探析“化学反应速率与化学平衡”

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  化学反应速率与化学平衡一直是高考的重点与热点,在高考试卷中具有很好的稳定性,通过分析高考试题,可以很好地把握高考的考点和命题方向,在复习过程中能够做到有的放矢.
  一、化学反应速率
  例1(2009年山东)2SO2(g)+O2(g)
  V2O5△
  2SO3(g)是制备硫酸的重要反应.下列叙述正确的是( )
  (A) 催化剂V2O5不改变该反应的逆反应速率
  (B) 增大反应体系的压强,反应速度一定增大
  (C) 该反应是放热反应,降低温度将缩短反应达到平衡的时间
  (D) 在t1、t2时刻,SO3(g)的浓度分别是c1、c2,则时间间隔t1~t2内,SO3(g)生成的平均速率为v=
  c2-c1t2-t1.
  解析:催化剂可同等程度改变正逆反应的速率,(A)错.如果是通入无关气体增大了体系压强,各物质浓度未变,反应速率不变,(B)错;降温,反应速率减慢,达到平衡的时间增多,(C)错.答案为(D).
  解题策略:计算反应速率主要是利用公式v=
  .若需再求其它物质表示的反应速率,则根据“不同物质表示的反应速率之比等于相应物质的化学计量数之比”这一关系即可得到.在判断化学反应速率的变化时,则需要理解几个外界因素的影响情况进行,注意不能将其与平衡移动相混淆.
  命题方向:(1)计算与影响因素结合考查;(2)判断反应进行的快慢;(3)根据影响反应速率的时间变化曲线图象,提出合理的解释或定量计算,或者是与数学、物理学科间的综合等.
  二、化学平衡状态
  例2(2009年上海,有删减)铁和铝是两种重要的金属,它们的单质及化合物有着各自的性质.
  (1)在一定温度下,氧化铁可以与一氧化碳发生下列反应:
  Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)
  ②该温度下,在2 L盛有Fe2O3粉末的密闭容器中通入CO气体,10 min后,生成了单质铁11.2 g,则10 min内CO的平均反应速率为 .
  (2)请用上述反应中某种气体的有关物理量来说明该反应已达到平衡状态:
  解析:(1)
  (2)化学平衡的根本特征是 正= 逆,其表现为反应物和生成物的浓度、质量、百分含量不随时间变化,注意不能考虑固态或纯液态的物质.前后体积变化的可逆反应还可通过压强来判断是否平衡,若反应中含有色气体,还可通过气体的颜色变化来判断.
  答案:(1)②0.015mol·L-1·min-1
  (2)①CO或(CO2)的生成速率与消耗速率相等;②CO(或CO2)的质量不再改变.
  例3(2009年广东省)取5等份NO2 ,分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生反应:
  2NO2(g)N2O4(g),ΔH<0
  反应相同时间后,分别测定体系中NO2的百分量(NO2%),并作出其随反应温度(T)变化的关系图.下列示意图1中,可能与实验结果相符的是( )
  解析:恒容状态下,在五个相同的容器中同时通入等量的NO2,反应相同时间,有两种可能:一是已达到平衡状态,二是还没有达到平衡状态,仍然在向正反应移动.若5个容器在相同时间下均已达到平衡,则由于该反应是放热反应,温度越高,平衡向逆反应方向移动,NO2的百分含量随温度升高而升高,所以(B)正确.若5个容器中有未达到平衡状态的,则NO2%在达到平衡前仍然应该逐渐减小,达到平衡后,则由于温度升高,平衡逆向移动,NO2%又会逐渐增大,(A)图中最高点、(D)图中最低点都为平衡状态,左边则为未平衡状态,右边则为平衡状态,(A)错误,(D)正确.答案为
  (B)、(D).
  解题策略:判断化学反应是否达到平衡应抓住化学平衡状态的定义,主要以“等”和“定”来判断.另外还要注意一些特殊的判断因素,如气体的颜色、气体的总压强、总物质的量、混合气体的平均相对分子质量、混合气体的密度等.不论应用哪种因素进行判断,都要看反应前后这些量是否由“变化到不变化”,如是,则可判断,如不是,则不能判断.
  命题方向:以前的高考中,主要以选择题的形式考查平衡状态的判断,预计未来的命题方向是:(1)根据已知选项进行选择;(2)根据方程式进行填空;(3)通过有关计算来确定;(4)根据图象进行判断,如图象中的拐点、极点、交叉点等.
  三、化学平衡移动
  例4(2008年天津)对平衡CO2(g) CO2(aq);ΔH=-19.75 kJ·mol-1,为增大二氧化碳气体在水中的溶解度,应采用的方法是( )
  (A) 升温增压 (B) 降温减压
  (C) 升温减压 (D) 降温增压
  解析:该反应是一个气体体积减小的放热反应,要使CO2溶解度增大,即使平衡正向移动,应降低温度、增大压强,故答案为(D).
  解题策略:分析题中的影响因素,联想此因素对化学平衡移动的影响,作出正确的判断.判断时要注意一些特殊变化.
  命题方向:应用平衡移动原理判断平衡移动的方向以及由此引起的转化率、各组分的百分含量、气体的体积、压强、密度、混合气体的平均相对分子质量、气体的颜色等变化,或它们的逆向思维是高考命题的重点;把化学平衡的移动与生产生活、科研、化学现象等实际问题相结合,考查学生应用理论分析问题和解决问题的能力将会是命题的热点.
  四、平衡图象
  例5(2008年全国Ⅰ)已知:
  4NH3(g) + 5O2(g) = 4NO(g) + 6H2O(g)
  该反应是一个可逆反应,若反应物起始的物质的量相同,下列关于该反应的示意图2不正确的是( )
  解析:4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g),ΔH=-1025 kJ·mol-1,该反应是可逆反应,是一个气体体积增大的放热反应.因此,温度越高,反应速率越快,达到平衡的时间越短;升高温度时,平衡向逆反应方向移动,NO的含量降低,故(A)正确,(C)错误.增大压强,反应速率加快,达到平衡的时间缩短,平衡向逆反应方向移动,NO的含量降低,故(B)正确.加入催化剂,反应速率加快,达到平衡时的时间缩短,但NO的含量不变,故(D)正确.答案为(C).
  例6(2009年安徽)汽车尾气净化中的一个反应如下:
  在恒容的密闭容器中,反应达平衡后,改变某一条件,下列示意图3正确的是( )
  解析:由题给信息知,该反应为放热反应.温度升高,平衡逆向移动,化学平衡常数减小,CO转化率减小,(A)、(B)错.化学平衡常数只和温度有关,与其他条件无关,(C)正确.增大N2的物质的量,平衡逆向移动,NO转化率降低,(D)错.答案为(C).
  解题策略:(1)看图象:一看面(横坐标与纵坐标),二看线(走向、变化趋势),三看点(交点、拐点),四看要不要作辅助线(如等温线、等
  压线);五看定量图象中有关量的多少.(2)作判断:利用外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律,结合化学反应方程式的特点将图象中表现的关系与所学规律对比,作出符合题意的判断.当图象中有三个量时,先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系.
  命题方向:(1)考查浓度、温度、压强等对转化率、各组分的百分含量、混合气体的平均相对分子质量等的影响;(2)与反应热相结合,考查化学平衡的热效应;(3)与生产生活、科研等实际问题相结合,理论联系实际,考查应用;(4)与数学知识有机结合,考查学生综合运用化学平衡移动原理等化学知识的能力以及观察能力和思维能力,将成为高考的热点题型.总体来说,化学平衡图象题综合性强,思维难度大,大多数学生感到解决起来比较困难,需加强研究.
  江苏省扬州市邗江中学 (225012)
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