高中化学专题2化学反应速率与化学平衡微型专题重点突破四选修4

化学反应速率与化学平衡微型专题重点突破（四）

［核心素养发展目标］1.进一步理解化学平衡是一种动态平衡，能多角度灵活运用平衡及其

移动的思想分析解决实际问题。2.会用“控制变量法”分析多种因素对化学反应速率的影响,

会用“三段式法”进行相关计算，会分析识别相关图像，分别建立应用的思维模型。

|微型专题------------------克难解疑精准高效

一、控制变量思想在比较化学反应速率大小中的应用

【例1】某实验小组以上0?分解为例，研究浓度、催化剂对反应速率的影响。在常温下按照如

下方案完成实验。实验②的反应物应为（）

实验编号反应物催化齐U

①10mL2W)z溶液无

②无

③10mL5%Hz()2溶液MnO?固体

A.5mL2%压。2溶液B.10mL2%H2（）2溶液

C.10疝5附2。2溶液D.5mL10%H2（）2溶液

答案C

解析本实验的目的是运用控制变量法，探究浓度、催化剂对反应速率的影响。表中已有数

据中，①和③两组实验有两个反应条件不同，二者无法达到实验目的；实验②和③中，探究

催化剂对反应速率的影响，所以实验②中双氧水浓度和体积必须与③相同，即10mL5%H20?溶

液；实验①和②中都没有使用催化剂，可以探究双氧水浓度对反应速率的影响，因此实验②

的反应物应为10mL5%压Oz溶液；C正确。

r—思维模型----------------------------------,

控制变量法分析化学反应速率的影响因素

（1）先分析确定变量，即要理清影响其实验探究结果（化学反应速率）的因素有哪些。

（2）采取“定多变一”法，即控制其他因素不变，只改变一种因素，看这种因素与探究的问题

存在怎样的关系，这样确定一种以后，再确定另一种。

（3）通过分析每种因素与所探究问题之间的关系，得出所有因素与探究问题之间的关系。

变式1某探究小组用HN0,与大理石反应过程中质量减小的方法，研究影响反应速率的因素,

所用HNOs浓度分别为l.OOmol•2.OOmol«L-1,大理石有细颗粒与粗颗粒两种规格，实

验温度为298K、308Ko

请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填出对应的实验编号:

实验编号7/K大理石规格HNO3浓度/mol•J实验目的

(I)实验①和②探究HNOs浓

©298粗颗粒2.00

度对该反应速率的影响

②(H)实验①和——探究

温度对该反应速率的影响

③粗颗粒

(III)实验①和________探究

大理石规格(粗、细)对该反

④

应速率的影响

答案②298粗颗粒1.00③3082.00

@298细颗粒2.00(II)③(III)@

解析考查影响反应速率的因素的实验设计。实验①和②探究HNOs浓度对反应速率的影响，

故大理石规格和反应温度应相同，而HNOs浓度不同；同理，①和③应选择不同的温度、①和

④应选择不同的大理石规格，而另外2个条件相同。

【考点】影响化学反应速率的因素

【题点】控制变量方法的应用

二、化学平衡移动的影响因素

【例2】利用反应：2N0(g)+2C0(g)2C02(g)+N2(g)AQ—746.8kJ•moL,可净化汽

车尾气，如果要同时提高该反应的速率和NO的转化率，采取的措施是()

A.降低温度

B.增大压强同时加催化剂

C.升高温度同时充入N?

D.及时将CO?和N?从反应体系中移走

答案B

解析该反应具备气体分子数减少、向外释放热量的特征，降温，平衡正向移动，N0的转化

率提高，但反应速率降低，A项错误；增大压强，平衡正向移动，N0的转化率提高，加入催

化剂可大幅度加快反应速率，B项正确；升温和充入冲，平衡都逆向移动，N0的转化率降低,

C项错误；移走C0?和N”平衡正向移动，但反应速率降低，D项错误。

【考点】化学平衡影响因素的综合

【题点】改变条件使化学平衡定向移动

L特别提示---------------------------------,

(1)外界条件的改变可能会使正、逆反应速率都发生变化或只有一方发生变化，而平衡移动的

方向由/正和■逆的相对大小决定，条件改变时平衡有可能不发生移动。

(2)对于一般的化学平衡体系，平衡移动后对结果的影响可以借助勒夏特列原理来判断；对于

特殊的化学平衡体系，还可以借助化学平衡常数来判断。

变式2(2018•西安调研)将BaOz放入密闭的真空容器中，反应：2BaO?(s)2BaO(s)+02(g)

达到平衡。保持温度不变，缩小容器容积，体系重新达到平衡，下列说法正确的是()

A.平衡常数减小B.BaO量不变

C.氧气压强增大D.BaOz量增加

答案D

解析缩小容器的容积，相当于增大压强，平衡逆向移动。因为温度不变，所以平衡常数不

变，A项错误；平衡逆向移动，BaO的量减少，BaO?的量增加，B项错误、D项正确；平衡常

数不变，氧气浓度不变，压强不变，C项错误。

【相关链接】

化学平衡移动的判断方法

(1)根据勒夏特列原理判断

如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度等)平衡就向能够减弱这种改变的方向移

动。

(2)根据图示中/正、/逆的相对大小判断

①若厂正＞/逆，平衡向正反应方向移动(注意■正增大，平衡不一定向正反应方向移动)；

②若■正逆，则平衡向逆反应方向移动；

③若丫正=丫逆，则平衡不移动。

(3)根据平衡常数与浓度商的相对大小判断

①若心。,则平衡向正反应方向移动；

②若K〈Q,则平衡向逆反应方向移动；

③若4=0,则平衡不移动。

三、平衡移动与转化率的变化

【例3】反应：X(g)+Y(g)2Z(g)NHV0,达到平衡时，下列说法不正确的是()

A.减小容器体积，平衡不移动，X的转化率不变

B.增大c(X),X的转化率减小

C.升高温度，X的转化率减小

D.加入催化剂，正反应速率增大，Z的产率增大

答案D

解析该反应为反应前后气体物质的量不变的反应，平衡不受压强影响，减小容器体积，平

衡不移动，X的转化率不变，A项正确；增大c(X),平衡正向移动，丫的转化率增大，X的转

化率减小，B项正确；催化剂不能使平衡移动，不改变产物的产率，D项错误。

【考点】化学平衡影响因素的综合

【题点】平衡移动与转化率的关系

L归纳总结--------------------------------,

平衡转化率的变化规律

⑴反应物不止一种时，如欣(g)+〃B(g)M(g)+d(g)只增大一种反应物的浓度，该物

质本身转化率减小，其他反应物转化率增大。如增大c(A),则平衡正向移动，a(A)减小，

a(B)增大。

(2)反应物只有一种时，如aA(g)崩(g)+cC(g),增大c(A)则反应正向进行，其影响结果

相当于增大压强，若a=6+c,。(A)不变；若a>6+c,a(A)增大；若a<6+c,a(A)减

小。

变式3一定温度下，在一定容积的密闭容器中充入N?和出，发生反应Nz(g)+

3H2(g)2NH3(g),达到平衡时N2的转化率为此，向平衡混合物中再次充入N2,重新达到平

衡后N?的转化率将()

A.增大B.减小

C.不变D.无法确定

答案B

解析向平衡混合物中再次充入N?,氮气浓度增大，平衡正向移动，根据平衡移动原理可知,

化学平衡只是向着能够减弱氮气浓度增大的方向移动，故在平衡混合物中氮气的体积分数增

大、N?的转化率减小，故选B。

四、等效平衡

【例41(2018•温州市“十五校联合体”期末)堤基硫(COS)常用作粮食熏蒸剂，制取反应为

CO(g)+H2S(g)COS(g)+H2(g)△〃=-30kJ・molT。在恒容的密闭容器中不同条件下发

生反应并达到平衡，数据如下表。

温度〃(起始)/mol平衡时所需时间

实验

/℃COH2SCOSH2n(CO)/molmin

115010.010.0007.0e

21507.07.03.03.0af

320020.020.00016.0g

下列说法错误的是()

A.实验1反应开始到平衡整个过程中放出的热量为90kJ

B.实验2达平衡时，a>7.0

C.实验3时间：g<e

D.实验3co达到平衡时的转化率比实验1小

答案B

解析由表格中数据可知，参加反应的C0为lOmol—7mol=3mol,根据方程式，放出的热量

为90kJ,故A正确；根据方程式，将3.0molC0S(g)和3.0molHz(g)转化为CO(g)和HzS(g)与

实验1起始状态相同，属于等效平衡，因此实验2达平衡时，a=7.0,故B错误；实验1、3

相比，起始物质的量为2倍关系，压强增大，温度升高，反应速率增大，建立平衡需要的时

间缩短，即乐e,故C正确；实验1、3相比，起始物质的量为2倍关系，但增大压强平衡不

移动；实验3温度高，升高温度平衡逆向移动，则实验3co平衡转化率比实验1小，故D正

确。

归纳总结---------------------------------,

解答等效平衡问题时，先看条件(恒温恒容或恒温恒压)，再看方程式反应前后气体分子数(相

同或不同)，按“一边倒”转换比较。

(1)恒温恒容条件下，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，要求极值等比。

(2)恒温恒容条件下，对于反应前后气体分子数不同的可逆反应，要求极值等量。

(3)恒温恒压条件下，不管反应前后气体分子数是否改变，都只要求极值等比。

变式4有一可逆反应：2A(g)+3B(g)式(g)+4D(g),若按下列两种配比在同温同体积

的密闭容器中进行反应：

①0.8molA+1.2molB+1.2molC+2.4molD

②1.4molA+2.ImolB+O.6molC+l.2molD

达到平衡后，C的质量分数相等，则方程式中x的值为()

A.IB.2C.3D.4

【考点】等效平衡

【题点】恒温恒容下极值等量的等效平衡

答案B

解析根据题意，①和②为等效平衡，按照化学计量数将各物质转化成反应物或生成物，各

物质的物质的量一定相等；①和②相当于是同一反应处于不同的阶段，一定满足：化学反应

中物质的量变化△〃之比就等于化学计量数之比，①②之间各物质的物质的量变化为A77(A)

=(1.4—0.8)mol=0.6mol>△A(B)=(2.1—1.2)mol=0.9mo1、A〃(C)=(1.2—0.6)mol=

0.6mol、A/?(D)=(2.4—1.2)mol=1.2mol,A〃(A)：A〃(B)：A〃(C)：Az?(D)=

0.6mol：0.9mol:0.6mol：1.2mol=2：3：2：4,所以x=2。

【相关链接】

运用“化归思想”理解等效平衡原理

(1)等效平衡的概念

在相同条件下(恒温、恒容或恒温、恒压)，同一可逆反应体系，不管是从正反应方向开始，

还是从逆反应方向开始，只要按化学方程式中各物质的化学计量数之比投入反应物或生成物,

在达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量(体积分数、物质的量分数等)均相同，这

样的化学平衡互称为等效平衡。

(2)等效平衡与等同平衡的异同

条件等效条件结果

恒温恒容：反应前后气体体积投料换算成相同物质表两次平衡时各组分百分含量、

不相等的可逆反应，aA(g)+示的物质的量相同一-刀、C均相同“兀全相同

6B(g)cC(g)[A〃(g)#0]回归定值等同平衡

恒温恒容：反应前后气体体积投料换算成相同物质表两次平衡时各组分百分含量

相等的可逆反应，aX(g)+示的物质的量等比相同，仄C同比例变化一等

6B(g)cC(g)[A/?(g)=0]例一回归定比效平衡

投料换算成相同物质表两次平衡时各组分百分含量

恒温恒压：所有有气体参加的

示的物质的量等比相同、C相同，〃同比例变

可逆反应

例一回归定比化一等效平衡

(3)等效平衡判断例析

i.在恒温恒容条件下，按下列四种情况分别建立平衡，其中为等效平衡的是①②③。

N2(g)+3H2(g)2NH3

(Dlmol3mol0mol

②OmolOmol2moi

(3)0.5moll.5mollmol

④Imo13mol2moi

解析恒温恒容条件下，对于反应前后气体分子数不同的可逆反应，转换后(按化学计量数换

算成方程式同一边的物质)，反应物或生成物的物质的量与原平衡相同，则两平衡等效，且平

衡后同种物质的物质的量相同。因为这种情况下压强对于反应前后气体分子数不同的可逆反

应有影响，而成比例的增加反应物，相当于加压，所以平衡会移动，必须极值等量平衡才等

效。

ii.若在恒温恒压条件下，按题i中四种情况分别建立平衡，其中为等效平衡的是①②③④。

解析恒温恒压条件下，若转换后(按化学计量数换算成方程式同一边的物质)，反应物或生

成物的物质的量的比例与原平衡相同，则两平衡等效，且平衡后两种物质的物质的量成倍数

关系。因为这种情况下压强不变，不管反应前后气体分子数是否改变，对可逆反应的平衡都

没有影响，而成比例的增加反应物后体积膨胀，压强不变，所以平衡不移动，只要极值等比

则平衡等效。

iii.在恒温恒容条件下，按下列四种情况分别建立平衡，其中为等效平衡的是①②③。

CO(g)+HzO(g)C02(g)+H2(g)

①2moi2moiOmo1Omo1

②OmolOmol41noi4mol

③4nIO14mo12mol2mol

(4)lmol2mollmol2mol

解析恒温恒容条件下，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，转换后(按化学计量数换

算成方程式同一边的物质)，反应物或生成物的物质的量的比例与原平衡相同，则两平衡等效,

且平衡后同种物质的物质的量成倍数关系。因为这种情况下压强对于反应前后气体分子数不

变的可逆反应没有影响，而成比例的增加反应物，相当于加压，所以平衡不移动，只要极值

等比则平衡等效。

五、化学平衡常数和化学平衡的相关计算

【例51800K时，将0.ImolA(g)和0.2molB(g)充入体积为1L的固定容积反应器中，发生如下

反应：A(g)+2B(g)2C(g)+D(g),达到平衡时A的物质的量分数为20%。

(1)求达平衡时B的转化率a(B)=。

(2)求该温度下的平衡常数K=o

(3)若起始A的分压为lOkPa,求&=o

(4)若在体积固定的某容器中充入0.2molA、0.ImolB,0.ImolC,0.5molD,则此时是否为平

衡状态，请计算说明。

Q5Q]/

答案(1)40%(2)0.296(3)0.296(4)否，因为Q>K,所以反应未

U.ZAU.1

达到平衡状态

解析设达到平衡时A(g)的变化量为amoL

则三段式A(g)+2B(g)2C(g)+D(g)

起始量(mol)0.10.200

变化量(mol)a2a2aa

平衡量(mol)0.1—a0.2—2H2aa

因为达到平衡时A的物质的量分数为20%,

[)1一O

所以有飞f=0.2,求得：a=0.04o

(1)达平衡时B的转化率a(B)=Q2X100%=40%o

(2)该温度下的平衡常数K=~~。0尸0.296。

(0.1—a)(0.2—2a)

(3)起始A的分压为10kPa,则B的分压为20kPa,求原因反应是一个前后体积不变的可逆

反应，平衡总压为30kPa,所以平衡时各物质的分压为：A6kPa、B12kPa>C8kPa、D4kPa,依

据各物质的分压则有4=，答-0.296o

6X12

(4)若在体积固定的某容器中充入0.2molA>0.ImolB,0.ImolC,0.5molD,则此时，温度不

变则平衡常数不变，产2.5〉K,所以反应未达到平衡。

U.ZAU.1

r-特别提示----------------------------------,

解答这类题目的关键

(1)要掌握化学平衡常数的表示方法。不能把反应体系中的固体、纯液体及稀溶液中的水写入

平衡常数的表达式中，而在非水溶液的反应体系中有水存在则需把水写入平衡常数的表达式

中。

(2)采用“三段式”列出起始、转化、平衡时各物质的浓度(或物质的量)，再依据题目要求作

答。

血(g)+(g)JDC(g)+gD(g)

〃(起始)/molaAOO

n(转化)/no'mxnxpxqx

〃(平衡)/mo1a—mxb-nxpxqx

起始、转化、平衡是化学平衡计算的''三步曲"。

变式5(2018•温州市十五校联合体期中联考)一定温度下，把2.5molA和2.5molB混合盛

入容积为2L的密闭容器里，发生如下反应：3A(g)+B(g)式(g)+2D(g),经5s反应达平

衡，在此5s内C的平均反应速率为0.2mol,L-1,s-1,同时生成ImolD,下列叙述中不正确

的是()

A.x=4

B.达到平衡状态时A的物质的量浓度为c(A)=l.Omol•L-1

C.5s内B的平均反应速率v(B)=0.05mol•L~l•s-t

D.达到平衡状态时容器内气体的压强与起始时压强比为6：5

答案B

解析平衡时，生成C的物质的量为0.2mol•L"・s_1X5sX2L=2molo

3A(g)+B(g)AC(g)+2D(g)

开始(mol)2.52.500

变化(mol)1.50.50.5x1

平衡(mol)1221

故0.5x=2,x=4,A正确；平衡时A的浓度为c(A)=0.5mol♦B错误；反应速率之比

等于化学计量数之比，则上=4,1^=0.05mol-L-1-s-1,C正确；达到平衡状态时容器内气

VB

体的压强与起始时压强比=(1+2+2+1)：(2.5+2.5)=6：5,故D正确。

【相关链接】

化学平衡相关计算的关系式

(1)F(A)：r(B)：r(C)：F(D)=a：n：p：。(未达到平衡时，用于确定化学方程式中未知的化

学计量数)。

j-(C)•/(D)_(px/力•(qx/歹

c(A)•c"(B)\_{a—mx)/"•\_{b—nx)/竹”

任意状态的生成物浓度累之积与反应物浓度哥之积的比值称为浓度商，用0表示。则其与《

比较，当Q>K,r正逆；Q\K,逆。

(3)平衡转化率：a(A)=陪逆*ioo%=-X100%o

4(A)起始a

(4)平衡百分含量：0(A)=^X1OO也

〃总

(5)平衡时与起始时的压强比:

打力平a+6+(夕+q—加一rl)x

(同八，时)。

•〃始a-\~b

(6)混合气体的平均摩尔质量:

—ma•踹A)+6•QB)

Mna+b+(p+q—m—ri)^m°^

六、化学反应速率和化学平衡的相关图像

1

【例61(2018•宁波市余姚中学期中)汽车尾气净化中的一个反应如下：N0(g)+C0(g)2

1

N2(g)+CO2(g)A^=-373.4kJ•mol-,在恒容的密闭容器中，反应达到平衡后，改变某一

条件，下列示意图正确的是()

工爵

禄兴

蛙髀

趣O

生N

质的量

z的物

ON

的量

的物质

NO

O

B

A

A

答案

，平

的量

物质

气的

大氮

；增

正确

变，A

数不

衡常

变平

度不

，温

度影响

只受温

衡常数

解析平

分数

的体积

，CO

移动

逆向

，平衡

温度

；升高

错误

，B

率降低

转化

NO的

动，

向移

应方

逆反

衡向

,

减小

化率

的转

，CO

移动

逆向

平衡

度，

高温

下，升

条件

压强

；相同

错误

符，C

像不

，与图

增大

误。

D错

符，

像不

与图

----,