1、第六专题 化学反应速率和化学平衡 1(2012 年广东节选)碘在科研与生活中有重要作用。某兴趣小组用 0.50 molL1 KI、0.2%淀粉溶液、0.20 molL1 K2S2O8、0.10 molL1 Na2S2O3 等试剂，探究反应条件对化学反应速率的影响。已知：S2O28 2I=2SO24 I2(慢)；I22S2O23=2IS4O26(快)。由无色变为蓝色，为确保能观察到蓝色，初始的物质的量需满足的关系为_。(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(2)为探究反应物浓度对化学反应速率的影响，设计的实
2、验方案如下表：S2O23 与 S2O28n(S2O23)n(S2O28)实验序号体积V/mLK2S2O8溶液水KI溶液Na2S2O3溶液淀粉溶液10.00.04.04.02.09.01.04.04.02.08.0Vx4.04.02.0Na2S2O32(3)已知某条件下，浓度与反应时间t的变化曲线度和加入催化剂时与t的变化曲线示意图(进行相应的表中 Vx_ mL，理由是_。如下图，若保持其他条件不变，请在图中分别画出降低反应温标注)。c(S2O28)c(S2O28)2保证其他条件不变，只改变反应物K2S2O8浓度，从而到达对照实验的目的为能充分利用钾资源，用饱和 Ca(OH)2 溶液浸杂卤石制备
3、硫酸钾，工艺流程如下：2(2012 年广东)难溶性杂卤石(K2SO4MgSO42CaSO42H2O)属于“呆矿”，在水中存在如下平衡：K2SO4MgSO42CaSO42H2O(s)2Ca2 2KMg2 4SO24 2H2O 出K的原因：_(1)滤渣的主要成分有_和_以及未溶杂卤石。(2)用化学平衡移动原理解释 Ca(OH)2溶液能溶解杂卤石浸_。(3)“除杂”环节中，先加入_溶液，经搅拌等操作后，过滤，再加入_溶液调滤液 pH 至中性。(4)不同温度下，K的浸出浓度与溶浸时间的关系见下图，由图可得，随着温度升高，_；_。Mg(OH)2CaSO4加入Ca(OH)2溶液，OH与Mg2结合成Mg(O
4、H)2、Ca2与结合成CaSO4而析出，使平衡向右移动，杂卤石溶解浸出K(留在滤液中)SO24K2CO3H2SO4在同一时间内，K的浸出浓度增大K的溶浸速率加快，达到溶浸平衡的时间变短(5)有人以可溶性碳酸盐为溶浸剂，则溶浸过程中会发生：CaSO4(s)CO23CaCO3(s)SO24已知 298 K 时，Ksp(CaCO3)2.80109，Ksp(CaSO4)4.90105，求此温度下该反应的平衡常数 K(计算结果保留三位有效数字)。解：KKspCaSO4KspCaCO34.901052.801091.75104答：略。3(2011 年广东改编)利用光能和光催化剂，可将 CO2和H2O(g)
5、转化为 CH4 和 O2。紫外光照射时，在不同催化剂(、)作用下，CH4产量随光照时间的变化如下图所示。(1)在 030 小时内，CH4 的平均生成速率 v、v和v从大到小的顺序为_；反应开始后的 12 小时内，在第_种催化剂作用下，收集的 CH4 最多。(2)将等物质的量的 CH4和H2O(g)充入 1 L 恒容密闭反应器中，在一定条件下发生反应：CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)。某温度下该反应达到平衡，平衡常数 K27，此时测得CO 的物质的量为 0.10 mol，求 CH4 的平衡转化率_(结果保留两位有效数字)。解析：(1)030 小时内，CH4 的平均速率CH4产量30
6、 h，由图可知，30 小时内 CH4 的产量：，即速率关系为；前 12 小时第种催化剂作用下，收集的 CH4 最多。(2)设CH4和H2O的起始量均为 x mol，结合平衡时 n(CO)0.10 mol，有 CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)始/molL1 x x 0 0转/molL1 0.10 0.10 0.10 0.30平/molL1(x0.10)(x0.10)0.10 0.30结合 K cCOc3H2cCH4cH2O0.100.303x0.102 27，解得：x0.11，CH4 的转化率0.100.11100%91%。答案：(1)vvv (2)91%4(2010 年广东)硼酸
7、(H3BO3)在食品、医药领域应用广泛。(1)请完成B2H6气体与水反应的化学方程式：B2H66H2O=2H3BO3_。(2)在其他条件相同时，反应H3BO33CH3OH B(OCH3)33H2O中，H3BO3的转化率()在不同温度下随反应时间(t)的变化如下图所示，由此图可得出：温度对该反应的反应速率和平衡移动的影响是_。该反应的H_0(填“”)。(3)H3BO3溶液中存在如下反应：molL1 H3BO3溶液中，上述反应于298 K达到平衡时，c平衡(H)2.0105molL1，c平衡(H3BO3)c起始(H3BO3)，水的电离可忽略不计，此温度下该反应的平衡常数 K_(计算结果保留两位有效
8、数字)。H3BO3(aq)H2O(l)B(OH)4(aq)H(aq)已知0.70(3)5.71010 molL1答案：(1)6H2(2)升高温度，反应速率加快，平衡正向移动解析：(1)根据元素守恒，未知产物只能是H2。(2)由图像可知，温度升高，H3BO3的转化率增大，故升高温度使平衡正向移动，正反应是吸热反应，即H0。(3)KcHcBOH4cH3BO321052 mol2L20.7 molL5.71010 molL1化学反应速率与化学平衡是高考必考内容，考查形式主要 是图表文字结合的填空题。化学反应速率着重考查不同条件下 化学反应速率的计算与比较，化学平衡着重考查平衡常数和转 化率的计算、用
9、平衡原理分析问题。预测 2013 年考查的内容和形式与往年基本相同。1化学反应速率(1)定量表示方法：_。(2)化 学 计 量 数 与 化 学 反 应 速 率 的关系：反 应 mA(g)nB(g)=pC(g)qD(g)有vAvBvCvD_。(3)外界因素影响化学反应速率的规律：反应物浓度_、反 应 温 度 _、压强(有气体参加的反应)_、固 体 表 面 积 _、使 用 合 适 的_等，均能使反应速率增大；反之则能使反应速率_。vct或v nVtmnpq增大升高增大增大催化剂减小2化学平衡(1)化学平衡状态的主要判据：反应速率：v正_；物质的浓度、质量分数等_；有固体、液体参加的气体反应和正、逆
10、反应的气体分子数不相等的反应，气体的_一定。(2)化学平衡常数(K)与浓度商(Q)关系：对于反应 aA v逆 保持一定压强或浓度等bBcCdD，KccCcdDcaAcbB。依据 K、Q 判断可逆反应进行的限度与方向。注意：平衡常数(K)表达式中的浓度为平衡状态时的物质的量浓度。KccCcdDcaAcbB，浓度商 QccCcdDcaAcbB。QK，反应没有达到平衡，移动正向不逆向表达式。浓度商(Q)表达式中的浓度为任意时刻的物质的量浓度。K值越大，表示可逆反应向正反应方向进行的限度越大。温度升高，K值可能增大也可能减小。(3)外界因素影响化学平衡的规律。增大反应物浓度和减小生成物浓度，化学平衡向
11、_方向移动；反之，化学平衡向_方向移动。升高温度，化学平衡向_方向移动；反之，化学平衡向_方向移动。正反应逆反应吸热反应放热反应增大压强，化学平衡向气体分子数_的方向移动；反之，化学平衡向气体分子数_的方向移动；反应前后气体分子数不变的可逆反应，改变压强，平衡_。勒夏特列原理：改变影响化学平衡的一个因素，平衡将向能够减弱这种改变的方向移动。减少增加不移动外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响例 1对于可逆反应Ha kJmol1，下列叙述正确的是()。A达到化学平衡状态时，4v正(O2)5v逆(NO)B若单位时间内生成 x mol NO的同时消耗x mol NH3，则反应达到化学平衡状态C达到化
12、学平衡状态后，若增大容器容积，则正反应速率减小，逆反应速率增大D改变反应温度，当 3v正(NH3)2v逆(H2O)时，一定是a0、平衡正向移动4NH3(g)5O2(g)4NO(g)6H2O(g)答案：A解析：根据反应方程式，有4v正(O2)5v正(NO)，所以4v正(O2)5v逆(NO)表示v正(NO)v逆(NO)，A正确；生成NO和消耗NH3均为正反应的变化，未表述逆反应情况，B错误；由于反应物、生成物均为气体，增大容器容积正、逆反应速率都减小，C错误；在反应达到平衡时，v正(NH3)v逆(H2O)23，即3v正(NH3)2v逆(H2O)，当3v正(NH3)2v逆(H2O)时，v正(NH3)
13、v逆(NH3)，则平衡肯定正向移动，但不能确定是升温还是降温，故a的正负不确定，D错误。【触类旁通】1(双选)700 时，向容积为2 L的密闭容器中充入一定量的 CO和H2O，发生反应：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)。反应过程中测定的部分数据见下表(表中 t2t1)：下列说法正确的是()。反应时间/minn(CO)/moln(H2O)/mol01.200.60t10.80t20.20A反应在 t1min 内的平均速率为 v(H2)0.40t1 molL1min1B保持其他条件不变，起始时向容器中充入 0.60 mol CO和 1.20 mol H2O，达到平衡时 n(CO2)0.
14、40 molC保持其他条件不变，向平衡体系中再通入 0.20 mol H2O，与原平衡相比，达到新平衡时 CO 的转化率增大，H2O 的体积分数增大D温度升高至 800，上述反应的平衡常数变为 0.64，则正反应为吸热反应答案：BC解析：A错误，在t1 min内的平均速率是t1 min内 H2 浓度变化与t1的比值；B正确，温度不变，平衡常数不变，起始容器中充入0.60 mol CO和1.20 mol H2O，与起始容器中充入0.60 mol H2O和1.20 mol CO效果相同，n(CO2)0.40 mol；C正确，温度不变，向平衡体系中再通入0.20 mol H2O，与原平衡相比，平衡向
15、右移动，达到新平衡时CO的转化率增大，H2O的转化率减小，但H2O的体积分数会增大；D错误，原平衡常数K1，温度升至800，上述反应的平衡常数变为K0.64，说明温度升高，平衡是向左移动，那么正反应应为放热反应中。1涉及外界条件对化学反应速率的影响时，影响最大的是催化剂；其次是温度，温度越高，速率越快；然后是浓度和压强。若是可逆反应，外界条件对 v正和v逆的影响趋势是一样的。即若升高温度或增大压强(有气体参与的反应)，v正、v逆均加快；若增大反应物浓度，v逆瞬时速率不变，但最终v正和v逆均加快。2不要把外界条件对化学反应速率的影响与化学平衡移动 的方向及建立平衡的时间混为一谈：使用催化剂时 v
16、正、v逆同倍增大，平衡不移动，但可以缩短建立平衡的时间；降低温度时 v正、v逆均减小，对于吸热反应来说，正反应速率减小的幅度大于逆反应，化学平衡向逆反应方向移动，由于反应速率减小，建立平衡的时间延长；压缩体积以增大压强时，v正、v逆均增大，气体体积减小的逆反应增大的幅度大于气体体积增大的正反应，化学平衡向逆反应方向移动，同时缩短了建立平衡的时间。化学平衡常数例 2下列与反应平衡常数有关的问题表述正确的是()。A对于 CO2(g)H2O(l)H2CO3(aq),平衡常数 KcCO2cH2OcH2CO3BCH3OH(l)HCOOH(l)HCOOCH3(l)H2O(l)反应平衡常数 KcHCOOCH
17、3cCH3OHcHCOOHC2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H0DN2(g)3H2(g)2NH3(g)H0，降低温度、加大压强、将氨液化分离都可以使 Qc2NH3cN2 c3(H2)K解析：A 错，有气体参加的反应，液态和固态物质不列入 平衡常数表达式中；B 错，非水溶液中进行的化学反应，c(H2O)要列入反应平衡常数的表达式：；C 错，升高温度，放热反应的平衡常数减小，平衡逆移，K0；D 对，降低温度、加大压强、将氨液化分离均使平衡正移，QK。答案：DK cHCOOCH3cH2OcCH3OHcHCOOH【触类旁通】2对于 3Fe(s)4H2O(g)Fe3O4(s)4H2(g)，反应的平
18、衡常数表达式正确的是()。解析：反应中 Fe(s)和Fe3O4(s)不列入平衡常数表达式。AKcFe3O4cH2cFecH2OBKcFe3O4c4H2cFec4H2OCKc4H2Oc4H2DK c4H2c4H2OD有关平衡常数 K 应用中应该注意的问题。1K 是温度函数，温度变化，K 变化。浓度、压强的变化、催化剂的使用，不改变 K。2温度与H、K、转化率的变化关系。(1)升高温度：H0的反应 K 增大，转化率增大。(2)降低温度：H0的反应 K 减小，转化率减小。3固体、纯液体、水溶液中的 c(H2O)不列入平衡常数表达 式中，气体反应中的 H2O(g)和在有机溶剂中反应的 c(H2O)要列
19、 入平衡常数表达式中。4同一个化学反应，反应方程式的书写方式不同，K 不 同，正、逆反应的 K 值互为倒数关系。例如：在相同条件下，(1)H2(g)I2(g)2HI(g)K1c2HIcH2cI2；(2)12H2(g)12I2(g)HI(g)K2cHIc12H2c12I2；(3)2HI(g)H2(g)I2(g)K3cH2cI2c2HI。K1、K2、K3 三者的关系为 K1K221/K3。+c+(I2)122(H)c122(I)cH108 kJmol1。反应体系达化学反应速率和化学平衡的图像例 3(2012 年 全 国 节 选)光 气(COCl2)的 分 解 反 应 为到平衡后，各物质的浓度在不同
20、条件下的变化状况如下图所示(第 10 min 到 14 min 的 COCl2 浓度变化曲线未示出)：COCl2(g)Cl2(g)CO(g)(1)计算反应在第 8 min 时的平衡常数 K_。(2)比较第 2 min 反应温度 T(2)与第 8 min 反应温度 T(8)的高低：T(2)_T(8)(填“”、“”或“”)。(3)若 12 min 时反应于温度 T(8)下重新达到平衡，则此时c(COCl2)_molL1。(4)比较产物 CO 在 23 min、56 min 和 1213 min 时平均反应速率平均反应速率分别以 v(23)、v(56)、v(1213)表示的大小：_。(5)比较反应物
21、 COCl2 在 56 min 和 1516 min 时平均反应速率的大小：v(56)_v(1213)(填“”、“”或“”)，原因是_。解析：(1)KcCl2cCOcCOCl2 0.234 molL1。(2)计算T(2)时的K(0.095 molL1)(0.07 molL1)/0.055 molL10.121 molL1，明显小于T(8)时的K值，说明是升高温度平衡正向移动的原因。(3)是T(8)温度是不同条件下的平衡状态，用第(1)问的K值计算c(COCl2)，c(COCl2)(0.12 molL1)(0.06 molL1)/0.234 molL10.031 molL1。(4)因为56 mi
22、n，CO浓度在改变，所以平均反应速率大于其他时间的。23 min、1213 min时处于平衡状态，v(23)、v(1213)的平均反应速率为0。(5)因为56 min时浓度改变大于1213 min，所以56 min时COCl2平均反应速率大于1516 min。答案：(1)0.234 molL1(2)(3)0.031(4)v(56)v(23)v(1213)(5)在相同温度时，该反应的反应物浓度越高，反应速率越大【触类旁通】3在一容积为 2 L 的密闭容器中，加入0.2 mol N2和0.6 mol H2，在一定条件下发生如下反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0反应中NH3物质的量浓度的
23、变化情况如下图所示，请回答下列问题。(1)根据上图，计算从反应开始到平衡时，平衡反应速率v(NH3)为_。(2)该反应达到平衡时 H2的转化率为_。(3)反应达到平衡后，第 5 分钟末，保持其他条件不变，若改变反应温度，则 NH3 的物质的量浓度不可能为_(填序号)。a0.20 molL1 b0.12 molL1c0.10 molL1 d0.08 molL1(4)反应达到平衡后，第5分钟末，保持其他条件不变，若只把容器的体积缩小一半，平衡_移动(填“向逆反应方向”、“向正反应方向”或“不”)。(5)在第5分钟末将容器的体积缩小一半后，若在第8分钟末达到新的平衡(此时NH3的浓度约为0.25 m
24、olL1)，请在上图中画出第5分钟末到此平衡时NH3浓度的变化曲线。解析：(1)4 min 时达到平衡，v(NH3)0.1 molL14 min0.025 molL1min1(2)、(3)N2 3H2 2NH3始/molL1 0.1 0.3 0转/molL1 0.05 0.15 0.1平/molL1 0.05 0.15 0.1解得：(H2)50%。由于该反应是放热反应，改变温度，平衡必发生移动，NH3的物质的量浓度不可能再是 0.1 molL1，同时可逆反应不可能进行彻底，NH3的浓度达不到 0.2 molL1。(4)、(5)作图时注意，体积缩小的瞬时，c(NH3)增大1倍，且反应正向移动，其浓度还将继续增大直至平衡。(5)答案：(1)0.025 molL1min1(2)50%(3)ac(4)向正反应方向