考点16 化学反应的速率与限度（考点归纳）——2023年高中化学学业水平考试专项精讲+测试（人教版2019必修1+必修2）

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考点16 化学反应的速率与限度

1．了解化学反应速率的概念，知道化学反应速率的表示方法。
2．掌握化学反应速率的简单计算。
3．知道浓度、温度和催化剂等外界条件对化学反应速率的影响。
4．了解可逆反应、化学平衡的建立过程，认识化学平衡状态的特征。
5．知道化学平衡状态是化学反应的限度，反应条件的变化能改变化学反应的限度。
6．初步了解调控化学反应速率的常用方法，了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。

考点一　化学反应速率的含义及表示方法
1．概念：化学反应速率是用来衡量化学反应过程进行快慢程度的物理量。
2．表示方法：通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量(均取正值)来表示。
3．计算：表达式为v＝或v＝。式中：Δc为浓度的变化量，一般以mol·L－1为单位；Δt为时间，一般以s或min为单位。
4．常用单位mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1。
4．定量法比较化学反应速率的大小
(1)归一法：换算成同一物质表示的速率，再比较数值的大小。
(2)比值法：比较化学反应速率与化学计量数的比值。如aA(g)＋b(B)gcC(g)，即比较与，若>，则用A表示时的反应速率比用B表示时大。
【温馨提示】
(1)Δt表示某一时间段，故化学反应速率是平均速率，而非瞬时速率。
(2)表示化学反应速率时，必须指明具体的物质，因为同一化学反应，用不同的物质表示反应速率，其数值可能不同。例如，化学反应N2＋3H22NH3，用H2表示该反应的反应速率时应写成v(H2)。
(3)对于有固体或纯液体参加的反应，由于固体或纯液体的浓度为一常数，即Δc＝0(无意义)，所以不用固体或纯液体表示反应速率。
(4)对于一个具体的化学反应，反应物和生成物的物质的量的变化是按化学方程式中化学计量数之比进行的，所以化学反应中各物质的反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。
(5)在同一时间内的同一个化学反应里，虽然用不同物质表示的化学反应速率不一定相同，但它们表示的意义相同，即一种物质的化学反应速率就代表了整个化学反应的反应速率。
考点二 影响化学反应速率的因素
1．影响化学反应速率的因素
(1)内因：反应物本身的性质是影响反应速率的主要因素。
(2)外因
①浓度：增大反应物的浓度可以增大化学反应速率。
②压强：对于有气体参加的反应来说，增大压强，就是增加单位体积里反应物的物质的量，即增大反应物的浓度，因而可以增大化学反应速率。改变体系的压强时，固态和液态物质受压强的影响很小，可以忽略不计。
③温度：当其他条件不变，升高温度一般可以使化学反应速率增大。
④催化剂：当其他条件不变时，加入催化剂一般可以使化学反应速率增大。
⑤其他因素：反应物间的接触面积，粉末状的物质比块状的反应速率快，此外，还有光辐射、放射线辐照、超声波等因素。
【温馨提示】压强对化学反应速率的影响是通过改变浓度实现的，所以分析压强的改变对反应速率的影响时要从浓度是否发生改变的角度来分析：
①恒温恒容时：充入气体反应物压强增大浓度增大速率加快。
②恒温恒容时：充入惰性气体总压强增大，但各气体物质的量浓度不变，反应速率不变。
③恒温恒压时：充入惰性气体压强不变体积增大各气体物质浓度减小反应速率减慢。
④恒温时：缩小容器体积→容器压强增大→反应物浓度增大→反应速率加快。
2．控制化学反应条件的意义
通过对化学反应条件的控制，改变化学反应速率和化学反应的限度，促进对人类有利的化学反应，抑制有害的化学反应。
考点三　可逆反应
1．含义：在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的化学反应。
2．特征
ZXXK]
3．表示方法：化学方程式用“”连接，如CO2＋H2OH2CO3。
考点四　化学反应的限度
1．化学平衡状态
(1)建立过程
①过程分析

②图像描述

(2)基本概念：化学平衡状态就是指在一定条件下可逆反应当进行到一定程度时，正反应速率与_逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度不再改变，达到一种表面静止的状态，又简称化学平衡。
2．化学反应的限度：化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到或完成的最大程度，也就是反应所能进行的最大限度，在该条件下反应物的转化率最大
3．化学平衡状态的特征

4．化学平衡状态的判断依据
(1)直接依据——根据速率关系
①同一物质：生成速率＝消耗速率，即v正(A)＝ v逆(A)。
②不同物质：速率之比＝化学计量数之比，但必须是不同方向的速率，如aA＋bBcC＋dD，＝ 。
(2)间接依据——根据各组分的量[来源:Zxxk.Com]
①各组分质量、物质的量、分子个数、物质的量浓度不变；对于有颜色变化的可逆反应，颜色不再改变；反应物的转化率不再变化。
②各组分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数不变。
③反应前后气体化学计量数改变的反应：气体的总物质的量、恒温恒容条件下气体的总压强不变。
④恒温恒容条件下，有气体参加且物质状态反应前后改变的反应：混合气体的密度不变。
考点三　化学反应条件的控制



考向一 化学反应速率
【例1】在不同条件下分别测得反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的化学反应速率，其中表示该反应进行得最快的是( )
A． B．
C． D．
【答案】B
【解析】由反应速率与化学计量数成正比，则速率与系数的比值越大，反应越快；A项，；B项，；C项，；D项，；则反应进行得最快的是B项，故选B。
【例2】一定温度下，在2L容积不变的密闭容器中发生反应：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)。反应过程中部分数据如下：
n/mol
t/min
n(SO2)
n(O2)
n(SO3)
0
0.2
0.2
0
5


0.18
10
0.02


下列说法不正确的是( )
A．使用催化剂是为了增大反应速率
B．0～5min内，用SO2表示的平均反应速率为0.036mol/(L·min)
C．容器内气体压强保持不变，说明反应已达到平衡状态
D．5min时，SO2的转化率已达到该条件下的最大值
【答案】B
【解析】A项，使用催化剂是为了增大反应速率，缩短到达平衡的时间，A正确；B项，0～5min内生成0.18mol三氧化硫，根据方程式可知消耗0.18mol二氧化硫，用SO2表示的平均反应速率为＝0.018mol/(L·min)，B错误；C项，正反应体积减小，则容器内气体压强保持不变，说明反应已达到平衡状态，C正确；D项，5min时剩余二氧化硫是0.2mol－0.018mol＝0.02mol，这说明产生反应已经达到平衡状态，SO2的转化率已达到该条件下的最大值，D正确；故选B。
考向二 化学反应平衡状态
【例3】在一定条件下容积不变的密闭容器中，发生可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)下列情况不能说明该反应一定达到化学平衡的是( )
A．NH3的质量保持不变 B．N2、H2和NH3的物质的量之比为1：3：2
C．正反应和逆反应的速率相等 D．容器内压强不再改变
【答案】B
【解析】A项，NH3的质量保持不变说明正逆反应速率相等，反应已达到平衡，故A正确；B项，N2、H2和NH3的物质的量之比为1：3：2不能说明正逆反应速率相等，无法判断反应是否达到平衡，故B错误；C项，正反应和逆反应的速率相等说明反应已达到平衡，故C正确；D项，该反应是气体体积减小的反应，反应中容器内压强减小，则容器内压强保持不变说明正逆反应速率相等，反应已达到平衡，故D正确；故选B。
【例4】在容积不变的密闭容器中发生反应N2 (g)+3H2(g)2NH3(g)，下列叙述能说明该反应一定处于化学平衡状态的是( )
A．N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2 B．N2的正反应速率与NH3的逆反应速率相等
C．当有1molN≡N断裂时，有生成 D．单位时间内生成2amolNH3，同时生成amolN2
【答案】D
【解析】A项，因各物质起始投料量未知，故达到平衡状态时各物质浓度无法判断，当N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2时，反应不一定达到平衡状态，选项A不符合题意；B项，N2的正反应速率与NH3的逆反应速率相等，说明正逆反应速率不相等，则反应未达平衡状态，选项B不符合题意；C项，当有1molN≡N键断裂时，则一定有6molN—H键生成，但未必有6molN—H键断裂，不能说明正逆反应速率相等，反应不一定达到平衡状态，选项C不符合题意；D项，反应发生时，根据反应方程式计量数可知，若生成2amolNH3，同时会消耗amolN2，此时若同时生成amolN2，，确定反应达到平衡状态，选项D符合题意；故选D。
考向三 化学反应速率图象
【例5】恒温时向2 L密闭容器中通入一定量的气体X和Y，发生反应：2X(g)+Y(g) 3Z(g)，Y的物质的量n(Y)随时间t变化的曲线如图所示。下列说法正确的是( )

A．正反应速率a点比b点小
B．t0 min时该反应停止反应
C．t0 min时，c(Z)=0.75 mol/L
D．当密闭容器中的压强不再变化，该可逆反应达到了化学平衡状态
【答案】C
【解析】A项，反应开始加入一定量的气体X和Y，则反应2X(g)+Y(g) 3Z(g)从正反应方向进行，随着反应的进行，正反应速率越来越小，到平衡时达到最小值，则根据图示可知a点的正反应速率大于b点的正反应速率，A错误；B项，可逆反应从b点开始达到平衡，化学平衡为动态平衡，此时反应仍然在进行，正反应速率等于逆反应速率反应继续进行，B错误；C项，从图像中可以看出，从反应开始到平衡，参加反应的Y的物质的量为0.5 mol，根据物质反应转化关系可知：生成的Z的物质的量为1.5 mol，由于容器的容积是2 L，因此t0 min时，c(Z)==0.75mol/L，C正确，D项，该反应是一个反应前后气体物质的量不变的反应，体系的压强始终不变，因此不能根据压强不变判断反应是否达到平衡状态，D错误；故选C。
【例6】一定温度下，向容积为2L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应生成另外两种气体，反应中各物质的物质的量变化如图所示，对该反应的推断合理的是( )

A．该反应的化学方程式为2C+4D6A+3B
B．反应进行到1s时，v(A)正=v(C)逆
C．反应进行到6s时，B的平均反应速率为0.05mol(L·s)
D．向容器中通入少量稀有气体，反应速率将变小
【答案】C
【解析】A项， 根据图知，B、C是反应物而A、D是生成物，6s内△n(A)=(1.2-0)mol=1.2mol、△n(B)=(1.0-0.4)mol=0.6mol、△n(C)=(1.0-0.2)mol=0.8mol、△n(D)=(0.4-0)mol=0.4mol，相同时间内A、B、C、D的计量数之比等于其物质的量之比=1.2mol：0.6mol：0.8mol：0.4mol=6：3：4：2，该反应方程式为3B(g)+4C(g)⇌6A(g)+2D(g)，故A错误；B项， 同一段时间内，各物质的反应速率之比等于其计量数之比，反应进行到1s时，2v(A)正=3v(C)逆，故B错误；C项，反应进行到6s时，v(B)==0.05 mol•L-1•s-1，故C正确；D项，向容器中通入少量稀有气体，容积不变，反应速率将不变，故D错误；故选C。
考向四 化学反应条件的控制
【例7】一定条件下，等物质的量的N2与H2在密闭容器中发生反应：N2+3H22NH3(该反应放热)，下列说法不正确的是( )
A．化工生产过程中，反应温度的高低会对氨的产率产生影响
B．平衡时缩小容器体积，正逆反应速率都增大
C．加入催化剂，可以缩短反应达到平衡的时间
D．当N2的体积分数保持不变时，可以说明反应达到了化学平衡状态
【答案】D
【解析】A项，合成氨是放热反应，升高温度平衡逆向移动，化工生产过程中，反应温度的高低会对氨的产率产生影响，故A正确；B项，平衡时缩小容器体积，反应混合物的浓度增大，正逆反应速率都增大，故B正确；C项，加入催化剂，可以加快反应速率，可以缩短反应达到平衡的时间，故C正确；D项，如果同时充入稀有气体，当N2的体积分数保持不变时，氢气、氨气的浓度降低，平衡也会发生移动，不能说明反应达到了化学平衡状态，故D错误；故选D。
【例8】2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)(反应正向放热)是工业制硫酸的重要反应，下列说法不正确的是( )
A．其他条件不变，使用催化剂能同时提高反应速率和 SO2 的平衡转化率
B．其他条件不变，升高温度能加快反应速率，但 SO2 的平衡转化率降低
C．其他条件不变，通入过量空气能提高 SO2 的平衡转化率
D．其他条件不变，增大压强能同时提高反应速率和 SO2 的平衡转化率，但成本增加
【答案】A
【解析】A项，使用催化剂只能提高反应速率，不能提高SO2的平衡转化率，故A错误；B项，该反应的正反应为放热反应，升高温度能加快反应速率，但平衡逆向移动，SO2的平衡转化率降低，故B正确；C项，通入过量空气能增大氧气的浓度，使平衡正向移动，提高SO2的平衡转化率，故C正确；D项，增大压强即压缩体积，增大了物质浓度，能提高反应速率；该反应为分子数减小的反应，增大压强平衡正向移动，SO2的平衡转化率增大，但压强增大对设备要求提高，生产成本增加，故D正确；故选A。

1．下列说法正确的是( )
A．既没有气体参与也没有气体生成的反应，压强改变几乎不会影响化学反应速率
B．化学反应速率常用反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量表示
C．平衡时的转化率是指平衡时反应物的物质的量与其初始物质的量之比
D．化学平衡是所有可逆反应都存在的一种状态，达到这一状态时反应停止
【答案】A
【解析】A项，既没有气体参与也没有气体生成的反应，压强改变后反应物、生成物的浓度不变，即改变压强几乎不会影响化学反应速率，A正确；B项，化学反应速率常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量表示，B错误；C项，平衡时的转化率是指平衡时反应物转化的物质的量与其初始物质的量之比，C错误；D项，化学平衡是所有可逆反应都存在的一种状态，达到这一状态时正逆反应速率相等，但不为0即反应并未停止，D错误；故选A。
2．对于可逆反应M＋NQ达到平衡时，下列说法正确的是( )
A．M、N、Q三种物质的浓度一定相等 B．M、N全部变成了Q
C．反应混合物中各组分的浓度不再变化 D．反应已经停止
【答案】C
【解析】可逆反应不会进行到底，是动态平衡，B、D两项均错误；M、N、Q三种物质的浓度不一定相等，A项错误。
3．把下列四种X溶液分别加入四个盛有10mL 2mol/L盐酸的烧杯中，均加水稀释到50mL，此时，X和盐酸缓慢地进行反应，其中反应最快的是( )
A．10℃20mL 3mol/L的X溶液 B．20℃30mL 2mol/L的X溶液
C．20℃10mL 4mol/L的X溶液 D．10℃10mL 2mol/L的X溶液
【答案】B
【解析】在化学反应中，当其它条件不变时，浓度越大，反应速率越快；温度越高，反应速率越快。根据温度越高速率越快，故排除A、D，根据浓度，B稀释完后，X的实际浓度为0.03×2/0.05=1.2mol/L，C为0.01×4/0.05=0.8mol/L，B的最终浓度大于C，故选B。
4．某实验探究小组模拟汽车尾气催化处理过程，在一定温度下，向5L容积固定的密闭容器中充入2molCO(g)和2molNO(g)，发生反应2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g)。下列有关说法一定正确的是( )
A．经过足够长时间，NO的浓度能减小为0
B．CO与CO2的浓度之比为1∶1时，此反应一定达到了化学反应限度
C．在反应过程中，CO与NO物质的量始终相等
D．在反应过程中，容器中气体的压强一直没有变化
【答案】C
【解析】A项，该反应是可逆反应，反应物不能完全转化，则NO的浓度不可能减小为0，A错误；B项，由变化的浓度与系数成正比，起始投入2molCO(g)和2molNO(g)，当转化率为50%时，生成1molCO2，剩余1molCO，此时浓度之比为1:1，由于该反应转化率未知，CO与CO2的浓度之比为1∶1时，此反应不一定达到平衡，反应不一定达到了化学反应限度，B错误；C项，起始投入2molCO(g)和2molNO(g)，由变化的浓度与系数成正比，变化的CO与NO物质的量相同，则在反应过程中，CO与NO物质的量始终相等，C正确；D项，在恒温恒容下，物质的量与压强成正比，该反应前后气体分子数不相等，则在反应过程中，容器中气体的压强会变化，至平衡时压强不变，D错误；故选C。
5．一定温度下，在体积为2L的密闭容器中通入一定量的NO2和N2O4发生反应：2NO2(g，红棕色) N2O4(g，无色)。各物质的物质的量随时间变化如图所示。下列说法正确的是( )

A．X代表NO2的物质的量随时间变化
B．2min内，v(Y)=0.4mol•L-1•min-1
C．当容器中混合气体密度不变时，可判断该反应已达平衡状态
D．反应达到最大限度时，Y的转化率为80%
【答案】D
【解析】A项，X的物质的量在增加，应是生成物N2O4，A错误；B项，2min内，v(Y)=∆c/∆t=(1-0.2)mol/2L÷2min=0.2mol•L-1•min-1，B错误；C项，该容器是恒容密闭容器，混合气体的体积不变，质量不变，则密度一直不变，密度不能作为平衡状态判据，C错误；D项，2min后Y的浓度不再变化，说明反应达到最大限度时，Y的转化率为∆n/n0=(1-0.2)/1×100%=80%，D正确；故选D。
6．一定条件下，将3molA气体和1molB气体混合于固定容积为2L的密闭容器中，发生反应：3A(g)+B(g)C(g)+2D(s)。2min末该反应达到平衡，生成D的物质的量随时间的变化情况如图所示。下列判断正确的是( )

A．若混合气体的密度不再改变时，该反应不一定达到平衡状态
B．2min后，加压会使正反应速率加快，逆反应速率变慢
C．反应过程中A和B的转化率之比为1∶1
D．从开始到平衡，用D表示的化学反应速率为0.2mol•L-1•min-1
【答案】C
【解析】A项，生成物D呈固态，气体的质量和体积均发生变化，当混合气体的密度不再改变时，说明反应达到了化学平衡状态，A错误；B项，2min后，加压会使正、逆反应速率都加快，平衡正向移动，B错误；C项，将3molA和1molB两种气体混合于固定容积为2L的密闭容器中，反应物的化学计量数之比和反应物的起始量之比相同，故反应过程中A和B的转化率之比为1∶1，C正确；D项，D为固体，不能用D表示该反应的化学反应速率，D错误；故选C。
7．某温度下，在2L恒容密闭容器中投入一定量的A、B，发生反应：3A(g)+bB(g)cC(g)+2D(s)，12s时生成C的物质的量为0.8mol(反应进程如图所示)。下列说法中正确的是( )

A．12s时，A的转化率为75%
B．0-2s，D的平均反应速率为0.1mol/(L·s)
C．化学计量系数之比b：c=2：1
D．图中两曲线相交时，A的消耗速率等于A的生成速率
【答案】A
【解析】A项，12s时，A的转化率为，故A正确；B项，D是固体，反应过程中D浓度不变，不能用D的浓度变化表示反应速率，故B错误；C项，12s时生成C的物质的量为0.8mol，C的浓度增加0.4mol/L，B的物质的量浓度减小0.2mol/L，△c(B)：△c(C)= 0.2：0.4=1:2，浓度的变化量比等于系数比，化学计量系数之比b：c=1：2，故C错误；D项，图中两曲线相交时，A、B的浓度继续减小，反应正向进行，A的消耗速率大于A的生成速率，故D错误；选A。
8．某工业流程中，进入反应塔的混合气体中NO和O2的物质的量分数分别为0.10和0.06，发生化学反应2NO(g)＋O2(g)＝2NO2(g)，在其他条件相同时，测得实验数据如下表：
压强/(×105Pa)
温度/℃
NO达到所列转化率需要时间/s
50%
90%
98%
1.0
30
12
250
2830
90
25
510
5760
8.0
30
0.2
3.9
36
90
0.6
7.9
74
根据表中数据，下列说法正确的是( )
A．升高温度，反应速率加快
B．增大压强，反应速率变慢
C．在1.0×105 Pa、90℃条件下，当转化率为98%时的反应已达到平衡
D．若进入反应塔的混合气体为a mol，反应速率以v＝△n/△t表示，则在8.0×105 Pa、30℃条件下转化率从50%增至90%时段NO的反应速率为4a/370 mol·s－1
【答案】D
【解析】根据题供的表格中信息，升高温度，为使压强不变，体积增大，导致浓度下降，反应速率变小，无法得出温度对反应速率的影响，A项错误；根据题中表格中信息，相同温度时，压强升高，达到NO所列转化率的时间缩短，化学反应加快，B项错误；根据题中信息，无法判断此时是否已经达到平衡，C项错误；若进入反应塔的混合气体为a mol，其中NO为a/10 mol，转化率从50%增至90%时段中，NO反应了a/25 mol，故反应速率为4a/370 mol·s－1，D项正确。
9．已知：N2(g)+3H2(g)===2NH3(g) △H=-92kJ/mol。起始反应物为N2和H2，物质的量之比为1:3，且总物质的量不变，在不同压强和温度下，反应达到平衡时，体系中NH3的物质的量分数如下表：
温度
压强
400℃
450℃
500℃
600℃
20MPa
0.387
0.274
0.189
0.088
30MPa
0.478
0.359
0.260
0.129
下列说法正确的是( )
A．体系中NH3的物质的量分数越大，则正反应速率越大
B．反应达到平衡时， N2和H2的转化率均为1
C．反应达到平衡时，放出的热量均为92.4kJ
D．600℃，30MPa下反应达到平衡时，生成NH3的物质的量最多
【答案】B
【解析】A项，体系中NH3的物质的量分数越大，不能表示正反应速率越大，如20MPa，500℃时NH3的物质的量分数大于30MPa，600℃时NH3的物质的量分数，但温度和压强均为后者大，反应速率后者快，A错误；B项，根据方程式，反应的氮气和氢气的物质的量之比为1:3，起始反应物中N2和H2的物质的量之比为1:3，因此反应达到平衡时， N2和H2的转化率之比1：1，B正确；C项，无法确定反应的氮气和氢气的物质的量，因此无法计算平衡时，放出的热量，C错误；D项，根据表格数据，反应物的总物质的量不变时， NH3的物质的量分数越大，生成NH3的物质的量越多，则400℃，30MPa下反应达到平衡时，生成NH3的物质的量最多，D错误。
10．为了提高煤的利用率，人们先把煤转化为CO和H2，再将它们转化为甲醇，某实验人员在一定温度下的密闭容器中，充入一定量的H2和CO，发生反应：2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g)，测定的部分实验数据如下：
t/s
0
500
1 000
c(H2)/mol·L－1
5.00
3.52
2.48
c(CO)/mol·L－1
2.50


(1)在500 s内用H2表示的化学反应速率是_______________________。
(2)在1 000 s内用CO表示的化学反应速率是________________________，1 000 s时CO的转化率是__________。
(3)在500 s时生成的甲醇的浓度是________________________________。
【答案】(1)2.96×10－3 mol·L－1·s－1　(2)1.26×10－3 mol·L－1·s－1　50.4%
(3)0.74 mol·L－1
【解析】(1)在500 s内，v(H2)＝＝2.96×10－3 mol·L－1·s－1。(2)在1 000 s内H2的浓度减少量Δc(H2)＝5.00 mol·L－1－2.48 mol·L－1＝2.52 mol·L－1，则CO的浓度减少量Δc(CO)＝Δc(H2)＝1.26 mol·L－1，v(CO)＝＝1.26×10－3 mol·L－1·s－1，CO的转化率＝×100%＝50.4%。(3)在500 s内H2的浓度变化量Δc(H2)＝1.48 mol·L－1，则生成的CH3OH的浓度为Δc(CH3OH)＝Δc(H2)＝0.74 mol·L－1，即在500 s时生成的甲醇的浓度是0.74 mol·L－1。