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九化学反应速率化学平衡1.化学反应速率和化学平衡部分,与旧大纲相比增加了“了解催化剂的重要作用”等要求,主要是更加强调这部分知识在生产、生活和科学研究领域的重要作用。化学反应速率一直是高考考查的热点内容,考生在复习时一是要注意对基础知识的理解,二是要注意在做题时总结解题的基本规律,同时也要提高利用这些原理分析并解决生产、生活和科学研究领域中具体问题的能力。2.化学平衡是重要的化学基本理论,是中学化学的重点和难点,也是考查考生能力的重要载体,是高考历久不衰的热点。化学平衡是包含溶解平衡、电离平衡、水解平衡等的一个平衡理论体系,而化学平衡则是这一体系的核心,是分析其他平衡移动的基础。高考对于化学平衡理论的考查主要侧重于平衡的判断,外界条件对平衡移动的影响以及平衡移动对物质浓度、转化率的影响等。考生在备考时要加强对此部分知识的练习,熟练应用平衡移动原理来分析问题,以不变应万变。3.化学平衡常数的概念与计算,平衡转化率的计算与比较是高考命题的热点,试题的综合性强、能力要求高,近几年高考化学试题中均涉及有关平衡常数的计算和应用,预计在2020年高考中还会有这种题型。考生在备考时要掌握化学平衡常数、平衡转化率的计算方法与步骤,熟练运用“三段式”解题。1.反应速率计算的三种常用方法(2)比例关系法:化学反应速率之比等于化学计量数之比,如mA(g)+nB(g)===pC(g)中,v(A)∶v(B)∶v(C)=m∶n∶p。(1)定义式法:v(B)=Δ𝑐(B)Δ𝑡=Δ𝑛(B)𝑉·Δ𝑡。(3)三段式法列起始量、转化量、最终量,再根据定义式或比例关系计算。对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),起始时A的浓度为amol·L-1,B的浓度为bmol·L-1,反应进行至t1s时,A消耗了xmol·L-1,则化学反应速率可计算如下:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)起始(mol·L-1)ab00转化(mol·L-1)x𝑛𝑥𝑚𝑝𝑥𝑚𝑞𝑥𝑚𝑡1s时(mol·L-1)a-xb-𝑛𝑥𝑚𝑝𝑥𝑚𝑞𝑥𝑚则:v(A)=𝑥𝑡1mol·L-1·s-1,v(B)=𝑛𝑥𝑚𝑡1mol·L-1·s-1,v(C)=𝑝𝑥𝑚𝑡1mol·L-1·s-1,v(D)=𝑞𝑥𝑚𝑡1mol·L-1·s-1。2.影响化学反应速率的因素3.利用“断点”突破化学反应速率图像(v-t图)(1)速率-时间图像“断点”分析当可逆反应达到一种平衡后,若某一时刻外界条件发生改变,都可能使速率-时间图像的曲线出现不连续的情况,即出现“断点”。根据“断点”前后的速率大小,即可对外界条件的变化情况作出判断。如图,t1时刻改变的条件可能是使用了催化剂或增大压强(仅适用于反应前后气体物质的量不变的反应)。(2)常见含“断点”的速率变化图像分析图像t1时刻所改变的条件温度升高降低升高降低适合正反应为放热的反应适合正反应为吸热的反应压强增大减小增大减小适合正反应为气体物质的量增大的反应适合正反应为气体物质的量减小的反应4.解答化学平衡移动问题的一般思路5.化学平衡常数与转化率的计算“三段式”法是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。(1)明确三个量——起始量、变化量、平衡量①反应物的平衡量=起始量-变化量。②生成物的平衡量=起始量+变化量。③各物质变化浓度之比等于它们在化学方程式中的化学计量数之比。N2+3H22NH3起始量130变化量abc平衡量1-a3-bc(2)掌握三个百分数①转化率=𝑛(转化)𝑛(起始)×100%=𝑐(转化)𝑐(起始)×100%。②生成物的产率:实际产量占理论产量的百分数。一般来说,转化率越高,原料利用率越高,产率越高。产率=产物实际产量理论产量×100%。③混合物中某组分的百分含量=平衡量平衡总量×100%。(3)谨记答题模板反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量(mol)分别为a、b,达到平衡后,A的消耗量为mxmol,容器容积为VL。mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)起始/molab00变化/molmxnxpxqx平衡/mola-mxb-nxpxqx对于反应物:n(平)=n(始)-n(变)对于生成物:n(平)=n(始)+n(变)则有:①平衡常数:K=𝑝𝑥𝑉𝑝·𝑞𝑥𝑉𝑞𝑎-𝑚𝑥𝑉𝑚·𝑏-𝑛𝑥𝑉𝑛;②A的平衡浓度:c(A)平=𝑎-𝑚𝑥𝑉mol·L-1;③A的转化率:α(A)平=𝑚𝑥𝑎×100%;④A的体积分数:φ(A)=𝑎-𝑚𝑥𝑎+𝑏+(𝑝+𝑞-𝑚-𝑛)𝑥×100%;⑤平衡时与起始时压强之比:𝑝平𝑝始=𝑎+𝑏+(𝑝+𝑞-𝑚-𝑛)𝑥𝑎+𝑏;⑥混合气体的平均密度:ρ混=𝑎·𝑀(A)+𝑏·𝑀(B)𝑉g·L-1;⑦平衡时混合气体的平均摩尔质量:𝑀=𝑎·𝑀(A)+𝑏·𝑀(B)𝑎+𝑏+(𝑝+𝑞-𝑚-𝑛)𝑥g·mol-1。6.化学反应方向的判据【典例】(2018·全国2,27)CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题:(1)CH4-CO2催化重整反应为CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)。已知:该催化重整反应的ΔH=kJ·mol-1,有利于提高CH4平衡转化率的条件是(填标号)。A.高温低压B.低温高压C.高温高压D.低温低压某温度下,在体积为2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,其平衡常数为。C(s)+2H2(g)CH4(g)ΔH=-75kJ·mol-1C(s)+O2(g)CO2(g)ΔH=-394kJ·mol-1C(s)+12O2(g)CO(g)ΔH=-111kJ·mol-1(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少,相关数据如下表:积碳反应CH4(g)C(s)+2H2(g)消碳反应CO2(g)+C(s)2CO(g)ΔH/(kJ·mol-1)75172活化能(kJ·mol-1)催化剂X3391催化剂Y4372①由上表判断,催化剂XY(填“优于”或“劣于”),理由是。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示,升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是(填标号)。A.K积、K消均增加B.v积减小、v消增加C.K积减小、K消增加D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大②在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如下图所示,则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为。【解析】(1)已知:①C(s)+2H2(g)CH4(g)ΔH=-75kJ·mol-1②C(s)+O2(g)CO2(g)ΔH=-394kJ·mol-1③C(s)+12O2(g)CO(g)ΔH=-111kJ·mol-1根据盖斯定律可知③×2-②-①,即得到该催化重整反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的ΔH=+247kJ·mol-1。正反应是气体体积增大的吸热反应,所以有利于提高CH4平衡转化率的条件是高温低压。某温度下,在体积为2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率为50%,列三段式可知:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)起始浓度(mol·L-1)10.500转化浓度(mol·L-1)0.250.250.50.5平衡浓度(mol·L-1)0.750.250.50.5所以该反应的平衡常数为0.52×0.520.75×0.25=13。(2)①根据表中数据可知相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能相对小,消碳反应速率大,所以催化剂X劣于Y。积碳反应、消碳反应均是吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,因此K积、K消均增加,A正确,C错误;升高温度,反应速率均增大,B错误;积碳量达到最大值以后再升高温度,积碳量降低,这说明v消增加的倍数比v积增加的倍数大,D正确。②根据反应速率方程式可知在p(CH4)一定时,生成速率随p(CO2)的升高而降低,所以pc(CO2)pb(CO2)pa(CO2)。【答案】(1)+247A(2)①劣于相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能相对小,消碳反应速率大AD②pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)【规律总结】化学平衡图像题的解题流程一看面(纵、横坐标的意义)二看线(线的走向和变化趋势)三看点(起点、拐点、终点)四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线)五看量的变化(如浓度变化、温度变化)联想平衡移动原理,分析条件对反应速率、化学平衡移动的影响利用原理,结合图像,分析图像中所代表反应速率变化或化学平衡的线,作出判断13