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化學(xué)專題輔導(dǎo)3

專題三：化學(xué)反應(yīng)速度和化學(xué)平衡的梳理和綜合

[命題趨向]

《考試大綱》對這部分內(nèi)容的具體要求是：

（1）了解化學(xué)反應(yīng)速率的概念，反應(yīng)速率的表示方法，理解外界條件（濃度、溫度、壓強(qiáng)、催化劑等）對反應(yīng)速率的影響。

（2）了解化學(xué)反應(yīng)的可逆性。理解化學(xué)平衡的涵義及其與反應(yīng)速率之間的內(nèi)在聯(lián)系。

（3）理解勒沙特列原理的涵義。掌握濃度、溫度、壓強(qiáng)等條件對化學(xué)平衡移動的影響。

高考試題經(jīng)常會從以下幾個角度進(jìn)行考查：

第一，考查化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的概念，要求考生用這些基本概念對有關(guān)的敘述的正確與否作出判別。

第二，根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算化學(xué)反應(yīng)速率。

第三，判斷化學(xué)反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)。判斷外界條件變化對化學(xué)速率、化學(xué)平衡的影響情況。也會用轉(zhuǎn)化率、原用利用率等概念來考查化學(xué)平衡移動情況。

第四，用“等效問題”問題來考查有關(guān)化學(xué)平衡的計(jì)算能力。

高考中經(jīng)常出現(xiàn)的題型是選擇題，有的年份也會出現(xiàn)大題。

[知識體系和復(fù)習(xí)重點(diǎn)]

1．化學(xué)反應(yīng)速率的分類

分類角度

從測定時間分

從反應(yīng)方向分

類型

瞬時速率：某一時刻的反應(yīng)速率

平均速率：某段時間內(nèi)的反應(yīng)速率的平均值

正反應(yīng)速率：可逆反應(yīng)中正反應(yīng)方向的反應(yīng)速率

逆反應(yīng)速率：可逆反應(yīng)中逆反應(yīng)方向的反應(yīng)速率

注意點(diǎn)

通常所計(jì)算的是平均速率

通常所計(jì)算的是正逆反應(yīng)抵消后的總反應(yīng)速率

2．影響化學(xué)反應(yīng)速率的條件

（1）不同的化學(xué)反應(yīng)具有不同的反應(yīng)速率，影響反應(yīng)速率的主要因素是內(nèi)因，即參加反應(yīng)物質(zhì)的性質(zhì)。

（2）在同一反應(yīng)中，影響反應(yīng)速率的因素是外因，即外界條件，主要有溫度、濃度、壓強(qiáng)、催化劑等。（還有像反應(yīng)顆粒（固體）的大小、光、波等對化學(xué)反應(yīng)速率也有影響）

3．化學(xué)平衡狀態(tài)

（1）化學(xué)平衡狀態(tài)的建立

（2）化學(xué)平衡狀態(tài)的本質(zhì)特征是正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等，這是判斷化學(xué)平衡狀態(tài)的根本標(biāo)志。由于υ_正=υ_逆 ，可使平衡體系中各組分的百分含量保持不變，所以一般情況下平衡體系的壓強(qiáng)、氣體密度、濃度等多種宏觀性質(zhì)也保持不變，這些宏觀的特征有時也可作為判斷化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志。

化學(xué)平衡狀態(tài)的特征

五大特點(diǎn)

化學(xué)平衡

逆

可逆反應(yīng)

等

υ（正）=υ（逆）≠0

動

動態(tài)平衡

定

各組分含量一定，體積一定時，濃度就一定；有平衡轉(zhuǎn)化率

變

濃度、溫度、壓強(qiáng)改變化學(xué)平衡即發(fā)生移動

定量特征

一定溫度下，化學(xué)平衡常數(shù)保持不變

（3）化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

舉例反應(yīng)

mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)

混合物體系中各成分的含量

①各物質(zhì)的物質(zhì)的量或各物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)一定

平衡

②各物質(zhì)的質(zhì)量或各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定

平衡

③各氣體的體積或體積分?jǐn)?shù)一定

平衡

④總壓強(qiáng)、總體積、總物質(zhì)的量一定

不一定平衡

正、逆反應(yīng)速率的關(guān)系

①在單位時間內(nèi)消耗了m molA同時生成m molA，即v_正=v_逆

平衡

②在單位時間內(nèi)消耗了n molB同時生成p molC，均指v_正

不一定平衡

③v_A:v_B:v_C:v_D=m:n:p:q，v_正不一定等于v_逆

不一定平衡

④在單位時間內(nèi)生成了n molB，同時消耗q molD，因均指v_逆

不一定平衡

壓強(qiáng)

①m+n≠p+q時，總壓力一定（其他條件一定）

平衡

②m+n=p+q時，總壓力一定（其他條件一定）

不一定平衡

混合氣體的平均分子量（）

①一定時，只有當(dāng)m+n≠p+q時，

平衡

②一定，但m+n=p+q時

不一定平衡

溫度

任何化學(xué)反應(yīng)都伴隨著能量變化，在其他條件不變的條件下，體系溫度一定時

平衡

體系的密度

密度一定

不一定平衡

4．化學(xué)平衡的移動

（1）勒沙持列原理：如果改變影響平衡的一個條件（如濃度、壓強(qiáng)和溫度等），平衡就向著能夠減弱這種改變的方向移動。其中包含：①影響平衡的因素只有濃度、壓強(qiáng)、溫度三種；②原理的適用范圍是只有一項(xiàng)條件變化的情況（溫度或壓強(qiáng)或一種物質(zhì)的濃度），當(dāng)多項(xiàng)條件同時發(fā)生變化時，情況比較復(fù)雜；③平衡移動的結(jié)果只能減弱（不可能抵消）外界條件的變化。

（2）平衡移動就是一個“平衡狀態(tài)→不平衡狀態(tài)→新的平衡狀態(tài)”的過程。一定條件下的平衡體系，條件改變后，可能發(fā)生平衡移動。可總結(jié)如下：

（3）平衡移動與轉(zhuǎn)化率的變化：不要把平衡向正反應(yīng)方向移動與反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的增大等同起來。具體分析可參考下表：

反應(yīng)實(shí)例

條件變化與平衡移動方向

達(dá)新平衡后轉(zhuǎn)化率變化

2SO₂ +O₂  

2SO₃（氣）+熱

增大O₂濃度，平衡正移

SO₂ 的轉(zhuǎn)化率增大，O₂的轉(zhuǎn)化率減小

增大SO₃濃度，平衡逆移

從逆反應(yīng)角度看，SO₃的轉(zhuǎn)化率減小

升高溫度，平衡逆移

SO₂ 、O₂的轉(zhuǎn)化率都減小

增大壓強(qiáng)，平衡正移

SO₂ 、O₂的轉(zhuǎn)化率都增大

2NO₂（氣） N₂O₄

體積不變時，無論是加入NO₂或者加入 N₂O₄

NO₂的轉(zhuǎn)化率都增大（即新平衡中N₂O₄的含量都會增大）

2HI H₂+I₂（氣）

增大H₂的濃度，平衡逆移

H₂的轉(zhuǎn)化率減小，I₂的轉(zhuǎn)化率增大

增大HI的濃度，平衡正移

HI的轉(zhuǎn)化率不變

增大壓強(qiáng)，平衡不移動

轉(zhuǎn)化率不變

[典型題析]

[例1]某溫度下，在一容積可變的容器中，反應(yīng)2A(g)+B(g) 2C(g)達(dá)到平衡時，A、B和C的物質(zhì)的量分別為4mol、2mol和4mol。保持溫度和壓強(qiáng)不變，對平衡混合物中三者的物質(zhì)的量做如下調(diào)整，可使平衡右移的是（   ）

（A）均減半     （B）均加倍     （C）均增加1mol     （D）均減小1mol

[解析]由于是在容積可變的容器中，所以在“均減半”或“均加培”時，相當(dāng)于A、B、C三物質(zhì)的濃度都沒有改變，平衡不會移動。同樣由于容積可變，“均增加1mol”時相當(dāng)于A、C物質(zhì)的濃度減小，B物質(zhì)的濃度增大，平衡向右移動；“均減小1mol”時相當(dāng)于A、C物質(zhì)的濃度增大，B物質(zhì)的濃度減小，平衡向左移動。答案選C。

要注意的是，基本概念、基礎(chǔ)理論是高考中不變的一個重點(diǎn)。這道題的設(shè)問別具一格，解答時既要定性判斷、又要定量分析，多次靈活轉(zhuǎn)換，都值得大家研究。

[例2] 可逆反應(yīng)N₂＋3H₂2NH₃的正、逆反應(yīng)速率可用各反應(yīng)物或生成物濃度的變化來表示。下列各關(guān)系中能說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是（  ）

A．3v_正（N₂）＝v_正（H₂）       B．v_正（N₂）＝v_逆（NH₃）

C．2v_正（H₂）＝3v_逆（NH₃）     D．v_正（N₂）＝3v_逆（H₂）

[解析]答案選B。

考查判斷化學(xué)平衡狀態(tài)的能力�；瘜W(xué)反應(yīng)速率的表示方法、化學(xué)平衡狀態(tài)、影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素和影響化學(xué)平衡的因素等都是這塊知識中的基礎(chǔ)內(nèi)容，屬于高考的必考內(nèi)容。將化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡聯(lián)系起來，讓考生判斷可逆反應(yīng)是否處于化學(xué)平衡狀態(tài)，可以較好地測試解題者對有關(guān)內(nèi)容的理解水平。

對于可逆反應(yīng)“N₂＋3H₂2NH₃”，正反應(yīng)速率可以用H₂、N₂、NH₃三種物質(zhì)的濃度變化來表示，逆反應(yīng)速率也可用H₂、N₂、NH₃三種物質(zhì)的濃度變化來表示。對于同一反應(yīng)、同一時刻的正反應(yīng)速率（或逆反應(yīng)速率），用不同物質(zhì)的濃度變化來表示時，其大小關(guān)系跟化學(xué)計(jì)量數(shù)有關(guān)，即有：v_正(N₂):v_正(H₂):v_正(NH₃)=1:3:2或v_逆(N₂):v_逆(H₂):v_逆(NH₃)=1:3:2。所以，當(dāng)2v_正(H₂)＝3v_逆(NH₃)時，處于化學(xué)平衡狀態(tài)。

解答這道題時，有的考生由于對正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率、不同物質(zhì)表示的反應(yīng)速率等概念理解不深，造成判斷失誤。

[例3]在容積固定的密閉容器中存在如下反應(yīng)：

A(g)+3B(g) 2C(g)；△H<0

某研究小組研究了其他條件不變時，改變某一條件對上述反應(yīng)的影響，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出下列關(guān)系圖：

下列判斷一定錯誤的是（  ）

A．圖I研究的是不同催化劑對反應(yīng)的影響，且乙使用的催化劑效率較高

B．圖Ⅱ研究的是壓強(qiáng)對反應(yīng)的影響，且甲的壓強(qiáng)較高

C．圖Ⅱ研究的是溫度對反應(yīng)的影響，且甲的溫度較高

D．圖Ⅲ研究的是不同催化劑對反應(yīng)的影響，且甲使用的催化劑效率較高

[解析]答案選AB。

考查觀察圖像、圖像信息的挖掘和轉(zhuǎn)化能力。分析圖表、研究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是一種基本能力，化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡等內(nèi)容是化學(xué)學(xué)科中培養(yǎng)學(xué)生觀察圖像和處理圖像信息能力的較好載體，所以化學(xué)平衡內(nèi)容常跟圖、表等綜合起來命題。

催化劑不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動，所以平衡時濃度、轉(zhuǎn)化率等都不會因加入催化劑而改變。圖I中甲、乙兩條件下達(dá)到平衡時C的濃度不同，說明不是同一平衡狀態(tài)，所以這種情況肯定不是催化劑造成的。

催化劑可以改變反應(yīng)速率，能改變達(dá)到化學(xué)平衡的時間，所以圖Ⅲ所表示的可能是不同催化劑造成的，而且甲情況下達(dá)到平衡的時間短，催化效率高。

對于題給反應(yīng)，增大壓強(qiáng)或降低溫度平衡都要向正反應(yīng)方向移動，所以圖Ⅱ中兩條曲線若表示不同壓強(qiáng)條件下所發(fā)生的反應(yīng)，甲條件下壓強(qiáng)較低。圖Ⅱ中兩條曲線若表示不同溫度下所發(fā)生的反應(yīng)，甲條件下溫度較高。

[例4]在一定條件下，二氧化硫和氧氣發(fā)生如下反應(yīng)：

2SO₂（g）+ O₂ (g) 2SO₃(g) ；△H<0

（1）寫出該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K＝        

（2）降低溫度，該反應(yīng)K值       ，二氧化硫轉(zhuǎn)化率    ，化學(xué)反應(yīng)速度     （以上均填增大、減小或不變）

（3）600℃時，在一密閉容器中，將二氧化硫和氧氣混合，反應(yīng)過程中SO₂、O₂、SO₃物質(zhì)的量變化如圖，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)的時間是               。

（4）據(jù)圖判斷，反應(yīng)進(jìn)行至20min時，曲線發(fā)生變化的原因是                （用文字表達(dá)）；10min到15min的曲線變化的原因可能是     （填寫編號）。

A．加了催化劑    B．縮小容器體積

C．降低溫度      D．增加SO₃的物質(zhì)的量

[解析] 答案為：

（1）；（2）增大；增大；減小。（3）15~20min和25~30min。（4）增加了O₂的量。A；B。

主要綜合考查化學(xué)平衡理論，測試觀察能力、分析和綜合能力等。

題給圖像中曲線看起來比較雜亂，不要被表面現(xiàn)象所迷惑，只要仔細(xì)分析可發(fā)現(xiàn)圖中所包含的化學(xué)含義。15min-20min、25min-30min兩個時間段時三條曲線都跟橫坐標(biāo)平行，即三種物質(zhì)的物質(zhì)的量不發(fā)生變化，處于平衡狀態(tài)。在20min這一瞬間，O₂的物質(zhì)的量突然增大，說明此時向反應(yīng)容器中加入了O₂。

10min前后反應(yīng)都處于不平衡狀態(tài)，而且O₂、SO₂的物質(zhì)的量都是逐漸減小，SO₃的物質(zhì)的量都是逐漸增大；只是10min前變化較緩，10min后變化較快。這是改變了某條件使反應(yīng)速率加快所造成的。所以，可能是加了催化劑或縮小容器體積。

[考題預(yù)測與專題訓(xùn)練]

1．反應(yīng)： A（氣）+3B（氣）2C（氣）+Q達(dá)平衡后，將氣體混和物的溫度降低，下列敘述中正確的是（    ）

（A）正反應(yīng)速率加大，逆反應(yīng)速率變小，平衡向正反應(yīng)方向移動

（B）正反應(yīng)速率變小，逆反應(yīng)速率加大，平衡向逆反應(yīng)方向移動

（C）正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率變小，平衡向正反應(yīng)方向移動

（D）正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率變小，平衡向逆反應(yīng)方向移動

2．將8mol H₂和2molN₂充入2L密閉容器中，在一定條件下進(jìn)行合成氨反應(yīng)，4min后反應(yīng)達(dá)到平衡，測得容器中還有5.6molH₂。下列計(jì)算結(jié)果錯誤的是（  ）

（A）v（H₂）=0.3 mol?L^-1?min^-1          （B）H₂的轉(zhuǎn)化率為25%

（C）NH₃的物質(zhì)的量濃度為0.8mol?L^-1   （D）NH₃的體積分?jǐn)?shù)為19.05%

3．一定條件下，在密閉容器里進(jìn)行如下可逆反應(yīng)：

S₂Cl₂(橙黃色液體)+Cl₂(氣)  2SCl₂(鮮紅色液體)+61.16kJ。

下列說法正確的是（   ）

（A）單位時間里生成n mol S₂Cl₂的同時也生成n molCl₂

（B）達(dá)到平衡時，若升高溫度，壓強(qiáng)不變，反應(yīng)混合溶液顏色變淺

（C）達(dá)到平衡時，單位時間里消耗 n mol S₂Cl₂的同時也生成n molCl₂

（D）加入氯氣，平衡向正反應(yīng)方向移動，氯氣的轉(zhuǎn)化率一定升高

4．在一個密閉、恒容的容器中進(jìn)行下列反應(yīng)：

4NH₃(g)+5O₂(g) 4NO(g)+6H₂O(g)

在一定的條件下達(dá)到平衡，現(xiàn)向反應(yīng)容器中通入少量的氯化氫氣體，產(chǎn)生的結(jié)果是（  ）

（A）容器內(nèi)壓強(qiáng)增大     （B）原平衡不受影響

（C）正反應(yīng)速率增大     （D）NO濃度降低

5．在一條件下，可逆反應(yīng)2A（氣）+B（氣） nC（固）+D（氣）達(dá)平衡。若維持溫度不變，增大強(qiáng)壓，測得混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，則下列判斷正確的是（    ）

（A）其它條件不變，增大壓強(qiáng)，平衡不發(fā)生移動

（B）其它條件不變，增大壓強(qiáng)，混合氣體的總質(zhì)量不變

（C）該反應(yīng)式中n值一定為2

（D）原混合氣中A與B的物質(zhì)的量之比為2:1，且（其中M表示物質(zhì)的摩爾質(zhì)量）

6．某化學(xué)反應(yīng)2A  B＋D在四種不同條件下進(jìn)行，B、D起始濃度的起始濃度都為零，反應(yīng)物A的濃度（mol?L^-1）隨反應(yīng)時間（min）的變化情況如下表：

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，完成下列填空：

（1）在實(shí)驗(yàn)1，反應(yīng)在10至20分鐘時間內(nèi)平均速率為      mol?L^-1?min^-1

（2）在實(shí)驗(yàn)2，A的初始濃度c₂＝      mol?L^-1，反應(yīng)經(jīng)20分鐘就達(dá)到平衡，可推測實(shí)驗(yàn)2中還隱含的條件是                   。

（3）設(shè)實(shí)驗(yàn)3的反應(yīng)速率為V₃，實(shí)驗(yàn)1的反應(yīng)速率為V₁，則V₃     V₁（填＞、＝、＜＝）,且c₃     1.0 mol?L^-1（填＞、＝、＜＝）。

（4）比較實(shí)驗(yàn)4和實(shí)驗(yàn)1，可推測該反應(yīng)是__________反應(yīng)（選填吸熱、放熱）。理由是________________。

7．537℃、1.01×10⁵Pa 時，往容積可變的密閉容器中充入2mol SO₂、 1mol O₂，此時容器的體積為200L。向容器中加入催化劑（固體）并保持恒溫恒壓，發(fā)生反應(yīng)：

             2SO₂（氣）+O₂（氣） 2SO₃（氣）

達(dá)到平衡時，平衡氣體中SO₃的體積分?jǐn)?shù)為0.91。

試回答下列問題：

（1）工業(yè)上二氧化硫的催化氧化采用常壓而不采用高壓的原因是：     _______。

（2）保持上述溫度和壓強(qiáng)不變，若向容器中只充入2mol SO₃并加入固體催化劑。則平衡時，SO₂的體積分?jǐn)?shù)是              ，容器的體積為               L。

（3）溫度仍保持537℃，容器體積保持200L不變（恒容）。充入a molSO₂、b molO₂，并加入固體催化劑，反應(yīng)達(dá)平衡時，SO₃的體積分?jǐn)?shù)仍為0.91，體系壓強(qiáng)為1.01×10⁵Pa。若a:b=2:1，則a=              。

1C（升高溫度時，正、逆反應(yīng)的速率都增大，降低溫度時，正、逆反應(yīng)的速率都減小）。

2B（氫氣轉(zhuǎn)化率為30%）。

3A（根據(jù)題給的反應(yīng)方程式可知，單位時間內(nèi)每生成1molS₂Cl₂的同時必生成1molCl₂。要注意的是，雖體系中只有氯氣一種氣體物質(zhì)，便加入氯氣平衡不一定向正反應(yīng)方向移動）。

4D（加入氯化氫氣體，可跟氨化合生成氯化銨，結(jié)果使平衡向逆方向移動）。

5D[分析化學(xué)方程式可得出，每有2molA、1molB轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，體系中氣體的物質(zhì)的量就要減小2mol，氣體的總質(zhì)量就要減小nM(C)g或“2M(A)+M(B)”，相當(dāng)于少了一種相對分子質(zhì)量為或的氣體物質(zhì)]。

6．（1）0.013。

（2）1.0  催化劑。

（3）＞  ＞。

（4）吸熱；因溫度升高時，平衡向右移動。

（比較實(shí)驗(yàn)1、2、3，都是相同的溫度下進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)2中前10s內(nèi)濃度變化最大，可能隱含著加入催化劑等影響反應(yīng)速率很明顯的條件變化。比較實(shí)驗(yàn)1、4可得，反應(yīng)溫度越高，平衡時A的濃度越小，所以題給反應(yīng)的正反應(yīng)方向是吸熱反應(yīng)）。

7．（1）常壓下，三氧化硫的含量已達(dá)到91%，從降低成本考慮，沒有必要再加壓。

（2 ）6%，137.5L。

（3）2.9。

（加入2molSO₃跟加入2molSO₂、1molO₂相當(dāng)，在其它條件相同時可以達(dá)到相同的平衡狀態(tài)。所以平衡時二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)是6%、氧氣的體積分?jǐn)?shù)為3%。設(shè)平衡時SO₃的物質(zhì)的量為xmol，則有=0.91，可求得x=1.88，平衡時氣體的總的物質(zhì)的量為2.062mol，所以平衡時氣體的總體積為V==137.5L。第3問中，體積始終保持200L，達(dá)到平衡時的體積也是200L，則加入二氧化硫的物質(zhì)的量為=2.9mol）。