2020新课标高考化学二轮讲义：专题九　化学反应速率和化学平衡




知道化学反应速率的表示方法，了解化学反应速率测定的简单方法。知道化学反应是有历程的，认识基元反应活化能对化学反应速率的影响。
知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。
掌握化学平衡的特征。了解化学平衡常数(K)的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。
通过实验探究，了解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学反应速率和化学平衡的影响。
了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
　化学反应速率、化学平衡及其影响因素和相关图像探析

1．正确理解化学反应速率的影响因素
(1)“惰性气体”对反应速率的影响
①恒容：充入“惰性气体”总压增大―→参与反应的物质浓度不变(活化分子浓度不变)―→反应速率不变。
②恒压：充入“惰性气体”体积增大―→参与反应的物质浓度减小(活化分子浓度减小)―→反应速率减小。
(2)纯液体、固体对化学反应速率的影响
在化学反应中，纯液体和固态物质的浓度为常数，故不能用纯液体和固态物质的浓度变化来表示反应速率，但是固态反应物颗粒的大小是影响反应速率的条件之一，如煤粉由于表面积大，燃烧就比煤块快得多。
(3)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，瞬间v正增大，v逆不变，随后v正逐渐减小，v逆逐渐增大直至平衡。
②增大压强，v正和v逆都增大，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。
2．突破化学平衡状态的判断标志
(1)化学平衡标志的判断要注意“三关注”：一要关注反应条件，是恒温恒容、恒温恒压还是绝热容器；二要关注反应特点，是等体积反应还是非等体积反应；三要关注特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。
如在一定温度下的恒容容器中，当下列物理量不再发生变化时：a.混合气体的压强；b.混合气体的密度；c.混合气体的总物质的量；d.混合气体的平均相对分子质量；e.混合气体的颜色；f.各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比；g.某种气体的百分含量。
①能说明2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是acdg(填字母，下同)。
②能说明I2(g)＋H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是eg。
③能说明2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是acdeg。　
④能说明C(s)＋CO2(g)2CO(g)达到平衡状态的是abcdg。
⑤能说明A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)达到平衡状态的是bdg。
⑥能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是abc。
⑦能说明5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是bdg。
(2)化学平衡标志的判断还要注意“一个角度”，即从微观角度分析判断。
如反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，下列各项能说明该反应达到平衡状态的是①②③④(填序号)。
①断裂1 mol N≡N键的同时生成1 mol N≡N键；
②断裂1 mol N≡N键的同时生成3 mol H—H键；
③断裂1 mol N≡N键的同时断裂6 mol N—H键；
④生成1 mol N≡N键的同时生成6 mol N—H键。
3．掌握化学平衡移动的判断方法
(1)依据勒夏特列原理判断
通过比较平衡破坏瞬时的正、逆反应速率的相对大小来判断平衡移动的方向。
①若外界条件改变，引起v正＞v逆，则化学平衡向正反应方向(或向右)移动；
②若外界条件改变，引起v正＜v逆，则化学平衡向逆反应方向(或向左)移动；
③若外界条件改变，虽能引起v正和v逆变化，但变化后新的v正′和v逆′仍保持相等，则化学平衡没有发生移动。
(2)依据浓度商(Qc)规则判断
通过比较浓度商(Qc)与平衡常数(K)的大小来判断平衡移动的方向。
①若Qc＞K，平衡逆向移动；
②若Qc＝K，平衡不移动；
③若Qc＜K，平衡正向移动。
4．正确理解不能用勒夏特列原理解释的问题
(1)若外界条件改变后，无论平衡向正反应方向移动还是向逆反应方向移动都无法减弱外界条件的变化，则平衡不移动。如对于H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)，由于反应前后气体的分子总数不变，外界压强增大或减小时，平衡无论正向移动还是逆向移动都不能减弱压强的改变。所以对于该反应，压强改变，平衡不发生移动。
(2)催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，所以催化剂不会影响化学平衡。

角度一　化学反应速率的影响因素
1．(2019·高考全国卷Ⅱ)环戊二烯()容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是________(填标号)。

A．T1＞T2
B．a点的反应速率小于c点的反应速率
C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率
D．b点时二聚体的浓度为0.45 mol·L－1
解析：由相同时间内，环戊二烯浓度减小量越大，反应速率越快可知，T1E点
c．反应适宜温度：480～520 ℃
解析：a项，同一点比较正、逆反应速率看反应进行方向，B点反应正向进行，所以v正>v逆，正确；b项，不同点比较正、逆反应速率看反应条件，A点温度低于E点温度，所以v正：A点p＋q，且ΔH>0

(1)t1 时增大反应物的浓度，正反应速率瞬间增大，然后逐渐减小，而逆反应速率逐渐增大；
(2)t2 时升高温度，正反应和逆反应速率均增大，吸热反应的反应速率增大得快；
(3)t3 时减小压强，容器容积增大，浓度变小，正反应速率和逆反应速率均减小，正反应的反应速率减小得多；
(4)t4 时使用催化剂，正反应速率和逆反应速率均瞬间增大但仍相等。
2. 转化率(或含量)—时间图像
反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，m＋n>p＋q，且ΔH>0

(1)图甲表示压强对反应物转化率的影响，对于气体反应物化学计量数之和大于气体生成物化学计量数之和的反应，压强越大，反应物的转化率越大；
(2)图乙表示温度对反应物转化率的影响，对于吸热反应，温度越高，反应物的转化率越大；
(3)图丙表示催化剂对反应物转化率的影响，催化剂只能改变化学反应速率，不能改变反应物的转化率。
3.恒压(温)线
反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，m＋n>p＋q，且ΔH>0

分析时可沿横轴作一条平行于纵轴的虚线，即为等压线或等温线，然后分析另一条件变化对该反应的影响。
4．特殊类型图像
(1)对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，如图所示，M点前，表示从反应物开始，v正＞v逆；M点为刚达到平衡点；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡左移，故正反应ΔH＜0。

(2)对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，如图所示，L线上所有的点都是平衡点。L线的左上方(E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量，所以E点v正＞v逆；则L线的右下方(F点)，v正＜v逆。

5．速率、平衡图像题的分析方法
(1)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。
(2)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。
(3)看清曲线的变化趋势，注意渐变和突变，分清正、逆反应曲线，从而判断反应特点。
(4)注意终点。例如，在浓度—时间图像上，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。
(5)图像中先拐先平数值大。例如，在转化率—时间图像上，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。
(6)定一议二原则。当图像中有三个量时，先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。

题组一　化学反应速率的影响因素及应用
1．下列表格中的各种情况，可以用对应选项中的图像表示的是(　　)
选项
反应
甲
乙
A
外形、大小相同的金属和水反应
Na
K
B
4 mL 0.01 mol·L－1KMnO4溶液分别和不同浓度的2 mL H2C2O4(草酸)溶液反应
0.1 mol·L－1的H2C2O4溶液
0.2 mol·L－1的H2C2O4溶液
C
5 mL 0.1 mol·L－1Na2S2O3溶液和5 mL 0.1 mol·L－1H2SO4溶液反应
热水
冷水
D
5 mL 4%的过氧化氢溶液分解放出O2
无MnO2粉末
加MnO2粉末

解析：选C。由于K比Na活泼，故外形、大小相同的金属K和Na分别与水反应，K的反应速率更快，又由于Na、K与H2O反应均为放热反应，随着反应的进行，放出大量的热，反应速率逐渐加快，A项不正确；由于起始时乙中H2C2O4浓度大，故其反应速率比甲快，B项不正确；由于甲反应是在热水中进行的，温度高，故甲的反应速率大于乙，随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，故甲、乙反应速率逐渐减小，C项正确；MnO2在H2O2的分解过程中起催化作用，故乙的反应速率大于甲，D项不正确。
2．(双选)(2020·山东等级考模拟)热催化合成氨面临的两难问题是采用高温增大反应速率的同时会因平衡限制导致NH3产率降低。我国科研人员研制了Ti­H­Fe双温区催化剂(Ti­H区域和Fe区域的温度差可超过100 ℃)。Ti­H­Fe双温区催化合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。下列说法正确的是(　　)

A．①为N≡N键的断裂过程
B．①②③在高温区发生，④⑤在低温区发生
C．④为N原子由Fe区域向Ti­H区域的传递过程
D．使用Ti­H­Fe双温区催化剂使合成氨反应转变为吸热反应
解析：选BC。A选项，经历①过程之后氮气分子被催化剂吸附，并没有变成氮原子，A错误。B选项，①为催化剂吸附N2的过程，②为形成过渡态的过程，③为N2解离为N的过程，以上都需要在高温区进行。④⑤在低温区进行是为了增大平衡产率，B正确。C选项，由题中图示可知，过程④完成了Ti­H­Fe＋*N到Ti­H­*N­Fe两种过渡态的转化，N原子由Fe区域向Ti­H区域传递，C正确。D选项，化学反应不会因加入催化剂而改变吸放热情况，D错误。
3．Ⅰ.已知：反应aA(g)＋bB(g)cC(g)，某温度下，在2 L的密闭容器中充入一定量的A、B，两种气体的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。

(1)经测定前4 s内v(C)＝0.05 mol·L－1·s－1，则该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)请在图中将生成物C的物质的量浓度随时间的变化曲线绘制出来。
(3)若上述反应分别在甲、乙、丙三个相同的密闭容器中进行，经同一段时间后，测得三个容器中的反应速率分别为
甲：v(A)＝0.3 mol·L－1·s－1，
乙：v(B)＝0.12 mol·L－1·s－1，
丙：v(C)＝9.6 mol·L－1·min－1，
则甲、乙、丙三个容器中反应速率由快到慢的顺序为__________________。
Ⅱ.密闭容器中发生如下反应：A(g)＋3B(g)2C(g)　ΔH，则用A表示的反应速率比用B表示的反应速率大。
3．在分析影响化学反应速率的因素时，要理清主次关系。
题组二　利用图像、Q与K的关系判断化学平衡状态
4．汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)　ΔH＜0。若该反应在绝热、恒容的密闭容器中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是________(填序号)。



解析：①达到平衡时，v正应保持不变。②由于该反应是放热反应，又是绝热容器，体系温度升高，平衡左移，K减小。③w(NO)逐渐减小，达到平衡时保持不变。④因正反应放热，容器绝热，故反应开始后体系温度升高，达到平衡状态时，体系温度不再发生变化。⑤ΔH是一个定值，不能用于判断可逆反应是否达到平衡状态。
答案：②③④
5.一定温度下，将2 mol NO、1 mol CO充入1 L固定容积的密闭容器中发生反应：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH