高中化學人教版化學反應原理第二章化學反應速率和化學平衡單元測試 省一等獎

重難點專題突破[學習目標定位]1.熟知外界條件對化學反應速率影響的規(guī)律。2.學會化學平衡狀態(tài)及其移動方向的判斷。3.學會化學平衡的計算方法。4.掌握圖像題與等效平衡的分析方法。一外界條件對化學反應速率的影響規(guī)律影響化學反應速率的因素包括內(nèi)因和外因。內(nèi)因是指反應物本身的性質(zhì)；外因包括濃度、溫度、壓強、催化劑、反應物顆粒大小等。這些外界條件對化學反應速率影響的規(guī)律和原理如下：1.濃度(1)濃度增大，單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多(活化分子百分數(shù)不變)，有效碰撞的幾率增加，化學反應速率增大。(2)濃度改變，可使氣體間或溶液中的化學反應速率發(fā)生改變。固體或純液體的濃度可視為常數(shù)，它們的物質(zhì)的量的變化不會引起反應速率的變化，但固體顆粒的大小會導致接觸面積的變化，故影響化學反應速率。2.壓強改變壓強，對化學反應速率產(chǎn)生影響的根本原因是引起濃度的改變。對于有氣體參加的反應體系，有以下幾種情況：(1)恒溫時：增大壓強eq\o(→,\s\up7(引起))體積縮小eq\o(→,\s\up7(引起))濃度增大eq\o(→,\s\up7(引起))反應速率增大。(2)恒容時①充入氣體反應物eq\o(→,\s\up7(引起))反應物濃度增大eq\o(→,\s\up7(引起))總壓強增大eq\o(→,\s\up7(引起))反應速率增大。②充入“稀有氣體”eq\o(→,\s\up7(引起))總壓強增大，但各物質(zhì)的濃度不變，反應速率不變。(3)恒壓時：充入“稀有氣體”eq\o(→,\s\up7(引起))體積增大eq\o(→,\s\up7(引起))各物質(zhì)濃度減小eq\o(→,\s\up7(引起))反應速率減小。3.溫度(1)溫度升高，活化分子百分數(shù)提高，分子間的碰撞頻率提高，化學反應速率增大。(2)溫度升高，吸熱反應和放熱反應的速率都增大。實驗測得，溫度每升高10℃，化學反應速率通常增大為原來的2～4倍。4.催化劑(1)催化劑對反應過程的影響通?？捎孟聢D表示(加入催化劑，B點降低)。催化劑能改變反應路徑、降低活化能、增大活化分子百分數(shù)、加快反應速率，但不影響反應的ΔH。(2)催化劑只有在適宜的溫度下活性最大，反應速率才達到最大。(3)對于可逆反應，催化劑能夠同等程度地改變正、逆反應速率，對化學平衡狀態(tài)無影響，生產(chǎn)過程中使用催化劑主要是為了提高生產(chǎn)效率。特別提示在分析多個因素(如濃度、溫度、反應物顆粒大小、催化劑、壓強等)對反應速率的影響規(guī)律時，逐一改變一個因素而保證其他因素相同，通過實驗分析得出該因素影響反應速率的結(jié)論，這種方法叫變量控制法?！纠?】某探究小組用HNO3與大理石反應過程中質(zhì)量減小的方法，研究影響反應速率的因素，所用HNO3濃度為mol·L－1、mol·L－1，大理石有細顆粒與粗顆粒兩種規(guī)格，實驗溫度為298K、308K。請完成以下實驗設計表，并在實驗目的一欄中填出對應的實驗編號：實驗編號T(K)大理石規(guī)格HNO3濃度(mol·L－1)實驗目的①298粗顆粒(Ⅰ)實驗①和②探究HNO3濃度對該反應速率的影響(Ⅱ)實驗①和_____探究溫度對該反應速率的影響(Ⅲ)實驗①和_____探究大理石規(guī)格(粗、細)對該反應速率的影響②③粗顆粒④解析考查影響反應速率的因素的實驗設計。實驗①和②探究HNO3濃度對反應速率的影響，故大理石規(guī)格和反應溫度應相同，而HNO3濃度不同；同理，①和③應選擇不同的溫度、①和④應選擇不同的規(guī)格，而另外2個條件相同。答案②298粗顆粒③308④298細顆粒(Ⅱ)③(Ⅲ)④二化學平衡狀態(tài)的特征及其判斷方法1.化學平衡狀態(tài)具有的“五大特征”(1)逆：指化學平衡狀態(tài)只適用于可逆反應，同一可逆反應，在同一條件下，無論反應從正反應方向開始還是從逆反應方向開始，或同時從正、逆反應方向開始，以一定的配比投入反應物或生成物，則可以達到相同的平衡狀態(tài)。(2)動：指動態(tài)平衡，即化學反應處于平衡狀態(tài)時，正、逆反應并未停止，仍在進行，只是正、逆反應速率相等。(3)等：指“v正＝v逆≠0”。即某一物質(zhì)在單位時間內(nèi)消耗的物質(zhì)的量濃度和生成的物質(zhì)的量濃度相等，也可以用不同物質(zhì)的化學反應速率表示該反應的正、逆反應速率相等。(4)定：指參加反應的各組分的含量保持不變，即各組分的濃度、質(zhì)量分數(shù)、體積分數(shù)(有氣體參加的可逆反應)、反應物的轉(zhuǎn)化率等均保持不變。(5)變：指平衡移動?？赡娣磻钠胶鉅顟B(tài)是相對的、暫時的，當外界某一條件改變時，原平衡被破壞，化學平衡向著減弱這種改變的方向移動，在新的條件下達到新的平衡狀態(tài)。理解感悟“一定條件”、“可逆反應”是前提，“相等”是實質(zhì)，“保持不變”是標志?！纠?】一定溫度下，向某容積恒定的密閉容器中充入1molN2、3molH2，經(jīng)充分反應后達到如下平衡：N2(g)＋3H2(g)eq\o(,\s\up7(高溫、高壓),\s\do5(催化劑))2NH3(g)，下列有關說法中正確的是()A.達平衡后再加入一定量的N2，體系內(nèi)各物質(zhì)含量不變、H2、NH3的濃度一定相等C.反應沒有達到平衡時，NH3會不斷地分解，達到平衡時則不會再分解D.平衡時，N2、H2物質(zhì)的量之比為1∶3解析化學平衡是一種相對平衡，條件改變后原來的平衡狀態(tài)就會被破壞，A錯；化學平衡又是一種動態(tài)平衡，平衡時正、逆反應仍在進行，C錯；平衡時體系內(nèi)各物質(zhì)濃度或百分含量保持不變(不是相等)，B錯；D中因反應中消耗N2、H2的物質(zhì)的量之比為1∶3，而N2、H2的起始量之比是1∶3，故平衡時仍是1∶3。答案D2.化學平衡狀態(tài)判斷的“四大依據(jù)”(1)對于普通可逆反應，以2SO2(g)＋O2(g)eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))2SO3(g)為例：若各組分的物質(zhì)的量、濃度不發(fā)生變化，則反應已達到平衡狀態(tài)。若用反應速率關系表示化學平衡狀態(tài)，式中既要有正反應速率，又要有逆反應速率，且兩者之比等于化學計量數(shù)之比，就達到化學平衡狀態(tài)。(2)對于有有色氣體存在的反應體系，如2NO2(g)N2O4(g)等，若體系的顏色不再發(fā)生改變，則反應已達平衡狀態(tài)。(3)對于有氣體存在且反應前后氣體的物質(zhì)的量發(fā)生改變的反應，如N2(g)＋3H2(g)eq\o(,\s\up7(高溫、高壓),\s\do5(催化劑))2NH3(g)，若反應體系的壓強不再發(fā)生變化、平均相對分子質(zhì)量不再變化，則說明反應已達平衡狀態(tài)。對有氣體存在且反應前后氣體物質(zhì)的量不發(fā)生改變的反應，反應過程中的任何時刻體系的壓強、氣體的總物質(zhì)的量、平均相對分子質(zhì)量都不變，故壓強、氣體的總物質(zhì)的量、平均相對分子質(zhì)量不變均不能說明反應已達平衡狀態(tài)。(4)從微觀的角度分析，如反應N2(g)＋3H2(g)eq\o(,\s\up7(高溫、高壓),\s\do5(催化劑))2NH3(g)，下列各項均可說明該反應達到了平衡狀態(tài)。①斷裂1molN≡N鍵的同時生成1molN≡N鍵。②斷裂1molN≡N鍵的同時生成3molH—H鍵。③斷裂1molN≡N鍵的同時斷裂6molN—H鍵。④生成1molN≡N鍵的同時生成6molN—H鍵。特別提示(1)從反應速率的角度來判斷反應是否達到平衡時，速率必須是一正一逆(不能同是v正或v逆)，且反應速率之比等于化學計量數(shù)之比。(2)在可逆反應過程中，能發(fā)生變化的物理量(如各組分的濃度、反應物的轉(zhuǎn)化率、混合氣體密度、顏色、平均摩爾質(zhì)量等)，若保持不變，說明可逆反應達到了平衡狀態(tài)?！纠?】在一定溫度下的定容容器中，當下列哪些物理量不再發(fā)生變化時，表明反應A(g)＋2B(g)C(g)＋D(g)已達到平衡狀態(tài)的是()①混合氣體的壓強②混合氣體的密度③B的物質(zhì)的量濃度④混合氣體的總物質(zhì)的量⑤混合氣體的平均相對分子質(zhì)量⑥v(C)與v(D)的比值⑦混合氣體的總質(zhì)量⑧混合氣體的總體積⑨C、D的分子數(shù)之比為1∶1A.①②③④⑤⑥⑦⑧ B.①③④⑤C.①②③④⑤⑦ D.①③④⑤⑧⑨解析要理解化學平衡狀態(tài)的特點“等、動、定”的含義，在判斷化學平衡狀態(tài)時還要注意反應前后氣體體積是否相等。題給反應是一個反應前后氣體體積不相等的反應，因此在定容容器中，若①混合氣體的壓強、③B的物質(zhì)的量濃度、④混合氣體的總物質(zhì)的量、⑤混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化，均能證明該反應達到化學平衡狀態(tài)。而②中ρ＝eq\f(mg,V容)始終不變化，⑥中沒指明反應進行的方向，⑦m(g)始終不變化，⑧在定容容器中，混合氣體的總體積不能作為判斷依據(jù)，⑨反應未達到平衡時，C、D氣體的分子數(shù)之比也為1∶1。答案B三化學平衡移動及其移動方向的判斷1.化學平衡移動的分析判斷方法應用上述規(guī)律分析問題時應注意：(1)不要把v正增大與平衡向正反應方向移動等同，只有v正>v逆時，才使平衡向正反應方向移動。(2)不要把平衡向正反應方向移動與原料轉(zhuǎn)化率的提高等同。當反應物總量不變時，平衡向正反應方向移動，反應物轉(zhuǎn)化率才提高；當增大一種反應物的濃度，使平衡向正反應方向移動，會使另一種反應物的轉(zhuǎn)化率提高。2.化學平衡移動原理(移動方向的判斷方法)外界條件對化學平衡的影響可根據(jù)勒夏特列原理：如果改變影響平衡的一個條件(如濃度、壓強或溫度等)，平衡就向著能夠減弱這種改變的方向移動。(1)對原理中“減弱這種改變”的正確理解應當是升高溫度時，平衡向吸熱反應方向移動；增加反應物，平衡向反應物減少的方向移動；增大壓強，平衡向壓強減小的方向移動。(2)移動的結(jié)果只是減弱了外界條件的變化，而不能完全抵消外界條件的變化，達到新平衡時此物理量更靠近改變的方向。如增大反應物A的濃度，平衡正移，但達到新平衡時，A的濃度仍比原平衡時大；同理，若改變溫度、壓強等，其變化也相似。3.實例分析反應實例條件變化與平衡移動方向達到新平衡時轉(zhuǎn)化率變化情況2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH<0增大O2濃度，平衡右移SO2的轉(zhuǎn)化率增大，O2的轉(zhuǎn)化率減小增大SO3濃度，平衡左移從逆反應角度看，SO3的轉(zhuǎn)化率減小升高溫度，平衡左移SO2、O2的轉(zhuǎn)化率都減小增大壓強，平衡右移SO2、O2的轉(zhuǎn)化率都增大2NO2(g)N2O4(g)體積不變時，充入NO2，平衡右移NO2的轉(zhuǎn)化率增大體積不變時，充入N2O4，平衡左移NO2的轉(zhuǎn)化率增大2HI(g)H2(g)＋I2(g)增大H2的濃度，平衡左移從逆反應角度看，H2的轉(zhuǎn)化率減小，I2的轉(zhuǎn)化率增大增大HI的濃度，平衡右移HI的轉(zhuǎn)化率不變增大壓強，平衡不移動轉(zhuǎn)化率不變【例4】一定條件下，向一帶活塞的密閉容器中充入2molSO2和1molO2，發(fā)生下列反應：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)達到平衡后改變下述條件，SO3(g)平衡濃度不改變的是()A.保持溫度和容器體積不變，充入1molSO3(g)B.保持溫度和容器內(nèi)壓強不變，充入1molSO3(g)C.保持溫度和容器內(nèi)壓強不變，充入1molO2(g)D.保持溫度和容器內(nèi)壓強不變，充入1molAr(g)解析根據(jù)勒夏特列原理可知，在恒容狀態(tài)下，A中充入1molSO3(g)，SO3(g)的平衡濃度比原來大。C中在保持恒壓狀態(tài)下充入O2，必導致容器體積增大，根據(jù)勒夏特列原理，SO3(g)的平衡濃度比原來小，同理可知在選項D條件下，SO3(g)的平衡濃度也比原來小。答案B四化學平衡計算模式與公式1.計算模式化學平衡計算的最基本的方法模式是“平衡三段式法”。具體步驟是在化學方程式下寫出有關物質(zhì)起始時的物質(zhì)的量、發(fā)生轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量、平衡時的物質(zhì)的量(也可以是物質(zhì)的量濃度或同溫同壓下氣體的體積)，再根據(jù)題意列式求解。mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)n(起始)/molab00n(轉(zhuǎn)化)/molmxnxpxqxn(平衡)/mola－mxb－nxpxqx起始、轉(zhuǎn)化、平衡是化學平衡計算的“三步曲”。2.計算公式(1)v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q(未達到平衡時，用于確定化學方程式中未知的化學計量數(shù))。(2)K＝eq\f(cpC·cqD,cmA·cnB)＝eq\f(px/Vp·qx/Vq,[a－mx/V]m·[b－nx/V]n)若用任意狀態(tài)的生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值稱為濃度商，用Q表示。則其與K比較，當Q>K，v正<v逆；Q<K，v正>v逆。(3)c(A)平＝eq\f(nA平,V)＝eq\f(a－mx,V)。(4)α(A)＝eq\f(nA消耗,nA起始)×100%＝eq\f(mx,a)×100%。(5)φ(A)＝eq\f(nA平,n總)×100%。(6)平衡時與起始時的壓強比eq\f(p平,p始)＝eq\f(n平,n始)＝eq\f(a＋b＋p＋q－m－nx,a＋b)(同T、V時)，混合氣體的密度比eq\f(ρ1,ρ2)＝eq\f(\x\to(M)1,\x\to(M)2)(同T、p時)，eq\f(ρ1,ρ2)＝eq\f(V2,V1)(同質(zhì)量的氣體時)等。(7)混合氣體的密度eq\x\to(ρ)(混)＝eq\f(m,V)＝eq\f(a·MA＋b·MB,V)(g·L－1)(T、V不變時，eq\x\to(ρ)不變)。(8)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量eq\x\to(M)＝eq\f(m,n)＝eq\f(a·MA＋b·MB,a＋b＋p＋q－m－nx)(g·mol－1)?！纠?】已知可逆反應：M(g)＋N(g)P(g)＋Q(g)ΔH>0，請回答下列問題。(1)某溫度下，反應物的起始濃度分別為c(M)＝1mol·L－1，c(N)＝mol·L－1；達到平衡后，M的轉(zhuǎn)化率為60%，此時N的轉(zhuǎn)化率為________。(2)若反應溫度不變，反應物的起始濃度分別為c(M)＝4mol·L－1，c(N)＝amol·L－1；達到平衡后，c(P)＝2mol·L－1，則a＝________。(3)若反應溫度不變，反應物的起始濃度為c(M)＝c(N)＝bmol·L－1，達到平衡后，M的轉(zhuǎn)化率為________。解析用“平衡三段式法”，借助平衡常數(shù)來串聯(lián)計算：(1)M(g)＋N(g)P(g)＋Q(g)起始(mol·L－1)100變化(mol·L－1)平衡(mol·L－1)α(N)＝eq\f,×100%＝25%，K＝eq\f×,×＝。(2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(起始mol·L－14a00,平衡mol·L－12a－222))由K＝eq\f(2×2,2×a－2)＝，解得a＝6。(3)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(起始mol·L－1bb00,平衡mol·L－1b1－xb1－xbxbx))由K＝eq\f(bx2,[b1－x]2)＝，解得x≈%。答案(1)25%(2)6(3)%【例6】在2L的密閉容器中，放入molA和molB，在一定溫度下，壓強為p，加入催化劑(體積忽略)，發(fā)生反應：2A(g)＋3B(g)eq\o(,\s\up7(催化劑))xC(g)＋2D(g)，保持溫度不變，在amin后反應達到平衡狀態(tài)，容器中c(D)＝mol·L－1，容器內(nèi)壓強變?yōu)?，則：(1)物質(zhì)B的轉(zhuǎn)化率是________。(2)化學反應速率v(C)是________。(3)x為________。解析2A(g)＋3B(g)xC(g)＋2D(g)起始(mol):00轉(zhuǎn)化(mol):平衡(mol):α(B)＝eq\fmol,mol)×100%＝50%。同溫同體積下氣體的壓強之比等于氣體的物質(zhì)的量之比，即＋∶＋＋＋＝1∶，解得x＝2，v(C)＝mol/(2L×amin)＝amol·L－1·min－1。答案(1)50%(2)amol·L－1·min－1(3)2五化學反應速率和化學平衡圖像題型與分析方法1.主要題型(1)分析條件對化學反應速率及平衡的影響；(2)由反應判斷圖像的正誤；(3)由圖像判斷反應特征(確定反應中各物質(zhì)的化學計量數(shù)、判斷熱效應或氣體物質(zhì)化學計量數(shù)間的關系)；(4)由反應和圖像判斷圖像或曲線的物理意義；(5)由圖像判斷指定意義的化學反應；(6)由反應和圖像判斷符合圖像變化的外界條件等?；瘜W反應速率和化學平衡圖像，若按其圖像特點、縱坐標與橫坐標表示的意義可分為①全程速率—時間圖②濃度—時間圖③含量—時間—溫度圖④含量—時間—壓強圖⑤含量—時間—催化劑圖⑥恒壓(或恒溫)線圖2.分析方法分析解答化學反應速率和化學平衡圖像題目的方法技巧可概括為9字步驟：看圖像，想規(guī)律，作判斷；8字技巧：定一議二，先拐先平。(1)看圖像一看“面”(即看清橫坐標和縱坐標)；二看“線”(即看線的走向、變化的趨勢)；三看“點”(即起點、終點、轉(zhuǎn)折點、拐點、交叉點)；四看輔助線(如等溫線、等壓線、平衡線等)；五看定量圖像中有關量的多少。(2)想規(guī)律即聯(lián)想外界條件的改變對化學反應速率和化學平衡的影響規(guī)律。(3)作判斷依題意仔細分析，作出正確判斷。特別值得注意的是：①圖像中有三個量時，應確定一個量不變，再討論另兩個量的關系，即“定一議二”。②曲線中先出現(xiàn)拐點的，該曲線在所示條件下先出現(xiàn)平衡，該曲線所示的溫度較高或壓強較大或使用了催化劑，即“先拐先平”。③如果曲線反映為達到平衡的時間不同但平衡狀態(tài)相同，則可能是加入催化劑或?qū)怏w體積不變的反應改變壓強使其速率發(fā)生變化但平衡不移動，或是幾種等效平衡的曲線。④化學反應速率在平衡圖像中往往隱含出現(xiàn)，曲線斜率大的表示速率快，相應的條件可能是溫度較高或壓強較大或使用了催化劑?！纠?】已知某可逆反應mA(g)＋nB(g)qC(g)ΔH在密閉容器中進行。如圖表示在不同時刻t、溫度T和壓強p下B物質(zhì)在混合氣體中的體積分數(shù)φ(B)的變化情況。下列推斷中正確的是()>p2，T1<T2，m＋n>q，ΔH<0<p2，T1>T2，m＋n>q，ΔH>0>p2，T1<T2，m＋n<q，ΔH<0<p2，T1>T2，m＋n<q，ΔH>0解析比較溫度或壓強的大小，就是要比較達到平衡所用的時間，時間越短，則溫度或壓強越高。比較T2、p1和T1、p1可知T1>T2，由T1→T2，T降低，φ(B)增大，平衡左移，則正反應為吸熱反應，ΔH>0；比較T1、p1和T1、p2可知p2>p1，由p1→p2，p升高，φ(B)增大，平衡左移，則m＋n<q。答案D六運用“化歸思想”理解等效平衡原理1.用“化歸思想”理解不同條件下等效平衡原理(1)恒溫恒容條件①恒溫恒容時，對一般可逆反應，不同的投料方式如果根據(jù)化學方程式中化學計量數(shù)之比換算到同一邊時，反應物(或生成物)中同一組分的物質(zhì)的量完全相同，即互為等效平衡。②恒溫恒容時，對于反應前后氣體分子數(shù)不變的可逆反應，不同的投料方式如果根據(jù)化學方程式中化學計量數(shù)的比例換算到同一邊時，只要反應物(或生成物)中各組分的物質(zhì)的量的比例相同，即互為等效平衡。(2)恒溫恒壓條件在恒溫恒壓時，可逆反應以不同的投料方式進行反應，如果根據(jù)化學方程式中化學計量數(shù)比換算到同一邊時，只要反應物(或生成物)中各組分的物質(zhì)的量的比例相同，即互為等效平衡。此時計算的關鍵是換算到一邊后只需比例相同即可。條件等效條件結(jié)果恒溫恒容：反應前后氣體分子數(shù)不等的可逆反應投料換算成相同物質(zhì)表示的