专题16化学反应速率和化学平衡综合21页.docx
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专题16化学反应速率和化学平衡综合21页
专题十六化学反应速率和化学平衡综合
【高频考点解读】
该部分知识在近年高考题中主要以非选择题形式呈现，主要考查对化学反应速率、化学平衡、化学平衡常数以及勒夏特列原理的理解与应用等；在非选择题中则往往以化学平衡常数为中心，考查化学反应速率、化学平衡的基本问题及有关计算，同时结合化学反应中的能量变化、电化学等知识点进行综合考查，强调学科内综合应用。
【热点题型】
题型一考查外界条件对化学反应速率、化学平衡的影响
例1、一定温度下，在2L恒容密闭容器中发生反应：
2N2O5（g）
4NO2（g）＋O2（g） ΔH>0。
反应物和部分生成物的物质的量随反应时间变化的曲线如图7 3所示，下列说法正确的是（ ）
A．10min时，反应达到平衡
B．达到平衡时N2O5的转化率为60%
C．0～20min内平均反应速率v（N2O5）＝0.05mol·L－1·min－1
D．曲线a表示NO2的物质的量随反应时间的变化
【提分秘籍】外界条件对化学反应速率、化学平衡的影响（只改变一个条件）
改变条件
速率变化
平衡移动
示例：
N2（g）＋3H2（g）
2NH3（g）
ΔH＝－92.4kJ·mol－1
温度
升高
v正、v逆均增大（吸热方向增大得多）
向吸热方向移动
降低
v正、v逆均降低（吸热方向降低得多）
向放热方向移动
催化剂
增大
v正、v逆均增大
v正、v逆均增大（改变程度相同）
浓度
增大反应物（生成物）
v正（v逆）增大，未改变方向瞬时速率不变
向正反应（逆反应）方向移动
减小反应物（生成物）
v正（v逆）减小，未改变方向瞬时速率不变
向逆反应（正反应）方向移动
压强
增大
v正、v逆均增大（体积减小方向增大得多）
向体积减小方向移动
减小
v正、v逆均减小（体积增大方向减小得多）
向体积增大方向移动
【特别提醒】特殊情况下改变外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响：
（1）固体、纯液体无浓度变化，增加其量对反应速率及平衡均无影响。
（2）等体积反应改变压强同方向、同等程度的改变正、逆反应速率，只改变到达平衡所需的时间，不影响化学平衡。
【举一反三】
1．[2013·山东卷]对于反应CO（g）＋H2O（g）
CO2（g）＋H2（g） ΔH＜0，在其他条件不变的情况下（ ）
A．加入催化剂，改变了反应的途径，反应的ΔH也随之改变
B．改变压强，平衡不发生移动，反应放出的热量不变
C．升高温度，反应速率加快，反应放出的热量不变
D．若在原电池中进行，反应放出的热量不变
【热点题型】
题型二考查化学平衡状态的判断和化学平衡常数
例2、据报道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实，其反应的化学方程式为2CO2（g）＋6H2（g）
CH3CH2OH（g）＋3H2O（g）。
某科研小组将2molCO2与4molH2通入一体积不变的密闭容器甲进行上述反应，下列叙述正确的是（ ）
A．当v（CO2）正＝2v（CH3CH2OH）正时，反应一定达到平衡状态
B．当平衡向正反应方向移动时，平衡常数一定增大
C．当CO2和H2的物质的量比不变时，说明反应已达平衡状态
D．当容器中混合气体的密度不变时，反应已达平衡状态
【误区警示】在利用正逆反应速率相等判断化学平衡状态时，要特别注意选项中是否指的是用同一种物质表示的正、逆两个反应方向的反应速率相等。
【提分秘籍】化学平衡状态的判断和化学平衡常数
1．化学平衡的标志（反应前后体积有变化）
（1）直接标志
①正、逆反应速率相等；②各组分的量保持不变（如各组分的物质的量、浓度、百分含量、体积分数等）。
（2）间接标志
①反应体系物质的总量如压强、物质的量、平均相对分子质量、密度、体积不变；②其他标志：
如有色气体参加或生成的反应体系的颜色不变等。
2．化学平衡常数应用中的注意事项
（1）化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数，化学方程式计量数变化，化学平衡常数也变化；
（2）化学平衡常数只与温度有关，与反应物、生成物浓度无关。
化学平衡常数表达式中各物质的浓度为平衡浓度。
固体或纯液体不出现在平衡常数的表达式中，按“1”对待；
（3）升高温度K增大，则正反应为吸热反应；升高温度K值减小，则正反应为放热反应；
（4）化学平衡常数K越大，反应限度越大，反应物转化率越大；
（5）K应用于判断平衡移动的方向：
当Qc＜K，反应向正反应方向进行；Qc＝K，反应处于平衡状态；Qc＞K，反应向逆反应方向进行。
【举一反三】
一定温度下，向某恒容的密闭容器中加入0.2molCO和0.2molH2O，发生如下反应：
CO（g）＋H2O（g）
CO2（g）＋H2（g），4min时反应达到平衡状态，测得n（CO）∶n（CO2）＝3∶2。
下列说法正确的是（ ）
A．缩小容器体积，混合气体密度不变
B．v逆（CO）＝v逆（CO2）时，表明反应达到平衡状态
C．平衡时CO和H2O的转化率相等
D．无法计算该条件下反应的平衡常数
【热点题型】
题型三考查化学反应速率和化学平衡的综合应用
例3、煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及产率等问题。
已知：
CO（g）＋H2O（g）
H2（g）＋CO2（g）的平衡常数随温度的变化如下表：
温度/℃
400
500
830
1000
平衡常数K
10
9
1
0.6
试回答下列问题：
（1）该反应的化学平衡常数表达式为K＝________。
（2）上述正向反应是________反应（填“放热”或“吸热”）。
（3）某温度下上述反应平衡时，恒容、升高温度，原化学平衡向________反应方向移动（填“正”或“逆”），正反应速率________（填“增大”“减小”或“不变”），容器内混合气体的压强________（填“增大”“减小”或“不变”）。
（4）在830℃发生上述反应，按下表中的物质的量投入恒容反应器，其中在向正反应方向移动的有________（选填A、B、C、D）。
A
B
C
D
n（CO2）
3
1
0
1
n（H2）
2
1
0
1
n（CO）
1
2
3
0.5
n（H2O）
5
2
3
2
【提分秘籍】化学反应速率和化学平衡的综合应用
1．化学反应速率与化学平衡的有关计算
化学反应速率与化学平衡的有关计算往往以化学平衡常数的计算为核心，以转化率为主要考点进行考查。
其解题方法往往运用“三段式”。
2．化学反应速率和化学平衡图表、图像题的解题思路和方法
（1）图表一般是信息记录表，主要是围绕探究的主题，以实验报告的形式分析科学探究的实验现象，或是对研究性课题的实验记录的数据进行定量计算等。
解题时从表格中获取信息，利用问句中的关键词语，运用化学反应速率和化学平衡的相关原理获取问题的答案。
（2）化学反应速率和化学平衡图像题的解题思路和方法可以归纳为“三看两法”，具体内容如下：
【举一反三】
工业上可用CO2生产甲醇，反应为CO2（g）＋3H2（g）
CH3OH（g）＋H2O（g）。
将6molCO2和8molH2充入2L的密闭容器中，测得H2的物质的量随时间变化如图7－2实线所示。
图中虚线表示仅改变某一反应条件时，H2物质的量随时间的变化。
下列说法正确的是（ ）
A．曲线Ⅱ对应的条件改变是降低压强
B．若曲线Ⅰ对应的条件改变是升高温度，则该反应ΔH＞0
C．反应开始至a点时v（H2）＝1mol·L－1·min－1
D．其他条件不变，若降低该反应的温度，平衡常数值将减小
【高考风向标】
1．【2014年高考全国大纲卷第28题】（15分）
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：
（1）
（1）已知AX3的熔点和沸点分别为－93．6℃和76℃，AX5的熔点为167℃。
室温时AX3与气体X2反应生成lmolAX5，放出热量123．8kJ。
该反应的热化学方程式为。
（2）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。
2．【2014年高考广东卷第31题】（16分）
用CaSO4代替O2与燃料CO反应，既可以提高燃烧效率，又能得到高纯CO2，是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术，反应①为主反应，反应②和③为副反应。
①1/4CaSO4（s）+CO（g）
1/4CaS（s）+CO2（g）△H1=－47.3kJ/mol
②CaSO4（s）+CO（g）
CaO（s）+CO2（g）+SO2（g）△H2=+210.5kJ/mol
③CO（g）
1/2C（s）+1/2CO2（g）△H3=-86.2kJ/mol
（1）反应2CaSO4（s）+7CO（g）
CaS（s）+CaO（s）+C（s）+6CO2（g）+SO2（g）的△H=（用△H1△H2△H3表示）。
（2）反应①～③的平衡常数的对数lgK随反应温度T的变化曲线见图18.结合各反应的△H，归纳lgK～T曲线变化规律：
a）
b）
（3）向盛有CaSO4的真空恒容容器中充入CO，反应①于900ºC达到平衡，c平衡（CO）=8.0×10-5mol·L-1，计算CO的转化率（忽略副反应，结果保留2位有效数字）。
（4）为减少副产物，获得更纯净的CO2，可在初始燃料中适量加入。
（5）以反应①中生成的CaS为原料，在一定条件下经原子利用率100%的高温反应，可再生成CaSO4，该反应的化学方程式为；在一定条件下CO2可与对二甲苯反应，在其苯环上引入一个羧基，产物的结构简式为。
3．【2014年高考山东卷第29题】（17分）研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：
2NO2（g）+NaCl（s）
NaNO3（s）+ClNO（g）K1∆H<0（I）
2NO（g）+Cl2（g）
2ClNO（g）K2∆H<0（II）
（1）4NO2（g）+2NaCl（s）
2NaNO3（s）+2NO（g）+Cl2（g）的平衡常数K=（用K1、K2表示）。
（2）为研究不同条件对反应（II）的影响，在恒温条件下，向2L恒容密闭容器中加入0.2molNO和0.1molCl2，10min时反应（II）达到平衡。
测得10min内v（ClNO）=7.5×10-3mol•L-1•min-1，则平衡后n（Cl2）=mol，NO的转化率а1=。
其它条件保持不变，反应（II）在恒压条件下进行，平衡时NO的转化率а2а1（填“>”“<”或“=”），平衡常数K2（填“增大”“减小”或“不变”。
若要使K2减小，可采用的措施是。
（3）实验室可用NaOH溶液吸收NO2，反应为2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O。
含0.2molNaOH的水溶液与0.2molNO2恰好完全反应得1L溶液A，溶液B为0.1mol•L‾1的CH3COONa溶液，则两溶液中c（NO3‾）、c（NO2-）和c（CH3COO‾）由大到小的顺序为。
（已知HNO2的电离常数Ka=7.1×10-4mol•L‾1，CH3COOH的电离常数Ka=1.7×10-5mol•L‾1，可使溶液A和溶液B的pH相等的方法是。
a．向溶液A中加适量水b.向溶液A中加适量NaOH
c．向溶液B中加适量水d..向溶液B中加适量NaOH
4．【2014年高考新课标Ⅰ卷第28题】乙醇是重要的有机化工原料，可由乙烯直接水合法或间接水合法生产。
回答下列问题：
（1）间接水合法是指先将乙烯与浓硫酸反应生成硫酸氢乙酯（C2H5OSO3H）。
再水解生成乙醇。
写出相应的反应的化学方程式
（2）已知：
甲醇脱水反应①2CH3OH（g）＝CH3OCH3（g）＋H2O（g）△H1＝－23.9KJ·mol－1
甲醇制烯烃反应②2CH3OH（g）＝C2H4（g）＋2H2O（g）△H2＝－29.1KJ·mol－1
乙醇异构化反应③CH3CH2OH（g）＝CH3OCH3（g））△H3＝+50.7KJ·mol－1
则乙烯气相直接水合反应C2H4（g）＋H2O（g）＝C2H5OH（g）的△H＝KJ·mol－1
与间接水合法相比，气相直接水合法的优点是：
。
（3）下图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系（其中n（H2O）︰n（C2H4）=1︰1）
①列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数K＝（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数）
②图中压强P1、P2、P3、P4的大小顺序为：
，理由是：
③气相直接水合法党采用的工艺条件为：
磷酸/硅藻土为催化剂，反应温度290℃，压强6．9MPa，n（H2O）︰n（C2H4）=0．6︰1。
乙烯的转化率为5℅。
若要进一步提高乙烯的转化率，除了可以适当改变反应温度和压强外，还可以采取的措施有：
、。
5．【2014年高考福建卷第24题】铁及其化合物与生产、生活关系密切。
（1）下图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。
①该电化腐蚀称为。
②图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是（填字母）。
（2）用废铁皮制取铁红（Fe2O3）的部分流程示意图如下：
①步骤I若温度过高，将导致硝酸分解。
硝酸分解的化学方程式为。
②步骤Ⅱ中发生反应：
4Fe（NO3）2＋O2＋（2n＋4）H2O＝2Fe2O3·nH2O＋8HNO3，反应产生的HNO3又将废铁皮中的铁转化为Fe（NO3）2，该反应的化学方程式为。
③上述生产流程中，能体现“绿色化学”思想的是（任写一项）。
（3）已知t℃时，反应FeO（s）＋CO（g）
Fe（s）＋CO2（g）的平衡常数K＝0.25。
①t℃时，反应达到平衡时n（CO）：
n（CO2）＝。
②若在1L密闭容器中加入0.02molFeO（s），并通入xmolCO，t℃时反应达到平衡。
此时FeO（s）转化率为50%，则x＝。
6．【2014年高考新课标Ⅱ卷第26题】（13分）
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。
回答下列问题：
（1）反应的△H0（填“大于”或“小于”）；100℃时，体系中各物质浓度随时间变化如上图所示。
在0~60s时段，反应速率v（N2O4）为mol·L-1·s-1；反应的平衡常数K1为。
（2）100℃时达到平衡后，改变反应温度为T，c（N2O4）以0.0020mol·L-1·s-1的平均速率降低，经10s又达到平衡。
a：
T100℃（填“大于”或“小于”），判断理由是。
b：
列式计算温度T时反应的平衡常数K2。
（3）温度T时反应达平衡后，将反应容器的容积减少一半，平衡向（填“正反应”或“逆反应”）方向移动，判断理由是。
7.（2013·福建高考）NaHSO3溶液在不同温度下均可被过量KIO3氧化，当NaHSO3完全消耗即有I2析出，依据I2析出所需时间可以求得NaHSO3的反应速率。
将浓度均为0.020mol·L－1的NaHSO3溶液（含少量淀粉）10.0mL、KIO3（过量）酸性溶液40.0mL混合，记录10～55℃间溶液变蓝时间，55℃时未观察到溶液变蓝，实验结果如下图。
据图分析，下列判断不正确的是（ ）
A．40℃之前与40℃之后溶液变蓝的时间随温度的变化趋势相反
B．图中b、c两点对应的NaHSO3反应速率相等
C．图中a点对应的NaHSO3反应速率为5.0×10－5mol·L－1·s－1
D．温度高于40℃时，淀粉不宜用作该实验的指示剂
8．（2013·江苏高考）一定条件下存在反应：
CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g），其正反应放热。
现有三个相同的2L恒容绝热（与外界没有热量交换）密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在Ⅰ中充入1molCO和1molH2O，在Ⅱ中充入1molCO2和1molH2，在Ⅲ中充入2molCO和2molH2O,700℃条件下开始反应。
达到平衡时，下列说法正确的是（ ）
A．容器Ⅰ、Ⅱ中正反应速率相同
B．容器Ⅰ、Ⅲ中反应的平衡常数相同
C．容器Ⅰ中CO的物质的量比容器Ⅱ中的多
D．容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和小于1
9．（2013·上海高考）镍具有优良的物理和化学特性，是许多领域尤其是高技术产业的重要原料。
羰基法提纯粗镍涉及的两步反应依次为：
①Ni（s）＋4CO（g）
Ni（CO）4（g）＋Q
②Ni（CO）4（g）
Ni（s）＋4CO（g）
完成下列填空：
（1）在温度不变的情况下，要提高反应①中Ni（CO）4的产率，可采取的措施有____________、____________。
（2）若反应②达到平衡后，保持其他条件不变，降低温度，重新达到平衡时_______________。
a．平衡常数K增大 b．CO的浓度减小
c．Ni的质量减小d．v逆[Ni（CO）4]增大
（3）简述羰基法提纯粗镍的操作过程。
______________________________________________________。
10．（2013·全国新课标Ⅱ，28）（14分）在1.0L密闭容器中放入0.10molA（g），在一定温度进行如下反应：
A（g）
B（g）＋C（g） ΔH＝＋85.1kJ·mol－1
反应时间（t）与容器内气体总压强（p）的数据见下表：
时间t/h
0
1
2
4
8
16
20
25
30
总压强p/100kPa
4.91
5.58
6.32
7.31
8.54
9.50
9.52
9.53
9.53
回答下列问题：
（1）欲提高A的平衡转化率，应采取的措施为____________。
（2）由总压强p和起始压强p0计算反应物A的转化率α（A）的表达式为______________。
平衡时A的转化率为__________，列式并计算反应的平衡常数K__________。
（3）①由总压强p和起始压强p0表示反应体系的总物质的量n总和反应物A的物质的量n（A），n（总）＝________mol，n（A）＝________mol。
②下表为反应物A浓度与反应时间的数据，计算：
a＝________。
反应时间t/h
0
4
8
16
c（A）/（mol·L－1）
0.10
a
0.026
0.0065
分析该反应中反应物的浓度c（A）变化与时间间隔（Δt）的规律，得出的结论是________________________________，由此规律推出反应在12h时反应物的浓度c（A）为__________mol·L－1。
11．（2013·安徽理综，11）一定条件下，通过下列反应可以制备特种陶瓷的原料MgO：
MgSO4（s）＋CO（g）
MgO（s）＋CO2（g）＋SO2（g） ΔH＞0
该反应在恒容的密闭容器中达到平衡后，若仅改变图中横坐标x的值，重新达到平衡后，纵坐标y随x变化趋势合理的是（ ）。
选项
x
y
A
温度
容器内混合气体的密度
B
CO的物质的量
CO2与CO的物质的量之比
C
SO2的浓度
平衡常数K
D
MgSO4的质量（忽略体积）
CO的转化率
12．（2013·四川理综，6）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
【随堂巩固】
1．在一密闭容器中发生反应：
2X（g）＋Y（g）
aZ（g） ΔH＝QkJ·mol－1，开始按体积比2∶1将X、Y充入反应器中，一定条件下发生反应。
图甲和图乙是根据反应绘制的图象，下列有关说法正确的是（ ）
A．图甲，p1>p2，a<3
B．图甲，T10
C．图乙，t1时表示恒温、恒压条件下，向平衡体系中充入一定量的Z气体
D．图乙，如果a＝3，t2时表示向体系中加入了催化剂或增大压强
2．无水氯化铝是一种重要的催化剂，工业上由Al2O3制备无水氯化铝的反应为2Al2O3（s）＋6Cl2（g）
4AlCl3（g）＋3O2（g） ΔH>0。
下列分析错误的是（ ）
A．增大反应体系的压强，反应速率加快
B．加入碳粉，平衡向右移动，原因是碳与O2反应，降低了生成物的浓度且放出热量
C．电解熔融的Al2O3和AlCl3均能得到单质铝
D．将AlCl3·6H2O在氯化氢气流中加热，也可制得无水氯化铝
3．氢气既是最理想的能源又是重要的化工原料，用甲烷制氢气是一种廉价的制氢方法。
有关的热化学方程式如下：
①CH4（g）＋
O2（g）
CO（g）＋2H2（g） ΔH<0
②CH4（g）＋H2O（g）
CO（g）＋3H2（g） ΔH>0
下列说法不正确的是（ ）
A．当反应①中v（CH4）正＝v（CO）逆时，表明该反应达平衡状态
B．其他条件不变时，增大体系压强，反应①、②中甲烷的转化率均减小
C．使用高效催化剂可以加快反应速率，同时提高CH4的转化率
D．同一容器内同时发生反应①与②时，容器内温度可能保持不变
4．一定条件下，通过下列反应可实现燃煤烟气中硫的回收：
SO2（g）＋2CO（g）
2CO2（g）＋S（l） ΔH＜0
若反应在恒容的密闭容器中进行，下列有关说法正确的是（ ）
A．平衡前，随着反应的进行，容器内压强始终不变
B．平衡时，其他条件不变，分离出硫，正反应速率加快
C．平衡时，其他条件不变，升高温度可提高SO2的转化率
D．其他条件不变，使用不同催化剂，该反应的平衡常数不变
5．随着汽车数量的逐年增多，汽车尾气污染已成为突出的环境问题之一。
反应：
2NO（g）＋2CO（g）
2CO2（g）＋N2（g）可用于净化汽车尾气，已知该反应速率极慢，570K时平衡常数为1×1059。
下列说法正确的是
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