2020届二轮复习 化学反应速率和化学平衡 学案（全国通用） (2)

专题七 化学反应速率和化学平衡

主干知识梳理
1.化学反应速率的计算方法
(1)公式法：v(B)＝。
(2)比值法：同一化学反应，各物质的反应速率之比等于方程式中的化学计量数之比。对于反应：mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)来说，则有＝＝＝。
2．外界条件对化学反应速率的影响
(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，v正增大，v逆瞬间不变，随后也增大。
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。
3．化学平衡状态判断的两类标志
(1)v(正)＝v(逆)。
(2)各组分百分含量保持不变。
4．化学平衡移动的判断方法——勒夏特列原理的应用
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。
5．化学平衡常数
(1)意义：化学平衡常数K表示反应进行的程度，K越大，反应进行的程度越大。K＞105时，可以认为该反应已经进行完全。K的大小只与温度有关。
(2)化学平衡常数表达式：对于可逆化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)在一定温度下达到化学平衡时，K＝。另可用压强平衡常数表示：Kp＝[p(C)为平衡时气体C的分压]。
(3)依据化学方程式计算平衡常数
①同一可逆反应中，K正×K逆＝1；
②同一反应方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小n倍，则新平衡常数K′与原平衡常数K间的关系是K′＝Kn或K′＝。
③几个可逆反应方程式相加，得总反应方程式，则总反应的平衡常数等于分步反应平衡常数之积。
6．转化率、产率及分压的计算
(1)反应物转化率＝×100%
(2)产物的产率＝×100%
(3)分压＝总压×物质的量分数
考点1　化学反应速率及其影响因素

例1　(1)(2019·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
(2)(2019·天津高考)不同温度下反应②(3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s)4SiHCl3(g)　ΔH＜0)中SiCl4转化率如图所示。下列叙述正确的是________(填序号)。
a．B点：v正>v逆
b．v正：A点>E点
c．反应适宜温度：480～520 ℃

[批注点拨]　


[解析]　(1)分析图像可知在相同时间范围内T2比T1温度下环戊二烯浓度减少的多，因此温度T2＞T1，A错误；a点比c点的环戊二烯浓度大，但T2>T1，故a点、c点的反应速率相对大小无法确定，B错误；a点与b点的温度相同，但a点的反应物浓度比b点的反应物浓度大，所以a点的正反应速率大于b点的正反应速率，而b点继续向正反应方向进行，b点的正反应速率又大于b点的逆反应速率，故v正(a)＞v逆(b)，C正确；
由　　 2(g)　　　　C10H12(g)(二聚体)
起初 1.5 mol·L－1 0
转化 1.5 mol·L－1－
0．6 mol·L－1
可知：b点时二聚体的浓度为＝0.45 mol·L－1，D正确。
(2)B点时反应正向移动，即v正>v逆，a正确。
A点温度比E点低，所以v正：vA　(3)B
解析　(1)设H2S反应的物质的量为x，则
　　　H2S(g)　 ＋　 CO2(g)　　COS(g)＋H2O(g)　
开始 0.40 mol 0.10 mol 0 0
反应 x x x x
平衡 (0.40－x) mol (0.10－x) mol x x
＝＝0.02
解得x＝0.01 mol，所以H2S的转化率是α1＝×100%＝2.5%
由于该反应是反应前后气体体积相等的反应，所以在该条件下反应达到平衡时化学平衡常数
K＝＝＝
≈2.8×10－3。
(2)根据题目提供的数据可知温度由610 K升高到620 K时，化学反应达到平衡，水的物质的量分数由0.02变为0.03，平衡正向移动，所以H2S的转化率增大：α2>α1；根据题意可知：升高温度，化学平衡向正反应方向移动，根据平衡移动原理：升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，所以该反应的正反应为吸热反应，故ΔH>0。
(3)增大H2S的浓度，平衡正向移动，但加入量远远大于平衡移动转化消耗量，所以H2S转化率降低，A错误；增大CO2的浓度，平衡正向移动，使更多的H2S反应，所以H2S转化率增大，B正确；COS是生成物，增大生成物的浓度，平衡逆向移动，H2S转化率降低，C错误；N2是与反应体系无关的气体，充入N2，不能使化学平衡发生移动，所以对H2S转化率无影响，D错误。
2020还可能这么考
10．我国科研团队利用低温等离子体协同催化技术，在常温常压下实现了将甲烷和二氧化碳一步转化为具有高附加值的液体燃料和化工产品。回答下列问题：
(1)已知：甲烷和乙酸的燃烧热ΔH分别为－890.31 kJ·mol－1、－876.72 kJ·mol－1，试写出甲烷与CO2合成乙酸的热化学方程式：_________________。
(2)甲烷和二氧化碳一步转化为液体产品的选择性如图所示，其中选择性最高的产品是________，反应中应加入的等离子体催化剂是________。

(3)在某一钢性密闭容器中CH4、CO2的分压分别为25 kPa、30 kPa，加入Ni/α­Al2O3催化剂并加热至1123 K使其发生反应：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)。
①研究表明CO的生成速率vCO＝1.28×10－2·pCH4·pCO2 (mol·g－1·s－1)，某时刻测得pH2＝20 kPa，则pCH4＝________kPa，vCO＝________mol·g－1·s－1。
②达到平衡后测得体系总压是起始时的1.8倍，则该反应的平衡常数Kp＝________(kPa)2(计算结果保留两位有效数字)。
③温度对产物摩尔流量及平衡转化率的影响如图所示，可知反应ΔH________0(填“>”或“　随温度升高，产物摩尔流量和反应的平衡转化率均增大，平衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应
解析　(1)由已知条件可写出热化学方程式：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH1＝－890.31 kJ·mol－1，CH3COOH(l)＋2O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH2＝－876.72 kJ·mol－1，由盖斯定律可推知，CH4(g)＋CO2(g)===CH3COOH(l)　ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－13.59 kJ·mol－1。
(2)分析图像可知乙酸的选择性最高，且在Cu/γ­Al2O3等离子体催化剂作用时乙酸的选择性最高。
(3)①利用“三段式”解题：
CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)
起始分压/kPa 25 30 0 0
转化分压/kPa 10 10 20 20
某时刻分压/kPa 15 20 20 20
pCH4＝15 kPa，v(CO)＝1.28×10－2×15×20 mol·g－1·s－1＝3.84 mol·g－1·s－1。
②假设CH4的分压变化x kPa
CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)
起始分压/kPa 25 30 0 0
转化分压/kPa x x 2x 2x
平衡分压/kPa 25－x 30－x 2x 2x
则有＝1.8，解得x＝22，Kp＝＝
(kPa)2≈1.6×105(kPa)2。