专题二化学平衡等反应原理.docx

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专题二化学平衡等反应原理

专题二：

化学平衡等反应原理

【例题1】2009年广东卷20．

甲酸甲酯水解反应方程式为：

HCOOCH3（l）+H2O（l）HCOOH（l）+CH3OH（l）△H>0

某小组通过试验研究该反应（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①：

组分

HCOOCH3

H2O

HCOOH

CH3OH

物质的量/mol

1.00

1.99

0.01

0.52

甲酸甲酯转化率在温度T1下随反应时间（t）的变化如下图：

（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②：

反应时间范围/min

0~5

10~15

20~25

30~35

40~45

50~55

75~80

平均反应速率

/（10－3mol·min－1）

1.9

7.4

7.8

4.4

1.6

0.8

0.0

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）。

（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。

（4）其他条件不变，仅改变温度为T2（T2大于T1），在上图中画出温度T2下甲酸甲酯转化率随反应时间变化的预期结果示意图。

【分析】

本题作为广东高考化学平衡原理的考查方式具有鲜明的代表性：

①重点考查学生对化学反应速率概念、化学平衡的了解，及其外在影响因素（如浓度、温度等）的规律认识和理解；②考查学生对化学平衡常数简单计算的能力；③考查学生获取图表信息的能力（包括对图表的观察、分析能力以及对图表中实验数据的处理能力）、知识迁移运用能力、绘制结果示意图的能力及文字表达能力。

第

（1）小题考查重点是化学反应速率及其计算；图表分析运用与数据处理能力。

先看懂图像横纵坐标的含义，再根据两个坐标点的数据（15，6.7）和（20，11.2）知道在15-20min这5分钟内甲酸甲酯的转化率从6.7%升高到11.2%，结合甲酸甲酯的起始量（1.00mol）即可计算出甲酸甲酯的减少量：

1.00mol×（11.2%－6.7%）=0.045mol

计算15-20min范围内甲酸甲酯的平均反应速率，一般的常规思维：

根据第1问在图像中求算的15-20min内甲酸甲酯的减少量，再结合速率公式v==求算出甲酸甲酯的平均反应速率，但是题目中没有体积V的数据。

（那应该怎么办？

）再次仔细审题“甲酸甲酯的平均反应速率为mol·min-1”，题目要求的速率单位中没有体积因素，因此速率公式v===0.009mol·min-1。

思考：

另外有同学根据题目中“表②”的数据：

反应时间范围/min

0~5

10~15

15~20

20~25

30~35

40~45

50~55

75~80

平均反应速率

/（10－3mol·min－1）

1.9

7.4

？

7.8

4.4

1.6

0.8

0.0

认为表格中的速率变化存在等差数列关系：

从10~15min为7.4×10－3mol·min－1，20~25min为7.8×10－3mol·min－1，推测15~20min为7.6×10－3mol·min－1。

请问该同学的推断是否合理？

如果不正确，请指出他的问题出在哪里。

第

（2）小题考查重点是化学反应速率影响因素及其影响下的变化规律。

将问题分解：

①“反应速率在不同阶段的变化规律”，②“产生该变化规律的原因”。

（作为文字表达的题目，分析清晰题目作答的角度，遵循“踩点得分”的意识很重要。

）

思考问题答案的方向在哪？

——图像还是表格数据？

反应时间范围/min

0~5

10~15

15~20

20~25

30~35

40~45

50~55

75~80

平均反应速率

/（10－3mol·min－1）

1.9

7.4

9.0

7.8

4.4

1.6

0.8

0.0

如果从“表格”入手应该存在“小→大→小”的变化规律，即该反应过程分为三个阶段：

反应初期、反应中期、反应后期。

如果从“图像”入手，体现速率的因素是“曲线的斜率”，斜率的变化规律是：

“斜率小→斜率大→斜率小”。

原因怎么解释？

情景是陌生的，甚至有些异常。

越是这样越要冷静下来，回归最基本的工具——反应速率理论，一定是浓度、温度、压强、催化剂、接触面积等造成的。

然后我们开始思考：

问题1：

外界条件时刻都在影响着反应速率，什么情况下才会出现反应速率中途加快呢？

反应物浓度从一开始就是减小的趋势，若反应器大小不发生变化，又没有中途增加反应物的话，浓度不可能造成反应速率中途增大；温度是有可能的，如果反应本身放热会导致体系温度升高，使反应速率增大；压强的影响本质上是浓度的影响，而且对非气态体系可以不考虑；催化剂的作用也是有可能的，我们接触过反应产物本身有催化作用的情形（如酸性高锰酸钾溶液与草酸的反应）。

对于接触面积，反应开始后一般不会显著变化，个别情况也有（如未打磨的金属片表面的覆盖物）。

结合本题，只可能是催化剂的作用。

问题2：

起催化作用的物质是生成物，而生成物有两种，起催化作用的是谁？

组分

HCOOCH3

H2O

HCOOH

CH3OH

物质的量/mol

1.00

1.99

0.01

0.52

催化剂需要与反应物充分接触才可能起作用，所以催化剂的量当然会影响催化作用。

反应体系中HCOOH和CH3OH的起始量存在显著差异，基本可以推断HCOOH才是催化剂，因为催化作用是在反应进行了一段时间后才体现的。

当然我们学过有机化学反应中酯一般是在酸性或碱性条件下水解，这样或许较容易联想到HCOOH起催化作用。

知识卡片：

自催化反应

反应产物对反应速率有加快作用的反应称为自催化反应。

在自催化反应中，反应速率既受反应物浓度的影响，又受反应产物浓度的影响。

自催化作用的特点是：

1.反应开始进行得很慢（称诱导期），随着起催化作用的产物的积累反应速度迅速加快，而后因反应物的消耗反应速度下降；2.自催化反应必须加入微量产物才能启动；3.自催化反应必然会有一个最大反应速率出现。

组织答案时，一般应将前提条件、前因后果表述清楚，其中的化学原理分析做到用词准确、书写规范。

本小题参考答案：

该反应中甲酸具有催化作用。

①反应初期：

虽然甲酸甲酯量较大，但甲酸量很小，催化效果不明显，反应速率较慢；

②反应中期：

甲酸量逐渐增多，催化效果显著，反应速率明显增大；

③反应后期：

甲酸量增加到一定程度后，浓度对反应速率的影响成为主导因素，特别是逆反应速率的增大，使总反应速率减小，直至为零。

第（3）小题考查重点是化学平衡常数的计算。

求算化学平衡常数的一般步骤是：

写出化学平衡常数的表达式，根据“三段式”求出平衡状态下各物质的物质的量浓度，代入表达式计算。

切记要选取已达平衡状态的数据。

HCOOCH3（l）+H2O（l）HCOOH（l）+CH3OH（l）

起始（mol）1.001.990.010.52

变化（mol）0.240.240.240.24

（0.25/V）•（0.76/V）

平衡（mol）0.761.750.250.76

（0.76/V）•（1.75/V）

＝＝0.14

第（4）小题考查重点是温度对化学平衡建立的过程和最终平衡状态的影响；运用图形的表达能力。

用图像表达时，要慎重考虑：

何处起点？

趋势走向？

何处拐点？

何处终点？

文字标注是否清晰？

（这些要素都包含重要的化学信息）

起点的含义是反应刚开始，不论反应条件有何差异反应物的转化率都是从0开始；反应一旦开始立刻就有了快慢问题，且反应初段不同温度的体系中各物质的浓度仍然是很接近的，催化剂的影响也不会有显著区别，所以温度是影响反应初段曲线走势的最主要因素；反应进程的中后期，影响因素就比较多了，此时应该准确定位曲线的终点（平衡转化率的关系），以便使整个曲线的趋势不会有太大偏差。

【反思】

在上述例题的解答过程中，哪些思路和技能是在其他试题中应继续坚持的？

【拓展】（2007年广东卷改）

黄铁矿（主要成分为FeS2）是工业制取硫酸的重要原料，其煅烧产物为SO2和Fe3O4。

（1）将0.050molSO2（g）和0.030molO2（g）放入容积为1L的密闭容器中，反应：

2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）在一定条件下达到平衡，测得c（SO3）＝0.040mol/L。

计算该条件下反应的平衡常数K和SO2的平衡转化率（写出计算过程）。

（2）已知上述反应是放热反应，当该反应处于平衡状态时，在体积不变的条件下，下列措施中有利于提高SO2平衡转化率的有（填字母）

A升高温度B降低温度C增大压强

D减小压强E加入催化剂F移出氧气

（3）反应：

2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）△H<0SO2的转化率在起始温度T1=673K下随反应时间（t）的变化如下图，其他条件不变，仅改变起始温度为T2=723K，在图中画出温度T2下SO2的转化率随反应时间变化的预期结果示意图。

（4）将黄铁矿的煅烧产物Fe3O4溶于H2SO4后，加入铁粉，可制备FeSO4。

酸溶过程中需保持溶液足够酸性，其原因是____

______________________________________________________________________________。

答案：

（1）解：

2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）

起始浓度/mol·L－10.0500.0300

平衡浓度/mol·L－1（0.050－0.040）（0.030－0.040/2）0.040

=0.010=0.010

所以，K===1.6×103mol·L－1。

（SO2）=×100%=80%。

归纳：

①由“三段式”求出变化的物质的量和各物质在平衡状态下的物质的量浓度，②求出平衡转化率，③写出的表达式，代入数值求出K值的结果。

（2）B、C。

（3）

（4）Fe2＋、Fe3＋在溶液中存在水解，Fe2＋+2H2OFe（OH）2+2H＋，Fe3＋+3H2OFe（OH）3+3H＋，保持溶液足够酸性可抑制Fe2＋、Fe3＋的水解，并能防止Fe2＋被氧化成Fe3＋。

【例题2】化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中具有重要作用。

Ⅰ．硅酸钠水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火材剂等的原料。

（1）取少量硅酸钠溶液于试管中，逐滴加入饱和氯化铵溶液，振荡。

写出实验现象并给予解释。

Ⅱ．羟基磷灰石[Ca5（PO4）3OH]是一种重要的生物无机材料，3种钙盐的溶解度随溶液pH的变化如下图所示（图中纵坐标是钙离子浓度的对数），回答下列问题：

（2）图中所示3种钙盐在人体中最稳定的存在形式是_______________________（填化学式），

理由是：

___________。

（3）糖黏附在牙齿上，在酶的作用下产生酸性物质，易造成龋齿。

结合化学平衡移动原理，分析其原因

。

Ⅲ．

（4）硫酸锶（SrSO4）在水中的沉淀溶解平衡曲线如下，下列说法正确的是

A．两个不同温度中，363K时Ksp（SrSO4）较小

B．在283K时，向SrSO4的浊液中逐滴加入1.0mol/LNa2SO4溶液，Ksp（SrSO4）随

c（SO42－）的增大而减小

C．向b点的溶液中加