第二章 化学反应速率与化学平衡 整合与提升-【核心素养新教学】2025-2026学年高二化学同步优质教学课件（人教版选择性必修1）

第一章 化学反应的热效应 第二章 化学反应速率与化学平衡 章末整合与提升 1.反应物转化为反应产物的过程中要经过能量较高的过渡态。过渡态的平均能量与反应物分子的平均能量的差为反应的活化能(如图所示)。图1中，Ea为正反应的活化能，Ea′为逆反应的活化能。 主题1:化学反应历程与活化能 2.多步反应的活化能及与速率的关系 (1)多步反应的活化能：一个化学反应由几个基元反应完成，每一个基元反应都经历一个过渡态，及达到该过渡态所需要的活化能(如图E1、E2)，而该复合反应的活化能只是由实验测算的表观值，没有实际物理意义。 (2)活化能和速率的关系：基元反应的活化能越大，反应物到达过渡态就越不容易，该基元反应的速率就越慢。一个化学反应的速率就取决于速率最慢的基元反应。 主题1:化学反应历程与活化能 3.催化剂与活化能 (1)催化剂的催化机理：催化剂参与化学反应，生成能量更低的中间产物，降低了达到过渡态所需要的活化能，使反应易于发生，速率加快。这就是我们经常说的催化剂改变反应途径，降低反应的活化能。 (2)催化反应一般过程(简化的过程)： ①反应物扩散到催化剂表面； ②反应物被吸附在催化剂表面； ③被吸附的反应物发生化学反应生成产物； ④产物的解吸。 主题1:化学反应历程与活化能 催化剂对化学反应速率有显著影响。催化剂是通过降低反应所需的活化能来增大反应速率的。如图2所示，没有催化剂参与的反应，活化能(Ea2)较大，则反应速率较小；而有催化剂参与的反应，活化能(Ea1)较小，则反应速率较大。 主题1:化学反应历程与活化能 1.氮气与氢气在催化剂表面发生合成氨反应的微粒变化历程如图所示。 下列关于反应历程的先后顺序排列正确的是 A.④③①② B.③④①② C.③④②① D.④③②① 解析　物质发生化学反应就是构成物质的微粒重新组合的过程，分子分解成原子，原子再重新组合成新的分子，新的分子构成新的物质，氢分子和氮分子都是由两个原子构成，它们在固体催化剂的表面会分解成单个的原子，原子再组合成新的氨分子。 A 主题1:化学反应历程与活化能 例　研究表明CO与N2O在Fe＋作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示，两步反应分别为：①N2O＋Fe＋===N2＋FeO＋(慢)；②FeO＋＋CO===CO2＋Fe＋(快)。下列说法正确的是 A.反应①是氧化还原反应，反应②是非氧化还原反应 B.两步反应均为放热反应，总反应的化学反应速率由反应②决定 C.Fe＋使反应的活化能减小，FeO＋是中间产物 D.若转移1 mol电子，则消耗11.2 L N2O D 解析　反应②FeO＋＋CO===CO2＋Fe＋(快)，元素化合价发生变化， 属于氧化还原反应，故A项错误； 总反应速率由反应慢的决定，即由反应①决定，故B项错误； Fe＋作催化剂，使反应的活化能减小，FeO＋是中间产物，故C项正确； 气体存在的条件未知，则不能确定气体的体积，故D项错误。 主题1:化学反应历程与活化能 1 炭黑是雾霾中的重要颗粒物，研究发现它可以活化氧分子，生成活化氧。活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示。活化氧可以快速氧化SO2。下列说法正确的是 A.每活化一个氧分子吸收0.29 eV能量 B.水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42 eV C.氧分子的活化是C—O的断裂与O—O的生成 过程 D.炭黑颗粒是大气中SO2转化为SO3的催化剂 D 主题1:化学反应历程与活化能 解析　由图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，因此是放出能量，故A不符合题意； 由图可知，水可使氧分子活化反应的活化能降低0.18 eV，故B不符合题意； 由图可知，氧分子的活化是O—O的断裂与C—O的生成过程，故C不符合题意；活化氧可以快速氧化SO2，而炭黑颗粒可以活化氧分子，因此炭黑颗粒可以看作大气中SO2转化为SO3的催化剂。 主题1:化学反应历程与活化能 【例2】2018年是合成氨工业哈伯(F·Haber)获得诺贝尔奖100周年。N2和H2生成NH3的反应为1/2 N2(g)＋3/2 H2(g) ⇋NH3(g)　ΔH(298 K)＝－46.2 kJ·mol－1，在Fe催化剂作用下的反应历程如下(*表示吸附态) 化学吸附：N2(g)→2N*；H2(g)→2H*； 表面反应：N*＋H* ⇋NH*；NH*＋H* ⇋NH2* ； NH2* ＋H* ⇋NH3* 脱附：NH3* ⇋ NH3(g) 其中，N2的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。请回答： 主题1:化学反应历程与活化能 (1)利于提高合成氨平衡产率的条件有____________。 A．低温　　B．高温　　C．低压　　D．高压　　E．催化剂 (2)实际生产中，常用Fe作催化剂，控制温度773 K，压强3.0×105 Pa，原料中N2和H2物质的量之比为1∶2.8。分析说明原料气中N2过量的两个理由:__________ 。 AD 原料气中N2相 对易得，适度过量有利于提高H2的转化率;N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤，适度过量有利于提高整体反应速率 (3)关于合成氨工艺的下列理解，正确的是________。 A．合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零 B．当温度、压强一定时，在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率 C．基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行 D．分离空气可得N2，通过天然气和水蒸气转化可得H2，原料气必须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生 ACD 主题1:化学反应历程与活化能 1.基本模式 主题2:化学反应速率和化学平衡的计算 2.几个公式 主题2:化学反应速率和化学平衡的计算 例1　在容积为1.00 L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应 ，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_____(填“大于”或“小于”)0；100 ℃时，体系中各物质浓度随时间变化如图所示。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_____。 大于 0.36 0.001 0 (2)100 ℃时达到平衡后，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_____(填“大于”或“小于”)100 ℃，判断理由是________________。 ②列式计算温度T时反应的平衡常数K2：____________________________。 大于 反应正方向吸热， 平衡向吸热方向移动，故温度升高 主题2:化学反应速率和化学平衡的计算 解析　当温度由100 ℃变为T时，N2O4的浓度降低，“三段式”如下： 　　　　　　　N2O4(g)　　　　 2NO2(g) 100 ℃平衡时 0.040 mol·L－1 0.120 mol·L－1 温度T时变化 0.020 mol·L－1 0.040 mol·L－1 温度T平衡时 0.020 mol·L－1 0.160 mol·L－1 由于温度变为T时平衡向N2O4浓度减小的方向移动， 即向吸热方向移动，故温度升高，所以T＞100 ℃。 主题2:化学反应速率和化学平衡的计算 【例题2】 一定温度下,在一容积可变的密闭容器中充入2 mol SO2和1.5 mol O2,保持恒温恒压,发生反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH<0。反应进行到t时刻时达到平衡状态,此时混合气体的总物质的量为2.6 mol。回答下列问题。 (1)平衡时,SO2的转化率为　　　　。   (2)若平衡后,向容器中再充入一定量的氩气,SO2的物质的量将　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。  (3)若平衡后,升高温度,重新达到平衡状态,新平衡体系中气体的总物质的量比2.6 mol　　　　(填“大”“小”或“相等”),简述原因:　 。 答案:(1)90% (2)增大 (3)大　正反应放热,升高温度,平衡逆向移动 解析:(1)设达到平衡时参加反应的O2的物质的量为x mol。 　　　　 2SO2(g)+ O2(g) 2SO3(g) 起始/mol 2 1.5 0 变化/mol 2x x 2x 平衡/mol 2-2x 1.5-x 2x 2-2x+1.5-x+2x=2.6,解得:x=0.9 (2)平衡后充入氩气,由于保持恒温恒压,气体体积增大,相当于恒容减压,平衡逆向移动,n(SO2)增大。 (3)正反应放热,升高温度,平衡逆向移动,新平衡体系中气体总物质的量大于2.6 mol。 主题3:化学平衡移动方向综合利用 主题3:化学平衡移动方向综合利用 主题3:化学平衡移动方向综合利用 主题3:化学平衡移动方向综合利用 主题3:化学平衡移动方向综合利用 【例1】将NO2装入带活塞的密闭容器中,当反应2NO2(g)N2O4(g)达到平衡后,改变下列一个条件,其中叙述正确的是 (　　) A.升高温度,气体颜色加深,则此反应为吸热反应 B.慢慢压缩气体体积,平衡向右移动,混合气体颜色变浅 C.慢慢压缩气体体积,若体积减小一半,压强增大,但小于原来的两倍 D.恒温恒容时,充入惰性气体,压强增大,平衡向右移动,混合气体的颜色变浅 C 主题3:化学平衡移动方向综合利用 【例2】在某温度下，反应ClF(g)＋F2(g)⇋ClF3(g)　ΔH＝＋268 kJ·mol－1，在密闭容器中达到平衡，下列说法中正确的是(　　) A．升高温度，平衡常数不变，平衡向正反应方向移动 B．升高温度，平衡常数减小 C．升高温度，平衡向正反应方向移动，F2的转化率增大 D．降低温度，ClF3的产率增大 C 主题3:化学平衡移动方向综合利用 5．根据化学平衡移动方向，判断反应物的平衡转化率的变化 由于外界条件改变，引起化学平衡移动，根据平衡移动的方向可以判断某反应物的平衡转化率。其规律如下 (1)温度、压强对平衡转化率的影响 在其他条件不变的情况下，改变温度或改变气体反应的压强(改变容器容积)，若化学平衡向正反应方向移动，则反应物的平衡转化率一定增大；若平衡向逆反应方向移动，则反应物的平衡转化率一定减小。 主题3:化学平衡移动方向综合利用 Ⅰ.若a＋b＝c＋d，得到的平衡与原平衡等效，A、B的转化率都不变。 Ⅱ.若a＋b>c＋d，得到的平衡相当于原平衡正向移动所达到的平衡，A、B的转化率都增大。 Ⅲ.若a＋b<c＋d，得到的平衡相当于原平衡逆向移动所达到的平衡，A、B的转化率都减小。 主题3:化学平衡移动方向综合利用 【例题3】 某温度下,将2 mol H2和1 mol I2的气态混合物充入容积为2 L的密闭容器中,发生反应:H2(g)+I2(g) 2HI(g)　ΔH<0;5 min后反应达到平衡状态,测得c(H2)=0.8 mol·L-1。下列结论中,一定成立的是(　　)。 A.平衡时H2、I2的转化率相等 B.从反应开始至平衡的过程中,HI的平均反应速率为0.16 mol·L-1·min-1 C.其他条件不变,向容器中再充入1 mol I2,H2的转化率增大 D.若将容器温度升高,其平衡常数K一定增大 答案:C 解析:A项,H2、I2化学计量数相同,但加入的物质的量不同,达到平衡后两种物质的转化率不相等;B项,由反应的热化学方程式可知c(HI)=0.4 mol·L-1, v(HI)= =0.08 mol·L-1·min-1;C项,再充入1 mol I2,平衡向正反应方向移动,H2的转化率增大;D项,该反应为放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,平衡常数K减小。 主题3:化学平衡移动方向综合利用 1.解答平衡图像题可采用如下模式 (1)先分析题中反应的特点:正反应是放热反应还是吸热反应;正反应是气体体积增大的反应还是气体体积缩小的反应;反应中有无非气体物质;等等。 (2)再分析图像所表达的各个量之间的关系:两个坐标轴各表示什么物理量;曲线的变化趋势如何;是单一曲线还是多条曲线;曲线上的关键点,如起点、拐点、交点、终点的含义是什么;等等。 (3)要采用单一变量法分析。图像中,当条件改变,瞬间所引起的浓度、压强、速率等的变化,再针对条件改变所引起的变化的特征进行对照分析。 主题4:化学平衡常见图像分析 2.各类图像分类分析 (1)物质的量浓度与时间图像。 由这类图像可书写化学方程式,可计算化学反应速率等。 根据图1可知:该反应的化学方程式为2C 2A+3B。 主题4:化学平衡常见图像分析 (2)体积分数与时间、压强、温度的图像。 以化学反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)为例分析: 由图2可知,T1时反应先达到平衡, 故T1 >T2;升高温度,φ(C)增大, 故正向反应ΔH>0。 由图3可知,T2时反应先达到平衡, 故T1<T2;升高温度,φ(C)减小, 故正向反应ΔH<0。 由图4可知,p1时反应先达平衡,故p1 >p2; 增大压强,φ(C)增大,故m+n>p+q。 由图5可知,p2时反应先达平衡,故p1 <p2; 增大压强,φ(C)减小,故m+n<p+q。 主题4:化学平衡常见图像分析 另外,还有:由图6可知,p2>p1,且m+n=p+q。 由图7中(a)(b)两线可知,p1<p2且m+n<p+q;由(b)(c)两线可知,T1<T2且正向反应ΔH<0。 在上述体积分数-时间图像曲线中,先出现拐点的则该条件下反应先达到平衡,说明该曲线表示的温度较高或压强较大。 主题4:化学平衡常见图像分析 (3)体积分数与p或T图像。 对于化学反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(s): 由图8可知,升高温度,φ(C)增大,故正向反应ΔH>0;增大压强,φ(C)减小,故m+n<p。 由图9可知,增大压强,φ(C)增大,故m+n>p;升高温度,φ(C)减小,故正向反应ΔH<0。 主题4:化学平衡常见图像分析 ②其他类型 如图所示是其他条件不变时,某反应物的最大(平衡)转化率(α)与温度(T)的关系曲线,图中标出的a、b、c、d四个点中,表示v(正)>v(逆)的点是c,表示v(正)<v(逆)的点是a,而b、d点表示v(正)=v(逆)。 主题4:化学平衡常见图像分析 35 【例题4】 对于可逆反应:2A(g)+B(g) 2C(g)　ΔH<0,下列各图正确的是(　　)。 答案:A 解析:温度高的先达平衡,升高温度,平衡逆向移动,C的质量分数减小,A项正确;增大压强,v(正)、v(逆)应均增大,B项错误;催化剂只能增大反应速率,不能使平衡发生移动,平衡时C的浓度不受催化剂影响,C项错误;增大压强平衡正向移动,A的转化率增大,升高温度,平衡逆向移动,A的转化率应减小,D项错误。 汽车净化的主要原理为2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g)　ΔH<0。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(　　) 答案 B 解析 由于是绝热、恒容密闭体系,随着反应的进行,体系的温度升高,K不断减小,当K不变时,即温度保持不变,说明该反应达到平衡状态。 (1)该反应的ΔH__(填“＜”“＞”或“＝”)0。 例3　在恒容密闭容器中通入CH4与CO2，使其物质的量浓度均为1.0 mol·L－1，在一定条件下发生反应：CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g)。测得平衡时CH4的体积分数与温度及压强的关系如图1所示。回答下列问题： ＞ 解析　由图1可知，压强不变时，升高温度，CH4的体积分数减小，平衡右移，说明正反应为吸热反应，则ΔH＞0。 (2)压强p1、p2、p3由大到小的顺序为__________；压强为p2时，b点处v正__(填“＜”“＞”或“＝”)v逆。 p3＞p2＞p1 ＞ 解析　经三条等压线作一条垂线，会有三个交点，如图： 交点分别为m、n、p；由p点→n点→m点，甲烷 的体积分数依次增大，根据反应体系特征，说明 体系压强逐渐增大，则p1＜p2＜p3。b点→a点需要使CH4的体积分数减小，才能建立平衡，故反应正向进行，v正＞v逆。 (3)a点时CH4的转化率为____。 80% (4)为探究速率与浓度的关系，根据相关实验数据，粗略地绘制出了两条速率—浓度关系曲线：v正～c(CH4)和v逆～c(CO)，如图2。 ①与曲线v正～c(CH4)相对应的是图中曲线___(填“甲”或“乙”)。 ②降低温度，反应重新达到平衡时，v正、v逆相应的平衡点分别为_____(填字母)。 乙 B、F 40 解析　由于反应开始只加入了反应物，结合平衡建立的过程可知，甲曲线为v逆～c(CO)，乙曲线为v正～c(CH4)，降温后平衡逆向移动，正、逆反应速率都要减小，而c(CH4)要增大，c(CO)要减小，综合考虑，只有B、F符合题意。 更多模版：亮亮图文旗舰店https://liangliangtuwen.tmall.com 41 Thank you for watching 当再次达到平衡时，平衡常数K2＝＝＝1.28。 1．根据化学平衡移动方向判断物质的聚集状态 压强对化学平衡状态的影响仅适用于mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)(m＋n≠p＋q)反应，根据压强改变后化学平衡是否移动或移动的方向，可以判断物质的状态。如可逆反应2A(g)＋nB(？)2C(g)达到化学平衡后，若只增大压强，平衡向正反应方向移动，由此可判断B为气体；若只增大压强，平衡不移动，由此判断B不是气体。 2．根据化学平衡移动方向判断气体化学计量数的大小 (1)改变压强，化学平衡是否移动或移动的方向，与气体反应物和气体生成物化学计量数的相对大小有关。据此，由压强改变及其平衡移动的情况，可判断化学方程式中气体反应物和气体生成物之间的化学计量数的关系。如可逆反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)在反应过程中A的质量分数[w(A)]随压强(p)变化的曲线如图1所示，可知：增大压强，A的质量分数逐渐变小，即平衡向正反应方向移动，又因增大压强，平衡向气态物质体积减小的方向移动，故a＋b>c＋d。 (2)根据化学平衡移动方向还可以判断化学方程式中某气体物质的化学计量数。如可逆反应A(g)＋nB(g)3C(g)在恒温条件下，反应物B的转化率[α(B)]与压强(p)的关系如图2所示，可知：增大压强，B的转化率不变，即平衡不移动，则1＋n＝3，解得n＝2。 3．根据化学平衡移动方向，判断化学反应的ΔH 温度对化学平衡的影响与反应放热、吸热有关，根据温度的改变及其平衡移动的方向，可判断化学反应的ΔH。如可逆反应A(g)＋B(g)2C(g)达到平衡后，升高温度，C的体积分数增大，由此可判断正反应为吸热反应，即ΔH>0。 4．根据平衡移动方向，判断混合气体的平均摩尔质量 混合气体的平均摩尔质量为eq \x\to(M)＝eq \f(m总,n总)，对于反应物和生成物都是气体的可逆反应：当外界条件改变时，混合气体的总质量始终不变，故混合气体的平均摩尔质量与混合气体的总物质的量成反比。若平衡向气体物质的量减小的方向移动，混合气体的平均摩尔质量将变大；反之，平均摩尔质量将变小。若反应有固体或纯液体参与或生成，则可根据m总和n总的变化判断eq \x\to(M)的变化。 (2)浓度对平衡转化率的影响 ①若反应物只有一种，如aA(g)bB(g)＋cC(g)，其他条件不变时，增加A的量(相当于增大压强)，A的转化率的变化与气态物质的化学计量数有关。 a．若a＝b＋c，得到的平衡与原平衡等效，A的转化率不变。 b．若a>b＋c，得到的平衡相当于原平衡正向移动所达到的平衡，A的转化率增大。 C．若a<b＋c，得到的平衡相当于原平衡逆向移动所达到的平衡，A的转化率减小。 ②若反应物不止一种，如aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，其他条件不变时， a．若只增加A的量，平衡向正反应方向移动，则A的转化率减小，B的转化率增大。若只减少A的量，平衡向逆反应方向移动，则B的转化率减小。 b．若反应物A、B的物质的量同倍数地增加，此种情况等效于增大压强，反应物转化率的变化与气态物质的化学计量数有关：  $$