2024高考化学二轮突破-专题13化学反应速率与化学平衡.docx
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1、 专题13 化学反应速率与化学平衡【核心考点梳理】考点一 化学反应速率的计算及影响因素1. 数学表达式及单位: v,单位为molL1min1或molL1s1。2. 注意事项(1) 同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,其数值可能不同,但表示的意义相同。(2)不能用固体或纯液体表示化学反应速率,因为固体或纯液体的浓度视为常数。3. 影响化学反应速率的因素(1)内因:反应物本身的性质(2)外因:【注意】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(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
2、大物质浓度减小(活化分子浓度减小)反应速率减小。4. 有效碰撞理论(1)活化分子:能够发生有效碰撞的分子。(2)活化能:如图图中:E1为正反应的活化能,使用催化剂时的活化能为E3,反应热为E1E2。(注:E2为逆反应的活化能)(3)有效碰撞:活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。(4)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系考点二 化学反应进行的方向1. 化学反应方向的判据2. 复合判据应用规律考点三 化学平衡状态及化学平衡移动1. 化学平衡状态判断的“两标志”(1)本质标志:v正v逆0。对于某一可逆反应来说,正反应消耗掉某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率。(2)等价标志反应mA(g)nB(g
3、) pC(g)qD(g)是否已达平衡状态混合物体系中各组分的含量各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定平衡各物质的质量或各物质的质量分数一定平衡各气体的体积或体积分数一定平衡总压强、总体积、总物质的量一定不一定平衡正、逆反应速率的关系在单位时间内消耗n mol B,同时生成m mol A,即v正=v逆平衡在单位时间内消耗n mol B,同时生成p mol C,均指v正不一定平衡v(A)v(B)v(C)v(D)mnpq,v正不一定等于v逆不一定平衡在单位时间内生成了n mol B,同时消耗q mol D,均指v逆不一定平衡压强压强不再变化,当mnpq时平衡压强不再变化,当mnpq时不一定平衡
4、混合气体的平均相对分子质量MrMr一定,当mnpq时平衡Mr一定,当mnpq时不一定平衡温度任何化学反应都伴随着能量变化,在其他条件不变的情况下,体系的温度一定时平衡颜色反应体系内有色物质的颜色不变,即有色物质的浓度不变平衡体系的密度若mnpq,且一定不一定平衡若mnpq,恒温恒压且一定平衡混合体系中各组分的浓度各组分的浓度一定平衡各组分的浓度相等不一定平衡c(A)c(B)c(C)c(D)mnpq不一定平衡 2. 外界因素对化学平衡的影响3. 等效平衡判断“四步曲”第一步看:观察可逆反应特点(物质状态、气体分子数),判断反应是反应前后气体体积不变的可逆反应还是反应前后气体体积改变的可逆反应;第
5、二步挖:挖掘反应条件,是恒温恒容还是恒温恒压,注意密闭容器不等于恒容容器;第三步倒:采用一边倒法,将起始物质按可逆反应化学计量数之比转化成同一边的物质;第四步联:联系等效平衡判断依据,结合题目条件判断是否达到等效平衡。考点四 化学反应速率与化学平衡图像分析1. 速率时间图像反应mA(g)nB(g) pC(g)qD(g),mnpq,且H0(1)t1 时增大反应物的浓度,正反应速率瞬间增大,然后逐渐减小,而逆反应速率逐渐增大;(2)t2 时升高温度,正反应和逆反应速率均增大,吸热反应的反应速率增大得快;(3)t3 时减小压强,容器容积增大,浓度变小,正反应速率和逆反应速率均减小,正反应的反应速率减
6、小得多;(4)t4 时使用催化剂,正反应速率和逆反应速率均瞬间增大但仍相等。2. 转化率(或含量)时间图像反应mA(g)nB(g) pC(g)qD(g),mnpq,且H0(1)图甲表示压强对反应物转化率的影响,对于气体反应物化学计量数之和大于气体生成物化学计量数之和的反应,压强越大,反应物的转化率越大;(2)图乙表示温度对反应物转化率的影响,对于吸热反应,温度越高,反应物的转化率越大;(3)图丙表示催化剂对反应物转化率的影响,催化剂只能改变化学反应速率,不能改变反应物的转化率。3恒压(温)线(表示反应物的转化率,c表示反应物的平衡浓度)图,若P1P2P3,则正反应为气体体积减小的反应,HT2,
7、则正反应为放热反应。 分析时可沿横轴作一条平行于纵轴的虚线,即为等压线或等温线,然后分析另一条件变化对该反应的影响。4特殊类型图像(1)对于化学反应mA(g)nB(g) pC(g)qD(g),如图所示,M点前,表示从反应物开始,v正v逆;M点为刚达到平衡点;M点后为平衡受温度的影响情况,即升温,A的百分含量增加或C的百分含量减少,平衡左移,故正反应H0。(2)对于化学反应mA(g)nB(g) pC(g)qD(g),如图所示,L线上所有的点都是平衡点。L线的左上方(E点),A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量,所以E点v正v逆;则L线的右下方(F点),v正v逆。(3)曲线的意义是外界条
8、件(如温度、压强等)对正、逆反应速率影响的变化趋势及变化幅度。图中交点A是平衡状态,压强增大,正反应速率增大得快,平衡正向移动。化学平衡图像题的解答原则(1)“定一议二”原则。在化学平衡图像中,包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的三个量,确定横坐标所表示的量后,讨论纵坐标与曲线的关系或确定纵坐标所表示的量,讨论横坐标与曲线的关系。(2)“先拐先平,数值大”原则。在化学平衡图像中,先出现拐点的反应则先达到平衡,先出现拐点的曲线表示的温度较高或表示的压强较大。考点五 化学平衡常数、转化率的相关计算1. 平衡常数表达式对于反应,K(固体和纯液体的浓度视为常数,通常不计入平衡常数表达式中)。2. 平衡常数
9、常见应用(1)判断、比较可逆反应进行的程度一般来说,一定温度下的一个具体的可逆反应:K值正反应进行的程度平衡时生成物浓度平衡时反应物浓度反应物转化率越大越大越大越小越高越小越小越小越大越低 (2)判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应进行的方向(3)判断可逆反应的热效应 【注意】(1)K的大小只与温度有关,与反应物或生成物的起始浓度的大小无关。(2)代入平衡常数表达式的是平衡浓度,而不是任意时刻的浓度,更不能将物质的量代入。(3)同一化学反应,可以用不同的化学方程式表示,每个化学方程式都有自己的平衡常数表达式及相应的平衡常数。因此,要注意使用与化学方程式相对应的平衡常数。3. 转化率的分析与
10、判断反应的转化率分析若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比,达到平衡后,它们的转化率相等。若只增加A的量,平衡正向移动,B的转化率提高,A的转化率降低。若按原比例同倍数地增加(或降低)A、B的浓度,等效于压缩(或扩大)容器体积,气体反应物的转化率与其化学计量数有关。同倍增大c(A)和c(B)【真题回顾练】1(2021海南真题)制备水煤气的反应 ,下列说法正确的是A该反应B升高温度,反应速率增大C恒温下,增大总压,H2O(g)的平衡转化率不变D恒温恒压下,加入催化剂,平衡常数增大【答案】B【解析】A该反应的正反应是气体体积增大的反应,所以S0,A错误;B升高温度,物质的内能增加,分子运动速率
11、加快,有效碰撞次数增加,因此化学反应速率增大,B正确;C恒温下,增大总压,化学平衡向气体体积减小的逆反应方向移动,使H2O(g)的平衡转化率减小,C错误;D恒温恒压下,加入催化剂,化学平衡不移动,因此化学平衡常数不变,D错误;故合理选项是B。2(2021辽宁真题)某温度下,在恒容密闭容器中加入一定量X,发生反应,一段时间后达到平衡。下列说法错误的是A升高温度,若增大,则B加入一定量Z,达新平衡后减小C加入等物质的量的Y和Z,达新平衡后增大D加入一定量氩气,平衡不移动【答案】C【解析】A根据勒夏特列原理可知,升高温度,化学平衡向着吸热反应方向移动,而增大,说明平衡正向移动,故则,A正确;B加入一
12、定量Z,Z的浓度增大,平衡逆向移动,故达新平衡后减小,B正确;C加入等物质的量的Y和Z,Z的浓度增大,平衡逆向移动,由于X、Y均为固体,故K=c(Z),达新平衡后不变,C错误;D加入一定量氩气,加入瞬间,X、Z的浓度保持不变,故正、逆反应速率不变,故平衡不移动,D正确;故答案为:C。3(2021北京真题)NO2和N2O4存在平衡:2NO2(g)N2O4(g) H(I),C正确;D平衡常数K与温度有关,因该反应在恒温条件下进行,所以K保持不变,D错误。故选BC。8(2021河北真题)室温下,某溶液初始时仅溶有M和N且浓度相等,同时发生以下两个反应:M+N=X+Y;M+N=X+Z,反应的速率可表示
13、为v1=k1c2(M),反应的速率可表示为v2=k2c2(M) (k1、k2为速率常数)。反应体系中组分M、Z的浓度随时间变化情况如图,下列说法错误的是A030min时间段内,Y的平均反应速率为6.6710-8molL-1min-1B反应开始后,体系中Y和Z的浓度之比保持不变C如果反应能进行到底,反应结束时62.5%的M转化为ZD反应的活化能比反应的活化能大【答案】A【解析】A由图中数据可知,时,M、Z的浓度分别为0.300和0.125 ,则M的变化量为0.5-0.300 =0.200 ,其中转化为Y的变化量为0.200-0.125 =0.075 。因此,时间段内,Y的平均反应速率为 ,A说法
14、不正确;B由题中信息可知,反应和反应的速率之比为,Y和Z分别为反应和反应的产物,且两者与M的化学计量数相同(化学计量数均为1),因此反应开始后,体系中Y和Z的浓度之比等于 ,由于k1、k2为速率常数,故该比值保持不变,B说法正确; C结合A、B的分析可知因此反应开始后,在相同的时间内体系中Y和Z的浓度之比等于=,因此,如果反应能进行到底,反应结束时有 的M转化为Z,即的M转化为Z,C说法正确;D由以上分析可知,在相同的时间内生成Z较多、生成Y较少,因此,反应的化学反应速率较小,在同一体系中,活化能较小的化学反应速率较快,故反应的活化能比反应的活化能大,D说法正确。综上所述,相关说法不正确的只有
15、A,故本题选A。9(2021广东真题)反应经历两步:;。反应体系中、的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是Aa为随t的变化曲线B时,C时,的消耗速率大于生成速率D后,【答案】D【解析】由题中信息可知,反应经历两步:;。因此,图中呈不断减小趋势的线为X的浓度随时间的变化曲线,呈不断增加趋势的线为Z的浓度随时间的变化曲线,先增加后减小的线为Y的浓度随时间的变化曲线。AX是唯一的反应物,随着反应的发生,其浓度不断减小,因此,由图可知,为随的变化曲线,A正确;B由图可知,分别代表3种不同物质的曲线相交于时刻,因此,时,B正确;C由图中信息可知,时刻以后,Y的浓度仍在不断减小,说明时刻反
16、应两步仍在向正反应方向发生,而且反应生成Y的速率小于反应消耗Y的速率,即时的消耗速率大于生成速率,C正确;D由图可知,时刻反应完成,X完全转化为Y,若无反应发生,则,由于反应的发生,时刻Y浓度的变化量为,变化量之比等于化学计量数之比,所以Z的浓度的变化量为,这种关系在后仍成立, 因此,D不正确。综上所述,本题选D。【模拟仿真练】1(2022江苏泰州模拟预测)NH3、NH4Cl、NO、NO2、HNO3等是氮重要的化合物,NO2与N2O4能相互转化,热化学方程式为N2O4(g)2NO2(g)H=+57kJmol-1。对于反应N2O4(g)2NO2(g)H=+57kJmol-1,下列有关说法正确的是
17、A升高体系温度正反应速率增大,逆反应速率减小B若容器体积不变,密度不变时说明该反应建立化学平衡C其它条件不变,向平衡后的容器中再加入少量N2O4,新平衡后的值不变D增大体系的压强能提高N2O4的反应速率和平衡转化率【答案】C【解析】A升高体系温度不仅能使正反应速率增大,还会使逆反应速率增大,故A错误;B该反应气体总质量不变,容器体积不变,根据可知该反应的密度始终不变,不能说明该反应达到平衡状态,故B错误;C平衡常数K=,K只与温度有关,温度不变,K不变,故C正确;D增大体系的压强,平衡向气体体积减小的方向进行,即逆反应方向进行,因此增大体系的压强会使N2O4的转化率降低,故D错误;故答案为:C
18、2(2022江苏盐城一模)一种捕获并资源化利用CO2的方法是将CO2催化加氢合成CH3OCH3,其过程中主要发生如下反应: 2CO2(g)6H2(g)=CH3OCH3(g)3H2O(g) H1=-122.5 kJmol-1 CO2(g)H2(g)=CO(g)H2O(g) H2=41.2 kJmol-1向恒压密闭容器中充入1mol CO2和3mol H2,CO2的平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性CH3OCH3的选择性=%随温度的变化如图所示。下列说法错误的是A2CO(g)4H2(g)=CH3OCH3(g)H2O(g) H=-204.9 kJmol-1B由图可知,210时以反应为主,300
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