2.3 微专题5 化学反应速率、化学平衡3大热点（Word导学案）-【步步高】2023-2024学年高一化学必修第二册学习笔记（鲁科版2019，京粤闽皖豫宁陕）

微专题五　化学反应速率、化学平衡三大热点 热点一　反应速率的简单计算及图像分析 1．化学反应速率的简单计算方法 (1)定义法：v(B)＝＝。 (2)关系式法：对于可逆反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，有v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝a∶b∶c∶d，即化学反应速率数值之比＝化学计量数之比。 2．简单的速率图像及应用 例1　(2023·佛山一中高一期中)在体积为2 L的密闭容器中进行N2(g)＋3H2 (g)2NH3(g)的反应，5 s内N2(g)由1 mol减至0.2 mol。则NH3(g)的平均反应速率是(　　) A．0.16 mol·L－1·s－1 B．0.24 mol·L－1·s－1 C．0.08 mol·L－1·s－1 D．0.008 mol·L－1·s－1 答案　A 解析　5 s内N2(g)由1 mol减至0.2 mol，则v(N2)＝ ＝0.08 mol·L－1·s－1，v(NH3)＝2v(N2)＝0.16 mol·L－1·s－1，故选A。 例2　如图是足量铝片(表面有氧化膜)和一定量稀硫酸反应，产生氢气的速率与反应时间的图像，下列有关描述错误的是(　　) A．O→a段v(H2)为零，说明反应未进行 B．b→c段产生氢气的速率加快，可能是该反应为放热反应 C．a→b段产生氢气的速率加快，可能是铝片表面的Al2O3薄膜逐渐溶解，加快了反应速率 D．c点之后，产生氢气的速率下降可能是由c(H＋)下降导致的 答案　A 解析　表面有氧化膜的铝片和稀H2SO4反应，Al2O3和H2SO4首先反应生成Al2(SO4)3和H2O，无氢气生成，故O→a段并不是反应未进行，故A项错误；随着反应进行，Al和H2SO4接触面积增大，而且Al和H2SO4反应为放热反应，故生成氢气的速率逐渐加快，B、C项正确；c点之后，H＋浓度的减小成了影响产生氢气速率的主要因素，故随着H＋浓度减小反应速率逐渐减慢，D项正确。 热点二　化学平衡的判断方法 1．直接判断依据——v正＝v逆≠0 (1)同种物质：同一物质的生成速率等于消耗速率。 (2)不同物质：必须标明是“异向”的反应速率关系。 如aA＋bBcC＋dD，当＝时，反应达到平衡状态。 2．间接判断依据——“变量”不变 关键：确定判定标准的量是“可变量”还是“恒量”，如“可变量”保持不变，则化学反应达到平衡，而“恒量”不随时间变化而变化，不能作为平衡的标志。即“变量”不变的状态为平衡状态。 3．综合分析 化学反应模型 mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 混合物体系中各组分的含量 各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定 平衡 各物质的质量或各物质的质量分数一定 平衡 各气体的体积分数一定 平衡 正、逆反应速率的关系 在单位时间内消耗了m mol A，同时生成了m mol A，即 v正(A)＝v逆(A) 平衡 在单位时间内消耗了n mol B，同时生成了p mol C 不一定平衡 v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q，v正不一定等于v逆 不一定平衡 在单位时间内消耗了n mol B，同时消耗了q mol D 平衡 压强 m＋n≠p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 平衡 m＋n＝p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 不一定平衡 混合气体的平均相对分子质量() 当m＋n≠p＋q时，一定 平衡 当m＋n＝p＋q时，一定 不一定平衡 温度 任何化学反应都伴随着能量的变化，在其他条件不变的情况下，体系温度一定 平衡 气体的密度 密度一定 不一定平衡 颜色 含有有色物质的体系颜色不再变化 平衡 例3　下列可以证明2HI(g)H2(g)＋I2(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温度和体积一定时，混合气体密度不再变化 ④v(H2)＝v(I2)＝0.5v(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温度和压强一定时，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，混合气体的颜色不再变化 A．②③④⑤⑥ B．②⑥⑦⑧⑨ C．①②⑥⑧ D．②⑥⑨ 答案　D 解析　A项，③该反应是反应前后气体分子数不变的反应，所以温度和体积一定时混合气体的密度始终不变，④未指明正、逆反应，⑤三种物质的浓度之比等于相应的化学计量数之比时不一定是平衡状态，③④⑤不能作为达到平衡状态的标志，错误；B项，⑦温度和体积一定时，容器内压强始终不变，⑧温度和压强一定时，混合气体的平均相对分子质量始终不变，⑦⑧不能作为达到平衡状态的标志，错误；C项，①单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI，不符合对应的化学计量数之比，错误；D项，②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂，表明正、逆反应速率相等，⑥温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化，符合化学平衡的定义，⑨温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化，说明I2(g)的浓度不再变化，②⑥⑨均可以作为达到平衡状态的标志，正确。 热点三　化学反应速率和反应限度的图像综合分析 “一看、二想、三判断”这三个步骤来分析解答 (1)“一看”——看图像 ①看面：理解各坐标轴所代表量的意义及曲线所示的是哪些量之间的关系。 ②看线：分清正反应和逆反应，分清突变和渐变、小变和大变；理解曲线“平”与“陡”即斜率大小的意义；理解曲线的变化趋势并归纳出规律。若图中有拐点，可按照先拐先平的规律，即较早出现拐点的曲线所表示的反应先达到平衡，对应的温度高、压强大。 ③看点：理解曲线上点的意义，特别是某些特殊点，如坐标轴的交点、几条曲线的交叉点、极值点、转折点等。分清反应物和生成物，浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物。 ④看辅助线：做横轴或纵轴的垂直线(如等温线、等压线、平衡线等)。 ⑤看量的变化：弄清楚是物质的量的变化、浓度的变化还是转化率的变化。 (2)“二想”——想规律 如各物质的转化量之比与化学计量数之比的关系、各物质的化学反应速率之比与化学计量数之比的关系、外界条件的改变对化学反应的影响以及对正、逆反应速率的影响规律等。 (3)“三判断”——利用有关规律，结合图像，通过对比分析，做出正确判断。 例4　(2023·济宁一中高一期中)一定温度下，向容积为4 L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应，反应中各物质的物质的量变化如图所示，下列说法合理的是(　　) A．反应进行到1 s时，v(A)＝v(C) B．反应进行到6 s时，B的平均反应速率为0.1 mol·L－1·s－1 C．反应进行到6 s时，各物质的浓度不再变化，反应停止 D．该反应的化学方程式为3B＋4C6A＋2D 答案　D 例5　鱼浮灵是一种化学增氧剂，主要成分为过碳酸钠(2Na2CO3·3H2O2)，分别在等体积双氧水中加入少量Na2CO3、NaCl和NaOH固体探究鱼浮灵增氧原理，实验结果如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．Na2CO3对H2O2的分解有促进作用 B．加入NaCl后溶液溶解氧变化不明显 C．H2O2分解随pH增大而持续加快 D．鱼浮灵使用时应根据pH控制投放量 答案　C 解析　由图可知，加入Na2CO3后水中的溶解氧增多，故说明加入Na2CO3后促进了H2O2的分解，故A正确；在双氧水中加入氯化钠后，溶液中溶解氧不变，即加入氯化钠后对双氧水的分解无影响，故B正确；根据双氧水加NaOH固体图可知，随着溶液pH增大，溶解氧先增大后减小，故双氧水的分解并不是随pH的增大而持续加快，故C错误；根据双氧水加NaOH固体图可知，溶液pH对鱼浮灵中双氧水的分解速率有影响，故应根据溶液的pH来决定鱼浮灵的投放量，故D正确。 1．(2023·北京八中高一期中)将10 mol A和5 mol B放入10 L真空容器内，某温度下发生反应：3A(g)＋B(g)2C(g)，在最初的0.2 s内，消耗A的平均速率为0.06 mol·L－1·s－1，则在0.2 s时，容器中C的物质的量是(　　) A．0.12 mol B．0.08 mol C．0.04 mol D．0.8 mol 答案　B 解析　在最初0.2 s内，消耗A的平均速率为0.06 mol·L－1·s－1，可知A的物质的量的变化量为0.06 mol·L－1·s－1×10 L×0.2 s＝0.12 mol ，将其代入三段式中有： 　　　　　　　　3A(g)＋B(g)2C(g) 初始量/mol 　　10 　　5 　　0 变化量/mol 　　 0.12 　0.04 　0.08 0．2 s时量/mol 9.88 　4.96 　0.08 可知此时C的物质的量为0.08 mol，B项符合题意。 2．一定温度下，在一容积不变的密闭容器中发生可逆反应2X(g)Y(g)＋Z(s)，下列不能说明该反应达到化学平衡状态的是(　　) A．混合气体的密度不再变化 B．反应容器中Y的质量分数不变 C．X的分解速率与Y的消耗速率相等 D．单位时间内生成1 mol Y的同时生成2 mol X 答案　C 解析　由于反应前后气体的质量发生改变，所以混合气体的密度是变量，混合气体的密度不再变化说明反应达到化学平衡状态；反应前后气体Y的质量改变，反应容器中Y的质量分数不变说明反应达到化学平衡状态；X的分解速率与Y的消耗速率相等，则v正≠v逆，说明该反应未达到化学平衡状态；单位时间内生成1 mol Y的同时生成2 mol X，则v正＝v逆，说明反应达到化学平衡状态。 3．在两个恒温、恒容的密闭容器中分别进行下列两个可逆反应：(甲)2X(g)Y(g)＋Z(s)、(乙)A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)，下列情况：①混合气体的密度不变；②混合气体的压强不变；③反应物的消耗速率与生成物的消耗速率之比等于其化学计量数之比；④反应容器中生成物的质量分数不变；⑤混合气体的总物质的量不变，其中能表明甲和乙都达到化学平衡状态的是(　　) A．①②③ B．①②③④ C．①③④ D．①②③④⑤ 答案　C 解析　①甲和乙反应前后气体质量均发生变化，所以混合气体的密度不再发生改变能说明甲和乙都达到平衡状态；②甲反应前后气体物质的量发生变化，压强不变能说明反应达到平衡状态，乙反应前后气体的物质的量不变，即混合气体的压强始终不变，故压强不变不能说明反应达到平衡状态；③反应物的消耗速率与生成物的消耗速率之比等于其化学计量数之比，说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态；④反应容器中生成物的质量分数不变，说明各组分的量不变，反应达到平衡状态；⑤甲反应前后气体的物质的量发生变化，混合气体的总物质的量不发生改变说明反应达到平衡状态，乙反应前后气体的物质的量不变，即混合气体的总物质的量始终不变，故混合气体的总物质的量不变不能说明反应达到平衡状态。 4．等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测定反应过程中产生氢气的体积V，根据相关数据所绘制的图像如图所示，则曲线a、b、c、d所对应的实验组别可能依次是(　　) 实验组别 c(HCl)/(mol·L－1) 温度/℃ 形状(Fe) 1 2.0 30 块状 2 2.5 30 块状 3 2.5 50 粉末状 4 2.5 30 粉末状 A.4、3、2、1 B．1、2、3、4 C．3、4、2、1 D．1、2、4、3 答案　C 解析　影响化学反应速率的因素主要有温度、浓度、反应物的接触面积、催化剂等，本题中只涉及温度、浓度和反应物的接触面积，三者结合分析才能得到正确答案。由图像知a代表的反应进行的最快，则其浓度最大、温度最高，Fe应为粉末状。 5．(2023·山东临沂高一期中)对利用甲烷消除NO2污染进行研究：CH4＋2NO2N2＋CO2＋2H2O。在2 L密闭容器中，控制不同温度，分别加入0.50 mol CH4和1.2 mol NO2，测得n(CH4)随时间变化的有关实验数据见下表。下列说法正确的是(　　) 组别 温度 时间/min n/mol 0 10 20 40 50 ① T1 n(CH4) 0.50 0.35 0.25 0.10 0.10 ② T2 n(CH4) 0.50 0.30 0.18 0.15 A.实验①中，0～20 min内，CH4的降解速率为 0.012 5 mol·L－1·min－1 B．由实验数据可知实验控制的温度：T1＞T2 C．40 min时，表格中T1对应的NO2浓度为0.20 mol·L－1 D．0～10 min内，CH4的降解速率：①＞② 答案　C 解析　①中0～20 min内，v(CH4)＝＝0.006 25 mol·L－1·min－1，选项A错误；温度越高反应速率越大，实验数据可知0～20 min内，实验①中CH4物质的量的变化量为0.25 mol，实验②中CH4的变化量为0.32 mol，则实验②温度高，由实验数据可知实验控制的温度T1＜T2，选项B错误；T1、40 min时，CH4物质的量的变化量为0.4 mol，NO2的变化量为0.8 mol，浓度为＝0.20 mol·L－1，选项C正确；温度越高，反应速率越快，则0～10 min内，CH4的降解速率：①＜②，选项D错误。 6．向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，使反应SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)在一定条件下达到平衡，正反应速率随时间变化的曲线如图所示。由图可得出的正确结论是(　　) A．反应在c点达到平衡状态 B．反应物浓度：a点小于b点 C．反应物的总能量低于生成物的总能量 D．Δt1＝Δt2时，SO2的转化率：a～b段小于b～c段 答案　D 解析　c点对应的正反应速率显然还在改变，故一定未达到平衡，A错误；a点到b点时正反应速率增加，反应物浓度不断减小，B错误；随着反应的进行，反应物浓度减小，但正反应速率增大，说明体系温度升高，正反应是放热反应，即反应物的总能量高于生成物的总能量，C错误；因为反应一直正向进行，且a～c段正反应速率一直在增大，故SO2的转化率：a～b段小于b～c段，D正确。 7．T ℃时，向体积为1 L的恒容密闭容器中通入1 mol H2和1 mol Cl2，一定条件下发生反应H2(g)＋Cl2(g)2HCl(g), HCl的物质的量随时间变化如图所示。 回答下列问题： (1)tm时，v正________(填“>”“<”或“＝”)v逆。 (2)0～tm内H2的平均反应速率v(H2)＝_________________________________________。 (3)若要增大HCl的生成速率可以采取的措施有________、________(填写两种措施)。 (4)达到平衡后，升高反应温度，再次达到平衡后，测得HCl的物质的量分数为20%。则升高反应温度，该反应________(填“向正反应方向移动”“向逆反应方向移动”或“不移动”)。 答案　(1)＞　(2) mol·L－1·min－1　(3)升高温度　增大H2(或Cl2)的浓度　(4)向逆反应方向移动 解析　(1)根据图中信息，m点是正在建立平衡的阶段，因此tm时，v正＞v逆。 (2)0～tm内HCl的改变量为0.3 mol，则H2的改变量为0.15 mol，因此H2的平均反应速率v(H2)＝＝ mol·L－1·min－1。 (4)达到平衡后，HCl的物质的量分数为×100%＝27.5%，升高反应温度，再次达到平衡后，测得HCl的物质的量分数为20%，则说明升高反应温度，该反应向逆反应方向移动。 8．一定条件下铁可以和CO2发生反应：Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)。一定温度下，向某密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO2气体，反应过程中CO2气体和CO气体的浓度与时间的关系如图所示。 (1)t1时，正、逆反应速率的大小关系为v正______(填“＞”“＜”或“＝”)v逆。 (2)4 min内，CO2的转化率为________(结果保留三位有效数字)；CO的平均反应速率v(CO)＝______________。 (3)下列条件的改变能减慢其反应速率的是______(填序号，下同)。 ①降低温度 ②减少铁粉的质量 ③保持压强不变，充入He使容器的体积增大 ④保持容积不变，充入He使体系压强增大 (4)下列描述能说明上述反应已达到平衡状态的是______。 ①v(CO2)＝v(CO) ②单位时间内生成n mol CO2的同时生成n mol CO ③容器中气体压强不随时间变化而变化 ④容器中气体的平均相对分子质量不随时间变化而变化 答案　(1)＞　(2)71.4%　0.125 mol·L－1·min－1　(3)①③　(4)②④ 解析　(1)因为t1时化学反应没有达到平衡，反应仍然向正反应方向进行，所以正反应速率大于逆反应速率，即v正＞v逆。(2)根据图像分析4 min内CO2的变化量为0.7 mol·L－1－0.2 mol· L－1＝0.5 mol·L－1，转化率为×100%≈71.4%；CO在4 min内的变化量为0.5 mol· L－1，则4 min内的平均反应速率为v(CO)＝＝0.125 mol·L－1·min－1。(3)降低温度，化学反应速率减慢，故①正确；因为铁粉是固体，减少铁粉的质量不影响化学反应速率，故②错误；保持压强不变，充入He使容器的体积增大，相当于减小反应物和生成物的浓度，化学反应速率减慢，故③正确；保持体积不变，充入He使体系压强增大，但不影响反应物和生成物的浓度，所以化学反应速率不变，故④错误。(4)当v正(CO2)＝v逆(CO)时，说明化学反应达到平衡状态，而v(CO2)＝v(CO)不代表正、逆反应速率的关系，不能由此确定化学反应是否达到平衡，故①错误；单位时间内生成n mol CO2的同时生成n mol CO说明化学反应的正、逆反应速率相等，故②正确；由反应Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)知，该反应是反应前后气体体积相等的反应，压强始终不变，故③错误；因为气体的平均相对分子质量与气体的质量和气体的物质的量有关，该反应前后气体的物质的量不变，质量变化，当容器中气体的平均相对分子质量不随时间变化而变化时，说明化学反应达到平衡状态，故④正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$