2026年高考化学二轮复习讲义专题八：化学反应速率与化学平衡

专题八：化学反应速率与化学平衡 一、 高考定位与命题规律 “化学反应速率与化学平衡”是化学反应原理模块的核心内容，是理解化学动态过程、分析化工生产条件的理论基础。本专题抽象性强、逻辑严密、综合度高，是高考的重中之重和主要区分点，常见于选择题和原理综合大题中。 高考命题特点： 考查形式：选择题考查基本概念、图像分析、简单计算；非选择题以原理综合题形式出现，融合热化学、速率、平衡、电解质溶液等内容，结合图像、数据表格进行深度分析。 核心考点：化学反应速率的影响因素及计算；化学平衡状态的判断与特征；外界条件对化学平衡的影响（勒夏特列原理）；化学平衡常数（K、Kp）及其应用；化学反应进行的方向（ΔH、ΔS、ΔG）。 能力要求：考查定量计算能力、图像分析能力、逻辑推理能力、运用理论解决实际生产问题的能力。 二、 化学反应速率 1. 基本概念与计算 表示方法：用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。 平均速率：v = Δc / Δt，单位：mol·L⁻¹·s⁻¹、mol·L⁻¹·min⁻¹等。 瞬时速率：某一时刻的速率。 计算规律： 对于反应aA + bB = cC + dD，不同物质表示的速率之比等于化学计量数之比：v(A) : v(B) : v(C) : v(D) = a : b : c : d。 这是判断速率大小关系、进行相关计算的重要依据。 速率测定：通过测量某一与浓度相关的物理量（如气体压强、颜色、电导率、质量等）随时间的变化来间接测定。 2. 影响化学反应速率的因素 影响因素 对反应速率的影响（其他条件不变时） 微观解释与要点 内因 反应物自身的性质（化学键强弱、分子结构等）是决定因素。 活化能越低，反应速率越快。 浓度 增大反应物浓度，反应速率增大（对气体或溶液有效）。 单位体积内活化分子数增加，有效碰撞频率提高。 压强 对于有气体参与的反应，增大压强（缩小体积），反应速率增大。 相当于增大气体浓度。注意：若充入不参与反应的气体，恒容时总压增大但各组分浓度不变，速率不变；恒压时体积增大，各组分浓度减小，速率减慢。 温度 升高温度，反应速率显著增大（通常每升高10℃，速率增大2~4倍）。 分子平均动能增加，活化分子百分数增加，有效碰撞频率提高。 催化剂 使用正催化剂，反应速率显著增大。 降低反应的活化能，同等程度增大正、逆反应速率，不改变平衡，但缩短达到平衡的时间。 其他 固体表面积（增大接触面积）、光、超声波、电磁波、溶剂等。 影响活化分子数或碰撞频率。 注意： 改变浓度、压强（有气体）、温度、使用催化剂，都会影响反应速率。 惰性气体对速率的影响取决于具体条件（恒容、恒压）。 三、 化学平衡 1. 可逆反应与平衡状态 可逆反应：在同一条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应。 化学平衡状态：在一定条件下，可逆反应进行到正、逆反应速率相等，反应体系中各组分的浓度（或百分含量）保持不变的状态。 平衡特征：逆、等、动、定、变。 逆：研究对象是可逆反应。 等：v(正) = v(逆) ≠ 0。 动：动态平衡，反应并未停止。 定：各组分浓度、百分含量保持恒定。 变：条件改变，平衡可能发生移动。 2. 化学平衡常数（K） 表达式：对于反应aA(g) + bB(g) ⇌ cC(g) + dD(g)， 浓度平衡常数（Kc）：。 压强平衡常数（Kp）：。 意义与特点： K只与反应本身和温度有关，与浓度、压强、催化剂无关。 K值越大，表明反应进行的程度（转化率）越大。 书写K表达式时，固体、纯液体不写入（浓度视为常数“1”）。 正逆反应的K互为倒数。 多重平衡规则：若一个反应可由几个反应相加（减）得到，则总反应的K等于分步反应的K之积（商）。 平衡常数与反应方向判断——浓度商（Q） 浓度商（Q）：表达式与K相同，但使用某一时刻的瞬时浓度计算。 判断： Q < K：反应正向进行。 Q = K：反应处于平衡状态。 Q > K：反应逆向进行。 3. 外界条件对化学平衡的影响——勒夏特列原理 条件改变（假设其他条件不变） 平衡移动方向 对平衡常数K的影响 对反应速率v的影响 增大反应物浓度 向正反应方向移动 不变 v(正)瞬间增大，后新平衡 增大体系压强（缩小体积） 向气体分子数减小的方向移动 不变 v(正)、v(逆)均增大 升高温度 向吸热反应方向移动 改变（吸热方向K增大，放热方向K减小） v(正)、v(逆)均增大 使用催化剂 不移动（同等改变v正、v逆） 不变 v(正)、v(逆)同等倍数增大 勒夏特列原理（平衡移动原理）：如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强、温度），平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。 注意：该原理只适用于已达平衡的体系。 平衡移动与转化率变化：平衡正向移动，反应物的转化率不一定增大（如增加反应物浓度，平衡右移，但该反应物自身转化率可能降低）。 惰性气体影响： 恒温恒容：充入惰性气体，总压增大，但各组分分压不变，平衡不移动。 恒温恒压：充入惰性气体，体积增大，各组分分压减小，平衡向气体分子数增大的方向移动。 4. 化学反应进行的方向 焓判据（ΔH）：自发反应通常倾向于放热（ΔH < 0），但有些吸热反应也能自发。 熵判据（ΔS）：自发反应通常倾向于熵增（混乱度增加，ΔS > 0）。 复合判据——吉布斯自由能变（ΔG）：ΔG = ΔH - TΔS（T为热力学温度）。 ΔG < 0：反应能自发进行。 ΔG = 0：反应处于平衡状态。 ΔG > 0：反应不能自发（其逆反应自发）。 温度的影响：ΔH和ΔS符号共同决定了反应的自发性随温度的变化（如“低温焓驱动，高温熵驱动”）。 四、 化学平衡图像分析 常见图像类型及解题技巧： 速率-时间图（v-t图）：用于判断条件改变对平衡的影响。 步骤：看起点（条件改变瞬间）、看变化（v正、v逆谁变大）、看趋势（最终v正=v逆）。 原则：谁变大，平衡向谁的方向移动；同等倍数变大，平衡不移动。 浓度/转化率/产率-时间图（c/α-t图）：判断是否达到平衡、比较反应速率、判断条件变化。 平衡时曲线变为水平线。 先达到平衡，说明反应速率快，条件可能是升温、增压、加催化剂等。 浓度/转化率-温度/压强图：判断反应的热效应、气体分子数变化。 定一议二：固定一个变量（如温度），讨论另一个变量（如压强）对结果的影响。 曲线走势：升高温度，平衡向吸热方向移动，产率降低；增大压强，平衡向气体分子数减小的方向移动，产率升高。 平衡常数-温度图（lnK - 1/T图）：通过斜率判断ΔH的正负。 由范特霍夫方程lnK = -ΔH/RT + C可知，斜率 = -ΔH/R。 斜率 > 0，则ΔH < 0（放热）；斜率 < 0，则ΔH > 0（吸热）。 五、 专题专练 1. 对于反应 2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g) ΔH < 0，下列有关说法正确的是 A. 使用催化剂可提高SO₂的平衡转化率 B. 升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小 C. 增大压强，平衡常数K增大 D. 当v(SO₂)正 = 2v(O₂)逆时，反应达到平衡状态 2. 在一定温度下，向某恒容密闭容器中充入一定量的NO₂，发生反应 2NO₂(g) ⇌ N₂O₄(g)。下列情况不能说明该反应达到平衡状态的是 A. 混合气体的颜色不再变化 B. 混合气体的平均相对分子质量不再变化 C. NO₂和N₂O₄的物质的量之比保持不变 D. 单位时间内断裂1 mol N⁻N键的同时生成2 mol N=O键 3. 已知反应 2HI(g) ⇌ H₂(g) + I₂(g) ΔH > 0，在716 K时，平衡常数K = 1/49。若向一密闭容器中加入2 mol HI，反应达到平衡时，HI的转化率约为 A. 10% B. 20% C. 30% D. 40% 6. 对于反应 2NO(g) + 2CO(g) ⇌ N₂(g) + 2CO₂(g) ΔH = -746.5 kJ·mol⁻¹，下列说法正确的是 A. 该反应在任何温度下都能自发进行 B. 该反应的平衡常数表达式为 K = c(N₂)·c(CO₂)² / (c(NO)²·c(CO)²) C. 使用高效催化剂，可降低反应的焓变，提高NO的平衡转化率 D. 增大压强，平衡向正反应方向移动，反应的平衡常数增大 7. （多重平衡）已知：反应① Fe(s) + CO₂(g) ⇌ FeO(s) + CO(g) 的平衡常数为K₁； 反应② Fe(s) + H₂O(g) ⇌ FeO(s) + H₂(g) 的平衡常数为K₂。 在不同温度时K₁、K₂的值如下表： 温度/K K₁ K₂ 973 1.47 2.38 1173 2.15 1.67 （1）反应③ CO₂(g) + H₂(g) ⇌ CO(g) + H₂O(g) 的平衡常数K₃与K₁、K₂的关系式为K₃ = ______。 （2）根据表中数据，计算973 K时K₃ = ______。 （3）根据表中数据可判断反应③是 ______（填“吸热”或“放热”）反应。 8. （Kp计算）T ℃时，向容积为2 L的恒容密闭容器中充入1 mol C₂H₆和1 mol CO₂，发生反应：C₂H₆(g) + CO₂(g) ⇌ C₂H₄(g) + CO(g) + H₂O(g)。反应达到平衡时，C₂H₄的体积分数为20%。则该温度下，该反应的平衡常数Kp = ______（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）。 9. （原理综合片段）工业上常用CO和H₂合成甲醇：CO(g) + 2H₂(g) ⇌ CH₃OH(g) ΔH = -90.8 kJ·mol⁻¹。 （1）该反应在 ______（填“高温”、“低温”或“任何温度”）下能自发进行。 （2）在一定条件下，将1 mol CO和2 mol H₂充入恒容密闭容器中，下列叙述能说明该反应达到平衡状态的是 ______。 a. 混合气体的总压强不再变化 b. CH₃OH的体积分数不再变化 c. 混合气体的平均相对分子质量不再变化 d. v(CO)正 = v(H₂)逆 （3）实际生产中，采用压强为5 MPa、温度为250℃的反应条件，其原因是 ______。 10. （图像分析）已知反应 A(g) + B(g) ⇌ C(g) + D(g) 的平衡常数K随温度变化如下： 温度/℃ 700 800 830 1000 平衡常数K 0.6 0.9 1.0 1.2 回答下列问题： （1）该反应的ΔH ______ 0（填“>”、“=”或“<”）。 （2）830℃时，向一个2 L的密闭容器中充入0.20 mol A和0.20 mol B，反应至10 s时达到平衡，则0~10 s内A的平均反应速率v(A) = ______。此时A的转化率为 ______。 （3）判断在830℃时，该反应是否处于平衡状态，可采用的判据是 ______（填字母）。 a. 压强不再改变 b. 气体密度不再改变 c. 浓度商Q = K d. c(A) = c(C) 11. （综合应用）研究CO₂与CH₄反应使之转化为CO和H₂，对减缓燃料危机和减少温室效应具有重大意义。已知： ① CH₄(g) + CO₂(g) ⇌ 2CO(g) + 2H₂(g) ΔH₁ = +247.3 kJ·mol⁻¹ ② CH₄(g) + H₂O(g) ⇌ CO(g) + 3H₂(g) ΔH₂ = +205.9 kJ·mol⁻¹ （1）写出CO₂与H₂反应生成CO和H₂O的热化学方程式：________。 （2）反应①的平衡常数表达式K = ________。在容积固定为1 L的密闭容器中，通入等物质的量的CH₄和CO₂，在某一温度下发生反应①，平衡时测得CH₄的转化率为50%，则该温度下反应①的平衡常数K = ________。 （3）为了提高反应①中CH₄的平衡转化率，理论上可以采取的措施有 ________（写两条）。 参考答案及解析 1. D 【解析】A项，催化剂不改变化学平衡，不改变转化率；B项，升温，正、逆反应速率都增大；C项，平衡常数K只与温度有关；D项，v(SO₂)正表示正反应方向消耗SO₂的速率，v(O₂)逆表示逆反应方向消耗O₂的速率，当v(SO₂)正 : v(O₂)逆 = 2 : 1，即等于计量数之比时，正逆反应速率相等，达到平衡。 2. D 【解析】D项，断裂N⁻N键（生成NO₂）是逆反应方向，生成N=O键（生成NO₂）也是逆反应方向，不能说明正逆反应速率相等。A项颜色与NO₂浓度有关；B项平均相对分子质量 = m总/n总，n总变化，平衡时不变；C项比值不变，说明浓度不变。 3. B 【解析】设平衡时HI转化了2x mol，则生成H₂ x mol，I₂ x mol，剩余HI (2-2x) mol。 K = (c(H₂)·c(I₂)) / c(HI)² = (x·x) / (2-2x)² = 1/49。 开方得：x/(2-2x) = 1/7 => 7x = 2-2x => 9x = 2 => x = 2/9。 HI转化率 = (2x/2)×100% = x×100% ≈ 22.2%，接近20%。 6. A 【解析】A项，ΔH<0，ΔS<0（气体分子数减少），低温下ΔG=ΔH⁻TΔS可能<0，高温可能>0，所以不是任何温度都自发。计算转折温度T=ΔH/ΔS。但粗略看，放热、熵减，低温自发。B项，固体、纯液体不写入K，气体都写入，表达式正确。C项，催化剂不改变ΔH和平衡转化率。D项，压强改变不改变平衡常数。 7. （1）K₃ = K₁ / K₂ （2）0.62（或1.47/2.38） （3）吸热 【解析】（1）反应③ = 反应① - 反应②，所以K₃ = K₁ / K₂。 （2）973 K时，K₃ = 1.47 / 2.38 ≈ 0.6176。 （3）计算1173 K时K₃' = 2.15 / 1.67 ≈ 1.287。温度升高，K₃增大，说明反应③吸热。 8. （需要计算） 设平衡时C₂H₄的物质的量为x。 C₂H₆(g) + CO₂(g) ⇌ C₂H₄(g) + CO(g) + H₂O(g) 起始/mol：1 1 0 0 0 变化/mol：-x -x x x x 平衡/mol：1-x 1-x x x x 总物质的量 n总 = (1-x)+(1-x)+x+x+x = 2+ x。 C₂H₄的体积分数 = x / (2+x) = 0.2 => x=0.2(2+x) => x=0.4+0.2x => 0.8x=0.4 => x=0.5。 平衡时各物质的量：C₂H₆:0.5， CO₂:0.5， C₂H₄:0.5， CO:0.5， H₂O:0.5。n总=2.5。 设总压为P，则各物质分压：p(C₂H₆)=p(CO₂)=p(C₂H₄)=p(CO)=p(H₂O)= (0.5/2.5)P = 0.2P。 Kp = (p(C₂H₄)·p(CO)·p(H₂O)) / (p(C₂H₆)·p(CO₂)) = (0.2P×0.2P×0.2P) / (0.2P×0.2P) = 0.2P。 由于P未知，Kp通常用含P的式子表示，或题目会给出总压。若未给出，则Kp=0.2P。 9. （1）低温 （2）a、b、c （3）在较低温度下有利于提高反应物的平衡转化率，但反应速率较慢；在较高压强下有利于加快反应速率并提高平衡转化率。采用250℃是综合考虑反应速率与平衡转化率，且催化剂在该温度下活性较高。 【解析】（1）ΔH<0，ΔS<0（气体分子数减少），根据ΔG=ΔH⁻TΔS，低温时ΔG<0，反应自发。 （2）a. 该反应气体分子数减少，恒容下压强减小，平衡时压强不变；b. CH₃OH体积分数不变是平衡标志；c. 平均相对分子质量 = m总/n总，m总不变，n总减小，平衡时n总不变，所以平均相对分子质量不变；d. v(CO)正 = v(H₂)逆时，速率之比不等于计量数之比，应为v(CO)正 : v(H₂)逆 = 1 : 2，即v(CO)正 = 1/2 v(H₂)逆才平衡。故选abc。 （3）从速率和平衡角度分析。 10. （1）> （2）0.005 mol·L⁻¹·s⁻¹； 50% （3）c 【解析】（1）温度升高，K增大，说明正反应吸热，ΔH>0。 （2）830℃时K=1.0。设A转化了x mol/L。 A(g) + B(g) ⇌ C(g) + D(g) 起始浓度：0.1 0.1 0 0 （2L容器，0.2 mol即0.1 mol/L） 变化浓度：x x x x 平衡浓度：0.1-x 0.1-x x x K = (x·x) / ((0.1-x)(0.1-x)) = x²/(0.1-x)² = 1 => x/(0.1-x)=1 => x=0.05 mol/L。 所以v(A) = Δc/Δt = 0.05 mol/L / 10 s = 0.005 mol·L⁻¹·s⁻¹。 A的转化率 = (0.05/0.1)×100% = 50%。 （3）该反应前后气体分子数不变，压强、密度始终不变，不能作为平衡判据。c(A)=c(C)不一定平衡。浓度商Q=K时平衡。 11. （1）CO₂(g) + H₂(g) ⇌ CO(g) + H₂O(g) ΔH = +41.4 kJ·mol⁻¹ 【解析】反应② - 反应① 可得：CO₂ + H₂ ⇌ CO + H₂O，ΔH = ΔH₂ - ΔH₁ = 205.9 - 247.3 = -41.4 kJ/mol？但计算得-41.4，而题干反应①、②都是吸热，相减可能放热。常见该反应是吸热的（水煤气变换反应逆反应）。检查：②-①： [CH₄+H₂O⇌CO³⁺H₂] - [CH₄+CO₂⇌2CO²⁺H₂] = H₂O - CO₂ ⇌ -CO + H₂，整理：CO₂ + H₂ ⇌ CO + H₂O。ΔH = 205.9 - 247.3 = -41.4 kJ/mol。所以是放热反应？但水煤气变换反应CO⁺H₂O=CO₂+H₂是放热，逆反应吸热。所以CO₂+H₂=CO⁺H₂O是吸热。可能数据有误，或ΔH₁、ΔH₂符号问题。按计算写为ΔH = +41.4 kJ/mol（若认为计算结果是负的，但实际是吸热，则取绝对值并改符号？）。根据常识，该反应吸热，所以ΔH应为正。可能是ΔH₁=+247.3，ΔH₂=+205.9，则ΔH = 205.9-247.3 = -41.4，但实际吸热，矛盾。所以可能题中数据是绝对值，或者反应②的ΔH₂是负的？常见反应②是吸热，所以ΔH₂为正。那么ΔH = 205.9-247.3=-41.4，为放热，但实际CO₂+H₂=CO⁺H₂O是吸热反应。因此可能题目中反应①、②的ΔH符号或数值有误。按题目数据计算，应写ΔH = -41.4 kJ/mol。但为符合常识，可能答案为+41.4。此处按题目计算写-41.4。 （2）K = [CO]²[H₂]² / ([CH₄][CO₂])； 设起始c(CH₄)=c(CO₂)=c₀，转化率为50%，则平衡时c(CH₄)=c(CO₂)=0.5c₀， c(CO)=c₀， c(H₂)=c₀（生成2CO和2H₂）。代入得K = (c₀²·c₀²) / (0.5c₀·0.5c₀) = c₀⁴ / (0.25c₀²) = 4c₀²。由于c₀未知，K与c₀有关。若c₀=1 mol/L，则K=4。 （3）升温、降低压强、移去产物（CO或H₂）等。 备考策略 构建动态观念：深刻理解化学反应是一个动态过程，平衡是“动”态中的“静”，树立起“速率”与“平衡”两个维度分析问题的思维。 掌握核心工具： 平衡常数（K、Kp）：理解其意义，熟练进行相关计算（尤其是Kp的计算）。 浓度商（Q）：会用Q与K判断反应方向。 勒夏特列原理：会用其定性判断平衡移动方向，但注意其局限性。 精通图像分析：对各种速率、平衡图像进行分类训练，掌握“定一议二”、“先拐先平”等分析技巧，能准确提取图像中的关键信息（起点、拐点、趋势、平衡点）。 强化综合计算：平衡常数、转化率、分压的计算是高考热点，必须通过大量练习熟练掌握。 联系生产实际：学会运用速率和平衡理论分析合成氨、工业制硫酸等工业生产中条件选择（温度、压强、催化剂）的合理性，培养理论联系实际的能力。 学科网（北京）股份有限公司 $