专题8化学反应速率与化学平衡.docx

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专题8化学反应速率与化学平衡

专题8　化学反应速率与化学平衡

考点一

[基础自主落实]

1．化学反应速率

2．化学反应速率与化学计量数的关系

（1）内容：

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方程式中各物质的化学计量数之比，即v（A）∶v（B）∶v（C）∶v（D）＝m∶n∶p∶q，或

v（A）＝

v（B）＝

v（C）＝

v（D）。

（2）实例：

一定温度下，在密闭容器中发生反应：

3A（g）＋B（g）2C（g）。

已知v（A）＝0.6mol·L－1·s－1，则v（B）＝0.2mol·L－1·s－1，v（C）＝0.4mol·L－1·s－1。

小题热身

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）同一反应，在相同时间间隔内，用不同物质表示的反应速率，其数值和意义都不一定相同（×）

（2）10mol·L－1·s－1的反应速率一定比1mol·L－1·s－1的反应速率大（×）

（3）固体和纯液体的浓度是固定的，增加固体或纯液体的用量，反应速率保持不变（√）

（4）对于某可逆反应，反应进行的净速率是正、逆反应速率之差（√）

（5）化学反应速率表示的是化学反应进行的限度（×）

（6）化学反应速率可以是正值，也可以是负值（×）

（7）对于任何化学反应来说，反应速率越快，反应现象就越明显（×）

（8）在2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）反应中，t1、t2时刻，SO3（g）浓度分别是c1、c2，则t1～t2时间内，SO3（g）生成的平均速率为v＝

（√）

2．在2L的密闭容器中，加入1molH2和2molI2，发生反应H2（g）＋I2（g）2HI（g）。

回答下列问题：

（1）在2s末时，测得容器中含有0.6mol的HI，则该反应的化学反应速率v（H2）＝__________；v（I2）＝____________；v（HI）＝________。

（2）根据上述三者的化学反应速率值，分析用不同物质表示同一化学反应时，化学反应速率值是否必须相同？

答案：

（1）0.075mol·L－1·s－1　0.075mol·L－1·s－1　0.15mol·L－1·s－1

（2）同一反应，用不同物质表示的化学反应速率数值可能相同，也可能不同，但表示的意义都相同，并且化学反应速率之比等于化学计量数之比。

[考向合作探究]

化学反应速率的计算

题型一　依据公式（v＝

）计算

1．在密闭容器中，合成氨的反应：

N2（g）＋3H2（g）2NH3（g），开始时N2的浓度为8mol·L－1,5min后，N2的浓度为6mol·L－1，则N2的化学反应速率为________。

解析：

v（N2）＝

＝

＝0.4mol·L－1·min－1。

答案：

0.4mol·L－1·min－1

题型二　依据化学方程式计算

2．（2015·广东高考）用O2将HCl转化为Cl2，可提高效益，减少污染。

一定条件下测得反应过程中n（Cl2）的数据如下：

t/min

0

2.0

4.0

6.0

8.0

n（Cl2）/10－3mol

0

1.8

3.7

5.4

7.2

计算2.0～6.0min内以HCl的物质的量变化表示的反应速率（以mol·min－1为单位，写出计算过程）。

解析：

设2.0～6.0min内，HCl转化的物质的量为n

2HCl（g）＋

O2（g）H2O（g）＋Cl2（g）

　2　　　　　　　　　　　　　1

n（5.4－1.8）×10－3mol

解得n＝7.2×10－3mol

v（HCl）＝

＝1.8×10－3mol·min－1

答案：

v（HCl）＝

＝1.8×10－3mol·min－1　

题型三　依据图像计算

3．（2014·新课标卷Ⅱ）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。

在0～60s时段，反应速率v（N2O4）为________mol·L－1·s－1。

解析：

由题图可知，0～60s时段，N2O4的物质的量浓度变化为0.060mol·L－1，v（N2O4）＝

＝0.0010mol·L－1·s－1。

答案：

0.0010mol·L－1·s－1

依据图像求反应速率的步骤

第一步：

找出横、纵坐标对应的物质的量；

第二步：

将图中的变化量转化成相应的浓度变化量；

第三步：

根据公式v＝

进行计算。

题型四　运用“三段式”计算

4．NH3和纯净的O2在一定条件下发生反应：

4NH3（g）＋3O2（g）2N2（g）＋6H2O（g），现向一容积不变的2L密闭容器中充入4molNH3和3molO2,4min后，测得生成的H2O占混合气体体积的40%，则下列表示此段时间内该反应的平均速率不正确的是（　　）

A．v（N2）＝0.125mol·L－1·min－1

B．v（H2O）＝0.375mol·L－1·min－1

C．v（O2）＝0.225mol·L－1·min－1

D．v（NH3）＝0.250mol·L－1·min－1

解析：

选C　设4min时，生成6xmolH2O（g）

　4NH3（g）＋3O2（g）2N2（g）＋6H2O（g）　n（总）

起始　4mol　　　3mol　　　0　　　　0　　　7mol

变化　4xmol　　3xmol　　2xmol　　6xmol

4min　4－4x　　3－3x　　　2x　　　6x　　　7＋x

据题意，则有：

＝0.4解得：

x＝0.5

则4min内H2O的变化浓度为：

Δc（H2O）＝

＝1.5mol·L－1，v（H2O）＝

＝0.375mol·L－1·min－1，再由各物质表示的速率之比等于各物质的化学计量数之比，可得各物质表示的反应速率分别为v（N2）＝0.125mol·L－1·min－1，v（NH3）＝0.250mol·L－1·min－1，v（O2）＝0.1875mol·L－1·min－1。

“三段式”法解题模式

对于反应mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g），起始（t0s）时A的浓度为amol·L－1，B的浓度为bmol·L－1，反应进行至t1s时，A消耗了xmol·L－1，则化学反应速率可计算如下：

mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）

t0s/（mol·L－1）ab00

转化/（mol·L－1）x

t1s/（mol·L－1）a－xb－

则：

v（A）＝

mol·L－1·s－1，

v（B）＝

mol·L－1·s－1，

v（C）＝

mol·L－1·s－1，

v（D）＝

mol·L－1·s－1。

化学反应速率大小的比较

题型一　根据“定量法”判断不同条件下反应速率的大小

5．已知反应4CO＋2NO2N2＋4CO2在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示反应速率最快的是（　　）

A．v（CO）＝1.5mol·L－1·min－1

B．v（NO2）＝0.7mol·L－1·min－1

C．v（N2）＝0.4mol·L－1·min－1

D．v（CO2）＝1.1mol·L－1·min－1

解析：

选C　换算成同一物质再比较，如以N2为标准，A、B、D项分别换算为0.375mol·L－1·min－1、0.35mol·L－1·min－1、0.275mol·L－1·min－1，所以最快的为C项。

6．（2015·长沙模拟）反应A（g）＋3B（g）===2C（g）＋2D（g）在四种不同情况下的反应速率分别为①v（A）＝0.45mol·L－1·s－1　②v（B）＝0.6mol·L－1·s－1　③v（C）＝0.4mol·L－1·s－1　④v（D）＝0.45mol·L－1·s－1。

下列有关反应速率的比较中正确的是（　　）

A．④>③＝②>①　　　　B．①>④>②＝③

C．①>②>③>④D．④>③>②>①

解析：

选B　可用比值法进行反应速率大小比较，

＝0.45mol·L－1·s－1；

＝

＝0.2mol·L－1·s－1；

＝

＝0.2mol·L－1·s－1；

＝

＝0.225mol·L－1·s－1，故①>④>②＝③，B项正确。

定量法比较化学反应速率的大小

（1）归一法

按照化学计量数关系换算成同一物质、同一单位表示，再比较数值大小。

（2）比值法

比较化学反应速率与化学计量数的比值。

如aA（g）＋bB（g）cC（g），即比较

与

，若

>

，则用A表示时的反应速率比用B表示时大。

题型二　根据图像判断某点反应速率的大小

7．（2014·重庆高考）在恒容密闭容器中通入X并发生反应：

2X（g）Y（g），温度T1、T2下X的物质的量浓度c（X）随时间t变化的曲线如图所示，下列叙述正确的是（　　）

A．该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量

B．T2下，在0～t1时间内，v（Y）＝

mol·L－1·min－1

C．M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆

D．M点时再加入一定量X，平衡后X的转化率减小

解析：

选C　根据图示可知，T1＞T2，温度越高平衡时c（X）越高，则逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，M点X的转化量小于W点X的转化量，M点放出的热量小于W点放出的热量，A项错误；T2下，Δt＝t1，Δc（Y）＝

mol·L－1，v（Y）＝

mol·L－1·min－1，B项错误；M点温度比W点温度高，反应物浓度比W点大，所以M点的正反应速率大于W点的正反应速率，即大于W点的逆反应速率，而W点的逆反应速率大于N点的逆反应速率，则M点的正反应速率大于N点的逆反应速率，C项正确；由于是恒容下反应，再加入一定量X，相当于增加压强，平衡向正反应方向移动，再次平衡时X的转化率增大，D项错误。

8．反应aA＋bB

cC在体积为2L的容器中进行反应。

在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段体系中各物质的量随时间变化的曲线如图所示：

请回答下列各题：

（1）反应的化学方程式为___________________________________________________。

（2）A的平均反应速率vⅠ（A）、vⅡ（A）、vⅢ（A）从大到小排列次序为________________。

（3）由计算可知，第Ⅰ阶段20min时，C的平均速率vⅠ（C）＝____________。

解析：

（1）反应达到平衡时，Δn（A）＝2.0mol－1.0mol＝1.0mol，Δn（B）＝6.0mol－3.0mol＝3.0mol，Δn（C）＝2.0mol－0mol＝2.0mol，则Δn（A）∶Δn（B）∶Δn（C）＝1.0mol∶3.0mol∶2.0mol＝1∶3∶2，即该反应的化学方程式为A＋3B2C。

（2）vⅠ（A）＝

＝0.025mol·L－1·min－1，vⅡ（A）＝

＝0.0127mol·L－1·min－1，vⅢ（A）＝

＝0.006mol·L－1·min－1，故vⅠ（A）>vⅡ（A）>vⅢ（A）。

（3）vⅠ（C）＝2vⅠ（A）＝0.05mol·L－1·min－1。

答案：

（1）A＋3B2C

（2）vⅠ（A）>vⅡ（A）>vⅢ（A）

（3）0.05mol·L－1·min－1

由图像判断反应速率大小的方法

根据图像看反应达到平衡所需的时间，时间越短，对应的反应的温度、浓度或压强就越大，则对应的反应速率越大。

考点二

[基础自主落实]

1．影响化学反应速率的外界因素（其他条件不变，只改变一个条件）

2．理论解释——有效碰撞理论

Ⅰ.碰撞理论

（1）基本概念

①有效碰撞：

能发生反应的碰撞称为有效碰撞。

②有效碰撞发生的两个条件：

a.发生碰撞的分子具有足够高的能量，b.分子在一定的方向上发生碰撞。

③活化分子：

能量较高、有可能发生有效碰撞的分子。

④活化能：

活化分子的平均能量与所有分子的平均能量之差。

（2）活化分子、有效碰撞与反应速率的关系

Ⅱ.过渡状态理论

（1）过渡状态

反应物转化为生成物的过程中要经过能量较高的过渡状态。

（2）活化能

过渡状态的平均能量与反应物分子的平均能量的差。

（3）正、逆反应活化能图示（图1）

图中，Ea为正反应活化能，Ea′为逆反应活化能，反应热ΔH＝Ea－Ea′。

（4）催化剂降低反应活化能图示（图2）

由图像可看出，使用催化剂时，化学反应的反应热不变。

小题热身

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）对于反应：

2H2O2===2H2O＋O2↑，加入MnO2或降低温度都能加快O2的生成速率（×）

（2）催化剂不能参与化学反应，但可以改变反应到达平衡的时间（×）

（3）其他条件相同时，增大反应物浓度使分子获得能量，活化分子百分数提高，反应速率增大（×）

（4）在实验室使用大理石与稀盐酸反应制取CO2，是为了控制CO2生成的速率（√）

（5）两试管各加入5mL0.1mol·L－1Na2S2O3溶液，同时分别滴入55mL0.1mol·L－1硫酸和盐酸，两支试管同时变浑浊（×）

（6）100mL2mol·L－1的盐酸跟锌片反应，加入适量的氯化钠溶液，反应速率不变（×）

（7）升高温度可使吸热反应的反应速率增大，使放热反应的反应速率也增大（√）

2．按要求填空。

（1）形状大小相同的铁块、铝块分别与等浓度的盐酸反应生成氢气的速率：

铁________铝。

（2）对于Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，改变下列条件对生成氢气的速率有何影响？

（填“增大”“减小”或“不变”）

①升高温度：

________；

②增大盐酸浓度：

________；

③增大铁的质量：

________；

④增加盐酸体积：

________；

⑤把铁片改成铁粉：

________；

⑥滴入几滴CuSO4溶液：

________；

⑦加入NaCl固体：

________。

（3）若把

（2）中的稀盐酸改成“稀硝酸”或“浓硫酸”是否还产生H2，为什么？

答案：

（1）小于　

（2）①增大　②增大　③不变　④不变　⑤增大　⑥增大　⑦不变

（3）不会产生H2，稀硝酸和浓硫酸具有强氧化性，Fe与稀HNO3反应生成NO；常温下，Fe在浓硫酸中“钝化”。

[考向合作探究]

外界条件对化学反应速率的影响

1．下列说法正确的是（　　）

A．（2014·安徽高考）因为反应物浓度越大，反应速率越快，所以常温下，相同的铝片中分别加入足量的浓、稀硝酸，浓硝酸中铝片先溶解完

B．（2014·天津高考）增大反应物浓度可加快反应速率，因此用浓硫酸与铁反应能增大生成H2的速率

C．（2012·江苏高考）N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH<0，其他条件不变时升高温度，反应速率v（H2）和H2的转化率均增大

D．（2011·江苏高考）对于反应2H2O2===2H2O＋O2↑，加入MnO2或升高温度都能加快O2的生成速率

解析：

选D　Al片在浓HNO3中“钝化”，A错误；Fe与浓H2SO4反应生成SO2而不是H2，B错误；升高温度，v（H2）增大但平衡逆移，H2的转化率减小，C错误。

2．（2016·烟台质检）反应C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）在一可变容积的密闭容器中进行，下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是（　　）

①增加C的量　②将容器的体积缩小一半　③保持体积不变，充入N2使体系压强增大　④保持压强不变，充入N2使容器体积变大

A．①④　　　　　　　　　B．②③

C．①③D．②④

解析：

选C　增大固体的量、恒容时充入惰性气体对速率无影响。

3．对于合成氨反应，达到平衡后，以下分析正确的是（　　）

A．升高温度，对正反应的反应速率影响更大

B．增大压强，对正反应的反应速率影响更大

C．减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大

D．加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大

解析：

选B　A．合成氨反应的正反应是放热反应，升高温度，正反应、逆反应的反应速率都增大，但是温度对吸热反应的速率影响更大，所以对该反应来说，对逆反应速率影响更大，错误。

B.合成氨的正反应是气体体积减小的反应。

增大压强，平衡正向移动，正反应速率大于逆反应速率，所以对正反应的反应速率影响更大，正确。

C.减小反应物浓度，使正反应的速率减小，由于生成物的浓度没有变化，所以逆反应速率不变，错误。

D.加入催化剂，使正反应、逆反应速率改变的倍数相同，正反应、逆反应速率相同，错误。

[知能存储]

1．气体反应体系中充入“惰性气体”（不参加反应）时对反应速率的影响结果

（1）恒温恒容：

充入“惰性气体”―→总压增大―→物质浓度不变（活化分子浓度不变）―→反应速率不变。

（2）恒温恒压：

充入“惰性气体”―→体积增大―→物质浓度减小（活化分子浓度减小）―→反应速率减小。

2．外界条件对反应速率的影响结果

（1）温度

①正反应是放热反应：

升高温度，v（正）、v（逆）均增大；但v（逆）增大的幅度更大。

②正反应是吸热反应：

升高温度，v（正）、v（逆）均增大；但v（正）增大的幅度更大。

（2）压强

①正反应是气体物质的量减小的反应：

增大压强，v（正）、v（逆）均增大，但v（正）增大的幅度更大。

②正反应是气体物质的量增大的反应：

增大压强，v（正）、v（逆）均增大，但v（逆）增大的幅度更大。

③反应是反应前后气体物质的量不变的反应：

增大压强，v（正）、v（逆）同等程度的增大。

（3）催化剂

使用催化剂，v（正）、v（逆）同等程度的增大。

利用“断点”突破化学反应速率图像（vt图）

4．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）（　　）

解析：

选C　分析时要注意改变条件瞬间v正、v逆的变化。

增加O2的浓度，v正增大，v逆瞬间不变，A正确；增大压强，v正、v逆都增大，v正增大的倍数大于v逆，B正确；升高温度，v正、v逆都瞬间增大，C错误；加入催化剂，v正、v逆同时同倍数增大，D正确。

5．对于反应：

X（g）＋Y（g）2Z（g）　ΔH<0的反应，某一时刻改变外界条件，其速率随时间的变化图像如图所示。

则下列说法符合该图像的是（　　）

A．t1时刻，增大了X的浓度

B．t1时刻，升高了体系温度

C．t1时刻，降低了体系温度

D．t1时刻，使用了催化剂

解析：

选D　由图像可知，外界条件同等程度地增大了该反应的正、逆反应速率。

增大X的浓度，升高（或降低）体系温度均不会同等程度地改变正、逆反应速率，A、B、C错误。

D使用催化剂可同等程度地改变正、逆反应速率，D正确。

[探规寻律]

（1）当可逆反应达到一种平衡后，若某一时刻外界条件发

生改变，都可能使速率时间图像的曲线出现不连续的情况，即出现“断点”。

根据“断点”前后的速率大小，即可对外

界条件的变化情况作出判断。

如：

t1时刻改变的条件可能是使用了催化剂或增大压强（仅适用于反应前后气体物质的量不变的反应）。

（2）常见含“断点”的速率变化图像分析

图像

t1时

刻所

改变

的条件

温

度

升高

降低

升高

降低

适合正反应为放热的反应

适合正反应为吸热的反应

压

强

增大

减小

增大

减小

适合正反应为气体物质的量增大的反应

适合正反应为气体物质的量减小的反应

考点三

（难点拉分型——讲细练全）

影响化学反应速率的因素有多种，在探究相关规律时，需要控制其他条件不变，只改变某一个条件，探究这一条件对反应速率的影响。

变量探究实验因为能够考查学生对于图表的观察、分析以及处理实验数据得出合理结论的能力，因而在这几年高考试题中常有所涉及。

解答此类试题时，要认真审题，弄清实验目的，明确要探究的外界条件有哪些。

然后分析题给图表，确定一个变化的量，弄清在其他几个量不变的情况下，这个变化量对实验结果的影响，进而总结出规律。

如：

探究温度、催化剂对反应：

2H2O2===2H2O＋O2↑的影响，因此可以确定催化剂（是否加入MnO2）和温度（加热、常温）作为可变量，其他的则控制为不变量。

探究对象的反应_2H2O2===2H2O＋O2↑__控制的可变量_催化剂_温度__控制的不变量_浓度、温度等_浓度、催化剂等__实验方案_取相同量的5%H2O2于两支规格一样的试管中，向其中一支试管中加入少量MnO2，另一支不加，在常温下观察_取相同量的5%H2O2于两支规格一样的试管中，给其中一支试管加热，另一支不加热，观察__根据两个对象的反应都有气体生成的特征，利用导管将生成的气体导入水槽中，通过观察水槽中产生气泡的剧烈程度，并以此判断该控制变量对化学反应速率是否产生影响以及具体的影响效果。

[示例]　（2012·广东高考）碘在科研与生活中有重要应用。

某兴趣小组用0.50mol·L－1KI、0.2%淀粉溶液、0.20mol·L－1K2S2O8、0.10mol·L－1Na2S2O3等试剂，探究反应条件对化学反应速率的影响。

已知：

S2O

＋2I－===2SO

＋I2（慢）

I2＋2S2O

===2I－＋S4O

（快）

（1）向KI、Na2S2O3与淀粉的混合溶液中加入一定量的K2S2O8溶液，当溶液中的________耗尽后，溶液颜色将由无色变为蓝色。

为确保能观察到蓝色，S2O

与S2O

初始的物质的量需满足的关系为：

n（S2O

）∶n（S2O

）________。

（2）为探究反应物浓度对化学反应速率的影响，设计的实验方案如下表：

序号_体积V/mL___K2S2O8溶液_水_KI溶液_Na2S2O3溶液_淀粉溶液__①_10.0_0.0_4.0_4.0_2.0__②_9.0_1.0_4.0_4.0_2.0__③_8.0_Vx_4.0_4.0_2.0__

表中Vx＝________mL，理由是________________________________________。

（3）已知某条件下，浓度c（S2O

）～反应时间t的变化曲线如图所示，若保持其他条件不变，请在图中，分别画出降低反应温度和加入催化剂时c（S2O

）～t的变化曲线示意图（进行相应的标注）。

[解析]　

（1）淀粉溶液遇I2显蓝色，溶液由无色变为蓝色时，溶液中有I2，说明Na2S2O3耗尽。

由题给离子方程式可得关系式S2O

～I2～2S2O

，n（S2O

）∶n（S2O

）＜2时，能观察到蓝色。

（2）对照实验探究浓度对反应速率的影响须保证其他条件完全一致，故应加水2.0mL，以保证溶液总体积相同。

（3）温度降低反应速率变慢，加入催化剂，反应速率加快。

[答案]　

（1）S2O

（其他合理写法也可）　＜2

（2）2.0　保证溶液总体积相同，仅改变S2O

的浓度而其他物质的浓度不变（其他合理答案也可）

（3）如右图

[探规寻律]

　　　利用“控制变量法”的解题策略

（1）确定变量：

理清影响实验探究结果的因素有哪些。