化學專題輔導3

專題三：化學反應速度和化學平衡的梳理和綜合

[命題趨向]

《考試大綱》對這部分內容的具體要求是：

（1）了解化學反應速率的概念，反應速率的表示方法，理解外界條件（濃度、溫度、壓強、催化劑等）對反應速率的影響。

（2）了解化學反應的可逆性。理解化學平衡的涵義及其與反應速率之間的內在聯系。

（3）理解勒沙特列原理的涵義。掌握濃度、溫度、壓強等條件對化學平衡移動的影響。

高考試題經常會從以下幾個角度進行考查：

第一，考查化學反應速率、化學平衡的概念，要求考生用這些基本概念對有關的敘述的正確與否作出判別。

第二，根據化學方程式計算化學反應速率。

第三，判斷化學反應是否處于平衡狀態(tài)。判斷外界條件變化對化學速率、化學平衡的影響情況。也會用轉化率、原用利用率等概念來考查化學平衡移動情況。

第四，用“等效問題”問題來考查有關化學平衡的計算能力。

高考中經常出現的題型是選擇題，有的年份也會出現大題。

[知識體系和復習重點]

1．化學反應速率的分類

分類角度

從測定時間分

從反應方向分

類型

瞬時速率：某一時刻的反應速率

平均速率：某段時間內的反應速率的平均值

正反應速率：可逆反應中正反應方向的反應速率

逆反應速率：可逆反應中逆反應方向的反應速率

注意點

通常所計算的是平均速率

通常所計算的是正逆反應抵消后的總反應速率

2．影響化學反應速率的條件

（1）不同的化學反應具有不同的反應速率，影響反應速率的主要因素是內因，即參加反應物質的性質。

（2）在同一反應中，影響反應速率的因素是外因，即外界條件，主要有溫度、濃度、壓強、催化劑等。（還有像反應顆粒（固體）的大小、光、波等對化學反應速率也有影響）

3．化學平衡狀態(tài)

（1）化學平衡狀態(tài)的建立

（2）化學平衡狀態(tài)的本質特征是正反應速率和逆反應速率相等，這是判斷化學平衡狀態(tài)的根本標志。由于υ_正=υ_逆 ，可使平衡體系中各組分的百分含量保持不變，所以一般情況下平衡體系的壓強、氣體密度、濃度等多種宏觀性質也保持不變，這些宏觀的特征有時也可作為判斷化學平衡狀態(tài)的標志。

化學平衡狀態(tài)的特征

五大特點

化學平衡

逆

可逆反應

等

υ（正）=υ（逆）≠0

動

動態(tài)平衡

定

各組分含量一定，體積一定時，濃度就一定；有平衡轉化率

變

濃度、溫度、壓強改變化學平衡即發(fā)生移動

定量特征

一定溫度下，化學平衡常數保持不變

（3）化學平衡狀態(tài)的判斷

舉例反應

mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)

混合物體系中各成分的含量

①各物質的物質的量或各物質的物質的量分數一定

平衡

②各物質的質量或各物質的質量分數一定

平衡

③各氣體的體積或體積分數一定

平衡

④總壓強、總體積、總物質的量一定

不一定平衡

正、逆反應速率的關系

①在單位時間內消耗了m molA同時生成m molA，即v_正=v_逆

平衡

②在單位時間內消耗了n molB同時生成p molC，均指v_正

不一定平衡

③v_A:v_B:v_C:v_D=m:n:p:q，v_正不一定等于v_逆

不一定平衡

④在單位時間內生成了n molB，同時消耗q molD，因均指v_逆

不一定平衡

壓強

①m+n≠p+q時，總壓力一定（其他條件一定）

平衡

②m+n=p+q時，總壓力一定（其他條件一定）

不一定平衡

混合氣體的平均分子量（）

①一定時，只有當m+n≠p+q時，

平衡

②一定，但m+n=p+q時

不一定平衡

溫度

任何化學反應都伴隨著能量變化，在其他條件不變的條件下，體系溫度一定時

平衡

體系的密度

密度一定

不一定平衡

4．化學平衡的移動

（1）勒沙持列原理：如果改變影響平衡的一個條件（如濃度、壓強和溫度等），平衡就向著能夠減弱這種改變的方向移動。其中包含：①影響平衡的因素只有濃度、壓強、溫度三種；②原理的適用范圍是只有一項條件變化的情況（溫度或壓強或一種物質的濃度），當多項條件同時發(fā)生變化時，情況比較復雜；③平衡移動的結果只能減弱（不可能抵消）外界條件的變化。

（2）平衡移動就是一個“平衡狀態(tài)→不平衡狀態(tài)→新的平衡狀態(tài)”的過程。一定條件下的平衡體系，條件改變后，可能發(fā)生平衡移動。可總結如下：

（3）平衡移動與轉化率的變化：不要把平衡向正反應方向移動與反應物轉化率的增大等同起來。具體分析可參考下表：

反應實例

條件變化與平衡移動方向

達新平衡后轉化率變化

2SO₂ +O₂  

2SO₃（氣）+熱

增大O₂濃度，平衡正移

SO₂ 的轉化率增大，O₂的轉化率減小

增大SO₃濃度，平衡逆移

從逆反應角度看，SO₃的轉化率減小

升高溫度，平衡逆移

SO₂ 、O₂的轉化率都減小

增大壓強，平衡正移

SO₂ 、O₂的轉化率都增大

2NO₂（氣） N₂O₄

體積不變時，無論是加入NO₂或者加入 N₂O₄

NO₂的轉化率都增大（即新平衡中N₂O₄的含量都會增大）

2HI H₂+I₂（氣）

增大H₂的濃度，平衡逆移

H₂的轉化率減小，I₂的轉化率增大

增大HI的濃度，平衡正移

HI的轉化率不變

增大壓強，平衡不移動

轉化率不變

[典型題析]

[例1]某溫度下，在一容積可變的容器中，反應2A(g)+B(g) 2C(g)達到平衡時，A、B和C的物質的量分別為4mol、2mol和4mol。保持溫度和壓強不變，對平衡混合物中三者的物質的量做如下調整，可使平衡右移的是（   ）

（A）均減半     （B）均加倍     （C）均增加1mol     （D）均減小1mol

[解析]由于是在容積可變的容器中，所以在“均減半”或“均加培”時，相當于A、B、C三物質的濃度都沒有改變，平衡不會移動。同樣由于容積可變，“均增加1mol”時相當于A、C物質的濃度減小，B物質的濃度增大，平衡向右移動；“均減小1mol”時相當于A、C物質的濃度增大，B物質的濃度減小，平衡向左移動。答案選C。

要注意的是，基本概念、基礎理論是高考中不變的一個重點。這道題的設問別具一格，解答時既要定性判斷、又要定量分析，多次靈活轉換，都值得大家研究。

[例2] 可逆反應N₂＋3H₂2NH₃的正、逆反應速率可用各反應物或生成物濃度的變化來表示。下列各關系中能說明反應已達到平衡狀態(tài)的是（  ）

A．3v_正（N₂）＝v_正（H₂）       B．v_正（N₂）＝v_逆（NH₃）

C．2v_正（H₂）＝3v_逆（NH₃）     D．v_正（N₂）＝3v_逆（H₂）

[解析]答案選B。

考查判斷化學平衡狀態(tài)的能力。化學反應速率的表示方法、化學平衡狀態(tài)、影響化學反應速率的因素和影響化學平衡的因素等都是這塊知識中的基礎內容，屬于高考的必考內容。將化學反應速率、化學平衡聯系起來，讓考生判斷可逆反應是否處于化學平衡狀態(tài)，可以較好地測試解題者對有關內容的理解水平。

對于可逆反應“N₂＋3H₂2NH₃”，正反應速率可以用H₂、N₂、NH₃三種物質的濃度變化來表示，逆反應速率也可用H₂、N₂、NH₃三種物質的濃度變化來表示。對于同一反應、同一時刻的正反應速率（或逆反應速率），用不同物質的濃度變化來表示時，其大小關系跟化學計量數有關，即有：v_正(N₂):v_正(H₂):v_正(NH₃)=1:3:2或v_逆(N₂):v_逆(H₂):v_逆(NH₃)=1:3:2。所以，當2v_正(H₂)＝3v_逆(NH₃)時，處于化學平衡狀態(tài)。

解答這道題時，有的考生由于對正反應速率和逆反應速率、不同物質表示的反應速率等概念理解不深，造成判斷失誤。

[例3]在容積固定的密閉容器中存在如下反應：

A(g)+3B(g) 2C(g)；△H<0

某研究小組研究了其他條件不變時，改變某一條件對上述反應的影響，并根據實驗數據作出下列關系圖：

下列判斷一定錯誤的是（  ）

A．圖I研究的是不同催化劑對反應的影響，且乙使用的催化劑效率較高

B．圖Ⅱ研究的是壓強對反應的影響，且甲的壓強較高

C．圖Ⅱ研究的是溫度對反應的影響，且甲的溫度較高

D．圖Ⅲ研究的是不同催化劑對反應的影響，且甲使用的催化劑效率較高

[解析]答案選AB。

考查觀察圖像、圖像信息的挖掘和轉化能力。分析圖表、研究實驗數據是一種基本能力，化學反應速率、化學平衡等內容是化學學科中培養(yǎng)學生觀察圖像和處理圖像信息能力的較好載體，所以化學平衡內容常跟圖、表等綜合起來命題。

催化劑不能使化學平衡發(fā)生移動，所以平衡時濃度、轉化率等都不會因加入催化劑而改變。圖I中甲、乙兩條件下達到平衡時C的濃度不同，說明不是同一平衡狀態(tài)，所以這種情況肯定不是催化劑造成的。

催化劑可以改變反應速率，能改變達到化學平衡的時間，所以圖Ⅲ所表示的可能是不同催化劑造成的，而且甲情況下達到平衡的時間短，催化效率高。

對于題給反應，增大壓強或降低溫度平衡都要向正反應方向移動，所以圖Ⅱ中兩條曲線若表示不同壓強條件下所發(fā)生的反應，甲條件下壓強較低。圖Ⅱ中兩條曲線若表示不同溫度下所發(fā)生的反應，甲條件下溫度較高。

[例4]在一定條件下，二氧化硫和氧氣發(fā)生如下反應：

2SO₂（g）+ O₂ (g) 2SO₃(g) ；△H<0

（1）寫出該反應的化學平衡常數表達式K＝        

（2）降低溫度，該反應K值       ，二氧化硫轉化率    ，化學反應速度     （以上均填增大、減小或不變）

（3）600℃時，在一密閉容器中，將二氧化硫和氧氣混合，反應過程中SO₂、O₂、SO₃物質的量變化如圖，反應處于平衡狀態(tài)的時間是               。

（4）據圖判斷，反應進行至20min時，曲線發(fā)生變化的原因是                （用文字表達）；10min到15min的曲線變化的原因可能是     （填寫編號）。

A．加了催化劑    B．縮小容器體積

C．降低溫度      D．增加SO₃的物質的量

[解析] 答案為：

（1）；（2）增大；增大；減小。（3）15~20min和25~30min。（4）增加了O₂的量。A；B。

主要綜合考查化學平衡理論，測試觀察能力、分析和綜合能力等。

題給圖像中曲線看起來比較雜亂，不要被表面現象所迷惑，只要仔細分析可發(fā)現圖中所包含的化學含義。15min-20min、25min-30min兩個時間段時三條曲線都跟橫坐標平行，即三種物質的物質的量不發(fā)生變化，處于平衡狀態(tài)。在20min這一瞬間，O₂的物質的量突然增大，說明此時向反應容器中加入了O₂。

10min前后反應都處于不平衡狀態(tài)，而且O₂、SO₂的物質的量都是逐漸減小，SO₃的物質的量都是逐漸增大；只是10min前變化較緩，10min后變化較快。這是改變了某條件使反應速率加快所造成的。所以，可能是加了催化劑或縮小容器體積。

[考題預測與專題訓練]

1．反應： A（氣）+3B（氣）2C（氣）+Q達平衡后，將氣體混和物的溫度降低，下列敘述中正確的是（    ）

（A）正反應速率加大，逆反應速率變小，平衡向正反應方向移動

（B）正反應速率變小，逆反應速率加大，平衡向逆反應方向移動

（C）正反應速率和逆反應速率變小，平衡向正反應方向移動

（D）正反應速率和逆反應速率變小，平衡向逆反應方向移動

2．將8mol H₂和2molN₂充入2L密閉容器中，在一定條件下進行合成氨反應，4min后反應達到平衡，測得容器中還有5.6molH₂。下列計算結果錯誤的是（  ）

（A）v（H₂）=0.3 mol?L^-1?min^-1          （B）H₂的轉化率為25%

（C）NH₃的物質的量濃度為0.8mol?L^-1   （D）NH₃的體積分數為19.05%

3．一定條件下，在密閉容器里進行如下可逆反應：

S₂Cl₂(橙黃色液體)+Cl₂(氣)  2SCl₂(鮮紅色液體)+61.16kJ。

下列說法正確的是（   ）

（A）單位時間里生成n mol S₂Cl₂的同時也生成n molCl₂

（B）達到平衡時，若升高溫度，壓強不變，反應混合溶液顏色變淺

（C）達到平衡時，單位時間里消耗 n mol S₂Cl₂的同時也生成n molCl₂

（D）加入氯氣，平衡向正反應方向移動，氯氣的轉化率一定升高

4．在一個密閉、恒容的容器中進行下列反應：

4NH₃(g)+5O₂(g) 4NO(g)+6H₂O(g)

在一定的條件下達到平衡，現向反應容器中通入少量的氯化氫氣體，產生的結果是（  ）

（A）容器內壓強增大     （B）原平衡不受影響

（C）正反應速率增大     （D）NO濃度降低

5．在一條件下，可逆反應2A（氣）+B（氣） nC（固）+D（氣）達平衡。若維持溫度不變，增大強壓，測得混合氣體的平均相對分子質量不變，則下列判斷正確的是（    ）

（A）其它條件不變，增大壓強，平衡不發(fā)生移動

（B）其它條件不變，增大壓強，混合氣體的總質量不變

（C）該反應式中n值一定為2

（D）原混合氣中A與B的物質的量之比為2:1，且（其中M表示物質的摩爾質量）

6．某化學反應2A  B＋D在四種不同條件下進行，B、D起始濃度的起始濃度都為零，反應物A的濃度（mol?L^-1）隨反應時間（min）的變化情況如下表：

根據上述數據，完成下列填空：

（1）在實驗1，反應在10至20分鐘時間內平均速率為      mol?L^-1?min^-1

（2）在實驗2，A的初始濃度c₂＝      mol?L^-1，反應經20分鐘就達到平衡，可推測實驗2中還隱含的條件是                   。

（3）設實驗3的反應速率為V₃，實驗1的反應速率為V₁，則V₃     V₁（填＞、＝、＜＝）,且c₃     1.0 mol?L^-1（填＞、＝、＜＝）。

（4）比較實驗4和實驗1，可推測該反應是__________反應（選填吸熱、放熱）。理由是________________。

7．537℃、1.01×10⁵Pa 時，往容積可變的密閉容器中充入2mol SO₂、 1mol O₂，此時容器的體積為200L。向容器中加入催化劑（固體）并保持恒溫恒壓，發(fā)生反應：

             2SO₂（氣）+O₂（氣） 2SO₃（氣）

達到平衡時，平衡氣體中SO₃的體積分數為0.91。

試回答下列問題：

（1）工業(yè)上二氧化硫的催化氧化采用常壓而不采用高壓的原因是：     _______。

（2）保持上述溫度和壓強不變，若向容器中只充入2mol SO₃并加入固體催化劑。則平衡時，SO₂的體積分數是              ，容器的體積為               L。

（3）溫度仍保持537℃，容器體積保持200L不變（恒容）。充入a molSO₂、b molO₂，并加入固體催化劑，反應達平衡時，SO₃的體積分數仍為0.91，體系壓強為1.01×10⁵Pa。若a:b=2:1，則a=              。

1C（升高溫度時，正、逆反應的速率都增大，降低溫度時，正、逆反應的速率都減�。�。

2B（氫氣轉化率為30%）。

3A（根據題給的反應方程式可知，單位時間內每生成1molS₂Cl₂的同時必生成1molCl₂。要注意的是，雖體系中只有氯氣一種氣體物質，便加入氯氣平衡不一定向正反應方向移動）。

4D（加入氯化氫氣體，可跟氨化合生成氯化銨，結果使平衡向逆方向移動）。

5D[分析化學方程式可得出，每有2molA、1molB轉化為產物，體系中氣體的物質的量就要減小2mol，氣體的總質量就要減小nM(C)g或“2M(A)+M(B)”，相當于少了一種相對分子質量為或的氣體物質]。

6．（1）0.013。

（2）1.0  催化劑。

（3）＞  ＞。

（4）吸熱；因溫度升高時，平衡向右移動。

（比較實驗1、2、3，都是相同的溫度下進行，實驗2中前10s內濃度變化最大，可能隱含著加入催化劑等影響反應速率很明顯的條件變化。比較實驗1、4可得，反應溫度越高，平衡時A的濃度越小，所以題給反應的正反應方向是吸熱反應）。

7．（1）常壓下，三氧化硫的含量已達到91%，從降低成本考慮，沒有必要再加壓。

（2 ）6%，137.5L。

（3）2.9。

（加入2molSO₃跟加入2molSO₂、1molO₂相當，在其它條件相同時可以達到相同的平衡狀態(tài)。所以平衡時二氧化硫的體積分數是6%、氧氣的體積分數為3%。設平衡時SO₃的物質的量為xmol，則有=0.91，可求得x=1.88，平衡時氣體的總的物質的量為2.062mol，所以平衡時氣體的總體積為V==137.5L。第3問中，體積始終保持200L，達到平衡時的體積也是200L，則加入二氧化硫的物質的量為=2.9mol）。