高考化学二轮总复习优化设计 专题九 化学反应速率与化学平衡课件PPT

这是一份高考化学二轮总复习优化设计 专题九 化学反应速率与化学平衡课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，高考命题研究，解题思路，答案AD，答案A，答案BD，答案D，第二步找数据，第三步代数计算，回答下列问题等内容，欢迎下载使用。
考点一　外界条件对化学反应速率的影响
考点二　化学平衡　化学平衡常数及有关计算
考点三　化学反应速率与化学平衡的有关图像
【要点归纳•再提升】
1.掌握计算化学反应速率的两种方法(1)根据定义式及图表中数据计算:微点拨①计算时一定要注意溶液的体积,不能盲目地把Δn当作Δc代入公式进行计算;②还要注意单位及规范书写。(2)根据“比例关系”计算。对于反应“mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)”,则有v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q。　　 要注意物质的状态
2.从不同角度认识反应速率常数(1)假设基元反应(能够一步完成的反应)为aA(g)+bB(g) === cC(g)+dD(g),其速率可表示为v=kca(A)cb(B),式中的k称为反应速率常数或速率常数。微点拨①反应速率常数(k)表示单位浓度下的化学反应速率,与浓度无关,但受温度、催化剂、固体表面积等因素的影响;②通常反应速率常数越大,反应进行得越快。(2)正、逆反应的速率常数与平衡常数的关系。
3.从“有效碰撞”角度认识外界条件对化学反应速率的影响(1)活化分子和有效碰撞。①能够发生有效碰撞的分子叫作活化分子。活化能是指为了能发生化学反应,普通分子(具有平均能量的分子)变成活化分子所需要吸收的最低能量,即活化分子比普通分子多出的那部分能量。②能够发生化学反应的碰撞叫作有效碰撞。　　　　　　 　两个条件缺一不可发生有效碰撞的两个条件:一是反应物分子必须具有足够的能量(即活化分子);二是分子碰撞时要有合适的取向。
微点拨活化能是影响化学反应速率的内因。相同条件下,不同化学反应的速率不同,主要是活化能大小不同引起。一般情况,反应的活化能越小,化学反应速率越大,反之,反应的活化能越大,反应速率越小。
(2)影响化学反应速率的外界因素。
(3)“惰性气体”(非反应气体)对化学反应速率的影响。
【经典对练•得高分】
真题示例1- 1.(2021浙江卷)取50 mL过氧化氢水溶液,在少量I-存在下分解:2H2O2 === 2H2O+O2↑。在一定温度下,测得O2的放出量,转换成H2O2浓度(c)如下表:下列说法不正确的是(　　)A.反应20 min时,测得O2体积为224 mL(标准状况)B.20~40 min,消耗H2O2的平均速率为0.010 ml·(L·min)-1C.第30 min时的瞬时速率小于第50 min 时的瞬时速率D.H2O2分解酶或Fe2O3代替I-也可以催化H2O2分解
答案 C解析 反应20 min时,c(H2O2)减小0.40 ml·L-1,则有n(H2O2)=0.40 ml·L-1×50×10-3 L=0.02 ml,结合化学方程式可知放出O2为0.01 ml,在标准状况下的体积为V(O2)=0.01 ml×22.4 L·ml-1=0.224 L=224 mL,A项正确。20~40 min,Δc(H2O2)=0.20 ml·L-1,则有v(H2O2)= =0.010 ml· (L·min)-1,B项正确。根据表中数据可知,c(H2O2)越大,反应速率越大,第30 min时c(H2O2)大于第50 min时c(H2O2),故第30 min时的瞬时速率大于第50 min 时的瞬时速率,C项错误。H2O2分解反应中,可以用H2O2分解酶或Fe2O3代替I-作催化剂,催化H2O2的分解,D项正确。
1- 2.(2020全国Ⅱ节选)高温下,甲烷生成乙烷的反应如下:2CH4 C2H6+H2。反应在初期阶段的速率方程为r=k× ,其中k为反应速率常数。(1)设反应开始时的反应速率为r1,甲烷的转化率为α时的反应速率为r2,则r2=　　　　r1。 (2)对于处于初期阶段的该反应,下列说法正确的是　　　　。 A.增加甲烷浓度,r增大B.增加H2浓度,r增大C.乙烷的生成速率逐渐增大D.降低反应温度,k减小
答案 (1)(1-α)　(2)AD解析 (1)若甲烷的转化率为α,则此时甲烷的浓度为c(CH4)×(1-α),根据速率方程,可以得出r2=(1-α)r1。(2)根据速率方程,可以得出甲烷浓度越大,反应速率越大,A项正确。速率方程中没有涉及H2的浓度,即r的大小与H2的浓度无关,B项错误。随着反应进行,甲烷浓度减小,反应速率减小,C项错误。降低温度,反应速率会减小,D项正确。
方法技巧利用“三段式法”巧解化学反应速率计算题。(1)写出有关反应的化学方程式。(2)找出各物质的起始浓度、转化浓度和某时刻浓度。(3)根据已知条件列出“三段式”进行计算。
对点演练1- 1.(2021山东济宁模拟)工业上常采用CO2和H2为原料合成乙醇,反应的热方程式为2CO2(g)+6H2(g) C2H5OH(g)+3H2O(g)　ΔH=a kJ· ml-1。一定温度下,向容积均为2 L 的恒容密闭容器中分别通入1.0 ml CO2(g)和3.0 ml H2(g), 在不同催化剂X、Y 的催化下发生反应。测得5 min时,CO2转化率与温度的变化关系如图所示。
(1)该反应适宜选用的催化剂为　　(填“X”或 “Y”)。(2)T1 ℃、催化剂Y存在时,a点对应容器在0~5 min内的平均反应速率v(H2)=　　　　　　　　;b、c点对应状态下反应物的有效碰撞几率b　　　　(填“>”“　b点比c点对应状态下反应物浓度大,体系温度高解析 (1)由图可知,CO2转化率达最大值之前,相同温度下,催化剂X存在时CO2的转化率大,说明催化剂X催化活性高,更适宜选用。
1- 2.(2021 湖南模拟)T1 ℃时,在一密闭容器中发生反应4NO(g) N2(g) +2NO2(g),其正反应速率表达式为v正=k正·cn(NO),测得速率和浓度的关系如下表。
则n=　　　　,k正=　　　　 ml-3·L3·s-1。达到平衡后,若减小压强,则混合气体的平均相对分子质量将　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 
答案 4　4 × 10-5　减小
方法技巧(1)反应速率常数(k)即在给定温度下,反应物浓度均为1 ml·L-1时的反应速率;在相同的浓度下,可用速率常数大小比较化学反应速率。(2)同一化学反应,温度不同,速率常数不同,但浓度不影响速率常数。
考向2　判断外界条件对化学反应速率的影响真题示例2- 1.(双选)(2020山东卷)1,3-丁二烯与HBr发生加成反应分两步:第一步H+进攻1,3-丁二烯生成碳正离子( );第二步Br-进攻碳正离子完成1,2-加成或1,4-加成。反应过程中的能量变化如图所示。已知在0 ℃和40 ℃时,1,2-加成产物与1,4-加成产物的比例分别为70∶30和15∶85。下列说法正确的是(　　)
A.1,4-加成产物比1,2-加成产物稳定B.与0 ℃相比,40 ℃时1,3-丁二烯的转化率增大C.从0 ℃升至40 ℃,1,2-加成正反应速率增大,1,4-加成正反应速率减小D.从0 ℃升至40 ℃,1,2-加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度
2- 2.(2021河北卷)室温下,某溶液初始时仅溶有M和N且浓度相等,同时发生以下两个反应:①M+N === X+Y;②M+N === X+Z。反应①的速率可表示为v1=k1c2(M),反应②的速率可表示为v2=k2c2(M)(k1、k2为速率常数)。反应体系中组分M、Z的浓度随时间变化情况如图。下列说法错误的是(　　)
A.0~30 min时间段内,Y的平均反应速率为6.67×10-3 ml·L-1·min-1B.反应开始后,体系中Y和Z的浓度之比保持不变C.如果反应能进行到底,反应结束时62.5%的M转化为ZD.反应①的活化能比反应②的活化能大
对点演练(双选)(2021山东师大附中模拟)化学工作者对NO与H2的反应进行研究,提出下列三步机理:(k为速率常数)
其中可近似认为第二步反应不影响第一步平衡,下列说法正确的是(　　)。A.v(第一步反应)K,平衡向逆反应方向(或向左)移动;②若Q=K,平衡不发生移动;③若QT2。②增大氨的浓度,平衡正向移动,CO2的转化率提高,A项正确。通入“惰性气体”,不改变反应物的浓度,平衡不移动,CO2的转化率不变,B项错误。在反应初期,升高温度,反应速率增大,单位时间内CO2的转化率提高,C项正确。增大水的分压,对平衡无影响,CO2的转化率不变,D项错误。
方法技巧外界条件对平衡转化率(α)的影响及分析。在一恒容密闭容器中通入a ml A、b ml B发生反应aA(g)+bB(g) cC(g),达到平衡后,改变下列条件,分析转化率的变化情况:(1)再通入b ml B,α(A)增大,α(B)减小。(2)再通入a ml A、b ml B:①若a+b>c,α(A)增大、α(B)增大;②若a+b=c,α(A)不变、α(B)不变;③若a+b2.5 MPa=p2,所以p1=5.0 MPa　温度、压强和反应物的起始浓度(组成)
解析 (1)要分析反应在5.0 MPa、500 ℃时的α,首先必须判断此时的压强对应题图p1、p2、p3中哪一个。在其他条件相同时,正反应是气体分子数减少的反应,压强越大SO2平衡转化率α越大,可确定此时对应压强为p1,SO2平衡转化率α=0.975。
(2)设起始物质的量为100 ml,应用“三段式”进行计算可得:
方法技巧利用“三段式法”计算平衡常数和转化率。先确定各物质的起始浓度、转化浓度和平衡浓度,再代入平衡常数表达式进行计算。对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),起始A、B的物质的量浓度(ml·L-1)分别为a、b ,达到平衡时A的转化浓度为mx ml·L-1,则有
对点演练2- 1.(2021山东日照一模)恒容密闭容器中充入3 ml CH4和6 ml H2S,发生反应:CH4(g)+2H2S(g) CS2(g)+4H2(g),温度变化对平衡时各组分的物质的量分数的影响如下图所示:
下列说法错误的是(　　)A.当满足2v逆(H2S)=v正(H2)时,反应达到平衡状态B.采用高温、低压条件,有利于提高CH4的平衡转化率C.图中M点时,保持温度不变,再向容器中充入3 ml CH4和6 ml H2S,达到新平衡时,CH4的物质的量分数小于H2的D.图中N点对应温度下,以物质的量分数表示的化学平衡常数
答案 C解析 反应速率比等于化学计量数之比,2v逆(H2S)=v正(H2)表示正逆反应方向,能说明达到平衡状态,A项正确。由图知,温度升高,CH4的物质的量分数减小,说明平衡正向移动,正反应方向是气体分子数增大的反应,则减小压强,平衡正向移动,则采取高温、低压条件,有利于提高CH4的平衡转化率,B项正确。恒容密闭容器中,达平衡时,向容器内加入3 ml CH4和6 ml H2S,建立等效平衡,相当于压强增大一倍,则平衡逆向移动,达到新平衡时,CH4的物质的量分数大于H2的,C项错误。N点温度下,设CH4转化了x ml,列三段式:
2- 2.(2021广东韶关一模)已知反应NO2(g)+SO2(g) NO(g)+SO3(g)　ΔH”“0,其他条件不变时,升高温度,反应速率v(CO2)和CO2的平衡转化率均增大。(　　)(6)改变条件,平衡正向移动,反应物的平衡转化率一定增大。(　　)
1.利用图像“断点”判断化学反应速率的影响因素(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,使速率(v)-时间(t)图像的曲线出现不连续的情况,根据出现“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,如图所示: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:
微点拨在速率-时间图像中,外界条件改变时,要判断是否出现“断点”,若出现“断点”,改变的条件可能是改变温度、改变压强或使用催化剂。若只改变反应物的浓度或生成物的浓度,速率-时间图像不会出现“断点”。
2.转化率(α)-时间(t)-温度(T)或压强(p)图像及分析以mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)为例:
(1)图甲中,T2>T1,升高温度,αA减小,说明平衡逆向移动,正反应的ΔHp2,增大压强,αA增大,说明平衡正向移动,正反应是气体总分子数减小的反应。(3)若纵坐标表示A的百分含量,则甲中正反应的ΔH>0,乙中正反应是气体总分子数增大的反应。
3.恒温线(或恒压线)图像及分析
(1)纵坐标代表反应物的转化率(α)或平衡浓度(c),横坐标代表温度(T)或压强(p)。(2)采用“定一议二”法,即将自变量(温度或压强)之一看作恒量,讨论另外两个量的关系。
4.百分含量[ω(A)]-温度(T)图像对于化学反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),M点前,表示从反应物开始,v正>v逆;M点为刚达到平衡点(如图所示);M点后为平衡受温度的影响情况,即升高温度,A的百分含量增加或C的百分含量减少,平衡逆向移动,故该反应的ΔHv正',平衡逆向移动,平衡时A的体积分数φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ),C项正确;平衡常数只与温度有关,温度不变,故平衡常数不变,D项错误。
2- 2.(2020天津卷节选)利用太阳能光解水,制备的H2用于还原CO2合成有机物,可实现资源的再利用。用H2还原CO2可以在一定条件下合成CH3OH(不考虑副反应):CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH0,A项正确。1 100 ℃,有催化剂和无催化剂时,H2S的转化率相等,表明Al2O3几乎失去催化活性,B项正确。不加催化剂时,温度越高,反应速率越快,达到平衡所需的时间越短,C项正确。A点达到平衡时,H2S的转化率为50%,设起始充入的H2S的物质的量为x ml,列出三段式:
2.(2021广东揭阳模拟)向20 mL 0.20 ml·L-1 H2O2溶液中加入少量KI溶液,发生以下反应:ⅰ.H2O2+I- === H2O+IO-,ⅱ.H2O2+IO- === H2O+O2↑+I-。H2O2分解反应过程中能量变化和不同时刻测得生成O2的体积(已折算成标准状况)如下:
下列判断正确的是(　　)A.反应ⅰ是放热反应B.反应ⅱ决定整个反应的速率C.IO-是H2O2分解反应的催化剂D.0~20 min的平均反应速率:v(H2O2)=5.0×10-3 ml·L-1·min-1
答案 D解析 加入KI后,H2O2的分解反应分两步进行,由图可知,反应ⅰ中反应物总能量低于生成物总能量,则反应ⅰ是吸热反应,A项错误。反应ⅰ的活化能大于反应ⅱ的活化能,则反应ⅰ速率小,决定整个反应的速率,B项错误。IO-是反应ⅰ的生成物和反应ⅱ的反应物,则IO-是反应中间体,C项错误。0~20 min内,生成标准状况下22.40 mL O2(即10-3 ml),则分解的H2O2为2×10-3 ml,则有v(H2O2)= =5.0×10-3 ml·L-1·min-1,D项正确。
3.(双选)(2021山东临沂一模)丙酮是重要的有机合成原料,可以由过氧化氢异丙苯合成。其反应为
为了提高过氧化氢异丙苯的转化率,反应进行时需及时从溶液体系中移出苯酚。过氧化氢异丙苯的转化率随反应时间的变化如图所示。设过氧化氢异丙苯的初始浓度为x ml·L-1,反应过程中的液体体积变化忽略不计。下列说法正确的是(　　)
A.a、c两点丙酮的物质的量浓度相等B.b、c两点的逆反应速率:v(b)c,故生成物浓度:b>c,温度:b>c,则逆反应速率:v(b)>v(c),B项错误。100 ℃时,5 h时过氧化氢异丙苯的转化率为70%,反应消耗过氧化氢异丙苯的物质的量等于生成丙酮的物质的量,则有v(丙酮)=(x ml·L-1×70%)÷5 h=0.14x ml·L-1·h-1,C项正确。120 ℃时若b点处于平衡状态,过氧化氢异丙苯的转化率为98%,则平衡时c(丙酮)=0.98x ml·L-1,但反应中从溶液体系中移出部分苯酚,不能确定苯酚的浓度,故不能计算平衡常数K,D项错误。
4.在容积为2 L的刚性密闭容器中加入1 ml CO2和3 ml H2,发生反应: CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。在其他条件不变的情况下,温度对反应的影响如图所示(注:T1、T2均大于300 ℃)。下列说法正确的是(　　)。
A.该反应在T1时的平衡常数比在T2时的小D.T1时,若反应达到平衡后CO2的转化率为x,则平衡后容器内的压强与起始压强之比为(2-x)∶2
答案 D解析 由图像分析可知,先拐先平温度高,则T1K(b)B.a点和d点容器内的压强相等C.a点:每断裂2 ml C=O,同时断裂2 ml O—HD.若c点时总压强为p,T5温度下该反应以分压表示的平衡常数
答案 D解析 a点处于平衡状态,a点后继续升高温度,CO2的转化率降低,说明此反应为放热反应,温度升高放热反应的平衡常数减小,T5>T4,K(c)0的方向),所以反应Ⅰ向逆向进行,反应Ⅱ向正向进行,CH3OCH3减少,CO2增多,CH3OCH3的选择性应一直减小,故表示平衡时CH3OCH3选择性是曲线①;当t>300 ℃时曲线②(CO2平衡转化率)随温度升高的原因为:反应Ⅰ的ΔH>0,反应Ⅱ的ΔH300 ℃时反应Ⅱ占主导,反应Ⅱ为吸热反应,温度升高平衡正向移动,CO2的平衡转化率增大。增大压强,反应向气体分子数减小的方向进行,若想要提高CH3OCH3的选择性,应使反应Ⅰ向正反应方向进行,反应Ⅱ向逆反应方向进行,所以应选择低温、高压。
(4)①降低温度平衡向放热反应方向进行(即ΔH”“　20% (4)0.18 ml·L-1·min-1　KA=KC>KB解析 (1)反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-49.6 kJ·ml-1反应Ⅱ:CH3OCH3(g)+H2O(g) 2CH3OH(g)　ΔH2=+23.4 kJ·ml-1反应Ⅲ:2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)　ΔH3根据盖斯定律,由反应Ⅰ×2-反应Ⅱ得ΔH3=2ΔH1-ΔH2=-49.6 kJ·ml-1×2-23.4 kJ·ml-1 =-122.6 kJ·ml-1。(2)反应Ⅰ是反应前后气体的物质的量变化的反应,所以压强不变说明反应达到平衡状态,故A项正确。恒温恒容条件下,由于各物质均为气体,故反应前后质量与体积都不变,混合气体的密度始终不变,故B项错误。水分子中断裂2NA个H—O,同时氢分子中断裂3NA个H—H,说明v正=v逆,故C项正确。CH3OH和H2O的浓度之比保持不变,相当于两者之比等于1∶1,不能说明反应达到平衡状态,故D项错误。
已知反应为放热反应,投料比一定时,T2对应的CO2的平衡转化率小于T1对应的CO2的平衡转化率,说明T2下平衡逆向移动,K变小,化学平衡常数只与温度有关,所以KA、KB、KC三者之间的大小关系为KA=KC>KB。