在高考复习中对化学反应速率与化学平衡的把握.doc

.在高考复习中对化学反应速率与化学平衡的把握“教师的教”与“学生的学”是教研活动中两个恒定不变的主题，而高考，则是这两个方面的指挥棒和裁判员。今天，我就以下三个方面浅谈自己的看法和做法：一是化学反应速率与化学平衡理论在中学化学中的地位，二是在高考复习中如何把握与落实，三是学生能力的培养与创新。需要说明的是，“化学反应速率”与“化学平衡”实际为两个理论，前者从动力学角度研究化学反应，不仅适用于可逆反应，也同样适用于不可逆反应；后者则从化学热力学角度对化学反应进行研究，研究对象仅适用于可逆反应，且化学平衡理论的基础是化学反应速率理论，它们之间联系紧密。一、化学反应速率与化学平衡理论在中学化学中的地位现行中学化学教材中，有一个平衡理论体系，包括溶解平衡、化学平衡、电离平衡、水解平衡、络合平衡等。化学平衡是这一平衡理论体系的核心。系统掌握反应速率与化学平衡的概念、理论及应用对于深入认识其他平衡，重要的酸、碱、盐的性质和用途，化工生产中适宜条件的选择等，具有承上启下的作用；对于深入掌握元素化合物的知识，具有理论指导意义。化学反应速率与化学平衡理论在中学化学中占有重要地位，是深入认识其他平衡，进一步理解酸、碱、盐的性质和用途，指导化工生产中选择适宜的条件，及全面掌握元素化合物的知识，具有理论指导意义，是历年高考的必考内容。前面谈了化学平衡理论在中学中的地位，下面谈谈如何在高考把握与落实。二、化学反应速率与化学平衡理论在高考复习中的要求与落实在高考复习中，要认真研读考试说明，钻研本部分知识在历年高考出现的主要题型，把考试说明的要求落实到解决实际问题上，在原有知识水平上有新的认识和收获。考试说明化学知识内容表中对化学反应速率与化学平衡理论的要求包括3部分6个方面：1、化学反应速率的概念和表示方法（了解） 外界条件对反应速率的影响（理解）2、化学反应的可逆性（了解） 化学平衡的涵义及其与反应速率之间的内在联系（理解）3、勒夏特列原理的涵义（了解） 外界条件对化学平衡移动的影响（理解）下面我就如何落实考试说明谈谈自己的看法：1、化学反应速率的概念和表示方法在此应理解为“直接使用 ”考试中，经常要对其中的某个量进行比较或计算，同时，还常用到另一结论，即：同一化学反应用不同物质表示时速率可能不同，但速率比等于对应物质的化学计量数之比。有时也结合转化率进行考察。从考试的题型看，主要有：根据化学方程式，确定各物质反应速率。根据给定条件，确定反应中各物质的平均速率。高考题型示例：例1、将4molA气体和2molB气体在2L的容器中混合并在一定条件下发生如下反应： 若经2s(秒)后测得C的浓度为0.6molL-1，现有下列几种说法：用物质A表示的反应的平均速率为0.3molL1 s1用物质B表示的反应的平均速率为0.6molL1 s12s时物质A的转化率为702s时物质B的浓度为0.7molL1其中正确的是(B)A B C D分析：此题引导学生从化学反应速率的概念入手，结合速率与化学计量数的关系、转化率的概念、浓度概念等综合分析。具体如下：从题干可知反应时间及物质C的浓度的变化，容易求得v(C)0.3molL-1s-1，根据化学计量数很容易得到v(A)和v(B)，从而判断正确，错误；根据化学反应速率的定义可求得反应消耗的A的物质的量n(A)=0.3221.2，再结合“转化率”的概念而得到A的转化率1.2/40.3；结合浓度的涵义和化学反应速率的涵义，由B的起始浓度减去B在这2s消耗的浓度（0.1520.3mol/L）得到2s时B的浓度(0.7molL1)。同时看到：由于理综试题只有单选题，所以，过去的多选题常以组合的形式变为了单选题。1、外界条件对反应速率的影响对考试说明中的要求，在此应理解为“理解影响化学反应速率的因素（浓度、温度、压强、催化剂等）（即：知道这些因素如何改变速率及为什么改变速率），并能根据这些因素的变化解释或判断化学反应速率的变化”。复习时要强调：影响化学反应速率的主要因素是参加反应的物质自身；影响化学反应的外界因素除上面的“浓度、温度、压强、催化剂”外，光、超声波、反应物颗粒、扩散速度、溶剂等都对化学反应速率有影响，只是前面4项通常是主要影响因素；压强对化学反应速率的影响是通过改变浓度实现的，因此，它只对有气体参与的反应速率可能产生影响，而对于只有固体、液体参与的反应速率没有影响。具体有以下几种情况：、恒温：增加压强体积减小浓度增大反应速率加快；反之减慢。、恒容：充入气体反应物压强增大浓度增大反应速率加快；反之减慢。充入稀有气体压强增大，但各物质浓度不变反应速率不变。、恒压：充入稀有气体压强不变体积增大各物质浓度减小反应速率减慢。对这部分知识考察的主要类型是：根据给定条件，判断反应速率的变化；考察外界因素对化学反应速率造成影响的原因。考试的形式有：直接询问、结合有颜色物质的颜色变化进行考察、结合化学方程式含义及图表等进行考察等。对此部分的复习，首先要明确化学反应速率的概念、数学表达式与单位，通过图像或实例帮助他们理解影响化学反应速率的因素，其次要通过练习体会应用，培养技能。请看下面的例题。高考题型示例：例2、在一定温度下，容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如下图，下列表述中正确的是（D） A反应的化学方程式为：2 M NBt2时，正逆反应速率相等，达到平衡 Ct3时，正反应速率大于逆反应速率 Dt1时，N的浓度是M浓度的2倍分析：此题要从化学方程式涵义、化学反应速率与化学平衡的关系、浓度的概念等方面分析，同时培养阅读图表的能力。具体分析如下：从图知，开始放入的物质既有M又有N，但物质N不断减少，M不断增多，根据习惯，把N做为反应物，M做为生成物，所以A错。t2时正逆反应速率相等，但随着时间进行，两物质的反应的速率还在变化，B错。t3时M和N的物质的量不再变化，所以正逆反应速率相等，C错。t1时N的物质的量是M的2倍，又由于在同一容器中，所以，N的浓度是M的2倍，D正确。针对“外界条件对反应速率的影响”的试题还有：96上海的第9题，97上海的第8题及05东城一模的第8题等。通过让学生对这些试题的练习，学生民就基本能“理解影响化学反应速率的因素（浓度、温度、压强、催化剂等），并能根据这些因素的变化解释或判断化学反应速率的变化”了。下面我们看考试说明中对此理论的第二部分的要求应如何落实。2、化学反应的可逆性对考试说明中的此项要求，在复习时应使学生了解3点：按照反应进行的程度：化学反应分为可逆反应与不可逆反应；了解可逆反应的概念；能识别可逆反应与非可逆反应，知道常见的可逆反应。在复习可逆反应的概念时要强调的2同，即：“同一条件”、“同时”。2、化学平衡的涵义及其与化学反应速率之间的内在联系针对考试说明的此项要求，在复习时应引导学生从两个方面去把握：一是概念的理解，二是化学平衡标志的判断。对化学平衡涵义的理解及其与化学反应速率之间的联系，复习时应引导学生从以下几个方面理解：研究的对象可逆反应。平衡的本质正=逆0。可以反应N2+3H2 2NH3为例引导学生进一步理解如下：第一层含义：用同种物质表示反应速率时，该物质的生成速率=消耗速率。如平衡时v(N2生成)=v(N2消耗)第二层含义：在方程式同一侧的不同物质，它们的生成速率与消耗速率之比（或消耗速率与生成速率之比，前后比较项必须相反）等于反应方程式中化学计量数之比；如：v(N2消耗)v(H2生成)13。第三层含义：方程式不同侧的物质，它们的生成速率与生成速率之比（或消耗速率与消耗速率之比，前后比较项必须相同）等于反应方程式中化学计量数之比；如平衡时v(N2生成)v(NH3生成)=12。第四层含义：从微观化学键的断裂与生成判断。如，平衡时，单位时间内断裂的HH键数目与生成HH键数目相等，单位时间内断裂NH键数目与断裂的HH键数目相等，单位时间内生成的键数目是生成的NH数目的1/6。从以上4个方面分析完“正逆反应速率相等”的涵义，学生真实具体的感觉，不再感觉“虚幻”。平衡的标志平衡混合物中各组分含量(百分含量、物质的量、质量、浓度、气体的体积分数等)不随时间变化。平衡的特点平衡时正逆反应仍在同时进行，处于动态平衡。平衡的存在是一定条件下的平衡，一旦条件改变，正逆反应速率不再相等，平衡将发生移动，直至建立新的平衡。平衡的途径化学平衡的建立与反应途径无关。对同一可逆反应，只要条件相同(温度、浓度、压强)，不论从正反应、逆反应或正逆反应同时进行，均能达到同一平衡状态。说明：以上要点应结合具体的反应（如合成氨反应）一一说明来帮助学生理解。上面是对平衡涵义的理解，下面则是注重应用所理解内容来解决问题。即：判断化学平衡状态的标志引导学生从以下几个方面掌握：(a) 任何情况下均可作为平衡标志的是正=逆（含义见上面平衡的本质的4层含义)各组分含量(百分含量、物质的量、质量、物质的量浓度、气体的体积分数等)不随时间变化反应物的转化率不随时间变化反应放出的热量与吸收的热量相等，即：对于恒容绝热体系，体系的温度不再变化（以上从动力学、热力学等角度等方面进行了考察）。(b) 在一定条件下可作为平衡标志的是对于有色物质参加或生成的可逆反应体系，颜色不再变化复习时要通过实例向学生说明：颜色不再变化时一定达到了化学平衡，但颜色变化时不一定未平衡。如H2+I22HI的气态平衡体系，颜色不再变化时则达到平衡，但平衡后恒温加压（缩小容积）时颜色加深，而平衡不移动。对一个反应前后气体分子数不相等的反应：、混合气体的平均摩尔质量保持一定则达到了平衡、恒温恒压时，整个混合气体的密度保持一定则达到了平衡、恒温恒容时，体系的压强保持一定则达到了平衡应通过实例（如H2+I22HI）说明：反应前后气体体积数相等的反应，、不能作为平衡状态的标志(c)不能作为判断标志的是各物质的物质的量或浓度变化或反应速率之比=化学计量数之比要强调：化学反应无论可逆与否、无论平衡与否，上面的结论都是成立的。关于“化学平衡的涵义及其与化学反应速率间的联系”，考察的类型主要有：对化学平衡的判断结合图表分析化学反应速率与化学平衡间的内在联系等此部分是深入理解平衡理论的关键，内容抽象，有一定的难度。应多通过例题、图表、练习等强化理解。请看下面的练习。高考题型示例：例3、在一定条件下，二氧化硫和氧气发生如下反应：2SO2（g）+ O2 (g) 2SO3(g) ；H0降低温度，二氧化硫转化率_，化学反应速度_（均填“增大”、“减小”或“不变”）600时，在一密闭容器中，将二氧化硫和氧气混合，反应过程中SO2、O2、SO3物质的量变化如图，反应处于平衡状态的时间是_。 据图判断，反应进行至20min时，曲线发生变化的原因是（用文字表达）_。10min到15min的曲线变化的原因可能是_（填写编号）。a加了催化剂 b缩小容器体积 c降低温度 d增加SO3的物质的量分析：通过此题应理解外界条件的变化对化学反应速率与化学平衡的影响、平衡状态的含义、平衡移动的影响因素；培养分析处理实验图表的能力、运用所学理论解释实验现象的能力。具体如下：降低温度，化学反应速率降低，平衡向放热方向移动，SO2转化率增大。平衡时各组分的量保持不变，从图中，在15min20min、25min30min时各组分含量分别保持不变。从图知，反应进行至20min时，O2的物质的量突然增多，之后逐渐下降，但新平衡时O2的物质的量比20min前还多；生成物SO3的物质的量逐渐上升，反应物SO2的物质的量开始逐渐下降。结合这些变化，可知：在20min时增加了O2的量。从图知：10min到15min的曲线变化明显比0到10min加快，说明化学反应速率因某种外界条件的改变而加快了。影响化学反应速率因素主要有浓度、温度、压强、催化剂等，对题中的4个选项分析如下a：催化剂可以同时大幅度改变化学反应速率。正确。b：缩小容器的体积，相当于增大了气体的压强，使各物质的浓度增大，各物质的反应速率加快。正确。c：降低温度，各物质反应速率应减少，曲线变得应比010min更缓。所以C错误。d：增加SO3的物质的量后，其物质的量应突然增加，出现类似20min时O2的曲线，但图中没有，所以d错误。答案：增大 减小1520min和2530min增加了O2的量 a b关于“化学平衡的涵义及其与化学反应速率间的联系”的高考试题还有：95全国的第18题等。应再精选一些练习来加强学生的理解应用能力。下面，我们再一起研究05考试说明对化学反应速率化学平衡内容要求的第3部分。3、勒夏特列原理的涵义关于此部分，在引导学生复习时应做到：明确原理的适用范围：已经达到平衡的可逆反应明确原理的应用方法：是只有一个条件改变时的结果；若有多个条件改变，则先固定其他条件而改变其中的一个条件做因变化并观察这个变化条件引起的变化结果（果变量）。明确原理阐述的本质：“减弱”改变但不能“消除”改变。“减弱”的含义，要从“定性”与“定量”两个方面向学生阐述：定性的角度：平衡移动的方向就是能够消弱外界条件改变的方向定量的角度：平衡移动的结果只是消弱了外界条件的变化而不能完全抵消外界条件的变化量原理的推广：该原理适用于很多平衡体系，如溶解平衡、电离平衡、水解平衡、络合平衡等在复习时，通过典型例题体会浓度、温度、压强变化时平衡移动的结果（从定性与定量两个层面体会），是加深理解的有效方法。请看下面的例题。题型示例：例4、一定温度下，某密闭容器中发生如下反应：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)；H0，当反应达到平衡时，测得容器中各物质的物质的量均为nmol。欲使H2的物质的量浓度增大1倍，在其它条件不变时，下列措施中可采用的是（B）升高温度 增大压强 再通入nmol CO2和nmol H2 再加入2nmolCO和2nmol H2O(g)A、 B、 C、 D、分析：通过此题的逐项分析，能很好的理解勒夏特列原理的涵义。具体分析如下：升高温度，平衡右移，根据方程式中化学计量数间的关系，只有全部的CO和H2O都转化为右边产物时才能使H2浓度增大一倍，显然不能实现；增大压强，平衡虽然不移动，但当体积缩小到原来的1/2时各物质浓度都变为原来的2倍。正确。再通入nmol CO2和nmol H2时平衡左移，结果减弱了外加H2造成的浓度增大的影响，使H2增加的浓度达不到原来的2倍。再加入2nmolCO和2nmol H2O(g)，若容积增大一倍则新平衡时与原平衡一样，现容积没增加，所以平衡时各物质浓度都变为原来的2倍。关于此知识点高考试题还有91全国的14题，97全国的第19题等。应让学生自己通过练习加深理解。下面，我们一起研究考试说明中此理论的最后部分。3、外界条件对化学平衡移动的影响这一部分是平衡理论的重点和难点，更是平衡理论的核心。复习时应通过实例帮助学生理解“浓度”、“温度”、“压强”是如何对平衡产生影响的（即：碰撞理论），同时向学生强调：压强是通过改变浓度起作用的。具体内容可通过师生共同完成下述图表来复习：其他条件不变，只改变浓度时的4种情况其他条件不变，只改变温度的4种情况说明：是吸热反应还是放热反应由第一个平衡前的反应速率决定，如左上边第一个图：由于第一个平衡前吸热反应速率放热反应速率，反应向正向、也是吸热方向进行，说明此反应为吸热反应。其他条件不变，只改变压强（适用于有气体参加的反应）的4种情况在复习完成上述表中内容后，还要强调特例：对于反应前后气体体积不变的反应，如：H2(气)+I2(气)2HI(气)压强能同等程度改变速率加压 减压同时，要指明：催化剂只改变化学反应速率，不能影响平衡（与上图相似）。题型示例：例5、下列对化学平衡移动的分析中，不正确的是（ D ）已达平衡的反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)，当增加反应物质的量时，平衡一定向正反应方向移动已达平衡的反应（）（） 2（），当增大2 的浓度时，平衡向正反应方向移动，N2 的转化率一定升高有气体参加的反应达平衡时，若减小反应器容积时，平衡一定向气体体积增大的方向移动有气体参加的反应达平衡后，在恒压反应器中充入稀有气体，平衡一定不移动A. B. C. D. 分析：可通过此题进一步认识浓度、温度、压强等如何影响化学平衡。具体如下：不一定，如若增加碳的物质的量，由于碳是固体，平衡不移动；增大N2浓度后平衡向正反应方向移动，但N2的转化率一般会降低（恒温恒压或恒温恒容），只有降温时才可能提高N2的转化率；减少反应器容积的方式不同，可以有不同的结果，如对于反应N2+3H3=2NH3；H0，若恒压下降低温度，平衡会向体积减小的正向移动，气体物质的量减少，反应器的容积也减小；有气体参加且两边气体分子数不相等的反应（如合成氨反应）平衡后，在恒压条件下充入稀有气体，则各组分的浓度会减小，平衡会向体积气体分子数增多的方向移动。简评：此题同样虽然也是考察外界条件对化学平衡移动的影响，但问法具有较强的迷惑性，要求真正理解浓度、温度、压强等对化学平衡的影响，并能举出反例。关于“外界条件对平衡移动的影响”的高考试题还有：01全国第9题，00上海的第19题，03全国春季高考的12题，90全国第8题，92全国的第11题，96全国第31题，96上海的第9题，00上海的第26题，04全国理综的29题，04全国理综的第9题，05西城一模的11题，05朝阳二模的29题等。从这么多年的高考试题就可以看出：外界条件对化学平衡的影响历来是平衡理论中考试的热点，应加强这部分知识的练习。上面，我们详细解读了考试说明对化学反应速率与化学平衡的要求，并就落实方法浅谈了个人看法。在高考复习中，除了解读考试说明外，还要进一步针对本部分知识的特点，全面总结知识点，突出重点、难点，使认识与能力得到进一步提升，并培养创新精神。下面，我就此问题谈谈个人的粗浅做法。三、学生能力的提高与创新图像问题是化学反应速率与化学平衡理论中非常典型的问题，学会识别、分析有关图像，是学好平衡理论的关键。1、化学图像问题对于化学平衡的有关图象问题，可按以下的方法进行分析：认清坐标系，搞清纵、横坐标所代表的意义，并与勒夏特列原理挂钩。紧扣可逆反应的特征，看清正反应方向是吸热还是放热、体积增大还是减小、不变、有无固体、纯液体物质参加或生成等。看清速率的变化及变化量的大小，在条件与变化之间搭桥。看清起点、拐点、终点，看清曲线的变化趋势。定一议二。当图像中有三个量时，先确定一个量不变再讨论另外两个量的因果关系。在复习时可针对一般的化学反应，引导学生具体分析各类常见的图像。下面举例说明：几种平衡图像：可以反应mA(气)+nB(气)pC(气)+qD(气)；HQ为例引导学生分析下列各图，分析时突出“起点、折点、终点”及“曲线的变化趋势”。 转化率时间 含量时间图转化率温度压强图含量温度压强图题型示例：例6：在容积一定的密闭容器中，可逆反应A(气)B(气) xC(气)有下图所示的关系曲线，根据下图下列判断正确的是（AD）A、p3p4，y轴表示A的转化率 B、p3p4，y轴表示混合气体的密度C、p3p4，y轴表示混合气体的平均摩尔质量分析：此题培养处理有多个变量时应用勒夏特列原理的能力，同时培养阅读图表的能力。具体分析如下：从第一个图中a、b线折点和平线推出：P1P2、x1；从b、c线的折点和平线推出：T1T2、H0。引导学生把结论代入第二个图，随T而y，所以y的含义为C%或A、B的转化率或混合气体的平衡摩尔质量；再让学生讨论：若P3P4，推出y的含义为C%或A、B的转化率或混合气体的平衡摩尔质量；若P3P4，y的含义与前面T的变化矛盾，不成立。从而得出AD正确的结论。答案：AD上面谈了化学平衡图像的问题，在化学平衡中还经常会遇到另一类问题，即：对已达平衡的某反应继续投入一定量的反应物或生成物，再次达到平衡后求其压强、转化率、浓度等并与第一次平衡进行比较。解题思路是在这两次反应中“巧设中间状态”，可通过中间状态的移动来判断改变条件后的移动方向和相关量的变化。2、巧设中间状态我们可以通过例题理解并学着应用这种方法。请看下面的高考题。高考题型示例：例7：在一密闭容器中，反应aA（气） bB（气）达平衡后，保持温度不变，将容器体积增加一倍，当达到新的平衡时，B的浓度是原来的60%，则（AC）A、平衡向正反应方向移动了B、物质A的转化率减少了C、物质B的质量分数增加了D、ab分析：此题可做如下图解巧设中间状态由上图很容易看到，从原平衡新平衡时平衡向右移动了，从而选到AC。相关练习还有03全国理综的第11题等，可再选一些练习增强学生在这方面的能力。在平衡理论考题中，有一大类试题，是关于“从不同途径得到的平衡，但两种平衡中各组分的含量却相同”的问题，这就是通常讲的“等效平衡”问题。对此类问题的认识和解决的结果，体现了对化学平衡涵义理解的程度。下面，我们一起总结：3、等效平衡等效平衡的含义在相同条件下，对同一可逆反应，不论反应途径如何，均能达到同一平衡状态，即平衡时相应组分的含量（体积分数、质量分数、物质的量浓度等）相同，这样的化学平衡称为等效平衡。帮助学生理解并归纳等效平衡，对于学生进一步理解化学平衡涵义有重要意义。下面是等效平衡的类别。等效平衡的分类恒温恒容情况a反应前后气体分子数不等时 只要投料量与原投料量相同，则二者等效。b反应前后气体分子数相等时 只要投料量与原投料量成比例，即为等效平衡。恒温恒压情况只要投料量与原投料量成比例，则二者等效。此类问题理解较难，可通过具体实例、巧设中间状态等帮助学生理解，再通过一定的例题和练习体会应用。下面的例题是等效平衡应用的一个例子。题型示例：例8：在一定温度和压强下，有如下反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，将1.6molSO2和0.8mol的O2放入一体积可变的密闭容器中，测得容器的起始容积为100L。经一段时间后，反应达到平衡，测得混合气体的密度为1.6gL-1。请回答下列问题：(1)达平衡时混合气体的体积为_，SO2的转化率为_；(2)若起始时加入amolSO2、bmolO2，且ab=21，在同样温度和压强下，反应达到平衡时，测得混合气体的容积为120L。则a、b的值分别为：a_，b_；(3)若容器为体积不变的密闭容器，其容积为100L。起始时加入xmolSO2、ymolO2和zmolSO3，反应达平衡时，温度和压强与(2)完全相同，容器内各气体的体积分数也与(2)达平衡时的情况完全相同。则x、y应该满足的关系式为_，x、z应该满足的关系式为_。分析：此题应用质量守恒（含元素守恒）、转化率、等效平衡、气体定律（同温同压时体积比物质的量比）等知识分析、对比、判定等效平衡，同时要培养极限思维的能力。具体分析如下：由质量守恒有，气体的总质量为1.6mol64g/mol+0.8mol32g/mol=128g，所以平衡后气体的体积为： 设平衡时消耗的SO2为2x mol，则由 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)起始 1.6 0.8 0转化 2x x 2x平衡 1.6-2x 0.8-x 2x 根据“同T同P时， ”有， ，所以x=0.48，SO2的转化率为 此问要引导学生分析判断等效平衡；指出：由于后者与前者投料量成比例（即：两次投料均满足