1、化学反应速率和化学 平衡 第8讲 考情分析 真题回放 1.(2019 江苏卷)(双选)在恒压、NO 和 O2的起 始浓度一定的条件下，催化反应相同时间，测得 不同温度下NO转化为NO2的转化率如下图中实 线所示(图中虚线表示相同条件下 NO 的平衡转 化率随温度的变化)。下列说法正确的是( ) A.反应 2NO(g)O2(g)=2NO2(g)的 H0 B.图中 X 点所示条件下，延长反应时间能提高 NO 转化率 C.图中 Y 点所示条件下，增加 O2的浓度不能提高 NO 转化率 D.380 下，c 起始(O2)5.010 4mol L1，NO 平衡转化率为 50% ， 则平衡常数 K2 000
2、 解析：A 错，实线表示不同温度下相同时间内 NO 的转化率，虚线表示相同条件下 NO 的平衡转化 率，随着温度升高，由虚线知，NO 的平衡转化率减小，即温度升高，2NOO22NO2的平衡逆向移 动，说明该反应为放热反应，H0，所以 K2 000。 答案：BD 2.(2020 山东卷)探究 CH3OH 合成反应化学平衡的影响因素，有利于 提高 CH3OH 的产率。以 CO2、H2为原料合成 CH3OH 涉及的主要反应如 下： .CO2(g)3H2(g) CH3OH(g)H2O(g) H149.5 kJ mol 1 .CO(g)2H2(g) CH3OH(g) H290.4 kJ mol 1 .C
3、O2(g) H2(g) CO(g) H2O(g)H3 回答下列问题： (1)H3 _kJ mol 1。 (2)一定条件下，向体积为 V L 的恒容密闭容器中通入 1 mol CO2和 3 mol H2发生上述反应， 达到平衡时， 容器中CH3OH(g)为a mol， CO为b mol， 此时 H2O(g)的浓度为_mol L 1(用含 a、b、V 的代数式表示，下同)， 反应的平衡常数为_。 解析：(1)根据盖斯定律，由反应反应整理得反应，所以 H3H1H2 49.5 kJ mol 190.4 kJ mol140.9 kJ mol1。 (2)达到平衡时， 根据碳原子守恒可得 n(CO2)n(C
4、O)n(CH3OH)1 mol， 即 n(CO2) (1ab)mol，所以反应过程中消耗 n(CO2)(ab)mol，再根据反应、可知，消 耗 1 mol CO2的同时一定生成 1 mol H2O，所以平衡时，n(H2O)(ab)mol，c(H2O) （ab） V mol L 1；根据氢原子守恒可得平衡时，2n(H 2)4n(CH3OH)2n(H2O)23 mol，解得 n(H2)(3b3a)mol，所以反应的平衡常数 Kc（H 2O） c（CO） c（H2） c（CO2） （ab） V b V （3b3a） V （1ab） V b（ab） （1ab） （33ab）。 答案：(1)40.9 (
5、2)ab v b（ab） （1ab） （33ab） (3)不同压强下，按照 n(CO2)n(H2)13 投料，实验测定 CO2的平 衡转化率和 CH3OH 的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。 图甲 图乙 已知：CO2的平衡转化率n（CO 2）初始n（CO2）平衡 n（CO2）初始 100% CH3OH 的平衡产率n（CH 3OH）平衡 n（CO2）初始 100% 其中纵坐标表示 CO2平衡转化率的是图_(填“甲”或“乙”)； 压 强 p1、p2、p3由大到小的顺序为_；图乙中 T1温度时，三条曲线 几乎交于一点的原因是_。 解析：(3)反应、都是放热反应，压强相同时，升高温度，平衡都向 左
6、移动，甲醇的平衡产率一直减小，所以图甲表示甲醇平衡产率与温度的变 化关系，图乙表示二氧化碳的平衡转化率随温度的变化关系；温度相同时， 增大压强，反应、均向右移，甲醇的平衡产率增大，所以压强由大到小 的顺序为 p1、p2、p3；图乙中 T1温度时，三条曲线几乎交于一点，说明二氧 化碳的平衡转化率与压强无关，所以可推知其原因是 T1时以反应为主， 反应前后气体分子数相等，压强改变对平衡没有影响。 答案：(3)乙 p1、p2、p3 T1时以反应为主，反应前后气体分 子数相等，压强改变对平衡没有影响 (4)为同时提高 CO2的平衡转化率和 CH3OH 的平衡产率，应选择的反 应条件为_(填字母)。 A
7、.低温、高压 B.高温、低压 C.低温、低压 D.高温、高压 解析： (4)甲醇的平衡产率仅与反应、 有关， 两个反应均为放热反应， 且气体分子数减小的反应，所以为了提高甲醇的平衡产率需要选择低温、高 压；根据上述图像分析可知，二氧化碳的平衡转化率随着温度的升高先减小 后增大，而在低温下，压强越大，二氧化碳的平衡转化率越大，所以为同时 提高二氧化碳的平衡转化率和甲醇的平衡产率，应选择低温、高压，A 正确。 答案：(4)A 3.(2020 全国卷)硫酸是一种重要的基本化工产品，接触法制硫酸生 产中的关键工序是 SO2的催化氧化： SO2(g)1 2O2(g) = 钒催化剂SO3(g)H 98 k
8、J mol 1 回答下列问题： (1)钒催化剂参与反应的能量变化如图(a)所示， V2O5(s)与 SO2(g)反应生 成 VOSO4(s)和 V2O4(s)的热化学方程式为_。 图(a) 图(b) 解析：(1)根据能量反应过程图可得热化学方程式 V2O4(s)SO3(g)=V2O5(s)SO2(g) H24 kJ mol 1、 V2O4(s)2SO3(g)=2VOSO4(s) H399 kJ mol 1， 根据盖斯定律，由反应2 整理得 2V2O5(s)2SO2(g)=2VOSO4(s)V2O4(s) H351 kJ mol 1 答案：(1) 2V2O5(s)2SO2(g)=2VOSO4(s
9、)V2O4(s) H351kJ mol 1 (2)当 SO2(g)、O2(g)和 N2(g)起始的物质的量分数分别为 7.5%、10.5% 和 82%时，在 0.5 MPa、2.5 MPa 和 5.0 MPa 压强下，SO2平衡转化率 随 温度的变化如图(b)所示。反应在 5.0 MPa、550 时的 _，判断的 依据是_。影响 的因素有_。 解析：(2)合成 SO3反应中，气体的分子数减少，温度相同时，增大压强， 平衡向右移动，SO2的转化率增大，所以图中 p1表示 50MPa，故在 550 时 的 0.975；影响 的因素有温度、压强、反应物的起始浓度等。 答案：(2)0.975 该反应气
10、体分子数减少，增大压强， 提高，5.0MPa 2.5MPap2，所以 p15.0MPa 温度、压强、反应物的起始浓度等 (3)将组成(物质的量分数)为 2m%SO2(g)、m%O2(g)和 q%N2(g)的气体通 入反应器，在温度 t、压强 p 条件下进行反应。平衡时，若 SO2转化率为 ， 则 SO3压强为_，平衡常数 Kp_ (以分 压表示，分压总压物质的量分数)。 解析：(3)假设起始气体的总物质的量为 100 mol，则 SO2(g)、O2(g)和 N2的物质的量 分别为 2m、m、q，利用三段式分析 SO2(g) 1 2O2(g) SO3(g) 起始物质的量 2m m 0 转化物质的
11、量 2m m 2m 平衡物质的量 (2m2m) (mm) 2m 所以平衡时气体的总物质的量为(2m2m)(mm)2mq3mmq100 m， SO3压强为 2mp 100m；平衡常数 Kp p（SO3） p（O2）0.5 p（SO2） 2mp 100m （mm）p 100m （2m2m）p 100m （1）1.5mp/（100m）0.5 答案：(3) 2mp 100m （1）1.5mp/（100m）0.5 (4)研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为 vk 1 0.8(1n) 式中：k 为反应速率常数，随温度 t 升高而增大； 为 SO2平衡转化率， 为某时刻 SO2转化率，n 为常数。在 0
12、.90 时，将一系列温度下的 k、 值代入上述速率方程，得到 vt 曲线，如图(c)所示。 图(c) 曲线上 v 最大值所对应温度称为该 下反应的最适宜温度 tm。ttm后， v 逐渐下降。 原因是_。 解析：(4)由题意知 k 随温度 t 升高而增大；由反应速率方程知，升高温 度，k 增大使 v 逐渐提高，但 降低使 v 逐渐下降，所以当 ttm后，k 增大对 v 的提高小于 引起的降低。 答案：(4)升高温度，k 增大使 v 逐渐提高，但 降低使 v 逐渐下降。ttm后，k 增大对 v 的提高小于 引起的降低 考 点 诠 释 考点考点1 化学反应速率及其影响因素 1.对化学反应速率计算公式
13、的剖析 v(B)c（B） t n（B） V t 同一反应用不同的物质表示反应速率时，数值可能不同，但意义相同。 同一化学反应中用不同物质表示的反应速率之比等于其化学计量数之比。 2.理解外界条件对化学反应速率的影响 (1)反应物本身的性质是影响化学反应速率的主要因素。 (2)压强对化学反应速率的影响是通过改变浓度实现的，所以分析压强的 改变对反应速率的影响时也可以从浓度是否发生改变的角度来分析，若改变 总压强而各物质的浓度不改变，则反应速率不变。 (3)改变温度、使用催化剂，反应速率一定发生变化，其他外界因素的改 变，反应速率不一定发生变化。 (4)固体反应物量的增减，不能改变化学反应速率，固
14、体的表面积改变才 能改变化学反应速率。 3.气体反应体系中充入惰性气体(不参与反应)对反应速率的影响 (1)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。 (2)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。 【例 1】实验测得某反应在不同 pH 下产物 A 的浓度随时间变化的关 系如图所示(其他条件相同)。则下列说法正确的是( ) A.若增大压强，该反应的反应速率一定增大 B.pH6.8 时，随着反应的进行反应速率逐渐增大 C.一定 pH 范围内，溶液中 H 浓度越小，反应速率越快 D.可采取调节 pH 的方法使反应停止
15、 解析：若为没有气体参加的反应，增大压强对反应速率几乎没有影响，A 错误； 图像中表示反应速率的是曲线的斜率， B 错误； pH 越小， H 浓度越大， 反应越快，C 错误；pH8.8 时，反应速率接近于 0，D 正确。 答案：D 【变式 1】 探究 2KMnO45H2C2O43H2SO4=K2SO42MnSO410CO2 8H2O 反应速率的影响因素，有关实验数据如下表所示(忽略体积的变化)： 实验 编号 温度 催化剂用 量(g) 酸性 KMnO4溶液 H2C2O4溶液 KMnO4溶液褪 色平均时间 min 体积 (mL) 浓度 mol L 1 体积 (mL) 浓度 mol L 1 1 25
16、 0.5 4 0.1 8 0.2 12.7 2 80 0.5 4 0.1 8 0.2 a 3 25 0.5 4 0.01 8 0.2 6.7 4 25 0 4 0.01 8 0.2 b 下列说法不正确的是( ) A.a12.7，b6.7 B.用 KMnO4表示该反应速率，v(实验 3)v(实验 1) C.用 H2C2O4表示该反应速率，v(实验 1)约为 7.8710 5 mol L1 min1 D.可通过比较收集相同体积 CO2所消耗的时间来判断反应速率快慢 解析：A.温度越高反应速率越快，催化剂可加快反应速率，则 a6.7，故 A 项正确；B.实验 1 和 3 对照发现，只有高锰酸钾的浓度
17、不同，且 实验 1 中其高锰酸钾的浓度大，则反应速率为 v(实验 3)0)。0 10 min 内保持容器温度不变，10 min 时改变一种条件，整 个过程中 PCl5、PCl3、Cl2的物质的量随时间的变化如图 所示。下列说法正确的是( ) A.04 min 的平均速率 v(Cl2)0.05 mol L 1 min1 B.10 min 时改变的条件是分离出一定量的 PCl5 C.起始时向该容器中充入 2.0 mol PCl3和 2.0 mol Cl2，保持温度为 T， 反应达平衡时放出的热量小于 1.6a kJ D.温度为 T， 起始时向该容器中充入 1.0 mol PCl5、 0.10 mo
18、l PCl3 和 0.10 mol Cl2，反应达到平衡前，v(正)v(逆) 解析：04 min 的平均速率 v(Cl2) 0.2 mol 2.0 L 4 min 0.025 mol L 1 min1，故 A 错误； 10 min 时改变的条件是升温， 故 B 错误； 当起始时向容器中充入 2.0 mol PCl3和 2.0 mol Cl2，保持温度为 T，相当于加压，故转化率大于 80%，反应达 到平衡时放出的热量大于 1.6a kJ，故 C 错误； K0.10.1 0.4 ，Qc 1 200v(逆)，故 D 正确。 答案：D 考点考点3 化学平衡常数的有关计算 1.关于平衡常数 (1)化学
19、平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。 (2)在平衡常数表达式中：水、乙醇等液态的浓度、固体物质的浓度不考虑。 (3)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关，也就是说，同一化 学反应，用不同的化学方程式表示时，化学平衡常数的表达式及相应的平衡常 数是不同的。 (4)几个化学方程式相加、减，则总反应的平衡常数等于分步平衡常数之积 或商。 (5)平衡常数可表示反应进行的程度。K 越大，反应进行的程度越大，K 105 时，可以认为该反应已经进行完全。转化率也能表示反应进行的程度， 转化率不仅与温度有关，而且与起始条件有关。 2.平衡常数与转化率的关系 平衡常数与转化率二者均能表示化
20、学反应的限度，但平衡常数不直观， 而平衡转化率则更能直观地表示化学反应的限度。 3.化学平衡计算的基本模式平衡“三步曲” 根据反应进行(或平衡移动)的方向， 设某反应物消耗的量， 然后列式求解。 例如： mA nBpC qD 起始量： a b 0 0 变化量： mx nx px qx 平衡量： amx bnx px qx 【例3】 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)HT2，则 K11.25 mol L 1 解析： 500 s内NO2的反应速率： v(NO2)(5.00 mol L 13.52 mol L1) 500 s2.9610 3 m
21、ol L1 s1， 则 v(N 2O5)v(NO2) 21.4810 3 mol L1 s1， A 项正确；缩小容器的体积，平衡正向移动，气体总物质的量减小，根据M m总 n总 分析，反应前后都是气体，无论平衡如何移动，气体的总质量不变，n 总减小， 所以混合气体的平均摩尔质量增大，B 项错误；由于该反应是放热反应，故温 度由 T1到 T2，降低温度，平衡常数增大，C 项正确；扩大体积，平衡逆向移 动，NO2浓度将大于原平衡的一半，D 项正确。 答案：B 【变式 3】乙醇是重要的有机化工原料，可由乙烯水合法生产，反应的 化学方程式如下：C2H4(g)H2O(g)C2H5OH(g)。下图为乙烯的
22、平衡转化 率与温度(T)、压强(p)的关系起始 n(C2H4)n(H2O) 11。下列有关叙述 正确的是( ) A.Y 对应的乙醇的物质的量分数为1 9 B.X、Y、Z 对应的反应速率：v(X)v(Y)v(Z) C.X、Y、Z 对应的平衡常数数值：KXKYKZ D.增大压强、升高温度均可提高乙烯的平衡转化率 解析： 据图可知， Y点对应乙烯的平衡转化率为20%， 起始n(C2H4)n(H2O) 11，设 C2H4和 H2O 的起始物质的量均为 1 mol，根据“三段式”法有： C2H4(g)H2O(g)C2H5OH(g) 起始(mol) 1 1 0 转化(mol) 0.2 0.2 0.2 平衡(mol) 0.8 0.8 0.2 则平衡时乙醇的物质的量分数为 0.2 （0.80.80.2） 1 9，A 正确； 解析：因该反应是气体体积减小的可逆反应，所以压强越大，乙烯的平 衡转化率越大，则结合图像可得 p1p2p3，且 X、Y、Z 三点对应的温度越来 越高，所以 X、Y、Z 对应的反应速率为 v(X)v(Y)KYKZ，C 错误；因该反应是气体体积减小的可逆反应，压强越大，乙烯 的平衡转化率越大，又因该反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，乙烯 的平衡转化率降低，D 错误。 答案：A
