2021高考化学易错点13 化学反应速率和化学平衡计算

易错13化学反应速率和化学平衡计算

【易错分析】

化学反应速率和化学平衡是近年高考的热点,主要以定性、定量相互结合的方式进行考查。

一般会从平衡状态和平衡移动、物质转化率和浓度变化、平衡体系密度和相对分子质量的变

化等方面考查，也常结合图像考查根据图像获取数据分析、解决问题的能力等。而新课标中

的化学平衡常数和化学反应方向的判断这些内容正成为本专题高考命题的新热点。

【错题纠正】

例题1、I.二甲醛是一种重要的清洁燃料，可以通过CH30H分子间脱水制得：

2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)A，=-23.5kJmolL在恒容密闭容器中

建立上述平衡，体系中各组分浓度随时间变化如图所示。

(1)该条件下反应平衡常数表达式长=；在“℃时，反应的平

衡常数为，达到平衡时”CH30cH3):〃(CH3OH):n(H20)=。

(2)相同条件下，若改变起始浓度，某时刻各组分浓度依次为：c(CH3OH)=0.4molLr、c(H2。)

=0.6molir、c(CH30cH3)=2.4mol】r,此时正、逆反应速率的大小：v1K丫鼠填“>”、

或"="),反应向反应方向进行(填“正”或"逆”)。

H.已知可逆反应：M(g)+N(g)vP(g)+Q(g)A，>0,请回答下列问题：

(1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)=lmoll。c(N)=2.4molL达到平衡

后，M的转化率为60%,此时N的转化率为。

(2)若反应温度升高，M的转化率(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c(M)=4mol，Lr,c(N)=amolL^1；达到平

衡后，c(P)=2molL-',a=。

【解析】(1)平衡常数表达式K=：由图像知，反应在。时达到平衡，平衡时各物质的浓度

1

分别为c(CH30cH3)=1mol1r,c(H2O)=0.8molLc(CH3OH)=0.4molL,则该温度

下，反应的平衡常数K==5：达到平衡时〃(CH30cH3)："(CH.QH):〃(H2O)=1.0:0.408=5:2:4；

(2)根据0c==9>K,则反应逆向进行，v(正)<v(逆)。II.(1)M的转化率为60%,则M减少

了1molLix60%=0.6molL1,由方程式可知N也减少了0.6mol-L",N的转化率为

xl00%=25%；(2)该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，则M的转化率增大；(3)

由(1)可知平衡时M、N、P、Q的浓度分别为0.4molL\1.8rnolL-1,0.6mol-L“、0.6molL1,

则该温度下的平衡常数为：K=0.5,当反应物的起始浓度分别为c(M)=4mol-Lc(N)=a

tnolir时,根据三段式：

M(g)+N(g)「—P(g)+Q(g)

起始(mol1”)：4a00

变化(mobL")：2222

平衡(molL")：2a-222

则平衡常数K=0.5,解得。=6。

【答案】1.(1)55:2:4(2)<逆11.(1)25%(2)增大(3)6

例题2、亚硝酰氯(NOC1)是有机合成中的重要试剂，可由NO和C12反应得到，化学方程式

为2NO(g)+Cb(g).=i2NOCl(g),

(1)氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时会生成亚硝酰氯，涉及如下反应：

①2NO2(g)+NaCl(s)NaNCh(s)+NOCl(g)

@4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)

③2NO(g)+Cb(g)12NOCl(g)

设反应①②③对应的平衡常数依次为K1、七、Ki，则K、&、&之间的关系为o

(2)300℃时，2NOCl(g)?=i2NO(g)+Ch(g)»

正反应速率的表达式为LE=hd(NOCl)(%为速率常数，只与温度有关)，测得速率与浓度的

关系如表所示：

序号c(NOCl)/molL-1v/mobL-1^1

①0.303.60x10-9

②0.601.44X10-8

③0.903.24x10-8

n=，k=o

⑶在1L恒容密闭容器中充入2molNO(g)和1molCl2(g),在不同温度下测得c(NOCl)与时

间t的关系如图A所示：

①反应开始到10min时NO的平均反应速率v(NO)=molL_,min-1o

②72时该反应的平衡常数K为o

③CL的平衡转化率为。

(4)在密闭容器中充入NO(g)和CL(g),改变外界条件［温度、压强、“(02)、与催化剂的接

n(NO)

触面积］,NO的转化率变化关系如图B所示。X代表o

【解析】(1)根据盖斯定律知，①/2—②=③，从而可推知平衡常数之间的关系。(2)将①②

组数据代入表达式计算，原1"=上出叫=4,解得〃=2。再代入任意一组数据可计算出

3.60x109

左值。：(3)①10min时，c(NOCl)=lmolL-',则转化的NO的物质的量为1mol,贝”(NO)

=imoiL=0fmol.L!,minio②平衡常数K=——=2。③CL的平衡转化率为

10minPx0.5

°;5—1：L-X100%=50%»(4)根据图A,72下反应速率较大，说明不大于■，而乃下达到

1mol-L1

平衡状态时，c(NOCl)较小，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，故正反应是放热反应。

观察图B,随着X的增大，NO的转化率增大，说明平衡向正反应方向移动，该可逆反应的

正反应是气体分子数减小的反应，且正反应是放热反应，X代表压强或"。与催化剂

n(NO)

的接触面积大小只影响化学反应速率，不会使平衡移动，即不改变转化率。

【答案】⑴氏火3=02)24610-8口mo「「sr(3)①0.1②2③50%(4)压强或，

n(NO)

【知识清单】

1.化学反应速率计算的方法

(1)定义式法：化学反应速率是表示反应进行快慢的物理量，它用单位时间内反应物浓度的

Az,»

减少或生成物浓度的增加来表示，v=—,单位有mol/(Lh),mol/(L-min)smol/(L-s)等。

△t

(2)比例关系法：对于已知反应机A(g)+”B(g)=/C(g)+gD(g),其化学反应速率可用不同的

反应物或生成物来表示，当单位相同时，化学反应速率的数值之比等于化学方程式中各物质

的化学计量数之比，即v(A):v(B)：v(C):v(D)=w-.n-.p-.q.

(3)三段式法：列起始量、转化量、最终量，再根据定义式或比例关系计算。例如：

就A+——:

起始浓度(3二厂：)ab

nx

转化浓度(3二厂‘)x纥

而JS

nx

某时刻浓度.LXb----c-d----

—px

则：v(A)=~~—mol-LLs1,v(B)=叫"'molL'-s1,v(C)=—1molL'-s1,

t\—to

v(D)=w(^i-^o)molLLs1o

2.化学平衡常数

(1)在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度化学计量数次嘉的乘积

与其反应物浓度化学计量数次幕的乘积的比值是一个常数，即平衡常数，用符号K表示。

对一般可逆反应用A(g)+〃B(g)=ipC(g)+qD(g),当在一定温度下达平衡状态时，可以得

pP(C)d(D)

出：K=c«(A>d(B),K值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，反应物的转化

率越大，K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关，即在一定温度下，平衡常数

保持不变。

(2)化学平衡常数的应用：根据平衡常数可判断可逆反应进行的程度，平衡常数越大，正

反应进行的程度越大，反应物的转化率越高，平衡后生成物的浓度越大，反应物的浓度越小;

利用化学平衡常数可判断化学平衡移动的方向，对于可逆反应aA(g)+6B(g)=^cC(g)+

gP(C)d(D)

W

"D(g),在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：C(A)C"(B)=21„称

反应向正反应方向进行，叫>女

&="反应处于化学平衡状态，

为浓度商：“反应向逆反应方向进行，心〈的.利用化学平衡常数判断可逆反应的

•AffiJflX"E反应为吸热反应

十值M小”E眨应力放热反应

*值增大，正反应为放热反应

热效应:*值减小，正反应为眼热反应

3.化学平衡的计算

“三段式''法是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙解题时，要注意清楚条理地列出

起始量、转化量、平衡量，按题目要求进行计算，同时还要注意单位的统一。举例如下：

岫(g)+鼎g)^=^K(g)+9(g)

人起始)/蚂L

H转化)/salnx

n(平衡)/国谑方一坦y

⑴则A的转化率a(A)=^xlOO%。

(2)D的物质的量分数=xlOO%o

a—mx+b—nx+px+qx

(3)起始与平衡时的压强比：2至

p平a—mx+b—nx+px+qx

(4)平衡时混合气体的平均相对分子质量Mr

a—mx+b—nx+px+qx

【变式练习】

1.温度为VC,向体积不等的恒容密闭容器中分别加入足量活性炭和ImolNCh，发生反应:

2c(s)+2NO2(g);N2(g)+2CCh(g)反应相同时间，测得各容器中NO2的转化率与容器体积的关

系如图所示。下列说法正确的是

或

蜂80

¥60

*40

€20

5

7

容g体积几

4

A.rc时，该反应的化学平衡常数为一

45

B.图中c点所示条件下，v(正)>v(逆)

C.向a点平衡体系中充入一定量的N02,达到平衡时，N02的转化率比原平衡大

D.容器内的压强：Pa：Pb<6：7

2.H2S与CCh在高温下发生反应：H2s(g)+CCh(g)^^COS(g)+H2O(g)o在610K时，将

0.10molCO2与0.40molH2S充入2.5L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。

(1)H2S的平衡转化率ai=%,反应平衡常数K=0

(2)在620K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03,H2s的转化率a2G,该反

应的0(填“或“="),

(3)向反应器中再分别充入下列气体，能使H2s转化率增大的是(填标号)。

【易错通关】

1.02将HC1转化为Cb，可提高效益，减少污染。一定条件下测得反应过程中“(C12)的数据

如下，则2.0〜6.0min内以HCI的物质的量变化表示的反应速率为(Wmolmin

r为单位)。

//min02.04.06.08.0

〃(CL)/103mol01.83.75.47.2

2.在容积为1.00L的容器中，通入一定量的N2O4,发生反应N2O4®ui2NC)2(g)，随温

度升高，混合气体的颜色变深。则在0〜60s时段，反应速率MN2O4)为mol-L'-s^

3.反应〃A+6B=^C在体积为2L的容器中进行反应。在1、II、HI阶段体系中各物质

的量随时间变化的曲线如图所示，A的平均反应速率叫(A)、v„(A),Vm(A)从大到小排列次

序为,第I阶段20min时，C的平均速率也(C)=。

4.光气(COCL)是一种重要的化工原料，用于农药、医药、聚酯类材料的生产，工业上通过

Cl2(g)+CO(g)=^COCL(g)制备。下图为某次模拟实验研究过程中在1L恒容容器内各物

质的浓度随时间变化的曲线。若保持温度不变，在第8min向体系中加入这三种物质各2mol,

则平衡移动(填“向正反应方向”“向逆反应方向''或"不")，若将初始投料浓度变为

c(CL)=0.7mol/L、c(CO)=0.5mol/L、c(COCb)=mol/L,保持反应温度不变，则最

终达到化学平衡时，Ch的体积分数与上述第6min时Cl2的体积分数相同。

5.在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)+H2(g)=^CO(g)+H2O(g),其

化学平衡常数K和温度，的关系如表，830"C时，向容器中充入1molCO、5molH2O,反

应达到平衡后，其化学平衡常数K1.0(选填“大于""小于''或"等于”)，其他条件不变

的情况下，扩大容器的体积，平衡移动(填“向正反应方向”“向逆反应方向"或“不”)。

若1200℃时，在某时刻平衡体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2m刻厂|、2molL

14moi4moiLZ则此时上述反应的平衡移动方向为(填“正反应方向”“逆

反应方向”或“不移动”)。

r℃70080083010001200

K0.60.91.01.72.6

6.工业上制备合成气的工艺主要是水蒸气重整甲烷：CH4(g)+H2O(g)==CO(g)+3H2(g)

在一定条件下，向体积为1L的密闭容器中充入1molCH«g)和1molH2O(g),测得

HzO(g)和H2(g)的浓度随时间变化曲线如图所示，则该反应的化学平衡常数K=,达

到平衡时，CH«g)的转化率为

7.Bodensteins研究了下列反应：2HI(g),'H2(g)+L(g)，在716K时，气体混合物中碘

化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间f的关系如下表，根据实验结果，该反应的平衡常数K

的计算式为。

Z/min020406080120

x(HI)10.910.850.8150.7950.784

x(Hl)00.600.730.7730.7800.784

8.乙苯倡2化脱氢1制苯乙烯反应：CH2cH3®.——CH-CH2(g)+H2(g),维持体系总压强P

恒定，在温度T时，物质的量为〃、体积为产的乙苯蒸气发生催化脱氧反应。已知乙苯的平

衡转化率为a,则在该温度下反应的平衡常数K=_(用a等符号表示)。

9.某温度下，反应2A(g)=^B(g)+C(g)的平衡常数为1,在容积为2L的密闭容器中加

入A(g)。20s时测得各组分的物质的量如下表，则反应前20s的平均速率为,正反应

速率逆反应速率。

物质A(g)B(g)c(g)

物质的量/mol1.20.60.6

10.在1.0L真空密闭容器中充入4.0molA(g)和4.0molB(g),在一定温度下进行反应：A(g)

+B(g)=^C(g)\H,测得不同时刻该容器内物质的物质的量如下表，随着温度的升高，

该反应的化学平衡常数减小，则A"(填“>”、"v”或“=”)0,反应从起始到20min内

C的平均反应速率是。该温度下，上述反应的化学平衡常数为。平衡时体

系内气体的总压强是反应起始时总压强的。

时间/min010203040

z?(A)/mol4.02.51.5

/?(C)/mol01.5n\33

H.用氮化硅(Si3N4)陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件，能大幅度提高发动机的热效率。

工业上用化学气相沉积法制备氮化硅，其反应如下：3SiC14(g)+2N2(g)+6H2(g)

Si3N4(s)+12HCl(g)在一定温度下进行上述反应，若反应容器的容积为2L,3min

后达到平衡，测得固体的质量增加了2.80g,则H2的平均反应速率为mol/(Lmin)；

该反应的平衡常数表达式K=。若平衡时H?和HC1的物质的量之比为典，保持其

n

他条件不变，降低温度后达到新的平衡时，H2和HC1的物质的量之比q填“>””=，，

或y,)。

12,100℃时，若将0.100molN2C>4气体放入1L密闭容器中，发生反应NzO4g)2NO2(g),

C(N2CU)随时间的变化如表所示。在0〜40s时段，化学反应速率v(NO2)为mol.L

"'-s'；此温度下的化学平衡常数K为o若将9.2gNCh和N2O4气体放入1L密

闭容器中，某时刻测得容器内气体的平均相对分子质量为50,贝IJ此时v1r(N2O4)v

逆例2。4)(填“>”"=”或“

时间/s020406080100

CN2O4

0.1000.0700.0500.0400.0400.040

mol-L1

参考答案

【变式练习】

1.(1>)<P2<P3升高温度、降低压强Ka=Kb<K⑵66.7%”

【解析】(1)正反应是气体体积增大的反应，增大压强，CO的含量降低，根据图像可知，在

温度相等时pi对应的CO含量最高，则6、P2、P3的大小关系是2Vp3。升高温度CO的

含量升高，说明正反应是吸热反应，所以欲提高C与CO2反应中CO2的平衡转化率，应采

取的措施为升高温度、降低压强。平衡常数只与温度有关系，升高温度平衡右移，平衡常数

增大，则图中a、b、c三点对应的平衡常数大小关系是Ka=Kb<K。

(2)900℃、1.013MPa时CO的含量是80%,则

C(s)+CO(g)72co(g)

起始量(mol)10

转化量(mol)X2x

平衡量(mol)1-x2x

因此0-=0.8,解得x=2,

1+x3

圉2

则9的转化率为66.7%,反应的平衡常数"工芍,

3K

2.(1)2.52.8x103(2)>>(3)B

【解析】(1)设平衡时H2s转化的物质的量为xmol

H2S(g)+CO2(g)^^COS(g)+H2O(g)

起始/mol0.400.1000

转化/molxxxx

平衡/mol0.40—x0.10—xxx

由题意得:0.02

(0.40-r)+(0.10-x)+x+x

解得：x=0.01

H2S的平衡转化率囚=她也生由00%=2.5%,

0.40mol

0.0L0.01

(COS)-c(H2O)_TTT7.28x103

c(H2S)c(CO2)0.40-0.01,<0.10-0.01''

2.52.5

(2)温度升高，水的平衡物质的量分数增大，平衡右移，则H2s的转化率增大，故。2>外。温

度升高，平衡向吸热反应方向移动，故A”>0。

(3)A项，充入H2S,H2s的转化率反而减小：B项，充入CO?,增大了一种反应物的浓度，

能够提高另一种反应物的转化率，故H2s的转化率增大；C项，充入COS,平衡左移，H2s

的转化率减小；D项，充入N2,对平衡无影响，不改变H2s的转化率。

Lv(HCl)=547.8xlLmoM

1.8><10-3molmin

6.0—2.0min

【解析】设2.0〜6.0min内，HC1转化的物质的量为〃

2HCl(g)+92(g)^^H20(g)+Ch(g)

21

n(5.4-1.8)xl0-3mol

解得”=7.2x103mol,则v(HCl)=—~虫但_=1.8x103molmin1

6.0—2.0min

2.0.0010molL-,s-,

【解析】由题图可知，0〜60s时段，N2O4的物质的量浓度变化为0.060mo1Llv(N2O4)

0.060mol-L1.

=--------------------=0A.0n0A110AmolLTKs%

60s

3.V|(A)>V||(A)>Vm(A)0.05molL'min-'

L1

【解析】由图给数据计算可得：vl(A)=—4r^—=0.025molL'minv„(A)=

2L><20.0min

1.0mol—0.62molf,人、0.62mol—0.50mol_AAA,....

---------------------------=0.0127mol-L^min,,vH|(A)=-----------------------------=0.006mol-L'min

2Lx15min2Lx10min

故V|(A)>V||(A)>VHI(A)O有物的量之比等于化学计量数之比可得v)(C)=2vi(A)=0.05molL

Lmin!o

4.向正反应方向0.5

【解析】由图可知8min时反应处于平衡状态,c(Cb)=0.3mol/L.c(CO)=0.lmol/L>c(COCh)

c(COCb)

=0.9mol/L,则原平衡常数K=C(Cb>c(C°)=_"_=3o,向容器中各加入?mo|三种物

03x0.1

0.9+2

质时，4=(63-2)X(O1-2)=O6〈K,则平衡正向移动。最终达到化学平衡时，CL的

体积分数与上述第6min时CL的体积分数相同，即与开始平衡为等效平衡，完全转化到左

边满足Ch浓度为1.2mol/L.CO浓度为1.0mol/L,则0.7mol/L+c(COCl2)=1.2mol/L,c(CO)

=0.5mol/L+c(COC12)=1.0mol/L,故c(COCb)=0.5mol/L»

5.等于不逆反应方向

【解析】只要温度不变，K数值就不变，故830°C条件下，K的数值是1.0,扩大容器体积

C(CO)C(H2。)

的瞬间，反应物和生成物的浓度都减小相同的倍数，据0,=C(C。2>C(H2)=人可知，浓

(?)

度同时改变相同倍数时，则平衡不移动。设容器体积为匕此时浓度商Q、==4>K=

2.6,故反应向逆反应方向进行。

6.0.187525%

【解析】由图可知，10min时反应到达平衡，平衡时水蒸气、氢气的浓度均为0.75mol・Lj

则：

CH4(g)+H2O(g)0co(g)+3Hz(g)

开始(moll"):1100。

转化(molL-l):0.250.250.250.75,

平衡(mol1一1):0.750.750.250.75。

C(CO)X/(H2)

平衡常数K=C(CH4)XC(H2O)="25x0.753=°]875,平衡时甲烷转化率=

0.75x0.75

().25mol・Li

-xl00%=25%。

1molL1

0.108x0.108

'0.7842

【解析】由表中数据可知，无论是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，最终x(HI)

均为0784,说明此时已达到了平衡状态。设HI的初始浓度为ImolLj则:

2HI(g)^=^H2(g)+I2(g)

初始浓度/mol【r100

转化浓度/mol【r0.2160.1080.108

平衡浓度/molL10.784().1080.108

C(H；)C(I2)

K=c2(HI)0.108x0.108

0.7842

【解析】从浓度角度求治：根据阿伏加德罗定律的推论，总压强〃相同时，区="，乙苯的

V1〃2

转化率为a,由此可得：一^-=—;—,/皿=(l+a/,根据方程式及平衡常数的定义:

/反应后I+a

♦a+cp2

“(1-a)ncr的2

诲=PQ-a)=-a)(l+a)=(1—4)匕

从压强角度求右：容器中氢气的物质的量为a”，苯乙烯的物质的量为a〃，乙苯的物质

an

的量为(1—a)〃，气体的总物质的量为(l+a)〃，所以氢气的分压为(1+a)/,苯乙烯的分压

anan

(1+a)/(]+a)],

M(1-a)〃(1—-_

为(1-a)/,乙苯的分压为(1+a)/,因此Kp=(1+a)/=(】一/

9.0.03molL's1大于

【解析】由题意知前20s的平均速率为均A)=L2mol/(2L・20s)=0.03mol・L'-s20sW,

Q=