版高考化學(xué)選考一輪總復(fù)習(xí)課件專題十二化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡-應(yīng)用篇

化學(xué)山東省專用專題十二化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡綜合提升一、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷1.根據(jù)平衡特征直接判斷示例mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g)體系中各組分的含量①各物質(zhì)的物質(zhì)的量或各物質(zhì)

的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)一定平衡②各物質(zhì)的質(zhì)量或各物質(zhì)的質(zhì)

量分?jǐn)?shù)一定平衡③各氣體的體積或體積分?jǐn)?shù)一

定平衡④總壓強(qiáng)、總體積、總物質(zhì)的

量一定不一定平衡正、逆反應(yīng)速率的關(guān)系①在單位時間內(nèi)消耗了mmolA

同時生成mmolA,即v(正)=v(逆)平衡②在單位時間內(nèi)消耗了nmolB

同時生成pmolC,v(正)不一定

等于v(逆)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(nèi)生成nmolB,同

時消耗qmolD,因均指v(逆),所

以v(正)不一定等于v(逆)不一定平衡2.根據(jù)外界條件和性質(zhì)間接判斷示例mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g)壓強(qiáng)①m+n≠p+q時,總壓強(qiáng)一定(其

他條件一定)平衡②m+n=p+q時,總壓強(qiáng)一定(其他

條件一定)不一定平衡混合氣體的平均相對分子質(zhì)量(

)①m+n≠p+q時,

一定平衡②m+n=p+q時,

一定不一定平衡氣體密度密度一定不一定平衡溫度體系溫度一定(其他不變)平衡顏色反應(yīng)體系內(nèi)有有色物質(zhì),顏色不

變平衡例1

一定溫度下,在一固定體積的密閉容器中,對于可逆反應(yīng)A(s)+3B(g)

2C(g),下列說法說明達(dá)到平衡狀態(tài)的是

()①C的生成速率和C的分解速率相等;②單位時間內(nèi)生成amolA,同時生成3amolB;③氣體密度不再變化;④混合氣體的總壓強(qiáng)不再變化;⑤A、B、C的物質(zhì)的量之比為1∶3∶2;⑥混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變。A.②④⑤B.①③④⑥C.①②④⑥D(zhuǎn).①②③④⑤解題導(dǎo)引判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài):如果是一個變化的量不再變化,

說明反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài);如果是一個一直不變的量,不可以作為判斷反

應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志。解析C的生成速率與C的分解速率相等,v正=v逆,說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀

態(tài),①正確;單位時間內(nèi)生成amolA是逆反應(yīng),同時生成3amolB也是逆反

應(yīng),無法確定是否平衡,②錯誤;ρ=m/V,有固體參加反應(yīng),氣體的總質(zhì)量會

變,體積不變,密度是一個隨反應(yīng)變化的量,當(dāng)不再變化時說明達(dá)到平衡狀

態(tài),③正確;反應(yīng)前后氣體分子數(shù)發(fā)生改變,體積恒定,氣體總壓強(qiáng)是一個

隨反應(yīng)變化的量,當(dāng)不再變化時說明達(dá)到平衡狀態(tài),④正確;⑤平衡時各物

質(zhì)的物質(zhì)的量之比取決于物質(zhì)的起始物質(zhì)的量和轉(zhuǎn)化率,故A、B、C的

物質(zhì)的量之比為1∶3∶2不能作為判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù),⑤錯

誤;題給反應(yīng)中混合氣體的平均相對分子質(zhì)量是一個隨反應(yīng)變化的量,當(dāng)

不再變化時說明達(dá)到平衡狀態(tài),⑥正確;故選B。答案

B二、化學(xué)平衡圖像(一)化學(xué)平衡相關(guān)圖像類型1.速率—溫度(壓強(qiáng))圖像例如:N2(g)+3H2(g)

2NH3(g)

ΔH=-92.4kJ·mol-1

圖中交點是平衡狀態(tài),溫度升高后逆反應(yīng)速率增大得快,平衡逆向移動;壓強(qiáng)增大后正反應(yīng)速率增大得快,平衡正向移動。2.轉(zhuǎn)化率(或百分含量)—溫度(壓強(qiáng))—時間圖像已知不同溫度或壓強(qiáng)下,反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率α(或百分含量)與時間的關(guān)系曲

線,推斷溫度的高低、反應(yīng)的熱效應(yīng)、壓強(qiáng)的大小及氣體物質(zhì)間的化學(xué)

計量數(shù)的關(guān)系。[以mA(g)+nB(g)

qC(g)中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率αA為例說明]

解答這類圖像題時應(yīng)注意以下兩點:(1)“先拐先平,數(shù)值大”原則分析反應(yīng)由開始(起始物質(zhì)相同)達(dá)到平衡所用時間的長短可推知反應(yīng)條

件的變化。①若為溫度差別所引起的,溫度較高時,反應(yīng)達(dá)平衡所需時間短。如圖甲

中T2>T1。②若為壓強(qiáng)差別所引起的,壓強(qiáng)較大時,反應(yīng)達(dá)平衡所需時間短。如圖乙

中p1>p2。③若使用了適宜催化劑,反應(yīng)達(dá)平衡所需時間短。如圖丙中曲線a對應(yīng)反

應(yīng)使用了催化劑。(2)正確掌握圖像中反應(yīng)規(guī)律的判斷方法①圖甲中,T2>T1,升高溫度,αA降低,平衡逆向移動,正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。②圖乙中,p1>p2,增大壓強(qiáng),αA升高,平衡正向移動,則正反應(yīng)為氣體體積縮

小的反應(yīng)。③若縱坐標(biāo)表示A的百分含量,則圖甲中正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),圖乙中正反

應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)。3.恒溫線(恒壓線)圖像已知不同溫度下的轉(zhuǎn)化率—壓強(qiáng)圖像或不同壓強(qiáng)下的轉(zhuǎn)化率—溫度圖

像,推斷反應(yīng)的熱效應(yīng)或反應(yīng)前后氣體物質(zhì)間化學(xué)計量數(shù)的關(guān)系。[以反

應(yīng)mA(g)+nB(g)

qC(g)中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率αA為例說明]

解答這類圖像題時應(yīng)從兩方面入手:(1)“定一議二”原則:可通過分析相同溫度下不同壓強(qiáng)時反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)

化率大小來判斷平衡移動的方向,從而確定反應(yīng)方程式中反應(yīng)物與產(chǎn)物

氣體物質(zhì)間的化學(xué)計量數(shù)的大小關(guān)系。如圖甲中任取一條溫度曲線研

究,壓強(qiáng)增大,αA增大,平衡正向移動,正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng);圖乙中任取橫軸上的一點作垂線,也能得出結(jié)論。(2)通過分析相同壓強(qiáng)下不同溫度時反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率的大小來判斷平衡

移動的方向,從而確定反應(yīng)的熱效應(yīng)。如利用上述分析方法,在圖甲中對

橫軸上的一點作垂線,或在圖乙中任取一曲線,即能分析出正反應(yīng)為放熱

反應(yīng)。4.幾種特殊圖像(1)對于化學(xué)反應(yīng)mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g),M點前,表示化學(xué)反應(yīng)從反應(yīng)物開始,則v正>v逆;M點為剛達(dá)到的平衡點。M點后為平衡受溫度的影

響情況,即升溫,A%增大(C%減小),平衡左移,ΔH<0。

(2)對于化學(xué)反應(yīng)mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g),L線上所有的點都是平衡點。左上方E點對應(yīng)的A%大于此壓強(qiáng)時平衡體系中的A%,E點必須朝正

反應(yīng)方向移動才能達(dá)到平衡狀態(tài),所以E點處v正>v逆;同理,右下方F點處v正<

v逆。

(二)化學(xué)平衡相關(guān)圖像題的解題步驟

例2

(2020濟(jì)南二中高三線上檢測,12)向某容積為2L的恒容密閉容器中

充入2molX(g)和1molY(g),發(fā)生反應(yīng)2X(g)+Y(g)

3Z(g)。反應(yīng)過程中,持續(xù)升高溫度,測得混合體系中X的體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖所

示。下列推斷正確的是

()

A.M點時,Y的轉(zhuǎn)化率最大B.平衡后充入X,達(dá)到新平衡時X的體積分?jǐn)?shù)減小C.升高溫度,平衡常數(shù)減小D.W、M兩點Y的正反應(yīng)速率相同解題導(dǎo)引分析圖像時要注意橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)的意義以及曲線的變化

情況,對圖像上的點進(jìn)行定性與定量相結(jié)合的分析。解析起始時向容器中充入2molX(g)和1molY(g),反應(yīng)從左到右進(jìn)行,

結(jié)合圖像,由起點至Q點,X的體積分?jǐn)?shù)減小;Q點之后,隨著溫度升高,X的

體積分?jǐn)?shù)增大,意味著Q點時反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),溫度升高,平衡逆向移動,

反應(yīng)從右向左進(jìn)行。Q點之前,反應(yīng)向右進(jìn)行,Y的轉(zhuǎn)化率不斷增大,Q點→

M點的過程中,平衡逆向移動,Y的轉(zhuǎn)化率下降,因此Q點時Y的轉(zhuǎn)化率最

大,A錯誤;平衡后充入X,X的體積分?jǐn)?shù)增大,平衡正向移動,根據(jù)勒夏特列

原理,平衡移動只能減弱而不能抵消這種改變,達(dá)到新的平衡時,X的體積

分?jǐn)?shù)仍比原平衡大,B錯誤;根據(jù)以上分析,升高溫度,平衡逆向移動,平衡常

數(shù)減小,C正確;容器體積不變,W、M兩點X的體積分?jǐn)?shù)相同,Y的體積分?jǐn)?shù)

及濃度也相同,但M點溫度更高,Y的正反應(yīng)速率更快,D錯誤;故選C。答案

C實踐探究一、應(yīng)用“三段式”法解化學(xué)平衡的有關(guān)計算1.化學(xué)平衡的計算一般涉及化學(xué)平衡常數(shù)、各組分的物質(zhì)的量、濃度、

轉(zhuǎn)化率、百分含量等,通過寫出化學(xué)方程式,先列出相關(guān)量(起始量、轉(zhuǎn)化

量、平衡量),然后根據(jù)已知條件建立關(guān)系式進(jìn)行解題。2.可按下列步驟建立模型,確定關(guān)系式進(jìn)行計算。如可逆反應(yīng)mA(g)+nB

(g)

pC(g)+qD(g),在體積為VL的恒容密閉容器中,反應(yīng)物A、B的初始加入量分別為amol、bmol,達(dá)到化學(xué)平衡時,設(shè)A物質(zhì)轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量

為mxmol。(1)模型mA(g)+

nB(g)

pC(g)+

qD(g)起始量/mol

a

b00轉(zhuǎn)化量/mol

mx

nx

px

qx平衡量/mol

a-mx

b-nx

px

qx則有:①平衡常數(shù):K=

。②平衡時A的物質(zhì)的量濃度:c(A)=

mol·L-1。③平衡時A的轉(zhuǎn)化率:α(A)=

×100%,A、B的轉(zhuǎn)化率之比為α(A)∶α(B)=

∶

。④平衡時A的體積分?jǐn)?shù):φ(A)=

×100%。⑤平衡時和開始時的壓強(qiáng)比:

=

。⑥平衡時混合氣體的平均摩爾質(zhì)量

=

。(2)基本步驟①寫出可逆反應(yīng)化學(xué)方程式;②確定反應(yīng)物和生成物的初始加入量;③確定反應(yīng)過程的轉(zhuǎn)化量;④確定平衡量。例1

(2020臨沂一模,13)甲、乙均為1L的恒容密閉容器,向甲中充入1

molCH4和1molCO2,乙中充入1molCH4和nmolCO2,在催化劑存在下發(fā)

生反應(yīng):CH4(g)+CO2(g)

2CO(g)+2H2(g),測得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖所示。下列說法正確的是

()

A.該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)B.773K時,該反應(yīng)的平衡常數(shù)小于12.96C.H2的體積分?jǐn)?shù):φ(b)=φ(c)D.873K時,向甲的平衡體系中再充入CO2、CH4各0.4mol,CO、H2各1.2

mol,平衡不發(fā)生移動解析溫度升高,CH4的平衡轉(zhuǎn)化率增大,說明溫度升高有利于反應(yīng)正向

進(jìn)行,則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),A正確;873K時,c點CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為60%,

列“三段式”:

則K=

=12.96,溫度升高,CH4的平衡轉(zhuǎn)化率增大,平衡正向移動,平衡常數(shù)增大,則773K時該反應(yīng)的平衡常數(shù)小于12.96,B正確;根據(jù)圖像,相

同溫度下乙中甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率大于甲中,則n>1,b、c點甲烷的平衡轉(zhuǎn)

化率相等,則兩點平衡時體系中CH4、CO、H2物質(zhì)的量分別相等,但b中CO2物質(zhì)的量大于c中,則H2的體積分?jǐn)?shù):φ(b)<φ(c),C錯誤;873K時,甲容器

中甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率為60%,列三段式:

平衡常數(shù)K=12.96,向甲的平衡體系中再充入CO2、CH4各0.4mol,CO、H2

各1.2mol,Qc=

=51.84>K=12.96,平衡逆向移動,D錯誤。答案

AB題目價值在化學(xué)平衡的計算中,常常要計算反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率、各組分

的轉(zhuǎn)化濃度、轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量、平衡濃度、平衡時物質(zhì)的量等,如果用

“三段式”法進(jìn)行計算,能夠快速得到結(jié)果。二、突破壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp計算近幾年高考試題,壓強(qiáng)化學(xué)平衡常數(shù)幾乎成了必考內(nèi)容。1.概念:在化學(xué)平衡體系中,用各氣體物質(zhì)的平衡分壓替代濃度來計算平

衡常數(shù),稱為壓強(qiáng)平衡常數(shù)。2.計算步驟(1)根據(jù)“三段式”法計算平衡體系中各氣體物質(zhì)的物質(zhì)的量或物質(zhì)的

量濃度;(2)計算各氣體組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(或體積分?jǐn)?shù));(3)根據(jù)分壓計算公式求出各氣體物質(zhì)的平衡分壓,某氣體的平衡分壓=氣

體總壓強(qiáng)×該氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(或體積分?jǐn)?shù));(4)根據(jù)平衡常數(shù)計算公式代入計算。例2

(2020山東等級考模擬二,15)氨基甲酸銨發(fā)生分解的化學(xué)方程式為

NH2COONH4(s)

2NH3(g)+CO2(g)。利用如下裝置測定不同溫度下該反應(yīng)以分壓表示的化學(xué)平衡常數(shù)Kp,實驗步驟如下:(Ⅰ)關(guān)閉K3,打開K1和K2,開啟真空泵抽氣至測壓儀數(shù)值穩(wěn)定后關(guān)閉K1;(Ⅱ)關(guān)閉K2,緩慢開啟K3至U形管兩邊液面相平并保持不變,讀取壓強(qiáng)數(shù)

值。記錄25℃、30℃下壓強(qiáng)分別為12.0kPa、17.1kPa。下列說法錯誤

的是

()

A.氨基甲酸銨分解反應(yīng)的ΔH>0B.該反應(yīng)25℃時的化學(xué)平衡常數(shù)

=2.56×1011Pa3C.步驟Ⅰ中測壓儀數(shù)值未穩(wěn)定即關(guān)閉K1,Kp測量值偏小D.步驟Ⅱ中讀數(shù)時U形管左側(cè)液面偏高,Kp測量值偏小解析溫度升高氣壓增大,由反應(yīng)可知,平衡正移,則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),A

正確;設(shè)CO2的壓強(qiáng)為xPa,則NH3的壓強(qiáng)為2xPa,總壓強(qiáng)為12.0kPa,則p(CO

2)=

=4000Pa,p(NH3)=2p(CO2)=8000Pa,則Kp=p(CO2)×p2(NH3)=2.56×1011Pa3,B正確;步驟Ⅰ中測壓儀數(shù)值未穩(wěn)定即關(guān)閉K1,U形管左側(cè)會有

殘留空氣,導(dǎo)致Kp測量值偏大,C錯誤;步驟Ⅱ中讀數(shù)時U形管左側(cè)液面偏

高,則證明左側(cè)氣壓小于右側(cè),Kp測量值偏大,D錯誤。答案

CD題目價值有關(guān)Kp的計算是近幾年高考中的?？純?nèi)容,該題很好地體現(xiàn)

了定量探究化學(xué)平衡的學(xué)科素養(yǎng),考查了學(xué)生綜合運用知識分析問題、

探究問題的關(guān)鍵能力。創(chuàng)新思維速率常數(shù)的應(yīng)用速率常數(shù)是近幾年高考的熱點之一,考查時穩(wěn)中有變,變中有新意,旨在考

查考生的遷移運用能力,體現(xiàn)了證據(jù)推理與模型認(rèn)知、變化觀念與平衡

思想兩大學(xué)科素養(yǎng);考生需理解化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù),學(xué)會靈活變通,舉一反

三。1.速率常數(shù)含義大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)都是分幾步完成的,其中的每一步反應(yīng)稱為基元反應(yīng)。

假設(shè)基元反應(yīng)為aA(g)+bB(g)

cC(g)+dD(g),其速率可表示為v=kca(A)·cb(B),式中的k稱為反應(yīng)速率常數(shù)或速率常數(shù)。反應(yīng)速率常數(shù)k表示單位

濃度下的化學(xué)反應(yīng)速率,在恒溫下,不因反應(yīng)物濃度的改變而變化,但受溫

度、催化劑、固體表面性質(zhì)等因素的影響。通常反應(yīng)速率常數(shù)越大,反應(yīng)進(jìn)行得越快。2.基元反應(yīng)的速率方程基元反應(yīng)aA+bB

cC+dD的速率方程可寫為:v正=k正

ca

(A)·cb(B)(k正為正反應(yīng)的速率常數(shù))v逆=k逆

cc(C)·cd(D)(k逆為逆反應(yīng)的速率常數(shù))基元反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度以其化學(xué)計量數(shù)為指數(shù)的冪的

乘積成正比。3.復(fù)雜反應(yīng)的速率方程許多化學(xué)反應(yīng)不是基元反應(yīng),而是由兩個或多個基元步驟完成的復(fù)雜反

應(yīng)。假設(shè)反應(yīng)A2+B

A2B是分兩個基元步驟完成的:第一步A2

2A·慢反應(yīng)第二步2A·+B

A2B快反應(yīng)對于總反應(yīng)來說,決定反應(yīng)速率的是第一個基元步驟,即這種前一步的產(chǎn)

物作為后一步的反應(yīng)物的連串反應(yīng),決定速率的步驟是最慢的一個基元

步驟。故速率方程是v=kc(A2),而不是v=kc(A2)·c(B)。4.反應(yīng)級數(shù)某化學(xué)反應(yīng)aA+bB

cC+dD,若其速率方程的形式為:v正=k正

ca(A)·cb(B);則該反應(yīng)的反應(yīng)級數(shù)為a+b,即速率方程中冪指數(shù)之和;或該反應(yīng)為a+b級

反應(yīng)。5.速率常數(shù)與化學(xué)平衡常數(shù)的關(guān)系一定溫度下,對于基元反應(yīng)aA(g)+bB(g)

gG(g)+hH(g),達(dá)到平衡狀態(tài)時,v正=k正·ca(A)·cb(B),v逆=k逆·cg(G)·ch(H),因平衡時v正=v逆,則k正·ca(A)·cb(B)=k逆·cg(G)·ch(H),

=

=K。例1

(2020濱州二模,14)乙酸甲酯的催化醇解反應(yīng)可用于制備甲醇和乙

酸己酯,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH3COOCH3(l)+C6H13OH(l)

CH3COOC6H13(l)+CH3OH(l)。已知v正=k正×x(CH3COOCH3)×x(C6H13OH),v逆=k逆×x(CH3COOC6H13)×x

(CH3OH),其中k正、k逆為速率常數(shù)(受溫度影響),x為各組分的物質(zhì)的量分

數(shù)。反應(yīng)開始時,CH3COOCH3和C6H13OH按物質(zhì)的量之比1∶1投料,測得3

38K、343K、348K三個溫度下CH3COOCH3轉(zhuǎn)化率(α)隨時間(t)的變化

關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是

()

A.該反應(yīng)的ΔH>0B.348K時,該反應(yīng)的平衡常數(shù)為1.8C.A、B、C、D四點中,v正最大的是DD.在曲線①、②、③中,k正與k逆的差值最大的曲線是①解析溫度升高,反應(yīng)速率加快,先達(dá)到平衡,根據(jù)圖示可知①對應(yīng)的溫度

是348K,溫度升高,CH3COOCH3轉(zhuǎn)化率增大,說明平衡正向移動,因此正反

應(yīng)為吸熱反應(yīng),該反應(yīng)的ΔH>0,A正確;反應(yīng)開始時,CH3COOCH3和C6H13

OH按物質(zhì)的量之比1∶1投料,348K時CH3COOCH3的轉(zhuǎn)化率為64%,假設(shè)

反應(yīng)物的物質(zhì)的量都是1mol,反應(yīng)前后物質(zhì)的總物質(zhì)的量不變,則平衡

時,n(CH3COOC6H13)=n(CH3OH)=0.64mol,n(CH3COOCH3)=n(C6H13OH)=0.36mol,n(總)=2mol,則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

≈3.2,B錯誤;溫度越高,反應(yīng)速率越快,v正=k正×x(CH3COOCH3)×x(C6H13OH),曲線①的溫度最高,A點的