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專題3.4 速率與平衡類試題的解題方法與技巧 化學(xué)反應(yīng)速率是化學(xué)平衡移動的基礎(chǔ)變量?；瘜W(xué)反應(yīng)速率的計算和外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，常結(jié)合化學(xué)平衡的應(yīng)用進(jìn)行綜合考查，有時在選擇題和填空題中單獨(dú)考查，應(yīng)注意理論聯(lián)系實際，靈活分析。高考對化學(xué)平衡狀態(tài)的考查，往往通過化學(xué)平衡的特征及化學(xué)平衡常數(shù)的計算和理解進(jìn)行。化學(xué)平衡常數(shù)是新出現(xiàn)的高考熱點，必須理解透徹。另外還要重點關(guān)注化學(xué)平衡的現(xiàn)象和實質(zhì)。高考圍繞勒夏特列原理的理解，通過實驗、判斷、圖像、計算等形成對化學(xué)平衡移動進(jìn)行綜合考查，是化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)(平衡)狀態(tài)的綜合應(yīng)用體現(xiàn)，平時加強(qiáng)針對性強(qiáng)化訓(xùn)練，注重規(guī)律和方法技能的總結(jié)，提高解題能力。預(yù)計2019年高考試題命題的創(chuàng)新性、探究性會進(jìn)一步提升。如：化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的實驗分析和設(shè)計、考查問題多樣化的平衡圖像問題、設(shè)計新穎的速率、平衡計算以及通過圖像、表格獲取信息、數(shù)據(jù)等試題在情境上、取材上都有所創(chuàng)新，而且化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡還與元素化合物知識相互聯(lián)系，綜合考查，并且兩者的結(jié)合也日趨緊密。 一、化學(xué)反應(yīng)速率及其影響因素 1、定義：用來衡量化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行快慢的物理量，符號用υ。 2、表示方法：通常用單位時間內(nèi)反應(yīng)濃度的減少或生成物濃度的增加來表示。 3、表達(dá)式：υ＝（υ：平均速率，Δc：濃度變化量，Δt：時間變化量）。 4、單位：mol/（Ls）或mol/（Lmin）或molL－1min－1或molL－1s－1 5、規(guī)律：同一反應(yīng)在同一時間內(nèi)，用不同物質(zhì)來表示的反應(yīng)速率可能不同，但反應(yīng)速率的數(shù)值之比等于這些物質(zhì)在化學(xué)方程式中的化學(xué)計量數(shù)之比。 方法技巧 可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)有兩個核心的判斷依據(jù)：①正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等。②反應(yīng)混合物中各組成成分的百分含量保持不變。只要抓住這兩個特征就可確定反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，對于隨反應(yīng)的發(fā)生而發(fā)生變化的物理量如果不變了，即說明可逆反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)。判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，關(guān)鍵是看給定的條件能否推出參與反應(yīng)的任一物質(zhì)的物質(zhì)的量不再發(fā)生變化。 3、化學(xué)平衡移動 （1）概念：可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)以后，若反應(yīng)條件(如溫度、濃度、壓強(qiáng)等)發(fā)生了變化，平衡混合物中各組分的濃度也會隨之改變，從而在一段時間后達(dá)到新的平衡狀態(tài)。這種由原平衡狀態(tài)向新平衡狀態(tài)的變化過程，叫做化學(xué)平衡的移動。 （2）過程： （3）平衡移動方向與化學(xué)反應(yīng)速率的關(guān)系：v正＞v逆，平衡向正反應(yīng)方向移動；v正＝v逆，平衡不移動；v正＜v逆，平衡向逆反應(yīng)方向移動。 4、外界條件對化學(xué)平衡的影響：可以用一句話概括，即勒夏特列原理（平衡移動原理）：如果改變影響平衡的條件之一（如溫度，壓強(qiáng)，濃度），平衡向著能夠減弱這種改變的方向移動。 注意 （1）由于壓強(qiáng)的變化對非氣態(tài)物質(zhì)的濃度基本無影響，因此，當(dāng)反應(yīng)混合物中不存在氣態(tài)物質(zhì)時，壓強(qiáng)的變化不能使無氣態(tài)物質(zhì)存在的化學(xué)平衡發(fā)生移動。 （2）氣體減壓或增壓與溶液稀釋或濃縮的化學(xué)平衡移動規(guī)律相似 （3）對于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)無變化的反應(yīng)，壓強(qiáng)的變化對其平衡無影響。這是因為，在這種情況下，壓強(qiáng)的變化對正、逆反應(yīng)速率的影響程度是等同的，故平衡不移動。 （4）同等程度地改變反應(yīng)混合物中各物質(zhì)的濃度，應(yīng)視為壓強(qiáng)對平衡的影響。 （5）“惰性氣體”對化學(xué)平衡的影響 ①恒溫、恒容條件：原平衡體系體系總壓強(qiáng)增大→體系中各組分的濃度不變→平衡不移動。 ②恒溫、恒壓條件：原平衡體系容器容積增大，各反應(yīng)氣體的分壓減小→體系中各組分的濃度同倍數(shù)減?。ǖ刃в跍p壓），平衡向氣體體積增大的方向移動。 （6）催化劑對化學(xué)平衡的影響：由于使用催化劑對正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率影響的程度是等同的，所以平衡不移動。但是使用催化劑可以影響可逆反應(yīng)達(dá)到平衡所需的時間。 方法技巧 （1）不要把v正增大與化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動等同，只有v正＞v逆時，才使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動。 （2）不要把化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動與反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的提高等同，當(dāng)反應(yīng)物總量不變時，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率提高；當(dāng)增大一種反應(yīng)物的濃度，使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動時，會使另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率提高，而本身的轉(zhuǎn)化率降低。 （3）對原理中“減弱這種改變”的正確理解是升高溫度時，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)的方向移動；增加反應(yīng)物，化學(xué)平衡向反應(yīng)物減少的方向移動；增大壓強(qiáng)時，化學(xué)平衡向氣體體積縮小的方向移動。 （4）結(jié)果只是減弱了外界條件的變化，而不能完全抵消外界條件的變化。達(dá)到新化學(xué)平衡時，此物理量更靠近改變的方向。如增大反應(yīng)物A的濃度，化學(xué)平衡右移，但達(dá)到新化學(xué)平衡時，A的濃度比原化學(xué)平衡時大；同理，若改變的條件是溫度或壓強(qiáng)等，其變化也相似。 （5）平衡移動原理不僅能用于判斷化學(xué)平衡的移動方向，也能用于判斷溶解平衡等其他平衡移動的方向，可以說，平衡移動原理對所有的動態(tài)平衡都適用，如電離平衡、水解平衡等。 （6）平衡移動原理能用來判斷平衡移動的方向，但不能用來判斷建立新平衡所需要的時間。 5、化學(xué)平衡常數(shù) （1）概念：在一定溫度下，一個可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時，生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值是一個常數(shù)比值，用符號K表示。 （2）表達(dá)式：對于一般的可逆反應(yīng)：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在一定溫度下達(dá)到平衡時：K＝。 注意 （1）表達(dá)式中各物質(zhì)的濃度是平衡時的濃度，不是起始濃度也不是物質(zhì)的量。 （2）對于一個具體的可逆反應(yīng)，平衡常數(shù)K只與溫度（T）有關(guān)，與反應(yīng)物或生成物的濃度無關(guān)。（3）正逆反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)不一樣，互為倒數(shù)關(guān)系。 （4）反應(yīng)物或生成物中有固體或純液體存在時，由于其濃度看視為常數(shù)，是固定不變的，不能代入平衡常數(shù)表達(dá)式中。 （5）化學(xué)平衡常數(shù)是指某一具體反應(yīng)的平衡常數(shù)。若化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)等倍擴(kuò)大或縮小，盡管是同一反應(yīng)，平衡常數(shù)也會改變。 （6）稀溶液中進(jìn)行的反應(yīng)，如有水參加，水的濃度不必寫在平衡常數(shù)表達(dá)式中。 方法技巧 （1）化學(xué)平衡常數(shù)值的大小是可逆反應(yīng)進(jìn)行程度的標(biāo)志。K值越大，說明平衡時生成物的濃度越大，反應(yīng)物的濃度越小，它的正向反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，即該反應(yīng)進(jìn)行得越完全，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率越高。反之，則相反。一般地，K＞105時，該反應(yīng)就進(jìn)行得基本完全了?？梢哉f，化學(xué)平衡常數(shù)是在一定溫度下一個反應(yīng)本身固有的內(nèi)在性質(zhì)的定量體現(xiàn)。 （2）可以利用K值做標(biāo)準(zhǔn)，判斷正在進(jìn)行的可逆反應(yīng)是否平衡及不平衡時向何方進(jìn)行建立平衡。（Q：濃度積）對于可逆反應(yīng)aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，在一定溫度下的任意時刻，反應(yīng)物與生成物濃度有如下關(guān)系＝Qc，則Qc＜K反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，v正＞v逆；Qc＝K反應(yīng)處于化學(xué)平衡狀態(tài)，v正＝v逆；Qc＞K反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，v正＜v逆。 （3）利用K值可判斷反應(yīng)的熱效應(yīng) 若溫度升高，K值增大，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng) 若溫度升高，K值減小，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng) 三、化學(xué)平衡及其移動圖像中的數(shù)形思想 化學(xué)平衡圖像題的解題步驟：有關(guān)化學(xué)平衡、化學(xué)反應(yīng)速率的圖表題一直是高考關(guān)注的熱點，在審題時，一般采用“看特點，識圖像，想原理，巧整合”四步法。 （2）各成分的濃度保持不變。 【例4】下列事實不能用平衡移動原理解釋的是 A.開啟啤酒瓶后，瓶中馬上泛起大量泡沫 B.由I2(g)、I2(g)、HI(g)組成的平衡體系加壓后顏色變深 C.實驗室制取乙酸乙酯時，將乙酸乙酯不斷蒸出 D.石灰?guī)r受地下水長期溶蝕形成溶洞 A．A B．B C．C D．D 【答案】B 【解析】 【詳解】 A.啤酒中存在平衡：CO2(g)CO2(aq)，開啟啤酒瓶，瓶中壓強(qiáng)降低，平衡向氣體體積增大的方向移動，即向生成CO2氣體的方向移動，A項排除；B.反應(yīng)H2（g）+I2(g)2HI(g)是一個反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，壓強(qiáng)的改變并不能使平衡發(fā)生移動，此混合氣體加壓后顏色變深，是因為I2（g）的濃度的增大，B項可選；C.實驗室制取乙酸乙酯時，采用加熱的方式將生成的乙酸乙酯不斷蒸出，從而使平衡向生成乙酸乙酯的方向移動，C項排除；D.石灰?guī)r地貌的形成與以下反應(yīng)有關(guān)：CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2，固體的溶解和凝結(jié)的反反復(fù)復(fù)，涉及了平衡的移動，D項排除；答案選B項。 2．在一定溫度時，將1 mol A和2 mol B放入容積為5 L 的某密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：A(s) + 2B(g) ? C(g) + 2D(g)，經(jīng)5 min后，測得容器內(nèi)B的濃度減少了0.2 molL-1。下列敘述不正確的是( ) A．5 min時容器內(nèi)氣體總的物質(zhì)的量為3 mol B．5 min時,容器內(nèi)D的濃度為0.2 molL-1 C．該可逆反應(yīng)隨反應(yīng)的進(jìn)行,容器內(nèi)壓強(qiáng)逐漸增大 D．在5 min內(nèi)該反應(yīng)用C的濃度變化表示的反應(yīng)速率為0.02 molL-1min-1 【答案】A 【解析】 【分析】 經(jīng)5 min后，測得容器內(nèi)B的濃度減少了0.2 molL-1，消耗的B的物質(zhì)的量為5 L0.2 molL-1=1mol， A(s) + 2B(g) ? C(g) + 2D(g) 起始（mol） 1 2 0 0 轉(zhuǎn)化（mol） 0.5 1 0.5 1 平衡（mol） 0.5 1 0.5 1 【詳解】 3．有可逆反應(yīng)A(g)＋3B(g) 2C(g)　ΔH＜0。該反應(yīng)的速率與時間的關(guān)系如圖所示： 如果t2、t4、t6、t8時都只改變了一個反應(yīng)條件，則對應(yīng)t2、t4、t6、t8時改變的條件正確的是 A．增大反應(yīng)物濃度、使用了催化劑、減小壓強(qiáng)、升高溫度 B．升高溫度、減小壓強(qiáng)、增大反應(yīng)物濃度、使用了催化劑 C．使用了催化劑、增大壓強(qiáng)、減小反應(yīng)物濃度、降低溫度 D．升高溫度、減小壓強(qiáng)、減小反應(yīng)物濃度、使用了催化劑 【答案】B 【解析】 【分析】 t2時刻正逆反應(yīng)速率均突然增大，且平衡逆向移動，根據(jù)正反應(yīng)方向為氣體體積減小的放熱反應(yīng)分析是升溫還是加壓； t4時刻正逆反應(yīng)速率均減小，且平衡逆向移動，根據(jù)正反應(yīng)方向為氣體體積減小反應(yīng)分析壓強(qiáng)如何變化； t6時刻逆反應(yīng)速率不變，正反應(yīng)速率突然增大，逆反應(yīng)速率不變，改變的條件一定為增大濃度，考慮增大的為反應(yīng)物濃度還是生成物濃度； 考慮t8時刻能夠同等程度的增大正逆反應(yīng)速率，但不影響平衡的外界條件是加入催化劑。 【詳解】 4．某電路板生產(chǎn)企業(yè)的水質(zhì)情況及國家允許排放的污水標(biāo)準(zhǔn)如下表所示。為研究廢水中Cu2+處理的最佳pH，取5份等量的廢水，分別用30%的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至8.5、9、9.5、10、11，靜置后，分析上層清液中銅元素的含量，實驗結(jié)果如下圖所示。 查閱資料，平衡I：Cu(OH)2 + 4NH3 [Cu(NH3)4]2+ + 2OH-； 平衡II：Cu(OH)2 + 2OH- [Cu(OH-)4]2- 項目 廢水水質(zhì) 排放標(biāo)準(zhǔn) pH 1.0 6~9 Cu2+/ mgL-1 72 ≤0.5 NH4+/ mgL-1 2632 ≤15 下列說法不正確的是 A．廢水中Cu2+處理的最佳pH約為9 B．b~c段：隨pH升高，Cu(OH)2的量增加，平衡I正向移動，銅元素含量上升 C．c~d段：隨pH升高，c(OH-)增加，平衡I逆向移動，銅元素含量下降 D．d點以后，隨c(OH-)增加，銅元素含量可能上升 【答案】B 【解析】 【詳解】 5．在一定溫度下，體積不變的密閉容器中，可逆反應(yīng)X（g）+3Y（g）?2Z（g）達(dá)到平衡的標(biāo)志是 A．氣體總質(zhì)量保持不變 B．消耗Z的速率是生成X的速率的2倍 C．X、Y、Z的濃度不再發(fā)生變化 D．X、Y、Z的分子數(shù)之比為1：3：2 【答案】C 【解析】 【分析】 可逆反應(yīng)X（g）+3Y（g）?2Z（g）達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度、百分含量不再發(fā)生變化，注意該反應(yīng)前后都是氣體，反應(yīng)過程中氣體的總質(zhì)量、密度始終不變。 【詳解】 A項、該反應(yīng)前后都是氣體，則反應(yīng)過程中氣體的總質(zhì)量始終不變，不能根據(jù)質(zhì)量不會判斷平衡狀態(tài)，故A錯誤； B項、消耗Z的速率是是逆反應(yīng)速率，生成X的速率是逆反應(yīng)速率，不能判斷平衡狀態(tài)，故B錯誤； C．X、Y、Z的物質(zhì)的量不再發(fā)生變化，表明各組分的濃度不變、正逆反應(yīng)速率相等，則該反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)，故C正確； D．X、Y、Z的分子數(shù)之比為1：3：2時，不能判斷各組分的濃度是否變化，則無法判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯誤。 故選C。 【點睛】 本題考查了化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷，明確化學(xué)平衡狀態(tài)的特征為解答關(guān)鍵，注意可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率一定相等。 7．在容積為的密閉容器內(nèi)，物質(zhì)在℃時發(fā)生反應(yīng)，其反應(yīng)物和生成物的物質(zhì)的量隨時間的變化關(guān)系如圖，下列敘述不正確的是（ ） A．若在第7分鐘時增加的物質(zhì)的量，則表示的物質(zhì)的量變化正確的是a曲線 B．該反應(yīng)的化學(xué)方程式為，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為 C．已知反應(yīng)的，則第5分鐘時圖象呈現(xiàn)上述變化的原因可能是升高體系的溫度 D．從反應(yīng)開始到第一次達(dá)到平衡時，物質(zhì)的平均反應(yīng)速率為 【答案】A 【解析】 【詳解】 8．氮及其化合物是科學(xué)家們一直在探究的問題，它們在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生命活動中起著重要的作用。回答下列問題： I.（1）已知氮氧化物轉(zhuǎn)化過程中的能量變化如圖(圖中表示生成2 moI NO2的能量變化)。1 moI NO氧化為NO2的焓變△H=___________kJ/mol。 （2）某溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)如下： a.2NO2(g)N2(g)+2O2(g) K=6.71016 b.2NO(g)N2(g)+O2(g) K=2.21030 分解反應(yīng)趨勢較大的反應(yīng)是___________(填“a”或“b”)；反應(yīng)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的K=___________。 （3）已知反應(yīng)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的正反應(yīng)速率v正=k1cm(NO)cn(O2)，其中k為速率常數(shù)，該反應(yīng)的歷程為： 第一步：NO+NO=N2O2 快速平衡 第二步：N2O2+O22NO2 慢反應(yīng) 其中可近似認(rèn)為第二步反應(yīng)不影響第一步的平衡，第一步反應(yīng)中：v(正)=k1c2(NO)，ν(逆)=k－1c(N2O2)。下列敘述正確的是___________(填字母)。 A.第一步反應(yīng)的平衡常數(shù)K= B.v(第一步的正反應(yīng))”“<”或“=”)，反應(yīng)在TC時的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp=___________。(分壓=總壓體積分?jǐn)?shù)) 【答案】2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)△H=－116.2kJ/mol 2CO+2NON2+2CO2 不同的催化活性 反應(yīng)物的活化能高，斷裂反應(yīng)物的化學(xué)鍵需要吸收的能量多 0.001mol/(L?min) 0.5625 0.008mol/L 0.2500 【解析】 【詳解】 (1)①3NO(g)+O3(g)=3NO2(g)△H=－317. 1kJ/mol，②NO(g)+O3(g)=NO2(g)+O2(g)△H=－200.9 kJ/mol，①-②，整理可得：2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)△H=－116.2kJ/mol； (2) CO與NO可在催化劑作用下反應(yīng)產(chǎn)生N2和CO2，反應(yīng)的方程式為2CO+2NON2+2CO2，某科研組研究了γ-Al2O3、HZSM-5、TiO2、SiO2、MgO五種物質(zhì)負(fù)載Fe催化劑上CO還原NO的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)γ-Al2O3負(fù)載Fe催化劑效果最好，這體現(xiàn)出催化劑具有不同的催化活性。已知反應(yīng)2CO+2NON2+2CO2為放熱反應(yīng)，但常溫下直接將CO與NO混合并不反應(yīng)，是因為反應(yīng)物的活化能很高，斷裂反應(yīng)物的化學(xué)鍵需要吸收很高的能量，與該反應(yīng)是放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)無關(guān)； ③已知該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知：在溫度為T時生成N2、CO2的濃度降低，說明平衡逆向移動。根據(jù)平衡移動原理，升高溫度，平衡向吸熱的逆反應(yīng)方向移動，所以溫度T>200℃，由于該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積相等的反應(yīng)，所以氣體的物質(zhì)的量的比等于它們的濃度比，故反應(yīng)在TC時的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp=。