高考化学 化学反应速率和化学平衡分析及教学建议.docx
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高考化学化学反应速率和化学平衡分析及教学建议
高考化学专题“化学反应速率和化学平衡”分析及教学建议
●高考趋势展望
本专题是高考考查的重点，其热点主要集中在：
1.根据化学方程式，确定各物质的反应速率，并能进行简单的计算；
2.通过化学反应速率的测定方法，考查数学（数据）处理的能力；
3.理解化学平衡的含义，确定某种情况下化学反应是否建立平衡；
4.勒夏特列原理在各类平衡中的应用，有关转化率、消耗量、气体体积变化等有关计算；
5.用图象表示外界条件对化学平衡的影响，或者根据图象推测外界条件的变化。
化学反应速率和化学平衡是每年高考的必考内容，出现的题目类型有选择题和填空题。
在选择题部分中，以考查化学平衡的基本概念和影响平衡移动的条件为主，化学平衡计算的考查也时有出现。
而在Ⅱ卷中，常出现思维强度较高的题目，以考查考生的思维判断能力。
今后高考命题的变化趋势是：
化学反应速率将依据其外在影响因素选择反应条件，或探究并建立化学反应速率的数学模型，或者给定某一反应速率与时间的变化曲线图象，提出合理的解释。
化学平衡这部分基本理论在化工生产中的应用，是科学技术与社会的紧密结合。
因而涉及此内容的高考试题将以中学化学知识为落点，紧贴社会生产、日常生活、环境、能源、材料、健康等实际命题，既全面考查学生的知识、技能，又充分利用高考这一特殊手段展开素质教育。
预计化工生产中选择适宜温度和压强、促进或抑制某反应的进行而选择的酸碱性环境等，将是高考重点开发的题型。
●主干知识整合
1.外界条件对可逆反应速率的影响规律
升温，ｖ（正）、ｖ（逆）一般均加快，吸热反应增加的倍数大于放热反应增加的倍数；降温，ｖ（正）、ｖ（逆）一般均减小，吸热反应减小的倍数大于放热反应减小的倍数。
加压对有气体参加的反应，ｖ（正）、ｖ（逆）均增大，气体体积之和大的一侧增加倍数大于气体体积之和小的一侧增加的倍数；降压，ｖ（正）、ｖ（逆）均减小，气体体积之和大的一侧减小的倍数大于气体体积之和小的一侧减小的倍数。
增加反应物的浓度，ｖ（正）急剧增大，
ｖ（逆）逐渐增大。
加催化剂可同倍地改变ｖ（正）、ｖ（逆）。
思考讨论
对于合成氨反应，N2、H2的消耗速率逐渐减慢而NH3的生成速率是否逐渐加快？
答：
N2、H2的消耗与NH3的生成是同一反应方向，只要N2、H2的消耗速率逐渐减慢，NH3的生成速率必然随之减慢。
2.改变条件对化学平衡的影响规律
（1）在相同温度下，对有气体参加的化学反应，压强越大，到达平衡所需的时间
越短。
在相同压强下，温度越高，到达平衡所需的时间越短。
（2）平衡向正反应方向移动，生成物的物质的量增加。
而生成物的浓度、生成物的质量分数以及反应物的转化率都不一定增加或提高。
（3）加催化剂，只能同倍改变正、逆反应速率，改变到达平衡所需时间，不影响化学平衡。
（4）同一反应中，未达平衡以前，同一段时间间隔内，高温时生成物含量总比低温时生成物含量大（其他条件相同）。
高压时生成物的含量总比低压时生成物的含量大（其他条件相同）。
（5）在其他条件不变时，如将已达平衡的反应容器体积缩小到原来的
，压强将大于原来的压强，但小于或等于原来压强的2倍。
3.反应物用量的改变对平衡转化率的影响规律
若反应物只有一种时，如：
aＡ（g）b
Ｂ（g）＋cC（g），增加A的量，平衡向正反应方向移动，但该反应物A的转化率的变化与气体物质的计量数有关：
（1）若a＝b＋cＡ的转化率不变
（2）若a＞b＋cA的转化率增大
（3）若a＜b＋cA的转化率减小
若反应物不止一种时，如：
aＡ（g）＋bＢ（g）
cC（g）＋dＤ（g）
（1）若只增加A的量，平衡向正反应方向移动，而A的转化率减小，B的转化率增大。
（2）若按原比例同倍数地增加反应物A和B的量，则平衡向正反应方向移动，而反应物转化率与气体反应物计量数有关。
如a＋b＝c＋d，A、B的转化率都不变；如a＋b＜c＋d，A、B的转化率都减小；如a＋b＞c＋d，Ａ、Ｂ的转化率都增大。
思考讨论
化学平衡主要是研究可逆反应规律的，如反应进行的程度以及各种条件对反应进行程度的影响等。
（1）为什么说化学平衡是动态平衡？
（2）有人设想通过寻找高效催化剂的途径提高化工生产中原料的转化率，这一设想科学吗？
（3）为什么在实验室中很难得到纯净的NO2气体？
答：
（1）化学平衡的主要特点是ｖ（正）=ｖ（逆），由于正反应和逆反应仍在继续进行，只是在同一瞬间正反应生成某生成物的分子数，和逆反应所消耗的该物质的分子数相等，此时反应混合物中各组分的浓度不变。
故化学平衡是一种动态平衡。
（2）催化剂能同等程度地改变ｖ（正）和ｖ（逆），因此它只能缩短反应达到平衡所用的时间，不能改变反应物的转化率，故
（2）说法不正确。
（3）由于NO2与N2O4之间存在如下转化关系：
2NO2
N2O4,故通常情况下NO2气体中也会存在少量N2O4，由于以上转化是放热过程，故只有在高温低压情况下，NO2气体才相对较纯。
4.解答化学平衡问题的重要思维方法
（1）可逆反应“不为零”原则
可逆性是化学平衡的前提，达到平衡时应是反应物和生成物共存的状态，每种物质的物质的量不为零。
一般可用极限分析法推断：
假设反应不可逆，则最多生成产物多少，有无反应物剩余，余多少。
这样的极值点是不可能达到的，故可用确定某些范围或在范围中选择合适的量。
（2）“一边倒”原则
可逆反应，在条件相同时（等温等容），若达到等同平衡，其初始状态必须能互变，从极限角度看，就是各物质的物质的量要相当。
因此，可以采用“一边倒”的原则来处理以下问题：
化学平衡等同条件（等温等容）
aA（g）+bB（g）
cC（g）
①始ab0平衡态Ⅰ
②始00c平衡态Ⅱ
③始xyz平衡态Ⅲ
为了使平衡Ⅲ=Ⅱ=Ⅰ
根据“一边倒”原则，即可得
x+
z=a
+
=1
y+
z=b
+
=1
（3）“过渡态”方法
思路：
各种反应物的浓度增加相同倍数，相当于增大体系压强，根据平衡移动方向来确定转化率的变化情况。
●精典题例导引
【例1】将4molA气体和2molB气体在2L容器中混合并在一定条件下发生如下反应：
2A（g）+B（g）
2C（g）
若经2s后测得C的浓度为0.6mol·Ｌ－1，现有下列几种说法，其中正确的是
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
A.①③B.①④C.②③D.③④
解析：
由题知2s时C的浓度为0.6mol·L－1，根据化学方程式中化学计量数比，可算
出B的变化浓度为0.3mol·L－1，进而确定B的浓度是（1mol·L－1－0.3mol·L－1）=
0.7mol·L－1；A的变化浓度为0.6mol·L－1，从而求A的转化率为30%；用C表示的反应的平均速率为0.3mol·L－1·s－1，可推知用A表示的反应的平均速率为0.3mol·L－1·s－1，用B表示的反应的平均速率为0.15mol·L－1·s－1。
对照各选项，符合题意的是B。
答案：
B
【例2】在恒温恒容条件下，能使A（g）+B（g）
C（g）+D（g）正反应速率增大的措施是
A.减小C或D的浓度B.增大D的浓度
C.减小B的浓度D.增大A或B的浓度
解析：
在恒温恒容条件下，正反应速率取决于反应物的浓度。
A．减小C或D的浓度，正反应速率不变；B．增大D的浓度，正反应速率不变；C．减小B的浓度，正反应速率减小；D．增大A或B的浓度，都会使正反应速率增大。
答案：
D
【例3】下图曲线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：
由题给图示可知，当改变条件使反应过程中X的转化率变为按b曲线进行时，在时间相同时，X的转化率增大，而加大X的投入量可使X的转化率降低，可排除B；在达到化学平衡前要使X的转化率增大，则必增大化学反应的速率，而增大体积只可降低化学反应速率。
又由图示可知达到平衡时两者的转化率相等，故二者达到的为同一平衡状态，而升高温度一定使化学平衡发生移动，所以本题的答案为C。
答案：
C
特别提示
化学平衡图象问题的识别分析方法，不外乎是看坐标、找变量、想方程、识图象四个方面，即准确认识横、纵坐标的含义，根据图象中的点（起点、终点、转折点）、线（所在位置的上下、左右、升降、弯曲）特征，结合题目中给定的化学方程式和数据，应用概念、规律进行推理判断。
【例4】恒温下，将amolN2与bmolH2的混合气体通入一个固定容积的密闭容器中，发生如下反应：
N2（g）+3H2（g）
2NH3（g）
（1）若反应进行到某时刻t时，n
（N2）=13mol，n
（NH3）=6mol,计算a的值。
（2）反应达到平衡时，混合气体的体积为716.8L（标准状况下），其中NH3的含量（体积分数）为25%。
计算平衡时NH3的物质的量。
（3）原混合气体与平衡混合气体的总物质的量之比（写出最简整数比，下同），n（始）∶n（平）=________。
（4）原混合气体中，a∶b=________。
（5）达到平衡时，N2和H2的转化率之比，a（N2）∶a（H2）=________。
（6）平衡混合气体中，n（N2）∶n（H2）∶n（NH3）=________。
解析：
（1）N2＋3H2
2NH3
开始时：
ab0
反应过程：
x6
t时：
136
根据上述关系，解得x＝3。
所以a＝x+13＝16。
（2）平衡时NH3的物质的量为
×25%=32mol×25%=8mol。
（3）可利用差量法计算。
假设反应过程中混合气体总物质的量减少y，
N2＋3H2
2NH3Δn
1322
8mol y
解得y＝8mol。
所以，原混合气体总物质的量为
+8mol=40mol。
原混合气体与平衡混合气体总物质的量之比为40∶32＝5∶4。
（4）前面已计算出原混合气体中a＝16，所以H2的物质的量b＝40－16＝24。
所以a∶b＝16∶24＝2∶3。
（5）反应过程中各物质的物质的量如下：
N2＋3H2
2NH3
开始时：
1624
转化：
4128
平衡时：
12128
可以算出，N2、H2的转化率之比为a（N2）∶a（H2）=
∶
=1∶2。
（6）根据第（5）题中的数据，平衡混合气体中，n（N2）∶n（H2）∶n（NH3）＝12∶12∶8＝
3∶3∶2。
答案：
（1）a＝16
（2）平衡时n（NH3）＝8mol
（3）5∶4（4）2∶3（5）1∶2（6）3∶3∶2
深化拓展
本题依据氮原子守恒求a的值更为简捷方便：
13mol×2+6mol=2a，解得a=16mol。
【例5】在Zn与某浓度的盐酸反应的实验中，某人得到了下面的几组实验数据：
Zn的质量（g）
Zn的形状
温度（℃）
溶于酸的时间（s）
A
2
薄片
5
400
B
2
薄片
15
200
C
2
薄片
25
100
D
2
薄片
35
50
E
2
薄片
45
25
F
2
粉末
15
5
利用上述结果，回答下列问题：
（1）画出时间对温度的曲线图。
（2）利用所画的曲线图，你能得出关于温度影响反应速率的结论是什么？
（3）20℃时，2g锌箔溶解于酸中需花多少时间？
（4）对比结果B与F，解释F很快溶于酸的原因。
解析：
本题为研究性试题，题目要求学生从实验数据出发，经过分析、归纳总结出规律，重在考查学生在研究性学习中对研究结果进行分析和处理的能力，这是学生科学探究能力的重要体现。
（1）该小题只要求把数据信息转化为图象。
可作图如下。
（2）比较表中数据可看出，从A到E，每组的实验温度相差10℃，锌粒消耗时间都变为前一实验的1/2。
故从这5组数据可归纳总结出温度影响反应速率的规律为：
温度每升高
10℃，反应速率增大到原来的两倍。
（3）根据
（1）中的图象可求得，当温度为20℃时，反应时间大约需150s。
（4）比较B和F，反应温度相同，酸的浓度相同，Zn的质量也相同，但B中2gZn全部溶解用了200s，而F中只需要5s，即F中的反应速率比B中反应速率快了40倍。
其原因只可能与Zn的状态有关，因为B中Zn是块状，F中Zn是粉末状，粉末状时与酸溶液的接触面要比块状时的接触面大得多。
答案：
（1）
（2）温度每升高10℃，反应速率增大到原来的两倍。
（3）大约需150s。
（4）原因只可能与Zn的状态有关，因为B中Zn是块状，F中Zn是粉末状，粉末状时与酸溶液的接触面要比块状时的接触面大得多。
●能力提升训练
1.一定条件下，可逆反应X（g）+3Y（g）
2Z（g）,若X、Y、Z起始浓度分别为c1、c2、c3（均不为0），平衡时X、Y、Z的浓度分别为0.1mol·L－1、0.3mol·L－1、
0.08mol·L－1，则下列判断不合理的是
A.c1∶c2=1∶3
B.平衡时，Y和Z的生成速率之比为3∶2
C.X、Y的转化率不相等
D.c1的取值范围为0＜c1＜0.14mol·L－1
解析：
本题考查化学平衡的涵义。
达到平衡时c（X）∶c（Y）=1∶3,而转化的c（X）∶c（Y）=1∶3（化学计量数之比），则c1∶c2=1∶3,A合理，C不合理；平衡时Y、Z生成速率之比为其化学计量数之比，B合理；若起始时c3=0,则c1有极大值：
c1=0.1mol·L－1+
=0.14mol·L－1
即0＜c1＜0.14mol·L－1。
答案：
C
2.一定条件下，向一带活塞的密闭容器中充入2molSO2和1molO2，发生下列反应：
2SO2（g）+O2（g）
2SO3（g），达到平衡后改变下述条件，SO3气体平衡浓度不改变的是
A.保持温度和容器体积不变，充入1molSO3（g）
B.保持温度和容器内压强不变，充入1molSO3（g）
C.保持温度和容器内压强不变，充入1molO2（g）
D.保持温度和容器内压强不变，充入1molAr（g）
解析：
A中充入1molSO3气体，平衡向逆反应方向移动，新平衡时SO3浓度变大；C中充入1molO2气体，平衡向正反应方向移动，新平衡时SO3浓度变大；D中充入1molAr气体，且保持压强不变，则容器的体积扩大，平衡向逆方向移动，新平衡时SO3浓度变小。
B中虽然充入1molSO3，但因容器内压强可以保持不变，体积可以自由扩大，所以新平衡与原平衡体系中各物质浓度分别相等，SO3浓度不变。
正确答案为B。
答案：
B
3.（2004年黄冈模拟题）反应3Fe（s）+4H2O（g）
Fe3O4（s）+4H2（g）在温度和容积不变的条件下进行。
能表明反应达到平衡状态的叙述是
A.容器内压强不再变化B.Fe3O4的物质的量不变
C.ｖ（H2O）=ｖ（H2）D.反应不再进行
解析：
所给反应为气体总体积不变的反应，无论是否达到化学平衡，压强都不变化，A不能表明；Fe3O4的物质的量不变，即单位时间内消耗Fe与生成Fe的物质的量相等，ｖ（正）=ｖ（逆）表明反应已达平衡状态；由于反应中H2O（g）和H2（g）化学计量数相等，反应平衡与否，其反应速率都相等，故C不能表明；显然D中叙述错误。
答案：
B
4.在一定条件下，在密闭容器中进行的反应aX（g）+bY（g）
cZ（g）+dW（g），5min后达到平衡，X减少nmol·L－1,Y减少
mol·L－1,Z增加
mol·L－1。
在其他条件不变时，将容器体积增大，W的百分含量不发生变化。
则化学方程式中各物质的化学计量数之比a∶b∶c∶d应为
A.1∶3∶1∶2B.3∶1∶2∶2
C.3∶1∶2∶1D.1∶3∶2∶2
解析：
根据化学反应中，化学反应速率之比等于化学计量数之比，有a∶b∶c=nmol·L－1∶
mol·L－1∶
mol·L－1=3∶1∶2。
由于其他条件不变时，体积增大，W的百分含量不变，故该反应应为气体总体积不变的反应，所以当a、b、c分别取3、1、2时，d的值应为2。
即a∶b∶c∶d=3∶1∶2∶2。
答案：
B
5.在密闭容器中有可逆反应nA（g）+mB（g）
pC（g）；ΔH＞0，处于平衡状态，已知m+n＞p。
若只改变平衡的某一条件，建立新的平衡时，与原平衡比较，下列说法正确的是
①升高温度
变大②降低温度时，体系内混合气体平均相对分子质量变小③加入B，则A的转化率增大④加入固体催化剂，气体总的物质的量不变⑤加入C，则A、B的物质的量增大
A.①③④B.①②⑤
C.①②③⑤D.②③④⑤
解析：
由于正反应为吸热反应，故升高温度，平衡向正反应方向移动，c（B）减小，
c（C）增大，
变小；降低温度，平衡向逆反应方向移动，气体质量不变，物质的量增大，故平均相对分子质量变小；加入B，平衡向正反应方向移动，A的转化率增大；加入催化剂对化学平衡没有影响，气体的总物质的量不变；加入C，平衡向逆反应方向移动，故A、B的物质的量都增大。
答案：
D
6.298K时，合成氨反应的热化学方程式为：
N2（g）+3H2（g）
2NH3（g）；ΔH=
－92.4kJ·mol－1。
在该温度下，取1molN2和3molH2放在一密闭容器中，在催化剂存在下进行反应，经过t1分钟后达到平衡，测定反应热为ΔH1；同样情况下，若取2molN2和6molH2放在同一密闭容器中进行反应，经过t2分钟后达到平衡，测定反应热为ΔH2。
下列关系正确的是
A.t1＞t2ΔH1=ΔH＞ΔH2B.t1＞t2ΔH2＞ΔH1＞ΔH
C.t1＞t2ΔH1＞ΔH2＞ΔHD.t1＜t2ΔH1=ΔH=ΔH2
解析：
在相同条件下，若将途径Ⅱ分为两个1molN2和3molH2，则达到的平衡状态与途径Ⅰ完全相同。
现将途径Ⅱ的体积压缩至与途径Ⅰ相同，则压强增大，平衡向正反应方向移动，由于正反应为放热反应，ΔH为负值，故ΔH2＜ΔH1；又对于可逆反应，无论怎样移动都不可能完全转化为NH3。
故ΔH＜ΔH2＜ΔH1。
答案：
C
7.在容积固定的密闭容器中存在如下反应：
A（g）+3B（g）
2C（g）；ΔH＜0
某研究小组研究了其他条件不变时，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：
催化剂的效率越高，化学反应速率越快，达到平衡所需时间越短，但催化剂不能使化学平衡发生移动，故A不正确而D正确。
温度越高、压强越大，化学反应速率越快，达到平衡所需时间越短，由于所给反应为气体总体积缩小的反应，压强增大时平衡向右移动，使
a甲＞a乙，又知反应为放热反应，温度升高时平衡向左移动，使a甲＜a乙，C正确，B错误。
答案：
AB
8.某温度下在密闭容器中发生如下反应：
2M（g）+N（g）
2E（g）
若开始时只充入2molE（g）,达到平衡时，混合气体的压强比起始时增大了20%；若开始时只充入2molM和1molN的混合气体，达到平衡时M的转化率为
A.20%B.40%C.60%D.80%
解析：
开始时向容器中充入2molE和充入2molM、1molN的效果相同，两种情况下达到平衡时，容器中M、N、E的物质的量分别相等。
若开始向容器中通入2molE，则
2M（g）＋N（g）
2E（g）
开始：
0mol0mol2mol
转化：
2xmolxmol2xmol
平衡：
2xmolxmol2－2x）mol
得到
=120%，求得x＝0.4。
平衡时各物质的物质的量为：
n（M）＝0.8mol；n（N）＝0.4mol；n（E）＝1.2mol。
若开始向容器中通入2molM、1molN，则
2M（g）＋N（g）
2E（g）
开始：
2mol1mol0mol
转化：
1.2mol0.6mol1.2mol
平衡：
0.8mol0.4mol1.2mol
所以，M的转化率等于
×100%=60%。
答案为C。
答案：
C
9.已知t℃，pkPa时，在容积为VL的密闭容器中充入1molA和1molB，保持恒温恒压下反应：
A（g）+B（g）
C（g）；ΔH=－Q（Q＞0）
达到平衡时，C的体积分数为40%。
试回答有关问题：
（1）升温时，C的反应速率________（填“加快”“减慢”或“不变”）。
（2）若平衡时，保持容器容积不变，使容器内压强增大，则平衡________。
A.一定向正反应方向移动B.一定向逆反应方向移动
C.一定不移动D.不一定移动
（3）若使温度、压强在上述条件下恒定不变，在密闭容器中充入2molA和2molB,则反应达到平衡时，C的体积分数为________；容器的容积为________。
解析：
（1）温度升高化学反应速率加快，则升温时，C的反应速率加快。
（2）平衡时，容积不变，若增大压强的措施，是增大反应物或生成物浓度则平衡发生移动；若增大压强的措施是充入不参与反应的气体，则原平衡中各物质浓度不变，平衡不移动。
应选D。
（3）由题意可知，此平衡达成时与原平衡等效，设平衡时A的转化量为x，则：
A（g）+B（g）
C（g）
起始：
2mol2mol0
转化：
xxx
平衡：
2－x2－xx
根据题意有：
=40%
x=
mol。
所得混合气体的物质的量为4mol－
mol=
mol。
设容器容积为V′，则有：
=
所以V′=
VL。
答案：
（1）加快
（2）D（3）40%
VL
10.有点难度哟！
在实验室中做小型实验：
把物质A、B按一定比例充入一个表面积为300cm2、容积为2L的球形容器，使压强为p，然后将整个容器用加热器加热到280℃时，发生如下反应：
3A（g）+3B（g）
2C（g）+2D（g）；ΔH=－180kJ·mol－1
（1）若平均每分钟生成0.5molC，则此反应速率可表示为ｖ（C）=________。
（2）若容器表面向外散热速率平衡为400J·（min·cm2）－1，为了维持恒温280℃，平均每分钟需用加热器提供________kJ的热量。
（3）若将小型实验扩大为工业生产：
将反应容器的容积扩大到原来的10倍，做成“相似体”，且将A、B按原比例向其中充入，并使压强仍为p，然后加热到280℃，则达到平衡时，C的体积分数与实验室的小型实验相比，将________（填“减小”“增大”或“不变”）。
解
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