高考化学二轮复习 上篇 专题突破方略 专题二 基本理论 第六讲 化学反应速率与化学平衡学案.docx
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高考化学二轮复习上篇专题突破方略专题二基本理论第六讲化学反应速率与化学平衡学案
2019-2020年高考化学二轮复习上篇专题突破方略专题二基本理论第六讲化学反应速率与化学平衡学案
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命题趋势
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大作用。
3.了解化学反应的可逆性。
4.了解化学平衡建立的过程。
理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,认识并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。
7.以上各部分知识的综合应用。
化学反应速率
及影响因素
xx·T28
xx·T9
xx·T28
1.化学反应速率与化学平衡常结合起来进行考查;化学平衡的影响因素及在外界条件改变时平衡移动的方向,是考查化学平衡的必考点,此类问题在选择题和非选择题中均可能出现,试题常常与化学平衡图像相结合进行考查。
2.化学平衡状态的判断是高考常考点,考查角度多样,但都是围绕v(正)和v(逆)是否相等、物质的浓度是否变化来判断。
化学平衡常数从表达式的书写到有关计算都有考查,预计今后仍将延续近年的命题形式和特点。
化学平衡状态
及影响因素
xx·T28
xx·T28
化学平衡常数
及有关计算
xx·T28
xx·T28
考点一 化学反应速率及影响因素
[学生用书P25]
1.对化学反应速率计算公式的剖析
v(B)=
=
(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,而不是瞬时速率,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,反应进行的净速率是正、逆反应速率之差,当达到平衡时,净速率为零。
2.分析有气体参与的化学反应的反应速率
(1)恒温时,压缩体积
压强增大―→气体反应物浓度增大
反应速率增大。
(2)恒温恒容时
①充入气体反应物
气体反应物浓度增大(压强也增大)
反应速率增大。
②充入“惰性”气体
总压强增大―→气体反应物浓度未改变
反应速率不变。
(3)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。
3.外界条件对可逆反应的正、逆反应速率的影响方向是一致的,但影响程度不一定相同
(1)当增大反应物浓度时,v(正)增大,v(逆)瞬间不变,随后也增大;
(2)增大压强,气体分子数减小方向的反应速率变化程度大;
(3)对于反应前后气体分子数不变的反应,改变压强可以同等程度地改变正、逆反应速率;
(4)升高温度,v(正)和v(逆)都增大,但吸热反应方向的反应速率增大的程度大;
(5)使用催化剂,能同等程度地改变正、逆反应速率。
化学反应速率的影响因素
1.(概念判断类)(xx·高考福建卷)在不同浓度(c)、温度(T)条件下,蔗糖水解的瞬时速率(v)如下表。
下列判断不正确的是( )
A.a=6.00
B.同时改变反应温度和蔗糖的浓度,v可能不变
C.b<318.2
D.不同温度时,蔗糖浓度减少一半所需的时间相同
[破题关键] 条件中反应物浓度的变化规律为等差数列减小,同温度下瞬时速率也呈现等差数列减小;反应速率随温度升高而加快。
解析:
选D。
由表格知328.2K时蔗糖水解的瞬时速率与浓度的关系成正比,则0.600/0.400=9.00/a,a=6.00,A项正确;从题给数据看,浓度越大、温度越高,反应速率越快,当增大浓度同时降低温度时,瞬时速率可能会不变,B项正确;浓度不变时,bK下反应速率低于318.2K下的反应速率,故b<318.2,C项正确;温度不同,相同浓度下的平均速率不同,浓度减少一半所需的时间也不同,D项错误。
[互动拓展]
(1)在其他条件不变时,某反应的反应速率在温度每升高10℃时变为原来的3倍,则50℃时的反应速率是10℃时的________倍。
(2)在溶液中进行的某反应,开始反应后,反应速率呈先增大后逐渐减小的趋势,若不考虑生成催化剂的影响,则该反应为________热反应。
答案:
(1)34
(2)放
(xx·河北承德高三模拟)对于反应2C6H5CH2CH3(g)+O2(g)2C6H5CH===CH2(g)+2H2O(g) ΔH<0,下列说法正确的是( )
A.升温,正反应速率减小,逆反应速率增大
B.升温,正、逆反应速率均增大
C.加压,正反应速率减小,逆反应速率增大
D.加压,正、逆反应速率均减小
解析:
选B。
升温,正、逆反应速率均增大,A错误,B正确;加压,正、逆反应速率均增大,C、D错误。
2.(xx·高考海南卷改编)10mL浓度为1mol/L的盐酸与过量的锌粉反应,若加入适量的下列溶液,既能减慢反应速率,又能使氢气生成量减少的是( )
A.K2SO4B.CH3COONa
C.CuSO4D.Na2CO3
解析:
选D。
Zn与稀盐酸发生反应:
Zn+2HCl===ZnCl2+H2↑,若加入物质使反应速率减慢,则c(H+)减小,产生氢气的物质的量减小,说明最终电离产生的n(H+)减小。
A.K2SO4是强酸强碱盐,不发生水解,溶液显中性,溶液中的水对盐酸起稀释作用,使c(H+)减小,但没有消耗H+,因此n(H+)不变;B.CH3COONa与HCl发生反应:
CH3COONa+HCl===CH3COOH+NaCl,使溶液中c(H+)减小,反应速率降低,当反应进行到一定程度,会发生反应:
2CH3COOH+Zn===(CH3COO)2Zn+H2↑,因此最终不会影响产生氢气的物质的量;C.CuSO4溶液会与Zn发生置换反应:
CuSO4+Zn===Cu+ZnSO4,产生的Cu与Zn和盐酸构成原电池,会加快反应速率;D.Na2CO3溶液会与盐酸发生反应:
Na2CO3+2HCl===2NaCl+H2O+CO2↑,使溶液中的c(H+)、n(H+)都减小,既能使反应速率减慢,又能使产生氢气的物质的量减小。
反应速率的比较与计算
1.(xx·高考北京卷)一定温度下,10mL0.40mol/LH2O2溶液发生催化分解。
不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)如下表。
t/min
0
2
4
6
8
10
V(O2)/
mL
0.0
9.9
17.2
22.4
26.5
29.9
下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)( )
A.0~6min的平均反应速率:
v(H2O2)≈3.3×10-2mol/(L·min)
B.6~10min的平均反应速率:
v(H2O2)<3.3×10-2mol/(L·min)
C.反应至6min时,c(H2O2)=0.30mol/L
D.反应至6min时,H2O2分解了50%
解析:
选C。
2H2O2
2H2O+O2↑。
A.6min时,生成O2的物质的量n(O2)=
=1×10-3mol,依据反应方程式,消耗n(H2O2)=2×10-3mol,所以0~6min时,v(H2O2)=
≈3.3×10-2mol/(L·min),A正确。
B.6~10min时,生成O2的物质的量n(O2)=
≈0.335×10-3mol,依据反应方程式,消耗n(H2O2)=0.335×10-3mol×2=0.67×10-3mol,6~10min时,v(H2O2)=
≈1.68×10-2mol/(L·min)<3.3×10-2mol/(L·min),B正确。
C.反应至6min时,消耗n(H2O2)=2×10-3mol,剩余n(H2O2)=0.40mol/L×0.01L-2×10-3mol=2×10-3mol,c(H2O2)=
=0.20mol/L,C错误。
D.反应至6min时,消耗n(H2O2)=2×10-3mol,n总(H2O2)=4×10-3mol,所以H2O2分解了50%,D正确。
2.(xx·高考重庆卷)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)=
mol·L-1·min-1
C.M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆
D.M点时再加入一定量X,平衡后X的转化率减小
解析:
选C。
根据图像给出的在不同温度下达到平衡所需要的时间可得出:
T1>T2,再根据不同温度下达到平衡时c(X)的大小可推出此反应为放热反应。
M点X的转化率小于W点X的转化率,因此反应进行到M点放
出的热量小于进行到W点放出的热量,选项A不正确。
T2下,在0~t1时间内,v(X)=
mol·L-1·min-1,v(Y)=
v(X)=
mol·L-1·min-1,选项B不正确。
在T1和T2温度时,当达到平衡状态时,M点v正(M)=v逆(M),W点v正(W)=v逆(W),温度高反应速率快,v逆(M)>v逆(W),又v逆(W)>v逆(N),则v逆(M)>v逆(N),则v正(M)>v逆(N),选项C正确。
M点时在恒容条件下再加入一定量X,相当于增大压强,平衡正向移动,平衡后X的转化率增大,选项D不正确。
有关化学反应速率的易错点
(1)错误地把化学反应速率等同于瞬时速率,化学反应速率是某一段时间内的平均速率,而不是瞬时速率。
(2)进行化学反应速率的相关计算时,错误地用某物质的物质的量代替物质的量浓度计算,速率大小比较时易忽视各物质的速率的单位是否一致和单位书写是否正确。
(3)错误地认为固体和纯液体不会改变化学反应速率,实际上不能用固体和纯液体物质的变化量表示化学反应速率,但若将固体的颗粒变小(增大固体的接触面积)则化学反应速率会加快。
(4)错误地认为只要增大压强,有气体参加的反应的化学反应速率一定增大;实际上若反应在密闭固定容积的容器中进行,充入氦气(或不参与反应的气体),压强增大,但气体反应物的浓度不变,反应速率不变;若反应在密闭可变容积的容器中进行,充入氦气(或不参与反应的气体)而保持压强不变,相当于压强减小,气体反应物的浓度减小,反应速率减小。
(5)不能正确区分外界条件对可逆反应的正、逆反应速率的影响趋势。
例如:
对ΔH<0的反应,升高温度,平衡逆向移动,正、逆反应速率都增大,并不是只增大逆反应速率,只是逆反应速率增大的程度大于正反应速率;工业合成氨中,移出部分氨气(平衡右移),正、逆反应速率都减小,并不是增大了正反应速率。
考点二 化学平衡状态及影响因素
[学生用书P26]
1.化学平衡状态判断的“两类标志”及“一角度”
判断化学反应是否达到化学平衡状态,关键是看给定条件下能否推出“变量”达到“不变”。
常用到的判断标志有:
(1)绝对标志
(2)相对标志
①有气体参加的反应,气体的总压强、总体积、总物质的量不变时,当为反应前后气体分子数不变的反应时,不一定达到平衡;当为反应前后气体分子数不相等的反应时,达到平衡。
②气体的密度(
)、气体的平均相对分子质量(
)不变时,要具体分析各表达式中的分子或分母变化情况,判断是否平衡。
③如果平衡体系中的物质有颜色,则平衡体系的颜色不变时,达到平衡。
(3)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:
①断裂1molNN键的同时生成
≡N键;
②断裂1molNN键的同时生成
-H键;
③断裂1molNN键的同时断裂
-H键;
④生成1molNN键的同时生成
-H键。
2.化学平衡移动判断的方法和规律
(1)①通过比较化学平衡破坏瞬时的正、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,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 c.若外界条件改变,虽能引起v正和v逆变化,但变化后新的v′正和v′逆仍保持相等,则化学平衡没有发生移动。 ②常见外界条件的变化对正、逆反应速率的影响规律 a.增大反应物浓度的瞬间,v正变大、v逆不变;减小反应物浓度的瞬间,v正变小,v逆不变;增大生成物浓度的瞬间,v正不变,v逆变大;减小生成物浓度的瞬间,v正不变,v逆变小。 b.压强的变化对气体体积数较大的一边反应速率影响大。 c.温度的变化对吸热反应影响大。 d.催化剂对正、逆反应速率影响相同。 (2)通过比较浓度商(Q)与平衡常数(K)的大小来判断平衡移动的方向。 ①若Q>K,平衡逆向移动; ②若Q=K,平衡不移动; ③若Q (3)外界条件对平衡移动影响的规律——勒夏特列原理 ①温度的影响: 升高温度,化学平衡向吸热反应方向移动;降低温度,化学平衡向放热反应方向移动。 ②浓度的影响: 增大反应物浓度或减小生成物浓度,化学平衡向正反应方向移动;减小反应物浓度或增大生成物浓度,化学平衡向逆反应方向移动。 ③压强的影响: 增大压强会使平衡向着气体体积减小的方向移动;减小压强会使平衡向着气体体积增大的方向移动。 化学平衡的影响因素 1.(化学平衡理论应用类)(xx·高考四川卷)一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应: C(s)+CO2(g)2CO(g)。 平衡时,体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示: 已知: 气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。 下列说法正确的是( ) A.550℃时,若充入惰性气体,v正、v逆均减小,平衡不移动 B.650℃时,反应达平衡后CO2的转化率为25.0% C.T℃时,若充入等体积的CO2和CO,平衡向逆反应方向移动 D.925℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=24.0p总 [破题关键] 恒压容器中充入无关气体,容器容积扩大,相当于压强减小;若充入与平衡状态时比例相同的有关气体,平衡不移动。 解析: 选B。 A.550℃时,若充入惰性气体,由于保持了压强不变,相当于扩大了体积,则v正、v逆均减小,平衡正向移动,A项错误。 B.根据图示可知,在650℃时,CO的体积分数为40.0%,根据反应方程式: C(s)+CO2(g)2CO(g),设开始加入1molCO2,反应掉了xmolCO2,则有: C(s) + CO2(g) 2CO(g) 始态: 1mol 0 变化: xmol 2xmol 平衡: (1-x)mol 2xmol 因此有: ×100%=40.0%,解得x=0.25,则CO2的平衡转化率为 ×100%=25.0%,B项正确。 C.由图可知T℃时,平衡体系中CO2和CO的体积分数相等,则在恒压密闭容器中再充入等体积的CO2和CO,平衡不移动,C项错误。 D.925℃时,CO的体积分数为96.0%,故Kp= = =23.04p总,D项错误。 [互动拓展] 恒容条件下,充入无关气体,正、逆反应速率如何变化? 平衡是否移动? 答案: 正、逆反应速率均不变,平衡不移动。 (xx·陕西西安模拟)下列四个图中,曲线变化情况与所给反应(a、b、c、d均大于0)相对应的是( ) 解析: 选C。 A项反应的ΔH<0,为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,SO3含量减小,温度较高时反应先达到平衡,图中1200℃和1000℃的情况表示反了,错误;B项压强增大,正、逆反应速率均增大,平衡正向移动,则v正增大的幅度大,而图中v逆增大的幅度大,错误;C项反应的ΔH>0,为吸热反应,压强不变时升高温度,平衡正向移动,N2O4的物质的量分数减小,与图中一致,温度不变时增大压强,平衡逆向移动,N2O4的物质的量分数增大,与图中一致,正确;D项起始时增大CO2的物质的量,C的转化率增大,但CO2的转化率减小,错误。 2.(xx·高考安徽卷)臭氧是理想的烟气脱硝试剂,其脱硝反应为2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g),若反应在恒容密闭容器中进行,下列由该反应相关图像作出的判断正确的是( ) A B 升高温度,平衡常数减小 0~3s内,反应速率为v(NO2)=0.2mol·L-1 C D t1时仅加入催化剂,平衡正向移动 达平衡时,仅改变x,则x为c(O2) 解析: 选A。 A.从能量变化的图像分析,该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,A正确。 B.依据化学反应速率的计算公式: v(NO2)= =0.2mol·L-1·s-1,单位不对,B错误。 C.催化剂会同等程度地改变正、逆反应速率,所以加入催化剂,平衡不移动,C错误。 D.增大c(O2),平衡逆向移动,NO2的转化率降低,D错误。 化学平衡状态的判定 1.(xx·山西太原高三调研)可逆反应: 2NO2(g)2NO(g)+O2(g)在体积固定的密闭容器中进行,达到平衡状态的标志是( ) ①单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2 ②单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO ③用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为2∶2∶1的状态 ④混合气体的颜色不再改变的状态 ⑤混合气体的密度不再改变的状态 ⑥混合气体的压强不再改变的状态 ⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 A.①④⑥⑦ B.②③⑤⑦ C.①③④⑤D.全部 解析: 选A。 ①单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2,能说明反应达到平衡状态;②描述的都是正反应方向,无法判断是否达到平衡状态;③无论达到平衡与否,同向的反应速率之比总是等于化学计量数之比;④混合气体的颜色不变能够说明反应达到了平衡状态;⑤因容器体积固定,密度是一个常数,所以其不能说明反应达到平衡状态;该反应是一个反应前后气体体积不等的反应,容器的体积又固定,所以⑥⑦均能说明反应达到平衡状态。 2.下列说法中可以证明反应H2(g)+I2(g)2HI(g)已达平衡状态的是( ) ①单位时间内生成nmolH2的同时生成nmolHI ②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂 ③百分含量w(HI)=w(I2) ④反应速率v(H2)=v(I2)= v(HI) ⑤c(HI)∶c(H2)∶c(I2)=2∶1∶1 ⑥温度和体积一定时,生成物浓度不再变化 ⑦温度和体积一定时,容器内的压强不再变化 ⑧条件一定时,混合气体的平均相对分子质量不再变化 ⑨温度和体积一定时,混合气体颜色不再变化 ⑩温度和压强一定时,混合气体的密度不再变化 A.①②③④B.②⑥⑨ C.②⑥⑨⑩D.③⑤⑥⑦⑧ 解析: 选B。 对于反应前后气体分子数相等的可逆反应,平均相对分子质量、压强及密度都不能用来判断反应是否达到平衡状态。 有关化学平衡的易错点 (1)混淆化学反应速率变化与化学平衡的移动的关系。 化学平衡移动,则化学反应速率一定改变,但化学反应速率改变,化学平衡不一定移动,如催化剂对化学平衡的影响。 另外平衡正向移动,不可错误地认为逆反应速率一定减小,正反应速率一定增大。 (2)混淆勒夏特列原理中的“减弱”。 勒夏特列原理: 如果改变影响平衡的一个条件,平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。 此处的“减弱”是在改变后的基础上减弱,并不能抵消,更不能超越。 (3)混淆化学平衡移动与转化率的关系。 化学平衡正向移动,反应物转化率不一定增大。 (4)化学平衡移动,平衡常数不一定改变。 考点三 化学平衡常数及有关计算 [学生用书P28] 1.“三段式法”解答化学平衡计算题 (1)步骤 ①写出有关化学平衡的反应方程式。 ②确定各物质的起始、转化、平衡时的量(物质的量或物质的量浓度)。 ③根据已知条件建立等式关系并做解答。 (2)方法 如mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量浓度分别为amol·L-1、bmol·L-1,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mxmol·L-1。 mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g) ab00 mxnxpxqx a-mxb-nxpxqx K= 。 (3)说明 ①反应物: c(平)=c(始)-c(变); 生成物: c(平)=c(始)+c(变)。 ②各物质的转化浓度之比等于化学方程式中化学计量数之比。 ③转化率= ×100%。 2.化学平衡常数的全面突破 (1)化学平衡常数的意义 ①化学平衡常数可表示反应进行的程度。 K越大,反应进行的程度越大,K>105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。 ②K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)化学平衡常数的两个应用 ①判断反应进行的方向 若任意状态下的生成物与反应物的浓度幂之积的比值为Q,则Q>K,反应向逆反应方向进行; Q=K,反应处于平衡状态; Q ②判断反应的热效应 若升高温度,K值增大,则正反应为吸热反应; 若升高温度,K值减小,则正反应为放热反应。 (3)在使用化学平衡常数时应注意 ①不要把反应体系中固体、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。 ②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。 3.等效平衡思想是解决化学平衡类试题最常用的思维方法 (1)恒温、恒容条件下的等效平衡 对反应前后气体分子数改变的可逆反应,改变起始加入量时,“一边倒”(即通过可逆反应的化学计量数比换算成方程式同一半边的物质的物质的量)后与原起始加入量相同,则为等效平衡,平衡时各物质的百分含量相同。 对反应前后气体分子数不变的可逆反应,改变起始加入量时,“一边倒”后,投料时各物质的物质的量之比与原起始加入量的比值相同,则为等效平衡,平衡时各物质百分含量相同。 (2)恒温、恒压条件下的等效平衡 如果反应在恒温、恒压下进行,改变起始加入量时,只要通过可逆反应的化学计量数比换算成反应物(或生成物),各物质的物质的量之比与原起始加入量的比值相同,则为等效平衡,平衡时各物质的百分含量相同。 有关化学平衡常数的计算 1.(化学理论应用类)[xx·高考全国卷Ⅰ,T28-(4)]Bodensteins研究了下列反应: 2HI(g)H2(g)+I2(g) 在716K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 80 120 x(HI) 1 0.91 0.85 0.815 0.795 0.784 x(HI) 0 0.60 0.73 0.773 0.780 0.784
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