化學反應速率 化學平衡 【明確考綱】 1.了解化學反應速率的概念和定量表示方法。 2.了解反應活化能的概念，了解催化劑的重要作用。 3.理解外界條件(濃度、溫度、壓強、催化劑等)對反應速率及化學平衡的影響，能用相關理論解釋其一般規(guī)律。 4.了解化學反應速率及化學平衡的調控在生活、生產和科學研究領域中的重要作用。 【課前真題】 1．下列說法正確的是(　　) A．(2016浙江高考)探究溫度對硫代硫酸鈉與硫酸反應速率的影響時，若先將兩種溶液混合并計時，再用水浴加熱至設定溫度，則測得的反應速率偏低 B．(2015天津高考)FeCl3和MnO2均可加快H2O2分解，同等條件下二者對H2O2分解速率的改變相同 C．(2014天津高考)增大反應物濃度可加快反應速率，因此用濃硫酸與鐵反應能增大生成H2的速率 D．(2014安徽高考)因為反應物濃度越大，反應速率越快，所以常溫下，相同的鋁片中分別加入足量的濃、稀硝酸，濃硝酸中鋁片先溶解完 【解析】：選A　先將兩種溶液混合并計時，再用水浴加熱至設定溫度，導致反應時間加長，測得反應速率偏低，A項正確。 2．【2014北京高考】一定溫度下，10 mL 0.40 molL－1 H2O2溶液發(fā)生催化分解。不同時刻測得生成O2的體積(已折算為標準狀況)如表所示。 t/min 0 2 4 6 8 10 V(O2)/mL 0.0 9.9 17.2 22.4 26.5 29.9 下列敘述不正確的是(溶液體積變化忽略不計)(　　) A．0～6 min的平均反應速率：v(H2O2)≈3.310－2 molL－1min－1 B．6～10 min的平均反應速率：v(H2O2)<3.310－2molL－1min－1 C．反應至6 min時，c(H2O2)＝0.30 molL－1 D．反應至6 min時，H2O2分解了50% 【解析】：選C　根據(jù)題目信息可知，0～6 min，生成22.4 mL O2(標準狀況)，消耗0.002 mol H2O2，則v(H2O2)≈3.310－2 molL－1min－1，A項正確；隨反應物濃度的減小，反應速率逐漸降低，B項正確；反應至6 min時，剩余0.002 mol H2O2，此時c(H2O2)＝0.20 molL－1，C項錯誤；反應至6 min時，消耗0.002 mol H2O2，轉化率為50%，D項正確。 3. [雙選](2016江蘇卷，15T)一定溫度下，在三個體積約為1.0L的恒容密閉容器中發(fā)生反應：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) 容器編號 溫度（℃） 起始物質的量（mol） 平衡物質的量（mol） CH3OH(g) CH3OCH3(g) H2O(g) I 387 0.2 0.08 0.08 Ⅱ 387 0.4 　 　 Ⅲ 207 0.2 0.09 0.09 下列說法正確的是 A．該反應的正反應為放熱反應 B．達到平衡時，容器I中的CH3OH體積分數(shù)比容器Ⅱ中的小 C．容器I中反應達到平衡所需時間比容器Ⅲ中的長 D．若起始時向容器I中充入CH3OH 0.1mol、CH3OCH30.15mol和H2O 0.10mol，則反應將向正反應方向進行 【解析】：選ADA、容器I與容器Ⅲ相比甲醇的起始物質的量相等，但溫度不同，溫度較低時生成物的物質的量多，這說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，因此正方應是放熱反應，A正確；B、反應前后體積不變，因此容器Ⅱ與容器I相比平衡等效，因此達到平衡時，容器I中的CH3OH體積分數(shù)和容器Ⅱ中的相等， B不正確；C、容器I中溫度高，反應速率快，因此容器I中反應達到平衡所需時間比容器Ⅲ中的少，C不正確；D、根據(jù)容器I表中數(shù)據(jù)可知，平衡時生成物的濃度均是0.080mol/L，則根據(jù)反應的化學方程式可知消耗甲醇的濃度是0.16mol/L，所以平衡時甲醇的濃度是0.04mol/L，所以該溫度下的平衡常數(shù)K＝＝4。若起始時向容器I中充入CH3OH 0.1mol、CH3OCH30.15mol和H2O 0.10mol，則此時＝1.5＜4，所以反應將向正反應方向進行，D正確，。 4.【2018全國卷Ⅱ27節(jié)選】 CH4-CO2催化重整不僅可以得到合成氣（CO和H2），還對溫室氣體的減排具有重要意義。 （1）CH4-CO2催化重整反應為：CH4(g)+ CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)；ΔH>0 有利于提高CH4平衡轉化率的條件是_______（填標號）： A．高溫低壓 B．低溫高壓 C．高溫高壓 D．低溫低壓 （2）反應中催化劑活性會因積碳反應而降低，同時存在的消碳反應則使積碳量減少。 相關數(shù)據(jù)如下表： 積碳反應 CH4(g)= C(s)+2H2(g) 消碳反應 CO2(g)+ C(s)= 2CO(g) ΔH/(kJmol?1) 75 172 活化能/ (kJmol?1) 催化劑X 33 91 催化劑Y 43 72 ①由上表判斷，催化劑X____Y（填“優(yōu)于”或“劣于”），理由是_________________。在反應進料氣組成、壓強及反應時間相同的情況下，某催化劑表面的積碳量隨溫度的變化關系如圖所示。升高溫度時，下列關于積碳反應、消碳反應的平衡常數(shù)（K）和速率（v）的敘述正確的是______（填標號）。 A．K積、K消均增加 B．v積減小，v消增加 C．K積減小，K消增加 D．v消增加的倍數(shù)比v積增加的倍數(shù)大 ②在一定溫度下，測得某催化劑上沉積碳的生成速率方程式v=kp(CH4)p[(CO2)]-0.5 （k為速率常數(shù)）。在p(CH4)一定時，不同p(CO2)下積碳量隨時間的變化趨勢如圖所示，則pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)從大到小的順序為。 【答案】 (1)A (2) ①劣于 相對于催化劑X，催化劑Y積碳反應的活化能大，積碳反應的速率??；而消碳反應活化能相對小，消碳反應速率大AD②pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2) 【解析】分析：（1）根據(jù)反應特點結合溫度和壓強對平衡狀態(tài)的影響解答；（2）①根據(jù)活化能對反應的影響分析；根據(jù)反應熱結合溫度對平衡狀態(tài)的影響以及圖像曲線變化趨勢解答；根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知相對于催化劑X，催化劑Y積碳反應的活化能大，積碳反應的速率小；而消碳反應活化能相對小，消碳反應速率大，所以催化劑X劣于Y。 A．正反應均是吸熱反應，升高溫度平衡向正反應方向進行，因此K積、K消均增加，A正確；B．升高溫度反應速率均增大，B錯誤；C．根據(jù)A中分析可知選項C錯誤；D．積碳量達到最大值以后再升高溫度積碳量降低，這說明v消增加的倍數(shù)比v積增加的倍數(shù)大，D正確。答案選AD。 ②根據(jù)反應速率方程式分析影響其因素結合圖像解答: 根據(jù)反應速率方程式可知在p(CH4)一定時，生成速率隨p(CO2)的升高而降低，所以根據(jù)圖像可知pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)從大到小的順序為pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)。 課堂精講 【考點分類】 一、化學反應速率 1.化學反應速率的2種比較方法 (1)同一物質、同一單位比較法。換算成同一物質表示的速率，再比較數(shù)值的大小。 (2)歸一法。當化學反應速率單位一致時，可用各物質的速率除以該物質前面的化學計量數(shù)，即全部“歸一”，然后比較，數(shù)值大的反應速率最大。 [特別提醒]　 .反應速率通常是平均速率而不是瞬時速率，且無論用反應物還是用生成物表示均取正值。 2．影響化學反應速率因素的綜合分析 (1)最主要的因素：反應物的性質。 (2)升高溫度，不論是放熱反應還是吸熱反應，化學反應速率都加快。 (3)壓強及“惰性氣體”對化學反應速率的影響 ①改變壓強，實質是通過改變濃度來實現(xiàn)化學反應速率改變的。若壓強改變導致了反應物濃度增大或減小，則化學反應速率會增大或減小。 ②根據(jù)上述第①條原則，充入“惰性氣體”對化學反應速率的影響可分為以下兩種情況： 恒溫恒容 充入“惰性氣體”總壓強增大，但各物質的濃度不變(活化分子濃度不變)，反應速率不變 恒溫恒壓 充入“惰性氣體”體積增大各反應物濃度減小(活化分子濃度減小)反應速率減慢 ③對于沒有氣體參加的反應，改變體系壓強，反應物的濃度不變，則化學反應速率不變。 (4)固體反應物量的增減，不能改變化學反應速率，固體的表面積改變才能改變化學反應速率。 (1)催化劑能夠同等程度地改變正、逆化學反應速率，但不能改變反應進行的程度，工農業(yè)生產過程中使用催化劑主要是為了提高生產效率。 (2)綜合比較四種條件對化學反應速率的影響，影響程度由大到小依次為催化劑、溫度、濃度和壓強。 3．“三段法”解題模板突破化學反應速率的計算 對于反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，開始(t1)時A的濃度為 a molL－1，B的濃度為b molL－1，反應進行到某一時刻(t2)時，A消耗了x molL－1，則化學反應速率可計算如下： 　　　　　　　 　　　mA(g)＋nB(g) pC(g) ＋qD(g) 起始(molL－1)ab 0 0 轉化(molL－1)x 某一時刻(molL－1)a－xb－ 則：v(A)＝ molL－1s－1， v(B)＝ molL－1s－1， v(C)＝ molL－1s－1， v(D)＝ molL－1s－1。 　 1.化學平衡的建立過程 2.化學平衡狀態(tài)的特點：逆、等、動、定、變 3.化學平衡狀態(tài)的判斷 (1)判斷化學反應是否達到化學平衡狀態(tài)， “變并定”即看給定條件下能否推出“變量”達到“不變”即“正逆相等、變量不變” 【典例剖析】 如何降低大氣中CO2的含量及有效地開發(fā)利用CO2是當前科學家研究的重要課題。 (1)科學家用H2和CO2生產甲醇燃料。為探究該反應原理，進行如下實驗：某溫度下，在容積為2 L的密閉容器中充入1 mol CO2和3.25 mol H2，在一定條件下反應，測得CO2、CH3OH(g)和H2O(g)的物質的量(n)隨時間的變化關系如圖所示。 ①從反應開始到3 min時，氫氣的平均反應速率v(H2)＝________。 ②恒溫恒容下，下列措施中一定能使CO2的轉化率增大的是________。 A．在原容器中再充入1 mol CO2 B．在原容器中充入1 mol He C．在原容器中充入1 mol CO2和3.25 mol H2 D．將水蒸氣從體系中分離出 (2)科學家還利用氫氣在一定條件下與二氧化碳反應生成乙醇燃料，其熱化學反應方程式為2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)　ΔH＝a kJmol－1，在一定壓強下，測得該反應的實驗數(shù)據(jù)如表所示。請根據(jù)表中數(shù)據(jù)回答下列問題。 溫度(K) CO 2轉化率/ (%) n(H2)/n(CO2) 500 600 700 800 1.5 45 33 20 12 2 60 43 28 15 3 83 62 37 22 ①上述反應的a________0(填“大于”或“小于”)。 ②恒溫下，向反應體系中加入固體催化劑，則反應產生的熱量________(填“增大”、“減小”或“不變”)。 ③增大的值，則生成乙醇的物質的量________(填“增大”、“減小”、“不變”或“不能確定”)。 【答案】　(1)①0.25 molL－1min－1?、贑D　(2)①小于?、诓蛔儭、鄄荒艽_定 【技巧點撥】轉化率問題： 平衡轉化率＝ （1）若反應物只有一種：aA(g) bB(g) + cC(g)，在不改變其他條件時（恒溫恒容），增加A的量平衡向正反應方向移動，但是A的轉化率與氣體物質的計量數(shù)有關：(可用等效平衡的方法分析)。 ①若a ＝ b + c ：A的轉化率不變； ②若a ＞ b + c ：A的轉化率增大； ③若a ＜ b + c：A的轉化率減小。 （2）若反應物不只一種：aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g)， ①在不改變其他條件時，只增加A的量，平衡向正反應方向移動，但是A的轉化率減小，而B的轉化率增大。 ②若按原比例同倍數(shù)地增加A和B，平衡向正反應方向移動，但是反應物的轉化率與氣體物質的計量數(shù)有關： 若a+b = c + d，A、B的轉化率都不變； 若a + b＞c + d，A、B的轉化率都增大； 若a + b＜c + d，A、B的轉化率都減小。 【變式訓練】 一定條件下，體積為1 L的密閉容器中發(fā)生如下反應：SiF4(g)＋2H2O(g) SiO2(s)＋4HF(g)　ΔH＝＋148.9 kJmol－1。 (1)下列各項中能說明該反應已達化學平衡狀態(tài)的是________(填字母序號)。 a．v消耗(SiF4)＝4v生成(HF) b．容器內氣體壓強不再變化 c．容器內氣體的總質量不再變化 d．HF的體積分數(shù)不再變化 (2)反應過程中測定的部分數(shù)據(jù)如下表(表中t2＞t1)所示。 反應時間/min n(SiF4)/mol n(H2O)/mol 0 1.20 2.40 t1 0.80 a t2 b 1.60 通過a或b的值及化學平衡原理說明t1時反應是否達到化學平衡狀態(tài)。 (3)若只改變一個條件使上述反應的化學平衡常數(shù)變大，該反應________(填序號)。 a．一定向正反應方向移動b．一定向逆反應方向移動 c．一定是減小壓強造成的d．一定是升高溫度造成的 e．SiF4的平衡轉化率一定增大 【答案】： (1)bcd (2)a＝1.60(或b＝0.80)，說明在一定條件下，t1～t2時各組分的濃度(或物質的量)均已不再發(fā)生改變，則t1時反應已經達到化學平衡狀態(tài) (3)ade 【課后鞏固】 1．下列說法正確的是(　　) A．N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0，其他條件不變時升高溫度，化學反應速率v(H2)和H2的轉化率均增大 B．對于反應2H2O2===2H2O＋O2↑，加入MnO2或升高溫度都能加快O2的生成速率 C．常溫下鈉與足量O2反應生成Na2O，隨溫度升高生成Na2O的速率逐漸加快 D．對于可逆反應H2(g)＋I2(g) 2HI(g)，H2(g)的消耗速率與HI(g)的生成速率之比為2∶1 答案：B 2．NH3和O2在一定條件下發(fā)生反應：4NH3(g)＋3O2(g) 2N2(g)＋6H2O(g)，現(xiàn)向一容積不變的2 L密閉容器中充入4 mol NH3和3 mol O2,4 min后反應達到平衡，測得生成的H2O占混合氣體體積的40%，則下列表示此段時間內該反應的平均速率不正確的是(　　) A．v(N2)＝0.125 molL－1min－1 B．v(H2O)＝0.375 molL－1min－1 C．v(O2)＝0.225 molL－1min－1 D．v(NH3)＝0.250 molL－1min－1 答案：C　 3．(2017鄭州模擬)一定溫度下，在固定體積的密閉容器中發(fā)生下列反應：2HI(g) H2(g)＋I2(g)。若c(HI)由0.1 molL－1降到0.07 molL－1時，需要15 s，那么c(HI)由0.07 molL－1降到0.05 molL－1時，所需反應的時間為(　　) A．等于5 s B．等于10 s C．大于10 s D．小于10 s 答案：C 4．在恒溫、恒壓下，a mol A和b mol B在一個容積可變的容器中發(fā)生反應：A(g)＋2B(g) 2C(g)，一段時間后達到平衡，生成n mol C。則下列說法中正確的是(　　) A．物質A、B的轉化率之比為1∶2 B．起始時刻和達到平衡后容器中的壓強之比為(a＋b)∶(a＋b－0.5n) C．當2v正(A)＝v逆(B)時，反應一定達到平衡狀態(tài) D．充入惰性氣體(如Ar)，平衡向正反應方向移動 答案：C 5．在一絕熱密閉容器中存在反應甲：A(g)＋2B(g) 3C(g) ΔH＜0和反應乙:2 E(g)＋2F(g) 3G(g) ΔH＞O，當容器中兩反應都達到平衡后，將容器的體積縮小，則： （ ） A. 反應甲不移動，反應乙向右移動 B. 反應甲不移動，反應乙向左移動 C. 反應甲向左移動，反應乙向右移動 D. 反應甲向右移動，反應乙向右移動 答案：D 6.某學生為了探究鋅與鹽酸反應過程中的速率變化，他在100 mL稀鹽酸中加入足量的鋅粉，用排水集氣法收集反應放出的氫氣，實驗記錄如表所示(累計值，氫氣體積已折算成標準狀況下體積)： 時間(min) 1 2 3 4 5 氫氣體積(mL) 50 120 232 290 310 (1)哪一時間段(指0～1 min、1～2 min、2～3 min、3～4 min、4～5 min，下同)的反應速率最大？______________，原因是______________________________________________。 (2)哪一時間段的反應速率最?。縚_______，原因是 __________________________________________________________。 (3)2～3 min內以鹽酸的濃度變化來表示的反應速率為____________________。 (4)如果反應太劇烈，為了減緩反應速率而又不減少產生氫氣的量，在鹽酸中分別加入等體積的下列溶液，你認為可行的是________(填編號)。 A．蒸餾水 B．NaCl溶液 C．Na2CO3溶液 D．CuSO4溶液 答案：　(1)2～3 min　反應為放熱反應，溫度升高，反應速率增大 (2)4～5 min　4～5 min H＋濃度小 (3)0.1 molL－1min－1 (4)AB 7.“低碳循環(huán)”引起各國的高度重視,已知煤、甲烷等可以與水蒸氣反應生成以CO和H2為主的合成氣,合成氣有廣泛應用。試回答下列問題: (1)高爐煉鐵是CO氣體的重要用途之一,其基本反應為FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)　ΔH>0。已知在1 100 ℃時,該反應的化學平衡常數(shù)K=0.263。 ①溫度升高,化學平衡移動后達到新的平衡,此時平衡常數(shù)K值__________(填“增大”“減小”或“不變”); ②1 100 ℃時測得高爐中,c(CO2)=0.025 molL-1,c(CO)=0.1 molL-1,則在這種情況下,該反應向__________進行(填“左”或“右”),判斷依據(jù)是________ _____________________。 (2)目前工業(yè)上也可用CO2來生產燃料甲醇,有關反應為CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0 kJmol-1,現(xiàn)向體積為1 L的密閉容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,反應過程中測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間的變化如圖所示。 ①從反應開始到平衡,氫氣的平均反應速率v(H2)=__________。 ②反應達到平衡后,下列措施能使c(CH3OH)c(CO2)增大的是__________。 A.升高溫度　　B.再充入H2　　C.再充入CO2 D.將H2O(g)從體系中分離　　　E.充入He(g) 答案:(1)①增大?、谟摇∫驗閏(CO2)c(CO)=0.25<0.263 (2)①0.225 molL-1min-1?、贐、D