第四讲 化学反应速率和化学平衡

nullnull化学反应速率和化学平衡热点一 、用实验手段研究外界条件对化学反应速率的影响热点一 、用实验手段研究外界条件对化学反应速率的影响外界条件的变化会对化学反应速率产生影响，在高中阶段，我们主要利用“有效碰撞理论”来研究条件对反应速率的影响，“活化分子”之间在取向适合的条件下发生的碰撞会引发反应，称之为“有效碰撞”，外界条件改变后，如果对“单位时间内有效碰撞次数”产生影响，就会使反应速率发生改变。 nullnull在进行 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 时，有几点知识需要我们注意： （1）压强并不是对所有化学反应的速率都会产生影响，因为“只有当压强的改变最终引起了反应物的浓度的变化”，才能对反应速率产生影响。正像许多老师总结的那样，“对于在容积可变的容器中，有气体参加的反应，压强可以影响反应速率”。 （2）我们使用的催化剂本身参与了化学反应，催化剂的参与使反应途径发生了变化。 （3）反应一般在催化剂表面发生，因此固体催化剂的表面积大小会影响催化的效果。例1（08高考）等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测定在不同时间t产生气体体积V的数据，根据数据绘制得到图1，则曲线a、b、c、d所对应的实验组别可能是（ ） 例1（08高考）等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测定在不同时间t产生气体体积V的数据，根据数据绘制得到图1，则曲线a、b、c、d所对应的实验组别可能是（ ） A．4－3－2－1 B．1－2－3－4 C．3－4－2－1 D．1－2－4－3null 解析：化学反应速率与温度、浓度和固体物质的表面积的大小有关，实验1的盐酸的浓度最小，反应的温度最低，所以化学反应速率最慢；由于实验3的反应温度比实验2的反应温度高，所以反应速率实验3大于实验2；而实验4和实验3虽然浓度相同，但反应的温度不同，物质的状态也不相同，所以不能比较。答案:AC 例2（09高考）某探究小组利用丙酮的溴代反应（CH3COCH3+Br2 CH3COCH2Br+HBr）来研究反应物浓度与反应速率的关系。反应速率v(Br2)通过测定溴的颜色消失所需的时间来确定。在一定温度下，获得如下实验数据（见下页）：分析实验数据所得出的结论不正确的是（ ） 例2（09高考）某探究小组利用丙酮的溴代反应（CH3COCH3+Br2 CH3COCH2Br+HBr）来研究反应物浓度与反应速率的关系。反应速率v(Br2)通过测定溴的颜色消失所需的时间来确定。在一定温度下，获得如下实验数据（见下页）：分析实验数据所得出的结论不正确的是（ ） A．增大c(CH3COCH3)，v(Br2)增大 B．实验②和③的v(Br2)相等 C．增大c(HCl)，v(Br2)增大 D．增大c(Br2)，v(Br2)增大null答 案：D例3（07高考）下表是稀硫酸与某金属反应的实验数据：例3（07高考）下表是稀硫酸与某金属反应的实验数据：null分析上述数据，回答下列问题： （1）实验4和5表明， 对反应速率有影响， 反应速率越快，能表明同一规律的实验还有 （填实验序号）； （2）仅表明反应物浓度对反应速率产生影响的实验有 （填实验序号）； （3）本实验中影响反应速率的其他因素还有 ，其实验序号是 。 （4）实验中的所有反应，反应前后溶液的温度变化值（约15℃）相近，推测其原因： 。固体反应物的表面积表面积越大1和23和4开始反应的温度6和7一定量的金属跟足量的硫酸反应放出的热量相同null 例4（08高考）某探究小组用HNO3与大理石反应过程中质量减小的方法，研究影响反应速率的因素。所用HNO3浓度为1.00 mol·L-1、2.00 mol·L-1，大理石有细颗粒与粗颗粒两种规格，实验温度为298K、308K，每次实验HNO3的用量为25.0 mL、大理石用量为10.00 g。 1．请完成实验设计表，并在实验目的一栏中填出对应的实验编号：2.002.003.00298298308粗颗粒粗颗粒细颗粒2．实验①中CO2质量随时间变化的关系见图：2．实验①中CO2质量随时间变化的关系见图：null 依据反应方程式： CaCO3+HNO3= Ca(NO3)2+ CO2↑+ H2O， 计算实验①在70-90s范围内HNO3的平均反应速率（忽略溶液体积变化，写出计算过程）。 （1）70至90s ，CO2生成的质量为： m(CO2)=0.95－0.85=0.1g （2）根据方程式比例，可知消耗HNO3的物质的量为： n(HNO3）=0.1/22=1/220mol （3）溶液体积为25mL=0.025L，所以HNO3减少的浓度△c(HNO3)=2/11 mol·L－1 （4）反应的时间t=90-70=20s （5）所以HNO3在70-90s范围内的平均反应速率为 v(HNO3)=△c(HNO3)/t =1/110 mol·L－1·s－1null作图要点：因为实验①HNO3与大理石恰好完全反应； 3．请画出实验②、③和④中CO2质量随时间变化关系的预期结果示意图。 实验②中，HNO3不足量，纵坐标对应的每一个值均为原来的1/2； 实验③④的图象类似，恰好完全反应，但反应条件改变，升高温度与大理石细颗粒增大表面积都可加快反应速率。所以图象曲线斜率变大，平衡位置纵坐标与实验①相同。 例5（09高考）超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式如下： 例5（09高考）超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式如下： 为了测定在某种催化剂作用下的反应速率，在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表：2NO+2CO 2CO2+N2 nullnull请回答下列问题（均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响）： （1）在上述条件下反应能够自发进行，则反应的△H 　　0（填写“>”、“<”、“=”）。 （2）前2s内的平均反应速率v(N2)= 　　　　　　　　　　　。 （3）在该温度下，反应的平衡常数K= 　 。 （4）假设在密闭容器中发生上述反应，达到平衡时下列措施能提高NO转化率的是 　 。 A．选用更有效的催化剂 B．升高反应体系的温度 C．降低反应体系的温度 D．缩小容器的体积<1.88×10－4 mol﹒L -1﹒S-15000 C、D（5）研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中。（5）研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中。1.20×10－32801.20×10－35.80×10－35.80×10－3①请在上表格中填入剩余的实验条件数据。 ②请在给出的坐标图中，画出上表中的三个实验条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图，并标明各条曲线是实验编号。①请在上表格中填入剩余的实验条件数据。 ②请在给出的坐标图中，画出上表中的三个实验条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图，并标明各条曲线是实验编号。null解析：① I、II比表面积不同，应控制温度相同，验证催化剂 比表面积对速率的影响； I、III比表面积不同，温度不同；验证反应温度对速率的影响；所有浓度应控制相同。 ②Ⅰ、Ⅱ温度相同，平衡不移动，但Ⅱ的速率大； Ⅲ的温度高，速率最大且平衡逆移，c(NO)增大。该题综合考察反应速率、反应方向，化学平衡等知识，并考察了实验化学的设计思路，体现了新课程变化。热点二 、外界条件对化学平衡的影响：热点二 、外界条件对化学平衡的影响：平衡状态是封闭体系中的可逆变化过程在一定条件下达到的动态平衡状态，是在该条件下可逆过程所能达到的最大限度，达成平衡状态的原因是变化的两个方向的速率相等。当外界条件发生变化时，如果两个方向的速率不再相等，平衡状态就被破坏，经过一段时间后会达到一个新的平衡状态，这就是我们所说的“平衡移动”，外界条件的改变是平衡发生移动的必要条件。“如何让平衡向我们希望的方向移动”是实验和实际生产活动中重点研究的课题之一，也是高中化学中重点学习的内容。如果简单概括高考对平衡移动的要求，可以归纳成这样一句话：“三个量知二求一”。这里所说的三个量指的是：null 需要我们注意的有以下几点： （1）当外界条件不同时，物质的状态会发生改变。例如：三氧化硫在MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1714177914511_0状况下是无色的晶体，但是在工业生产条件下（500℃）是气态；随着压强的增大，气态物质可能会变为液态，例如工业生产中氨气、空气的液化就是在降温的同时增大压强实现的。在解题过程中，从题目中获得物质状态方面的信息、或是判断物质的状态是基础步骤。null （2）压强对平衡的影响这类题目是高考中出现频率最高的考点，因为“只有当压强的改变最终引起了反应物的浓度的变化”，才能对反应速率产生影响，才有可能使平衡状态发生移动。在解题过程中，尤其要重视容器的类别，分清到底是“容积不变的容器”（恒容容器），还是“压强不变的容器”（恒压容器，或称为活塞式容器）。 在恒容容器中加入少量与反应无关的气体，因为不会改变其它物质的浓度，对平衡没有影响。 在恒压容器中加入少量与反应无关的气体，会使得容器体积增大，容器中所有气体物质的浓度均降低，其效果相当于降低压强。 null （3）外界条件的变化引起了反应速率的变化，不仅有可能导致平衡状态发生改变，还能够改变反应达到平衡所需要的时间。尤其在工业生产中，追求的不是转化率尽可能高，而是单位时间内的产值最大化，因此涉及到实际生产时，必须将平衡的移动和时间成本综合进行考虑，才能够获得最佳的条件组合。null例6（08高考）将H2(g)和Br2(g)充入恒容密闭容器，恒温下发生反应： H2（g）+Br2（g） 2HBr（g）；ΔH＜0。 平衡时Br2(g)的转化率为a；若初始条件相同，绝热下进行上述反应，平衡时Br2(g)的转化率为b。a与b的关系是（ ） A．a＞b B．a=b C．a＜b D．无法确定A 解析：正反应为放热反应，前者恒温，后者相对前者，达到平衡状态时温度更高。使平衡向左移动，从而使Br2的转化率降低。所以b v（逆），即逆反应减少更多，错误。例15（09高考）I2在KI溶液中存在下列平衡： I2（aq）+I－（aq） I3－（aq）。某I2、KI混合溶液中，I3－的物质的量浓度c（I3—）与温度T的关系如图所示（曲线上任何一点都表示平衡状态）。下列说法正确的是（ ）例15（09高考）I2在KI溶液中存在下列平衡： I2（aq）+I－（aq） I3－（aq）。某I2、KI混合溶液中，I3－的物质的量浓度c（I3—）与温度T的关系如图所示（曲线上任何一点都表示平衡状态）。下列说法正确的是（ ）A．反应I2（aq）+I－（aq） I3－（aq）的△H＞0 B．若温度为T1、T2，反应的平衡常数分别为K1、K2，则K1＞K2 C．若反应进行到状态D时，一定有v（正）> v（逆） D．状态A与状态B相比，状态A的c(I2)大BCnull例16（04高考）在一定条件下，二氧化硫和氧气发生如下反应：2SO2（g）+O2（g） 2SO3（g）；ΔH＜0。 （1）降低温度，二氧化硫转化率 ，化学反应速率 （以上均填增大、减小或不变）。增大 15~20min和25~30min减小（2）600℃时，在一密闭容器中，将二氧化硫和氧气混合，反应过程中SO2、O2、SO3物质的量变化如图，反应处于平衡状态的时间是 null（3）据图判断，反应进行至20min时，曲线发生变化的原因是 （用文字表达）10min到15min的曲线变化的原因可能是 （填写编号）。 a．加了催化剂 b．缩小容器体积 c．降低温度 d．增加SO3的物质的量增加了O2的量 abnull例17（09高考）甲酸甲酯水解反应方程式为： HCOOCH3(l)+H2O(l) HCOOH(l)+CH3OH(l)；△H＞0。某小组通过实验研究该反应（反应过程中体积变化忽略不计）。反应体系中各组分的起始量如下表：甲酸甲酯转化率在温度T1下随反应时间（t）的变化如图：（1）根据上述条件，计算不同时间范围内甲酸甲酯的平均反应速率，结果见下表。请计算15～20min范围内甲酸甲酯的减少量为 mol，甲酸甲酯的平均反应速率为 mol·min-1(不要求写出计算过程)。 （1）根据上述条件，计算不同时间范围内甲酸甲酯的平均反应速率，结果见下表。请计算15～20min范围内甲酸甲酯的减少量为 mol，甲酸甲酯的平均反应速率为 mol·min-1(不要求写出计算过程)。 0.0459.0×10－3null （2）依据以上数据，写出该反应的反应速率在不同阶段的变化规律及其原因： （3）上述反应的平衡常数表达式为： 则该反应在温度T1下的K值为 。1/7先增大后减小。随着反应进行，生成HCOOH的量增多，使溶液酸性增强，对水解促进作用增大，反应速率增大；反应到一定时间，HCOOCH3的浓度减小，水解速率减慢。（4）其他条件不变，仅改变温度为T2（T2大于T1），在答题卡框图中画出温度T2下甲酸甲酯转化率随反应时间变化的预期结果示意图。（4）其他条件不变，仅改变温度为T2（T2大于T1），在答题卡框图中画出温度T2下甲酸甲酯转化率随反应时间变化的预期结果示意图。图像题非常直观，便于理解，但是工业生产中经常要利用图表中的数据，尤其是在《化学与技术》模块中，大量的工业生产数据都是利用图表给出的，因此要求考生能够从图表中获得答题所需的信息。必要时可以将题目图表中的数据改为示意图，可以便于理解。 例18 某化学反应2A B＋D在四种不同条件下进行，B、D起始浓度为0，反应物A的浓度（mol/L）随反应时间（min）的变化情况如下表：例18 某化学反应2A B＋D在四种不同条件下进行，B、D起始浓度为0，反应物A的浓度（mol/L）随反应时间（min）的变化情况如下表：null根据上述数据，完成下列填空： （1）在实验1，反应在10至20分钟时间内平均速率为 mol/(L·min)。 （2）在实验2，A的初始浓度C2= mol/L，反应经20分钟就达到平衡，可推测实验2中还隐含的条件是 。 （3）设实验3的反应速率为v3，实验1的反应速率为v1，则v3 v1（填＞、＝、＜），且C3 1.0mol/L（填＞、＝、＜） （4）比较实验4和实验1，可推测该反应是 　　 反应（选填吸热、放热）。理由是 0.013 催化剂 ＞温度升高时，平衡向右移动。1.0＞吸热null例19（09高考）在一体积可变的密闭容器中，加入一定量的X、Y，发生反应： mX（g） nY（g）；ΔH=Q kJ/mol。反应达到平衡时，Y的物质的量浓度与温度、气体体积的关系如下表所示：null下列说法正确的是（ ） A．m＞n B．Q＜0 C．温度不变，压强增大，Y的质量分数减少 D．体积不变，温度升高，平衡向逆反应方向移动 解题关键：在体积可变的密闭容器，气体体积关系如何转化为压强关系。 Cnull例20（09高考）某温度时，在2L密闭容器中气态物质X和Y反应生成气态物质Z，它们的物质的量随时间的变化如表所示。 （1）根据表中数据，在图中画出X、Y、Z的物质的量（n）随时间（t）变化的曲线： null（2）体系中发生反应的化学方程式是 ； （3）列式计算该反应在0-3min时间内产物Z的平均反应 速率： ； （4）该反应达到平衡时反应物X的转化率等于 ；X+2Y 2Z =0.083mol·L－1·min－1 45%null（5）如果该反应是放热反应，改变实验条件（温度、压强、催化剂）得到Z随时间变化的曲线①、②、③（如下图所示）则曲线①、②、③所对应的实验条件改变分别是： ① ； ② ； ③ 。升高温度 加入催化剂 增大压强 null　　解析：本题考查化学反应速率和化学平衡的综合运用，注意图像和有关计算。 　 （1）根据题目中表格给出的数据，在坐标系中找出相应的点，然后用光滑的曲线描点即可（如下图）。null（2）根据题意，可以利用“三步法”求解 aX + bY cZ 开始 1.00 1.00 0 转化 0.45 0.9 0.9 平衡 0.55 0.1 0.9 根据各物质的量之比可得体系中发生反应的化学方程式是： X+2Y 2Z。 　（3）根据图像可知在3min时，生成物Z的物质的量为0.5mol， 其平均速率为0.083mol·L－1·min－1 。 （4）X的转化率等于45%。 （5）由题目所给图象可知，在1中，平衡时Z的物质的量小于原平衡的物质的量，说明平衡逆向移动，条件为升高温度。在2中，平衡时Z的物质的量与原平衡相同，且速率加快，条件为加入催化剂；在3中，平衡正向移动，且速率加快，条件为加压。