資源簡介

　化學反應速率和化學平衡
命題角度 3年考題分布 考情預測
化學反應速率的影響因素及計算、速率方程 2024·安徽卷T12；2024·山東卷T15；2023·遼寧卷T12；2022·廣東卷T15 預計在2025年的高考中，化學反應原理的綜合考查仍會以與生產生活實際聯系緊密的創新題材為載體，考查學生對蓋斯定律的運用，化學反應速率和平衡的影響因素，化學平衡常數的多種表達形式，通過圖像等信息獲取解題數據，完成化學平衡常數K、Kp、Kx以及轉化率的計算等重要知識點，另外速率常數的理解與應用也是近幾年高考考查的重點內容之一，應給予關注！
活化能及催化機理分析 2024·甘肅卷T10；2024·廣東卷T15；2024·安徽卷T10；2023·浙江6月卷T14；2022·山東卷T10
化學平衡影響因素 2024·黑吉遼卷T10；2023·北京卷T4；2022·廣東卷T13；2022·湖南卷T14
化學平衡常數及平衡轉化率的計算 2024·新課標卷T10；2024·山東卷T20；2023·新課標卷T29
以速率、平衡為中心的原理綜合題 2024·全國甲卷T28；2024·黑吉遼卷T18；2024·安徽卷T17；2023·山東卷T20；2023·湖北卷T19；2022·山東卷T20；2022·湖南卷T16
化學反應速率的影響因素及計算、速率方程
高考真題 構建解題模型
(2024·安徽卷T12)室溫下，為探究納米鐵去除水樣中的影響因素，測得不同條件下濃度隨時間變化關系如下圖。 實驗 序號水樣 體積/mL納米鐵 質量/mg水樣 初始pH①5086②5026③5028
下列說法正確的是(　　) A．實驗①中，0～2小時內平均反應速率＝2．0 mol·L-1·h-1 B．實驗③中，反應的離子方程式為：＋8H＋===2Fe3+＋Se＋4H2O C．其他條件相同時，適當增加納米鐵質量可加快反應速率 D．其他條件相同時，水樣初始pH越小的去除效果越好 (1)曲線的斜率即反應速率；(2)三個實驗是通過控制變量分析外界條件對反應速率的影響。 A．實驗①中，0～2小時內平均反應速率＝＝2．0×10-5 mol·L-1·h-1，A不正確；B．實驗③中水樣初始pH＝8，溶液顯弱堿性，結合氧化還原反應規律可得離子方程式為＋4H2O===2Fe(OH)3＋Se＋2OH－，B不正確；C．綜合分析實驗①和②可知，在相同時間內，實驗①中濃度的變化量大，因此，其他條件相同時，適當增加納米鐵的質量可加快反應速率，C正確；D．綜合分析實驗②和③可知，在相同時間內，實驗②中濃度的變化量大，因此，其他條件相同時，適當減小水樣初始的去除效果更好，但若初始pH太小時，則與H＋反應的納米鐵的量增多，會導致與反應的納米鐵減少，因此，當初始pH越小時的去除效果不一定越好，D不正確；綜上所述，本題選C。 C
1．解答影響化學反應速率因素題目的步驟 (1)審清題干：看清題目要求是“濃度”“壓強”“溫度”還是“催化劑”。 (2)審清條件：分清是“恒溫恒壓”還是“恒溫恒容”，或其他限制條件。 (3)依據條件，進行判斷：①增大濃度使化學反應速率加快，但增加固體的量對化學反應速率無影響；②壓強對化學反應速率的影響必須引起容器的容積發生變化，同時必須是有氣體參加的化學反應。 2．外界條件對化學反應速率的影響 (1)外界條件對可逆反應的正、逆反應速率的影響方向是一致的，但影響程度不一定相同。如升高溫度，v正和v逆都增大，但吸熱反應方向的反應速率增大的程度大。 (2)密閉容器中充入惰性氣體 ①恒容條件下，充入惰性氣體，反應速率不改變。 ②恒壓條件下，充入惰性氣體，相當于擴大容器容積，反應速率減小。
活化能及催化機理分析
高考真題 構建解題模型
(2024·甘肅卷T10)甲烷在某含Mo催化劑作用下部分反應的能量變化如圖所示，下列說法錯誤的是(　　) A．E2＝1．41 eV B．步驟2逆向反應的ΔH＝＋0．29 eV C．步驟1的反應比步驟2快 D．該過程實現了甲烷的氧化 A．由能量變化圖可知，E2＝0．70 eV－(－0．71 eV)＝1．41 eV，A項正確；B．由能量變化圖可知，步驟2逆向反應的ΔH＝－0．71 eV－(－1．00 eV)＝＋0．29 eV，B項正確；C．由能量變化圖可知，步驟1的活化能E1＝0．70 eV，步驟2的活化能E3＝－0．49 eV－(－0．71 eV)＝0．22 eV，步驟1的活化能大于步驟2的活化能，則步驟1的反應比步驟2慢，C項錯誤；D．該過程實現甲烷轉化為甲醇，屬于加氧氧化，實現了甲烷的氧化，D項正確；故選C。 C
(2022·山東卷T10)在NO催化下，丙烷與氧氣反應制備丙烯的部分反應機理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　) A．含N分子參與的反應一定有電子轉移 B．由NO生成HONO的反應歷程有2種 C．增大NO的量，C3H8的平衡轉化率不變 D．當主要發生包含②的歷程時，最終生成的水減少 根據反應機理圖示知，含N分子發生的反應有NO＋·OOH===NO2＋·OH、NO＋NO2＋H2O===2HONO、NO2＋·C3H7===C3H6＋HONO、HONO===NO＋·OH，含N分子NO、NO2、HONO中N元素的化合價依次為＋2價、＋4價、＋3價，上述反應中均有元素化合價的升降，都為氧化還原反應，一定有電子轉移，A項正確；根據圖示，由NO生成HONO的反應歷程有2種，B項正確； NO是催化劑，增大NO的量，C3H8的平衡轉化率不變，C項正確；無論反應歷程如何，在NO催化下丙烷與O2反應制備丙烯的總反應都為2C3H8＋O22C3H6＋2H2O，當主要發生包含②的歷程時，最終生成的水不變，D項錯誤。 D
1．催化劑對化學反應速率影響的特點 (1)添加催化劑→降低反應的活化能→活化分子百分數提高→有效碰撞概率提高→化學反應速率增大。 (2)添加催化劑→降低反應的活化能→降低反應所需的溫度→減少能耗。 (3)添加催化劑能改變反應的路徑，降低反應的活化能，所以化學反應速率增大。 (4)催化劑的選擇性：對于在給定條件下反應物之間能夠同時發生多個反應的情況，理想的催化劑還具有大幅度提高目標產物在最終產物中比例的作用。 (5)酶作催化劑的特點：高效性、專一性(高選擇性，一種酶只能催化一種或一類化學反應，如蛋白酶只能催化蛋白質水解成多肽)、溫和性(反應條件溫和，溫度升高，酶發生變性失去催化活性)。 2．催化劑機理圖像分析(吸附、分解機理、化學鍵的形成與斷裂) 如：HCOOH催化釋氫。在催化作用下，HCOOH分解生成CO2和H2可能的反應機理如圖所示。
化學平衡影響因素
高考真題 構建解題模型
(2024·黑吉遼卷T10)異山梨醇是一種由生物質制備的高附加值化學品，150 ℃時其制備過程及相關物質濃度隨時間變化如圖所示，15 h后異山梨醇濃度不再變化。下列說法錯誤的是(　　) A．3 h時，反應②正、逆反應速率相等 B．該溫度下的平衡常數：①>② C．0～3 h平均速率v(異山梨醇)＝0．014 mol·kg-1·h-1 D．反應②加入催化劑不改變其平衡轉化率 (1)根據橫縱坐標所表示的量，可判斷出反應到達平衡的時間；(2)1，4 失水山梨醇短時間達到最大值，說明反應①的活化能較小。 A．由題圖可知，3 h時異山梨醇濃度仍在增大，1，4 失水山梨醇的濃度仍在減小，說明此刻反應②未達到平衡狀態，即正、逆反應速率不相等，故A錯誤；B．由題圖可知，3 h時山梨醇的濃度已為0，副產物的濃度不變，說明①、③均不是可逆反應，15 h后異山梨醇的濃度不再變化，1，4 失水山梨醇的濃度大于0，說明反應②是可逆反應，則該溫度下的平衡常數：①>②，故B正確；C．由圖可知，在0～3 h內異山梨醇的濃度變化量為0．042 mol·kg-1，所以平均速率v(異山梨醇)＝＝0．014 mol·kg-1·h-1，故C正確；D．催化劑只能改變化學反應速率，不能改變物質平衡轉化率，所以反應②加入催化劑不改變其平衡轉化率，故D正確；故答案為A。 A
化學平衡常數及平衡轉化率的計算
高考真題 構建解題模型
(2024·新課標卷T10節選)Ni(CO)4(四羰合鎳，沸點43 ℃)可用于制備高純鎳，也是有機化合物羰基化反應的催化劑。回答下列問題： (1)在總壓分別為0．10、0．50、1．0、2．0 MPa下，Ni(s)和CO(g)反應達平衡時，Ni(CO)4體積分數x與溫度的關系如圖所示。反應Ni(s)＋4CO(g)===Ni(CO)4(g)的ΔH 0(填“大于”或“小于”)。從熱力學角度考慮， 有利于Ni(CO)4的生成(寫出兩點)。p3、100 ℃時CO的平衡轉化率α＝ ，該溫度下平衡常數Kp＝ (MPa)-3。 (2)對于同位素交換反應Ni(C16O)4＋C18O―→Ni(C16O)3C18O＋C16O，20 ℃時反應物濃度隨時間的變化關系為ct[Ni(C16O)4]＝c0[Ni(C16O)4]e－kt(k為反應速率常數)，則Ni(C16O)4反應一半所需時間＝ (用k表示)。 (1)由題圖可知，其他條件相同時，隨著溫度升高，平衡時Ni(CO)4的體積分數減小，說明升高溫度平衡逆向移動，因此該反應為放熱反應，ΔH<0。該反應的正反應是氣體總分子數減小的放熱反應，因此降低溫度和增大壓強均有利于Ni(CO)4的生成。由上述分析知，溫度相同時，增大壓強平衡正向移動，對應的平衡體系中Ni(CO)4的體積分數增大，則壓強：p4>p3>p2>p1，即p3對應的壓強是1.0 MPa。由題圖可知，p3、100 ℃條件下達到平衡時，CO和Ni(CO)4的物質的量分數分別為0.1、0.9，設初始時投入的CO的物質的量為4 mol，反應生成的Ni(CO)4的物質的量為x mol，列三段式： 根據阿伏加德羅定律，其他條件相同時，氣體的體積分數即為其物質的量分數，因此有＝0.9，解得x＝，因此達到平衡時n轉化(CO)＝4× mol，CO的平衡轉化率α＝×100%≈97.3% 。氣體的分壓＝總壓強×該氣體的物質的量分數，則該溫度下的壓強平衡常數Kp＝＝＝＝9 000(MPa)-3。 (2)由題給關系式可得e－kt＝，當Ni(C16O)4反應一半時，＝，即＝＝＝ln 2，則＝。 (1)小于　降低溫度、增大壓強　97.3%　9 000　(2)
1．Kp的計算技巧 第一步根據“三段式”法計算平衡體系中各物質的物質的量或物質的量濃度。第二步計算各氣體組分的物質的量分數或體積分數。第三步根據分壓計算公式求出各氣體物質的分壓，某氣體的分壓＝氣體總壓強×該氣體的體積分數(或物質的量分數)。第四步根據平衡常數計算公式代入計算。例如，N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，壓強平衡常數表達式為Kp＝。
2．轉化率的變化分析 在一恒容密閉容器中通入a mol A、b mol B發生反應aA(g)＋bB(g) cC(g)，達到平衡后，改變下列條件，分析轉化率的變化情況。 (1)再通入b mol B，α(A)增大，α(B)減小。 (2)再通入a mol A、b mol B： 若a＋b＞c，α(A)增大、α(B)增大； 若a＋b＝c，α(A)不變、α(B)不變； 若a＋b＜c，α(A)減小、α(B)減小。
以速率、平衡為中心的原理綜合題
高考真題 構建解題模型
(2024·全國甲卷T28)甲烷轉化為多碳化合物具有重要意義。一種將甲烷溴化再偶聯為丙烯(C3H6)的研究所獲得的部分數據如下。回答下列問題： (1)已知如下熱化學方程式： CH4(g)＋Br2(g)===CH3Br(g)＋HBr(g)　ΔH1＝－29 kJ·mol-1 3CH3Br(g)===C3H6(g)＋3HBr(g)　ΔH2＝＋20 kJ·mol-1 計算反應3CH4(g)＋3Br2(g)===C3H6(g)＋6HBr(g)的ΔH＝ kJ·mol-1。 (2)CH4與Br2反應生成CH3Br，部分CH3Br會進一步溴化。將8 mmol CH4和8 mmol Br2通入密閉容器，平衡時，n(CH4)、n(CH3Br)與溫度的關系見下圖(假設反應后的含碳物質只有CH4、CH3Br和CH2Br2)。 (ⅰ)圖中CH3Br的曲線是 (填“a”或“b”)。 (ⅱ)560 ℃時，CH4的轉化α＝ ，n(HBr)＝ mmol。 (ⅲ)560 ℃時，反應CH3Br(g)＋Br2(g)===CH2Br2(g)＋HBr(g)的平衡常數K＝ 。 (3)少量I2可提高生成CH3Br的選擇性。500 ℃時，分別在有I2和無I2的條件下，將8 mmol CH4和8 mmol Br2通入密閉容器，溴代甲烷的物質的量(n)隨時間(t)的變化關系見下圖。 解答以速率、平衡為中心的原理綜合題的思路流程 根據蓋斯定律計算化學反應熱；根據影響化學反應速率的因素判斷可逆反應進行的方向從而判斷曲線歸屬；根據反應前后的變化量計算轉化率；根據平衡時各物質的物質的量計算平衡常數；根據一段時間內物質的物質的量變化計算速率并計算速率比；根據圖示信息和反應機理判斷合適的原因。 (1)將第一個熱化學方程式命名為①，將第二個熱化學方程式命名為②。根據蓋斯定律，將熱化學方程式①乘以3再加上熱化學方程式②，即①×3＋②，可得目標熱化學方程式3CH4(g)＋3Br2(g)===C3H6(g)＋6HBr(g)的ΔH＝＋20 kJ·mol-1＝－67 kJ·mol-1。 (2)(ⅰ)根據ΔH1<0可知，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，CH4(g)的含量增多，CH3Br(g)的含量減少，故圖中CH3Br的曲線為a。 (ⅱ)由題圖可知560 ℃時，反應達平衡時剩余的CH4(g)的物質的量為1．6 mmol，其轉化率α＝×100%＝80%；若只發生一步反應，則生成6．4 mmol CH3Br，但此時剩余CH3Br的物質的量為5．0 mmol，說明還有1．4 mmol CH3Br發生反應生成CH2Br2，則此時生成的HBr的物質的量n＝6．4 mmol＋1．4 mmol＝7．8 mmol。 (ⅲ)560 ℃時平衡時反應中各組分的物質的量分別為n(CH3Br)＝5．0 mmol、n(Br2)＝0．2 mmol、n(CH2Br2)＝1．4 mmol、n(HBr)＝7．8 mmol，故該反應的平衡常數K＝＝＝10．92。
(ⅰ)在11～19 s，有I2和無I2時CH3Br的生成速率之比＝ 。 (ⅱ)從圖中找出I2提高了CH3Br選擇性的證據： 。 (ⅲ)研究表明，I2參與反應的可能機理如下： ①I2(g)===·I(g)＋·I(g) ②·I(g)＋CH2Br2(g)===IBr(g)＋·CH2Br(g) ③·CH2Br(g)＋HBr(g)===CH3Br(g)＋·Br(g) ④·Br(g)＋CH4(g)===HBr(g)＋·CH3(g) ⑤·CH3(g)＋IBr(g)===CH3Br(g)＋·I(g) ⑥·I(g)＋·I(g)===I2(g) 根據上述機理，分析I2提高CH3Br選擇性的原因： 。 (3)(ⅰ)11～19 s時，有I2的生成速率v＝ mmol·(L·s)-1＝ mmol·(L·s)-1，無I2的生成速率v＝ mmol·(L·s)-1＝ mmol·(L·s)-1。生成速率比＝＝。 (ⅱ)由題圖知，有I2時，CH3Br的量明顯提高，CH2Br2的量降低，且約7．5 s后，體系中CH3Br的量高于CH2Br2的量，故I2提高了CH3Br的選擇性。 (ⅲ)I2產生的·I可將反應后的含碳物質CH2Br2經過反應②、③轉化為CH3Br；而反應過程中生成的·Br可繼續與CH4經過反應④、⑤生成CH3Br，提高了生成的CH3Br的量，減少了CH2Br2的量，從而提高CH3Br選擇性。 (1)－67　(2)(ⅰ)a　(ⅱ)80%　7．8　(ⅲ)10．92 (3)(ⅰ)(或3∶2)　(ⅱ)有I2時，CH3Br的量明顯提高，CH2Br2的量降低，且約7．5 s后，體系中CH3Br的量高于CH2Br2的量　(ⅲ)I2產生的·I可將反應后的含碳物質CH2Br2經過反應②、③轉化為CH3Br；而反應過程中生成的·Br可繼續與CH4經過反應④、⑤又生成CH3Br
解答速率平衡圖像題的思路

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