2020届二轮复习 化学反应速率和化学平衡 学案（全国通用） (1)

第8讲　化学反应速率和化学平衡

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考点一　化学反应速率及其影响因素　
▼ 命题规律：
1．题型：选择题、填空题。
2．考向：历年高考都有所涉及，属于高频考点，主要有以下考查角度：①化学反应速率的定量计算；②化学反应速率的大小比较；③外界条件对化学反应速率的影响及其图像、数据表格分析。
▼ 方法点拨：
1．化学反应速率计算公式的理解与灵活运用
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。
(3) 同一化学反应中不同物质表示的反应速率之比等于化学计量数之比，如反应：
aA(g)＋bB(g)===cC(g)＋dD(g)
v(A)＝v(B)，v(C)＝v(B)，v(D)＝v(B)
(4)计算反应速率时，物质的量的变化值要转化为物质的量浓度的变化值。
2．活化分子、有效碰撞与反应速率的关系实质

3．影响反应速率的因素、方式与结果
(1)气体反应体系中充入“惰性气体”(不参加反应)时的影响
恒温恒容：充入“惰性气体”→p总增大→ci不变→v不变。
恒温恒压：充入“惰性气体”→V增大→ci减小→v减小。
(2)温度对反应速率的影响
升高温度，v(正)、v(逆)均增大，但吸热反应正方向速率比逆方向速率增大幅度大。
降低温度，v(正)、v(逆)均减小，但放热反应正方向速率比逆方向速率减小幅度小。
(3)压强对反应速率的影响
增大压强，v(正)、v(逆)均增大，但气体分子总数减小方向速率增大的幅度更大。
减小压强，v(正)、v(逆)均减小，但气体分子总数增大方向的反应速率减小的幅度相对更小。
(4)浓度对反应速率的影响
增大(减小)反应物的浓度，正反应速率增大(减小)，逆反应速率该瞬间不变
增大(减小)生成物的浓度，逆反应速率增大(减小)，正反应速率该瞬间不变
(5)催化剂对反应速率的影响
使用催化剂，v(正)、v(逆)同等程度增大。

1．(1)下列说法正确的是__AB__(填标号)。
A．用稀硫酸和锌粒制取H2时，加几滴CuSO4溶液以加快反应速率

B．如图是室温下H2O2催化分解放出氧气的反应中c(H2O2 )随反应时间变化的曲线，说明随着反应的进行H2O2分解速率逐渐减小
C．在酶催化淀粉水解反应中，温度越高淀粉水解速率越快
D．向2支盛有5 mL不同浓度NaHSO3溶液的试管中同时加入2 mL 5%H2O2溶液，观察实验现象，探究浓度对反应速率的影响
E．金属发生吸氧腐蚀时，被腐蚀的速率和氧气浓度无关
(2)①对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。

在343 K下： 要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有__改进催化剂__、__提高反应物压强__。a、b处反应速率大小：va__大于__vb(填“大于”“小于”或“等于”)。
②对于反应2N2O5(g)??4NO2(g)＋O2(g)，R.A.Ogg提出如下反应历程：
第一步N2O5??NO3＋NO2　快速平衡
第二步NO2＋NO3→NO＋NO2＋O2　慢反应
第三步NO＋NO3→2NO2　快反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是__AC__(填标号)。
A．v(第一步的逆反应)>v(第二步反应)
B．反应的中间产物只有NO3
C．第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效
D．第三步反应活化能较高
突破点拨
(1)原电池可加快反应速率；
(2)催化剂有最适活性温度；
(3)决定反应速率快慢的主要原因是活化能大小
解析　(1)加入CuSO4溶液后，Zn置换出Cu形成原电池可以加快反应速率，选项A正确；据图像，随着时间的推移，c(H2O2)变化趋于平缓，表示H2O2分解速率逐渐减小，选项B正确；酶是一类具有催化作用的蛋白质，酶的催化特点是：条件温和、不需加热，具有高度的专一性、高效催化作用，温度越高酶会发生变性，催化活性降低，选项C错误；反应的方程式为HSO＋H2O2===SO＋H＋＋H2O，反应过程中没有明显的实验现象，因此无法探究浓度对反应速率的影响，选项D错误；吸氧腐蚀中氧气为反应物，浓度越大速率越快，选项E错误。 (2)①缩短达到平衡的时间，就是加快反应速率，所以可以采取的措施是增大压强(增大反应物浓度)、加入更高效的催化剂(改进催化剂)；a、b两点的转化率相等，可以认为各物质的浓度对应相等，而a点的温度更高，所以速率更快，即va＞vb。②第一步反应快，所以第一步的逆反应速率大于第二步的逆反应速率，选项A正确；根据第二步和第三步可知中间产物还有NO，选项B错误；根据第二步反应生成物中有NO2，可知NO2与NO3的碰撞仅部分有效，选项C正确；第三步反应快，所以第三步反应的活化能较低，选项D错误。
【变式考法】
(1)已知：CH2CH3(g)CHCH2(g)＋H2(g)　ΔH＝＋124 kJ·mol－1，若反应体系达到平衡后，各物质的浓度在不同条件下(只改变一种条件)的变化状况如图所示(第10 min到14 min的浓度变化曲线未表示出)：

比较产物苯乙烯在2～3 min、5～6 min和12～13 min时平均反应速率分别以v(2～3)、v(5～6)、v(12～13)表示的大小__v(5～6)＞v(2～3)＝v(12～13)__。
(2)在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气，反应温度为323 K，NaClO2溶液浓度为5×10－3mol·L－1。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。
离子
SO
SO
NO
NO
Cl－
c/(mol·L－1)
8.35×10－4
6.87×10－6
1.5×10－4
1.2×10－5
3.4×10－3
由实验结果可知，脱硫反应速率__大于__脱硝反应速率(填“大于”或“小于”)。原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同，还可能是__NO溶解度较低或脱硝反应活化能较高__。
(3)某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率，为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列实验。将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，记录获得相同体积气体所需的时间。
　　　　实验
混合溶液　　　　
A
B
C
D
E
F
4 mol·L－1 H2SO4/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
其中：V1＝__30_mL__，V6＝__10_mL__，V9＝__17.5_mL__。
(4)如图所示，A是由导热材料制成的密闭容器，B是一耐化学腐蚀且易于传热的透明气囊。关闭K2，将1 mol NO2通过K1 充入真空A中，再关闭K1，反应起始时A 的体积为a L(忽略导管中的气体体积)。

若容器A中到达平衡所需时间t s，达到平衡后容器内压强为起始压强的0.8倍，则平均化学反应速率v(NO2)＝__ mol/(L·s)__。
解析　(1)2～3 min和12～13 min均处于平衡状态，苯乙烯的平均反应速率均为0，而5～6min时，苯乙烯的浓度不断增大，故5～6 min苯乙烯的反应速率最大。(2)由实验结果可知，在相同时间内硫酸根离子的浓度增加的多，因此脱硫反应速率大于脱硝反应速率。原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同，还可能是二氧化硫的还原性强，易被氧化且比较易溶于水。(3)要对比实验效果，那么除了硫酸铜的物质的量不一样以外，要保证其他条件相同，而且是探究硫酸铜量的影响，那么每组硫酸的量要保持相同，六组反应的总体积也应该相同，A组中硫酸为30 mL，那么其他组硫酸量也都为30 mL，而硫酸铜溶液和水的总量应相同，F组中硫酸铜20 mL，水为0 mL，V5＝30 mL，那么总量为50 mL，所以V1＝30 mL，V6＝10 mL，V9＝50 mL－30 mL－2.5 mL＝17.5 mL。(4)根据“三段式”求解：设生成的四氧化二氮为x，
　　　 　2NO2(g)??N2O4(g)
起始量　　　　1　　　　 0
变化量　　　　2x　　　　 x
平衡量　　　　1－2x　　　x
1－2x＋x＝0.8×1，解得：x＝0.2 mol，则平均化学反应速率v(NO2)＝＝ mol/(L·s)。
2．(1)磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下：

已知：磷精矿主要成分为Ca5(PO4)3(OH)，还含有Ca5(PO4)3F和有机碳等。
溶解度：Ca5(PO4)3(OH)v逆　平衡正向移动；
b．v正＝v逆≠0　平衡不移动；
c．v正K　平衡逆向移动；
b．若Q＝K　平衡不移动；
c．若Q”“v逆、NO的平衡转化率增大。(3)①在2 L恒容密闭容器中充入0.8 mol ClNO(g)，则c(ClNO)＝0.4 mol/L。由图1可知，在300℃时达到平衡后，c(Cl2)＝0.1 mol/L，由发生的反应2ClNO(g)??Cl2(g)＋2NO(g)可知，另外两组分的平衡浓度均为0.2 mol/L，所以该反应在此温度下的平衡常数K＝＝0.1，a＝－lgK＝1。②由图1可知，在400℃，氯气的平衡浓度较高，说明温度升高后，化学平衡向正反应方向移动，所以该反应
为吸热反应，温度越高，其化学平衡常数越大，－lgK就越小。因此，图2中符合题意的曲线为Ⅱ。

平衡“三步曲”及“一边倒”思想
(1)化学平衡计算的基本模式——平衡“三步曲”
根据反应进行(或移动)的方向，设定某反应物消耗的量，然后列式求解。
例：　　　mA ＋ nB ??　　pC＋　　qD
起始量：　a　　　　 b　　　　 0　　　　0
变化量：　mx　　　　 nx　　　　px　　　　qx
平衡量：a－mx　　　 b－nx　　　px　　　　qx
①变化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例；
②这里a、b可指物质的量、浓度、体积等；
③弄清起始浓度、平衡浓度、平衡转化率三者之间的互换关系；
④在使用平衡常数时，要注意反应物或生成物的状态。
(2)极限思维模式——“一边倒”思想
口诀：始转平，平转始，欲求范围找极值。
例：　　　　mA　　＋　nB　　??　　pC
起始：　　　　a　　　　b　　　　 c
变化极限：　　a　　　　a　　　　 a
平衡极限：　　0　　　　b－a　　　c＋a
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化学反应速率和平衡的图像问题
考向预测
化学反应速率和平衡的图像问题是将抽象的理论知识图像化，既能考查学生化学反应速率和平衡的相关知识，又能考查学生读图、识图，并应用知识解决综合问题的能力
解决关键

失分防范
(1)从“断点”着手，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；
(2)从“拐点”入手，同一可逆反应，若反应条件不同，达到平衡所用的时间也可能不同，反映到图像出现“拐点”的时间也就有差异。根据外界条件对化学反应速率的影响，即可判断出温度的高低、压强或浓度的大小及是否使用催化剂；
(3)从曲线的变化趋势着手，对于速率－温度(或压强)图像，由于随着温度逐渐升高或压强逐渐增大，反应速率会逐渐增大，因此图像上出现的是平滑的递增曲线，注意温度或压强的改变对正、逆反应速率的影响是一致的，即要增大都增大，要减小都减小，反映到图像上，就是v(正)、v(逆)两条曲线的走势大致相同
【预测】 高炉炼铁产生的高炉气中含有CO、H2、CO2等气体，利用CO和H2在催化剂作用下合成甲醇，是减少污染、节约能源的一种新举措，反应原理为：CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)　ΔH。在体积不同的两个恒容密闭容器中分别充入1 mol CO和2 mol H2，测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图所示。

(1)在如图A、B、C三点中，选填下表物理量对应最大的点。
反应速率v
平衡常数K
平衡转化率α



(2)在300 ℃时，向C点平衡体系中再充入0.25 mol CO、0.5 mol H2和0.25 mol CH3OH，该反应________(填“向正反应方向进行”“向逆反应方向进行”或“不移动”)。
(3)一定温度下，CO的转化率与起始投料比的变化关系如图所示，测得D点氢气的转化率为40%，则x＝________。

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规范答题：(1)CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)是气体分子数减小的反应，在温度不变的条件下，增大压强，平衡正向移动，CH3OH(g)的体积分数增大，所以p2＞p1。A、B、C三点中，C点的压强大、温度最高，所以反应速率v最大。A、B两点温度相同，所以平衡常数K相等，由题图知，升高温度，CH3OH(g)的体积分数减小，说明该反应是放热反应，则升高温度，平衡常数K减小。故平衡常数K：A＝B＞C。A点CH3OH(g)的体积分数最大，故A点的平衡转化率α最大。(2)C点CH3OH(g)在平衡时的体积分数为50%，设发生转化的CO为x mol，根据三段式法进行计算：
CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)
起始/mol　　　1　　　　2　　　 0
转化/mol　　　x　　　　2x　　　x
平衡/mol　　　1－x　　2－2x　　x
则有×100%＝50%，解得x＝0.75，即平衡时CO(g)、H2(g)、CH3OH(g)的物质的量分别为0.25 mol、0.5 mol、0.75 mol。由此平衡体系中再充入0.25 mol CO、0.5 mol H2和0.25 mol CH3OH，由于充入的CH3OH(g)的量相对于平衡时较少，所以该反应必定向正反应方向进行。(3)设起始时CO(g)、H2(g)的物质的量分别为1 mol、x mol，根据图像可知，D点转化的CO的物质的量为0.6 mol，则转化的H2(g)的物质的量为1.2 mol，故有×100%＝40%，解得x＝3。
答案： (1)C　AB　A　(2)向正反应方向进行　(3)3
【变式考法】
(1)升高温度能让绝大多数的化学反应加快反应速率，但是研究发现2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)ΔH__p1(填“＞”或“＜”)，得出该结论的理由是__反应是气体物质的量减小的反应，温度一定时，增大压强反应正向移动，H2SO4的物质的量增大，体系总物质的量减小，H2SO4物质的量分数增大__。

(3)CO2与CH4经催化重整，制得合成气：
CH4(g)＋CO2(g)2CO (g)＋ 2H2(g)　ΔH＝＋120 kJ·mol－1
按一定体积比加入CH4和CO2，在恒压下发生反应，温度对CO和H2产率的影响如图所示。此反应优选温度为900 ℃的原因是__900_℃时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但能耗升高，经济效益降低__。

(4)合成气制甲醚的反应方程式为2CO(g)＋4H2(g)??CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH＝b kJ/mol。有研究者在催化剂、压强为5.0 MPa 的条件下，由H2和CO直接制备甲醚，结果如图所示。

①290 ℃前，CO转化率和甲醚产率的变化趋势不一致的原因是__有副反应发生__；
②b__＜__0，(填“ >”“v逆　　　 B．v正