聚焦化学反应速率与化学平衡

化学反应速率与化学平衡是中学化学的重要内容,也是历年高考的必考内容,并且占有非常大的比重.下面将其进行全面总结,希望对同学们的备考有所帮助.

一、化学反应速率及其影响因素

1.化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的,通常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,是一段时间内的平均速率.固体或纯液体（不是溶液）的浓度可视为不变的常数,故一般不用固体或纯液体表示化学反应速率.用不同物质表示同一反应的化学反应速率时,其数值可能不同（因此,必须指明具体物质）,但各种物质表示的速率之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比.

2.参加反应的物质的性质是决定化学反应速率的主要因素,外界条件对化学反应速率也有影响.

（1）浓度对化学反应速率的影响只适用于气体反应或溶液中的反应；

（2）压强对化学反应速率的影响只适用于有气体参加的反应；

（3）温度对化学反应速率的影响：实验测得,其他条件不变时,温度每升高10℃,化学反应速率通常增加到原来的2-4倍；

（4）使用催化剂,使原来难以进行的化学反应分步进行（本身参与了反应,但反应前后化学性质不变）,从而大幅度改变了化学反应速率；

（5）光、电磁波、超声波、反应物颗粒的大小、溶剂的性质等也会对化学反应速率产生影响.

3.浓度和压强的改变仅仅改变了单位体积内活化分子的数目,温度的改变和催化剂的存在却能改变单位体积内反应物分子中活化分子所占的百分数.

A.升高温度可使该反应的逆反应速率降低

B.使用高效催化剂可有效提高正反应速率

C.反应达到平衡后,NO的反应速率保持恒定

D.单位时间内消耗CO和CO2的物质的量相等时,反应达到平衡

解析：升高温度、使用催化剂都会使化学反应速率增大,既包括正反应速率,又包括逆反应速率,故A项错误,B项正确.反应达到平衡后,正反应速率和逆反应速率相等,因此C、D项都是正确的.

答案：A

二、化学平衡的建立及外界条件对化学平衡的影响

1.化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里,正反应和逆反应的速率相等,反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态.

化学平衡状态的特征,（1）逆：化学平衡研究的对象是可逆反应,可逆反应不能进行到底,即反应过程中反应物（生成物）,不能全部转化为生成物（反应物）.（2）动：化学平衡是动态平衡,化学反应达到平衡时正反应和逆反应仍在继续进行.（3）等：指反应体系中的用同一种物质来表示的正反应速率和逆反应速率相等.对于不同种物质而言,速率不一定相等.（4）定：平衡混合物中各组分的物质的量、质量、物质的量浓度,各组分的百分含量（体积分数、质量分数）、转化率等不随时间变化而改变.（5）变：改变影响化学平衡的条件,平衡发生移动.（6）化学平衡的建立与反应的途径无关,化学平衡状态的标志是化学平衡状态特征的具体体现.

2.平衡移动原理：如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强或温度等）,平衡就向能够减弱这种改变的方向移动.它是浓度、压强和温度等外界条件对平衡移动影响的概括和总结,只适用于已经达到平衡状态的可逆反应,未处于平衡状态的体系不能用此原理分析,但它也适用于其他动态平衡体系,如溶解平衡、电离平衡和水解平衡等.催化剂能够同等程度地增加正反应速率和逆反应速率,因此它对化学平衡的移动没有影响.

A.升高温度和减小压强

B.降低温度和减小压强

C.降低温度和增大压强

D.升高温度和增大压强

解析：本题考查了条件改变对平衡移动的影响.由题意知,该反应为吸热反应,故升高温度有利于反应向正方向进行；又知该反应为气体体积增大的反应,故减小压强有利于反应向正方向进行.

答案：A

三、化学平衡常数（浓度平衡常数）及转化率的应用

1.化学平衡常数

（1）化学平衡常数的数学表达式.

（2）化学平衡常数表示的意义.

平衡常数数值的大小可以反映可逆反应进行的程度大小,K值越大,反应进行越完全,反应物转化率越高,反之则越低.

2.化学平衡的基本计算

（1）物质浓度的变化关系.

反应物：平衡浓度等于起始浓度-转化浓度；生成物：平衡浓度等于起始浓度+转化浓度.

其中,各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中物质的计量数之比.

（4）计算模式：

（5）化学平衡计算的关键是准确掌握相关的基本概念及它们相互之间的关系.化学平衡的计算步骤,通常是先写出有关的化学方程式,列出反应起始时或平衡时有关物质的浓度或物质的量,然后再通过相关的转换,分别求出其他物质的浓度或物质的量和转化率.概括为：建立解题模式、确立平衡状态方程.说明：①反应起始时,反应物和生成物可能同时存在；②由于起始浓度是人为控制的,故不同的物质起始浓度不一定呈化学计量数比,若反应物起始浓度呈计量数比,则隐含反应物转化率相等,且平衡时反应物的浓度呈计量数比；③起始浓度、平衡浓度不一定呈计量数比,但物质之间是按计量数反应和生成的,故各物质的浓度变化一定呈计量数比,这是计算的关键.

答案：C

四、学习化学平衡应注意的三个问题

1.等效平衡：在两种不同的初始状态下,同一个可逆反应在一定条件（恒温、恒容或恒温、恒压）下分别达到平衡时,各组成成分的物质的量（或体积）分数相等的状态.在恒温恒容条件下,建立等效平衡的一般条件是：反应物投料量相当；在恒温恒压条件下,建立等效平衡的条件是：相同反应物的投料比相等.2.平衡移动的思维基点：

（1）先同后变.进行判断时,可设置相同的平衡状态（参照标准）,再根据题设条件观察变化的趋势.

（2）不为零原则.对于可逆反应而言,无论使用任何外部条件,都不可能使其平衡体系中的任何物质浓度变化到零.

3.在实际生产中,需要综合考虑反应速率、化学平衡、原料选择、产量和设备等各方面情况,以确定最佳生产条件.合成氨选择的适宜条件通常是：20MPa-50MPa、500℃左右、铁触媒；及时补充N2和H2,及时将生成氨分离出来.

答案：B

五、化学反应速率与化学平衡图像题

解题策略：（1）首先要看清楚横轴和纵轴的意义（特别是纵轴,表示转化率和表示反应物的百分含量情况就完全相反）以及曲线本身属等温线还是等压线.（当有多余曲线及两个以

解析：在恒容状态下,在5个相同的容器中同时通入等量的NO2,反应相同时间,那么有两种可能：一是已达到平衡状态,二是还没有达到平衡状态,仍然在向正反应方向移动.若5个容器在反应相同时间下,均已达到平衡,因为该反应是放热反应,温度升高,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项正确.若5个容器中有未达到平衡状态的,那么温度升高,反应速率增大,会出现温度高的NO2转化得快,导致NO2的百分含量减少的情况,在D图中转折点为平衡状态,转折点左则为未平衡状态,右则为平衡状态,D项正确.

答案：BD

【跟踪训练】

下列说法不正确的是（）

A.第4min至第6min该化学反应处于平衡状态

B.第2min时,如果只改变某一条件,则改变的条件可能是降低温度

C.第2min时,如果只改变某一条件,则改变的条件可能是使用催化剂

D.第6min时,其他条件不变,如果升高温度,正反应速率增大

3.B解析：根据表中数据得,第4min后体系中各物质的浓度保持不变,即反应达到平衡状态；该反应在2—4min内的反应速率大于0—2min内的反应速率,即第2min时反应速率增大,因此改变的条件不可能为降低温度,可能为使用催化剂；6min时,升高温度,正、逆反应速率均增大.

4.A解析：由于t2时刻,反应再次达到平衡后的反应速率大于原平衡时的反应速率,则可判断t1时正反应速率减小,而逆反应速率增大,平衡向逆反应方向移动.

5.A解析：缩小容器容积使这两个反应向正反应方向移动,A的转化率增大；升高温度,反应（Ⅰ）向逆反应方向移动,A的转化率减小；③使A的转化率都减小.

6.D解析：由题意可知反应物、生成物的浓度增大相同的倍数,所以此题相当于增大压强,正、逆反应速率均增大,平衡右移,所以A、B、C项均错误.

8.BC解析：