專 題 2 化 學 反 應 速 率 與 化 學 平 衡 “ 定 多 變 一 ” 突 破 變 量 探 究 實 驗變 量 控 制 思 想 是 中 學 化 學 實 驗 中 常 用 的 思 想 方 法 ， 對 影 響 實驗 結(jié) 果 的 因 素 進 行 控 制 ， 以 達 到 明 確 各 因 素 在 實 驗 中 意 義 的目 的 。 實 驗 法 優(yōu) 于 觀 察 法 和 描 述 法 的 地 方 就 在 于 它 可 以 人 為地 干 預 控 制 所 研 究 的 對 象 ， 這 實 際 上 就 是 控 制 變 量 思 想 的 重要 體 現(xiàn) 。 在 研 究 影 響 化 學 反 應 速 率 和 化 學 平 衡 的 因 素 時 ， 由 于 外 界 影響 因 素 較 多 ， 故 為 搞 清 某 個 因 素 的 影 響 均 需 控 制 其 他 因 素 相同 或 不 變 時 ， 再 進 行 實 驗 。 因 此 ， 變 量 控 制 思 想 在 這 部 分 體現(xiàn) 較 為 充 分 ， 在 高 考 題 中 近 幾 年 也 考 查 較 多 ， 且 多 以 探 究 型實 驗 題 的 形 式 出 現(xiàn) 。 這 類 題 目 以 實 驗 為 研 究 手 段 ， 模 擬 科 學探 究 過 程 對 小 課 題 展 開 研 究 。 盡 管 涉 及 因 素 較 多 ， 有 其 復 雜性 ， 但 仍 然 重 在 考 查 學 生 基 礎(chǔ) 知 識 和 基 本 技 能 、 學 生 分 析 能力 和 實 驗 能 力 。 實 際 上 這 類 題 目 并 不 可 怕 。 1 常 見 考 查 形 式(1)以 表 格 的 形 式 給 出 多 組 實 驗 數(shù) 據(jù) ， 讓 考 生 找 出 每 組 數(shù) 據(jù) 的變 化 對 反 應 的 影 響 。(2)給 出 影 響 化 學 反 應 的 幾 種 因 素 ， 讓 考 生 設(shè) 計 實 驗 分 析 各 因素 對 反 應 的 影 響 。2 解 題 策 略(1)確 定 變 量解 答 這 類 題 目 時 首 先 要 認 真 審 題 ， 理 清 影 響 實 驗 探 究 結(jié) 果 的因 素 有 哪 些 。 (2)定 多 變 一在 探 究 時 ， 應 該 先 確 定 其 他 的 因 素 不 變 ， 只 變 化 一 種 因 素 ，看 這 種 因 素 與 探 究 的 問 題 存 在 怎 樣 的 關(guān) 系 ； 這 樣 確 定 一 種 以后 ， 再 確 定 另 一 種 ， 通 過 分 析 每 種 因 素 與 所 探 究 問 題 之 間 的關(guān) 系 ， 得 出 所 有 影 響 因 素 與 所 探 究 問 題 之 間 的 關(guān) 系 。(3)數(shù) 據(jù) 有 效解 答 時 注 意 選 擇 數(shù) 據(jù) (或 設(shè) 置 實 驗 )要 有 效 ， 且 變 量 統(tǒng) 一 ， 否則 無 法 做 出 正 確 判 斷 。 某 探 究 小 組 用 H NO3與 大 理 石 反 應 過 程 中 質(zhì) 量 減 小 的方 法 ， 研 究 影 響 反 應 速 率 的 因 素 。 所 用 H NO3濃 度 為 1.00 molL 1、 2.00 molL 1， 大 理 石 有 細 顆 粒 與 粗 顆 粒 兩 種 規(guī) 格 ,實 驗 溫 度 為 298 K、 308 K,每 次 實 驗 H NO3的 用 量 為 25.0 mL、大 理 石 用 量 為 10.00 g。(1)請 完 成 以 下 實 驗 設(shè) 計 表 ， 并 在 實 驗 目 的 一 欄 中 填 出 對 應 的實 驗 編 號 ： 實 驗編 號 T/K 大 理 石規(guī) 格 H NO3濃 度/molL 1 實 驗 目 的 298 粗 顆 粒 2.00 ( )實 驗 和 探 究 H NO3濃 度 對 該 反 應 速 率 的 影 響 ;( )實 驗 和 _探 究 溫度 對 該 反 應 速 率 的 影 響 ；( )實 驗 和 _探 究 大理 石 規(guī) 格 (粗 、 細 )對 該 反 應速 率 的 影 響 298 粗 顆 粒 1.00308 粗 顆 粒 2.00298 細 顆 粒 2.00 (2)實 驗 中 CO2質(zhì) 量 隨 時 間 變 化 的 關(guān) 系 見 下 圖 。 (3)請 在 (2)的 坐 標 系 中 ， 畫 出 實 驗 、 和 中 CO2質(zhì) 量 隨 時間 變 化 關(guān) 系 的 預 期 結(jié) 果 示 意 圖 。 解 析 (1)實 驗 和 實 驗 探 究 H NO3的 濃 度 對 該 反 應 速 率 的影 響 ， 其 他 條 件 應 相 同 而 H NO3的 濃 度 不 同 ， 故 實 驗 中H NO3的 濃 度 應 為 1.00 molL 1。 實 驗 和 探 究 溫 度 對 反 應速 率 的 影 響 ， 除 了 溫 度 不 同 ， 其 余 條 件 要 保 持 一 樣 。 實 驗 和 探 究 大 理 石 規(guī) 格 (粗 、 細 )對 反 應 速 率 的 影 響 ， 因 此 要 求二 者 大 理 石 的 規(guī) 格 不 同 ， 一 個 用 粗 顆 粒 ， 另 一 個 用 細 顆 粒 。(2)反 應 時 間 70 90 s范 圍 內(nèi) ：m(CO2) 0.95 g 0.84 g 0.11 g，n(CO 2) 0.11 g 44 gmol 1 0.002 5 mol，H NO3的 減 少 量 ： 化 學 反 應 速 率 和 化 學 平 衡 圖 像 類 試 題 是 化 學 試 題 中 的 一 種 特殊 題 型 ,其 特 點 是 圖 像 是 題 目 的 主 要 組 成 部 分 ,把 所 要 考 查 的化 學 知 識 寓 于 圖 中 曲 線 上 ,具 有 簡 明 、 直 觀 、 形 象 的 特 點 。隨 著 高 考 的 不 斷 改 革 以 及 對 學 科 內(nèi) 能 力 要 求 不 斷 提 高 ， 這 種數(shù) 形 結(jié) 合 的 試 題 將 頻 頻 出 現(xiàn) ?；?學 反 應 速 率 、 化 學 平 衡 圖 像 圖 表 示 ： 該 平 衡 向 正 反 應 方 向 移 動 ， 引 起 平 衡 移 動 的 原 因是 增 加 反 應 物 濃 度 。圖 表 示 ： 該 平 衡 向 正 反 應 方 向 移 動 ， 引 起 平 衡 移 動 的 原 因可 能 是 升 高 溫 度 ； 也 可 能 是 增 大 壓 強 引 起 的 平 衡 移 動 。 圖 兩 曲 線 交 叉 點 即 為 平 衡 點 ， 平 衡 后 ， 溫 度 升 高 ， v正 v逆 ， 平 衡 逆 移 ， 所 以 正 反 應 為 放 熱 反 應 。圖 兩 曲 線 交 叉 點 即 為 平 衡 點 ， 平 衡 后 ， 壓 強 增 大 ， v正 v逆 ， 平 衡 正 移 ， 所 以 正 反 應 為 氣 體 體 積 減 小 的 方 向 ， 即 m np q。圖 曲 線 最 高 點 即 為 平 衡 點 ， 平 衡 后 ， 溫 度 升 高 ， 平 衡 逆移 ， 所 以 正 反 應 為 放 熱 反 應 。圖 曲 線 最 低 點 即 為 平 衡 點 ， 平 衡 后 ， 壓 強 增 大 ， 平 衡 逆移 ， 所 以 正 反 應 為 氣 體 體 積 增 大 的 方 向 ， 即 m n p q。 2 解 題 思 路(1)看 圖 像 ： 一 看 軸 ， 即 縱 、 橫 坐 標 的 意 義 ； 二 看 點 ， 即 起點 、 拐 點 、 交 點 、 終 點 ； 三 看 線 ， 即 線 的 走 向 和 變 化 趨 勢 ；四 看 輔 助 線 ,即 等 溫 線 、 等 壓 線 、 平 衡 線 等 ； 五 看 量 的 變 化 ,如 濃 度 變 化 、 溫 度 變 化 、 轉(zhuǎn) 化 率 變 化 、 物 質(zhì) 的 量 的 變 化 等 。(2)依 據(jù) 圖 像 信 息 ， 利 用 平 衡 移 動 原 理 ， 分 析 可 逆 反 應 的 特征 ： 吸 熱 還 是 放 熱 ， 氣 體 計 量 數(shù) 增 大 、 減 小 還 是 不 變 ， 有 無固 體 或 純 液 體 參 加 或 生 成 等 。 (3)先 拐 先 平 ： 在 化 學 平 衡 圖 像 中 ， 先 出 現(xiàn) 拐 點 的 反 應 先 達 到平 衡 ， 可 能 是 該 反 應 的 溫 度 高 、 濃 度 大 、 壓 強 大 或 使 用 了 催化 劑 。(4)定 一 議 二 ： 勒 夏 特 列 原 理 只 適 用 于 一 個 條 件 的 改 變 ， 所 以圖 像 中 有 三 個 變 量 時 ， 先 固 定 一 個 量 ， 再 討 論 另 外 兩 個 量 的關(guān) 系 。 1 等 效 平 衡 原 理一 定 條 件 下 (恒 溫 、 恒 容 或 恒 溫 、 恒 壓 )， 對 同 一 可 逆 反 應 ，只 要 起 始 時 加 入 的 物 質(zhì) 的 物 質(zhì) 的 量 不 同 ， 而 達 到 化 學 平 衡 時 ,各 物 質(zhì) 的 百 分 含 量 (體 積 分 數(shù) 或 物 質(zhì) 的 量 分 數(shù) )均 相 同 ， 這 樣的 平 衡 互 稱 為 等 效 平 衡 。等 效 平 衡 2 等 效 平 衡 的 規(guī) 律等 效 類 型 條 件起 始 投 料對 反 應的 要 求 換 算 為 方 程式 同 一 邊 物質(zhì) ,其 “ 量 ”相 同 換 算 為 方 程 式同 一 邊 物 質(zhì) ，其 “ 量 ” 符 合同 一 比 例 換 算 為 方 程式 同 一 邊 物質(zhì) ,其 “ 量 ”符 合 同 一 比例任 何 可逆 反 應 反 應 前 、 后 氣體 體 積 相 等 任 何 可逆 反 應恒 溫 、 恒 容 恒 溫 、 恒 容 恒 溫 、 恒 壓 等 效 類 型 平衡特點 質(zhì) 量 分數(shù) (w%) 相 同 相 同 相 同濃 度 (c) 相 同 成 比 例 相 同 (氣 體 )物 質(zhì) 的 量 (n) 相 同 成 比 例 成 比 例質(zhì) 量 (m) 相 同 成 比 例 成 比 例分 子 數(shù) (N) 相 同 成 比 例 成 比 例等 效 情 況 完 全 等 效 不 完 全 等 效 不 完 全 等 效 3.等 效 平 衡 原 理 的 應 用(1)判 斷 同 一 可 逆 反 應 在 相 同 的 反 應 條 件 下 是 否 為 相 同 的 平 衡狀 態(tài) 。(2)求 要 達 到 等 效 平 衡 ,兩 種 不 同 狀 態(tài) 下 起 始 量 之 間 的 關(guān) 系 式 。(3)求 屬 于 等 效 平 衡 狀 態(tài) 下 的 反 應 方 程 式 的 化 學 計 量 數(shù) 。 特 別 提 醒 兩 種 情 況 下 所 達 到 的 等 效 平 衡 及 其 等 效 程 度 的 區(qū)別 ：(1) 中 所 達 到 的 等 效 平 衡 狀 態(tài) ,反 應 混 合 物 中 各 組 分 的 濃 度 、物 質(zhì) 的 量 、 質(zhì) 量 分 數(shù) (或 氣 體 的 體 積 分 數(shù) )均 相 同 ， 類 似 于 幾何 學 上 的 全 等 圖 形 。(2) 中 所 達 到 的 等 效 平 衡 狀 態(tài) ， 反 應 混 合 物 中 各 組 分 的 百 分含 量 相 同 ， 各 組 分 的 物 質(zhì) 的 量 與 原 平 衡 成 比 例 ， 類 似 于 幾 何學 上 的 相 似 圖 形 。 4 解 決 等 效 平 衡 的 常 用 方 法分 析 等 效 平 衡 的 關(guān) 鍵 是 分 清 全 等 平 衡 和 等 比 平 衡 。 分 析 化 學 平衡 有 關(guān) 問 題 時 常 用 以 下 兩 種 方 法 ：(1)“ 極 限 思 維 法 ”任 何 可 逆 反 應 均 可 以 看 成 完 全 不 反 應 和 完 全 反 應 的 中 間 狀 態(tài) 。我 們 在 求 某 一 物 質(zhì) 在 平 衡 狀 態(tài) 的 濃 度 取 值 范 圍 時 ， 常 采 用 極 限思 維 法 ， 讓 正 反 應 (或 逆 反 應 )完 全 進 行 ， 可 以 求 得 其 取 值 范 圍或 取 值 。 (2)“ 虛 擬 法 ”任 何 一 個 可 逆 反 應 體 系 ， 在 相 同 條 件 下 從 不 同 的 狀 態(tài) 開 始 ，只 要 達 到 平 衡 時 的 條 件 (溫 度 、 壓 強 、 濃 度 )完 全 相 同 ， 則 可以 形 成 等 效 平 衡 。 我 們 在 解 題 中 若 遇 到 將 兩 個 狀 態(tài) 進 行 比 較這 類 問 題 ， 可 以 “ 虛 擬 ” 一 個 中 間 過 程 ， 如 一 個 容 器 、 一 個隔 板 等 ， 然 后 再 進 行 比 較 。 化 學 平 衡 移 動 與 轉(zhuǎn) 化 率 的 關(guān) 系1 溫 度 和 壓 強 的 影 響溫 度 或 壓 強 改 變 后 ， 若 能 引 起 平 衡 向 正 反 應 方 向 移 動 ， 則 反應 物 的 轉(zhuǎn) 化 率 一 定 增 大 。 解 析 ： 選 A。 注 意 該 反 應 的 特 點 為 放 熱 、 反 應 前 后 氣 體 的化 學 計 量 數(shù) 之 和 不 變 。 其 他 條 件 不 變 ， 加 壓 平 衡 不 移 動 ,各物 質(zhì) 的 含 量 不 變 ， 正 、 逆 反 應 速 率 同 等 程 度 增 大 仍 相 等 ，故 B、 D錯 ； 升 高 溫 度 ,平 衡 左 移 ， A的 物 質(zhì) 的 量 分 數(shù) 增 加 ，故 C錯 。 上 述 四 種 情 況 達 到 平 衡 后 ， n(CO)的 大 小 順 序 是 ( )A 乙 丁 丙 甲 B 乙 丁 甲 丙C 丁 乙 丙 甲 D 丁 丙 乙 甲 解 析 ： 選 A。 本 題 主 要 考 查 外 界 條 件 對 化 學 平 衡 的 影 響 及 等效 平 衡 問 題 。 解 題 時 應 注 意 該 反 應 及 反 應 的 特 點 ， 即 反 應 前后 氣 體 體 積 不 變 ， 同 時 要 明 確 等 效 平 衡 的 條 件 。 把 丙 中 a mol CO和 a mol H 2O按 化 學 計 量 數(shù) 轉(zhuǎn) 成 CO2和 H 2， 也 分 別 為 a mol,則 甲 與 丙 是 等 量 等 效 ， 則 達 到 平 衡 時 ， n(CO)應 相 等 ； 把 丁中 a mol CO和 a mol H 2O按 化 學 計 量 數(shù) 轉(zhuǎn) 成 CO2和 H 2， 則 起 始時 丁 中 CO2為 2a mol， H 2為 a mol， 則 與 乙 等 量 等 效 ， 達 到 平衡 時 n(CO)相 等 。 乙 與 甲 相 比 相 當 于 在 甲 的 平 衡 中 又 加 入 了 a mol的 CO 2， 導 致 平 衡 正 向 移 動 ， 則 平 衡 時 n(CO)乙 n(CO)甲 ,故 選 A。 回 答 下 列 問 題 ：(1)該 反 應 的 平 衡 常 數(shù) 表 達 式 K _， H _0(填“”或 “ ” )； (2)830 時 ， 向 一 個 5 L的 密 閉 容 器 中 充 入 0.20 mol的 A和 0.80 mol的 B， 如 反 應 初 始 6 s內(nèi) A的 平 均 反 應 速 率 v(A) 0.003 molL 1s 1， 則 6 s時 c(A) _molL 1， C的 物 質(zhì) 的 量為 _mol； 若 反 應 經(jīng) 一 段 時 間 后 ， 達 到 平 衡 時 A的 轉(zhuǎn) 化率 為 _， 如 果 這 時 向 該 密 閉 容 器 中 再 充 入 1 mol氬 氣 ，平 衡 時 A的 轉(zhuǎn) 化 率 為 _； 0.0220.0980% 80% (3)判 斷 該 反 應 是 否 達 到 平 衡 的 依 據(jù) 為 _(填 正 確 選 項 前的 字 母 )；a 壓 強 不 隨 時 間 改 變b 氣 體 的 密 度 不 隨 時 間 改 變c c(A)不 隨 時 間 改 變d 單 位 時 間 里 生 成 C和 D的 物 質(zhì) 的 量 相 等(4)1 200 時 反 應 C(g) D(g) A(g) B(g)的 平 衡 常 數(shù) 的值 為 _。 c2.5 本 部 分 內(nèi) 容 講 解 結(jié) 束按 ESC鍵 退 出 全 屏 播 放