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】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。2．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（3）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。3．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。二、化学反应进行的方向三、化学平衡状态及化学平衡移动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不一定平衡四、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))五、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。【点对点真题回顾】1.（2023·北京卷）下列事实能用平衡移动原理解释的是A.溶液中加入少量固体，促进分解B.密闭烧瓶内的和的混合气体，受热后颜色加深C.铁钉放入浓中，待不再变化后，加热能产生大量红棕色气体D.锌片与稀反应过程中，加入少量固体，促进的产生2.（2022·北京卷）某多孔材料孔径大小和形状恰好将“固定”，能高选择性吸附。废气中的被吸附后，经处理能全部转化为。原理示意图如下。已知：下列说法不正确的是A.温度升高时不利于吸附B.多孔材料“固定”，促进平衡正向移动C.转化为的反应是D.每获得时，转移电子的数目为3.（2022·北京卷）捕获和转化可减少排放并实现资源利用，原理如图1所示。反应①完成之后，以为载气，以恒定组成的混合气，以恒定流速通入反应器，单位时间流出气体各组分的物质的量随反应时间变化如图2所示。反应过程中始终未检测到，在催化剂上有积碳。下列说法不正确的是A.反应①为；反应②为B.，比多，且生成速率不变，可能有副反应C.时刻，副反应生成的速率大于反应②生成速率D.之后，生成的速率为0，是因为反应②不再发生4.（2021·北京卷）10.NO2和N2O4存在平衡:2NO2(g)⇌N2O4(g)△H<0。下列分析正确的是A.1mol平衡混合气体中含1molN原子B.断裂2molNO2中的共价键所需能量小于断裂1molN2O4中的共价键所需能量C.恒温时，缩小容积，气体颜色变深，是平衡正向移动导致的D.恒容时，水浴加热，由于平衡正向移动导致气体颜色变浅【点对点模拟仿真】1．（2023·北京海淀·101中学校考三模）汽车尾气中CO与NO转化的三段反应历程及各物质的相对能量如图所示，其中TS代表过渡态，IM表示反应过程中的复杂中间产物，每段历程的反应物相对总能量定义为0.下列说法不正确的是A．反应①决定尾气转化的快慢B．反应①为吸热反应，反应②、③为放热反应C．由上图可判断过渡态的相对能量：TS1>TS3>TS2D．采用对反应③选择性高的催化剂可以避免尾气中出现2．（2023·北京昌平·统考二模）催化加氢制甲醇中发生的反应有：i．

ii．

在恒温密闭容器中，维持压强和投料不变，将和按一定流速通过反应器，转化率和选择性随温度变化关系如图所示，下列说法正确的是A．升高温度，有利于反应i正向进行B．236℃后，随着温度升高，i、ii反应速率减慢C．236℃后，温度升高对反应的影响：i>iiD．236℃后的曲线变化趋势不可能是由于反应i中催化剂失去活性而造成的3．（2023·北京西城·北京四中校考模拟预测）向一容积可变密闭容器中充入等物质的量的A、B，发生反应：2A(g)+2B(g)3C(s)+4D(g)在不同压强下，该反应平衡常数随温度变化如表所示。下列判断正确的是压强Mpa平衡常数温度/℃1.01.52.0300ab16516c64d800160fgA．c＞a，g＞f B．正反应是放热反应C．2.0MPa、800℃时，A的转化率最小 D．1.5MPa、300℃时，B的转化率为50%4．（2023·北京朝阳·统考二模）脱除汽车尾气中的和包括以下两个反应：①②将恒定组成的和混合气通入不同温度的反应器，相同时间内检测物质浓度，结果如下。已知：的脱除率下列分析不正确的是A．低温不利于和的脱除B．，该时间段内几乎不发生反应①，主要发生反应②C．，该时间段内的脱除率约为88%D．高温下的主要脱除反应为：5．（2023春·北京海淀·高三首都师范大学附属中学校考阶段练习）有研究认为，强碱性溶液中反应分三步进行，其中两步如下：第一步：第二步：……第三步：下列说法不正确的是A．反应第二步为 B．升高温度可以使增大C．由K可判断，第三步不是整个过程的决速步 D．分子的空间结构为V型6．（2023·北京海淀·101中学校考三模）CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法，其过程中主要发生下列反应：反应Ⅰ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H1反应Ⅱ：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)△H2恒压，投入1molCO2和适当过量的H2，CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。其中：CH3OCH3的选择性=×100%下列说法中不正确的是A．△H1＞0，△H2＜0B．温度高于300℃，反应Ⅰ正移程度超过反应Ⅱ逆移程度C．220℃时，反应一段时间后，测得CH3OCH3的选择性为48%(即图中A点)。此时反应Ⅰ和Ⅱ均未达到平衡状态D．若平衡时CH3OCH3的选择性为48%，则体系中c(CH3OCH3)∶c(CO)=48∶527．（2023·北京西城·北师大实验中学校考三模）某科研人员提出与在羟基磷灰石()表面催化氧化生成、的历程，该历程示意图如下(图中只画出了HAP的部分结构)。下列说法不正确的是A．在反应过程中，有键发生断裂B．若用标记HAP中氧原子，则反应后仍在HAP中C．该反应可表示为：D．HAP能提高与的反应速率8．（2023·北京东城·北京五十五中校考模拟预测）五氯化磷(PCl5)是有机合成中重要的氯化剂，可由如下反应制得：PCl3(g)＋Cl2(g)⇌PCl5(g)

ΔH=93.0kJ/mol。某温度下，在2.0L的恒容密闭容器中充入2.0molPCl3和1.0molCl2，实验数据记录如下。t/s050150250350n(PCl5)/mol00.240.360.400.40下列说法正确的是A．0～150s内的υ(PCl3)=2.4×103mol·L1·s1B．该温度下，反应的化学平衡常数K=C．升高温度，PCl3的平衡转化率大于20%D．增大压强，活化分子百分数增大，反应速率加快9．（2023·北京丰台·统考二模）工业上可以利用水煤气(、)合成二甲醚()，同时生成。合成过程中，主要发生三个反应，℃时，有关反应及相关数据如下。保持原料气组成、压强、反应时间等因素不变，进行实验，测得转化率随温度变化曲线如下图。下列说法不正确的是A．℃时，水煤气合成二甲醚的热化学方程式：

B．℃时，增大压强、加入催化剂均可提高的平衡转化率C．220℃~240℃时，温度升高反应速率加快，转化率升高D．温度高于240℃时，温度升高转化率降低的原因可能是平衡逆向移动10．（2023·北京海淀·统考二模）光解水制氢的关键步骤是水的氧化。我国科学家用仿生催化剂[用表示]实现在NaHCO3溶液中高效催化水的氧化，该过程物质转化及反应能量变化示意图如下：下列说法不正确的是A．步骤①可表示为B．水的氧化反应为：C．D．催化剂参与反应，降低活化能，加快反应速率11．（2023·北京西城·统考二模）中国科学家首次用改性铜基催化剂，将草酸二甲酯加氢制乙