专题9 化学反应速率与化学平衡（专题讲解课）-【第一梯队】2026年高考化学二轮专题突破教用课件

该高中化学高考复习课件聚焦化学反应速率、化学平衡及平衡常数计算等核心考点，依据高考评价体系梳理考点权重，如反应速率和平衡图像分析占比30%，分压平衡常数计算占比25%，归纳出图像题、计算题等常考题型，实现备考的精准对接。 课件亮点在于融合高考真题训练与科学思维培养，通过“三看一判断”识图法解析2024北京卷图像题，用分压平衡常数计算模板突破2024山东卷计算题，助力学生掌握证据推理技巧。教师可依托其系统性考点梳理与变式训练，提升复习效率，学生能高效突破高频考点。

专题九　化学反应速率与化学平衡 化 学 新高考适用 考点透析 目 录 考点1 化学反应速率 考点2 化学平衡 化学反应的方向 考点3 化学平衡常数及其相关计算 题型透析 题型1 反应速率和平衡图像分析 题型2 分压平衡常数的计算 题型3 反应速率常数的应用 微专题 化工生产中多重平衡体系分析 目 录 考点1　化学反应速率 考点透析 一、化学反应速率的概念及计算   目 录 二、影响化学反应速率的因素   目 录 注意    充入无关气体的影响 ①恒温恒容时:充入无关气体→总压强增大,各反应物浓度不变→反应速率不变。 ②恒温恒压时:充入无关气体→总体积增大,各反应物浓度减小→反应速率减小。 目 录 三、运用“有效碰撞”理论理解外因对反应速率的影响   注意    改变浓度和压强不能改变活化分子百分数! 目 录 考点2　化学平衡　化学反应的方向 一、化学平衡 1.化学平衡状态的判断   目 录 以反应mA(g)+nB(g)  pC(g)+qD(g)为例: 类别 可能的情况举例 是否达到平衡 混合物中各成分的含量 各物质的物质的量或物质的量分数一定 平衡 各物质的质量或质量分数一定 平衡 各气体的体积或体积分数一定 平衡 正、逆反应速率的关系 在单位时间内消耗了m mol A的同时生成了 m mol A,即v正=v逆 平衡 目 录 正、逆反应速率的关系 在单位时间内消耗了n mol B的同时消耗了p mol C 平衡 在单位时间内生成了n mol B,同时消耗了q mol D 不一定平衡 v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q 不一定平衡 压强 当m+n≠p+q时,恒容时压强不再变化 平衡 当m+n=p+q时,恒容时压强不再变化 不一定平衡 类别 可能的情况举例 是否达到平衡 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 气体的密度 恒容时混合气体的密度一定 不一定平衡 颜色 反应体系的颜色不变,即有色物质的浓度不变 平衡 温度 绝热容器中,温度不再变化 平衡 平衡常数 绝热容器中,平衡常数不再变化 平衡 目 录 2.改变外界条件对化学平衡的影响 改变的条件 平衡移动方向 浓度 增大反应物浓度或减小生成物浓度 正向移动 减小反应物浓度或增大生成物浓度 逆向移动 压强(有气体参加的反应) 反应前后气体分子数不等 增大压强 向气体分子数减小的方向移动 减小压强 向气体分子数增大的方向移动 反应前后气体分子数相等 改变压强 平衡不移动 温度 升高温度 向吸热反应方向移动 降低温度 向放热反应方向移动 催化剂 同等程度地改变v正、v逆,平衡不移动 目 录 注意    充入无关气体的影响 ①恒温恒容时:充入无关气体→总压强增大,各组分浓度不变,反应速率不变→平衡不移 动。 ②恒温恒压时:充入无关气体→总体积增大,各组分浓度等比例减小(相当于减压)→平 衡向气体分子数增大的方向移动。 目 录 归纳总结　温度、催化剂、浓度对转化率的影响 1.温度对转化率的影响:若是平衡转化率,则改变温度由ΔH确定平衡移动的方向,然后 判断平衡转化率的变化。若是未达平衡时的转化率,则由温度变化确定反应速率的变 化,然后判断相同时间内转化率的变化。 2.催化剂对转化率的影响:催化剂对平衡转化率没有影响,但是在工业生产中,未达平衡 时,可以通过选择更高效的催化剂来提高单位时间内反应物的转化率,或者利用催化剂 的选择性来提高多重反应中某一产物的产率。 目 录 (1)aA(g)+bB(g)  cC(g)+dD(g)型 ①若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比,达到平衡后,各反应物的转化率相等。 ②若加入一定量的A,平衡正向移动,α(B)增大而α(A)减小。 ③若按原比例同等程度地增大(或减小)A、B的物质的量,恒容条件下相当于加压(或减 压),则分为三种情况: 3.浓度对转化率的影响: 操作 气体分子数变化 α(A)、α(B)变化 恒容时同等程度增大(或减小)A、B 的物质的量 a+b=c+d 不变 a+b>c+d 增大(或减小) a+b<c+d 减小(或增大) 目 录 (2)aA(g)  bB(g)+cC(g)型 操作 气体分子数变化 α(A) 恒容时增大(或减小)A的 物质的量 a=b+c 不变 a>b+c 增大(或减小) a<b+c 减小(或增大) 目 录 二、等效平衡的分类及规律 等效类型 ① ② ③ 条件 恒温、恒容 恒温、恒容 恒温、恒压 反应的特点 反应前后气体分子数不等 反应前后气体分子数相等 任何可逆反应 起始投料 换算为化学方程式同一边物质,其“量”相同 换算为化学方程式同一边物质,其“量”符合同一比例 换算为化学方程式同一边物质,其“量”符合同一比例 平衡 特点 物质的量分数 相同 相同 相同 浓度 相同 成比例 相同 物质的量 相同 成比例 成比例 目 录 三、化学反应的方向 化学反应方向的判据   注意    ①同一物质在不同状态下的熵值:S(g)>S(l)>S(s)。 ②反应后气体分子数增加的反应一般ΔS>0。 ③对于不同组成的AB型强电解质溶于水时,ΔH和ΔS均可能大于零或小于零。 目 录 考点3　化学平衡常数及其相关计算 1.化学平衡常数 (1)意义及影响因素 ①K越大,正反应进行的程度越大。 ②K只受温度的影响。 (2)K应用于判断化学平衡移动的方向 浓度商Q    目 录 (3)判断可逆反应的热效应   目 录 (4)平衡常数与化学方程式的关系 化学方程式的变化 平衡常数的关系 相同温度下,对于可逆反应 K逆=  化学方程式乘以系数n K2=  反应1+反应2=反应3 K3=K1·K2 反应1-反应2=反应3 K3=  目 录 2.化学平衡的计算方法——“三段式”法 对于mA(g)+nB(g)  pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量分别为a mol、b mol,达到平 衡后,A的消耗量为mx mol,容器容积为V L。 mA(g)+nB(g)  pC(g)+qD(g) 起始(mol)　　　　    a　　   b　　　 0　　　0 变化(mol)　　　　    mx　　 nx　　　px　　 qx 平衡(mol)　　　　    a-mx　 b-nx　   px　　 qx 则:(1)浓度平衡常数K= 。 目 录 (2)A的转化率:α(A)= ×100%。 (3)平衡时A的体积分数:φ(A)= ×100%。 (4)平衡时和起始时的压强比: = 。 目 录 题型1　反应速率和平衡图像分析 题型透析 典题导入 典题展示 典例1    (2024北京,16节选)(2)方法二:以NH3为氮源催化氧化制备HNO3,反应原理分三 步进行。   目 录 ①第Ⅰ步反应的化学方程式为__________________________________。 ②针对第Ⅱ步反应进行研究:在容积可变的密闭容器中,充入2n mol NO和n mol O2进行 反应。在不同压强下(p1、p2),反应达到平衡时,测得NO转化率随温度的变化如图所 示。解释y点的容器容积小于x点的容器容积的原因:__________________________ _________________________________________________________________________ ________________________________。 器容积小于x点的容器容积 数减少,y点的温度高于x点的温度,为使两点的NO转化率相同,需增大压强,故y点的容 该反应放热,且正反应的气体分子 4NH3+5O2  4NO+6H2O 目 录 方法链接 参考简单基础图像——恒压线。 读图: ①恒压下,随温度升高,平衡时,NO转化率降低,则反应2NO(g)+O2(g)  2NO2(g)    ΔH<0。 ②温度一定时,压强增大,平衡正向移动,则NO的转化率增大,得出p1>p2。根据①、②答 出y点容器容积小于x点的原因。 目 录 解析    (2)②y点的温度高于x点的温度,升温时NO转化率会减小,为使x、y两点的NO转 化率相同,需增大压强使平衡正向移动;最终y点的容器容积小于x点的容器容积,可知此 条件下压强增大对容器容积的影响大于温度升高对容器容积的影响。 目 录 典例2    (2024安徽十校联盟11月联考,13)为有效实现“碳达峰、碳中和”的目标,某研 究小组对CO2催化加氢合成甲醇技术展开研究。该过程发生下列反应: 反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)  CH3OH(g)+H2O(g)    ΔH=-58.6 kJ·mol-1 反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)  CO(g)+H2O(g)    ΔH=+41.2 kJ·mol-1 0.5 MPa下,将n(H2)∶n(CO2)=3∶1的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应器,测 得CO2的转化率、CH3OH或CO的选择性[ ×100%]以及CH3OH的 收率(CO2的转化率×CH3OH的选择性)随温度的变化如图所示。下列说法正确的是  ( )     C     目 录   A.反应Ⅰ和Ⅱ中,除H2外,其他分子都是极性分子 B.曲线a表示CH3OH的选择性随温度的变化 C.图中所示270 ℃时,对应CO2的转化率为21% D.在210~250 ℃之间,CH3OH的收率增大是由于CH3OH的选择性增大 目 录 方法链接 参考复合图像——同一体系中存在两个竞争反应时两个因变量与同一自变量的图 像。注意题中有三个因变量。 读图: ①270 ℃后,CH3OH的收率下降,但CO2的转化率上升,根据收率公式可知CH3OH的选择 性降低,则曲线a应代表CO的选择性随温度的变化。 ②体系中含碳产物有两种,分别为CH3OH和CO,根据选择性公式可知CH3OH与CO的选 择性之和为100%,则可得270 ℃时CH3OH的选择性为30%。 目 录 解析　注意CO2也是非极性分子,A错误;270 ℃后CH3OH收率下降,但CO2转化率升高, 说明CH3OH的选择性下降,故曲线a表示CO选择性随温度的变化,B错误;270 ℃时,CO的 选择性为70%,则CH3OH的选择性为30%,故CO2的转化率= = ×100% =21%,C正确;在210~250 ℃之间,CO的选择性一直升高,则CH3OH的选择性应下降,其收 率增大是由于温度升高,CO2的转化率增大,D错误。 目 录 方法突破 一、了解基础识图方法——“三看一判断”   目 录 二、掌握对简单基础图像——常见的反应速率和平衡图像的分析 1.速率—时间图像——注意断点[变式2(2)] 以A(g)+B(g)  C(g)    ΔH>0为例。   目 录 ①t1时增大反应物的浓度,正反应速率瞬间增大,然后逐渐减小,而逆反应速率逐渐增大; ②t2时升高温度,正、逆反应速率均瞬间增大,正反应吸热,正反应速率增大程度较大; ③t3时减小压强,正、逆反应速率均瞬间减小,对于气体分子数减小的反应,逆反应速率 减小程度较小; ④t4时使用催化剂,正、逆反应速率均瞬间增大且增大程度相同。 目 录 知识拓展　全程速率—时间图像 ①DB段反应速率增大的原因可能是反应放热,温度升高,也可能是反应生成了催化剂, 对反应速率的加快作用超过了反应物浓度减小的减慢作用;②BC段反应速率减小的原 因可能是反应物浓度降低对反应速率影响更大。 注意    改变温度一定影响速率,一定影响平衡。 目 录 2.含量(或转化率)—时间—温度(或压强)图像[变式2(2)] “先拐先平,数值大”原则:在含量(或转化率)—时间图像中,先出现拐点的先达到平衡, 说明该曲线对应的反应速率较大,表明反应温度较高或压强较大或使用催化剂等。以 可逆反应aA(g)+bB(g)  cC(g)为例。 目 录 曲线1先拐,则曲线1用催化剂、曲线2不用催化剂或用了催化效果不好的催化剂,或a+b =c时曲线1的压强大于曲线2的压强 目 录 3.恒温(压)线[典例1] 当图像中有两个变量时,先假设一个量不变,再讨论另一个量的影响。有时需在图像中 作辅助线。以可逆反应aA(g)+bB(g)  cC(g)为例,纵坐标α(A)为A的平衡转化率。  　      第一幅图中任取一条恒温线进行研究,温度相同时,压强增大,α(A)增大,平衡正移,故正反应为气体分子数减小的反应即a+b>c;再作一条垂直于横坐标的线与两条恒温线相交,压强相同时,若T1>T2,温度升高,α(A)增大,平衡正移,故正反应为吸热反应。第二幅图可采用类似的方法进行分析,得出ΔH<0;若a+b>c,得p1>p2>p3。 目 录 4.反应过程中含量(或转化率)—温度图像[变式1] 对于反应aA(g)+bB(g)  cC(g)+dD(g),不同温度下反应相同时间后测定A或C的含量, 如图所示。 M点前由于温度较低、反应速率较慢,体系尚未达到平衡,随着温度升高,反应速率加快,A%减小、C%增大;M点时体系恰好达到平衡;M点后为平衡的移动,升高温度,A%增大、C%减小,平衡逆向移动,故ΔH<0。 注意    分析图像时,应注意图像中的变化量是平衡量还是非平衡量,其变化是由平衡移动引起的,还是由反应速率改变引起的,两者不可混淆。 目 录 5.平衡曲线外非平衡点的分析 对于反应aA(g)+bB(g)  cC(g)+dD(g),曲线L上所有的点都是平衡点。E点位于曲线L 上方,其A%大于此压强或温度下平衡时的A%,E点必须向正反应方向移动才能达到平 衡状态,故E点v正>v逆;同理可知曲线L下方的F点v正<v逆。 目 录 三、强化对复合图像的分析 1.同一反应的两个因变量与同一自变量的图像 关注点:分析一条曲线时,忽略另一条纵坐标与其他曲线。   图示为某反应中催化剂的催化效率和产物的生成速率随温度的变化关系。 ①催化效率—温度分析:催化剂在250 ℃左右活性最强。 ②生成速率—温度分析:速率在250 ℃和400 ℃左右达到两个峰值。 结论:生成速率在250 ℃时受催化剂影响较大,在400 ℃时受温度影响较大。 目 录 2.同一体系中存在两个或多个竞争反应时的两个或多个因变量与同一自变量的图像 [典例2,变式2(3)] (1)关注点:除了分离成为单个因变量进行分析之外,还需要根据不同反应的特征(Δng、 ΔH)判断可能存在的副反应。对于这类图像,纵坐标多变,除了常见的转化率、产率以 外,还可能出现选择性(题中一般都会给出选择性的定义或公式)。 目 录 (2)图像分析   图示是某密闭容器中同时存在两个反应时CO2的平衡转化率、CH3OH的选择性与温度的关系。 [已知CH3OH的选择性= ] ①CO2(g)+3H2(g)  CH3OH(g)+H2O(g)    ΔH1<0 ②CO2(g)+H2(g)  CO(g)+H2O(g) ΔH2>0 :由于反应①为放热反应,反应②为吸热反应,温度升高,反应①的 平衡逆移,反应②的平衡正移,故CH3OH的平衡选择性降低。 :温度升高,由图像可知CO2的平衡转化率不断升高,而反应①的 平衡逆移,反应②的平衡正移,说明升高温度时反应②对CO2平衡转化率的影响更大。 分析CH3OH的选择性 分析CO2的平衡转化率 目 录 变式训练 变式1　　转化率—温度图像　(2024湖南五市十校12月第一次质检,14)乙炔氢化是工 业上制备乙烯的方法之一,相关制备反应如下: 反应ⅰ.C2H2(g)+H2(g)  C2H4(g)    ΔH=-193.8 kJ·mol-1; 反应ⅱ.C2H2(g)+2H2(g)  C2H6(g)    ΔH=-311.4 kJ·mol-1 保持压强恒定,按起始投料比n(C2H2)∶n(H2)=1∶2匀速通过装有催化剂的反应器,发生 反应ⅰ和ⅱ,测得不同温度下反应相同时间后,C2H2和H2的转化率如图所示[C2H4的选择 性= ×100%]。下列叙述错误的是 ( )     D     目 录   A.催化剂能提高活化分子百分数 B.表示C2H2的转化率随温度变化的曲线为m C.在T1~T2℃区间内升高温度,生成C2H4的选择性减小 D.T1 ℃时,C2H4的选择性为50% 目 录 解析　催化剂能降低反应所需的活化能,可提高活化分子百分数,从而加快反应速率,A 正确。起始投料比n(C2H2)∶n(H2)=1∶2,假设只发生反应ⅰ,C2H2和H2等物质的量消耗, C2H2的转化率大于H2;假设只发生反应ⅱ,C2H2和H2按物质的量之比1∶2消耗,H2、C2H2 的转化率相等,可推出当两个反应同时发生时,C2H2的转化率大于H2,故曲线m表示C2H2 的转化率,B正确。由图可知,在T1~T2℃区间内升高温度,C2H2和H2的转化率均下降,且C2 H2的转化率逐渐接近H2的转化率,说明反应逐渐以反应ⅱ为主,即C2H4的选择性减小,C2 H6的选择性增大,C正确。设起始加入的C2H2为1 mol、H2为2 mol,反应ⅰ消耗了x mol C 2H2,反应ⅱ消耗了y mol C2H2,则有: 目 录 变化量/mol     x　　     x　　　　    x 　　　　　　　C2H2(g)+2H2(g)  C2H6(g) 变化量/mol　  y　　　　2y　　　　    y 根据图像中转化率可得: =0.75     =0.5 解得:x=0.5    y=0.25 故C2H4的选择性= ×100%≈66.7%,D错误。 　　　　　　　C2H2(g)+H2(g)  C2H4(g) 目 录 变式2    (2024河北名校12月联考,17节选)(2)　速率—时间图像、转化率—时间图像　 对于反应2CO2(g)+6H2(g)  CH3OCH3(g)+3H2O(g)    ΔH<0。下列图像的描述(仅改变 一种条件)错误的是___(填标号)。 A B C D C 目 录 (3)　同一体系中存在两个竞争反应时的两个或多个因变量与同一自变量图像　在恒 压(p kPa)、投料比 =4的情况下,不同温度时CO2的平衡转化率和产物的选择性 (选择性是指生成某物质消耗的CO2占CO2消耗总量的百分比)如图所示:   目 录 已知:主反应为2CO2(g)+6H2(g)  CH3OCH3(g)+3H2O(g)    ΔH<0;副反应为CO2(g)+ H2(g)  CO(g)+H2O(g)    ΔH>0。 ①当温度超过290 ℃时,CO2的平衡转化率随温度升高而增大的原因是_______________ ______________________________________________________________。 ②该实验条件下,200 ℃时CH3OCH3的平衡产率为___。 40% 应,当温度超过290 ℃时,以副反应为主,温度升高,副反应平衡正向移动 副反应为吸热反 目 录 解析    (2)使用催化剂可降低反应活化能,加快反应速率,缩短反应达到平衡的时间,但 不能改变反应物的平衡转化率,A正确;升高温度,v正、v逆均增大,可缩短反应达到平衡的 时间,B正确;由于该反应ΔH<0,升高温度,平衡逆向移动,反应物的平衡转化率减小,C错 误;该反应为气体分子数减小的反应,增大压强,平衡正向移动,反应物的平衡转化率增 大,D正确。(3)②设起始加入1 mol CO2,根据方程式可知理论上可生成0.5 mol二甲醚。 由图可知,在200 ℃时CO2的平衡转化率为50%,即消耗的CO2为0.5 mol,二甲醚的选择性 为80%,结合碳原子守恒,则生成0.5 mol×80%× =0.2 mol二甲醚,则二甲醚的平衡产率 为 ×100%=40%。 目 录 题型2　分压平衡常数的计算 典题导入 典题展示 典例    (2024贵州,17节选)(5)973 K、100 kPa下,在某密闭容器中按n(C6H6)∶n(CH4)= 1∶5充入气体,发生反应C6H6(g)+CH4(g)  C7H8(g)+H2(g),平衡时C6H6与C7H8的分压比 为4∶1,则C6H6的平衡转化率为_____,平衡常数Kp=________________________________________ (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数,列出计算式即可)。 20%  或  目 录 方法链接 利用模板1答题。设转化量,列三段式,依据平衡时C6H6与C7H8的分压比列式求解。 目 录 解析    (5)设起始时C6H6的物质的量为1 mol,CH4的物质的量为5 mol,C6H6转化的物质的 量为x mol,列出三段式: 　　　　　　C6H6(g)+CH4(g)  C7H8(g)+H2(g) 起始(mol)　　1　　 5　　　　 0　　　 0 转化(mol)　　 x　　　x　　　　 x　　　 x 平衡(mol)　　1-x　　5-x　　　　x　　　 x 平衡时C6H6与C7H8的分压比为4∶1,则 = ,解得x=0.2,平衡时n(C6H6)=0.8 mol, 目 录 n(CH4)=4.8 mol,n(C7H8)=n(H2)=0.2 mol,则C6H6的平衡转化率为 ×100%=20%,平衡 常数Kp= 或 。 目 录 方法突破 1.理解分压平衡常数的定义 在化学平衡体系中,用各气体物质的分压代替浓度进行计算,得到的平衡常数称为分压 平衡常数(Kp)。例如对于N2(g)+3H2(g)  2NH3(g),Kp= 。某气体的分压= 总压×该气体的物质的量分数(或体积分数)。 2.分压平衡常数的影响因素 Kp只受温度影响。 目 录   3.计算模板 (1)模板1[典例] 目 录 　　　N2(g)+3H2(g)  2NH3(g) 始　　p0　　3p0　　 　0 变　    p　　 3p　　　 2p 平　　p0-p　 3(p0-p)　 2p Kp=  (2)模板2[变式] 对于恒温恒容反应,气体的压强与其物质的量成正比,若已知起始时各气体的分压,则可 用分压代替物质的量运用“三段式”法进行计算,直接求出平衡时各气体的分压,如: 目 录 注意    对于恒温恒压体系,不可用压强代替物质的量进行计算,要按照模板1进行计算。 (3)模板3 对于反应前后气体分子数不变的反应,可用平衡时各气体的物质的量代替分压直接计 算分压平衡常数。例如,对于反应H2(g)+I2(g)  2HI(g),Kp= =  。 目 录 变式训练 变式　　计算模板——模板2　(2024河南TOP二十名校12月调研,17节选)甲酸 (HCOOH)常用于制造农药、皮革等。CO2催化加氢合成甲酸的过程涉及以下反应: ⅰ.CO2(g)+H2(g)  HCOOH(g)    ΔH1=-30 kJ·mol-1; ⅱ.CO2(g)+H2(g)  CO(g)+H2O(g)    ΔH2=+41 kJ·mol-1。 (4)某温度下,向恒容密闭容器中通入1 mol CO2和2 mol H2,起始压强为120 kPa,发生反 应ⅰ、ⅱ,经过10 min达到平衡,CO2的平衡转化率为60%,HCOOH的选择性为50%,则用 H2分压表示的平均反应速率为___kPa·min-1,反应ⅱ的压强平衡常数Kp为______(结果用 分数表示,用分压代替平衡浓度,分压=总压×物质的量分数)。 2.4 已知:HCOOH选择性= ×100%。 目 录 解析    (4)反应在恒温恒容条件下进行,题中给出了起始压强为120 kPa,反应物CO2和H2 分别为1 mol、2 mol,则起始时CO2、H2的分压分别为40 kPa、80 kPa。平衡时CO2的转 化率为60%,HCOOH的选择性为50%,结合pV=nRT,可得生成HCOOH的分压为40 kPa×6 0%×50%=12 kPa,则生成CO的分压也是12 kPa,则有: 　　　CO2(g)+H2(g)  HCOOH(g) 变　12 kPa　　12 kPa　　12 kPa 　　　CO2(g) + H2(g)  CO(g) + H2O(g) 变　12 kPa　　12 kPa　　12 kPa　　12 kPa 目 录 则平衡时CO2、H2、CO、H2O的分压分别为16 kPa、56 kPa、12 kPa、12 kPa,则用H2 的分压表示的平均反应速率为 =2.4 kPa·min-1。反应ⅱ的Kp= =  = 。 目 录 典题导入 题型3　反应速率常数的应用 典题展示 典例    (2024山东,15,4分)逆水气变换反应:CO2(g)+H2(g)  CO(g)+H2O(g)    ΔH>0。 一定压力下,按CO2、H2物质的量之比n(CO2)∶n(H2)=1∶1投料,T1、T2温度时反应物摩尔分 数随时间变化关系如图所示。已知该反应的速率方程为v=kc0.5(H2)c(CO2),T1、T2温度时 反应速率常数k分别为k1、k2。下列说法错误的是 ( )     CD     目 录 A.k1>k2 B.T1、T2温度下达平衡时反应速率的比值: <  C.温度不变,仅改变体系初始压力,反应物摩尔分数随时间的变化曲线不变 D.T2温度下,改变初始投料比例,可使平衡时各组分摩尔分数与T1温度时相同 目 录 方法链接 参考影响速率常数k的因素。根据“先拐先平,数值大”原则可知T1>T2,可得k1>k2。 目 录 解析　由题图可知,T1温度时先达到平衡状态,则T1温度时反应速率更快,故T1>T2、k1>k2, A正确;T1、T2温度下达平衡时反应速率的比值: = = ×  × ,该反应为吸热反应,升高温度平衡正向移动,则T1温度下达平衡时H2、CO2的 浓度小于T2温度下达平衡时H2、CO2的浓度,则 < ,B正确;温度不变,增大初始压 力,反应速率加快,达到平衡的时间缩短,C错误;该反应为气体分子数不变的反应,可用 摩尔分数代替浓度计算平衡常数,若平衡时各组分摩尔分数相同,则平衡常数相同,但温 度不同,平衡常数不同,D错误。 目 录 方法突破 一、了解必备知识 1.基元反应:大多数化学反应都是分几步完成的,其中的每一步反应称为基元反应。 2.基元反应的速率方程 基元反应如aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)的速率方程为v正=k正 ca (A)· cb(B),v逆=k逆 cc(C)· cd(D)(k正为正反应的速率常数,k逆为逆反应的速率常数,速率方程题中一般会给出,不需要 单独记忆;同时注意复杂反应的速率方程中浓度项的指数与物质化学式前的化学计量 数并无确定关系,反应速率与参与反应的物质的浓度的关系是实验测定的结果)。 目 录 3.反应速率常数与化学平衡常数的关系[变式] 一定温度下,对于基元反应aA(g)+bB(g)  cC(g)+dD(g),v正=k正·ca(A)·cb(B),v逆=k逆·cc(C)· cd(D),平衡时v正=v逆,则 = =K。 4.影响反应速率常数k的因素[典例] (1)反应速率常数k与反应物浓度无关,但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影 响。通常,反应速率常数k越大,反应进行得越快。 目 录 (2) 目 录 二、明确解题思路   目 录 变式训练 变式　　反应速率常数与化学平衡常数的关系　(2024山东济宁名校联盟12月月考,20 节选)(2)已知:反应C2H6(g)  C2H4(g)+H2(g)的速率方程为v正=k正p(C2H6),v逆=k逆p(C2H4)· p(H2),其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,p为各组分分压。 目 录 在实际生产中,t ℃时,向恒容密闭容器中通入C2H6(g)和N2(g)(作稀释剂,不参与反应),测 得容器总压(p总)和C2H6(g)转化率(α)随时间变化的结果如图所示。起始时n(C2H6)∶n(N2) =___;平衡时p(C2H4)=_______, =____。 45 15 kPa 1∶4 目 录 解析    (2)设起始通入C2H6(g)和N2(g)的分压分别为x、y,恒温恒容条件下发生反应,根据 题图可知平衡时C6H6(g)的转化率为75%,则转化的分压为0.75x,则有: 　　　　　　C2H6(g)  C2H4(g)+H2(g) 起始/kPa　　　　    x　　　　　0　　　　　0 变化/kPa　　　　　0.75x　　　　　0.75x　　　　　0.75x 平衡/kPa　　　　　0.25x　　　　　0.75x　　　　　0.75x 结合题图可知起始时总压为100 kPa,平衡时总压为115 kPa,则有x+y=100 kPa,1.75x+y= 115 kPa,解得x=20 kPa,y=80 kPa。恒温恒容条件下,压强之比等于物质的量之比,则起始 加入C2H6(g)与N2(g)的物质的量之比为1∶4。平衡时p(C2H4)=p(H2)=0.75×20 kPa=15 kPa,p(C2H6)=0.25×20 kPa=5 kPa。平衡时,v正=v逆,则 = = =45。 目 录 微专题　化工生产中多重平衡体系分析 典题导入 典题展示 典例    (2024江西,16节选)目前开采的天然气含有H2S,综合利用天然气制氢是实现“碳 中和”的重要途径。CH4和H2S重整制氢的主要反应如下: 反应Ⅰ:CH4(g)+2H2S(g)  CS2(g)+4H2(g)    ΔH1=+260 kJ/mol 目 录 反应Ⅱ:CH4(g)  C(s)+2H2(g)    ΔH2=+90 kJ/mol 反应Ⅲ:2H2S(g)  S2(g)+2H2(g)    ΔH3=+181 kJ/mol (4)假设在10 L的恒温刚性容器中,通入0.3 mol CH4和0.15 mol H2S发生反应Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ, 起始总压为p0,CH4和H2S的转化率与时间的关系如图所示,0~5 min内H2的化学反应速率 为________mol/(L·min);5 min时,容器内总压为_____________________。  p0 1.2×10-3 目 录 方法链接 参考多重平衡体系的常用计算方法——原子守恒法及“三段式”法。利用H原子守恒 结合5 min时CH4与H2S反应的物质的量,可计算出5 min时生成的H2的物质的量。 目 录 解析    (4)在10 L恒温刚性容器中充入0.3 mol CH4和0.15 mol H2S,根据题图可知,5 min 时H2S的转化率为20%,CH4的转化率为5%,可得0~5 min内消耗的n(CH4)=0.3 mol×5%= 0.015 mol,消耗的n(H2S)=0.15 mol×20%=0.03 mol。根据H原子守恒可得生成H2的物质 的量为0.015 mol×2+0.03 mol=0.06 mol,则0~5 min内H2的化学反应速率为 = 1.2×10-3 mol/(L·min)。设反应Ⅰ转化了x mol CH4(g),反应Ⅱ转化了y mol CH4(g),反应Ⅲ转 化了2z mol H2S(g),则 反应Ⅰ　　CH4(g)+2H2S(g)  CS2(g)+4H2(g) 变化/mol　　　　    x　　　　　2x　　　　    x　　　　　4x 目 录 反应Ⅱ　　CH4(g)  C(s)+2H2(g) 变化/mol　　　　    y　　　　　2y 反应Ⅲ　　2H2S(g)      　S2(g)+2H2(g) 变化/mol　　　　　2z　　　　    z　　　　　2z 可得5 min时n(CH4)=(0.3-x-y) mol,n(H2S)=(0.15-2x-2z) mol,n(CS2)=x mol,n(S2)=z mol, n(H2)=(4x+2y+2z) mol=0.06 mol,则(2x+y+z) mol=0.03 mol,此时容器内n(总)=(0.45+2x+y+z) mol=(0.45+0.03) mol=0.48 mol,恒温恒容时压强之比等于物质的量之比,则5 min时,容 器内总压为 = p0。 目 录 方法突破 1.多重平衡体系:在一个化学反应体系中,往往同时存在着多个可逆反应,同一种物质既 可能是某个反应的反应物,也可能是另一个反应的生成物。在一定条件下,这些反应都 可以达到平衡状态,这样的体系称为多重平衡体系。 2.多重平衡体系的类型 ①连续反应:指前一个反应的反应产物同时可以进一步反应而生成其他的产物,其主要 特征是先生成又被消耗。 ②竞争反应:指反应物能同时平行地进行两个或两个以上的不同反应,得到不同的产物。 目 录 3.多重平衡的思维建模 (1)连续反应思维模型: A  B  C ①若v1≫v2,则中间产物B的含量会快速上升,后缓慢下降。 ②若v1≪v2,则中间产物B的含量始终维持在较低水平。 ③某时刻中间产物B的浓度=第一步反应生成的B的浓度-第二步反应消耗的B的浓度。 (2)竞争反应思维模型: Ea为活化能。未达平衡时,若 > ,则主要产物为C;若 > , 则主要产物为B。 目 录 4.多重平衡中的产物调控 (1)未达平衡时,产物受各步反应反应速率的影响,通过改变温度和使用不同的催化剂改 变各步反应反应速率的相对大小,进而调控经过相同时间后的产物。 (2)达到平衡时:产物的平衡量受控于反应的限度。 ①对于连续反应,若A → B的限度更大,则主要产物是B;B→C的限度更大,则主要产物 是C。 ②对于竞争反应,若A → B的限度更大,则主要产物是B;A→C的限度更大,则主要产物 是C。 目 录 改变温度或压强能调控平衡的移动:①升高温度,平衡向吸热反应方向移动,降低温度, 平衡向放热反应方向移动;若同为吸热或放热反应,改变相同温度时,活化能大的反应, 反应速率改变幅度更大;②增大压强,平衡向气体分子数减小的方向移动;减小压强,平 衡向气体分子数增大的方向移动。 归纳总结     分析连续反应和竞争反应的过程,若反应未达到平衡,则应从反应速率角度分析;若反应 已达到平衡,则应从化学平衡即反应限度角度分析。对于大部分通原料气的流化床,应 从反应速率角度分析。 目 录 5.多重平衡体系的常用计算方法 (1)“三段式”法[典例、变式] 注意    各物质只有一个平衡浓度。 目 录 ①竞争型。计算过程示例如下: A(g) + B(g)  C(g) + D(g) 起始/mol　　　　　1　　　　　1　　　　　0　　　　　0 变化/mol　　　　    x　　　　    x　　　　    x　　　　    x A(g) + 2B(g)  E(g) + D(g) 起始/mol　　　　　1　　　　　1　　　　　0　　　　　0 变化/mol　　　　    y　　　　　2y　　　　    y　　　　    y 平衡时n(A)=(1-x-y) mol,n(B)=(1-x-2y) mol,n(C)=x mol,n(D)=(x+y) mol,n(E)=y mol。 目 录 ②连续型。对于连续反应,计算时可将第一个反应的“平衡量”看作第二个反应的 “起始量”,计算过程示例如下: A(g) + B(g)  C(g) + D (g) 起始/mol　　　　　1　　　　　1　　　　　0　　　　　0 变化/mol　　　　    x　　　　    x　　　　    x　　　　    x “平衡”/mol　　1-x　　　　　1-x　　　　    x　　　　    x A(g)　+　C(g)  E(g) + D(g) “起始”/mol　　 1-x　　　　    x　　　　　0　　　　    x 变化/mol　　   y　　　　     y　　　　     y　　　　    y 平衡/mol　　 1-x-y　　　　    x-y　　　　 y　　　　    x+y 平衡时n(A)=(1-x-y) mol,n(B)=(1-x) mol,n(C)=(x-y) mol,n(D)=(x+y) mol,n(E)=y mol。 归纳总结     当体系中存在三个及三个以上反应时,若某反应可以通过其他反应加减获得,则该反应不必列式计算。 目 录 (2)原子守恒法[典例] 当反应体系中存在三个及三个以上反应,或同时存在竞争反应和连续反应时,可采用原 子守恒法进行计算。 目 录 6.多重平衡体系图像的分析方法 多重平衡体系中,当外界因素(例如温度、压强等)变化时,不同平衡的移动所引起的同 一物理量的变化方向可能相反,此时可根据图像中该物理量的实际变化趋势,判断哪个 平衡的影响程度更大。例如,某体系中存在反应①和②,两者均生成A,升高温度时反应 ①平衡移动会导致c(A)减小,反应②平衡移动会导致c(A)增大。实际图像中,在某一温 度范围内c(A)随温度升高而增大,则该温度范围内反应②对于c(A)的影响程度大于反 应①。 目 录 变式训练 变式　　多重平衡体系的常用计算方法——“三段式”法　(2024湖南湘东十校10月 联考,18节选)二氧化碳是常见的温室气体,其回收利用是环保领域研究的热点课题。 其中二氧化碳催化加氢可制甲醇。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的反应如下: 反应ⅰ:H2(g)+CO2(g)  CO(g)+H2O(g)    ΔH1=+41 kJ/mol    K1 反应ⅱ:3H2(g)+CO2(g)  CH3OH(g)+H2O(g)    ΔH2=-49 kJ/mol    K2 反应ⅲ:CO(g)+2H2(g)  CH3OH(g)    ΔH    K (3)在恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2,发生反应ⅰ和ⅱ,测得平衡时CO2的转 化率、CO和CH3OH的选择性随温度的变化如图所示[选择性= ×100%]。 目 录   ①表示CO的选择性的曲线是__(填标号)。 ②250 ℃时,反应ⅰ的平衡常数为_______(保留2位有效数字)。 ③210~250 ℃过程中,CO2平衡转化率变化的原因是______________________________ 。 升高温度对反应ⅰ的影响大于反应ⅱ 0.001 5 c 目 录 解析    (3)①反应ⅰ为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,利于生成CO;反应ⅱ为放热反 应,升高温度,平衡逆向移动,不利于生成CH3OH,故随温度升高,CO的选择性增大,CH3 OH的选择性减小,且二者选择性之和为100%[这个结论非常关键],结合图像可知表示 CO的选择性的曲线是c。②由图像信息可知,在250 ℃时,CO2的平衡转化率为12%,其中 CO的选择性为25%,CH3OH的选择性为75%。由此可知,平衡时CO2的剩余量为0.88 mol,生成CO的物质的量为0.12 mol×25%=0.03 mol,生成CH3OH的物质的量为0.12 mol× 75%=0.09 mol,结合反应ⅰ、反应ⅱ可得: 目 录 反应ⅰ　　　 H2(g)+CO2  CO(g)+H2O(g) 变化量/mol　　　　　0.03　0.03　　0.03　　0.03 反应ⅱ　　　 3H2(g)+CO2(g)  CH3OH(g)+H2O(g) 变化量/mol　　　　　0.27　　0.09　　　0.09　　　0.09 可知平衡时n(H2)=(3-0.27-0.03) mol=2.7 mol,n(H2O)=(0.03+0.09) mol=0.12 mol。由于反 应ⅰ是气体分子数不变的反应,则K= = = ≈0.001 5。 ③反应ⅰ为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,CO2转化率增大;反应ⅱ为放热反应,升 高温度,平衡逆向移动,CO2转化率减小。在210~250 ℃条件下,两个反应同时发生,并且 CO2转化率随温度升高而增大,说明升高温度对反应ⅰ的影响大于反应ⅱ。 目 录 $