6高考化学二轮复习精品资料专题09+化学反应速率与化学平衡教学案.docx
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6高考化学二轮复习精品资料专题09+化学反应速率与化学平衡教学案
1.了解化学反应速率的概念、化学反应速率的定量表示方法。
2.了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重要作用。
3.了解化学反应的可逆性。
4.了解化学平衡建立的过程。
理解化学平衡常数的含义,能够利用化学平衡常数进行简单的计算。
5.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。
6.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。
平衡理论作为一个相对
独立的知识体系是高考中的必考考点,而化学平衡又是三大平衡体系(化学平衡、电离平衡、沉淀溶解平衡)之首,在高考中占有相当重要的地位。
这类题目难度较大,具有良好的区分度,选拔功能强。
一、物质状态和浓度对反应速率的影响
1.对于有固体参加的化学反应而言,由于在一定条件下,固体的浓度是固定的,所以固体物质在化学反应中浓度不改变,因此在表示化学反应速率时,不能用固体物质。
但因为固体物质的反应是在其表面进行的,故与其表面积有关,当固体颗粒变小时,会增大表面积,加快反应速率。
2.对于有气体参加的反应而言,改变压强,对化学反应速率产生影响的根本原因是引起浓度改变所致。
所以,在讨论压强对反应速率的影响时,应区分引起压强改变的原因,这种改变对反应体系的浓度产生何种影响,由此判断出对反应速率产生何种影响。
对于气体反应体系,有以下几种情况:
(1)恒温时:
增加压强
体积缩小
浓度增大
反应速率加快。
(2)恒容时:
①充入气体反应物
浓度增大
总压增大
速率加快
②充入“惰气”
总压增大,但各分压不变,即各物质的浓度不变,反应速率不变。
(3)恒压时:
充入:
“惰气”
体积增大
各反应物浓度减少
反应速率减慢。
二、外界条件对化学反应速率的影响
影响因素
分子总数
活化分子百分数
活化分子总数
活化分子浓度
(单位体积活化分子数)
增大浓度
增加
不变
增加
增加
增大压强
不变
不变
不变
增加
升高温度
不变
增加
增加
增加
正催化剂
不变
增加
增加
增加
三、化学反应速率的图象
图象也是一种表达事物的语言符,化学反应速率图象是将化学反应速率变化的状况在直角坐标系中以图的形式表达的结果,是化学反应速率变化规律的反映。
认识和应用化学反应速率图象时,要立足于化学方程式,应用化学反应速率变化的规律,分析直角坐标系及其
图象的涵义。
(3)“动”——指化学反应已达到化学平衡状态时,反应并没有停止,实际上正反应与逆反应始终在进行,只是正反应速率等于逆反应速率,即v正=v逆≠0,所以化学平衡状态是动态平衡状态。
(4)“定”——在一定条件下可逆反应一旦达到平衡(可逆反应进行到最大的程度)状态时,在平衡体系的混合物中,各组成成分的含量(即反应物与生成物的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数等)保持一定而不变(即不随时间的改变而改变)。
这是判断体系是否处于化学平衡状态的重要依据。
(5)“变”——任何化学平衡状态均是暂时的、相对的、有条件的(与浓度、压强、温度等有关),而与达到平衡的过程无关(化学平衡状态既可从正反应方向开始达到平衡,也可以从逆反应方向开始达
到平衡)。
当外界条件变化时,原来的化学平衡也会发生相应的变化。
2.化学平衡状态的判断方法
(1)直接判定:
v正=v逆(实质)
①同一物质:
该物质的生成速率等于它的消耗速率。
②不同的物质:
速率之比等于方程式中的系数比,但必须是不同方向的速率。
(2)间接判定:
①各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积(气体)、物质的量浓度保持不变。
②各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数保持不变。
③若反应前后的物质都是气体,且系数不等,总物质的量、总压强(恒温、恒容)、平均摩尔质量、混合气体的密度(恒温、恒压)保持不变。
④反应物的转化率、产物的产率保持不变。
总之,能变的量保持不变说明已达平衡。
(如下表所示)
例举反应
mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)
是否平衡状态
混合物体
系中各成
分的量
①各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定
是
②各物质的质量或各物质的质量分数一定
是
③各气体的体积或体积分数一定
是
④总体积、总压强、总物质的量、总浓度一定
不一定
正反应速
率与逆反
应速率的
关系
①在单位时间内消耗了mmolA,同时生成mmolA,即v正=v逆
是
②在单位时间内消耗了nmolB,同时消耗了pmolC,则v正=v逆
是
③vA∶vB∶vC∶vD=m∶n∶p∶q,v正不一定等于v逆
不一定
④在单位时间内生成nmolB,同时消耗qmolD,均指v逆,v正
不一定等于v逆
不一定
压强
①若m+n≠p+q,总压强一定(其他条件不变)
是
②若m+n=p+q,总压强一定(其他条件不变)
不一定
平均相对
分子质量
①
r一定,只有当m+n≠p+q时
是
②
r一定,但m+n=p+q时
不一定
温度
任何化学反应都伴随着能量变化,在其他条件不变的情况下,
体系温度一定时
是
体系的密度
密度一定
不一定
特别提醒:
①化学平衡的实质是v(正)=v(逆)≠0时,表现为平衡体系中各组分的物质的量或物质的量分数不再变化,因此v(正)=v(逆)>0是化学平衡判断的充要条件。
②运用v(正)=v(逆)≠0时,注意方向和数量关系。
③学会“变”与“不变”判断。
“变”就是到达平衡过程中量“变”,而到达平衡后“不变”。
否则,不一定平衡。
五、等效平衡
1.等效平衡
在一定条件(恒温恒容或恒温恒压)下,同一可逆反应体系,不管是从正反应开始,还是从逆反应开始,在达到化学平衡状态时,任何相同组分的百分含量(体积分数、物质的量分数等)均相同,这样的化学平衡互称等效平衡(。
概念的理解:
(1)外界条件相同:
通常可以是①恒温、恒容,②恒温、恒压。
(2)“等效平衡”与“完全相同的平衡状态”不同:
“完全相同的平衡状态”是指在达到平衡状态时,任何组分的物质的量分数(或体积分数)对应相等,并且反应的速率等也相同,但各组分的物质的量、浓度可能不同。
而“等效平衡”只要求平衡混合物中各组分的物质的量分数(或体积分数)对应相同,反应的速率、压强等可以不同
(3)平衡状态只与始态有关,而与途径无关,(如:
①无论反应从正反应方向开始,还是从逆反应方向开始②投料是一次还是分成几次③反应容器经过扩大—缩小或缩小—扩大的过程,)只要起始浓度相当,就达到相
同的平衡状态。
③加入催化剂能同等程度地增大正、逆反应速率,平衡不移动。
七化学平衡常数
1.概念:
对于一定条件下的可逆反应(aA+bB
cC+dD),达到化学平衡时,生成物浓度的乘幂的乘积与反应物浓度的乘幂的乘积之比为一常数,记作Kc,称为化学平衡常数(浓度平衡常数)。
2.平衡常数的意义
平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(也叫反应的限度)。
(1
)K值越大,表示反应进行得越完全,反应物转化率越大;一般认为,K>105时,该反应进行得就基本完全了。
(2)K值越小,表示反应进行得越不完全,反应物转化率越小。
3.注意事项
(1)化学平衡常数只与温度有关,与反应物或生成物的浓度无关。
(2)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
若反应方向改变,则平衡常数改变。
若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小,尽管是同一反应,平衡常数也会改变。
(3)在平衡常数表达式中:
反应物或生成物中固体、纯液体、稀溶液中水的浓度不写。
C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g),K=c(CO)·c(H2)/c(H2O)
FeO(s)+CO(g)
Fe(s)+CO2(g),K=c(CO2)/c(CO)
4.化学平衡常数的应用
(1)化学平衡常数值的大小是可逆反应进行程度的标志,它能够表示可逆反应进行的完全程度。
一个反应的K值越大,表明平衡时生成物的浓度越大,反应物的浓度越小,反应物的转化率也越大,可以说,化学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。
(2)可以利用平衡常数的值,判断正在进行的可逆反应是否平衡以及不平衡时向何方进行建立平衡。
如对于可逆反应:
mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)在任意时刻反应物与生成物的浓度有如下关系:
Qc=
,Qc叫做该反应的浓度商。
(3)利用K可判断反应的热效应
若升高温度,K值增大,则正反应为吸热反应。
若升高温度,K值减小,则正反应为放热反应。
高频考点一 化学反应速率及其影响因素
例1.【2017江苏卷】H2O2分解速率受多种因素影响。
实验测得70℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。
下列说法正确的是
A.图甲表明,其他条件相同时,H2O2浓度越小,其分解速率越快
B.图乙表明,其他条件相同时,溶液pH越小,H2O2分解速率越快
C.图丙表明,少量Mn2+存在时,溶液碱性越强,H2O2分解速率越快
D.图丙和图丁表明,碱性溶液中,Mn2+对H2O2分解速率的影响大
【答案】D
【变式探究】硝基苯甲酸乙酯在OH-存在下发生水解反应:
O2NC6H4COOC2H5+OH-
O2NC6H4COO-+C2H5OH
两种反应物的初始浓度均为0.050mol·L-1,15℃时测得O2NC6H4COOC2H5的转化率α随时间变化的数据如表所示。
t/s
0
120
180
240
330
530
600
700
800
α/%
0
33.0
41.8
48.8
58.0
69.0
70.4
71.0
71.0
回答下列问题:
列式计算该反应在120~180s与180~240s区间的平均反应速率____________、____________;比较两者大小可得出的结论是_______________________________________________________。
【解析】v1=
≈7.3×10-5mol·L-1·s-1,v2
=
≈5.8×10-5mol·L-1·s-1。
【变式探究】处于平衡状态的反应2H2S(g)
2H2(g)+S2(g) ΔH>0,不改变其他条件的情况下合理的说法是( )
A.加入催化剂,反应途径将发生改变,ΔH也将随之改变
B.升高温度,正逆反应速率都增大,H2S分解率也增大
C.增大压强,平衡向逆反应方向移动,将引起体系温度降低
D.若体系恒容,注入一些H2后达新平衡,H2浓度将减小
【答案】B
【解析】焓变是一个状态函数,与反应发生的途径无关,A项错误;温度升高,正逆反应速率均增大,因该反应是吸热反应,故平衡正向移动,分解率增大,B项正确;该反应是气体体积增大的反应,增大压强平衡逆向移动,逆向反应是放热反应,会使体系温度升高,C项错误;体系中注入H2,体系将向H2浓度降低方向移动,但最终H2的浓度大于原平衡时的浓度,D项错误。
高频考点三 化学平衡常数及其应用
例3.(2018年江苏卷)根据下列图示所得出的结论不正确的是
A.图甲是CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)的平衡常数与反应温度的关系曲线,说明该反应的ΔH<0
B.图乙是室温下H2O2催化分解放出氧气的反应中c(H2O2)随反应时间变化的曲线,说明随着反应的进行H2O2分解速率逐渐减小
C.图丙是室温下用0.1000mol·L−1NaOH溶液滴定20.00mL0.1000mol·L−1某一元酸HX的滴定曲线,说明HX是一元强酸
D.图丁是室温下用Na2SO4除去溶液中Ba2+达到沉淀溶解平衡时,溶液中c(Ba2+)与c(SO42−)的关系曲线,说明溶液中c(SO42−)越大c(Ba2+)越小
【答案】C
【变式探究】【2017天津卷】常压下羰基化法精炼镍的原理为:
Ni(s)+4CO(g)
Ni(CO)4(g)。
230℃时,该反应的平衡常数K=2×10−5。
已知:
Ni(CO)4的沸点
为42.2℃,固体杂质不参与反应。
第一阶段
:
将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4;
第二阶段:
将第一阶段反应后的气体分离出来,加热至230℃制得高纯镍。
下列判断正确的是
A.增加c(CO),平衡向正向移动,反应的平衡常数增大
B.第一阶段,在30℃和50℃两者之间选择反应温度,选50℃
C.第二阶段,Ni(CO)4分解率较低
D.该反应达到平衡时,v生成[Ni(CO)4]=4v生成(CO)
【答案】B
【解析】平衡常数只与温度有关,与浓度无关,A错误;230时,Ni(CO)4分解的平衡常数为5×106,可知分解率较高,B错误;50时,Ni(CO)4以气态存在,有利于分离,从而促使平衡正向移动,C正确;平衡时,4v生成[Ni(CO)4]=v生成(CO),D错误。
【变式探究】在一定条件下,已达平衡的可逆反应:
2A(g)+B(g)
2C(g),下列说法中正确的是( )
A.平衡时,此反应的平衡常数K与各物质的浓度有如下关系:
K=
B.改变条件后,该反应的平衡常数K一定不变
C.如果改变压强并加入催化剂,平衡常数会随之变化
D.若平衡时增加A和B的浓度,则平衡常数会减小
【答案】A
【变式探究】在容积为1.00L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g)
2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。
回答下列问题:
(1)反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”);100℃时,体系中各物质浓度随时间变化如上图所示。
在0~60s时段,反应速率v(N2O4)为________mol·L-1·s-1;反应的平衡常数K1为________。
(2)100℃时达平衡后,改变反应温度为T,c(N2O4)以0.0020mol·L-1·s-1的平均速率降低,经10s又达到平衡。
①T________100℃(填“大于”或“小于”),判断理由是
______________________________________________。
②列式计算温度T时反应的平衡常数K2_______________________________________________。
(3)温度T时反应达平衡后,将反应容器的容积减少一半。
平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动,判断理由是________________________________________________________________________。
【解析】
(1)由题意及图示知,在1.00L的容器中,通入0.100mol的N2O4,发生反应:
N2O4(g)2NO2(g),随温度升高混合气体的颜色变深,说明反应向生成NO2的方向移动,即向正反应方向移动,所以正反应为吸热反应,即ΔH>0;由图示知60s时该反应达到平衡,消耗N2O4为0.100mol·L-1-0.040mol·L-1=0.060mol·L-1,根据v=
可知:
v(N2O4)=
=0.0010mol·L-1·s-1;求平衡常数可利用三段式:
N2O4(g)
2NO2(g)
起始量/(mol·L-1) 0.100 0
转化量/(mol·L-1) 0.060 0.120
平衡量/(mol·L-1) 0.040 0.120
K1=
=
=0.36mol·L-1。
(3)温度T时反应达到平衡后,将反应容器的容积减少一半,压强增大,平衡会向气体体积减小的方向移动,该反应逆反应为气体体积减小的反应,故平衡向逆反应方向移动。
3.【2017海南】已知反应CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)ΔH<0。
在一定温度和压强下于密闭容器中,反应达到平衡。
下列叙述正确的是
A.升高温度,K减小B.减小压强,n(CO2)增加
C.更换高效催化剂,α(CO)增大D.充入一定量的氮气,n(H2)不变
【答案】AD
4.【2017江苏卷】温度为
T1时,在三个容积均为1L的恒容密闭容器中仅发生反应:
2NO2(g)
2NO(g)+O2(g)(正反应吸热)。
实验测得:
v正=v(NO2)消耗=k正c2(NO2),v逆=v(NO)消耗=2v(O2)消耗=k逆c2(NO)·c(O2),k正、k逆为速率常数,受温度影响。
下列说法正确的是
A.达平衡时,容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为4∶5
B.达平衡时,容器Ⅱ中
比容器Ⅰ中的大
C.达平衡时,容器Ⅲ中NO的体积分数小于50%
D.当温度改变为T2时,若k正=k逆,则T2>T1
【答案】CD
【解析】由容器I中反应2NO2
2NO+O2
起始量(mol/L)0.600
变化量(mol/L)0.40.40.2
平衡量(mol/L)0.20.40.2
可以求出平衡常数K=
,平衡时气体的总物质的量为0.8mol,其中NO占0.4mol,所以NO的体积分数为50%,
。
在平衡状态下,v正=v(NO2)消耗=v逆=v(NO)消耗,所以k正c2(NO2)=k逆c2(NO)•c(O2),进一步求出
。
A.显然容器II的起始投料与容器I的平衡量相比,增大了反应物浓度,平衡将向逆反应方向移动,所以容器II在平衡时气体的总物质的量一定小于1mol,故两容器的压强之比一定大于4:
5,A错误;B.若容器II在某时刻,
,
因为,
,解之得
x=
,求出此时浓度商Qc=
>K,所以容器II达平衡时,
一定小于1,B错误;C.若容器III在某时刻,NO的体积分数为50%,
由反应2NO2
2NO+O2
起始量(mol/L)00.50.35
变化量(mol/L)2x2xx
平衡量(mol/L)2x0.5−2x0.35−x
由0.5−2x=2x+0.35−x,解之得,x=0.05,求出此时浓度商Qc=
>
,说明此时反应未达平衡,反应继续向逆反应方向进行,NO进一步减少,所以C正确;D.温度为T2时,
>0.8,因为正反应是吸热反应,升高温度后化学平衡常数变大,所以T2>T1,D正确。
5.【2016年高考上海卷】(本题共12分)
随着科学技术的发展和环保要求的不断提高,CO2的捕集利用技术成为研究的重点。
完成下列填空:
(1)目前国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO
2还原,所涉及的反应方程式为:
CO2(g)+4H2(g)
CH4(g)+2H2O(g)
已知H2的体积分数随温度的升高而增加。
若温度从300℃升至400℃,重新达到平衡,判断下列表格中各物理量的变化。
(选填“增大”、“减小”或“不变”)
v正
v逆
平衡常数K
转化率α
(2)相同温度时,上述反应在不同起始浓度下分别达到平衡,各物质的平衡浓度如下表:
[CO2]/mol·L-1
[H2]/mol·L-1
[CH4]/mol·L-1
[H2O]/mol·L-1
平衡Ⅰ
a
b
c
d
平衡Ⅱ
m
n
x
y
a、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为_________。
(3)碳酸:
H2CO3,Ki1=4.3×10-7,Ki2=5.6×10-11
草酸:
H2C2O4,Ki1=5.9×10-2,Ki2=6.4×10-5
0.1mol/LNa2CO3溶液的pH____________0.1mol/LNa2C2O4溶液的pH。
(选填“大于”“小于”或“等于”)
等浓度广东草酸溶液和碳酸溶液中,氢离子浓度较大的是___________。
若将等浓度的草酸溶液和碳酸溶液等体积混合,溶液中各种离子浓度大小的顺序正确的是_____。
(选填编)
A.[H+]>[HC2O4-]>[HCO3-]>[CO32-]b.[HCO3-]>[HC2O4-]>[C2O42-]>[CO32-]
c.[H+]>[HC2O4-]>[C2O42-]>[CO
32-]d.[H2CO3]>[HCO3-]>[HC2O4-]>[CO32-]
(4)人体血液中的碳酸和碳酸氢盐存在平衡:
H++HCO3-
H2CO3,当有少量酸性或碱性物质进入血液中时,血液的pH变化不大,用平衡移动原理解释上述现象。
________________________________
【答案】
(1)
v正
v逆
平衡常数K
转化率α
增大
增大
减小
减小
(2)
(3)大于;草酸;ac
(4)当少量酸性物质进入血液中,平衡向右移动,使H+浓度变化较小,血液中的pH基本不变;当少量碱性物质进入血液中,平衡向左移动,使H+浓度变化较小,血液的pH基本不变。
(合
理即给分)
【解析】
(2)相同温度时平衡常数不变,则a、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为
。
(4)根据平衡可知当少量酸性物质进入血液中,平衡向右移动,使H+浓度变化较小,血液中的pH基本不变;当少量碱性物质进入血液中,平衡向左移动,使H+浓度变化较小,血液的pH基本不变。
(4)利用太阳能直接分解水制氢,是将光能转化为化学能,故答案为:
光能转化为化学能;
7.【2016年高考新课标Ⅰ卷】(15分)
元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3+(蓝紫色)、Cr(OH)4−(绿色)、Cr2O72−(橙红色)、CrO42−(黄色)等形式存在,Cr(OH)3为难溶于水的灰蓝色固体,回答下列问题:
(2)CrO42−和Cr2O72−在溶液中可相互转化。
室温下,初始浓度为1.0mol·L−1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O72−)随c(H+)的变化如图所示。
①离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应____________。
②由图可知,溶液酸性增大,CrO42−的平衡转化率__________(填“增大“减小”或“不变”)。
根据A点数据,计算出该转化反应的平衡常数为__________。
③升高温度,溶液中CrO42−的平衡转化率减小,则该反应的ΔH_________(填“大于”“小于”或“等于”)。
【答案】
(2)①2CrO42-+2H+
Cr2O72-+H2O;②增大;1.0×1014;③小于;
8.【2016年高考新课标Ⅱ卷】丙烯腈(CH2=CHCN)是一种重要的化工原料,工业上可用“丙烯氨氧化法”生产,主要副产物有丙烯醛(CH2=CHCHO)和乙腈CH3CN等,回答下列问题:
(1)以丙烯、氨、氧气为原料,在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下:
①C3H6(g)+NH3(g)+3/2O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g)△H=-515kJ/mol
②C3H6(g)+O2(g)=C3H4O(g)+H2O(g)△H=-353kJ/mol
两个反应在热力学上趋势均很大,其原因是;有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是;提高丙烯腈反应选择性的关键因素是。
(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线,最高产率对应温度为
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