化学反应速率和化学平衡考向预测

湖北 罗功举

化学反应速率和化学平衡考向预测

湖北 罗功举

化学反应速率和化学平衡是高中化学重要的基本理论，考点多，能力要求高，是每年高考都要涉及的内容。笔者通过对近年高考试题及最新考试大纲进行深入分析，将化学反应速率和化学平衡中的典型考查方式归类如下，供考生备考。

一、考查化学反应速率

此知识点的考查内容包括化学反应速率计算、大小比较、影响因素及规律的分析、图象分析、实验设计等。

【例1】（2015福建）在不同浓度（c）、温度（T）条件下，蔗糖水解的瞬时速率（v）如下表。下列判断不正确的是（）

v［mmol／（L·min）］c（mol／L）0．600 0．500 0．400 0．300T（K）318．2 3．60 3．00 2．40 1．80 328．2 9．00 7．50a4．50b2．16 1．80 1．44 1．08

A．a＝6．00

B．同时改变反应温度和蔗糖的浓度，v可能不变

C．b＜318．2

D．不同温度时，蔗糖浓度减少一半所需的时间相同

【分析】A项，根据表格的数据可知：在328．2K时，蔗糖的浓度越大，水解的速率越快，根据浓度与速率的变化关系可知：蔗糖的浓度每减小0．100mol／L，对应速率减小1．50mmol／（L·min），所以在浓度为0．400mol／L时，水解的速率是a＝6．00mmol／（L·min），正确。B项，根据表格数据可知，升高温度，水解速率增大；增大浓度，水解速率也增大，若同时改变反应物的浓度和反应的温度，则对反应速率的影响因素会相互抵消，反应速率可能不变，正确。C项，在物质的量浓度不变时，升高温度，水解速率增大；降低温度，水解速率减小，由于在物质的量浓度是0．600mol／L时，当318．2K时，水解速率是3．60mmol／（L·min），现在该反应的速率是2．16mmol／（L·min）＜3．60mmol／（L·min），所以反应温度低于318．2K，即b＜318．2，正确。D项，不同温度时，蔗糖浓度减少，所以速率减慢，但是温度不同，在相同的浓度时的反应速率不相同，错误。

【答案】D

【点评】处理表格数据问题时，一要寻找数据的特点及变化规律，二要分析引起数据变化的原因（影响反应速率的因素主要包括浓度、温度、反应物颗粒大小、催化剂、压强等），然后再与有关化学知识或规律相联系，进而判断作答。

二、考查化学平衡状态

这类问题主要涉及三种题型：一是化学平衡状态的判据判断，二是化学平衡移动及外因与移动方向分析，三是勒夏特列原理的应用。

（1）反应的ΔH________（填“大于”或“小于”）0；100℃时，体系中各物质浓度随时间变化如上图所示。在0—60s时段，反应速率v（N2O4）为________mol／（L·s）；反应的平衡常数K1为________。

（2）100℃时达平衡后，改变反应温度为T，c（N2O4）以0．002 0mol／（L·s）的平均速率降低，经10s又达到平衡。

a：T______（填“大于”或“小于”）100℃，判断理由是______________________________________。

b：列式计算温度T时反应的平衡常数K2＝________。

（3）温度T时反应达平衡后，将反应容器的容积减少一半，平衡向__________（填“正反应”或“逆反应”）方向移动，判断理由是___________________________________________。

【点评】化学平衡移动的分析是该考点的重点，解答具体问题时，一般按照“可逆反应及特点→外因是什么→外因如何影响平衡→平衡移动方向→结论”程序思考，或根据浓度商与平衡常数间的关系判断。针对不同的问题，应灵活选择不同的方法。

三、考查化学平衡计算

此类问题是高考考查的重点，一般涉及各组分的物质的量、浓度、转化率、百分含量、气体混合物的密度、平均摩尔质量、压强、平衡常数等。

【例3】（2015新课标Ⅰ，节选）碘及其化合物在合成杀菌剂、药物等方面具有广泛用途。回答下列问题：

t／min 0 20 40 60 80 120x（HI）1 0．91 0．85 0．815 0．795 0．784x（HI）0 0．60 0．73 0．773 0．780 0．784

①根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为_________________。

②上述反应中，正反应速率为v正＝k正·x2（HI），逆反应速率为v逆＝k逆·x（H2）·x（I2），其中k正、k逆为速率常数，则k逆为__________（以K和k正表示）。若k正＝0．002 7min－1，在t＝40min时，v正＝________min－1。

③由上述实验数据计算得到v正～x（HI）和v逆～x（H2）的关系可用如图表示。当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为________（填字母）。

【分析】（4）①问中的反应是比较特殊的，反应前后气体体积相等，不同的起始态很容易达到等效的平衡状态。大家注意表格中的两列数据是正向和逆向的两组数据。

716K时，取第一行数据计算：

体积不影响平衡常数计算，

故K＝c（H2）·c（I2）／c2（HI）＝0．1082／0．7842。

本小题的易错点是：计算式会被误以为是表达式。

②问的要点是：平衡状态下，v正＝v逆，故有：k正·x2（HI）＝k逆·x（H2）·x（I2）

变形：k正／k逆＝｛x（H2）·x（I2）｝／x2（HI）＝K，故有：k逆＝k正／K。

若k正＝0．002 7min－1，在t＝40min时，x（HI）＝0．85，则v正＝k正·x2（HI）＝0．002 7min－1×0．852＝1．95× 10－3min－1。

③表中第一行数据意指由HI分解建立平衡，表中第二行数据意指向逆反应反向进行建立平衡；由第一行数据可知，平衡时HI物质的量分数为0．784，则氢气、碘蒸汽总物质的量分数为1－0．784＝0．216，而氢气、与碘蒸气的物质的量分数相等，均为0．108；当升高温度时，有两个效应：①化学反应速率加快，坐标点会上移（看图，下同），如A、D、E点；②平衡向右移动［第（3）问中已知正反应吸热］，HI的物质的量分数减小，坐标点会左移，如A点，而H2的物质的量分数增大，坐标点会右移，如E点；故当升高到某一温度时，反应重新达到平衡时，v正～x（HI）对应的点为A，v逆～x（H2）对应的点为E。

【答案】（4）①K＝0．1082／0．7842②k正／K1．95× 10－3③AE

【点评】处理化学平衡计算问题时，一要合理运用三段式法列式、寻找关系量；二要准确把握各计算内容对应的计算公式；三要注意计算中的一些特定要求，如反应速率的单位及书写形式、化学平衡常数表达式的书写及计算数据为对应物质的平衡浓度等。

四、考查化学反应速率和化学平衡图象

这一问题涉及的图象类型较多，如v－t图、c－t图、%或α－p或T图等，考查识图能力及对有关知识规律的掌握情况和解题技巧。

【例4】（2015新课标Ⅱ）甲醇是重要的化工原料，又可称为燃料。利用合成气（主要成分为CO、CO2和H2）在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下：

回答下列问题：

（1）已知反应①中的相关的化学键键能数据如下：

_____化学键_H—H _C—O _C__←O _H—O _C—H ___E（kJ／mol）436 343 1 076 465 413__

由此计算ΔH1＝__________kJ／mol，已知ΔH2＝―58kJ／mol，则ΔH3＝________kJ／mol。

（2）反应①的化学平衡常数K的表达式为__________ ______；图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为（填曲线标记字母）________，其判断理由是______ ________________________。

（3）合成气的组成n（H2）／n（CO＋CO2）＝2．60时，体系中的CO平衡转化率（α）与温度和压强的关系如图2所示。α（CO）值随温度升高而________（填“增大”或“减小”），其原因是______________________________。图2中的压强由大到小为________，其判断理由是_________________________。

【分析】（1）反应热等于断键吸收的能量与形成化学键所放出的能量的差值，则根据方程式CO（g）＋2H2（g）幑幐CH3OH（g）可知：ΔH1＝1 076kJ／mol＋2×436kJ／mol－3×413kJ／mol－343kJ／mol－465kJ／mol＝－99kJ／mol。根据盖斯定律可知：反应②－①即得到反应③，则ΔH3＝－58kJ／mol＋99kJ／mol＝＋41kJ／mol。（2）化学平衡常数是指在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，则反应①的化学平衡常数K的表达式为K＝c（CH3OH）／［c（CO）·c2（H2）］。正反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应反向移动，所以平衡常数减小，a正确。（3）升高温度时，反应①为放热反应，平衡向逆反应反向移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向正反应反向移动，又产生CO，使CO的量增大；总的结果是：随着温度的升高，使CO的转化率降低。相同温度下，由于反应①为气体分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应③为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响，故增大压强时，有利于CO的转化率升高，所以，图2中的压强由大到小为p3＞p2＞p1。

【答案】（1）―99 ＋41 （2）K＝c（CH3OH）／［c（CO）· c2（H2）］ a 反应①为放热反应，平衡常数应随温度升高变小

（3）减小 升高温度时，反应①为放热反应，平衡向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向右移动，又产生CO的量增大；总结果，随温度升高，使CO的转化率降低p3＞p2＞p1相同温度下，由于反应①为气体分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应③为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响，故增大压强时，有利于CO的转化率升高。

【点评】对于图象类问题，先要弄清楚图象中横、纵坐标及曲线的意义；再要能将曲线变化情况与有关知识及规律联系起来，并应用于题目的解答；三要熟悉基本的解题策略，如“先拐先平数值大”、“定一议二”、作辅助线等。简答要注意层次性、全面性、逻辑性等。

除上述一些类型问题外，还有等效平衡问题、化学平衡在生产生活中的应用问题等，也是学习中要注意的问题，不一一列举。总之，对本章节中的重要考点要做到胸中有数，解题策略要运用娴熟。

（作者单位：湖北省枝江一中）