1、解题指导3 化学反应速率与化学平衡考点分析化学反应速率和化学平衡是化学反应原理模块的重点内容之一，高考试题主要涉及反应速率和化学平衡的分析，化学平衡常数的表达式书写与计算，反应条件的分析选择、生产生活中的实际应用等，试题常以填空、读图、作图、计算等形式呈现。高考一般以与生产、生活紧密联系的物质为背景材料命制组合题，各小题之间又有一定的独立性。主要考查学生的信息处理能力、学科内综合分析能力，应用反应原理解决生产实际中的具体问题，体现了“变化观念与平衡思想”的核心素养。一、化学反应速率的计算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
2、，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计算反应速率时，若给出的是物质的量的变化值，要转化为物质的量浓度的变化值(计算时一定要除以体积)，再进行计算。二、外界条件对可逆反应的反应速率的影响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
3、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。三、平衡移动方向的判断1依勒夏特列原理判断。2根据图象中正逆反应速率相对大小判断：若v正v逆，则平衡向正反应方向移动；反之向逆反应方向移动。3依变化过程中速率变化的性质判断：若平衡移动过程中，正反应速率增大(减小)，则平衡向逆(正)反应方向移动。4依浓度商(Qc)规则判断：若某温度下QcK，反应向正反应方向进行；QcK，反应向逆反应方向进行。四、化学平衡的计算1化学平衡常数：对于可逆化学反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)在一定温度下达到化学平衡时，K。另可用压强平衡常数表示：Kpp(C)为平衡时气体C的分压。反
4、应体系中纯固体、纯液体以及稀水溶液中水的浓度不写进平衡常数表达式，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。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。2依据化学方程式计算平衡常数：同一可逆反应中，K正K逆1；同一方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小n倍，则新平衡常数K与原平衡常K间的关系是KKn或K；几个可逆反应方程式相加，得总方程式，则总反应的平衡常数等于分步反应平衡常数之积。3转化率、产率及分压的计算：反应物转化率100%；产物的产率100%；分压总压物质
5、的量分数。五、化学反应速率、化学平衡图象1解题思路。看图象一看轴(即纵坐标与横坐标的意义)，二看点(即起点、拐点、交点、终点)，三看线(即线的走向和变化趋势)，四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线等)，五看量的变化(如浓度变化、温度变化等)想规律看清图象后联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律作判断通过对比分析，作出正确判断2.分析方法：认清坐标系，弄清纵、横坐标所代表的意义，并与有关原理相结合；看清起点，分清反应物、生成物，浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物，一般生成物多数以原点为起点；看清曲线的变化趋势，注意渐变和突变，分清正、逆反应，从而判断反应特点；注意终点。例如，在浓度时
6、间图象上，一定要看清终点时反应物的消耗量、生成物的增加量，并结合有关原理进行推理判断；先拐先平数值大。例如，在转化率时间图象上，先出现拐点的曲线先达到平衡，此时逆向推理可得该曲线对应的温度高、浓度大或压强大；定一议二，当图象中有三个量时，先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。CH4CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2)，还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题：(1)CH4CO2催化重整反应为CH4(g)CO2(g)=2CO(g)2H2(g)。已知：C(s)2H2(g)=CH4(g)H75 kJmol1C(s)O2(g)=CO2(g)H394 kJmol1C(s)O2(g)=CO
7、(g)H111 kJmol1该催化重整反应的H_kJmol1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是_(填字母)。A高温低压B低温高压C高温高压 D低温低压某温度下，在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，其平衡常数为_mol2L2。(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：项目积碳反应CH4(g)=C(s)2H2(g)消碳反应CO2(g)C(s)=2CO(g)H/(kJmol1)75172活化能/(kJmol1)催化剂X3391催化剂Y4372由上表判断，催化剂X_
8、Y(填“优于”或“劣于”)，理由是_。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图1所示，升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是_(填标号)。AK积、K消均增加Bv积减小、v消增加CK积减小、K消增加Dv消增加的倍数比v积增加的倍数大在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为vkp(CH4)p(CO2)0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时，不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图2所示，则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为_。解析：(1)将已知中3个反应依次记为、
9、，根据盖斯定律2得该催化重整反应的H(111275394) kJmol1247 kJmol1。由于该反应为吸热且气体体积增大的反应，要提高CH4的平衡转化率，需在高温低压下进行。根据平衡时消耗的CO2为1 mol50%0.5 mol，则消耗的CH4为0.5 mol，生成的CO和H2均为1 mol，根据三段式法可知平衡时CH4、CO2、CO和H2的平衡浓度分别为0.75 molL1、0.25 molL1、0.5 molL1、0.5 molL1，则平衡常数K mol2L2。(2)从表格中数据可看出相对于催化剂X，用催化剂Y催化时积碳反应的活化能大，则积碳反应的反应速率小，而消碳反应活化能相对小，则
10、消碳反应的反应速率大，再根据题干信息“反应中催化剂活性会因积碳反应而降低”可知催化剂X劣于催化剂Y。结合图示可知500600 随温度升高积碳量增加，而600700 随温度升高积碳量减少，故随温度升高，K积和K消均增加，且消碳反应速率增加的倍数比积碳反应的大，故A、D正确。由该图象可知在反应时间和p(CH4)相同时，图象中速率关系vavbvc，结合沉积碳的生成速率方程vkp(CH4)p(CO2)0.5，在p(CH4)相同时，随着p(CO2)增大，反应速率逐渐减慢，即可判断：pc(CO2)pb(CO2)pa(CO2)。答案：(1)247A(2)劣于相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反
11、应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大ADpc(CO2)pb(CO2)pa(CO2)1在工业上，合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如下：(1)合成塔中发生反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)H”“0，隔一段时间对该容器内的物质进行分析，得到如下数据：时间/s020406080100n(N2O4)/mol0.40a0.20cden(NO2)/mol0.000.24b0.520.600.60计算a_，此温度时该反应的平衡常数K_；改变条件使反应重新达到平衡，能使值变小的措施有_(填字母)。A增大N2O4的起始浓度B升高温度C使用高效催化剂D向混合气体中通入稀有气体(4)硝酸厂的尾
12、气直接排放将污染空气。目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷将氮的氧化物还原为氮气和水，反应机理为CH4(g)4NO2(g)4NO(g)CO2(g)2H2O(g)H574 kJmol1，CH4(g)4NO(g)2N2(g)CO2(g)2H2O(g)H1 160 kJmol1，则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为_。解析：(1)根据N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0可知，该反应为放热反应，温度越高，平衡常数越小，则T1300 。(2)氨气在纯氧中燃烧生成一种单质和水，即4NH33O22N26H2O，则在碱性条件下，氨气氧气燃料电池负极电极反应式为2NH36e6OH=N26H2O。(3)
13、20 s时生成NO2 0.24 mol，消耗的N2O4为0.12 mol，则a0.40 mol0.12 mol0.28 mol；80 s时达平衡状态，生成NO2 0.60 mol，消耗的N2O4为0.30 mol，d0.40 mol0.30 mol0.10 mol，则平衡时NO2和N2O4的浓度分别为0.30 molL1和0.05 molL1，平衡常数K1.8；A项，增大N2O4的起始浓度，相当于增大压强，平衡逆向移动，值变小，正确；B项，该反应为吸热反应，升高温度平衡正向移动，值增大，错误；C项，使用高效催化剂，平衡不移动，值不变，错误；D项，向混合气体中通入稀有气体，NO2和N2O4的浓度
14、不变，平衡不移动，值不变，错误。(4)CH4(g)4NO2(g)4NO(g)CO2(g)2H2O(g)H574 kJmol1，CH4(g)4NO(g)2N2(g)CO2(g)2H2O(g)H1 160 kJmol1，根据盖斯定律()得：CH4(g)2NO2(g)=CO2(g)2H2O(g)N2(g)H867 kJmol1。答案：(1)v逆。(2)由图象可以看出，曲线变为曲线，反应达到平衡的时间缩短，但最后达到相同平衡状态，由于t0时c(CO)没有变化，说明改变的条件是加入了催化剂；当曲线变为曲线时，t0时c(CO)由2.0 molL1突然增大到3.0 molL1，而CO的平衡浓度由3.0 mo
15、lL1变为4.5 molL1，反应在3 L容积可变的密闭容器中进行，且该反应两边气体物质系数相等，则改变的条件为将容器的体积快速压缩至2 L符合。.(3)由图象可知，相同温度下，p2压强下CO的转化率大于p1压强下的转化率，甲醇的合成反应是分子数减少的反应，相同温度下，增大压强CO的转化率提高，所以p1p2。(4)由图象可知，A点CO的转化率为0.75，则： CO(g)2H2(g)CH3OH(g)起始量/mol a 2a 0变化量/mol 0.75a 1.5a 0.75a平衡量/mol 0.25a 0.5a 0.75aK(Lmol1)2。(5)CO和H2按照物质的量比12反应，而开始充入a m
16、ol CO与2a mol H2也刚好为12，所以CO的转化率等于H2的转化率。(6)使用催化剂能加快反应速率，但不影响平衡移动，CO转化率不变，故排除A；降低反应温度，则反应速率减慢，故排除B；增大体系压强，反应速率增大，且平衡向正反应方向移动，CO转化率增大，故C正确；不断将CH3OH从反应混合物中分离出来，平衡正向移动，CO转化率增大，但减小生成物的浓度，反应速率减小，故排除D；增加等物质的量的CO和H2，反应物的浓度增大，反应速率增大，但CO的转化率减小，故排除E；故选C。答案：.(1)K1K2(2)加入催化剂将容器的体积快速压缩至2 L.(3)甲醇的合成反应是分子数减少的反应，相同温度
17、下，增大压强CO的转化率提高(4)(5)(6)C3(2019江西省赣中南五校联考)一定条件下铁可以和CO2发生反应：Fe(s)CO2(g)FeO(s)CO(g)H0，1 100 时，向某密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO2气体，反应过程中CO2和CO的浓度与时间的关系如图所示。(1)该反应的平衡常数表达式K_。(2)下列措施中能使平衡常数K增大的是_(填字母)。A升高温度B增大压强C充入一定量CO D降低温度(3)8 min内，CO的平均反应速率v(CO)_molL1min1。(4)1 100 时，2 L的密闭容器中，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
18、：容器甲乙反应物投入量3 mol Fe、2 mol CO24 mol FeO、3 mol COCO的浓度/(molL1)c1c2CO2的体积分数12体系压强/Pap1p2气态反应物的转化率12下列说法正确的是_(填字母)。A2c13c2B12Cp1”“K，则反应逆向进行，v(正)v(逆)。.(3)M的转化率为60%，则M减少了1 molL160%0.6 molL1，由方程式可知N也减少了0.6 molL1，N的转化率为100%25%。(4)该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，则M的转化率增大；(5)由(3)可知平衡时M、N、P、Q的浓度分别为0.4 molL1、1.8 molL1、0.6
19、 molL1、0.6 molL1，则该温度下的平衡常数为K0.5，当反应物的起始浓度分别为c(M)4 molL1，c(N)a molL1时，根据三段式：M(g)N(g)P(g)Q(g)起始/(molL1) 4 a 0 0变化/(molL1) 2 2 2 2平衡/(molL1) 2 a2 2 2则平衡常数K0.5，解得a6。答案：.(1)5524(2)”“”或“”)。.对于反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)；H196.6 kJmol1。在一定温度下，向一个容积不变的容器中，通入3 mol SO2和2 mol O2及固体催化剂，使之反应。平衡时容器内气体压强为起始时的90%。此时(3)加入
20、3 mol SO2和2 mol O2发生反应，达到平衡时，放出的热量为_。(4)保持同一温度，在相同的容器中，将起始物质的量改为a mol SO2、b mol O2、c mol SO3(g)及固体催化剂，欲使起始时反应表现为向正反应方向进行，且平衡时SO3的体积分数为，a的取值范围是_。(5)保持同一温度，在相同容器中，将起始物质的量改为3 mol SO2、6 mol O2、3 mol SO3(g)及固体催化剂，则平衡_移动(填“正向”“不”“逆向”或“无法确定是否”)。(6)某SO2(g)和O2(g)体系，时间t1达到平衡后，改变某一外界条件，反应速率v与时间t的关系如图1所示，若不改变SO
21、2(g)和O2(g)的量，则图中t4时引起平衡移动的条件可能是_；图中表示平衡混合物中SO3的含量最高的一段时间是_。(7)各阶段平衡时对应的平衡常数如下表所示：t1t2t3t4t5t6t6t7K1K2K3K4K1、K2、K3、K4之间的关系为_。解析：.(1)本反应是反应前后气体分子数不变的反应，故体系的压强始终保持不变，a不能说明反应已达到平衡状态；随着反应的进行，NO2的浓度减小，颜色变浅，故b可以说明反应已达平衡；一定条件下，将NO2与SO2以体积比12置于恒容密闭容器中，都是反应物，SO2和NO2的体积比保持不变，且二者系数比为11，故c能作为平衡状态的判断依据；d中所述的两个速率都是逆反应速率，不能作为平衡状态的判断依据；该体系中都是气体，总质量不变，反应前后气体分子数不变，气体密度始终保持不变，e不能说明反应已达到平衡状态，故选bc。(2)若保持体积不变，升高温度，体系颜色加深，则说明平衡向逆向移动，该反应的HK3K4。答案：(1)bc(2)(3)98.3 kJ(4)2K3K4
