达式中。同一化学反应，化学反应方程式写法不同，其平衡常数表达式及数值亦不同。因此书写平衡常数表达式及数值时，要与化学反应方程式相对应，否则就没有意义。22014高考命题猜想2014年对化学平衡常数的考查仍将延续前几年的命题特点、形式：即在化学反应原理的综合题目中考查化学平衡常数的书写、计算及影响因素。题组集训题组化学平衡常数的综合应用1下图是某煤化工产业链的一部分，试运用所学知识，解决下列问题：(1)已知该产业链中某反应的平衡常数表达式为K，它所对应反应的化学方程式是_。(2)合成甲醇的主要反应是2H2(g)CO(g)CH3OH(g)H90.8 kJmol1，t 下此反应的平衡常数为160。此温度下，在密闭容器中开始只加入CO、H2，反应10 min后测得各组分的浓度如下：物质H2COCH3OH浓度(molL1)0.20.10.4该时间段内反应速率v(H2)_。比较此时正、逆反应速率的大小：v正_v逆(填“”、“”或“”)。反应达到平衡后，保持其它条件不变，若只把容器的体积缩小一半，平衡_(填“逆向”、“正向”或“不”)移动，平衡常数K_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)固氮是科学家致力研究的重要课题。自然界中存在天然的大气固氮过程：N2(g)O2(g)=2NO(g)H180.8 kJmol1，工业合成氨则是人工固氮。分析两种固氮反应的平衡常数，下列结论正确的是_(填字母序号)。反应大气固氮工业固氮温度/272 00025350400450K3.8410310.151081.8470.5070.152A常温下，大气固氮很难进行，而工业固氮却能非常容易进行B模拟大气固氮应用于工业上的意义不大C工业固氮时温度越低，氮气与氢气反应越完全DK越大说明合成氨反应的速率越大答案(1)C(s)H2O(g)CO(g)H2(g) (2)0.08 molL1min1正向不变2工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下所示：化学反应平衡常数温度/5007008002H2(g)CO(g)CH3OH(g)K12.50.340.15H2(g)CO2(g)H2O(g)CO(g)K21.01.702.523H2(g)CO2(g)CH3OH(g)H2O(g)K3请回答下列问题：(1)反应是_(填“吸热”或“放热”)反应。(2)据反应与可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3_(用K1、K2表示)。(3)500 时测得反应在某时刻，H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(molL1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正_v逆(填“”、“”或“”)。(4)反应按照相同的物质的量投料，测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如下图所示。下列说法正确的是_(填序号)。A温度：T1T2T3B正反应速率：v(a)v(c)，v(b)v(d)C平衡常数：K(a)K(c)，K(b)K(d)D平均摩尔质量：M(a)M(c)，M(b)M(d)答案(1)吸热(2)K1K2(3)(4)CD专题突破训练1反应N2O4(g)2NO2(g)H57 kJmol1，在温度为T1、T2时，平衡体系中NO2的体积分数随压强变化的曲线如图所示。下列说法正确的是()Aa、c两点的反应速率：acBa、c两点气体的颜色：a深、c浅Ca、b两点气体的平均相对分子质量：abDb、c两点化学平衡常数：bc2在容积恒定的密闭容器中，一定量的SO2与1.1 mol O2发生反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H0。当气体的物质的量减少0.315 mol时，反应达到平衡，SO2的平衡转化率是90%。下列说法正确的是 ()A相同条件下，平衡时若充入稀有气体，SO2的转化率增大B反应开始时，向容器中通入的SO2的物质的量是0.7 molC保持其他条件不变，仅降低温度，正反应速率减小程度比逆反应速率减小程度大D保持其他条件不变，仅缩小容器体积，反应达到平衡时容器中有1.485 mol气体3下列表格中的各种情况，可以用如图所示曲线表示的是()选项反应纵坐标甲乙A相同质量的氨气，在同一容器中发生反应：2NH3N23H2氨气的转化率500 400 B等质量的钾、钠分别与足量的水反应H2的质量钠钾C在体积可变的恒压容器中，体积之比为13的N2、H2：N23H22NH3氨气的浓度活性高的催化剂活性一般的催化剂D2 mol SO2和1 mol O2在相同温度下发生反应：2SO2O22SO3SO3的物质的量2个大气压10个大气压4一定温度时，向2.0 L恒容密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，发生反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)。经过一段时间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表：t/s0t1t2t3t4n(SO3)/mol00.81.41.81.8下列说法正确的是()A反应在前t1s的平均速率v(O2)0.4/t1 molL1s1B保持其他条件不变，体积压缩到1.0 L，平衡常数将增大C相同温度下，起始时向容器中充入4 mol SO3，达到平衡时，SO3的转化率大于10%D保持温度不变，向该容器中再充入2 mol SO2、1 mol O2，反应达到新平衡时n(SO3)/n(O2)增大5如下图所示，隔板固定不动，活塞可自由移动，M、N两个容器中均发生反应：A(g)3B(g)2C(g)H192 kJmol1。向M、N中，分别通入x mol A和y mol B的混合气体，初始M、N容积相同，保持温度不变。下列说法正确的是()A若平衡时A气体在两容器中的体积分数相等，则x一定等于yB若xy12，则平衡时，M中的转化率：ABC若xy13，当M中放出热量172.8 kJ时，A的转化率为90%D若x1.2，y1，N中达到平衡时体积为2 L，含有C 0.4 mol，再通入0.36 mol A时，v正v逆6已知反应：CO(g)CuO(s)CO2(g)Cu(s)和反应：H2(g)CuO(s)Cu(s)H2O(g)在相同温度下的平衡常数分别为K1和K2，该温度下反应：CO(g)H2O(g)CO2(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K1B反应的平衡常数KK1/K2C对于反应，恒容时，若温度升高，H2的浓度减小，则该反应的焓变为正值D对于反应，恒温恒容时，若增大压强，H2的浓度一定减小7某温度时，在密闭容器中，X、Y、Z三种气体浓度的变化如图所示，若其它条件不变，当温度分别为T1和T2时，Y的体积分数与时间关系如图所示。则下列结论正确的是()A该反应的热化学方程式为X(g)3Y(g)2Z(g)H0B若其它条件不变，升高温度，正、逆反应速度均增大，X的转化率减小C达到平衡后，若其他条件不变，减小容器体积，平衡向逆反应方向移动D达到平衡后，若其他条件不变，通入稀有气体，平衡向正反应方向移动8煤气化和液化是现代能源工业中重点考虑的能源综合利用方案。最常见的气化方法为用煤生产水煤气，而当前比较流行的液化方法为用煤生产CH3OH。(1)已知：CO2(g)3H2(g)=CH3OH(g)H2O(g)H12CO(g)O2(g)=2CO2(g)H22H2(g)O2(g)=2H2O(g)H3则反应CO(g)2H2(g)=CH3OH(g)的H_。(2)如图是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线。T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1_K2(填“”、“”或“”)。由CO合成甲醇时，CO在250 、300 、350 下达到平衡时转化率与压强的关系曲线如下图所示，则曲线c所表示的温度为_ 。实际生产条件控制在250 、1.3104 kPa左右，选择此压强的理由是_。以下有关该反应的说法正确的是_(填序号)。A恒温、恒容条件下，若容器内的压强不发生变化，则可逆反应达到平衡B一定条件下，H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍时，可逆反应达到平衡C使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间并提高CH3OH的产率D某温度下，将2 mol CO和6 mol H2充入2 L密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c(CO)0.2 molL1，则CO的转化率为80%(3)一定温度下，向2 L固定体积的密闭容器中加入1 mol CH3OH(g)，发生反应：CH3OH(g)CO(g)2H2(g)，H2的物质的量随时间变化的曲线如图所示。02 min内的平均反应速率v(CH3OH)_。该温度下，反应CO(g)2H2(g)CH3OH(g)的平衡常数K_。相同温度下，若开始时加入CH3OH(g)的物质的量是原来的2倍，则_(填序号)是原来的2倍。A平衡常数 BCH3OH的平衡浓度C达到平衡的时间 D平衡时气体的密度答案(1)H1H2H3(2)3501.3104 kPa下CO的转化率已经很高，如果增大压强，CO的转化率提高不大，而生产成本增加很多，得不偿失AD(3)0.125 molL1min14D9工业上合成氨的反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g) H92.60 kJmol1。(1)在绝热、容积固定的密闭容器中发生反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)，下列说法能说明上述反应向正反应方向进行的是_(填序号)。单位时间内生成2n mol NH3的同时生成3n mol H2单位时间内生成6n mol NH键的同时生成2n mol HH键用N2、H2、NH3的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为132混合气体的平均摩尔质量增大容器内的气体密度不变(2)已知合成氨反应在某温度下2 L的密闭容器中进行，测得如下数据：时间(h)物质的量(mol)01234N21.50n11.20n31.00H24.504.203.60n43.00NH300.201.001.00根据表中数据计算：反应进行到2 h时放出的热量为_ kJ。01 h内N2的平均反应速率为_ molL1h1。此温度下该反应的化学平衡常数K_(保留两位小数)。反应达到平衡后，若往平衡体系中再加入N2、H2和NH3各1.00 mol，化学平衡将向_方向移动(填“正反应”或“逆反应”)。102013浙江理综，27(2)(3)(4)捕碳技术(主要指捕获CO2)在降低温室气体排放中具有重要的作用。目前NH3和(NH4)2CO3已经被用作工业捕碳剂，它们与CO2可发生如下可逆反应：反应：2NH3(l)H2O(l)CO2(g)(NH4)2CO3(aq)H1反应：NH3(l)H2O(l)CO2(g)NH4HCO3(aq)H2反应：(NH4)2CO3(aq)H2O(l)CO2(g)2NH4HCO3(aq)H3请回答下列问题：(2)为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2效率的影响，在某温度T1下，将一定量的(NH4)2CO3溶液置于密闭容器中，并充入一定量的CO2气体(用氮气作为稀释剂)，在t时刻，测得容器中CO2气体的浓度。然后分别在温度为T2、T3、T4、T5下，保持其他初始实验条件不变，重复上述实验，经过相同时间测得CO2气体浓度，得到趋势图(见图1)。则：H3_0(填“”、“”或“”)。在T1T2及T4T5两个温度区间，容器内CO2气体浓度呈现如图1所示的变化趋势，其原因是_。反应在温度为T1时，溶液pH随时间变化的趋势曲线如图2所示。当时间到达t1时，将该反应体系温度迅速上升到T2，并维持该温度。请在该图中画出t1时刻后溶液的pH变化总趋势曲线。图2(3)利用反应捕获CO2，在(NH4)2CO3初始浓度和体积确定的情况下，提高CO2吸收量的措施有_(写出2个)。(4)下列物质中也可能作为CO2捕获剂的是_。ANH4Cl BNa2CO3CHOCH2CH2OH DHOCH2CH2NH2答案(2)T1T2区间，化学反应未达到平衡，温度越高，化学反应速率越快，所以CO2被捕获的量随温度升高而提高。T4T5区间，化学反应已达到平衡，由于正反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，所以不利于CO2捕获 (3)降低温度，增加CO2浓度(或分压) (4)BD