高考化学第18讲化学反应速率平衡常数及转化率.docx
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高考化学第18讲化学反应速率平衡常数及转化率
2017年高考化学第18讲化学反应速率、平衡常数及转化率
【教学目标】
1.了解化学反应速率的概念及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.知道化学平衡常数的涵义，会根据化学反应书写化学平衡常数的表达式；能够利用化学平衡常数进行简单的计算。
【高频考点聚焦】
◇考点1化学反应速率
一、表示方法：
通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量来表示。
二、表达式
v＝Δc/Δt，单位：
mol/（L·s）或mol/（L·min），如密闭容器中，合成氨的反应N2（g）＋3H2（g）
2NH3（g），开始时c（N2）＝8mol/L，2min后c（N2）＝4mol/L，则用N2表示该反应的反应速率为2mol/（L·min）。
三、化学反应速率与化学计量数的关系
对于已知反应mA（g）＋nB（g）
pC（g）＋qD（g），其化学反应速率可用不同的反应物或生成物来表示，当单位相同时，化学反应速率的数值之比等于化学计量数之比，即v（A）∶v（B）∶v（C）∶v（D）＝m∶n∶p∶q。
【方法技巧】
（1）由v＝Δc/Δt计算的反应速率是一段时间内的平均速率而不是瞬时速率，且无论用反应物还是用生成物表示均取正值。
（2）同一化学反应，相同条件下用不同物质表示的反应速率，其数值可能不同，但表示的意义相同。
（3）对于固体或纯液体反应物，其浓度视为常数，故一般不用固体或纯液体物质表示化学反应速率。
【典例探究】
【典例1】化学反应速率的概念及应用
1、（2014·高考北京卷）一定温度下，10mL0.40mol/LH2O2溶液发生催化分解。
不同时刻测得生成O2的体积（已折算为标准状况）如下表。
t/min
0
2
4
6
8
10
V（O2）/mL
0.0
9.9
17.2
22.4
26.5
29.9
下列叙述不正确的是（溶液体积变化忽略不计）（ ）
A．0～6min的平均反应速率：
v（H2O2）≈3.3×10－2mol/（L·min）
B．6～10min的平均反应速率：
v（H2O2）<3.3×10－2mol/（L·min）
C．反应至6min时，c（H2O2）＝0.30mol/LD．反应至6min时，H2O2分解了50%
【方法技巧】
化学计量数
除以时间
除以体积
1、化学反应速率的计算思路
某一物质的物质的量变化Δnx某一物质的浓度变化Δcxvxvy，vz等。
2、对于较为复杂的关于反应速率的题目，采用以下步骤和模板计算。
（1）写出有关反应的化学方程式；
（2）找出各物质的起始量、转化量、某时刻量；
（3）根据已知条件列方程式计算。
例如：
反应 mA ＋ nB
pC
起始浓度（mol·L－1）abc
转化浓度（mol·L－1）x
某时刻浓度（mol·L－1）a－xb－
c＋
【典型2】化学反应速率的大小比较
1、（2015·河北保定）对于可逆反应A（g）＋3B（s）
2C（g）＋2D（g），在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示的反应速率最快的是（ ）
A．v（A）＝0.5mol·L－1·min－1B．v（B）＝1.2mol·L－1·s－1
C．v（D）＝0.4mol·L－1·min－1D．v（C）＝0.1mol·L－1·s－1
【方法技巧】反应速率大小（或快慢）比较方法
同一反应的化学反应速率用不同物质表示时数值可能不同，比较化学反应速率的快慢不能只看数值大小，而要进行一定的转化。
（1）归一法：
将同一反应中的不同物质的反应速率转化成同一种物质的反应速率，再进行比较。
（2）比值法：
用各物质的量表示的反应速率除以对应各物质的化学计量数，然后再对求出的数值进行大小排序，数值大的反应速率快。
如反应mA＋nB
pC＋qD，若v（A）/m>v（B）/n，则反应速率A>B。
（3）注意单位是否统一。
【高频考点聚焦】
◇考点2影响反应速率的因素
一、内因：
反应物本身的性质是主要因素,如相同条件下Mg、Al与稀盐酸反应的速率大小关系为Mg>Al。
二、外因（只改变一个条件，其他条件不变）
（1）浓度——增大反应物浓度，反应速率加热，反之减慢。
（2）压强——对于有气体参加的反应，增大压强，反应速率加快，反之减慢。
（3）温度——升高温度，反应速率加快，反之减慢
（4）催化剂——使用催化剂，能改变化学反应速率，且正、逆反应速率的改变程度相同。
（5）其他因素——反应物间的接触面积、光辐射、放射线辐射、超声波等。
【方法技巧】
（1）反应物本身的性质是影响化学反应速率的主要因素。
（2）压强对化学反应速率的影响是通过改变浓度实现的，所以分析压强的改变对反应速率的影响时也可以从浓度是否发生改变的角度来分析，若改变总压强而各物质的浓度不改变，则反应速率不变。
（3）改变温度，使用催化剂，反应速率一定发生变化，其他外界因素的改变，反应速率不一定发生变化。
【典例探究】
【典型1】化学反应速率影响因素
1、（2015·湖南师大附中月考）等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测得在不同时间（t）内产生气体体积（V）的数据如图所示，根据图示分析实验条件，下列说法中一定不正确的是（ ）
组别
对应曲线
c（HCl）/mol·L－1
反应温度/°C
铁的状态
1
a
30
粉末状
2
b
30
粉末状
3
c
2.5
块状
4
d
2.5
30
块状
A．第4组实验的反应速率最慢
B．第1组实验中盐酸的浓度大于2.5mol·L－1
C．第2组实验中盐酸的浓度等于2.5mol·L－1
D．第3组实验的反应温度低于30℃
【方法技巧】
（1）浓度、压强、温度、催化剂影响化学反应速率的实质——改变了单位体积内活化分子的数目，单位体积内的活化分子数目增加，反应速率加快；反之减慢。
（2）压强对反应速率的影响是通过改变体积而使浓度改变来实现的。
（3）温度改变对任何反应的速率都有影响。
【高频考点聚焦】
◇考点3化学反应速率图像
一、速率—时间图像
例如：
Zn与足量盐酸的反应，反应速率随时间的变化出现如图情况。
原因解释：
AB段（v渐大），因反应为放热反应，随反应的进行，温度逐渐升高，导致反应速率逐渐增大；BC段（v渐小），则主要因为随反应的进行，溶液中c（H＋）减小，导致反应速率减小。
二、物质的量（或浓度）—时间图像
例如：
某温度时，在定容（VL）容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。
1．由图像得出的信息是
（1）X、Y是反应物，Z是生成物；
（2）t3时反应达平衡，X、Y没有完全反应。
2．根据图像可进行如下计算：
（1）某物质的平均速率、转化率，如
v（X）＝
mol/（L·s）；Y的转化率＝
×100%。
（2）确定化学方程式中的化学计量数之比，如X、Y、Z三种物质的化学计量数之比为（n1－n3）∶（n2－n3）∶n2。
三、速率—外界条件图像
以N2（g）＋3H2（g）
2NH3（g） ΔH＝－92.4kJ/mol为例。
1．速率—浓度（c）图像
条件变化
速率变化
速率变化曲线
增大反应物的浓度
v正、v逆均增大，且v′正>v′逆
减小反应物的浓度
v正、v逆均减小，且v′逆>v′正
增大生成物的浓度
v正、v逆均增大，且v′逆>v′正
减小生成物的浓度
v正、v逆均减小，且v′正>v′逆
2.速率—温度（T）的图像
条件变化
速率变化
速率变化曲线
升高温度
v正、v逆均增大，且v′逆>v′正
降低温度
v正、v逆均减小，且v′正>v′逆
3.速率—压强（p）图像
条件变化
速率变化
速率变化曲线
增大压强
v正、v逆均增大，且v′正>v′逆
减小压强
v正、v逆均减小，且v′逆>v′正
4.速率—催化剂图像
使用催化剂，v正、v逆同等倍数增大，图像为
说明：
（1）条件增强，曲线在原图像的上方；条件减弱，曲线在原图像的下方。
（2）浓度改变时，图像曲线一条连续，一条不连续；其他条件改变，图像曲线不连续。
（3）对于反应前后气体的体积不变的反应，改变压强时，v正、v逆同等倍数增大或减小。
【方法技巧】分析化学反应速率图像有三看
①看面：
弄清纵、横坐标的含义；②看线：
弄清线的走向、变化趋势及线的斜率；
③看点：
弄清曲线上点的含义，如与坐标轴的交点、曲线的交点、折点、最高点与最低点等。
【典例探究】
【典型1】化学反应速率图像题
1．（教材改编）对于反应2SO2（g）＋O2（g）
2SO3（g） ΔH<0已达平衡，如果其他条件不变时，分别改变下列条件，对化学反应速率和化学平衡产生影响，下列条件与图像不相符的是（O～t1：
v正＝v逆；t1时改变条件，t2时重新建立平衡）（ ）
2．（2015·福建三明测试）某密闭容器中充入等物质的量的A和B，一定温度下发生反应A（g）＋xB（g）
2C（g），达到平衡后，在不同的时间段，分别改变反应的一个条件，测得容器中各物质的物质的量浓度、反应速率分别随时间的变化如图所示：
下列说法中正确的是（ ）
A．30～40min间该反应使用了催化剂B．反应方程式中的x＝1，正反应为吸热反应
C．30min时降低温度，40min时升高温度D．30min时减小压强，40min时升高温度
【典型2】化学反应速率图像综合题
1、（2015·浙江宁波模拟）某温度时，在一个容积为2L的密闭容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。
根据图中数据，试填写下列空白：
（1）该反应的化学方程式为___________________________________。
（2）反应开始至2min，气体Z的反应速率为_______________________________。
（3）若X、Y、Z均为气体，反应达到平衡时：
①压强是开始时的________倍；
②若此时将容器的体积缩小为原来的
倍，达到平衡时，容器内温度将升高（容器不与外界进行热交换），则该反应的正反应为________反应（填“放热”或“吸热”）。
（4）若上述反应在2min后的t1～t6内反应速率与反应时间图像如下，在每一时刻均改变一个影响反应速率的因素，则下列说法正确的是________。
A．在t1时增大了压强B．在t3时加入了催化剂
C．在t4时降低了温度D．t2～t3时A的转化率最高
【方法技巧】
1．牢记1个表达式：
v＝Δc/Δt。
2．掌握1条规律：
对于可逆反应mA（g）＋nB（g）
pC（g），v（A）∶v（B）∶v（C）＝Δn（A）∶Δn（B）∶Δn（C）＝Δc（A）∶Δc（B）∶Δc（C）＝m∶n∶p。
3．理解影响化学反应速率的5个因素：
增大反应物浓度、增大气体压强、升高温度、使用催化剂、增大反应物表面积，化学反应速率均增大；反之，均减小。
【高频考点聚焦】
◇考点4化学平衡常数及应用
一、概念
在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，用符号K表示。
二、表达式：
对于反应mA（g）＋nB（g）
pC（g）＋qD（g），
K＝
（固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中）。
三、意义
1．K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。
2．K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。
3．化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
四、应用
1．判断、比较可逆反应进行的程度
一般来说，一定温度下的一个具体的可逆反应：
K值
正反应进行的程度
平衡时生成物浓度
平衡时反应物浓度
反应物转化率
越大
越大
越大
越小
越高
越小
越小
越小
越大
越低
2.判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应进行的方向
对于可逆反应：
mA（g）＋nB（g）
pC（g）＋qD（g），在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：
，称为浓度商。
Qc
3．判断可逆反应的热效应
【方法技巧】
（1）关于H2O的浓度问题
①稀水溶液中进行的反应，虽然H2O参与反应，但是H2O只作为溶剂，不能带入平衡常数表达式。
②H2O的状态不是液态而是气态时，则需要带入平衡常数表达式。
（2）K的大小只与温度有关，与反应物或生成物的起始浓度的大小无关。
（3）带入平衡常数表达式的是平衡浓度，而不是任意时刻的浓度，更不能将物质的量带入。
（4）同一化学反应，可以用不同的化学方程式表示，因此，要注意使用与反应方程式相对应的平衡常数。
【典例探究】
【典型1】平衡常数的概念辨析
1．（2015·湖北黄冈高三质检）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
【典型2】化学平衡常数的应用
1．（2015·河北邯郸高三测试）高炉炼铁发生反应：
FeO（s）＋CO（g）
Fe（s）＋CO2（g） ΔH>0。
（1）此反应的平衡常数表达式为K＝________。
（2）温度降低，则平衡常数K值________（填“增大”、“减小”或“不变”）。
【方法技巧】应用化学平衡常数时应注意的四个问题
1．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．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。
3．反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，其浓度可看作一个常数，而不计入平衡常数表达式中。
4．化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
【高频考点聚焦】
◇考点5有关化学平衡的计算
1．分析三个量：
起始量、变化量、平衡量。
2．明确三个关系
（1）对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。
（2）对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。
（3）各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
3．计算方法：
三段式法
化学平衡计算模式：
对以下反应：
mA（g）＋nB（g）
pC（g）＋qD（g），令A、B起始物质的量（mol）分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx，容器容积为VL。
mA（g） ＋ nB（g）
pC（g）＋qD（g）
起始（mol）ab00
变化（mol）mxnxpxqx
平衡（mol）a－mxb－nxpxqx
则有：
（1）K＝
（2）cA平＝
（mol·L－1）。
（3）αA平＝
×100%，α（A）∶α（B）＝
∶
＝
。
（4）φA＝
×100%。
（5）
（6）
（混）＝
（g·L－1）。
（7）
＝
（g·mol－1）。
【方法技巧】有关化学平衡计算的三点注意事项
（1）注意反应物和生成物的浓度关系：
反应物：
c（平）＝c（始）－c（变）；生成物：
c（平）＝c（始）＋c（变）。
（2）起始浓度、平衡浓度不一定呈现化学计量数之比，各物质的浓度变化之比一定等于化学计量数之比，这是计算的关键。
【典例探究】
【典型1】用“三段式”进行计算
1．在容积可变的密闭容器中，2molN2和8molH2在一定条件下发生反应，达到平衡时，H2的转化率为25%，则平衡时氮气的体积分数接近于（ ）
A．5% B．10%C．15%D．20%
【典型2】化学平衡及化学平衡常数的综合计算
1．
（1）下列叙述中，不正确的是________。
A．某特定反应的平衡常数仅是温度的函数B．催化剂不能改变平衡常数的大小
C．平衡常数发生变化，化学平衡必定发生移动达到新的平衡
D．化学平衡发生移动，平衡常数必发生变化
（2）将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：
①NH4I（s）
NH3（g）＋HI（g）；②2HI（g）
H2（g）＋I2（g）
达到平衡时，c（H2）＝0.5mol·L－1，c（HI）＝4mol·L－1，则此温度下反应①的平衡常数为________，反应②的平衡常数为________，相同温度下H2（g）＋I2（g）
2HI（g）的平衡常数为________。
【方法技巧】
1．有关化学平衡的常见计算是化学平衡常数、物质的平衡浓度和平衡转化率之间的相关计算。
2．在进行有关化学平衡的“三段式”计算时，要注意，各物质的起始量、平衡量和转化量三者单位的统一。
3．凡是气体的压强变化、密度变化均必须转化为物质的量的变化或气体的体积变化才能进行相关计算。
【高考真题】
1、（2015安徽）汽车尾气中，产生NO的反应为：
N2（g）+O2（g）
2NO（g），一定条件下，等物质的量的N2（g）和O2（g）在恒容密闭容器中反应，下面曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间的变化，曲线b表示该反应在某一起始条件改变时N2的浓度随时间变化。
下列叙述正确是（ ）
A.温度T下，平衡常数K=
B.温度T下，随着进行，混合气体密度减小
C.b对应条件改变可能是加入了催化剂
D.若b对应条件改变是温度，可判断△H＜0
2、（2015·课标全国Ⅰ）碘及其化合物在合成杀菌剂、药物等方面具有广泛用途。
回答下列问题：
Bodensteins研究了下列反应：
2HI（g）
H2（g）＋I2（g）在716K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x（HI）与反应时间t的关系如下表：
t/min
0
20
40
60
80
120
x（HI）
1
0.91
0.85
0.815
0.795
0.784
x（HI）
0
0.60
0.73
0.773
0.780
0.784
（1）根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为_____________________________________。
（2）上述反应中，正反应速率为v正＝k正x2（HI），逆反应速率为v逆＝k逆x（H2）x（I2），其中k正、k逆为速率常数，则k逆为_____（以K和k正表示）。
若k正＝0.0027min－1，
在t＝40min时，v正＝_______min－1。
（3）由上述实验数据计算得到v正～x（HI）和v逆～x（H2）的关系
可用下图表示。
当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，
相应的点分别为________________（填字母）。
1、（2014·课标全国Ⅰ）已知分解1molH2O2放出热量98kJ，在含少量I－的溶液中，H2O2分解的机理为：
H2O2＋I－→H2O＋IO－慢；H2O2＋IO-→H2O＋O2＋I－快
下列有关该反应的说法正确的是（ ）
A、反应速率与I－的浓度有关B、IO－也是该反应的催化剂
C、反应活化能等于98kJ·mol－1D、v（H2O2）＝v（H2O）＝v（O2）
2、（2013·高考四川卷）在一定温度下，将气体X和气体Y各0.16mol充入10L恒容密闭容器中，发生反应X（g）＋Y（g）
2Z（g）ΔH<0，一段时间后达到平衡。
反应过程中测定的数据如下表：
t/min
2
4
7
9
n（Y）/mol
0.12
0.11
0.10
0.10
下列说法正确的是（ ）
A．反应前2min的平均速率v（Z）＝2.0×10－3mol/（L·min）
B．其他条件不变，降低温度，反应达到新平衡前v（逆）>v（正）
C．该温度下此反应的平衡常数K＝1.44
D．其他条件不变，再充入0.2molZ，平衡时X的体积分数增大
3、（2014·大纲全国卷）化合物AX3和单质X2在一定条件下反应可生成化合物AX5。
回答下列问题：
反应AX3（g）＋X2（g）
AX5（g）在容积为10L的密闭容器中进行。
起始时AX3和X2均为0.2mol。
反应在不同条件下进行，反应体系总压强随时间的变化如图所示。
①列式计算实验a从反应开始至达到平衡时的反应速率v（AX5）＝__________________________。
②图中3组实验从反应开始至达到平衡时的反应速率v（AX5）由大到小的次序为________（填实验序号）；与实验a相比，其他两组改变的实验条件及判断依据是：
b____________________、c_______________________________________。
③用p0表示开始时总压强，p表示平衡时总压强，α表示AX3的平衡转化率，则α的表达式为____________________；实验a和c的平衡转化率：
αa为________、αc为________。
【第18讲化学反应速率、平衡常数及转化率参考答案】
典例剖析1【典例1】1、C【典型2】1、D
典例剖析2【典型1】1、D
典例剖析3【典型1】1、C2、D
【典型2】1、
（1）3X＋Y
2Z
（2）0.05mol·L－1·min－1 （3）①0.9 ②放热 （4）B
典例剖析4【典型1】1、A
【典型2】1、答案：
（1）
（2）减小
典例剖析5【典型1】1、C
【典型2】1、
（1）D
（2）20
64
真题现场
1、A2、
（1）
（2）k正/K 1.95×10－3 （3）A点、E点
1、A2、C3、①
≈1.7×10－4mol·L－1·min－1
②bca 加入催化剂。
反应速率加快，但平衡点没有改变 温度升高。
反应速率加快，但平衡点向逆反应方向移动（或反应容器的容积和起始物质的量未改变，但起始总压强增大） ③α＝2（1－
） 50% 40%
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