2015高考化学二轮化学反应速率化学平衡学案
最新考纲展示 1.了解化学反应速率的概念、反应速率的定量表示方法。2.了解催化剂在生产、生活和科学研究领域的重要作用。3.了解化学反应的可逆性。4.了解化学平衡建立的过程；理解化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行简单的计算。5.理解外界条件（浓度、温度、压强、催化剂等）对化学反应速率和化学平衡的影响，认识其一般规律。6.了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
基础回扣
1．某温度时，在2 L容器中X、Y、Z三种物质随时间的变化关系曲线如图所示。
(1)由图中的数据分析，该反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
(2)反应开始至2 min，Z的平均反应速率为__________________________________________。
(3)反应开始至2 min，用X、Y表示平均反应速率分别为________、________。
(4)5 min后 Z的生成速率与5 min末Z的分解速率______(填“变大”、“变小”、“相等”或“无法判断”)。
答案 (1)3X＋Y2Z
(2)0.05 mol·L－1·min－1
(3)0.075 mol·L－1·min－1 0.025 mol·L－1·min－1
(4)相等
2．一定条件下反应C(s)＋CO2(g)2CO(g) ΔH>0，在体积不变的密闭容器中达到平衡，按要求回答下列问题：
(1)平衡常数表达式是______________。
(2)若升高温度，反应速率________(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，平衡常数K________，平衡向________方向移动。
(3)再通入一定量的CO2气体，反应速率________，平衡常数K________，平衡向________方向移动，CO2的转化率________。
(4)再充入一定量的N2，反应速率________，平衡常数K________，平衡________移动。
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答案 (1)K＝ (2)增大 增大 正反应
(3)增大 不变 正反应 减小 (4)不变 不变 不
3．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)在其他条件不变时，使用催化剂，正反应速率和逆反应速率同等倍数加快，平衡不移动( )
(2)当某反应达到限度时，反应物和生成物的浓度一定相等( )
(3)在一定条件下，向密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2充分反应，达到平衡时N2、H2、NH3三者共存( )
(4)当一个可逆反应达到平衡状态时，正向反应速率和逆向反应速率相等且都等于0( )
(5)在相同温度下，在相同容积的密闭容器中分别充入1 mol N2、3 mol H2和2 mol NH3，当反应达到平衡时，两平衡状态中NH3的体积分数相同( )
(6)化学平衡移动，化学平衡常数不一定改变( )
(7)加入少量CH3COONa晶体可以减小Zn与稀硫酸反应的速率，但不影响产生H2的总量( )
(8)化学平衡向右移动，一定是正反应速率增大或逆反应速率减小( )
(9)任何可逆反应达到平衡后，改变温度，平衡一定发生移动( )
(10)化学反应速率发生变化，化学平衡一定发生移动( )
(11)对于反应Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，增加Zn的质量(不考虑表面积变化)，生成H2的速率加快( )
(12)对于2SO2＋O22SO3的可逆反应，改变条件使平衡向右移动，SO2的转化率可能增大，也可能减小( )
(13)在温度不变的条件下，改变条件使2SO2＋O22SO3的平衡向右移动，平衡常数不变( )
答案 (1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)√ (7)√ (8)× (9)√ (10)× (11)× (12)√ (13)√
题型1 化学反应速率及影响因素
1．(2014·北京理综，12)一定温度下，10 mL 0.40 mol·L－1 H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)如下表。
t/min
0
2
4
6
8
10
V(O2)/mL
0.0
9.9
17.2
22.4
26.5
29.9
下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)( )
A．0～6 min的平均反应速率：
v(H2O2)≈3.3×10－2 mol·L－1·min－1
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B．6～10 min的平均反应速率：
v(H2O2)0)
一定条件下，在密闭恒容的容器中，能表示上述反应达到化学平衡状态的是________(填字母)。
a．3v逆(N2)＝v正(H2)
b．v正(HCl)＝4v正(SiCl4)
c．混合气体密度保持不变
d．c(N2)∶c(H2)∶c(HCl)＝1∶3∶6
答案 ac
解析 利用化学反应速率之比等于化学方程式计量数之比可知a项叙述的真实含义是v正＝v逆，表示反应达到平衡状态；b项均表示正反应速率，无论反应是否处于平衡状态，都成立；混合气体密度不变说明气体质量不变，而平衡移动气体质量会发生改变，所以c项表示反应达到平衡状态；d项表示的浓度关系与是否平衡无关。
2．(2014·海南，12改编)将BaO2放入密闭的真空容器中，反应2BaO2(s)2BaO(s)＋O2(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(双选)( )
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A．平衡常数减小 B．BaO量不变
C．氧气压强不变 D．BaO2量增加
答案 CD
解析 A项，化学平衡常数只与温度有关，温度不变，化学平衡常数不改变，错误；B项，由于该反应2BaO2(s)2BaO(s)＋O2(g)的正反应是体积增大的反应，当温度保持不变时，缩小容器体积(相当于加压)，平衡会向体积减小的方向即逆反应方向移动，所以BaO量减小，BaO2量增加，B错误、D正确；C项，由于温度不变，则化学平衡常数K＝c(O2)不变，所以c(O2)不变，所以氧气压强不变，正确。
3．(2014·重庆理综，7)在恒容密闭容器中通入X并发生反应：2X(g)Y(g)，温度T1、T2下X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图所示。下列叙述正确的是( )
A．该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量
B．T2下，在0～t1时间内，v(Y)＝ mol·L－1·min－1
C．M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆
D．M点时再加入一定量X，平衡后X的转化率减小
答案 C
解析 根据图像给出的在不同温度下达到平衡所需要的时间可得出：T1>T2，再根据不同温度下达到平衡时c(X)的大小可推出此反应为放热反应。M点X的转化率小于W点X的转化率，因此反应进行到M点放出的热量小于进行到W点放出的热量，选项A不正确；T2下，在0～t1时间内，v(X)＝ mol·L－1·min－1，v(Y)＝v(X)＝ mol·L－1·min－1，选项B不正确；M点时在恒容条件下再加入一定量X，相当于增大压强，平衡正向移动，平衡后X的转化率增大，选项D不正确；在T1和T2温度时，当达到平衡状态时，M点v正(M)＝v逆(M)，W点v正(W)＝v逆(W)，温度高反应速率快，v逆(M)>v逆(W)，又v逆(W)>v逆(N)，则v逆(M)>v逆(N)，则v正(M)>v逆(N)，选项C正确。
1．化学平衡状态的判断方法
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指导思想：选定反应中的“变量”，即随反应进行而变化的量，当“变量”不再变化时，反应已达平衡。
(1)直接判断依据
(2)间接判断依据
①对于有有色气体存在的反应体系，如2NO2(g)N2O4(g)等，若体系的颜色不再发生改变，则反应已达平衡状态。
②对于有气体存在且反应前后气体的物质的量发生改变的反应，如N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，若反应体系的压强不再发生变化或平均相对分子质量不再变化，则说明反应已达平衡状态。
注意：对有气体存在且反应前后气体的物质的量不发生改变的反应如：2HI(g)H2(g)＋I2(g)，反应过程中的任何时刻体系的压强、气体的物质的量、平均相对分子质量都不变，故体系压强、气体的物质的量、平均相对分子质量不变均不能说明反应已达平衡状态。
2．分析化学平衡移动的一般思路
(一)平衡状态的建立
1．下列说法可以证明H2(g)＋I2(g)2HI(g)已达平衡状态的是( )
①单位时间内生成n mol H2的同时，生成n mol HI ②一个H—H 键断裂的同时有两个H—I键断裂 ③百分含量w(HI)＝w(I2) ④反应速率v(H2)＝v(I2)＝v(HI) ⑤c(HI)∶c(H2)∶c(I2)＝2∶1∶1 ⑥温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化 ⑦温度和体积一定时，容器内压强不再变化 ⑧条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化 ⑨温度和体积一定时，混合气体颜色不再变化 ⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化
A．①②③④ B．②⑥⑨
C．②⑥⑨⑩ D．③⑤⑥⑦⑧
答案 B
解析 对于反应前后气体分子数相等的可逆反应，平均相对分子质量、压强及密度不能用来判断反应是否达到平衡。
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2．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒容容器中(固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。判断该分解反应已经达到化学平衡的是( )
A．2v(NH3)＝v(CO2)
B．密闭容器中c(NH3)∶c(CO2)＝2∶1
C．密闭容器中混合气体的密度不变
D．密闭容器中氨气的体积分数不变
答案 C
解析 该反应为有固体参与的非等体反应，且容器体积不变，所以压强、密度均可作化学平衡标志，该题应特别注意D项，因为该反应为固体的分解反应，所以NH3、CO2的体积分数始终为定值(NH3为，CO2为)。
(二)平衡移动方向和结果的判定
3．在某恒温、恒容的密闭容器内发生反应：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g) ΔH>0，开始时充入2 mol NO2并达到平衡，下列说法正确的是(双选)( )
A．再充入2 mol NO2，平衡正向移动，O2的体积分数减小
B．升高温度，O2的体积分数减小
C．增大压强，化学平衡逆向移动，NO2的体积分数增大
D．再充入1 mol O2，NO2的体积分数增大
答案 AC
解析 再充入2 mol NO2，相当于增大压强，平衡逆向移动，O2的体积分数减小，A正确；升高温度，平衡正向移动，O2的体积分数增大，B错；再充入1 mol O2，虽然平衡逆向移动，NO2的物质的量增大，但NO2的体积分数减小，D错。
4．下列说法正确的是( )
A．工业生产硫酸中采用高温可提高二氧化硫的转化率
B．合成氨工业中，适当高的温度既可以提高反应速率，又可以使催化剂的活性最大
C．用氢氧化钠溶液吸收二氧化碳气体，升高温度可使吸收速率加快
D．酯化反应是一个可逆的吸热反应，故温度越高越有利于生成酯
答案 B
解析 二氧化硫的催化氧化是一个放热反应，采用高温会使其转化率降低，A错；升温后二氧化碳的溶解度会降低，使吸收速率减慢，C错；温度过高会发生副反应，D错。
5．将等物质的量的X、Y气体充入某密闭容器中，一定条件下，发生如下反应并达到平衡：X(g)＋3Y(g)2Z(g) ΔH0。下列有关说法正确的是( )
A．加压有利于化学平衡向正反应方向移动
B．该反应的化学平衡常数表达式为
K＝
C．升高温度可缩短反应达平衡的时间但不能提高平衡转化率
D．使用催化剂可缩短反应达平衡的时间但不能提高平衡转化率
答案 D
解析 加压，化学平衡向逆反应方向移动，A错；平衡常数表达式中应该是生成物浓度的幂之积除以反应物浓度的幂之积，B错；该反应的正反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，可以提高平衡转化率，C错。
3．一定条件下，通过下列反应可以制备特种陶瓷的原料MgO：
MgSO4(s)＋CO(g)MgO(s)＋CO2(g)＋SO2(g)
ΔH＞0
该反应在恒容的密闭容器中达到平衡后，若仅改变图中横坐标x的值，重新达到平衡后，纵坐标y随x变化趋势合理的是( )
25
选项
x
y
A
温度
容器内混合气体的密度
B
CO的物质的量
CO2与CO的物质的量之比
C
SO2的浓度
平衡常数K
D
MgSO4的质量
(忽略体积)
CO的转化率
答案 A
解析 由于此反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，混合气体质量增加，密度增大，A正确；当增加CO的物质的量时，相当于增大体系的压强，CO的转化率减小，CO2与CO的物质的量之比减小，B错误；平衡常数只与温度有关，与SO2的浓度无关，C错误；MgSO4为固体，增加其质量对平衡无影响，所以CO的转化率不变，D错误。
(二)平衡常数及转化率的简单计算
4．相同温度下，体积均为0.25 L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.6 kJ·mol－1。实验测得起始、平衡时的有关数据如下表所示：
容器
编号
起始时各物质的物质
的量/mol
达到平衡时体系能量的变化
N2
H2
NH3
①
1
3
0
放出热量：23.15 kJ
②
0.9
2.7
0.2
放出热量：Q
下列叙述错误的是(双选)( )
A．容器①、②中反应的平衡常数相等
B．平衡时，两个容器中NH3的体积分数均为
C．容器②中达到平衡时放出的热量Q＝23.15 kJ
D．若容器①的体积为0.5 L，则平衡时放出的热量等于23.15 kJ
答案 CD
解析 对于给定反应，平衡常数只是温度的函数，温度相同，平衡常数相同，A正确；由①中放出的热量，可知参加反应的N2为0.25 mol，则有
N2(g) ＋ 3H2(g)2NH3(g)
n(始) 1 3 0
25
n(变) 0.25 0.75 0.5
n(平) 0.75 2.25 0.5
NH3的体积分数为＝
因①和②建立的平衡为等效平衡，故B正确；②中达平衡时N2转化了0.15 mol，放出的热量为92.6 kJ·mol－1×0.15 mol＝13.89 kJ，C不正确；若容器①的体积为0.5 L，则体积增大，压强减小，平衡向逆反应方向移动，则平衡时放出的热量小于23.15 kJ，D错误。
5.容积均为1 L的甲、乙两个恒容容器中，分别充入2 mol A、2 mol B和1 mol A、1 mol B，相同条件下，发生下列反应：A(g)＋B(g)xC(g) ΔH
25
解析 (1)由表中数据可知，平衡常数随温度的升高而变大，说明升高温度平衡正向移动，该反应是吸热反应。
(2)根据“三段式法”计算：
K＝＝＝6.75。
(3)Qc＝＝＝4v(逆)。
题型4 以图像为载体的化学反应速率和平衡的综合考查
1．(2014·安徽理综，10)臭氧是理想的烟气脱硝试剂，其脱硝反应为2NO2(g)＋O3(g)N2O5(g)＋O2(g)，若反应在恒容密闭容器中进行，下列由该反应相关图像作出的判断正确的是( )
A
升高温度，平衡常数减小
B
0～3 s内，反应速率为v(NO2)＝0.2 mol·L－1
C
t1时仅加入催化剂，平衡正向移动
D
达平衡时，仅改变x，则x为c(O2)
答案 A
25
解析 A项，从能量变化的图像分析，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，正确；B项，依据化学反应速率的计算公式：v(NO2)＝＝0.2 mol·L－1·s－1，单位不对，错误；C项，催化剂会同等程度地改变正、逆反应速率，所以加入催化剂，平衡不移动，错误；D项，增大c(O2)，平衡逆向移动，NO2的转化率降低，错误。
2．(2014·新课标全国卷Ⅱ，26)在容积为1.00 L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4(g)2NO2(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。
回答下列问题：
(1)反应的ΔH______0(填“大于”或“小于”)；100 ℃时，体系中各物质浓度随时间变化如上图所示。在0～60 s时段，反应速率v(N2O4)为__________________ mol·L－1·s－1；反应的平衡常数K1为________________。
(2)100 ℃时达平衡后，改变反应温度为T，c(N2O4)以0.002 0 mol·L－1·s－1的平均速率降低，经10 s又达到平衡。
①T________100 ℃(填“大于”或“小于”)，判断理由是
________________________________________________________________________。
②列式计算温度T时反应的平衡常数K2____________________________________________。
(3)温度T时反应达平衡后，将反应容器的容积减少一半，平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动，判断理由是________________________________________________。
答案 (1)大于 0.001 0 0.36 mol·L－1
(2)①大于 反应正方向吸热，反应向吸热方向进行，故温度升高
②平衡时，c(NO2)＝0.120 mol·L－1＋0.002 0 mol·L－1·s－1×10 s×2＝0.160 mol·L－1
c(N2O4)＝0.040 mol·L－1－0.002 0 mol·L－1·s－1×10 s＝0.020 mol·L－1
K2＝≈1.3 mol·L－1
(3)逆反应 将反应容器的体积减小一半，即增大压强，当其他条件不变时，增大压强，平衡向气体物质系数减小的方向移动，即向逆反应方向移动
解析 (1)由题意及图示知，在1.00 L的容器中，通入0.100 mol的N2O4，发生反应：N2O4(g)2NO2(g)，随温度升高混合气体的颜色变深，说明反应向生成NO2的方向移动，即向正反应方向移动，所以正反应为吸热反应，即ΔH>0；由图示知60
25
s时该反应达到平衡，消耗N2O4为0.100 mol·L－1－0.040 mol·L－1＝0.060 mol·L－1，根据v＝可知：v(N2O4)＝＝0.001 0 mol·L－1·s－1；求平衡常数可利用三段式：
N2O4(g)2NO2(g)
起始量/(mol·L－1) 0.100 0
转化量/(mol·L－1) 0.060 0.120
平衡量/(mol·L－1) 0.040 0.120
K1＝＝＝0.36 mol·L－1。
(2)100 ℃时达平衡后，改变反应温度为T，c(N2O4)降低，说明平衡N2O4(g)2NO2(g)向正反应方向移动，根据勒夏特列原理，温度升高，向吸热反应方向移动，即向正反应方向移动，故T>100 ℃；由c(N2O4)以0.002 0 mol·L－1·s－1的平均速率降低，经10 s又达到平衡，可知此时消耗N2O4 0.002 0 mol·L－1·s－1×10 s＝0.020 mol·L－1，
由三段式：
N2O4(g)2NO2(g)
起始量/(mol·L－1) 0.040 0.120
转化量/(mol·L－1) 0.020 0.040
平衡量/(mol·L－1) 0.020 0.160
K2＝＝≈1.3 mol·L－1。
(3)温度T时反应达到平衡后，将反应容器的容积减小一半，压强增大，平衡会向气体体积减小的方向移动，该反应逆反应为气体体积减小的反应，故平衡向逆反应方向移动。
3．[2014·北京理综，26(2)]对于反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)。在其他条件相同时，分别测得NO的平衡转化率在不同压强(p1、p2)下随温度变化的曲线(如图)。
①比较p1、p2的大小关系：________。
②随温度升高，该反应平衡常数变化的趋势是_____________________________________。
答案 ①p1T1，则正反应一定是放热反应
C．达到平衡时，A2的转化率大小为b>a>c
D．若T2>T1，达到平衡时b、d点的反应速率为vd>vb
25
答案 A
解析 在T2和n(A2)不变时达到平衡，增加B2的物质的量使平衡向正反应方向移动，导致生成物的物质的量增大，A正确；若T2>T1，由图像可知，升高温度生成物AB3的体积分数增大，说明平衡向正反应方向移动，则正反应一定是吸热反应，B错误；当A2的物质的量一定时，n(B2)越大A2的转化率越大，达到平衡时A2的转化率大小为c>b>a，C错误；升高温度反应速率加快，若T2>T1，达到平衡时b、d点的反应速率为vd”、“”或“S2，在上图中画出c(CO2)在T1、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线。
(4)若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是______(填代号)。
答案 (1)T2，读图可知T2的CO2浓度较大，说明降低温度平衡正向移动，该反应为放热反应。
(2)读图知，CO2浓度在2 s内增加0.1 mol·L－1，所以v(N2)＝v(CO2)＝×
25
＝0.025 mol·L－1·s－1 。
(3)催化剂只会影响到达平衡所需的时间，不能改变平衡浓度，T1、S2条件下到达平衡所需时间较长。
(4)a中只反映出正反应速率的变化情况，不能作为判断平衡的标志，t1对应的点是反应体系温度的升高以及反应物浓度的减小，对正反应速率影响的情况。
b中由于绝热条件下，随反应进行，温度升高，平衡常数减小，t1后平衡常数不变，说明温度不再变化，是平衡状态，符合“变量”由“变”到“不变”的特点。
c中t1时表示n(CO2)＝n(NO)，它们的物质的量还都在变化，显然不是平衡状态。
d中符合平衡状态的定义，百分含量保持不变的状态。
4．[2014·大纲全国卷，28(2)]反应AX3(g)＋X2(g)AX5(g)在容积为10 L的密闭容器中进行。起始时AX3和X2均为0.2 mol。反应在不同条件下进行，反应体系总压强随时间的变化如图所示。
①列式计算实验a从反应开始至达到平衡时的反应速率v(AX5)＝________________________
________________________________________________。
②图中3组实验从反应开始至达到平衡时的反应速率v(AX5)由大到小的次序为________(填实验序号)；与实验a相比，其他两组改变的实验条件及判断依据是：
b________________________________________________________________________，
c________________________________________________________________________。
答案 ①≈1.7×10－4 mol·L－1·min－1
②bca 加入催化剂。反应速率加快，但平衡点没有改变 温度升高。反应速率加快，但平衡点向逆反应方向移动(或反应容器的容积和起始物质的量未改变，但起始总压强增大)
解析 ①实验a开始时，n0＝0.4 mol，总压强为160 kPa，平衡时总压强为120 kPa，设平衡时总物质的量为n，则
＝，n＝0.40 mol×＝0.30 mol，
AX3(g) ＋ X2(g) AX5(g)
起始量/mol 0.20 0.20 0
25
变化量/mol x x x
平衡量/mol 0.20－x 0.20－x x
(0.20－x)＋(0.20－x)＋x＝0.30，x＝0.10。
v(AX5)＝≈1.7×10－4 mol·L－1·min－1。
②实验b从反应开始至达到平衡时的反应速率v(AX5)＝＝2.5×10－4 mol·L－1·min－1。实验c达到平衡时n＝0.40 mol×＝0.32 mol，从反应开始到达到平衡时的反应速率v(AX5)＝≈1.8×10－4 mol·L－1·min－1。所以v(AX5)由大到小的顺序是bca。与实验a相比较，实验b达到平衡的时间缩短，但平衡点与实验a相同，应为加入催化剂而导致加快反应速率。实验c与实验a比较，起始时容器的体积和气体的物质的量均相同，但压强增大，应为升高温度使气体膨胀所致。温度升高加快化学反应速率且平衡逆向移动。
25
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