化学反应速率和化学平衡专题教学.docx
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化学反应速率和化学平衡专题教学
“化学反应速率和化学平衡”专题教学
瓯海中学徐宇峰
化学反应速率和化学平衡是中学化学基础理论部分的重点也是难点，同时也是历年高考试题中的热点。
本章内容理论知识多，比较抽象，考查方式多样，面对众多的形式各异的方程，只有抓住本质，灵活应用，具体问题具体分析才能顺利解题。
本专题尝试在梳理基础知识的基础上，回顾高考考点，剖析典型例题，在思维能力方法上进一步提升，并进行积极的拓展，使学生加深对知识的领悟，最后通过练习巩固。
一、考试大纲和基础知识的梳理
2005年考试大纲对化学反应速率和化学反应平衡的要求（与2003年、2004年相同）：
（1）了解化学反应速率的概念，反应速率的表示方法，理解外界条件（浓度、温度、压强、催化剂等）对反应速率的影响。
（2）了解化学反应的可逆性。
理解化学平衡的涵义及其与反应速率之间的内在联系。
（3）理解勒沙特列原理的涵义。
掌握浓度、温度、压强等条件对化学平衡移动的影响。
（摘自（2005年全国普通高等学校招生全国统一考试大纲（理科综合化学部分））
表示方法：
概念
单位：
mol/L·s
化学反应速率
外因：
浓度、压强、温度、催化剂
影响因素
内因：
反应物的性质
概念
特征：
逆、等、定、动、变
浓度
化学平衡影响因素压强勒夏特列原理
温度
计算：
浓度、百分含量、转化率、产率、平均分子量
对于化学反应速率和化学平衡两大块的知识复习，一定要注重知识的内在联系，能够将知识网络化和体系化。
化学平衡态的判断和化学平衡移动的影响因素本质上就是化学反应速率的改变情况。
凡是影响化学平衡的外界条件都是影响反应速率的条件，但是有些外界条件能同等程度的增大或减小反应速率，故对化学平衡无影响。
如：
对于反应前后体积不变的化学平衡，增大压强，能加快反应速率，但正逆反应速率的增大程度是相同的，所以平衡不移动。
二、高考考点回顾及典型例题
考点一、化学反应速率表示方法及速率与化学计量数的关系
例1、（2000年全国卷）已知A＋3B
2C＋D在某一时段内以A的浓度变化表示的化学反应速率为1mol/L·min，则此段时间内以C浓度变化表示的化学反应速率为（）
A、0.5mol/L·minB、1mol/L·minC、2mol/L·minD、3mol/L·min
［解析］在同一反应中用不同的物质表示的化学反应速率之比等于相应的化学计量数之比，可知V（A）：
V（C）＝1：
2，即得出正确答案为C。
［思维方法点拨］该类题型应注意两点：
1、反应速率一般指平均速率，2、mol/（L·min）和mol/（L·s）之间的单位换算。
［变式练习］
反应4A（s）+3B（g）
2C（g）+D（g），经2min,B的浓度减少0.6mol/L。
对此反应速率的表示，正确的是（）
A.用A表示的反应速率是0.4mol/（L·min）
B.分别用B、C、D表示反应的速率，其比值是3∶2∶1
C.在2min末的反应速率，用B表示是0.3mol/（L·min）
D.在这2min内用B和C表示的反应速率的值都是逐渐减小的
（参考答案为B、D）
考点二、影响反应速率的因素
例2、（1994年全国卷）
一定量的盐酸跟过量的铁粉反应时，为了减缓反应速率而不影响生成H2的量，可向其中加入适量的（）
A、NaOH固体B、H2OC、NH4ClD、CH3COONa固体
［解析］铁和盐酸反应要使反应速率减慢，必须使氢离子浓度减小，要使生成氢气总量不变，则不可使氢离子总量减少，故加入水稀释或者醋酸钠固体，使部分氢离子与醋酸根结合，成为弱电解质，而减慢反应速率。
正确答案为B、D。
［思维方法点拨］要使反应速率减慢或增大，不但要对浓度、压强、温度等因素的进行逐一考虑，若有多个因素同时作用时，还要考虑哪个因素为主。
［变式练习］
把除去氧化膜的镁条投入到盛有稀盐酸的试管内，发现产生H2的速率随时间变化如图所示图中t1---t2速率变化的原因是，
t2---t3速率变化的主要原因是。
（参考答案：
反应放热，温度升高，反应速率加快；
H＋浓度降低，反应速率减慢）
考点三、化学平衡状态标志的判断
例3、（2002年广东卷）
在一定温度下，向aL密闭容器中加入1molX气体和2molY气体，发生如下反应：
X（g）＋2Y（g）
2Z（g）此反应达到平衡的标志是（）
A容器内压强不随时间变化
B容器内各物质的浓度不随时间变化
C容器内X、Y、Z的浓度之比为1︰2︰2
D单位时间消耗0.1molX同时生成0.2molZ
［解析］该反应前后气体体积不等，容器体积固定，压强不随时间变化，说明气体总量不再改变，各物质浓度固定。
所以A、B正确，C、D均不能说明达到平衡。
［思维方法点拨］化学平衡的判断标志：
1、正逆反应速率相等。
这里一定要指同种物质。
2、各组分的百分含量保持不变。
从不同的角度出发可以得到许多可作为判断的依据，如：
物质的量，物质的量分数，体积，体积分数，压强，平均分子量，温度，密度，颜色等等。
学生面对各种各样的反应式，往往不能灵活使用，出现“易懂、易错”的情况。
对于第二点可以用一句话归纳总结：
反应初原本不变的因素，不能作为判断依据；会随着反应进行而变化的因素，倘若不再改变，则可知已到了平衡状态。
例如对于在体积不变的容器里mA（g）+nB（g）
pC（g）+qD（g）
1、当m+n=p+q时，反应初总压、密度、总物质的量、平均分子量就是恒定的，所以总压、密度、总物质的量、平均分子量不变是不能作为判断依据的。
反之，若m+n不等于p+q时，若总压、密度、总物质的量、平均分子量不变则可以说明已经达到平衡了。
2、V（A）:
V（B）:
V（C）:
V（D）=m:
n:
p:
q是反应中速率与化学计量数的基本规律，与是否达到平衡无关。
［变式练习］
一定条件下2A（g）+2B（g）
3C（g）+D（g），达到平衡的标志是（）
A、单位时间生成2nmolA，同时消耗nmolD。
B、容器内的压强不随时间变化而变化
C、容器内混合气密度不随时间而变化
D、单位时间内生成nmolB，同时生成1.5nmolC
（参考答案：
D）
考点四、根据勒夏特列原理判断平衡移动的方向、有关物质的聚集状态和热效应
例4、（2004年广西卷）
在恒温时，一固定容积的容器内发生如下反应：
2NO2（g）
N2O4（g）
达平衡时，再向容器内通入一定量的NO2（g），重新达到平衡后，与第一次平衡时相比，NO2的体积分数（）
A．不变B．增大C．减小D．无法判断
［解析］在固定体积的容器内通入一定量的反应物NO2，相当于增大反应物的浓度，平衡右移，且每生成1molN2O4消耗2molNO2相比较与原平衡的体积分数，也就是平衡向着增大N2O4体积分数方向移动，即NO2的体积分数与第一次平衡相比减小。
答案为C。
［思维方法点拨］“将化学问题抽象成为数学问题，利用数学工具，通过计算和推理（结合化学知识），解决化学问题的能力。
”（2005年全国普通高等学校招生全国统一考试大纲（理科综合化学部分）
该题的分析也可以借助于数学模型。
VV’V
ⅠⅡⅠ
在Ⅰ中存在2NO2（g）
N2O4（g），已达到平衡，容器体积为V，Ⅱ是通入的NO2我们假设这部分NO2也建立了与Ⅰ相同的平衡状态，即各物质的百分含量与Ⅰ中各物质相同，再进行压缩到V，很明显，压强增大平衡向右移，NO2的体积分数必然下降。
这种模型适用于固定体积内能“自行组织建立平衡”的物质，如在固定体积内充入一定量的SO3，发生2SO3
2SO2＋O2平衡后再加入SO3，或者按照原反应投料比增加或加少，如：
2SO2＋O2
2SO3反应初按照3：
1投入SO2和O2，则平衡后再按照3：
1投入SO2和O2，均可使用这种模型。
［变式练习］
在固定体积的容器中充入3gSO2和1gO2，平衡后，测得SO2的转化率为a,再充入6gSO2和2gO2使反应重新平衡，测得SO2的转化率为b，则a和b的关系下列说法正确的是（）
A、a大于bB、a小于bC、a等于bD、无法确定（参考答案：
B）
考点五、等效平衡和“同一平衡状态”的分析
对于一个可逆反应，即可以从反应物方向进行达到平衡状态，也可以从生成物一方达到同样的状态，或从生成物反应物两方达到相同状态。
例5、在一个固定体积的密闭容器中，加入2molA和1molB发生反应：
2A（g）+B（g）
3C（g）+D（g），达到平衡时，C的浓度为wmol/L。
若维持容器体积和温度不变，按下列四种配比作为起始物质，达平衡后，C的浓度仍为wmol/L的是（）
A、4molA+2molB
B、2molA+1molB+3molC+1molD
C、1molB+3molC+1molD
D、3molC+1molD
［解析］利用极值法，2molA和1molB完全反应就生成了3molC和1molD，说明3molC和1molD与2molA和1molB两种投料法是等效的。
根据化学计量数关系，只要满足n（A）+2/3n（C）=2和n（B）+n（D）=1就符合题意，正确答案为D。
［思维方法点拨］等效平衡指从不同起点，通过极限转化分析，可以达到完全相同的终点（平衡态），而若最终各组份的百分含量分别相同，实际的物质的量不同时。
我们简称为“同一平衡状态”。
“同一平衡状态”分来两种情况：
1、等T、V下，需遵循物料守恒，2、等T、P下，需遵循物料比守恒。
第一种情况即为上述例题的情形，这里就介绍第二种情况。
例如，在等T、P下，2molSO2和1nolO2和任意量的SO3充入不同的容器内，最终两个容器内各物质的百分含量相同。
因为SO3分解产生的SO2和O2的物质的量比恰好是2：
1，，所以最终这两个容器内处于同一平衡状态。
［变式练习］
Ⅰ：
恒温恒压下，在一个容积可变的容器中发生如下反应：
A（g）＋B（g）
C（g）
（1）若开始时放入1molA和1molB，达到平衡后，生成amolC，这时A的物质的量为mol。
（2）若开始时放入3molA和3molB，达到平衡后，生成C的物质的量为
mol。
（3）若开始时放入xmolA，2molB和1molC，达到平衡后，A和C的物质的量分别为ymol和3amol，则x=mol，y=mol。
平衡时B的物质的量（选一个编号）
（甲）大于2mol（乙）等于2mol
（丙）小于2mol（丁）可能大于、等于或小于2mol
（4）若在（3）的平衡混合物中再加入3molC，待再次达到平衡后，C的物质的量分数是。
Ⅱ：
若维持温度不变，在一个与
（1）反应前起始体积相同，且容积固定不变的容器中发生上述反应，平衡时生成bmolC，则（选一个编号）
（甲）ab
（丙）a=b（丁）不能比较a与b的大小
作此判断的理由是。
（参考答案：
（1）（1－a）
（2）3a（3）2、3－3a．丁
若3a＞1，B的物质的量小于2mol；若
，B的物质的量等于2mol；
若3a＜1，B的物质的量大于2mol
（4）
（5）乙因为（5）小题中容器容积不变，而
（1）小题中容器的容积缩小，所以（5）小题的容器中的压力小于
（1）小题容器中的压力，有利于逆向反应，故反应达到平衡后a＞b。
）
考点六、反应速率和化学平衡图像分析
“能将化学信息（含实际事物、实验现象、数据和各种信息、提示、暗示），按题设情境抽象归纳、逻辑地统摄成规律，并能运用此规律，进行推理（收敛和发散）的创造能力。
”（2005年全国普通高等学校招生全国统一考试大纲（理科综合化学部分））
例6：
（2004江苏）
在容积固定的密闭容器中存在如下反应：
A（g）＋3B（g）
2C（g）；△H<0
某研究小组研究了其它条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响，并根据实验数据作出下列关系图：
下列判断一定错误的是（）
A．图Ⅰ研究的是不同催化剂对反应的影响，且乙使用的催化剂效率较高
B．图Ⅱ研究的是压强对反应的影响，且甲的压强较高
C．图Ⅱ研究的是温度对反应的影响，且甲的温度较高
D．图Ⅲ研究的是不同催化剂对反应的影响，且甲使用的催化剂效率较高
［解析］图Ⅰ中甲乙的C浓度不同，而加入催化剂不能影响转化率。
图Ⅱ若是压强对反应的影响，则压强越大，B的转化率也越大，与图示不符。
所以A、B的判断有误。
［思维方法点拨］解题步骤一般是：
1、看图像：
一看面（即横纵坐标的意义）；二看线（即看线的走向和变化趋势）；三看点（即曲线的起点、折点、交点、终点）；四看辅助线（如等温线、等压线、平衡线等）；五看量的变化（如温度变化、浓度变化等）。
2、想规律；联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律。
3、作判断：
根据图像中表现的关系与所学的规律对比，作出符合题目要求的判断。
［变式练习］
1、下图Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别代表反应①③、②、④，则Y轴是指
①N2（g）+3H2（g）
2NH3（g）;△H=-Q
②H2（g）+I2（g）
2HI（g）;△H=+Q
③CO（g）+2H2（g）
CH3OH（g）;△H=-Q
④2SO3（g）2
2SO2（g）+O2（g）;△H=+Q
A．平衡混合气中一种生成物的百分含量
B．平衡混合气中一种反应物的百分含量
C．平衡混合气中一种生成物的转化率
D．平衡混合气中一种反应物的转化率
［解析］该题要求能够运用勒沙特列原理迅速逆向思维，当压强增大时，①③的平衡均右移，而Ⅰ曲线为增大趋势，（A）、（D）符合题意；②所对应的Ⅱ曲线无变化，平衡不移动故与该题的解无关；④在增大压强时平衡逆向移动，Ⅲ曲线为减小趋势，（A）、（D）符合题意。
所以，答案为AD。
2、由可逆反应测绘出图象如下图，纵坐标为生成物在平衡混合物中的百分含量，下列对该反应的判断正确的是
A.反应物中一定有气体B.生成物中一定有气体
C.正反应一定是放热反应D.正反应一定是吸热反应
［解析］定一议二，当图象中有三个量时，先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。
温度不变时，增大压强，生成物的百分含量降低，说明平衡逆向移动，逆向为体积缩小方向，而题中未给出具体的可逆反应，但是可以确定生成物中一定有气体；压强不变时，升高温度，生成物的百分含量增大，说明平衡正向移动，正向为吸热反应；所以答案为BD。
考点七：
反应速率和化学平衡的有关计算
例7、（2001年理综，新课程）将4molA气体和2molB气体在2L的容器中混合并在一定条件下发生如下反应：
2Ａ（气）＋Ｂ（气）＝2Ｃ（气）
若经2s（秒）后测得C的浓度为0.6ｍｏｌ·Ｌ－１，现有下列几种说法：
1用物质A表示的反应的平均速率为0.3mol·Ｌ－１·ｓ－１
②用物质B表示的反应的平均速率为0.6mol·Ｌ－１·ｓ－１
③2s时物质A的转化率为70%
④2s时物质B的浓度为0.7mol·Ｌ－１
其中正确的是（ ）。
Ａ．①③Ｂ．①④Ｃ．②③Ｄ．③④
［解析］本题设计多种计算，可以按照“起始、转化、平衡”三段式分析，
2Ａ（气）＋Ｂ（气）＝2Ｃ（气）
起始420
转化1.20.61.2
平衡2.81.41.2
可快速得出答案B。
［思维方法点拨］化学反应速率和平衡的有关计算中一般用“三段式”法求解，所谓“三段式”即把化学反应中各组份按起始量、转化量、平衡量三段依次列出，再根据题中条件建立数学等式。
［变式练习］
在一密闭容器中，用等物质的量的A和B发生如下反应：
A（g）+2B（g）
2C（g），反应达到平衡时，若混合气体A和B的物质的量之和与C的物质的量相等，则这时A的转化率为：
（）
A.40%B.50%C.60%D.70%
（参考答案：
A）
考点八、反应速率和化学平衡的综合练习
例8、（2004年广西）
右图曲线a表示放热反应X（g）+Y（g）Z（g）+M（g）+N（s）进行过程中X的转化率随时间变化的关系。
若要改变起始条件，使反应过程按b曲线进行，可采取的措施是（）
A．升高温度
B．加大X的投入量
C．加催化剂
D．增大体积
［解析］a过程与b过程都使X转化率达到一定值，只是两个过程中达到该定值的时间不同。
也就是两个过程在不同的时间内达到统一平衡状态，显然，b过程是加了催化剂，而缩短了达到平衡的时间。
升温，加入X，增大体积均会使X的转化率发生变化，故答案是C。
［思维方法点拨］化学平衡移动的影响因素本质上就是化学反应速率的改变情况。
凡是影响化学平衡的外界条件都是影响反应速率的条件，但是有些外界条件能同等程度的增大或减小反应速率，故对化学平衡无影响。
例如，在固定体积的容器中2SO2+O2
2SO3达到平衡后，充入稀有气体，压强增大，但平衡并没有向体积减小的方向移动，因为充入稀有气体，对反应物产物的浓度没有任何变化，该反应体系的压强也没有变化，所以平衡不移动。
同时该题以图像为载体，考查了学生对不同信息的分析判断能力，目前高考比较重视图像和数据的分析和理解，这种类型应引起重视。
［变式练习］
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）的变化情况如表1：
表1 A的浓度/（mol·L－１）随反应时间的变化
实验序号
温度／℃
时间／min
0
10
20
30
40
50
60
1
800
1.0
0.80
0.67
0.57
0.50
0.50
0.50
2
800
c２
0.60
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
3
800
c３
0.92
0.75
0.63
0.60
0.60
0.60
4
820
1.0
0.40
0.25
0.20
0.20
0.20
0.20
根据上述数据，完成下列填空：
（1）在实验1，反应在10min至20min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20min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_________。
（参考答案：
（1）0.013
（2）1.0催化剂（3）＞＞
（4）由吸热温度升高时，平衡向右移动）
考点九、勒夏特列原理的广泛应用
勒夏特列原理不仅适用于一般的化学平衡体系，也广泛适用于其他一切动态平衡体系。
例如，在电离平衡，水解平衡、溶解平衡等就是勒夏特列原理的直接应用，而且在有机化学、化工生产等方面也能经常见到勒夏特列原理的身影。
例9、已知工业真空冶炼銣的原理如下（皆为熔融态）：
2RbCl＋Mg
MgCl2+2Rb（g）,对此反应的进行能给与正确解释的（）
A、铷的金属活动性比镁弱
B、铷的沸点比镁低，把铷蒸汽抽出，上述平衡向右移动
C、MgCl2的热稳定性不如RbCl强
D、铷单质比化合态更稳定
［解析］虽然镁的失电子能力不如铷，但由于镁的沸点比铷高，将铷蒸汽抽出时，降低了铷在平衡体系中的浓度，导致上述平衡向右移，使该反应得以进行。
［思维方法点拨］这个问题实际上是判断解释化学反应进行的方向。
对于物质之间交换成分的化学反应，反应方向往往决定于是否有一种物质能以沉淀、气体或难电离物质的形式从体系中分离出去。
抓住这一点，对学习上的一些“矛盾”的问题也可以解释。
例如，一般说是强酸制弱酸（生成弱电解质），但是H2S通入CuSO4溶液中可得到CuS沉淀和H2SO4。
有如：
氢溴酸、氢碘酸都使强酸，但是实验室里他们都用中强酸磷酸与相应的卤化物制取的。
若从上述的方法去解释都可以得到满意的答案，而且对问题的看法也上了一个层次。
［变式练习］
在饱和石灰水中存在如下平衡：
Ca（OH）2（s）
Ca2＋（aq）＋2OH—（aq），若加入少量CaO固体，则下列说法不正确的是（）
A、溶液中Ca2＋增多B、Ca2＋浓度不变
C、溶液pH值不变D、将有少量沉淀
（参考答案为：
A）
思维能力训练
一、选择题
1、（95年）反应
在5升的密闭容器中进行，半分钟后，NO的物质的量增加了0.3摩，则此反应的平均速度
（表示反应物的消耗速度或生成物的生成速度）为（）
A．
＝0．01摩/升．秒B．
＝0．008摩/升．秒
C．
＝0．003摩/升．秒D．
＝0．002摩/升．秒
2、下列措施肯定能使化学反应速率增大的是（）
A.增大反应物的量B.增大压强
C.升高温度D.使用催化剂
3、（2000年上海）对于反应2SO2+O2
2SO3,下列判断正确的是
A、2体积2SO2和足量O2反应，必定生成2体积SO3
B、其他条件不变，增大压强，平衡必定向右移动
C、平衡时，SO2消耗速度必定等于O2生成速度的两倍
D、平衡时，SO2浓度必定等于O2浓度的两倍
4、下列说法正确的是（）
A.可逆反应的特征是正反应速率总是和逆反应速率相等。
B.在其它条件不变时，使用催化剂只能改变反应速率，而不能改变化学平衡状态。
C.在其它条件不变时，升高温度可以使化学平衡向吸热反应的方向移动。
D.在其它条件不变时，增大压强一定会破坏气体反应的平衡状态。
5、（2003年全国）某温度下，在一容积可变的容器中，反应2Ａ（ｇ）＋Ｂ（ｇ）
2Ｃ（ｇ）达到平衡时，A、B和C的物质的量分别为4mol、2mol和4mol。
保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整，可使平衡右移的是（）
Ａ．均减半 Ｂ．均加倍Ｃ．均增加1mol Ｄ．均减少1mol
6、（97年）反应2X（气）+Y（气）===2Z（气）+热量，在不同温度（T1和T2）及压强（P1和P2）下,产物Z的物质的量（nz）与反应时间（t）的关系如图所示.下列判断正确的是
（A）T1<2,P1<2（B）T1<2,P1>P2
（C）T1>T2,P1>P2（D）T1>T2,P1<2
二、填空和简答题
7、把氮气和氢气按1∶1（物质的量之比）混合均匀后分成四等份，分别充入A、B、C、D四个装有铁触媒的真空密闭容器中（容积不变），在保持相同温度的条件下，四个容器相继达到平衡状态，分析下表中的数据，回答下列问题：
（1）平衡时，容器中氨气所占的比例最大。
（2）达到平衡时反应速率最小的容器是。
（3）四个容器的压强由小到大的排列次序是。
容器代号
A
B
C
D
平衡时混合物平均式量
16
17
平衡时氮气的转化率
20%
平衡时氢气的转化率
30%
8、一定条件下，可逆反应A（g）+B（g）
2C（g）达到平衡时，
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