資源簡介

2025屆高三化學一輪專題復習講義（11）
專題三 基本理論
3-4 化學平衡（一）（1課時，共2課時）
【復習目標】
1．了解化學反應速率的概念和定量表示方法，能正確計算平衡轉化率(α)。
2．了解溫度、濃度、壓強和催化劑等對化學反應速率的影響，能用相關理論解釋其一般規律。
3．掌握化學平衡狀態的特征。
【重點突破】
1．化學反應速率的調控在生活、生產和科學研究領域中的重要作用。
2．可逆反應是否達到平衡狀態的判斷方法。
【真題再現】
例1．（2023·湖南卷）向一恒容密閉容器中加入1molCH4和一定量的H2O，發生反應：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。CH4的平衡轉化率按不同投料比χ
＝\f(n(CH4),n(H2O)))) 隨溫度的變化曲線如圖所示。下列說法錯誤的是
A．x1＜x2
B．反應速率：vb正＜vc正
C．點a、b、c對應的平衡常數：Ka＜Kb=Kc
D．反應溫度為T1，當容器內壓強不變時,反應達到平衡狀態
解析：
結合圖像分析可知，A項正確，B項錯誤；該反應為吸熱反應，溫度升高，平衡常數增大，結合圖像可知平衡常數Ka＜Kb=Kc，C項正確；該反應反應前后氣體分子數不相等，恒溫恒容時，容器內壓強不再發生變化，即達到平衡狀態，D項正確。
答案：B
例2．（2023·江蘇卷）金屬硫化物(MxSy)催化反應CH4(g)+2H2S(g)===CS2(g)+4H2(g)，既可以除去天然氣中的H2S，又可以獲得H2。下列說法正確的是
A．該反應的△S＜0
B．該反應的平衡常數K=
C．題圖所示的反應機理中，步驟Ⅰ可理解為H2S中帶部分負電荷的S與催化劑中的M之間發生作用
D．該反應中每消耗1mol H2S，轉移電子的數目約為2×6.02×1023
解析：A項，左側反應物氣體計量數之和為3，右側生成物氣體計量數之和為5，△S＞0，錯誤；B項，由方程形式知，K= ，錯誤；C項，由題圖知，經過步驟Ⅰ后，H2S中帶部分負電荷的S與催化劑中的M之間形成了作用力，正確；D項，由方程式知，消耗1mol H2S同時生成2 mol H2，轉移4mole－，數目為4×6.02×1023，錯誤。
答案：C
例3．（2022·江蘇卷）用尿素水解生成的NH3催化還原NO，是柴油機車輛尾氣凈化的主要方法。反應為4NH3(g)+O2(g)+4NO(g) 4N2(g)+6H2O(g)，下列說法正確的是
A．上述反應△S＜0
B．上述反應平衡常數
C．上述反應中消耗1mol NH3，轉移電子的數目為2×6.02×1023
D．實際應用中，加入尿素的量越多，柴油機車輛排放的尾氣對空氣污染程度越小
解析：A項，由方程式可知，該反應是一個氣體分子數增大的反應，即熵增的反應，反應△S＞0，錯誤；B項，由方程式可知，反應平衡常數，正確；C項，由方程式可知，反應每消耗4mol氨氣，反應轉移12mol電子，則反應中消耗1mol氨氣轉移電子的數目為3mol×4××6.02×1023=3×6.02×1023，錯誤；D項，實際應用中，加入尿素的量越多，尿素水解生成的氨氣過量，柴油機車輛排放的氨氣對空氣污染程度增大，錯誤。
答案： B
例4．（2022·北京卷）CO2捕獲和轉化可減少CO2排放并實現資源利用，原理如圖1所示。反應①完成之后，以N2為載氣，以恒定組成的N2、CH4混合氣，以恒定流速通入反應器，單位時間流出氣體各組分的物質的量隨反應時間變化如圖2所示。反應過程中始終未檢測到CO2，在催化劑上有積碳。
下列說法不正確的是
A．反應①為CaO+CO2===CaCO3；反應②為CaCO3+CH4CaO+2CO+2H2
B．t1～t3，n(H2)比n(CO)多，且生成H2速率不變，可能有副反應CH4C+2H2
C．t2時刻，副反應生成H2的速率大于反應②生成H2速率
D．t3之后，生成CO的速率為0，是因為反應②不再發生
解析：A項，由題干圖1所示信息可知，反應①為CaO+CO2===CaCO3，結合氧化還原反應配平可得反應②為CaCO3+CH4CaO+2CO+2H2，正確；B項，由題干圖2信息可知，t1～t3，n(H2)比n(CO)多，且生成H2速率不變，且反應過程中始終未檢測到CO2，在催化劑上有積碳，故可能有副反應CH4C+2H2，反應②和副反應中CH4和H2的系數比均為1︰2，B正確；C項，由題干反應②方程式可知，H2和CO的反應速率相等，而t2時刻信息可知，H2的反應速率未變，仍然為2mmol·min 1，而CO變為1~2m mol·min 1之間，故能夠說明副反應生成H2的速率小于反應②生成H2速率，錯誤；D項，由題干圖2信息可知，t3之后，CO的速率為0，CH4的速率逐漸增大，最終恢復到1，說明生成CO的速率為0，是因為反應②不再發生，而后副反應逐漸停止反應，D正確。
答案：C
小結：主要考查影響化學反應速率的外界因素，培養學生閱讀圖形、提取信息的能力。
【知能整合】
1．化學反應速率計算的一般方法
（1）定義式法：找出各物質的起始量、某時刻量，求出轉化量，利用定義式v＝＝來計算。
（2）用已知物質的反應速率，計算其他物質表示的反應速率——關系式法。
化學反應速率之比＝物質的量濃度變化之比＝物質的量變化之比＝化學計量數之比。
2．比較反應速率大小的常用方法：換算成同一物質、同一單位表示，再比較數值的大小。
3．核心素養之“證據推理與模型認知”——速率常數概念模型
（1）假設基元反應(能夠一步完成的反應）為aA(g)+bB(g)===cC(g)+dD(g)， 其速率可表示為v=kca(A)cb(B)，式中的k稱為反應速率常數（或速率常數），它表示單位濃度下的化學反應速率，與濃度無關，但受溫度、催化劑等因素的影響，通常速率常數越大，反應進行得越快。不同反應有不同的速率常數。
（2）正、逆反應的速率常數與平衡常數的關系：對于基元反應aA(g)+bB(g)===cC(g)+dD(g)， v正=k正·ca(A)·cb(B)，v逆=k逆·cc(C)·cd(D)，平衡常數K= = ，反應達到平衡時v正=v逆，故K=。
4．外因對反應速率的影響
5．判斷化學平衡狀態的兩種方法
（1）動態標志：v正＝v逆≠0：
①同種物質：同一物質的生成速率等于消耗速率。
②不同物質：必須標明是“異向”的反應速率關系。如aA＋bB===cC＋dD，＝時，反應達到平衡狀態。
（2）靜態標志：各種“量”不變：
①各物質的質量、物質的量或濃度不變。
②各物質的百分含量（物質的量分數、質量分數等）不變。
③溫度、壓強（化學反應方程式兩邊氣體體積不相等）或顏色（某組分有顏色）不變。
【體系再構】
【隨堂反饋】
基礎訓練
1．X(g)＋3Y(g)2Z(g) ΔH＝－akJ·mol-1。一定條件下，將1 molX和3 molY通入2L的恒容密閉容器，反應10 min，測得Y的物質的量為2.4 mol。下列說法正確的是
A．10 min內，Y的平均反應速率為0.03 mol·L-1·s-1
B．10 min內，消耗0.2 molX，生成0.4 molZ
C．第10 min時，X的反應速率為0.01 mol·L-1·min-1
D．10 min內，X和Y反應放出的熱量為a kJ
2．在1 L 恒溫恒容的密閉容器中投入一定量N2O5，發生反應：
反應1：N2O5(g) == N2O4(g)+ 1/2O2(g) 反應2：N2O4(g) 2NO2(g)
現有下列情況：①混合氣體的密度保持不變；②氣體壓強保持不變；③ 保持不變；④氣體的平均摩爾質量保持不變； ⑤O2的物質的量保持不變；⑥v正(N2O4)︰v逆(NO2)=1︰2。
能表明反應2一定達到平衡狀態的是
A．②③④⑥ B．①②③⑥ C．①③⑤⑥ D．②③④⑤
3．已知反應2NO(g)＋2H2(g)N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－752 kJ/mol的反應機理如下：
①2NO(g)N2O2(g) (快)
②N2O2(g)＋H2(g)N2O(g)＋H2O(g) (慢)
③N2O(g)＋H2(g)N2(g)＋H2O(g) (快)
下列有關說法錯誤的是
A．①的逆反應速率大于②的正反應速率
B．②中N2O2與H2的碰撞僅部分有效
C．N2O2和N2O是該反應的催化劑
D．總反應中逆反應的活化能比正反應的活化能大
4．Ni可活化C2H6放出CH4，其反應歷程如圖所示。下列關于活化歷程的說法錯誤的是
A．涉及非極性鍵的斷裂和生成
B．Ni—H鍵的形成有利于氫原子的遷移
C．總反應為：Ni＋C2H6―→NiCH2＋CH4
D．決速步驟：中間體2―→中間體3
拓展訓練
5．一定量的CO2與足量的碳在體積可變的恒壓密閉容器中反應：C(s)＋CO2(g) 2CO(g)。平衡時，體系中氣體體積分數與溫度的關系如下圖所示：
已知：氣體分壓(p分)＝氣體總壓(p總)×體積分數。下列說法正確的是
A．550℃時，若充入惰性氣體，v正，v逆均減小，平衡不移動
B．650℃時，反應達平衡后CO2的轉化率為25.0%
C．T℃時，若充入等體積的CO2和CO，平衡向逆反應方向移動
D．925℃時，用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數Kp＝24.0p總
6．利用液化石油氣中的丙烷脫氫可制取丙烯：C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)ΔH。向起始體積為2L的恒壓密閉容器中充入1mol丙烷，在不同溫度、壓強下測得平衡時反應體系中丙烷與丙烯的物質的量分數如圖所示（已知p1為0.1MPa）。下列說法錯誤的是
A．反應的ΔH>0
B．壓強p2＜0.1MPa
C．升高溫度有利于丙烯的生成
D．556℃壓強p1時，容器中通入
1.2molC3H8、0.8molC3H6、0.6molH2，此時v(正)＞v(逆)
7．丙烷脫氫是制備丙烯的一種常見方法，如圖是某催化劑催化該過程的能量變化，“*”表示吸附在催化劑表面的物種。下列有關說法不正確的是
A．1 mol丙烷中的總鍵能小于1 mol丙烯及1 mol氫氣的總鍵能之和
B．在該條件下，所得丙烯中還含有其他有機物
C．該過程中未發生碳碳鍵的斷裂
D．相同條件下在該催化劑表面，*CH3CH2CH3比*CH3CH== CH2脫氫更容易
8．將3%NO、6%NH3、21%O2和70%N2的混合氣體（N2為平衡氣）以一定流速通過裝有Cu基催化劑的反應器，NO去除率隨反應溫度的變化曲線如圖所示。
（1）在150～225 ℃范圍內，NO去除率隨溫度的升高而迅速上升的原因是_____________。
（2）燃煤煙氣中伴有一定濃度的HCl氣體，它會造成NO去除率下降，其原因可能是_______。
【隨堂反饋】答案
1．B 2．A 3．C 4．A 5．B 6．D 7．A
8．（1）隨著溫度的升高，催化劑的活性增大，且與溫度升高共同作用，使NO的去除反應速率迅速上升。
（2）煙氣中的HCl與NH3反應生成NH4Cl，使得還原劑NH3的量減少，NH4Cl固體覆蓋在Cu基催化劑表面，使催化劑失去活性。
【課后作業】
1．一定溫度下，在容積恒定的密閉容器中，進行如下可逆反應：A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)，下列敘述能表明該反應已達到平衡狀態的是
①混合氣體的密度不再變化時
②容器內氣體的壓強不再變化時
③混合氣體的總物質的量不再變化時
④B的物質的量濃度不再變化時
⑤混合氣體的平均相對分子質量不再改變的狀態
⑥當v正(B)＝2v逆(C)
A．①④⑤⑥ B．②③⑥ C．②④⑤⑥ D．只有④
2．對于反應CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝－kJ·mol-1，下列說法不正確的是
A．反應的平衡常數可表示為K＝
B．反應活化能：Ea(正)C．平衡后增大容器的體積，v正、v逆都減小
D．1 mol CO和2 mol H2充分反應，轉移電子數目約為4×6.02×1023個
3．在二氧化碳合成甲醇的研究中，催化劑是研究的關鍵。目前國內外研究主要集中于銅基催化劑，有學者提出了CO2的轉化過程如圖所示。下列說法正確的是
A．基態銅原子的核外電子排布式為[Ar]3d94s2
B．甲酸乙酯是該過程的催化劑
C．步驟④中有化學鍵的斷裂和形成
D．反應過程中，催化劑參與反應，降低了反應的焓變
4．對于反應：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)，
R. A. Ogg提出如下反應歷程：
第一步 N2O5NO2＋NO3 快速平衡
第二步 NO2＋NO3―→NO＋NO2＋O2 慢反應
第三步 NO＋NO3―→2NO2 快反應
其中可近似認為第二步反應不影響第一步的平衡。下列表述正確的是
A．v（第一步的逆反應）B．第二步中NO2與NO3的碰撞僅部分有效
C．第三步反應活化能較高
D．反應的中間產物只有NO3
5．T1溫度時在容積為2L的恒容密閉容器中只充入1.00molNO2氣體發生反應：
2NO(g)+O2(g)2NO2(g) H<0。實驗測得：v正=k正c2(NO)·c(O2)，v逆=k逆c2(NO2)，k正、k逆為速率常數只受溫度影響。不同時刻測得容器中n(NO2)如下表：
時間/s 0 1 2 3 4 5
n(NO2)/mol 1.00 0.80 0.65 0.55 0.50 0.50
（1）從0～2s該反應的平均速率v(NO2)= 。
（2）T1溫度時化學平衡常數K= L·mol-1。
（3）化學平衡常數K與速率常數k正、k逆的數學關系是K= 。若將容器的溫度改變為T2時其k正=k逆，則T2 T1（填“>”、“<”或“=”）。
6．工業合成氨是人類科學技術的一項重大突破，目前已有三位科學家因其獲得諾貝爾獎，其反應為：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H= -92.4 kJ·mol-1 △S= -200J·K-1·mol-1，回答下列問題：
（1）合成氨反應在常溫下___________（填“能”或“不能”）自發。
（2）___________溫（填“高”或“低”，下同）有利于提高反應速率，___________溫有利于提高平衡轉化率，綜合考慮催化劑（鐵觸媒）活性等因素，工業常采用400～500℃。
針對反應速率與平衡產率的矛盾，我國科學家提出了一種解決方案。
（3）方案二：M—LiH復合催化劑。
下列說法正確的是___________。
a．時，復合催化劑比單一催化劑效率更高
b．同溫同壓下，復合催化劑有利于提高氨的平衡產率
c．溫度越高，復合催化劑活性一定越高
（4）某合成氨速率方程為：，根據表中數據，___________；
實驗
1 m n p q
2 n p
3 m n
4 m p
在合成氨過程中，需要不斷分離出氨的原因為___________。
a．有利于平衡正向移動 b．防止催化劑中毒 c．提高正反應速率
7．MnO2是一種兩性氧化物，用軟錳礦（主要成分為MnO2，含少量鐵的氧化物）和BaS可制備高純MnCO3。
（1）軟錳礦粉與BaS溶液反應生成難溶的MnO、S和Ba(OH)2。保持BaS投料量不變，隨MnO2與BaS投料比增大，軟錳礦還原率和Ba(OH)2的產率的變化如圖1所示。當>3.5時，Ba(OH)2產率減小的原因是___________________________________________。
圖1 圖2
（2）攪拌時間對Ba(OH)2產率的影響如圖2所示，延長攪拌時間，Ba(OH)2產率提高，原因是____________________________________。
8．甲烷是一種重要的化工原料，常用于制H2和CO。甲烷裂解制氫的反應為CH4(g)===C(s)＋2H2(g) ΔH＝＋75 kJ·mol-1，Ni和活性炭均可作該反應催化劑。CH4在催化劑孔道表面反應，若孔道堵塞會導致催化劑失活。
（1）向反應系統中通入水蒸氣可有效減少催化劑失活，其原因是：___________________。
（2）在相同氣體流量條件下，不同催化劑和進料比對甲烷轉化率的影響如圖1所示。使用活性炭催化劑，且其他條件相同時，隨著進料比的增大，甲烷的轉化率逐漸增大的原因是_________________________________________________。
圖1 圖2
（3）使用Ni催化劑，且其他條件相同時，隨時間增加，溫度對Ni催化劑催化效果的影響如圖2所示。使用催化劑的最佳溫度為________，650 ℃條件下，1000 s后，氫氣的體積分數快速下降的原因是_____________________________________________________。
【課后作業】答案
1．A 2．D 3．C 4．B
5．（1）0.0875mol·L-1·s-1
（2）8
（3） >
6．（1）能 （2）高 低 （3）a （4） -1 a
7．（1）過量的MnO2消耗了產生的Ba(OH)2
（2）充分攪拌能增大固液接觸面積，并不斷移去表面上的固體產物，加快反應速率，提高Ba(OH)2產率
8．（1）水蒸氣與碳反應生成CO（或CO2)與氫氣，減少固體碳對孔道的堵塞
（2）進入反應的甲烷含量越低，甲烷分子與催化劑接觸的概率越大，轉化率越高
（3）600 ℃ 溫度升高反應速率加快，催化劑內積碳量增加，催化劑快速失活
8

展開更多......

收起↑