第二章化学反应速率与化学平衡（单元复习）（二）（原卷版）

第二章化学反应速率与化学平衡第二章化学反应速率与化学平衡单元复习（二）板块导航01/学习目标明确内容要求，落实学习任务02/思维导图构建知识体系，加强学习记忆03/知识导学梳理教材内容，掌握基础知识04/效果检测课堂自我检测，发现知识盲点05/问题探究探究重点难点，突破学习任务06/分层训练课后训练巩固，提升能力素养1.了解化学反应速率的概念及反应速率的表示方法。理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率的影响。2.了解化学反应的可逆性。理解化学平衡的含义及其与反应速率之间的联系。3.理解勒夏特列原理的含义。理解浓度、温度、压强等条件对化学平衡移动的影响。4.了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究中的重要作用。5.了解常见的几种平衡图像，能根据图像进行分析。重点:化学反应速率和化学平衡的调控。难点:化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究中的重要作用。一、工业上选择适宜生产条件的原则1．控制反应条件的目的(1)促进有利的化学反应：通过控制反应条件，可以化学反应速率，反应物的转化率，从而促进有利的化学反应进行。(2)抑制有害的化学反应：通过控制反应条件，也可以化学反应速率，有害物质的产生或控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。2.控制反应条件考虑因素：在实际生产中常常需要结合、、等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找适宜的生产条件。此外，还要根据及等方面的规定和要求做出分析，权衡利弊，才能实施生产。3．控制反应条件的基本措施(1)控制化学反应速率的措施通过改变反应体系的、溶液的、气体的(或)、固体的以及使用等途径调控反应速率。(2)提高转化率的措施通过改变可逆反应体系的、溶液的、气体的(或)等改变可逆反应的限度，从而转化率。4.工业上选择适宜生产条件的原则外界条件有利于加快速率的条件控制有利于平衡正向移动的条件控制综合分析结果浓度应物的浓度反应物的浓度、减小生成物的浓度不断地反应物、及时地出生成物催化剂加合适的不需要加合适的温度ΔH＜0兼顾速率和平衡，考虑催化剂的ΔH＞0在设备条件允许的前提下，尽量采取并考虑催化剂的压强(有气体参加)Δνg＜0在设备条件允许的前提下，尽量采取Δνg＞0兼顾速率和平衡，选取5、工业合成氨的适宜条件1）工业合成氨的适宜条件外部条件工业合成氨的适宜条件压强温度催化剂浓度2）问题讨论(1)压强：目前我国合成氨厂一般采用的压强在10～30MPa，不采用更高压强的理由是：压强越大，对设备的要求越高、需要的动力越大。(2)温度：升高温度能提高化学反应速率，但工业合成氨温度不能太高的理由是：①合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率降低。②400～500_℃催化剂活性最大，升高温度，催化剂活性减弱。注意：工业生产中，必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。6、合成氨的生产流程（1）生产流程（2）流程分析①原料气干燥、净化：除去原料气中的水蒸气及其他气体杂质，防止与催化剂接触时，导致催化剂“中毒”而降低或丧失催化活性②压缩机加压：增大压强③热交换：合成氨反应为放热反应，反应体系温度逐渐升高，为原料气反应提供热量，故热交换可充分利用能源，提高经济效益。④冷却：生成物NH3的液化需较低温度采取迅速冷却的方法，可使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出来，以促使平衡向生成NH3的方向移动。⑤循环使用原料气：因合成氨反应为可逆反应，平衡混合物中含有原料气，将NH3分离后的原料气循环利用，并及时补充N2和H2,使反应物保持一定的浓度，以利于合成氨反应，提高经济效益。二、有关化学平衡的计算——三段式计算模式1．分析三个量：起始量、变化量、平衡量。2．明确三个关系(1)对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。(2)对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。(3)各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。3．计算方法：三段式法1）分析三个量：起始量、变化量、平衡量。2）明确三个关系(1)对于同一反应物，起始量变化量＝平衡量。(2)对于同一生成物，起始量变化量＝平衡量。(3)各转化量之比等于各的化学计量数之比。3）计算方法：三段式法化学平衡计算模式：对以下反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为amol/L、bmol/L，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mxmol/L。mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始量(mol/L)ab00变化量(mol/L)mxnxpxqx平衡量(mol/L)a－mxb－nxpxqx则有①平衡常数：K＝。②A的平衡浓度：c(A)＝mol·L－1。③A的转化率：α(A)＝×100%，α(A)∶α(B)＝eq\f(mx,a)∶eq\f(nx,b)＝eq\f(mb,na)。④A的体积分数：φ(A)＝100%。⑤平衡压强与起始压强之比：eq\f(p平,p始)＝。⑥混合气体的平均密度eq\x\to(ρ)(混)＝g·L－1。⑦混合气体的平均摩尔质量eq\x\to(M)＝g·mol－1。⑧生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。产率＝eq\f(实际产量,理论产量)×100%。名师助学：有关化学平衡计算的注意事项(1)注意反应物和生成物的浓度关系反应物：c(平)＝c(始)－c(变)；生成物：c(平)＝c(始)＋c(变)。(2)利用ρ混＝eq\f(m总,V)和Mr＝eq\f(m总,n总)计算时要注意m总应为气体的总质量，V应为反应容器的体积，n总应为气体的总物质的量。(3)起始浓度、平衡浓度不一定符合化学计量数之比，但物质之间是按化学计量数之比反应和生成的，故各物质的浓度变化之比一定等于化学计量数之比，这是计算的关键。(4)凡是气体的压强变化、密度变化均必须转化为物质的量的变化或气体的体积变化才能进行相关计算。4．化学平衡常数的计算(1)根据化学平衡常数表达式计算(2)依据化学方程式计算平衡常数①同一可逆反应中，K正·K逆＝。②同一方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小n倍，则新平衡常数K′与原平衡常数K间的关系是K′＝或K′＝。③几个可逆反应方程式相加，得总方程式，则总反应的平衡常数等于。④水溶液中进行的反应，必须拆成再计算平衡常数。5．转化率的计算转化率(α)＝eq\f(反应物转化的物质的量（或质量、浓度）,反应物起始的物质的量（或质量、浓度）)×100%6．常用的气体定律——气体状态方程：条件公式文字叙述同温同压＝＝同温同容＝＝同温同压同质量＝＝＝7.压强平衡常数的计算技巧（1）步骤第一步，根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度；第二步，计算各气体组分的物质的量分数或体积分数；第三步，根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)；第四步，根据平衡常数计算公式代入计算。例如，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp＝eq\f(p2NH3,pN2·p3H2)。（2）计算Kp的答题模板计算Kp的两套模板[以N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)为例]模板1：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(平衡时总压为p0)n(始)1mol3mol0Δn0.5mol1.5mol1moln(平)0.5mol1.5mol1molp(X)eq\f(0.5,3)p0eq\f(1.5,3)p0eq\f(1,3)p0Kp＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)p0))\s\up12(2),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(0.5,3)p0))\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1.5,3)p0))\s\up12(3))模板2：刚性反应器中N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)p(始)p03p00Δpp′3p′2p′p(平)p0－p′3p0－3p′2p′Kp＝eq\f(（2p′）2,（p0－p′）（3p0－3p′）3)三、化学反应的历程1．基元反应（1）含义：大多数化学反应都是分几步完成的，其中的每一步反应叫基元反应。（2）特点：大多数化学反应都是由几个基元反应组成的。2．反应历程（反应机理）（1）含义：与某化学反应有关的一组基元反应反映了该反应的反应历程。反应历程又称反应机理。（2）特点①反应不同，反应历程不同。②同一反应在不同条件下的反应历程也可能不同。3.基元反应过渡态理论（1）基元反应过渡态理论认为，基元反应在从反应物到产物的变化过程中要经历一个中间状态，这个状态称为过渡态。AB＋C―→[A…B…C]―→A＋BC反应物过渡态反应产物（2）过渡态是反应过程中具有最高能量的一种结构状态，过渡态能量与反应物的平均能量的差值相当于活化能[活化能(能垒)越高，此步基元反应速率越慢]。例如，一溴甲烷与NaOH溶液反应的过程可以表示为CH3Br＋OH－―→[Br…CH3…OH]―→Br－＋CH3OH4.活化能与反应机理使用催化剂，可以改变活化能，改变反应机理，在反应机理中每一步反应的活化能不同，且均比总反应的活化能低，故一般使用催化剂可以降低反应活化能，加快反应速率，如图所示：E1为总反应的活化能，E2、E3为使用催化剂反应机理中各步的活化能。5．决定因素：反应历程由反应物的结构和反应条件决定。6．作用：反应历程的差别造成了化学反应速率的不同。7．反应历程中的速率（1）决速反应：活化能最大的反应或速率最慢的反应（2）决速浓度：最慢反应中反应物的浓度决定总反应的反应速率8．反应历程中的两种特殊物质（1）催化剂：第一步反应的反应物，第二步反应的生成物（开始和后来有，中间没有的物质）（2）中间产物（过渡态物质）：第一步反应的生成物，第二步反应的反应物（开始和后来没有，中间有的物质）四、催化反应机理1．催化剂对反应的影响（1）催化剂参与反应，降低反应的活化能，加快反应速率（2）催化剂不能改变反应热，可以降低反应所需的温度，减小反应的能耗（3）总反应的活化能大于催化反应过程中各分反应的活化能（4）催化剂具有选择性：相同反应物用不同催化剂生成物不同A+BCA+BD2．催化工艺的三种形式（1）直接型：A+BC+D（2）微观型：A2+B22AB，如：（3）循环型：A+FB+E或A+FB+E①反应物：A和F②生成物：B和E③催化剂：C或D，中间产物D或C④催化历程：A+CB+D，D+FC+E，如：3.分析机理图，确定物质的方法进入机理缩环图的箭头为反应物，离开机理缩环图的箭头为生成物；生成最终产物的步骤同样生成催化剂，其余为中间产物。4.催化反应机理分析思维模式(1)分析反应目的：分清反应物与目标产物。(2)寻找各步反应的反应物和生成物。(3)综合分析所有反应历程，确定总反应的反应物(只反应不生成)、生成物(只生成不反应)及中间产物(既生成又消耗)、循环物质或催化剂(既反应又生成)等。1．已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH<0的实验数据如下表:温度不同压强下SO2的转化率(%)1×105Pa5×105Pa1×106Pa5×106Pa1×107Pa450℃97.598.999.299.699.7550℃85.692.994.997.798.3（1）工业生产中通常选择的温度是450℃，理由是。（2）工业生产中通常选择的压强是，理由是。（3）在合成SO3的过程中，不需要分离出SO3的原因是。（4）生产中通入过量空气的目的是。2.直接氧化法脱硫。反应历程与体系能量变化如下图所示(TS表示过渡态)。（1）上述反应历程共涉及个基元反应（2）其中化学反应速率最慢的步骤的活化能为_______kJ·mol1。A．140.6 B．182.1 C．239.6 D．246.0（3）状态③包括a、b两种物质，比较两者沸点相对大小并说明理由：。3．在体积为1L的密闭容器中充入1molCO2和3molH2，一定条件下发生反应：，测得CO2和CH3OH的浓度随时间的变化如图所示。（1）从0min到10min，。（2）平衡时CO2的转化率为。（3）下列能说明上述反应达到平衡状态的是______（填字母）。A．反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1∶1B．混合气体的密度不随时间的变化而变化C．单位时间内消耗3molH2，同时生成1molH2OD．CO2的体积分数在混合气体中保持不变（4）平衡时混合气体中CH3OH(g)的体积分数是。（5）该反应的平衡常数。►问题一工业上适宜生产条件的选择【典例1】下列关于化学反应的调控措施说法不正确的是A．硫酸工业中，为使黄铁矿充分燃烧，可将矿石粉碎B．硝酸工业中，氨的氧化使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率C．合成氨工业中，为提高氮气和氢气的利用率，采用循环操作D．对于合成氨的反应，如果调控好反应条件，可使一种反应物的转化率达到100%【解题必备】1.在实际生产中常常需要结合设备条件、安全操作、经济成本等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找适宜的生产条件。此外，还要根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析，权衡利弊，才能实施生产。2.化学反应适宜条件选择的思维流程【变式11】某工业生产中发生反应：2A(g)+B(g)2M(g)△H<0。下列有关该工业生产的说法正确的是()A.工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成B.若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B以提高A和B的转化率C.工业上一般采用较高温度合成M,因温度越高，反应物的转化率越高D.工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高M的日产量【变式12】利用计算机技术测得在甲、乙两种催化剂作用下由正丁烷(g)制备1丁烯(g)的反应历程如下，其中甲、乙催化剂表面的物种均用*号标注，过渡态均用TS表示，下列说法中错误的是A．选用催化剂甲时的最高能垒(活化能)为1.95eVB．选用催化剂乙时，相对能量从的过程为正丁烷的吸附过程C．为吸热反应D．若只从平均反应速率快慢角度考虑，生产中适宜选用催化剂乙►问题二化学反应机理的分析判断【典例2】科学家致力于将大气中过多的转化为有益于人类的物质，一种从空气中捕获转化为甲醇的反应历程如图所示。下列说法错误的是A．该过程的总反应为B．第1步反应的原子利用率为C．第4步反应中有极性键和非极性键的断裂和形成D．金属钌通过降低该反应的活化能提高反应速率【解题必备】1.催化机理类历程图解题方法（1）明确反应物：解答这类题图时，最重要的是看清图示中的箭头，明确哪些物质进入循环体系、哪些物质离开循环体系，进入循环体系的物质为总反应的反应物，离开循环体系的物质为总反应的生成物。（2）明确催化剂和中间产物：从循环图示中找出分解成的若干个反应，通过分步反应区分出哪些是催化剂，哪些是中间产物，催化剂在机理图中多是以完整的循环出现的。（3）写出总反应：依据质量守恒定律，确定循环图示中没标出的物质，利用氧化还原反应的配平方法进行配平，写出总反应，同时标出催化剂和反应条件。2.能垒与决速步骤的关系能垒：简单可以理解为从左往右进行中，向上爬坡最高的为能垒，而包含此能垒的反应我们称之为决速步骤，也称为慢反应。例如下图中，从第一个中间态到过渡态2的能量就是能垒，而HCOO*+H*=CO2+2H*是在Rh做催化剂时该历程的决速步骤。【变式21】合成氨反应[]中氮气和氢气分子在催化剂表面的部分变化过程如图所示。下列说法错误的是A．使用催化剂，合成氨反应放出的热量减少B．反应过程中存在—NH—、等中间产物C．适当升高温度能提高一段时间内的产率D．图①→②的过程吸热，图③→④的过程放热【变式22】科学研究人员结合实验与计算机模拟结果，研究了在催化剂表面上与的反应历程，前三步历程如图所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用“·”标注，表示过渡态。下列有关叙述正确的是A．催化剂通过参与化学反应，降低反应的活化能，提高反应物的平衡转化率B．上述反应历程中的速率由第2步反应决定C．·HOCO转化为·CO和·OH需要放热D．上述反应历程中每一步均存在氢氢键的断裂►问题三化学平衡的综合计算【典例3】T℃时，向容积为2L的刚性容器中充入1molCO2和一定量的H2发生反应：CO2(g)+2H2(g)HCHO(g)+H20(g)，达到平衡时，HCHO的分压(分压=总压×物质的量分数)与起始的关系如图所示。已知：初始加入2molH2时，容器内气体的总压强为1.2pkPa。下列说法正确的是A．a点时反应的平衡常数Kp=kPa1B．d点：v正<v逆C．10min时反应到达c点，则0~10min用CO2表示的平均反应速率为0.05mol/(L·min)D．c点时，再加入CO2(g)和H2O(g)，使二者分压均增大0.1pkPa，平衡正向移动【解题必备】1.有关化学平衡计算的“3”点说明（1）有关化学平衡的常见计算是化学平衡常数、物质的平衡浓度和平衡转化率之间的相关计算。（2）在进行有关化学平衡的“三段式”计算时，要注意各物质的起始量、转化量和平衡量三者单位的统一。（3）凡是气体的压强变化、密度变化均必须转化为物质的量的变化或气体的体积变化才能进行相关计算。2.平衡转化率[注意]①在同一条件下，平衡转化率是该条件下的最大的转化率。②产率＝实际产量理论产量③催化剂可以提高未达到平衡的产率，但是不能提高平衡转化率。【变式31】工业上利用反应制取氢气。向两个容积为的密闭容器中加入和各，分别在不同温度和催化剂下进行反应，保持其他初始实验条件不变，经测得两容器中转化率如图所示。下列说法正确的是A．A点和B点均为反应的平衡状态B．催化剂2比催化剂1的催化效率高C．C点时，反应的平均速率D．温度为时，该反应平衡常数【变式32】水煤气可以在一定条件下发生反应：，现在向10L恒容密闭容器中充入和，所得实验数据如表所示。下列说法错误的是实验编号温度/℃起始时物质的量/mol平衡时物质的量/molⅠ7000.400.100.09Ⅱ8000.100.400.08Ⅲ8000.200.30aⅣ9000.100.15bA．，B．降低温度，有利于提高CO的平衡转化率C．实验Ⅰ中，若某时刻测得，则此时混合气体中的体积分数为10％D．实验Ⅰ和Ⅲ中，反应均达到平衡时，平衡常数之比1．在一恒容密闭容器中，加入X、Y和合适的催化剂，发生反应：，在不同温度下，反应开始时，Z的生成速率的变化如图所示。下列说法正确的是A．可用体系的压强作为化学平衡状态的标志B．时，催化剂的活性最高，化学反应速率最快C．和时的平衡转化率都比时高D．实际工业生产中，容器的温度宜控制在左右2．下列有关合成氨反应的说法正确的是A．该反应能自发进行，则

B．选用高效催化剂，可降低该反应的C．其它条件不变，增大起始的比值，可提高H2的平衡转化率D．反应达平衡后，分离出少量NH3，正反应速率加快3．下列事实能用勒夏特列原理解释的是A．用排饱和食盐水的方法收集氯气B．把食品存放在冰箱里可延长保质期C．合成氨工业中使用铁触媒作催化剂D．500℃时比室温更有利于合成氨的反应4．工业上可利用CO2和NH3合成尿素CO(NH2)2，该可逆反应分两步进行，能量变化如图所示。下列有关说法错误的是A．NH2COONH4是中间产物B．总反应的决速步是反应ⅠC．使用催化剂不能减小总反应的焓变D．若反应Ⅱ生成的水为气态，则E2变大5.一种合成氨的反应历程如图所示(吸附在催化剂表面的物质用*表示)。下列说法错误的是A．生成过程中包含多步还原反应B．过程和过程中能量的变化值相同C．增大浓度，有利于提高的转化率D．有大量氨分子吸附在催化剂表面会降低化学反应速率6．乙烯气相直接水合反应制备乙醇：。乙烯的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图【起始时，，容器体积为2L】。下列分析正确的是A．乙烯气相直接水合反应的B．图中压强的大小关系为C．图中a点对应的平衡常数D．达到平衡状态a、b所需要的时间：7．在一定温度下，将气体X和气体Y各0.16mol充入10L恒容密闭容器中，发生反应X(g)+Y(g)2Z(g)△H＜0，一段时间后达到平衡．反应过程中测定的数据如下表，下列说法正确的是()t/min2479n(Y)/mol0.120.110.100.10A．反应前2min的平均速率v(Z)=2.0×103mol/(L∙min)B．其他条件不变，降低温度，正反应速率减慢，逆反应速率加快C．该温度下此反应的平衡常数K=1.44D．其他条件不变，再充入0.2molZ，平衡时X的体积分数减小8．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t的关系如下表：t℃70080085010001200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：（1）该反应的化学平衡常数表达式为K=。（2）该反应为反应(填“吸热”、“放热”)。（3）能判断该反应是否已达到化学平衡状态的依据是。a．容器中压强不变

b．混合气体中c(CO)不变c．v正(H2)=v逆(H2O)

d．c(CO2)=c(CO)（4）某温度下，平衡浓度符合下式：[CO2][H2]=[CO][H2O]，试判断此时的温度为℃。该温度时，可逆反应：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)，在该容器内各物质的浓度变化如下：时间/minCO2(mol/L)H2(mol/L)CO(mol/L)H2O(mol/L)00.2000.3000020.1380.2380.0620.0623c1c2c3c34c1c2c3c3计算：3～4min时CO的浓度c3，CO2(g)的转化率，(c3精确到小数点后面三位数)。1．下列有关化学工业的说法正确的是A．硫酸工业生产采用常压，是因为在常压下的转化率已经很高了B．硫酸工业中，为提高的转化率，通入的空气越多越好C．合成氨工业，在提高速率和原料的转化率上对温度的要求是一致的D．合成氨工业采用循环操作，主要是为了增大化学反应速率2．金属铁(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途，目前生产铁的方法之一是将金红石()转化为，再进一步还原得到铁。转化为有直接氯化法和碳氯化法。在1000℃时反应的热化学方程式如下：(ⅰ)直接氯化：

(ⅱ)碳氯化：

在，将、C、以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。下列选项中正确的是A．为吸热反应B．反应的C．随温度升高，1400℃时在平衡混合物中的比例下降，主要原因是碳氯化反应为放热反应，随温度升高平衡常数减小，反应程度降低D．综合考虑反应速率和平衡，进行碳氯化反应合适的生产温度为1000~1200℃之间3．在硫酸工业中，通过下列反应：，下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时的转化率。下列说法正确