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化学反应速率和化学平衡是中学化学重要的理论内容之一,也是高考中的必考考点,而化学平衡又是三大平衡体系(化学平衡、电离平衡、沉淀溶解平衡)之首,在高考中占有相当重要的地位。因此,我们需要高度重视。
考向分析
化学反应速率和化学平衡作为一个相对独立的知识体系,是高考的必考内容。常见题型有选择题和填空题。
从目前理科综合的命题情况来看,化学反应速率和化学平衡问题通常以实际的工农业生产为载体,通过图像和数据来分析、解决相关问题。这类题目难度较大,具有良好的区分度,选拔功能强,值得大家重视。
考纲展示
(1)了解化学反应速率的概念、反应速率的定量表示方法。
(2)了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。
(3)了解化学反应的可逆性。
(4)了解化学平衡建立的过程。了解化学平衡常数的含义,能够利用化学平衡常数进行简单的计算。
(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,认识并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产、生活和科学研究领域中的重要作用。
知识网络
考点透析
考点一 影响化学反应速率的条件 命题指数:★★★☆☆
1.灵活应用“各物质的化学反应速率之比=化学计量数之比=浓度变化量之比=物质的量变化量之比”这一关系式,计算化学反应速率、确定物质的化学计量数、书写相关化学反应方程式。
2.准确理解外界条件对化学反应速率的影响
(1)固体、纯液体的浓度视为定值,其用量不影响反应速率,但表面积(接触面)影响。如将固体粉碎、将液体以雾状喷出等均可加快反应速率。
(2)升高温度,不论正反应还是逆反应、放热反应还是吸热反应,反应速率一般都要加快,只是程度不同。
(3)压强对化学反应速率的影响的本质是引起浓度的改变。因此要讨论压强改变对反应体系的浓度产生何种影响。
考点二 化学平衡及其影响因素 命题指数:★★★★☆
1.化学平衡的标志
(1)直接标志
①v =v ;②各组分的m、n不变(单一量);③各组分浓度(或百分含量)不变。
(2)间接标志
①对于反应前后气体分子总数不相等的可逆反应,气体总物质的量n (或恒温恒压条件下气体V,恒温恒容条件下气体压强p)不变;
②平均摩尔质量M、混合气密度ρ,需具体分析;
③其他:如平衡体系颜色等(实际上是有色物质的浓度、含量)。
2.分析化学平衡移动的一般思路
3.特殊情况
(1)其他条件不变时,改变反应混合物中固体或纯液体的用量,平衡不移动。
(2)其他条件不变时,改变压强,对于无气体参加的反应和反应前后气体分子数不变的可逆反应,平衡不移动。
(3)恒容时,通入稀有气体,平衡不移动。恒压时,通入稀有气体,体积必然增大,相当于减小压强,平衡向气体分子数增加的方向移动。
4.等效平衡
(1)定义:相同条件下,同一可逆反应体系,不管从正反应开始,还是从逆反应开始,达到平衡时,任何相同物质的含量(体积分数、质量分数或物质的量分数)都相同的化学平衡互称为等效平衡。
(2)类型和条件
考点三 化学平衡常数及平衡转化率 命题指数:★★★☆☆
1.化学平衡常数
(1)平衡常数表达式中的浓度一定为平衡浓度。
(2)K值越大,反应进行得越完全,反应物转化率越大;反之,亦然。
(3)化学平衡常数只与温度有关。
(4)K应用于判断平衡移动的方向:当QK,反应向逆反应方向进行。
(5)用于计算平衡浓度、物质的量分数、转化率等。
2.平衡转化率
物质的转化率(%)= ×100%
3.“三段式”的运用
化学平衡类计算题在解题过程中经常用“起始量、变化量、末态量”的解题模式来分析解决问题。
三个量:起始量、变化量、末态量(它们的单位必须统一)
考点四 化学反应速率、化学平衡图像 命题指数:★★★★★
1.通过对图像的分析、比较,得出影响化学反应速率和化学平衡的具体因素(如浓度、压强、温度、催化剂等),并进行反应速率的计算、平衡转化率的计算、平衡浓度的计算、ΔH的判断,全方位考查计算能力、分析能力、观察能力和文字表述能力等。此类题目所涉及的化学知识非常基础,但是能力要求非常高,观察和分析不到位,就不能准确地计算和表述。对于与化学反应速率、化学平衡图像有关的问题,要“三看”、“两比”:
三看 看两轴:认清两轴所表示的含义
看起点:判断反应物和生成物
看拐点:由拐点可判断化学反应速率
两比 先拐先平速率大:先出现拐点的先达到平衡
定一议二控变量:固定单一条件,讨论另外两个条件的变化所造成的影响
2.常见的几种图像
(1)速率—时间图像
(2)物质的量浓度—时间图像
(3)百分含量与时间、压强、温度的图像
典例分析
光气(COCl )在塑料、制革、制药等工业中有许多用途,工业上采用高温下CO与Cl 在活性炭催化下合成。
COCl 的分解反应为COCl (g)=Cl (g)+CO(g) ΔH=+108 kJ/mol。反应体系达到平衡后,各物质的浓度在不同条件下的变化情况如下图所示(第10 min到第14 min的COCl 浓度变化曲线未画出): ①计算反应在第8 min时的平衡常数K= ;
②比较第2 min反应温度T2与第8 min反应温度T8的高低:T2 T8(填“<”、“>”或“=”);
③若第12 min时反应于温度T8下重新达到平衡,则此时c(COCl )= mol/L;
④比较产物CO在2~3 min、5~6 min和12~13 min时平均反应速率[平均反应速率分别以v2-3、v5-6、v12-13表示]的大小 ;
⑤比较反应物COCl 在5~6 min和15~16 min时平均反应速率的大小:
v5-6 v15-16(填“<”、“>”或“=”),原因是 。
解析 本题要求我们能够通过对实际事物、实验现象、实物、模型、图形、图表的观察,以及对自然界、社会、生产、生活中的化学现象的观察获取有用信息,并进行加工、吸收、有序存储,进而分析和解决(解答)化学问题,也真正体现了考试大纲“对化学学习能力的要求”中“接受、吸收、整合化学信息的能力”的要求。
①考查了平衡常数K的表达式和计算,根据图像找准平衡浓度代入公式即可求出。②考查了外界条件对平衡及K的影响,要求通过计算并比较T 和T 时的K值,再运用平衡移动原理作出判断。③温度不变,根据K值可计算c(COCl )。④因为在5~6 min内,CO浓度在改变,所以平均反应速率大于0;2~3 min、12~13 min的平均反应速率为0。⑤在5~6 min内,c(COCl )的改变量大于15~16 min内c(COCl )的改变量。
答案 ①略 ②略 ③略 ④v5-6>v2-3=v12-13 ⑤> 在相同温度时,该反应的反应物浓度越高,反应速率越大。
错点透析
1.易误认为增大压强一定增大化学反应速率,压强对化学反应速率产生影响,原因是引起了气态物质的浓度的改变。
2.决定化学反应速率的主要因素是反应物本身的性质,而不是温度、催化剂、压强、浓度等外界条件。
3.比较反应速率大小时,单位要统一,要用同一种物质表示。
4.平衡正向移动,v 不一定加快,v 不一定减慢。
5.平衡正向移动,反应物浓度不一定减少,生成物浓度不一定增大。
6.改变条件使平衡右移,反应物的转化率不一定增大。
7.对于有固体、纯液体参加或生成的反应,固体、纯液体的浓度视为常数,不应包含在化学平衡常数的表达式中。
8.对于同一个可逆反应,当化学计量数调整时,平衡常数的数学表达式应做相应变化。对于一个确定的可逆反应,影响平衡常数的因素只有温度,易误认为只要平衡移动,平衡常数就发生变化。
9.在含量—时间曲线中,先出现拐点则先达到平衡,说明该曲线表示的温度较高或压强较大,不能错误地认为图像中上方的曲线表示的温度一定高或压强一定大。
10.v 、v 都增大且v =v (即平衡不移动)不一定是加入了催化剂,也可能是气体分子数不变的反应增大了压强。
近几年单纯考查化学反应速率和化学平衡的题目较少,一般是对化学反应速率与化学平衡进行综合考查。特别是考查外界条件对可逆反应的正、逆反应速率和化学平衡的影响的试题,往往使考生感到难度很大。其实,只要牢固掌握基础知识,科学培养学习能力,就能一切尽在掌握中。
考向分析
化学反应速率和化学平衡作为一个相对独立的知识体系,是高考的必考内容。常见题型有选择题和填空题。
从目前理科综合的命题情况来看,化学反应速率和化学平衡问题通常以实际的工农业生产为载体,通过图像和数据来分析、解决相关问题。这类题目难度较大,具有良好的区分度,选拔功能强,值得大家重视。
考纲展示
(1)了解化学反应速率的概念、反应速率的定量表示方法。
(2)了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。
(3)了解化学反应的可逆性。
(4)了解化学平衡建立的过程。了解化学平衡常数的含义,能够利用化学平衡常数进行简单的计算。
(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,认识并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产、生活和科学研究领域中的重要作用。
知识网络
考点透析
考点一 影响化学反应速率的条件 命题指数:★★★☆☆
1.灵活应用“各物质的化学反应速率之比=化学计量数之比=浓度变化量之比=物质的量变化量之比”这一关系式,计算化学反应速率、确定物质的化学计量数、书写相关化学反应方程式。
2.准确理解外界条件对化学反应速率的影响
(1)固体、纯液体的浓度视为定值,其用量不影响反应速率,但表面积(接触面)影响。如将固体粉碎、将液体以雾状喷出等均可加快反应速率。
(2)升高温度,不论正反应还是逆反应、放热反应还是吸热反应,反应速率一般都要加快,只是程度不同。
(3)压强对化学反应速率的影响的本质是引起浓度的改变。因此要讨论压强改变对反应体系的浓度产生何种影响。
考点二 化学平衡及其影响因素 命题指数:★★★★☆
1.化学平衡的标志
(1)直接标志
①v =v ;②各组分的m、n不变(单一量);③各组分浓度(或百分含量)不变。
(2)间接标志
①对于反应前后气体分子总数不相等的可逆反应,气体总物质的量n (或恒温恒压条件下气体V,恒温恒容条件下气体压强p)不变;
②平均摩尔质量M、混合气密度ρ,需具体分析;
③其他:如平衡体系颜色等(实际上是有色物质的浓度、含量)。
2.分析化学平衡移动的一般思路
3.特殊情况
(1)其他条件不变时,改变反应混合物中固体或纯液体的用量,平衡不移动。
(2)其他条件不变时,改变压强,对于无气体参加的反应和反应前后气体分子数不变的可逆反应,平衡不移动。
(3)恒容时,通入稀有气体,平衡不移动。恒压时,通入稀有气体,体积必然增大,相当于减小压强,平衡向气体分子数增加的方向移动。
4.等效平衡
(1)定义:相同条件下,同一可逆反应体系,不管从正反应开始,还是从逆反应开始,达到平衡时,任何相同物质的含量(体积分数、质量分数或物质的量分数)都相同的化学平衡互称为等效平衡。
(2)类型和条件
考点三 化学平衡常数及平衡转化率 命题指数:★★★☆☆
1.化学平衡常数
(1)平衡常数表达式中的浓度一定为平衡浓度。
(2)K值越大,反应进行得越完全,反应物转化率越大;反之,亦然。
(3)化学平衡常数只与温度有关。
(4)K应用于判断平衡移动的方向:当Q
(5)用于计算平衡浓度、物质的量分数、转化率等。
2.平衡转化率
物质的转化率(%)= ×100%
3.“三段式”的运用
化学平衡类计算题在解题过程中经常用“起始量、变化量、末态量”的解题模式来分析解决问题。
三个量:起始量、变化量、末态量(它们的单位必须统一)
考点四 化学反应速率、化学平衡图像 命题指数:★★★★★
1.通过对图像的分析、比较,得出影响化学反应速率和化学平衡的具体因素(如浓度、压强、温度、催化剂等),并进行反应速率的计算、平衡转化率的计算、平衡浓度的计算、ΔH的判断,全方位考查计算能力、分析能力、观察能力和文字表述能力等。此类题目所涉及的化学知识非常基础,但是能力要求非常高,观察和分析不到位,就不能准确地计算和表述。对于与化学反应速率、化学平衡图像有关的问题,要“三看”、“两比”:
三看 看两轴:认清两轴所表示的含义
看起点:判断反应物和生成物
看拐点:由拐点可判断化学反应速率
两比 先拐先平速率大:先出现拐点的先达到平衡
定一议二控变量:固定单一条件,讨论另外两个条件的变化所造成的影响
2.常见的几种图像
(1)速率—时间图像
(2)物质的量浓度—时间图像
(3)百分含量与时间、压强、温度的图像
典例分析
光气(COCl )在塑料、制革、制药等工业中有许多用途,工业上采用高温下CO与Cl 在活性炭催化下合成。
COCl 的分解反应为COCl (g)=Cl (g)+CO(g) ΔH=+108 kJ/mol。反应体系达到平衡后,各物质的浓度在不同条件下的变化情况如下图所示(第10 min到第14 min的COCl 浓度变化曲线未画出): ①计算反应在第8 min时的平衡常数K= ;
②比较第2 min反应温度T2与第8 min反应温度T8的高低:T2 T8(填“<”、“>”或“=”);
③若第12 min时反应于温度T8下重新达到平衡,则此时c(COCl )= mol/L;
④比较产物CO在2~3 min、5~6 min和12~13 min时平均反应速率[平均反应速率分别以v2-3、v5-6、v12-13表示]的大小 ;
⑤比较反应物COCl 在5~6 min和15~16 min时平均反应速率的大小:
v5-6 v15-16(填“<”、“>”或“=”),原因是 。
解析 本题要求我们能够通过对实际事物、实验现象、实物、模型、图形、图表的观察,以及对自然界、社会、生产、生活中的化学现象的观察获取有用信息,并进行加工、吸收、有序存储,进而分析和解决(解答)化学问题,也真正体现了考试大纲“对化学学习能力的要求”中“接受、吸收、整合化学信息的能力”的要求。
①考查了平衡常数K的表达式和计算,根据图像找准平衡浓度代入公式即可求出。②考查了外界条件对平衡及K的影响,要求通过计算并比较T 和T 时的K值,再运用平衡移动原理作出判断。③温度不变,根据K值可计算c(COCl )。④因为在5~6 min内,CO浓度在改变,所以平均反应速率大于0;2~3 min、12~13 min的平均反应速率为0。⑤在5~6 min内,c(COCl )的改变量大于15~16 min内c(COCl )的改变量。
答案 ①略 ②略 ③略 ④v5-6>v2-3=v12-13 ⑤> 在相同温度时,该反应的反应物浓度越高,反应速率越大。
错点透析
1.易误认为增大压强一定增大化学反应速率,压强对化学反应速率产生影响,原因是引起了气态物质的浓度的改变。
2.决定化学反应速率的主要因素是反应物本身的性质,而不是温度、催化剂、压强、浓度等外界条件。
3.比较反应速率大小时,单位要统一,要用同一种物质表示。
4.平衡正向移动,v 不一定加快,v 不一定减慢。
5.平衡正向移动,反应物浓度不一定减少,生成物浓度不一定增大。
6.改变条件使平衡右移,反应物的转化率不一定增大。
7.对于有固体、纯液体参加或生成的反应,固体、纯液体的浓度视为常数,不应包含在化学平衡常数的表达式中。
8.对于同一个可逆反应,当化学计量数调整时,平衡常数的数学表达式应做相应变化。对于一个确定的可逆反应,影响平衡常数的因素只有温度,易误认为只要平衡移动,平衡常数就发生变化。
9.在含量—时间曲线中,先出现拐点则先达到平衡,说明该曲线表示的温度较高或压强较大,不能错误地认为图像中上方的曲线表示的温度一定高或压强一定大。
10.v 、v 都增大且v =v (即平衡不移动)不一定是加入了催化剂,也可能是气体分子数不变的反应增大了压强。
近几年单纯考查化学反应速率和化学平衡的题目较少,一般是对化学反应速率与化学平衡进行综合考查。特别是考查外界条件对可逆反应的正、逆反应速率和化学平衡的影响的试题,往往使考生感到难度很大。其实,只要牢固掌握基础知识,科学培养学习能力,就能一切尽在掌握中。