化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡考向預(yù)測

湖北 羅功舉

化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡考向預(yù)測

湖北 羅功舉

化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡是高中化學(xué)重要的基本理論，考點(diǎn)多，能力要求高，是每年高考都要涉及的內(nèi)容。筆者通過對近年高考試題及最新考試大綱進(jìn)行深入分析，將化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡中的典型考查方式歸類如下，供考生備考。

一、考查化學(xué)反應(yīng)速率

此知識(shí)點(diǎn)的考查內(nèi)容包括化學(xué)反應(yīng)速率計(jì)算、大小比較、影響因素及規(guī)律的分析、圖象分析、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等。

【例1】（2015福建）在不同濃度（c）、溫度（T）條件下，蔗糖水解的瞬時(shí)速率（v）如下表。下列判斷不正確的是（）

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(chǎn)＝6．00

B．同時(shí)改變反應(yīng)溫度和蔗糖的濃度，v可能不變

C．b＜318．2

D．不同溫度時(shí)，蔗糖濃度減少一半所需的時(shí)間相同

【分析】A項(xiàng)，根據(jù)表格的數(shù)據(jù)可知：在328．2K時(shí)，蔗糖的濃度越大，水解的速率越快，根據(jù)濃度與速率的變化關(guān)系可知：蔗糖的濃度每減小0．100mol／L，對應(yīng)速率減小1．50mmol／（L·min），所以在濃度為0．400mol／L時(shí)，水解的速率是a＝6．00mmol／（L·min），正確。B項(xiàng)，根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知，升高溫度，水解速率增大；增大濃度，水解速率也增大，若同時(shí)改變反應(yīng)物的濃度和反應(yīng)的溫度，則對反應(yīng)速率的影響因素會(huì)相互抵消，反應(yīng)速率可能不變，正確。C項(xiàng)，在物質(zhì)的量濃度不變時(shí)，升高溫度，水解速率增大；降低溫度，水解速率減小，由于在物質(zhì)的量濃度是0．600mol／L時(shí)，當(dāng)318．2K時(shí)，水解速率是3．60mmol／（L·min），現(xiàn)在該反應(yīng)的速率是2．16mmol／（L·min）＜3．60mmol／（L·min），所以反應(yīng)溫度低于318．2K，即b＜318．2，正確。D項(xiàng)，不同溫度時(shí)，蔗糖濃度減少，所以速率減慢，但是溫度不同，在相同的濃度時(shí)的反應(yīng)速率不相同，錯(cuò)誤。

【答案】D

【點(diǎn)評】處理表格數(shù)據(jù)問題時(shí)，一要尋找數(shù)據(jù)的特點(diǎn)及變化規(guī)律，二要分析引起數(shù)據(jù)變化的原因（影響反應(yīng)速率的因素主要包括濃度、溫度、反應(yīng)物顆粒大小、催化劑、壓強(qiáng)等），然后再與有關(guān)化學(xué)知識(shí)或規(guī)律相聯(lián)系，進(jìn)而判斷作答。

二、考查化學(xué)平衡狀態(tài)

這類問題主要涉及三種題型：一是化學(xué)平衡狀態(tài)的判據(jù)判斷，二是化學(xué)平衡移動(dòng)及外因與移動(dòng)方向分析，三是勒夏特列原理的應(yīng)用。

（1）反應(yīng)的ΔH________（填“大于”或“小于”）0；100℃時(shí)，體系中各物質(zhì)濃度隨時(shí)間變化如上圖所示。在0—60s時(shí)段，反應(yīng)速率v（N2O4）為________mol／（L·s）；反應(yīng)的平衡常數(shù)K1為________。

（2）100℃時(shí)達(dá)平衡后，改變反應(yīng)溫度為T，c（N2O4）以0．002 0mol／（L·s）的平均速率降低，經(jīng)10s又達(dá)到平衡。

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

b：列式計(jì)算溫度T時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)K2＝________。

（3）溫度T時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡后，將反應(yīng)容器的容積減少一半，平衡向__________（填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”）方向移動(dòng)，判斷理由是___________________________________________。

【點(diǎn)評】化學(xué)平衡移動(dòng)的分析是該考點(diǎn)的重點(diǎn)，解答具體問題時(shí)，一般按照“可逆反應(yīng)及特點(diǎn)→外因是什么→外因如何影響平衡→平衡移動(dòng)方向→結(jié)論”程序思考，或根據(jù)濃度商與平衡常數(shù)間的關(guān)系判斷。針對不同的問題，應(yīng)靈活選擇不同的方法。

三、考查化學(xué)平衡計(jì)算

此類問題是高考考查的重點(diǎn)，一般涉及各組分的物質(zhì)的量、濃度、轉(zhuǎn)化率、百分含量、氣體混合物的密度、平均摩爾質(zhì)量、壓強(qiáng)、平衡常數(shù)等。

【例3】（2015新課標(biāo)Ⅰ，節(jié)選）碘及其化合物在合成殺菌劑、藥物等方面具有廣泛用途?；卮鹣铝袉栴}：

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根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的計(jì)算式為_________________。

②上述反應(yīng)中，正反應(yīng)速率為v正＝k正·x2（HI），逆反應(yīng)速率為v逆＝k逆·x（H2）·x（I2），其中k正、k逆為速率常數(shù)，則k逆為__________（以K和k正表示）。若k正＝0．002 7min－1，在t＝40min時(shí)，v正＝________min－1。

③由上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到v正～x（HI）和v逆～x（H2）的關(guān)系可用如圖表示。當(dāng)升高到某一溫度時(shí)，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，相應(yīng)的點(diǎn)分別為________（填字母）。

【分析】（4）①問中的反應(yīng)是比較特殊的，反應(yīng)前后氣體體積相等，不同的起始態(tài)很容易達(dá)到等效的平衡狀態(tài)。大家注意表格中的兩列數(shù)據(jù)是正向和逆向的兩組數(shù)據(jù)。

716K時(shí)，取第一行數(shù)據(jù)計(jì)算：

體積不影響平衡常數(shù)計(jì)算，

故K＝c（H2）·c（I2）／c2（HI）＝0．1082／0．7842。

本小題的易錯(cuò)點(diǎn)是：計(jì)算式會(huì)被誤以為是表達(dá)式。

②問的要點(diǎn)是：平衡狀態(tài)下，v正＝v逆，故有：k正·x2（HI）＝k逆·x（H2）·x（I2）

變形：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時(shí)，x（HI）＝0．85，則v正＝k正·x2（HI）＝0．002 7min－1×0．852＝1．95× 10－3min－1。

③表中第一行數(shù)據(jù)意指由HI分解建立平衡，表中第二行數(shù)據(jù)意指向逆反應(yīng)反向進(jìn)行建立平衡；由第一行數(shù)據(jù)可知，平衡時(shí)HI物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0．784，則氫氣、碘蒸汽總物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為1－0．784＝0．216，而氫氣、與碘蒸氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相等，均為0．108；當(dāng)升高溫度時(shí)，有兩個(gè)效應(yīng)：①化學(xué)反應(yīng)速率加快，坐標(biāo)點(diǎn)會(huì)上移（看圖，下同），如A、D、E點(diǎn)；②平衡向右移動(dòng)［第（3）問中已知正反應(yīng)吸熱］，HI的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小，坐標(biāo)點(diǎn)會(huì)左移，如A點(diǎn)，而H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大，坐標(biāo)點(diǎn)會(huì)右移，如E點(diǎn)；故當(dāng)升高到某一溫度時(shí)，反應(yīng)重新達(dá)到平衡時(shí)，v正～x（HI）對應(yīng)的點(diǎn)為A，v逆～x（H2）對應(yīng)的點(diǎn)為E。

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

【點(diǎn)評】處理化學(xué)平衡計(jì)算問題時(shí)，一要合理運(yùn)用三段式法列式、尋找關(guān)系量；二要準(zhǔn)確把握各計(jì)算內(nèi)容對應(yīng)的計(jì)算公式；三要注意計(jì)算中的一些特定要求，如反應(yīng)速率的單位及書寫形式、化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式的書寫及計(jì)算數(shù)據(jù)為對應(yīng)物質(zhì)的平衡濃度等。

四、考查化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖象

這一問題涉及的圖象類型較多，如v－t圖、c－t圖、%或α－p或T圖等，考查識(shí)圖能力及對有關(guān)知識(shí)規(guī)律的掌握情況和解題技巧。

【例4】（2015新課標(biāo)Ⅱ）甲醇是重要的化工原料，又可稱為燃料。利用合成氣（主要成分為CO、CO2和H2）在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的主反應(yīng)如下：

回答下列問題：

（1）已知反應(yīng)①中的相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

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

由此計(jì)算ΔH1＝__________kJ／mol，已知ΔH2＝―58kJ／mol，則ΔH3＝________kJ／mol。

（2）反應(yīng)①的化學(xué)平衡常數(shù)K的表達(dá)式為__________ ______；圖1中能正確反映平衡常數(shù)K隨溫度變化關(guān)系的曲線為（填曲線標(biāo)記字母）________，其判斷理由是______ ________________________。

（3）合成氣的組成n（H2）／n（CO＋CO2）＝2．60時(shí)，體系中的CO平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2所示。α（CO）值隨溫度升高而________（填“增大”或“減小”），其原因是______________________________。圖2中的壓強(qiáng)由大到小為________，其判斷理由是_________________________。

【分析】（1）反應(yīng)熱等于斷鍵吸收的能量與形成化學(xué)鍵所放出的能量的差值，則根據(jù)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。根據(jù)蓋斯定律可知：反應(yīng)②－①即得到反應(yīng)③，則ΔH3＝－58kJ／mol＋99kJ／mol＝＋41kJ／mol。（2）化學(xué)平衡常數(shù)是指在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，則反應(yīng)①的化學(xué)平衡常數(shù)K的表達(dá)式為K＝c（CH3OH）／［c（CO）·c2（H2）］。正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)反向移動(dòng)，所以平衡常數(shù)減小，a正確。（3）升高溫度時(shí)，反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，平衡向逆反應(yīng)反向移動(dòng)，使得體系中CO的量增大；反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，平衡向正反應(yīng)反向移動(dòng)，又產(chǎn)生CO，使CO的量增大；總的結(jié)果是：隨著溫度的升高，使CO的轉(zhuǎn)化率降低。相同溫度下，由于反應(yīng)①為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，加壓有利于提升CO的轉(zhuǎn)化率；而反應(yīng)③為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，產(chǎn)生CO的量不受壓強(qiáng)影響，故增大壓強(qiáng)時(shí)，有利于CO的轉(zhuǎn)化率升高，所以，圖2中的壓強(qiáng)由大到小為p3＞p2＞p1。

【答案】（1）―99 ＋41 （2）K＝c（CH3OH）／［c（CO）· c2（H2）］ a 反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，平衡常數(shù)應(yīng)隨溫度升高變小

（3）減小 升高溫度時(shí)，反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，平衡向左移動(dòng)，使得體系中CO的量增大；反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，平衡向右移動(dòng)，又產(chǎn)生CO的量增大；總結(jié)果，隨溫度升高，使CO的轉(zhuǎn)化率降低p3＞p2＞p1相同溫度下，由于反應(yīng)①為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，加壓有利于提升CO的轉(zhuǎn)化率；而反應(yīng)③為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，產(chǎn)生CO的量不受壓強(qiáng)影響，故增大壓強(qiáng)時(shí)，有利于CO的轉(zhuǎn)化率升高。

【點(diǎn)評】對于圖象類問題，先要弄清楚圖象中橫、縱坐標(biāo)及曲線的意義；再要能將曲線變化情況與有關(guān)知識(shí)及規(guī)律聯(lián)系起來，并應(yīng)用于題目的解答；三要熟悉基本的解題策略，如“先拐先平數(shù)值大”、“定一議二”、作輔助線等。簡答要注意層次性、全面性、邏輯性等。

除上述一些類型問題外，還有等效平衡問題、化學(xué)平衡在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用問題等，也是學(xué)習(xí)中要注意的問題，不一一列舉?？傊瑢Ρ菊鹿?jié)中的重要考點(diǎn)要做到胸中有數(shù)，解題策略要運(yùn)用嫻熟。

（作者單位：湖北省枝江一中）