化学反应速率和化学平衡考点分析

考向分析

       近几年所考查的热点：①有关化学反应速率及平衡的计算；②影响化学反应速率及平衡的因素；③有关化学平衡常数的计算及影响因素。近几年增大了有关化学平衡常数计算的难度。

热点例析

热点一、外界条件对化学反应速率及化学平衡的影响

【例1】将水蒸气通过红热的碳即可产生水煤气，反应的热化学方程式为：C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)    ΔH＝＋131.5 kJ·mol－1

(1)下列措施中，能提高碳的转化率的是____________(填字母序号)。

a．容器的容积不变，增加水蒸气的物质的量

b．缩小容器的容积，增大压强

c．扩大容器的容积，减小压强

d．其他条件不变，升高温度

e．压强不变，充入He气

f．及时将水煤气从容器中移走

g．加入催化剂

h．采取措施使化学平衡常数K增大

(2)当改变条件使化学平衡向正反应方向移动时，下列叙述正确的是______(填字母序号)。

a．CO的质量分数一定增加

b．CO的产量一定增加

c．反应物的转化率一定增大

d．反应物的浓度一定降低

e．生成CO的速率一定大于生成H2O的速率

f．正反应速率一定增大

g．逆反应速率一定减小

h．可以增加碳的质量，使平衡向正反应方向移动

i．c(H2O)/c(CO)的值一定减小

j．化学平衡常数K一定增大

答案：(1)a、c、d、e、f、h　(2)b、e

解析：(1)依据转化率α＝  ×100%，a、c、d、f均能使平衡右移，碳转化的物质的量增大，符合；b使平衡向左移动，碳转化的物质的量减小，不符合；e相当于减压，使平衡右移，碳转化的物质的量增大，符合；g平衡不移动，不符合；h化学平衡常数K只随温度变化而变化，所以采取的措施一定是升高温度，符合。(2)加入水蒸气平衡右移，水的转化率降低、水蒸气浓度增大，化学平衡常数不变，所以c、d、j均错；CO的质量分数＝ ，减小CO的浓度，平衡右移，CO的质量、气体的总质量均减小，但CO的质量减小得多，所以a错误；加入水蒸气平衡右移，c(H2O)、c(CO)均增大，但c(H2O)增大得多，i错误；平衡右移生成物的产量一定增大，b正确；平衡向正反应方向移动，所以v(正)＞v(逆)，e正确；若减压，平衡向正反应方向移动，但正逆反应速率均降低，f错误；升高温度平衡向正方向移动，正逆反应速率均增大，故g错误；由碳是固体可知h错误。

注意点  1.影响化学反应速率的因素常与影响化学平衡移动的因素结合在一起进行考查，同学们在做题时，一定要注意排除化学平衡移动的干扰，如：

(1)温度：

      ①因为任何反应均伴随着热效应，所以只要温度改变，平衡一定发生移动。

      ②温度升高，不论是吸热反应还是放热反应，v(正)、v(逆)均增大，吸热反应方向增大的倍数大于放热反应方向增大的倍数，致使平衡向吸热反应方向移动，不能错误认为正反应速率增大，逆反应速率减小。同理，降低温度平衡向放热反应方向移动，但v(正)、v(逆)均减小。

(2)催化剂：

催化剂只能同倍地改变正、逆反应速率，改变到达平衡所需的时间，不影响化学平衡。

(3)浓度：

      ①增大反应物浓度的瞬间v(正)增大，v(逆)不变，平衡向正反应方向移动，v(正)逐渐减小，v(逆)逐渐增大，但最终v(正)、v(逆)均比原平衡大。同理，减小反应物浓度或减小生成物浓度，最终v(正)、v(逆)均比原平衡小。

      ②纯固体、纯液体无浓度变化，增加其量对反应速率及平衡均无影响。

(4)压强：

      ①加压(减小容器体积)对有气体参加和生成的反应，气体浓度增大，v(正)、v(逆)均增大，气体体积之和大的一侧增加的倍数大于气体体积之和小的一侧增加的倍数，平衡向气体体积减小的方向移动。同理，增大体积减压，v(正)、v(逆)均减小。

      ②等体积反应加压只能同倍地改变正、逆反应速率，改变到达平衡所需的时间，不影响化学平衡。

      ③无气体的反应，压强变化对反应速率及平衡均无影响。

2．注意压强的变化一定要归结到浓度的变化。

      (1)如果压强改变但浓度不变，化学反应速率及平衡也不变化，如恒容时：充入惰性气体容器内气体总压增大，但反应物浓度不变，反应速率不变，化学平衡不移动。

       (2)如果压强不变，但浓度变化，那么化学反应速率及平衡也相应发生变化，如恒压时，充入惰性气体容器容积增大气体反应物浓度减少反应速率减小，平衡向气体体积增大的方向移动(反应前后气体体积不变的反应除外)。

3．注意平衡移动的方向与转化率、浓度、体积分数等之间的关系。

        如恒温恒容条件下向N2＋3H22NH3中充入N2，平衡右移N2的转化率降低，H2的转化率增大，NH3的体积分数减小，N2的浓度增大。

热点二、化学平衡的建立及平衡常数

【例2】(2012北京东城期末，20)一定条件下，体积为1 L的密闭容器中发生如下反应：

SiF4(g)＋2H2O(g) SiO2(s)＋4HF(g)　ΔH＝＋148.9 kJ·mol－1

(1)下列各项中能说明该反应已达化学平衡状态的是________(填序号)。

a．v(SiF4)消耗＝4v(HF)生成

b．容器内气体压强不再变化

c．容器内气体的总质量不再变化

d．HF体积分数不再变化

(2)反应过程中测定的部分数据如下表(表中t2＞t1)：

通过a或b的值及化学平衡原理说明t1时反应是否达到化学平衡状态：____________________________。

(3)若只改变一个条件使上述反应的化学平衡常数变大，该反应________(填序号)。

a．一定向正反应方向移动

b．一定向逆反应方向移动

c．一定是减小压强造成的

d．一定是升高温度造成的

e．SiF4的平衡转化率一定增大

(4)反应进行2 min时，容器内气体的密度减小了0.03 g·L－1，则这2 min内该反应的反应速率v(HF)＝______ mol·(L·min)－1。

答案：(1)bcd

(2)通过计算a＝1.60(或b＝0.80)，说明在一定条件下，t1→t2时各组分浓度(或物质的量)均已不再发生改变，所以t1时反应已经达到化学平衡状态

(3)ade　(4)0.001

解析：(1)a均是正反应速率；此反应不是等体积反应，b可以。(3)平衡常数变大，只能通过升高温度，使平衡右移，b、c错误。(4)减小气体的质量＝生成SiO2的质量＝0.03 g·L－1×1 L＝0.03 g，n(SiO2)＝0.000 5 mol，所以生成n(HF)＝0.000 5 mol×4＝0.002 mol，v(HF)＝  ＝0.001 mol·L－1·min－1。

方法归纳1.可逆反应达到平衡状态的标志

(1)绝对标志

(2)相对标志

       ①有气体参加的反应，气体的总压强、气体的总体积、气体的总物质的量不变时，当是等体积反应时，不平衡；当是不等体积反应时，平衡。

       ②气体的密度、气体的平均相对分子质量不变时，要具体分析各表达式中的分子或分母变化情况判断是否平衡。

       ③平衡体系中的颜色不变，如果平衡体系中的物质有色则可以判断平衡。

2．化学平衡常数

       (1)平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度、反应速率无关，但与转化率有关。

       (2)平衡常数越大，平衡向右进行的程度越大。

       (3)浓度商Q与平衡常数K关系：

              ①Q＞K，反应向逆反应方向移动；

              ②Q＝K，反应处于平衡状态；

              ③Q＜K，反应向正反应方向移动。

热点三、化学平衡图像

【例3】(2012江西南昌一模，12)合成氨的热化学方程式为：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。现将1 mol N2(g)、3 mol H2(g)充入一容积为2 L的密闭容器中，在500 ℃下进行反应，10 min时达到平衡，NH3的体积分数为w，下列说法中正确的是(　　)。

A．若达到平衡时，测得体系放出9.24 kJ热量，则H2反应速率变化曲线如图a所示

B．反应过程中，混合气体平均相对分子质量为M，混合气体密度为d，混合气体压强为p，三者的变化趋势如图b

C．如图c所示，容器Ⅰ和Ⅱ达到平衡时，NH3的体积分数为w，则容器Ⅰ放出热量与容器Ⅱ吸收热量之和为92.4 kJ

D．若起始加入物料为1 mol N2、3 mol H2，在不同条件下达到平衡时，NH3的体积分数变化如图d所示

答案：C　解析：随着反应进行，c(H2)逐渐降低，所以H2反应速率也逐渐减小，A错误；依据M＝  、d＝  ，气体总质量、总体积不变，而气体的总物质的量减小，所以M逐渐增大至平衡后保持不变、p逐渐减小至平衡后保持不变，d始终不变，B选项错误；Ⅰ和Ⅱ达到平衡时是“等效平衡”，Ⅰ生成的n(NH3)与Ⅱ剩余的n(NH3)相等，即Ⅰ生成的n(NH3)＋Ⅱ消耗的n(NH3)＝2 mol，所以C正确；温度越高达到平衡的时间越短，且升高温度平衡左移，氨气的体积分数减小，D错误。

思路点拨  有关化学平衡图像题常见的思维途径

热点四、化学反应速率及化学平衡的计算

【例4】某温度下H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)的平衡常数K＝2.25。(1)该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，投入H2O(g)和CO(g)，发生反应H2O(g)＋CO(g)H2(g)＋CO2(g)，三个容器中反应物的起始浓度如下表所示：

(1)该反应的平衡常数表达式为____________；反应开始时，容器________中反应速率最快；5 min时甲中反应达到平衡状态，达到平衡后甲中的CO的转化率为________，则5 min内甲中CO2的平均生成速率为______________。

(2)在该温度下，在体积为2 L的容器中加入物质的量均为2 mol的H2O、CO、H2、CO2，则H2O(g)＋CO(g) H2(g)＋CO2(g)平衡开始向__________(填“左”“右”“不移动”或“无法确定”)。

【例4】 答案：  　丙　40%　0.000 8 mol·L－1·min－1　左

解析：(1)根据题意，可以利用“三部曲”求解，

　　　　　　　H2O(g)＋CO(g)H2(g)＋CO2(g)

始态/(mol·L－1):  0.010   0.010        0      0

反应/(mol·L－1):  x       x           x       x

终态/(mol·L－1):  0.010－x  0.010－x   x       x

K＝  ，所以x＝0.004 mol·L－1，CO的转化率＝×100%＝40%，v(CO2)＝0.004 mol·L－1÷5 min＝0.000 8 mol·L－1·min－1。

(2)H2O、CO、H2、CO2各物质的浓度均为1 mol·L－1，所以反应开始时  ＝1大于平衡常数1/2.25，平衡向左移动。

方法技巧  有关化学反应速率及平衡的计算，如果我们不能一步得出答案，一般可用“三部曲”(始态、反应、终态)进行求解，但应该注意：

       ①参加反应(消耗或生成)的各物质的浓度比值一定等于化学方程式中对应物质的化学计量数之比，由于始态时，是人为控制的，故不同物质的始态、终态各物质的量的比值不一定等于化学方程式中的化学计量数之比；若反应物始态时浓度成计量数比，则各反应物的转化率相等，且终态时，反应物的浓度也成计量数比。

       ②始态、反应、终态中的物理量要统一，要么都用物质的量，要么都用物质的量浓度，要么都用气体的体积。

       ③计算化学平衡常数时，一定要运用各物质的“平衡浓度”来计算，勿利用各物质的“物质的量”或“非平衡时的浓度”进行计算。

       ④平衡常数的表达式与化学方程式的书写形式有关，对于同一个反应，当化学方程式的计量数发生变化时，平衡常数的数值及单位均发生变化，当化学方程式逆写时，此时平衡常数是原平衡常数的倒数。

误区警示

1．混淆化学反应速率变化与化学平衡的移动的关系。

       化学平衡移动，则化学反应速率一定改变，但化学反应速率改变，化学平衡不一定移动，如催化剂对化学平衡的影响，另外平衡正向移动，不可错误地认为逆反应速率减小，正反应速率就增大。

2．忽视物质的状态。

       我们在分析压强大小或物质的量的多少对化学反应速率的影响时，一定要注意物质的状态，最后归结到浓度的变化，用浓度的变化分析化学反应速率的变化。

3．混淆勒夏特列原理中的“减弱”。

       勒夏特列原理：如果改变影响平衡的一个条件，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动，此处的“减弱”是在改变后的基础上减弱，并不能抵消，更不能超越。

4．分析达到平衡所需时间时不从速率的角度分析，而从化学平衡的角度分析。

       一般我们比较时间长短，要从反应速率的大小进行比较，和化学平衡移动无关，化学反应速率越大，所需时间越短。

5．混淆化学平衡移动与转化率的关系。

       化学平衡正向移动，反应物转化率不一定增大。

6．混淆影响化学平衡常数的因素。