高考化学化学反应速率与化学平衡

化学反应速率与化学平衡

微专题 2019 2018 2017 考情透析

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化学反应

速率 化学

平衡 T28 T27 T28 T28 T27 T28 T28 T27 T27 考向:结合图像考查化学平衡移动的原理、化学反应速率和化学平衡常数的计算是高考的重点,另外在高考中常以信息题的形式考查Ksp、反应速率常数等知识 化学平衡

图像分析及

相关计算 T28 T27 T28 T27 T28 T28 T27 T27

题型:化学反应原理综合题、选择题、工艺流程题、实验题

分值:10+4

12 化学反应速率 化学平衡

一、化学反应速率

1.对化学反应速率计算公式的剖析

(1)公式:v(B)=Δ𝑐(B)Δ𝑡=Δ𝑛(B)𝑉Δ𝑡 。

①浓度变化只适用于气体和溶液中的溶质,不适用于固体和纯液体。

②化学反应速率是某段时间内的平均反应速率,而不是瞬时速率,且计算时取正值。

③同一反应用不同的物质表示反应速率时,数值可能不同,但意义相同。

④对于可逆反应,反应进行的净速率是正、逆反应速率之差,当达到平衡时,净速率为零(注:总反应速率也可理解为净速率)。

(2)比值法:同一化学反应,各物质的反应速率之比等于化学方程式中的化学计量数之比。对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),有𝑣(A)𝑚=𝑣(B)𝑛=𝑣(C)𝑝=𝑣(D)𝑞。

2.气体反应体系中充入惰性气体(或无关气体)时,对反应速率的影响

(1)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) 反应速率减慢。

3.外界条件对可逆反应的正、逆反应速率的影响方向是一致的,但影响程度不一定相同

(1)当增大反应物浓度时,v正瞬间增大,随后逐渐减小,v逆瞬间不变,随后逐渐增大,直至v正和v逆相等时达到新平衡。

(2)增大压强,向气体分子数减少的方向的反应速率变化程度更大。

(3)对于反应前后气体分子数不变的反应,改变压强可以同等程度地改变正、逆反应速率。

(4)升高温度,v正和v逆都增大,但吸热反应方向的反应速率增大的程度更大。

(5)使用催化剂,能同等程度地改变正、逆反应速率。

二、化学平衡的判断

1.等——“逆向相等”。

(1)同一物质(两种表述):v正=v逆,断键数=成键数。

(2)不同物质:𝑣正(X)X的化学计量数=𝑣逆(Y)Y的化学计量数。

2.定——“变量不变”:如果一个量是随反应的进行而改变的(变量),当其“不变”时,反应达到平衡状态,即“变量不变”→平衡状态。

(1)平衡体系中各物质的m、n、c和n%等均保持不变。

(2)一定条件下的气体密度、总压强、气体的平均相对分子质量不变等。

(3)有色体系的颜色保持不变。

3.依据Qc与K的关系判断:若Qc=K,反应处于平衡状态。

三、化学平衡常数

1.化学平衡常数

(1)代入化学平衡常数表达式的各物质的浓度为平衡浓度,而不是初始浓度。

(2)K越大,说明平衡体系中生成物所占的比例越大,反应正向进行的程度越大,即反应进行得越完全,反应物的转化率越大;反之,反应进行得越不完全,反应物的转化率越小。

(3)化学平衡常数只与温度有关,与浓度、压强无关。

若反应的ΔH<0,升温,化学平衡逆向移动,K减小;若反应的ΔH>0,升温,化学平衡正向移动,K增大。

(4)若反应物或生成物中有固体或纯液体,其浓度可以看作“1”,不用代入化学平衡常数表达式。

(5)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若化学方程式中的化学计量数变化,化学平衡常数也要发生变化;当化学反应逆向进行时,其平衡常数为原平衡常数的倒数。

2.化学平衡移动方向的判断

(1)根据勒夏特列原理判断。

(2)根据图像中正、逆反应速率的相对大小判断:若v正>v逆,则平衡向正反应方向移动;反之,平衡向逆反应方向移动。

(3)根据变化过程中速率变化的性质判断:若平衡移动过程中,正反应速率增大(或减小),则平衡向逆(或正)反应方向移动。

(4)根据浓度商(Qc)规则判断:若某温度下QcK,反应向逆反应方向进行。

四、分析化学平衡移动的一般思路

1.比较同一物质的正、逆反应速率的相对大小

2.惰性气体对化学平衡的影响

五、解答化学平衡移动问题的步骤

考点1 ▶ 化学反应速率及其影响因素

1.(2019年全国Ⅱ卷,27节选)环戊二烯()是重要的有机化工原料,广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题:

环戊二烯容易发生聚合生成二聚体,该反应为可逆反应。不同温度下,溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示,下列说法正确的是 (填标号)。

A.T1>T2

B.a点的反应速率小于c点的反应速率

C.a点的正反应速率大于b点的逆反应速率

D.b点时二聚体的浓度为0.45 mol·L-1

解析▶ 由图可知T,2温度下的反应速率更大,根据其他条件相同,温度越高,反应速率越大可知T,2T>1,A项错误;分别经a、c两点作曲线切线,可知a点的斜率更大,故a点的反应速率更大,B项错误;a点的浓度大于b点的浓度,所以a点的正反应速率大于b点的正反应速率,b点未达到平衡,所以b点的正反应速率大于b点的逆反应速率,故a点的正反应速率大于b点的逆反应速率,C项正确;b点时环戊二烯的浓度为0.6 mol·L-1,起始为1.5

mol·L-1,转化0.9 mol·L-1,因为环戊二烯与二聚体的化学计量数之比为2∶1,所以二聚体的浓度为0.45 mol·L-1,D项正确。

答案▶ CD

1.(2019年北京东城区二模)不同条件下,用O2氧化a mol·L-1 FeCl2溶液过程中所测的实验数据如图所示。下列分析或推测合理的是( )。

A.由①②可知,pH越大,Fe2+越易被氧化

B.由②③推测,若pH>7,Fe2+更难被氧化

C.由①③推测,FeCl2被O2氧化的反应为放热反应

D.60 ℃、pH=2.5时,4 h内Fe2+的平均消耗速率大于 0.15a mol·L-1·h-1

解析▶ 由②③可知,pH越小,Fe2+被氧化的速率越快,故A项错误;若pH>7,Fe2+易发生水解生成Fe(OH)2,Fe(OH)2非常容易被氧化成Fe(OH)3,故B项错误;由①③可知,升高温度,Fe2+的氧化率变大,则FeCl2被O2氧化的反应为吸热反应,故C项错误;50 ℃、pH=2.5时,4 h内Fe2+的氧化率是60%,即4 h内Fe2+的平均

消耗速率等于0.15a mol·L-1·h-1,pH不变,温度升高到60 ℃时,Fe2+的氧化速率加快,4 h内Fe2+的平均消耗速率大于0.15a mol·L-1·h-1,D项正确。

答案▶ D

1.化学反应速率是某一段时间内的平均速率,而不是瞬时速率。

2.进行化学反应速率的相关计算时,不能用某物质的物质的量代替其物质的量浓度;比较速率大小时易忽视各物质的反应速率的单位是否一致,单位书写是否正确。

3.一般不用纯固体或纯液体物质的变化来表示化学反应速率,但若将固体颗粒变小(增大固体的接触面积),化学反应速率会加快。

4.增大压强,化学反应速率不一定增大。若反应在恒容密闭容器中进行,充入氦气(或不参与反应的气体),压强增大,但参与反应的各物质的浓度不变,反应速率不变。

5.正确区分外界条件对可逆反应的正、逆反应速率的影响。如对ΔH<0的反应,升高温度,平衡逆向移动,正、逆反应速率都增大。

考点2 ▶ “控制变量”思想在探究影响化学反应速率因素中的应用

2.(2018年北京理综,27节选)近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下:

(1)对反应Ⅱ,在某一投料比时,两种压强下,H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。p2

p1(填“>”或“<”),得出该结论的理由是

。

(2)I-可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂,可能的催化过程如下。将ⅱ补充完整。

ⅰ.SO2+4I-+4H+S↓+2I2+2H2O

ⅱ.I2+2H2O+ + +2I-

(3)探究ⅰ、ⅱ反应速率与SO2歧化反应速率的关系,实验如下:分别将18 mL SO2饱和溶液加入2 mL下列试剂中,密闭放置观察现象。(已知:I2易溶解在KI溶液中)

序号 试剂组成 实验现象

A 0.4 mol·L-1 KI 溶液变黄,一段时间后出现浑浊

B a mol·L-1 KI

0.2 mol·L-1 H2SO4 溶液变黄,出现浑浊较A快

C 0.2 mol·L-1 H2SO4 无明显现象

D 0.2 mol·L-1 KI

0.0002 mol I2 溶液由棕褐色很快褪色,变成黄色,出现浑浊较A快

①B是A的对比实验,则a= 。

②比较A、B、C,可得出的结论是 。

③实验表明,SO2的歧化反应速率D>A,结合ⅰ、ⅱ反应速率解释原因:

。

解析▶ (1)在横坐标上任取一点,作纵坐标的平行线,可见温度相同时p,2对应的H2SO4的物质的量分数大于p1,反应Ⅱ是气体分子数减小的反应,增大压强使平衡向正反应方向移动,H2SO4的物质的量增加,体系总物质的量减小,H2SO4的物质的量分数增大,所以p2>p1。

(2)反应Ⅱ的总反应为3SO2+2H2O2H2SO4+S↓,I-可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂,催化剂在反应前后质量和化学性质不变,由(总反应-反应ⅰ)÷2得反应ⅱ的离子方程式为I2+2H2O+SO24H++SO42-+2I-。

(3)①B是A的对比实验,采用控制变量法,B比A中H2SO4的浓度大了0.2 mol·L-1,A与B中KI浓度应相等,则a=0.4。②对比A与B,加入H+可以加快SO2歧化反应的速率;对比B与C,H+单独存在时不能催化SO2的歧化反应;比较A、B、C可得出的结论是I-是SO2歧化反应的催化剂,H+单独存在时不具有催化作用,但H+可以加快歧化反应速率。③对比D和A,D中加入的KI的浓度小于A,且D中多加了I2,反应ⅰ消耗H+和I-,反应ⅱ中消耗I2,D中“溶液由棕褐色很快褪色,变成黄色,出现浑浊较A快”,反应ⅱ比反应ⅰ速率快,反应速率D>A是由于反应ⅱ产生H+使c(H+)增大,从而使反应ⅰ加快。

答案▶ (1)> 反应Ⅱ是气体物质的量减小的反应,温度一定时,增大压强使反应正向移动,H2SO4的物质的量增大,体系总物质的量减小,H2SO4的物质的量分数增大

(2)SO2 SO42- 4H+

(3)①0.4 ②I-是SO2歧化反应的催化剂,H+单独存在时不具有催化作用,但H+可以加快歧化反应速率 ③反应ⅱ比ⅰ快,D中由反应ⅱ产生的H+使反应ⅰ加快

2.(2019年北京石景山区一模)资料显示:自催化作用是指反应产物之一使该反应速率加快的作用。用稀硫酸酸化的KMnO4溶液进行下列三组实验,一段时间后溶液均褪色。

褪色

比实验①褪色快

比实验①褪色快

下列说法不正确．．．的是( )。