高考化学复习化学反应速率和化学平衡.docx
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高考化学复习化学反应速率和化学平衡
高考化学复习化学反应速率和化学平衡
考点一 化学反应速率
一、牢记化学反应速率的基础知识
[基点小练]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)同一反应,在相同时间间隔内,用不同物质表示的反应速率,其数值和意义都不一定相同(×)
(2)对于任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显(×)
(3)化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种生成物浓度的增加(×)
(4)化学反应速率为0.8mol·L-1·s-1是指1s时某物质的浓度为0.8mol·L-1(×)
(5)由v=
计算平均速率,用反应物表示为正值,用生成物表示为负值(×)
2.密闭容器中,合成氨的反应N2+3H2
2NH3,开始时c(N2)=8mol·L-1,2min后c(N2)=4mol·L-1,则用N2表示的反应速率为________________。
答案:
2.0mol·L-1·min-1
二、理清化学反应速率与化学计量数的关系
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化学方程式中各物质的化学计量数之比,即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q,或
v(A)=
v(B)=
v(C)=
v(D)。
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)=0.6mol·L-1·s-1,则v(B)=0.2mol·L-1·s-1,v(C)=0.4mol·L-1·s-1。
三、掌握“三段式”法求反应速率的解题模式
对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),起始时A的浓度为amol·L-1,B的浓度为bmol·L-1,反应进行至t1时,A消耗了xmol·L-1,则化学反应速率可计算如下:
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
起始/(mol·L-1)ab00
转化/(mol·L-1)x
t1/(mol·L-1)a-xb-
则:
v(A)=
mol·L-1·s-1,
v(B)=
mol·L-1·s-1,
v(C)=
mol·L-1·s-1,
v(D)=
mol·L-1·s-1。
题点
(一) 化学反应速率的计算
1.(2014·北京高考)一定温度下,10mL0.40mol·L-1H2O2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)-1
B.6~10min的平均反应速率:
v(H2O2)<3.3×10-2mol·(L·min)-1
C.反应至6min时,c(H2O2)=0.30mol·L-1
D.反应至6min时,H2O2分解了50%
解析:
选C 根据题目信息可知,0~6min,生成22.4mL(标准状况)氧气,消耗0.002molH2O2,则v(H2O2)≈3.3×10-2mol·(L·min)-1,A项正确;随反应物浓度的减小,反应速率逐渐降低,B项正确;反应至6min时,剩余0.002molH2O2,此时c(H2O2)
=0.20mol·L-1,C项错误;反应至6min时,消耗0.002molH2O2,转化率为50%,D项正确。
2.NH3和纯净的O2在一定条件下发生反应:
4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g),现向一容积不变的2L密闭容器中充入4molNH3和3molO2,4min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)=0.125mol·L-1·min-1
B.v(H2O)=0.375mol·L-1·min-1
C.v(O2)=0.225mol·L-1·min-1
D.v(NH3)=0.250mol·L-1·min-1
解析:
选C 设4min时,生成6xmolH2O(g)
4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) n(总)
起始(mol) 4 3 0 0 7
变化(mol)4x3x2x6x
4min(mol)4-4x3-3x2x6x7+x
据题意,有
=0.4解得:
x=0.5,
则4min内H2O的变化浓度为:
Δc(H2O)=
=1.5mol·L-1,v(H2O)=
=0.375mol·L-1·min-1,再由各物质表示的速率之比等于各物质的化学计量数之比,可得各物质表示的反应速率分别为v(N2)=0.125mol·L-1·min-1,v(NH3)=0.250mol·L-1·min-1,v(O2)=0.1875mol·L-1·min-1。
3.(2014·全国卷Ⅱ节选)在容积为1.00L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g)2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。
在0~60s时段,反应速率v(N2O4)为________mol·L-1·s-1。
解析:
由题图可知,0~60s时段,N2O4的物质的量浓度变化为0.060mol·L-1,v(N2O4)=
=0.0010mol·L-1·s-1。
答案:
0.0010
4.(2015·广东高考节选)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
8.0
n(Cl2)/10-3mol
0
1.8
3.7
5.4
7.2
计算2.0~6.0min内以HCl的物质的量变化表示的反应速率(以mol·min-1为单位,写出计算过程)。
解析:
据反应4HCl+O2===2Cl2+2H2O可知:
v(HCl)=
=
=1.8×10-3mol·min-1。
答案:
v(HCl)=
=
1.8×10-3mol·min-1。
依据图像求反应速率的步骤
题点
(二) 化学反应速率大小的比较
5.在四个不同的容器中,在不同的条件下进行合成氨反应:
N2+3H22NH3。
根据在相同时间内测定的结果判断,生成氨的速率最快的是( )
A.v(H2)=0.01mol·L-1·s-1
B.v(N2)=0.3mol·L-1·min-1
C.v(NH3)=0.15mol·L-1·min-1
D.v(H2)=0.3mol·L-1·min-1
解析:
选B 在速率单位相同时,把速率除以其相应物质的化学计量数,数值大者,反应速率快。
A项,v(H2)=0.01mol·L-1·s-1=0.6mol·L-1·min-1,
v(H2)=0.2mol·L-1·min-1;B项,v(N2)=0.3mol·L-1·min-1;C项,
v(NH3)=0.075mol·L-1·min-1,D项,
v(H2)=0.1mol·L-1·min-1。
由此可知,B项中表示的反应速率最快。
6.(2017·长沙模拟)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①v(A)=0.45mol·L-1·s-1 ②v(B)=0.6mol·L-1·s-1 ③v(C)=0.4mol·L-1·s-1 ④v(D)=0.45mol·L-1·s-1。
下列有关反应速率的比较中正确的是( )
A.④>③=②>① B.①>④>②=③
C.①>②>③>④D.④>③>②>①
解析:
选B 用比值法进行反应速率大小的比较,v(A)=0.45mol·L-1·s-1;
v(B)=
×0.6=0.2mol·L-1·s-1;
v(C)=
×0.4=0.2mol·L-1·s-1;
v(D)=
×0.45=0.225mol·L-1·s-1,故①>④>②=③,B项正确。
定量法比较化学反应速率的大小
(1)归一法
按照化学计量数关系换算成同一物质、同一单位表示,再比较数值大小。
(2)比值法
比较化学反应速率与化学计量数的比值。
如aA(g)+bB(g)cC(g),即比较
与
,若
>
,则用A表示的反应速率比用B表示的大。
考点二 影响化学反应速率的因素
一、掌握影响化学反应速率的2个因素
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Mg>Al。
2.外因(其他条件不变,只改变一个条件)
[注意]
(1)改变固体或纯液体物质的相关量对化学反应速率无影响。
(2)当浓度、温度、压强发生变化或加入催化剂时,正、逆反应速率均增大或减小。
[基点小练]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)对于反应:
2H2O2===2H2O+O2↑,加入MnO2或降低温度都能加快O2的生成速率(×)
(2)由于固体浓度为一常数,所以块状CaCO3与粉状CaCO3与等浓度的盐酸反应速率一样快(×)
(3)两试管各加入5mL0.1mol·L-1Na2S2O3溶液,同时分别滴入55mL0.1mol·L-1硫酸和盐酸,两只试管同时变浑浊(×)
(4)100mL2mol·L-1的盐酸跟锌片反应,加入适量的氯化钠溶液,反应速率不变(×)
(5)升高温度可使吸热反应的反应速率增大,使放热反应的反应速率也增大(√)
2.按要求填空。
(1)形状大小相同的铁块、铝块分别与等浓度的盐酸反应生成氢气的速率:
铁________铝。
(2)对于Fe+2HCl===FeCl2+H2↑,改变下列条件对生成氢气的速率有何影响?
(填“增大”“减小”或“不变”)
①升高温度:
________;
②增大盐酸浓度:
________;
③增大铁的质量:
________;
④增加盐酸体积:
________;
⑤把铁片改成铁粉:
________;
⑥滴入几滴CuSO4溶液:
________;
⑦加入NaCl固体:
________。
(3)若把
(2)中的稀盐酸改成“稀硝酸”或“浓硫酸”是否还产生H2,为什么?
答案:
(1)小于
(2)①增大 ②增大 ③不变 ④不变 ⑤增大 ⑥增大 ⑦不变
(3)不会产生H2,稀硝酸和浓硫酸具有强氧化性,Fe与稀HNO3反应生成NO;常温下,Fe在浓硫酸中“钝化”。
二、理解1个理论——有效碰撞理论
1.活化分子、活化能、有效碰撞
(1)活化分子:
能够发生有效碰撞的分子。
(2)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。
(3)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
题点
(一) 外界条件对化学反应速率的影响
1.一定温度下,反应N2(g)+O2(g)2NO(g)在密闭容器中进行,下列措施不改变化学反应速率的是( )
A.缩小容积使压强增大 B.恒容,充入N2
C.恒容,充入HeD.恒压,充入He
解析:
选C A项,气体的物质的量不变,缩小容积,气体的物质的量浓度增大,化学反应速率增大;B项,容积不变,充入N2,使反应物N2的物质的量浓度增大,化学反应速率增大;C项,容积不变,充入He,反应容器内压强增大,但N2、O2、NO的物质的量浓度并没有变化,因此不改变化学反应速率;D项,压强不变,充入He,反应容器的容积增大,N2、O2、NO的物质的量浓度减小,化学反应速率减小。
2.某温度下,在容积一定的密闭容器中进行如下反应:
2X(g)+Y(g)Z(g)+W(s) ΔH>0,下列叙述正确的是( )
A.在容器中加入氩气,反应速率不变
B.加入少量W,逆反应速率增大
C.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小
D.将容器的容积压缩,可增大单位体积内活化分子的百分数,有效碰撞次数增大
解析:
选A 在容器中加入氩气,各反应组分的浓度不变,反应速率不变,A项正确;W为固态,加入少量W,反应速率不变,B项错误;升高温度,正、逆反应速率均增大,C项错误;将容器的容积压缩,可增大单位体积内活化分子数和有效碰撞次数,但活化分子百分数不变,D项错误。
3.(2017·成都模拟)下列有关反应速率的说法正确的是( )
A.用铁片和稀硫酸反应制氢气时,改用98%的硫酸可以加快反应速率
B.100mL2mol·L-1的盐酸跟锌片反应,加入适量的氯化钠溶液,反应速率不变
C.SO2的催化氧化反应是一个放热的反应,所以升高温度,反应速率变慢
D.汽车尾气中的NO和CO可以缓慢反应生成N2和CO2,减小压强反应速率变慢
解析:
选D A项,铁遇浓硫酸钝化,错误;B项,加入NaCl溶液,溶液体积增大,c(H+)减小,反应速率减小,错误;C项,升高温度,正逆反应速率都增大,错误;D项,减小压强,反应速率减小,正确。
1.气体反应体系中充入“惰性气体”(不参加反应)时对反应速率的影响结果
(1)恒温恒容:
充入“惰性气体”―→压强增大―→物质浓度不变(活化分子浓度不变)―→反应速率不变。
(2)恒温恒压:
充入“惰性气体”―→体积增大―→物质浓度减小(活化分子浓度减小)―→反应速率减小。
2.外界条件对反应速率的影响结果
(1)温度
①正反应是放热反应:
升高温度,v(正)、v(逆)均增大,但v(逆)增大的幅度更大。
②正反应是吸热反应:
升高温度,v(正)、v(逆)均增大,但v(正)增大的幅度更大。
(2)压强
①正反应是气体物质的量减小的反应:
增大压强,v(正)、v(逆)均增大,但v(正)增大的幅度更大。
②正反应是气体物质的量增大的反应:
增大压强,v(正)、v(逆)均增大,但v(逆)增大的幅度更大。
③反应是反应前后气体物质的量不变的反应:
增大压强,v(正)、v(逆)同等程度增大。
(3)催化剂
使用催化剂,v(正)、v(逆)同等程度增大。
题点
(二) 利用“断点”突破化学反应速率图像(vt图)
4.(2017·唐山模拟)合成氨反应:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4kJ·mol-1,在反应过程中,正反应速率的变化如图。
下列说法正确的是( )
A.t1时升高了温度B.t2时使用了催化剂
C.t3时增大了压强D.t4时降低了温度
解析:
选B A项,t1时正反应速率增大,且大于逆反应速率,则应为增大压强,错误;B项,t2时正逆反应速率同等程度增大,为使用了催化剂,正确;C项,t3时正反应速率减小,且逆反应速率大于正反应速率,则为减小压强,错误;D项,t4时反应速率瞬间不变,然后减小,应为减小生成物浓度,错误。
5.对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0已达平衡,如果其他条件不变时,分别改变下列条件,对化学反应速率和化学平衡产生影响,下列条件与图像不相符的是(O~t1:
v正=v逆;t1时改变条件,t2时重新建立平衡)( )
解析:
选C 分析时要注意改变条件瞬间v正、v逆的变化。
增加O2的浓度,v正增大,v逆瞬间不变,A正确;增大压强,v正、v逆都增大,v正增大的倍数大于v逆,B正确;升高温度,v正、v逆都瞬间增大,C错误;加入催化剂,v正、v逆同时同倍数增大,D正确。
(1)当可逆反应达到一种平衡后,若某一时刻外界条件发生改变,都可能使速率-时间图像的曲线出现不连续的情况,即出现“断点”。
根据“断点”前后的速率大小,即可对外界条件的变化情况作出判断。
如图,t1时刻改变的条件可能是使用了催化剂或增大压强(仅适用于反应前后气体物质的量不变的反应)。
(2)常见含“断点”的速率变化图像分析
图像
t1时刻所改变的条件
温度
升高
降低
升高
降低
适合正反应为放热的反应
适合正反应为吸热的反应
压强
增大
减小
增大
减小
适合正反应为气体物质的量增大的反应
适合正反应为气体物质的量减小的反应
考点三 “控制变量法”探究影响化学反应速率的因素
影响化学反应速率的因素有多种,在探究相关规律时,需要控制其他条件不变,只改变某一个条件,探究这一条件对反应速率的影响。
变量探究实验因为能够考查学生对于图表的观察、分析以及处理实验数据得出合理结论的能力,因而在这几年高考试题中常有所涉及。
1.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化学反应速率的影响。
(2)给出影响化学反应速率的几种因素,让考生设计实验分析各因素对化学反应速率的影响。
2.解题策略
3.实例分析
探究温度、催化剂对反应:
2H2O2===2H2O+O2↑的影响,可以确定催化剂(是否加入MnO2)和温度(加热、常温)作为可变量,其他的则控制为不变量。
探究对象的反应
2H2O2===2H2O+O2↑
控制的可变量
催化剂
温度
控制的不变量
浓度、温度等
浓度、催化剂等
实验方案
取相同量的5%H2O2于两支规格相同的试管中,向其中一支试管中加入少量MnO2,另一支不加,在常温下观察。
取相同量的5%H2O2于两支规格相同的试管中,给其中一支试管加热,另一支不加热,观察。
根据两种条件下的反应都有气体生成的特征,利用导管将生成的气体导入水槽中,通过观察水槽中产生气泡的剧烈程度,并以此判断该控制变量对化学反应速率是否产生影响以及具体的影响效果。
[典例] 碘在科研与生活中有重要应用。
某兴趣小组用0.50mol·L-1KI、0.2%淀粉溶液、0.20mol·L-1K2S2O8、0.10mol·L-1Na2S2O3等试剂,探究反应条件对化学反应速率的影响。
已知:
S2O
+2I-===2SO
+I2(慢)
I2+2S2O
===2I-+S4O
(快)
(1)向KI、Na2S2O3与淀粉的混合溶液中加入一定量的K2S2O8溶液,当溶液中的________耗尽后,溶液颜色将由无色变为蓝色。
为确保能观察到蓝色,S2O
与S2O
初始的物质的量需满足的关系为n(S2O
)∶n(S2O
)________。
(2)为探究反应物浓度对化学反应速率的影响,设计的实验方案如下表:
实验序号
体积V/mL
K2S2O8溶液
水
KI溶液
Na2S2O3溶液
淀粉溶液
①
10.0
0.0
4.0
4.0
2.0
②
9.0
1.0
4.0
4.0
2.0
③
8.0
Vx
4.0
4.0
2.0
表中Vx=________mL,理由是_______________________________________。
(3)已知某条件下,浓度c(S2O
)~反应时间t的变化曲线如图所示,若保持其他条件不变,请在图中,分别画出降低反应温度和加入催化剂时c(S2O
)~t的变化曲线示意图(进行相应的标注)。
[解析]
(1)淀粉溶液遇I2显蓝色,溶液由无色变为蓝色时,溶液中有I2,说明Na2S2O3耗尽。
由题给离子方程式可得关系式S2O
~I2~2S2O
,n(S2O
)∶n(S2O
)<2时,能观察到蓝色。
(2)对照实验探究浓度对反应速率的影响须保证其他条件完全一致,故应加水2.0mL,以保证溶液总体积相同。
(3)温度降低,反应速率变慢;加入催化剂,反应速率加快。
[答案]
(1)S2O
(其他合理写法也可) <2
(2)2.0 保证溶液总体积相同,仅改变S2O
的浓度而其他物质的浓度不变(其他合理答案也可)
(3)如右图
[对点演练]
1.(2017·衡水模拟)为研究硫酸铜的量对锌与稀硫酸反应生成氢气速率的影响,某同学设计了如下一系列实验。
表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中,收集产生的气体,记录获得相同体积的气体所需时间。
下列说法正确的是( )
实验
混合溶液
A
B
C
D
E
F
4mol·L-1H2SO4溶液/mL
30
V1
V2
V3
V4
V5
饱和CuSO4溶液/mL
0
0.5
2.5
5
V6
20
H2O/mL
V7
V8
V9
V10
10
0
A.V1=30,V6=10
B.反应一段时间后,实验A、E中的金属呈暗红色
C.加入MgSO4与Ag2SO4可以起与硫酸铜相同的加速作用
D.硫酸铜的量越多,产生氢气的速率肯定越快
解析:
选A 研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,硫酸的体积、物质的量应相同,由A、F可知溶液的总体积为30mL+20mL=50mL,V1=30,V6=50-30-10=10,A正确;实验A中没有加入硫酸铜溶液,不会出现暗红色,B错误;MgSO4与Zn不能反应置换出Mg,也就不能形成原电池,C错误;硫酸铜溶液的量太多,产生大量的铜覆盖在Zn粒表面,反应速率反而减慢,D错误。
2.某同学学习了化学反应速率后,联想到曾用H2O2制备氧气,于是设计了下面的实验方案并进行实验探究。
实验编号
反应物
催化剂
甲
试管中加入3mL2%H2O2溶液和3滴蒸馏水
无
乙
试管中加入3mL5%H2O2溶液和3滴蒸馏水
无
丙
试管中加入3mL5%H2O2溶液和3滴蒸馏水
1mL0.1mol·L-1FeCl3溶液
丁
试管中加入3mL5%H2O2溶液和3滴稀盐酸溶液
1mL0.1mol·L-1FeCl3溶液
戊
试管中加入3mL5%H2O2溶液和3滴NaOH溶液
1mL0.1mol·L-1FeCl3溶液
[查阅资料] 过氧化氢(H2O2),其水溶液俗称双氧水,常温下是一种无色液体,性质比较稳定。
在加热的条件下,它能分解生成氧气。
研究表明,将新制的5%的H2O2溶液加热到65℃时就有氧气放出,加热到80℃时就有较多氧气产生。
(1)上述实验发生反应的化学方程式为______________________________________。
(2)实验甲和实验乙的实验目的是________________________________________;
实验丙、实验丁和实验戊的实验目的是_____________________________________。
(3)请根据该同学查阅的资料分析H2O2的性质,解释实验甲和实验乙能否达到实验目的?
________________________________________________________________________。
(4)实验过程中该同学对实验丙、丁、戊中产生的气体进行收集,并在2分钟内6个时间点对注射器内气体进行读数,记录数据如下表。
时间/s
20
40
60
80
100
120
气体体积/mL
实验丙
9.5
19.5
29.0
36.5
46.0
54.5
实验丁
8.0
16.0
23.5
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