突破化学反应速率和化学平衡的高考瓶颈

2016-03-17 07:12北京李宏华

教学考试(高考化学) 2016年5期

北京李宏华

突破化学反应速率和化学平衡的高考瓶颈

北京李宏华

本部分知识理论性较强，内容抽象，在高考试卷中往往以中等难度以上的题目出现，用于体现高考试题的区分度。高考中这部分知识体现以下特点：（1）题型由选择题向非选择题型转化，深刻考查考生对相关概念的理解程度，而且分值较高；（2）多数试题采用图象、图表的形式进行命题，提高了试题的综合性，充分考查了考生识图、识表的能力和提取信息并进行加工整理的能力。

突破点一：突破化学反应速率的计算

对于较为复杂的关于反应速率的题目，采用以下步骤和模板计算：

（1）写出有关反应的化学方程式；

（2）找出各物质的起始量、转化量、某时刻量；

（3）根据已知条件列方程式计算。

（1）x＝________。

（2）前5m i n内B的反应速率v（B）＝________。

（3）平衡时A的转化率为________。

（4）若用①v（A）＝1 2 m o l／（L·m i n）、②v（C）＝0.1m o l／（L·s）分别表示该反应速率，则反应速率较快的是________（填序号）。

起始（m o l／L）aa0 0

转化（m o l／L） 0.7 5 0.2 5 0.5 0.5

平衡（m o l／L）a－0.7 5a－0.2 5 0.5 0.5

【答案】（1）2 （2）0.0 5 m o l／（L·m i n）（3）5 0%（4）①

突破点二：如何判断化学平衡状态

判断化学反应是否达到平衡状态，关键要看给定的条件能否推出参与反应的任一物质的物质的量不再发生变化，也就是“变量不变达平衡”。该题中反应速率，气体的物质的量浓度、混合气体的密度等都是变化的，当它们不再变化时达到了平衡状态，常用到的判断标志有：

（1）绝对标识

（2）相对标志

①有气体参加的反应，气体的总压强、总体积、总物质的量不变时，当是等体积反应时，不一定平衡；当是不等体积反应时，平衡。

②气体的密度（气体的总质量／气体的总体积），气体的平均相对分子质量（气体的总质量／气体的总物质的量）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如果平衡体系中的物质有颜色，则平衡体系的颜色不变时，可以判断达到平衡。

①混合气体的压强不变

②混合气体的密度不变

③C（g）的物质的量浓度不变

④容器内A、C、D三种气体的浓度之比为2∶1∶1

⑤单位时间内生成nm o l D，同时生成2nm o l A

⑥单位时间内生成nm o l C，同时消耗nm o l D

A.①②③B.③④⑥

C.②③⑤⑥D.只有③

【解析】①反应前后气体的体积不变，混合气体的压强不变，不能判断是否达到化学平衡状态，①错误；②混合气体的总质量在变，体积不变，所以密度在变，故混合气体的密度不变能说明达到化学平衡状态，②正确；③C（g）的物质的量浓度不变说明达到化学平衡状态，③正确；④容器内A、C、D三种气体的浓度之比为2∶1∶1，不能判断是否达到化学平衡状态，④错误；⑤单位时间内生成nm o l D是正反应，同时生成2nm o l A是逆反应，且速率之比等于化学计量数之比，正逆反应速率相等，达到化学平衡状态，⑤正确；⑥单位时间内生成nm o l C是正反应，同时消耗nm o l D是逆反应，且速率之比等于化学计量数之比，正逆反应速率相等，达到化学平衡状态，⑥正确。

【答案】C

【方法点拨】平衡状态的标志必须是只有平衡才有的特征，所以根据不同的方程式有不同的平衡标志，一般分为直接标志和间接标志。直接标志：正反应速率＝逆反应速率注意反应速率的方向必须有正向和逆向。同时要注意物质之间的比例关系，必须符合方程式中的化学计量数的比值。间接标志：（1）各物质的浓度不变。（2）各物质的百分含量不变。（3）对于气体体积前后改变的反应，压强不变是平衡的标志。（4）对于气体体积前后不改变的反应，压强不能做标志。（5）对于恒温恒压条件下的反应，气体体积前后改变的反应密度不变是平衡标志。（6）对于恒温恒容下的反应，有非气体物质的反应，密度不变是平衡标志。

突破点三：对化学反应速率影响因素的考查

解答此类问题的关键是从图象中得出斜率大小表示反应速率的快慢，斜率大表示反应速率快，然后联系影响化学反应速率的因素解决问题。影响化学反应速率的因素往往与影响化学平衡移动的因素结合起来进行考查，要注意区分度。（1）温度：升温v（正）、v（逆）均增大，平衡向吸热反应方向移动。同理，降温平衡向放热反应方向移动，v（正）、v（逆）均减小。（2）催化剂：同倍数改变正、逆反应速率，不影响化学平衡。（3）浓度：增大反应物浓度的瞬间，v（正）增大，v（逆）不变，然后v（正）减小，v（逆）增大，平衡正向移动。同理，减小反应物浓度的瞬间，v（正）减小，v（逆）不变，然后v（正）增大，v（逆）增大，平衡逆向移动。纯固体、纯液体量的变化对化学反应速率及化学平衡均无影响。（4）压强：在其他条件不变时增大压强造成气体的浓度增大时，v（正）、v（逆）均增大，平衡向气体体积减小的方向移动。同理，减小压强造成气体的浓度减小时，v（正）、v（逆）均减小。

【例3】（2 0 1 6长沙一中期末）向甲、乙、丙三个密闭容器中充入一定量的A和B，发生反应：xA（g）＋B（g）幑幐2 C（g）。各容器的反应温度、反应物起始量，反应过程中C的浓度随时间变化关系分别以下表和下图表示。

容器甲乙丙容积0.5L___ ___0.5L 1.0L温度／℃__ _____T1T2T2_______反应物起始量1.5m o l A 0.5m o l B_ _ 1.5m o l A 0.5m o l B_ _ 6.0m o l A 2.0m o l B_

下列说法正确的是（）

A.1 0 m i n内甲容器中反应的平均速率v（A）＝0.0 2 5m o l·（L·m i n）－1

B.由图可知：T1＜T2，且该反应为吸热反应

C.若平衡时温度不变，改变容器体积平衡不移动

D.T1℃，起始时甲容器中充入0.5m o l A、1.5m o l B，平衡时A的转化率为2 5%

【解析】A项，根据图象的乙、丙可知，二者的温度相同，反应开始时物质的浓度丙是乙的2倍，达到平衡时形成的C的浓度也是乙的2倍，说明增大压强化学平衡不发生移动，因此该反应是反应前后气体体积相等的反应，所以x＝1。由图可知，1 0m i n内甲容器中C的浓度变化量为1.0m o l／L，v（C）＝1.0m o l／L÷1 0m i n＝0.1m o l／（L·m i n），由于用不同物质表示的反应速率之比等于化学计量数之比，所以v（A）＝1／2v（C）＝1／2×0.1 m o l／（L·m i n）＝0.0 5m o l／（L·m i n），错误；B项，比较甲与乙反应条件可知，二者只有反应温度不同，乙先到达平衡，故温度T1＜T2，温度越高C的浓度越低，说明升高温度化学平衡向逆反应移动，根据平衡移动原理，升高温度化学平衡向吸热反应分析移动，逆反应为吸热反应，则该反应的正反应为放热反应，错误；C项，根据选项A分析可知反应前后气体的物质的量不变，改变容器的容积，使体系的压强发生变化，化学平衡不发生移动，正确；D项，由于该反应是反应前后气体体积相等的反应，

【答案】C

【方法点拨】在其他条件不变时，升高温度，化学反应速率加快，达到平衡所需要的时间缩短，先达到平衡，先出现拐点，从而可确定温度T1＜T2；再结合反应在不同温度下达到平衡状态时C的含量的高低，根据平衡移动原理，判断该反应的正反应是放热反应还是吸热反应；根据开始加入的物质的量浓度关系及平衡时C的浓度关系可确定方程式的系数，可确定该反应是反应前后气体体积相等的反应，从而可确定在温度不变时改变压强，化学平衡不发生移动；根据平衡时C的浓度计算出用C表示的化学反应速率，利用物质反应时速率比等于方程式的系数比得到用A物质表示的反应速率大小；在温度是T1时，先根据已知条件计算出在温度是甲中化学平衡常数，然后确定改变物质浓度，利用平衡三段式确定物质的平衡浓度，根据K不变，计算得到改变的A的物质的量，利用物质的转化率是转化的物质的量与加入的物质的量的比得到其数值，从而确定选项D正误。本题将化学方程式的系数的判断、压强、温度、浓度对化学反应速率和化学平衡移动的影响综合考查，同时也考查了化学平衡常数的应用，是一个综合性很强的试题，全面考查了学生运用知识进行分析问题、解决问题的能力。

突破点四：深入理解化学平衡移动的原理

要正确理解化学平衡移动原理，化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变，而不是“消灭”外界条件的改变。在应用勒夏特列原理分析问题时应注意以下两点：（1）不要把v（正）增大与化学平衡向正反应方向移动等同。只有v（正）＞v（逆）时，才使化学平衡向正反应方向移动。（2）不要把化学平衡向正反应方向移动与反应物的转化率提高等同。当反应物的总量不变时，化学平衡向正反应方向移动，反应物的转化率提高；当增大一种反应物的浓度，使化学平衡向正反应方向移动时，会使另一种反应物的转化率提高，而自身的转化率降低。

A.升高温度，该反应的平衡常数增大

B.当v（C O2）∶v（H2）＝1∶3时，反应达到平衡

C.当c（CH3OH）＝1m o l·L－1时，反应达到平衡

D.平衡后再充入一定量的C O2，甲醇的体积分数一定增大

【解析】该反应是吸热反应，升高温度，该反应的平衡常数增大，A正确；反应只要进行，速率之比等于化学计量数之比，v（C O2）∶v（H2）＝1∶3时，不能说明反应达到平衡，B错误；该反应是可逆反应，不可能生成1 m o l·L－1的CH3OH，C错误；平衡后再充入一定量的C O2，平衡正向移动，根据勒夏特列原理（只减弱，不抵消），甲醇的体积分数减小，D错误。

【答案】A

突破点五：化学平衡常数全面突破

化学平衡常数是高考考查的热点知识，考查的角度多种多样。对于化学平衡常数应注意以下几点：（1）化学平衡常数的大小是可逆反应进行程度的标志，它能够表达可逆反应进行的程度。化学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。（2）化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。（3）反应物或生成物有固体和纯液体存在时，其浓度可看作为“1”，不计入化学平衡常数的表达式中。（4）化学平衡常数的应用：可以利用浓度商与化学平衡常数大小判断可逆反应是否达到平衡，判断化学平衡移动的方向。利用K可判断反应物的热效应，若升高温度，K增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K减小，则正反应为放热反应。

【例5】（2 0 1 6成都七中期中）T1温度下，体积为2L的恒容密闭容器，加入4.0 0m o l X，2.0 0m o l Y，发生化学反应2 X（g）＋Y（g）幑幐3M（g）＋N（s） ΔH＜0。部分实验数据如表格所示。