高中化学 2021届高考二轮精品专题六 化学反应速率与化学平衡 学生版

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专题 六
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化学反应速率与化学平衡




命题趋势

1．了解化学反应速率的概念及反应速率的定量表示方法。
2．了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。
3．掌握化学平衡的特征，了解化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行相关计算。
4．理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率和化学平衡的影响，认识其一般规律。
5．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。
Ⅰ．客观题
(1)考查化学反应速率、化学平衡常数的简单计算。
(2)外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响，化学平衡状态的判断。
(3)以图像表格考查化学反应速率、化学平衡的综合应用。
Ⅱ．主观题
常常与基本理论，工业生产相联系，通过图像或表格提供信息进行命题，主要考查化学反应速率的表示方法、外界条件对速率和平衡的影响规律、化学平衡常数的应用以及平衡转化率、起始或平衡浓度的计算等。
考点清单

一、化学反应速率及影响因素
1．对化学反应速率计算公式的理解
对于反应mA(g)+nB(g)===cC(g)+dD(g)
(1)计算公式：v(B)＝＝。
(2)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，存在如下关系：v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶c∶d。
(3)注意事项
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，而不是即时速率，且计算时取正值。
2．外界条件对化学反应速率的影响

3．稀有气体对反应速率的影响
(1)恒容：充入“惰性气体”总压增大―→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”体积增大物质浓度减小(活化分子浓度减小)反应速率减小。
二、平衡的判定与平衡移动原理
1．化学平衡状态的判断标志
(1)速率标志
①同一物质在同一时间内生成速率与消耗速率相等。
②不同物质在相同时间内代表反应方向相反时的化学反应速率比等于化学计量数之比。
(2)物质的数量标志
①平衡体系中各物质的质量、浓度、百分含量等保持不变。
②反应物消耗量达到最大值或生成物的量达到最大值(常用于图像分析中)。
③不同物质在相同时间内代表反应方向相反的量(如物质的量、物质的量浓度、气体体积)的变化值之比等于化学计量数之比。
(3)特殊的标志
①对反应前后气体分子数目不同的可逆反应来说，当体系的总物质的量、总压强(恒温恒容时)、平均相对分子质量不变。
②有色体系的颜色保持不变。
(4)依Q与K关系判断：若Q＝K，反应处于平衡状态。
2．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(Q)规则判断
通过比较浓度商(Q)与平衡常数(K)的大小来判断平衡移动的方向。
①若Q＞K，平衡逆向移动；
②若Q＝K，平衡不移动；
③若Q＜K，平衡正向移动。
三、平衡常数、转化率的判断
1．化学平衡计算中常用公式
对于可逆反应：aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)在一定温度下达到化学平衡时，其计算的表达式为
(1)化学平衡常数K＝(式中的浓度是指平衡状态的浓度)
Kp＝
其中p(C)、p(D)分别为C、D两气体的分压，气体的分压＝气体总压×体积分数
(2)转化率计算公式
转化率(α)＝×100%
(3)平衡常数的关系
①反应1(平衡常数为K1)+反应2(平衡常数为K2)＝反应3(平衡常数为K3)，则K3＝K1·K2。
②若两反应互为可逆反应，其平衡常数互为倒数关系。
③若反应系数扩大2倍，其平衡常数为原来的2次方。
四、化学反应速率与化学平衡图像的综合判断
1．理解化学反应速率与化学平衡的5种常见图像
(1)浓度(或物质的量)—时间图像

描述可逆反应到达平衡的过程，如：反应A(g)+B(g)AB(g)的浓度—时间图像如图所示。
(2)体积分数—温度图像

描述平衡进程，如：在容积相同的不同密闭容器内，分别充入相同量的N2和H2，在不同温度下，任其发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，在某一时刻，测定NH3的体积分数，如图所示，A、B未到达平衡；C点最大，恰好到达平衡；D、E体积分数变小，是升温平衡逆向移动的结果。可推知该反应为放热反应。
(3)速率—时间图像

描述平衡移动的本质，如：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH＝-92.4kJ·mol−1，在一定条件下达到化学平衡，现升高温度使平衡发生移动，正、逆反应速率(v)变化图像如图所示。
(4)物质的量(或浓度、转化率、含量)—时间—温度(或压强)图像

描述温度(或压强)对平衡移动的影响，如：放热反应2X(g)+Y(g)2Z(g)，在不同温度(T1和T2)及压强(p1和p2)下，产物Z的物质的量n(Z)与反应时间t的关系如图所示，则：T1＞T2，p1＞p2。
(5)恒压(或恒温)线

描述反应在不同压强或温度下，平衡移动与反应特征的关系，如：mA(g)+nB(g)xC(g)+yD(g)，A的转化率RA与p、T的关系如图所示，则该反应的正反应吸热，m+n＞x+y。
2．速率、平衡图像题的解题模板



精题集训
（70分钟）

经典训练题

1．某温度时，若向2L体积恒定的密闭容器中充入一定量X(g)和Y(g)发生反应：X(g)+Y(g)Z(s)+2W(g)，其中X、W的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列说法中正确的是（ ）

A．点A时反应达到平衡状态
B．前10min内，(Y)=0.02mol·L−1·min−1
C．第10min时，改变的外界条件可能是加入催化剂
D．第10min时，改变的外界条件可能是增大Z的量
2．下列说法正确的是（ ）
A．增大反应物浓度，可增大单位体积内活化分子的百分数从而使有效碰撞次数增大
B．有气体参加的化学反应，若增大压强(即缩小反应容器的体积)，可增加活化分子的百分数，从而使反应速率增大
C．催化剂不影响活化能但能增大单位体积内活化分子百分数，从而增大反应速率
D．升温能使化学反应速率增大，主要原因是增加了反应物分子中活化分子的百分数
3．将NO2装入带活塞的密闭容器中，当反应2NO2(g)N2O4(g)达到平衡后，改变下列一个条件，其中叙述正确的是（ ）
A．升高温度，气体颜色加深，则此反应为吸热反应
B．慢慢压缩气体体积，平衡向右移动，混合气体颜色变浅
C．慢慢压缩气体体积，若体积减小一半，压强增大，但小于原来的两倍
D．恒温恒容时，充入惰性气体，压强增大，平衡向右移动，混合气体的颜色变浅
4．甲烷水蒸气催化重整是制备高纯氢的方法之一，反应为CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。在不同温度下，向a、b两个恒温恒容的密闭容器中均通入1.1mol CH4(g)和1.1mol H2O(g)，测得容器a中CO物质的量、容器b中H2物质的量随时间的变化曲线如图所示(已知容器a、b的体积为2L)。下列说法正确的是（ ）

A．该反应为放热反应
B．a容器前4min用CH4表示的平均反应速率为0.125mol/(L∙min)
C．两容器达到平衡时，b容器中CO的体积分数大于a容器
D．a容器达到平衡后，再充入1.1mol CH4(g)和1mol CO(g)，此时v正＜v逆
5．在一支试管中加入少量氯化钴晶体，再逐滴加入浓盐酸至晶体完全溶解，然后滴加水至溶液呈紫色为止。溶液中存在如下平衡：(aq)(粉红色)+4Cl−(aq)(aq)(蓝色)+6H2O(l) ∆H，下列说法不正确的是（ ）
A．向溶液中加入适量的稀硫酸，平衡正向移动，溶液为蓝色
B．将试管放入热水水中，溶液变成粉红色，则∆H＜0
C．当溶液中v正[()]=v逆()时，说明反应达到平衡状态
D．该反应的平衡常数K=
高频易错题

1．在25℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表：
物质
X
Y
Z
初始浓度/mol·L−1
0.1
0.2
0
平衡浓度/mol·L−1
0.05
0.05
0.1
下列说法错误的是（ ）
A． 反应达到平衡时，X的转化率为50％
B． 反应可表示为X+3Y2Z，其平衡常数为1600
C． 增大压强使平衡向生成Z的方向移动，平衡常数增大
D．改变温度可以改变此反应的平衡常数
2．下列图示与对应的叙述相符的是（ ）

A．图甲表示镁条与盐酸反应的化学反应速率随反应时间变化的曲线，说明t1时刻溶液的温度最高
B．图乙是恒温密闭容器中发生CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)反应时c(CO2)随反应时间变化的曲线，说明t1时刻改变的条件可能是缩小容器的体积
C．图丙表示等量NO2在容积相同的恒容密闭容器中，不同温度下分别发生反应：2NO2(g)N2O4(g)，相同时间后测得NO2含量的曲线，则该反应的ΔH>0
D．图丁表示密闭容器中CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)到达平衡时，CH4的转化率与压强、温度的变化关系曲线，说明p1>p2
3．5mL 0.1mol/L KI溶液与1mL 0.1mol/L FeCl3溶液发生反应达到平衡：2Fe3+(aq)+2I−(aq)2Fe2+(aq)+I2(aq)，下列说法不正确的是（ ）
A．加入苯，振荡，平衡正向移动
B．当体系颜色不再改变时，表明已达到平衡状态
C．加入KCl溶液，平衡不移动
D．该反应的平衡常数K=
4．能表示H2(g)+I2(g)2HI(g)已经达到平衡状态的标志是（ ）
①c(H2)=c(I2)=c(HI)时
②c(H2)∶c(I2)∶c(HI)=1∶1∶2时
③c(H2)、c(I2)、c(HI)不再随时间而改变
④单位时间内生成n mol H2的同时生成2n mol HI
⑤单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol I2
⑥反应速v(H2)=v(I2)=1/2v(HI)
⑦一个H-H键断裂的同时有两个H-I键断裂
⑧温度和体积一定时，容器内压强不再变化
⑨温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化
⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化
⑪条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化
A．③④⑦⑨⑩ B．③④⑦⑨ C．②③④⑦⑨ D．②③④⑥⑦⑨
5．在3个初始温度均为T℃的密闭容器中发生反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH3.2
C．平衡时v正(SO2)：v(I)v(正)
C．其他条件不变，向平衡体系中再充入0.32mol气体C，到达平衡时，n(C)=0.24mol
D．其他条件不变，向平衡体系中通入A、B、C各0.1mol气体，气体B的转化率不变
精准预测题

1．下列说法正确的是（ ）
A．对于2A(s)+B(g)2C(g)的反应，加入A，反应速率加快
B．2NO2N2O4(正反应放热)，升高温度，v(正)增大，v(逆)减小
C．100mL 2mol/L稀盐酸与足量的锌反应时，加入少量硫酸铜固体，生成氢气的速率加快
D．一定温度下，反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在密闭容器中进行，恒压，充入He反应速率不变
2．一定条件下的密闭容器中发生反应：4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)　ΔH=-905.9kJ·mol−1，下列叙述正确的是（ ）
A．4mol NH3和5mol O2反应，达到平衡时放出的热量为905.9kJ
B．平衡时，v正(O2)=v逆(NO)
C．平衡后降低压强(增大体积)，混合气体的平均摩尔质量增大
D．平衡后升高温度，混合气体中NO的含量降低
3．将CO2转化为甲醇的原理为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔHv逆
5．在恒温条件下，向盛有食盐的2L恒容密闭容器中加入0.2mol NO2、0.2moI NO和0.1mol Cl2，发生如下两个反应：①2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g) ΔH1＜0平衡常数K1；②2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g) ΔH2＜0平衡常数K2；10分钟时反应达到平衡，测得容器内体系的压强减少20%，10分钟内用ClNO(g)表示的平均反应速率v(ClNO)=7.5×10−3mol/(L·min)。下列说法正确的是（ ）
A．平衡时NO2的转化率为50%
B．平衡后c(NO)=2.5×10−2mol·L−1
C．其它条件保持不变，反应在恒压条件下进行，则平衡常数K2增大
D．反应4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数为K22-K1
6．在恒温恒压下，向密闭容器中充入4mol SO2和2mol O2，发生如下反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH”“1.4/2/2mol·(L·min)−1=0.35mol·(L·min)−1，故A错误；B．2min后，向容器中再通入一定量的SO3气体，平衡左移，重新达到平衡时，SO2的含量提高，故B错误；C.若把条件“恒温恒压”改为“恒压绝热”，反应放热，升温平衡左移，则平衡后n(SO3)小于1.4mol，故C错误；D．该反应气体物质的量减小，若把条件“恒温恒压”改为“恒温恒容”，相当于减压，平衡左移，则平衡时放出热量小于Q kJ，故D正确。故选D。
7．【答案】D
【解析】A．2min内容器甲中SO2消耗的物质的量等于消耗NO2的物质的量，2min内SO2的平均速率，故A错误；B．反应NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)为气体体积不变的反应，压强不影响平衡，则容器甲和丙互为等效平衡，平衡时反应物转化率相等，因为丙中各组分浓度为甲的2倍，则容器丙中的反应速率较大，故B错误；C．80℃时，以甲容器计算平衡常数为1，温度升至90℃，上述反应平衡常数为1.56>1，则升高温度平衡向正反应方向移动，则正反应为吸热反应，该反应的ΔH>0，故C错误；D．原容器乙达到平衡时NO的浓度为x mol∙L−1，
NO2(g) + SO2(g)SO3(g)+NO(g)
起始量（mol·L−1） 0.2 0.1 0 0
变化量（mol·L−1） x x x x
平衡量（mol·L−1） 0.2-x 0.1-x x x
，解得，当容器乙中若起始时改充0.10mol·L−1 NO2和0.20mol·L−1 SO2，达到平衡时NO的浓度为y mol∙L−1，则，，因此达到平衡时c(NO)与原平衡相同，故D正确；答案选D。
8．【答案】C
【解析】根据题意，从产物纯度的角度考虑，丙烯和乙烯的质量比越高越好，由温度对平衡时各物质的百分含量影响可知，300℃时丙烯和乙烯的质量比较大；根据压强对丙烯和乙烯的质量比的影响可知在0.5MPa时丙烯和乙烯的质量比较大，因此选择的条件是300℃、0.5MPa，答案选C。
9．【答案】C
【解析】A．a点所在曲线先达到平衡，所以a点所在曲线温度高，a、b两点SiHCl3的转化率相同，则浓度相同，a点温度更高，所以va＞vb，故A正确；B．据图可知a点曲线代表343K，据图可知平衡时SiHCl3转化率为22%，设SiHCl3的初始浓度为1mol/L，则Δc(SiHCl3)=0.22mol/L，则平衡时c(SiHCl3)=0.78mol/L，根据方程式可知平衡时SiH2Cl2和SiCl4的浓度均为0.11mol/L，所以平衡常数为=0.02，故B正确；C．该反应前后气体系数之和相等，压强不能影响平衡转化率，故C错误；D．更高效的催化剂可以进一步加快反应速率，缩短反应达到平衡的时间，故D正确；综上所述答案为C。
10．【答案】（1）2CO(g)+SO2(g)=S(l)+2CO2(g) ΔH=-270kJ/mol
（2）0.375 10% 256/3p02 C 逆反应 <
【解析】（1）根据原子守恒，生成的无毒气体是二氧化碳，发生的反应为2CO(g)+SO2(g)=S(l)+2CO2(g)。将题给两个热化学方程式由上至下依次编号为①和②，根据盖斯定律①-②可得所求反应的热化学方程式，即2CO(g)+SO2(g)=S(l)+2CO2(g) ΔH=-566kJ/mol-（-296kJ/mol）=-270kJ/mol。故答案为：2CO(g)+SO2(g)=S(l)+
2CO2(g) ΔH=-270kJ/mol；（2）①0～4min，CO的浓度减少了0.5mol/L，则氢气的浓度减少了1.5mol/L，H2的平均反应速率v(H2)=1.5mol/L÷4min=0.375mol·(L·min)−1，故答案为：0.375；
②反应
CO2平衡时的体积分数等于浓度百分比，即，起始时充入1mol CO2和3mol H2，压强为p0 ，平衡时，气体总物质的量为2.5mol，压强为0.625p0，，故答案为：10%；256/3p02；③A．v正(CH3OH)=3v逆(H2)，说明正逆反应速率不相等，故不能说明反应已达平衡，故A错误；B．CO2、H2、CH3OH和H2O浓度之比为1∶3∶1∶1，与投料有关，不能说明反应已达平衡，故B错误；C．恒温恒压下，气体的体积不再变化，说明反应已达平衡，故C正确；D．恒温恒容下，气体的密度不是一个变量，当其不再变化，不能说明反应达到平衡，故D错误；故答案为：C；④容器乙Qc==8，可根据曲线图算出反应的平衡常数=5.3，Qc＞K，平衡逆向进行。将容器甲的投料归到右边相当于是1mol甲醇和1mol水蒸气，所以最终平衡时c1＜c2，故答案为：逆反应；＜；
【点评】本题考查热化学反应、化学平衡的计算。在理解所学各部分化学知识的本质区别与内在联系的基础上，运用所掌握的知识进行必要的分析、类推或计算，解释、论证一些具体化学问题。
11．【答案】（1）-209.9
（2） AC ×p(总) 4.2 3.6
（3） 恒压通入水蒸气，容器容积增大，反应体系相当于被减压，平衡正向移动，解聚反应转化率提高 571.4
【解析】(1)根据 ΔH=+109.4kJ·mol−1； ΔH=-100.5
kJ·mol−1可知，液态环戊二烯发生氢化反应生成1mol液态环戊烷C5H10(l)的ΔH=-100.5-(+109.4)=-209.9kJ·mol−1；故答案为：-209.9；(2)①根据反应，2C5H6(g)=C10H12(g) ΔH