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第8讲化学反应速率与化学平衡-2-最新考纲核心素养1.了解化学反应速率的概念和定量表示方法。能正确计算化学反应的转化率(α)。2.了解反应活化能的概念,了解催化剂的重要作用。3.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。4.掌握化学平衡的特征。了解化学平衡常数(K)的含义,能利用化学平衡常数进行相关计算。5.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率和化学平衡的影响,能用相关理论解释其一般规律。6.了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。1.能以变化观念与平衡思想认识化学反应是有快慢和限度的,能多角度、动态地分析外因对化学反应速率和化学平衡状态的影响,并运用化学平衡移动原理解决实际问题。2.通过对化学反应速率和化学平衡的深刻讨论,建立平衡思想,并能广泛应用于一定条件下的可逆过程中,揭示平衡移动的本质与规律,培养证据推理意识以及科学探究与创新能力3.能针对具体反应选择合适的条件,能对与化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断。培养科学态度与社会责任的学科素养。-3-考点一考点二考点三外界条件对化学反应速率的影响真题示例(2017江苏化学,10)H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是()甲乙-4-考点一考点二考点三丙丁A.图甲表明,其他条件相同时,H2O2浓度越小,其分解速率越快B.图乙表明,其他条件相同时,溶液pH越小,H2O2分解速率越快C.图丙表明,少量Mn2+存在时,溶液碱性越强,H2O2分解速率越快D.图丙和图丁表明,碱性溶液中,Mn2+对H2O2分解速率的影响大答案解析解析关闭A项,从图甲看,其他条件相同时,起始时H2O2的浓度越小,对应曲线的斜率越小,则反应速率越慢,错误;B项,从图乙看,其他条件相同时,溶液中OH-的浓度越大,pH越大,对应曲线的斜率越大,则H2O2分解得越快,错误;C项,从图丙看,相同时间内,0.1mol·L-1NaOH溶液条件下,H2O2分解速率最快,0mol·L-1NaOH溶液的条件下,H2O2分解速率最慢,而1.0mol·L-1NaOH溶液的条件下,H2O2分解速率处于二者之间,错误。答案解析关闭D-5-考点一考点二考点三误区警示1.化学反应速率计算的常见错误(1)不注意容器的容积。(2)漏写单位或单位写错。(3)忽略有效数字。2.比较化学反应速率大小的注意事项(1)看单位是否统一,若不统一,要换算成相同单位。(2)比较不同时间段内的化学反应速率大小时,可先换算成用同一物质表示的反应速率,再比较数值的大小。(3)比较化学反应速率与化学计量数的比值。例如,对于一般反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),比较不同时间段内𝑣(A)𝑎与𝑣(B)𝑏的大小,若𝑣(A)𝑎𝑣(B)𝑏,则用A表示的反应速率比用B表示的大。要注意反应速率的单位要一致。-6-考点一考点二考点三考点突破1.化学反应速率的计算①浓度变化只适用于气体和溶液中的溶质,不适用于固体和纯液体。②化学反应速率是某段时间内的平均反应速率,而不是瞬时速率,且计算时取正值。③同一反应用不同的物质表示反应速率时,数值可能不同,但意义相同。同一化学反应中用不同物质表示的反应速率之比等于其化学计量数之比。(2)比值法:同一化学反应,各物质的反应速率之比等于方程式中各物质的化学计量数之比。如对于反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),存在(1)公式法:v(B)=Δ𝑐(B)Δ𝑡=Δ𝑛(B)𝑉Δ𝑡。关系:𝑣(A)𝑚=𝑣(B)𝑛=𝑣(C)𝑝=𝑣(D)𝑞。-7-考点一考点二考点三2.气体反应体系中充入惰性气体(或无关气体)时,对反应速率的影响(1)恒容:充入“惰性气体”总压强增大物质浓度不变(活化分子浓度不变)反应速率不变。(2)恒压:充入“惰性气体”体积增大物质浓度减小(活化分子浓度减小)反应速率减慢。-8-考点一考点二考点三3.外界条件对可逆反应的正、逆反应速率的影响方向是一致的,但影响程度不一定相同。(1)当增大反应物浓度时,v(正)瞬间增大,随后逐渐减小;v(逆)瞬间不变,随后逐渐增大;直至v(正)和v(逆)相等时达到平衡。(2)增大压强,气体分子数减小方向的反应速率变化程度大。(3)对于反应前后气体分子数不变的反应,改变压强可以同等程度地改变正、逆反应速率。(4)升高温度,v(正)和v(逆)都增大,但吸热反应方向的反应速率增大的程度大。(5)使用催化剂,能同等程度地改变正、逆反应速率。-9-考点一考点二考点三应考训练考向1化学反应速率的影响因素1.(2019石景山区高三统练)资料显示:自催化作用是指反应产物之一使该反应速率加快的作用。用稀硫酸酸化的KMnO4进行下列三组实验,一段时间后溶液均褪色(0.01mol·L-1可以记作0.01M)。-10-考点一考点二考点三实验①实验②实验③1mL0.01M的KMnO4溶液和1mL0.1M的H2C2O4溶液混合1mL0.01M的KMnO4溶液和1mL0.1M的H2C2O4溶液混合1mL0.01M的KMnO4溶液和1mL0.1M的H2C2O4溶液混合褪色比实验①褪色快比实验①褪色快-11-考点一考点二考点三下列说法不正确的是()A.实验①中发生氧化还原反应,H2C2O4是还原剂,产物MnSO4能起自催化作用B.实验②褪色比①快,是因为MnSO4的催化作用加快了反应速率C.实验③褪色比①快,是因为Cl-的催化作用加快了反应速率D.若用1mL0.2M的H2C2O4做实验①,推测比实验①褪色快答案解析解析关闭由分析可知,实验①中发生氧化还原反应,H2C2O4是还原剂,生成MnSO4能起自催化作用,故A正确;实验②加入了MnSO4固体后,褪色比①快,说明MnSO4的催化作用加快了反应速率,故B正确;实验③加入了稀盐酸之后,Cl-与KMnO4发生氧化还原反应,所以褪色比①快,Cl-是还原剂不是催化剂,故C错误;若用1mL0.2M的H2C2O4做实验①,还原剂H2C2O4的浓度增大,反应速率更快,可推测比实验①褪色快,故D正确。答案解析关闭C-12-考点一考点二考点三考向2化学反应速率的计算2.(2019安徽肥东高中高三调研)一定条件下,反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)ΔH=-akJ·mol-1在5L密闭容器中进行,10s时,水蒸气的物质的量增加了0.60mol。则下列说法不正确的是()A.10s内,NH3的平均反应速率为0.008mol·(L·s)-1B.该反应达到平衡时6v正(O2)=5v逆(H2O)C.10s内,反应放出的热量为0.1akJD.10s时,H2O的反应速率为0.012mol·(L·s)-1答案解析解析关闭10s时,水蒸气的物质的量增加了0.60mol,由此可知NH3的物质的量减少0.40mol,所以10s内NH3的平均反应速率为0.405×10mol·(L·s)-1=0.008mol·(L·s)-1,故A正确;该反应达到平衡时v正(O2)=v逆(O2),6v逆(O2)=5v逆(H2O),所以6v正(O2)=5v逆(H2O),故B正确;10s时,水蒸气的物质的量增加了0.60mol,所以10s内,反应放出的热量为0.1akJ,故C正确;10s时,水蒸气的物质的量增加了0.60mol,10s内水蒸气的平均反应速率为0.65×10mol·(L·s)-1=0.012mol·(L·s)-1,由于10s时水蒸气的浓度较小,此时H2O的反应速率小于10s内的平均反应速率0.012mol·(L·s)-1,故D不正确。答案解析关闭D-13-考点一考点二考点三考向3化学反应速率的图像分析3.(2019河北唐山一中高三冲刺)恒容条件下,1molSiHCl3发生如下反应:2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)。已知:v正=v消耗(SiHCl3)=k正x2(SiHCl3),v逆=2v消耗(SiH2Cl2)=k逆x(SiH2Cl2)x(SiCl4),k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数(仅与温度有关),x为物质的量分数。如图是不同温度下x(SiHCl3)随时间的变化。下列说法正确的是()-14-考点一考点二考点三A.该反应为放热反应,v正,av逆,bB.达到化学平衡状态时2v消耗(SiHCl3)=v消耗(SiCl4)D.T2K时平衡体系中再充入1molSiHCl3,平衡正向移动,x(SiH2Cl2)增大C.当反应进行到a点时,𝑣正𝑣逆=169答案C-15-考点一考点二考点三解析因两曲线对应的状态只是温度不同,由图像知达到平衡所需时间T2K小于T1K,温度越高反应速率越快,所以温度T2T1。又T2K下达到平衡时SiHCl3的物质的量分数比T1K平衡时小,说明升温时平衡向正反应方向移动,由此推知该反应为吸热反应,选项A错误;达到化学平衡状态时v消耗(SiHCl3)=2v消耗(SiCl4),选项B错误;2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)反应前后气体分子数不变,即反应开始至达平衡的过程中混合气体总物质的量始终为1mol,由图像知T2K下达到平衡时SiHCl3的物质的量分数为0.75,则此时SiH2Cl2和SiCl4的物质的量分数均为0.125,-16-考点一考点二考点三因为平衡时v正=v逆,v正=k正x2(SiHCl3)=0.752k正,v逆=k逆x(SiH2Cl2)x(SiCl4)=0.1252k逆,则0.752k正=0.1252k逆,𝑘正𝑘逆=0.12520.752=136,因k正和k逆只与温度有关,反应进行到a点时v正=k正x2(SiHCl3)=0.82k正,v逆=k逆x(SiH2Cl2)x(SiCl4)=0.12k逆,则𝑣正𝑣逆=𝑘正𝑘逆×0.820.12=136×0.820.12=169。选项C正确;恒容条件下再充入1molSiHCl3,相当于增大压强,而2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)反应前后气体体积不变,所以平衡不移动,x(SiH2Cl2)不变,选项D错误。-17-考点一考点二考点三考向4“控制变量”思想在探究影响化学反应速率因素中的应用4.铬是广泛存在于环境中的金属元素,在水体中主要以三价和六价铬的化合物为主,其中六价铬对人有害。通常含六价铬的酸性工业废水的处理流程为:为进一步研究初始pH和草酸的浓度对第②步反应速率的影响,某学习小组设计对比实验如下表:CrO42-Cr2O72-Cr3+Cr(OH)3↓实验编号初始pH废水样品的体积/mL草酸溶液的体积/mL蒸馏水的体积/mL甲4601030乙5x1030丙5y5z-18-考点一考点二考点三(1)实验设计表中z=;(2)实验甲中O~t1时间段反应速率v(Cr3+)=mol·(L·min)-1(用含字母的代数式表示)。(3)常温下,第③步反应生成的Cr(OH)3在溶液中存在以下平衡:Cr(OH)3(s)Cr3+(aq)+3OH-(aq),其溶度积Ksp[Cr(OH)3]=1×10-32,要使反应后溶液中c(Cr3+)不高于10-5mol·L-1,溶液的pH应调至。-19-考点一考点二考点三答案(1)35(2)2(𝑐0-𝑐1)𝑡1(3)5(或≥5)解析(1)根据控制变量法的原理可知,要保证废水样品相同、混合后溶液总体积相同,即x=60,y=60,z=35;(2)实验甲中O~t1时间段反应速率v(Cr3+)=2v(Cr2O72-)=2×𝑐0-𝑐1𝑡1mol·(L·min)-1。(3)常温下,第③步生成的Cr(OH)3在溶液中存在以下平衡:Cr(OH)3(s)Cr3+(aq)+3OH-(aq),溶度积Ksp[Cr(OH)3]=1×10-32,要使反应后溶液中c(Cr3+)不高于10-5mol·L-1,则c3(OH-)≥1×10-3210-5,即c(OH-)≥10-9mol·L-1,所以溶液的pH应调至5(或≥5)。-20-考点一考点二考点三化学平衡及其影响因素化学平衡常