专题11化学反应速率和化学平衡-原卷版

专题11化学反应速率和化学平衡【核心考点梳理】考点一、化学反应速率的计算及影响因素1、表达式及单位：v＝eq\f(Δc,Δt)，单位为mol·L－1·min－1或mol·L－1·s－1。同一化学反应，相同条件下用不同物质表示的反应速率，其数值可能不同，但表示的意义相同。(2)不能用固体或纯液体表示化学反应速率，因为固体或纯液体的浓度视为常数。影响化学反应速率的因素（1）内因：反应物本身的性质（2）外因：浓度、压强、催化剂等【注意】气体反应体系中充入惰性气体(不参加反应)时对反应速率的影响恒温恒容：充入“惰性气体”→总压增大→物质浓度不变(活化分子浓度不变)→反应速率不变。恒温恒压：充入“惰性气体”→体积增大→物质浓度减小(活化分子浓度减小)→反应速率减小。4、有效碰撞理论（1）活化分子：能够发生有效碰撞的分子。（2）活化能：图中：E1为正反应的活化能，使用催化剂时的活化能为E3，反应热为E1－E2。(注：E2为逆反应的活化能)（3）有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。考点二、化学反应进行的方向考点三、化学平衡状态及化学平衡移动1、化学平衡状态判断反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)是否已达平衡状态混合物体系中各组分的含量各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定平衡各物质的质量或各物质的质量分数一定平衡各气体的体积或体积分数一定平衡总压强、总体积、总物质的量一定不一定平衡正、逆反应速率的关系在单位时间内消耗nmolB，同时生成mmolA，即v正=v逆平衡在单位时间内消耗nmolB，同时生成pmolC，均指v正不一定平衡v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q，v正不一定等于v逆不一定平衡在单位时间内生成了nmolB，同时消耗qmolD，均指v逆不一定平衡压强压强不再变化，当m＋n≠p＋q时平衡压强不再变化，当m＋n＝p＋q时不一定平衡混合气体的平均相对分子质量MrMr一定，当m＋n≠p＋q时平衡Mr一定，当m＋n＝p＋q时不一定平衡温度任何化学反应都伴随着能量变化，在其他条件不变的情况下，体系的温度一定时平衡颜色反应体系内有色物质的颜色不变，即有色物质的浓度不变平衡体系的密度ρ若m＋n＝p＋q，且ρ一定不一定平衡若m＋n≠p＋q，恒温恒压且ρ一定平衡混合体系中各组分的浓度各组分的浓度一定平衡各组分的浓度相等不一定平衡c(A)∶c(B)∶c(C)∶c(D)＝m∶n∶p∶q不一定平衡考点四、化学反应速率与化学平衡图像分析1、速率—时间图像反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，m＋n>p＋q，且ΔH>0(1)t1时增大反应物的浓度，正反应速率瞬间增大，然后逐渐减小，而逆反应速率逐渐增大；(2)t2时升高温度，正反应和逆反应速率均增大，吸热反应的反应速率增大得快；(3)t3时减小压强，容器容积增大，浓度变小，正反应速率和逆反应速率均减小，正反应的反应速率减小得多；(4)t4时使用催化剂，正反应速率和逆反应速率均瞬间增大但仍相等。2.转化率(或含量)—时间图像反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，m＋n>p＋q，且ΔH>0(1)图甲表示压强对反应物转化率的影响，对于气体反应物化学计量数之和大于气体生成物化学计量数之和的反应，压强越大，反应物的转化率越大；(2)图乙表示温度对反应物转化率的影响，对于吸热反应，温度越高，反应物的转化率越大；(3)图丙表示催化剂对反应物转化率的影响，催化剂只能改变化学反应速率，不能改变反应物的转化率。3．恒压(温)线（α表示反应物的转化率，c表示反应物的平衡浓度）图①，若P1>P2>P3，则正反应为气体体积减小的反应，ΔH<0；图②，若T1>T2，则正反应为放热反应。分析时可沿横轴作一条平行于纵轴的虚线，即为等压线或等温线，然后分析另一条件变化对该反应的影响。4．特殊类型图像(1)对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，如图所示，M点前，表示从反应物开始，v正＞v逆；M点为刚达到平衡点；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡左移，故正反应ΔH＜0。(2)对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，如图所示，L线上所有的点都是平衡点。L线的左上方(E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量，所以E点v正＞v逆；则L线的右下方(F点)，v正＜v逆。(3)曲线的意义是外界条件（如温度、压强等）对正、逆反应速率影响的变化趋势及变化幅度。图中交点A是平衡状态，压强增大，正反应速率增大得快，平衡正向移动。化学平衡图像题的解答原则(1)“定一议二”原则。在化学平衡图像中，包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的三个量，确定横坐标所表示的量后，讨论纵坐标与曲线的关系或确定纵坐标所表示的量，讨论横坐标与曲线的关系。(2)“先拐先平，数值大”原则。在化学平衡图像中，先出现拐点的反应则先达到平衡，先出现拐点的曲线表示的温度较高或表示的压强较大。考点五、化学平衡常数、转化率的相关计算1、平衡常数表达式对于反应，K＝eq\f(cp(C)·cq(D),cm(A)·cn(B))(固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。2、平衡常数常见应用（1）判断、比较可逆反应进行的程度一般来说，一定温度下的一个具体的可逆反应：K值正反应进行的程度平衡时生成物浓度平衡时反应物浓度反应物转化率越大越大越大越小越高越小越小越小越大越低（2）判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应进行的方向（3）判断可逆反应的热效应【注意】(1)K的大小只与温度有关，与反应物或生成物的起始浓度的大小无关。(2)代入平衡常数表达式的是平衡浓度，而不是任意时刻的浓度，更不能将物质的量代入。(3)同一化学反应，可以用不同的化学方程式表示，每个化学方程式都有自己的平衡常数表达式及相应的平衡常数。因此，要注意使用与化学方程式相对应的平衡常数。3、转化率的分析与判断反应的转化率分析①若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比，达到平衡后，它们的转化率相等。②若只增加A的量，平衡正向移动，B的转化率提高，A的转化率降低。③若按原比例同倍数地增加(或降低)A、B的浓度，等效于压缩(或扩大)容器体积，气体反应物的转化率与其化学计量数有关。同倍增大c(A)和c(B)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(a＋b＝c＋dA、B的转化率不变,a＋b>c＋dA、B的转化率增大,a＋b<c＋dA、B的转化率减小))【点对点真题回顾】1.（2023·江苏卷）二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为在密闭容器中，、时，平衡转化率、在催化剂作用下反应相同时间所测得的实际转化率随温度的变化如题图所示。的选择性可表示为。下列说法正确的是A.反应的焓变B.的平衡选择性随着温度的升高而增加C.用该催化剂催化二氧化碳反应的最佳温度范围约为480~530℃D.450℃时，提高的值或增大压强，均能使平衡转化率达到X点的值2.（2022·江苏卷）乙醇水催化重整可获得。其主要反应为，，在、时，若仅考虑上述反应，平衡时和CO的选择性及的产率随温度的变化如图所示。CO的选择性，下列说法正确的是A.图中曲线①表示平衡时产率随温度的变化B.升高温度，平衡时CO的选择性增大C.一定温度下，增大可提高乙醇平衡转化率D.一定温度下，加入或选用高效催化剂，均能提高平衡时产率3.（2021·江苏卷）NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，NH3的转化率、生成N2的选择性[100%]与温度的关系如图所示。下列说法正确的是A.其他条件不变，升高温度，NH3平衡转化率增大B.其他条件不变，在175～300℃范围，随温度的升高，出口处N2和氮氧化物的量均不断增大C.催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250℃D.高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂4.（2020·江苏卷）CH4与CO2重整生成H2和CO的过程中主要发生下列反应在恒压、反应物起始物质的量比条件下，CH4和CO2的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是A.升高温度、增大压强均有利于提高CH4的平衡转化率B.曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化C.相同条件下，改用高效催化剂能使曲线A和曲线B相重叠D.恒压、800K、n(CH4)：n(CO2)=1:1条件下，反应至CH4转化率达到X点的值，改变除温度外的特定条件继续反应，CH4转化率能达到Y点的值5.（2019·江苏卷）在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下，催化反应相同时间，测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是A.反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的ΔH>0B.图中X点所示条件下，延长反应时间能提高NO转化率C.图中Y点所示条件下，增加O2的浓度不能提高NO转化率D.380℃下，c起始(O2)=5.0×10−4mol·L−1，NO平衡转化率为50%，则平衡常数K>2000【点对点模拟仿真】1．（2023春·江苏扬州·高三统考开学考试）重整可获得。重整反应的热化学方程式为反应I：反应Ⅱ：反应Ⅲ：下，将的混合气体置于密闭容器中，不同温度下重整体系中，平衡时各气体组分的物质的量分数如图所示。下列说法不正确的是A．曲线X表示B．反应进行的程度很小C．500℃，时，向平衡体系中再充入一定量的，达新平衡后，保持不变D．随着温度升高，变小。原因是反应Ⅲ增大的程度小于反应Ⅱ增大的程度2．（2023·江苏·高三统考专题练习）通过反应Ι：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)可以实现CO2捕获并资源化利用。密闭容器中，反应物起始物质的量比=3时，在不同条件下(分别在温度为250℃下压强变化和在压强为5×105Pa下温度变化)达到平衡时CH3OH物质的量分数变化如下图所示，主要反应如下：反应II：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+42.5kJ·mol1反应Ⅲ：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH3=—90.7kJ·mol1下列说法正确的是A．反应Ι的ΔH1=+48.2kJ·mol1B．曲线②表示CH3OH的物质的量分数随压强的变化C．一定温度下，增大的比值，可提高CO2平衡转化率D．在5×105Pa、250℃、起始=3条件下，使用高效催化剂，能使CH3OH物质的量分数从X点达到Y点3．（2023·江苏淮安·淮阴中学校考模拟预测）碳热还原氧化锌反应可用于循环制氢。碳热还原氧化锌的主要反应如下：反应Ⅰ：；反应Ⅱ：，在不同容器中分别发生反应Ⅰ、反应Ⅱ，不同压强(或)下分别达平衡时，两个反应中随温度变化的关系如图所示。下列说法正确的是A．压强大小：B．在图中所示条件下，反应Ⅰ可表示为C．选择反应Ⅱ的比值大于反应Ⅰ的条件，将C与ZnO置于同一密闭容器中，碳热还原氧化锌反应能顺利进行D．一定条件下将C与ZnO置于同一密闭容器中反应，的比值越大，平衡时气体中的比值越小4．（2023秋·江苏扬州·高三江苏省高邮中学校联考期末）在恒压密闭容器中，充入起始量一定的和，主要发生下列反应：反应I：

反应Ⅱ：

达平衡时，转化率和的选择性随温度的变化如图所示[的选择性]，下列说法不正确的是A．反应I的B．温度一定，通过增大压强能提高的平衡产率C．温度高于300℃时，曲线②随温度升高而升高说明此时主要发生反应ID．同时提高的平衡转化率和平衡时的选择性，应选择在低温低压条件下反应5．（2023·江苏连云港·连云港高中校考模拟预测）用乙醇制乙烯，其主要反应为反应I：

反应Ⅱ:

在催化剂作用下，向容器中通入乙醇，测得乙醇转化率和乙烯选择性随温度、乙醇进料量(单位：)的关系如图所示(保持其他条件相同)。的选择性下列说法正确的是A．

B．当乙醇进料量一定，随乙醇转化率增大，乙烯选择性升高C．当乙醇进料量为，温度410℃~440℃之间，随温度的升高，乙醚的产率先增大后减小D．当乙醇进料量为，温度高于430℃后，随温度的升高，乙烯选择性下降的原因是以反应Ⅱ为主6．（2023·江苏南通·校考模拟预测）碳热还原氧化锌反应可用于循环制氢。碳热还原氧化锌的主要反应如下：反应I；反应Ⅱ在不同容器中分别发生反应I、反应Ⅱ，不同压强(P1或P2)下分别达平衡时，两个反应中随温度变化的关系如图所示。下列说法正确的是A．压强大小：B．在如图所示条件下，反应I可表示为C．选择反应Ⅱ的小于反应I的条件，将C与ZnO置于同一密闭容器中，碳热还原氧化锌反应能顺利进行D．一定条件下将C与ZnO置于同一密闭容器中反应，当时，增大的值，可减少平衡时气体中的含量7．（2023·江苏南通·海门中学校考模拟预测）飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。如何有效消除NO成为环保领域的重要课题。某研究小组用新型催化剂对CO、NO催化转化进行研究，测得一段时间内NO的转化率、CO剩余的百分率随温度变化情况如图所示。已知NO可发生下列反应：反应I：反应Ⅱ：下列叙述不正确的是A．，B．温度大于775K时，催化剂活性降低C．时，控制温度875K已可较好的去除NOD．775K，时，不考虑其他反应，该时刻8．（2023·江苏盐城·盐城市伍佑中学校考