2023届高三化学一轮复习专题九 化学反应速率与化学平衡讲义.docx

1、专题九 化学反应速率和化学平衡【1】化学反应与热能 1. 焓变 反应热 （1）定义：在恒压条件下进行的反应的热效应。 （2）符号：H （3）单位：kJmol1 或kJ/mol （4）表示方法： 吸热反应：H 0； 放热反应：H E（生成物成键），H 0 物质的总能量角度：E（反应物） E（生成物），H 0 2. 热化学方程式 （1）概念：表示参加反应的物质的物质的量和反应热的关系的化学方程式。 （2）意义：表明了化学反应中的物质变化和能量变化。 如：2H2(g)O2(g)=2H2O(l) H571.6 kJmol1表示：2 mol氢气和1 mol氧气反应生成2 mol液态水时放出571.6 k

2、J的热量。 3. 燃烧热 定义：在101 kPa时，1_mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。 关键词： 4. 中和热 （1）概念：在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成1_mol液态H2O时的反应热叫中和热。 表示：OH(aq)H(aq)=H2O(l)H57.3 kJmol1 关键词： （2）测定： H kJmol1 5. 求反应热 （1）根据键能：E（反应物断键的总能量） E（生成物成键的总能量） 例：已知部分化学键的键能数据如下表所示，则C2H6(g) C2H4(g)H2(g) H1 kJmol1。 化学键CCC=CCHHH键能/kJmol1348615

3、413436 （2）根据物质的总能量（或物质能量图）： E（生成物的总能量） E（反应物的总能量） 例：化学反应N23H2 2NH3的能量变化如图所示(假设该 反应反应完全)。 试写出N2(g)和H2(g)反应生成NH3(l)的热化学方程式 。 （3）根据盖斯定律： 例1：已知：2Li(s)H2(g)=2LiH(s) H182 kJmol1 2H2(g)O2(g)=2H2O(l) H572 kJmol1 4Li(s)O2(g)=2Li2O(s) H1 196 kJmol1 试写出LiH在O2中燃烧的热化学方程式 。 例2：人体血液中存在平衡：H2CO3(aq) H(aq)HCO(aq) H。该

4、平衡可使血液的pH维持在一定范围内。已知： CO2(g) CO2(aq) H1a kJmoll CO2(aq)H2O(l) H2CO3 (aq) H2b kJmol1 HCO(aq) H(aq)CO(aq) H3c kJmol1 CO2(g)H2O(l) 2H(aq)CO(aq) H4d kJmol1 则上述电离方程式中H (用含a、b、 c、d的代数式表示)。 6. 能源 （1）定义：能够提供能量的资源。 （2）分类： 一次能源（直接从自然界获取）：如太阳能、化石燃料等。 二次能源（经加工产生）：电能、氢能等。 可再生能源：太阳能、风能、氢能、生物质能等。 不可再生能源：化石燃料等。 常规能

5、源：化石燃料。 新能源：太阳能、风能、氢能、生物质能等。 （3）能源危机的解决 【2】化学反应进行的方向 1. 焓判据 ：放热过程(H0)常常是自发进行的 2. 熵判据 ：熵增(S0)的过程常常是自发进行的 3. 复合判据 ：G = H T S0 ：一定自发进行 例：已知2NO2(g)4CO(g) 4CO2(g)N2(g) H-1200 kJmoll，该反应在 （填“高温”“低温”或“任何 温度”）下能自发进行。 【3】化学平衡状态 1. 可逆反应：在同一条件下，既可以向正反应方向进行，同时又可 以向逆反应方向进行的化学反应。 特点：二同： a.相同条件下； b.正、逆反应同时进行。 一小：反

6、应物与生成物同时存在，任一组分的转化率 都小于100%。 表示：在方程式中用“ ”表示。 2. 化学平衡状态：一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速 率相等，反应体系中所有参加反应的物质的质量或 浓度保持不变的状态。 平衡特点： 逆 可逆反应 3. 化学平衡状态的标志： 直接标志：v正v逆0； 断键数=成键数 各组分的含量（百分含量）不变间接标志：有色气体参与的反应，体系颜色不变是依据。变量不变为依据： m ：看状态 V ：是否恒容 T ：是否绝热 n或P ：看气体反应前后的系数 M ：单一气体：M不变不能作为依据 混合气体：M = ：单一气体：不变不能作为依据混合气体： = 例1：NO

7、2与CO在一定条件下的反应为2NO2(g)4CO(g) 4CO2(g)N2(g)H0，某温度下，在1 L恒容密闭容 器中充入0.1 mol NO2和0.2 mol CO，此时容器内的压 强为1个大气压。下列说法不能说明该反应已达到平衡 状态的是 。(填字母) A容器内混合气体颜色不再变化 B容器内的压强保持不变 C2v逆(NO2)v正(N2) D容器内混合气体密度保持不变 例2：在一定温度下，向2 L固定容积的密闭容器中通入2 mol CO2、3 mol H2，发生反应CO2(g)3H2(g) CH3OH(g) H2O(g)H0。能说明该反应已达平衡状态的是 (填字母)。 ACO2的体积分数保

8、持不变 B体系中n(CO2)/n(H2)的值保持不变 C混合气体的密度保持不变 D单位时间内有n mol HH键断裂，同时有n mol O H键生成 【4】图像问题 1. 关键：先拐先平数值大； 定一议二。 2. 影响化学反应速率的因素：C P T 催化剂 其他 3. 影响化学平衡移动的因素：C P T 4. “惰性气体”对化学反应速率和化学平衡移动的影响： 5. “等效平衡” ： 恒温、恒容：反应前后体积改变的反应极值等量即等效。 反应前后体积不变的反应极值等比即等效。 恒温、恒压：极值等比即等效。 例1：反应C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）H0，达 到平衡状态，改变下列条件能使

9、反应速率增大，且平衡 向正向移动的是 （填字母代号）。 a选用更高效的催化剂 b升高温度 c及时分离出氢气 d增加氢气的浓度 e增大压强 例2：反应MoS（s）+4H2（g）+2Na2CO3（s）Mo（s）+2CO （g）+4H2O（g）+2Na2S（s） H， 该反应的H （填“”或“”）0；p1、p2、p3按从 小到大的顺序为 ； 若该反应在体积固定的密闭容器中进行，达到平衡状态， 若充入氦气，平衡 （填“向正反应方向”“向逆 反应方向”或“不移动”）。 在2L的恒温恒容密闭容器中加入0.1mol MoS2、 0.2molNa2CO3、0.4molH2，在1100K时发生反应，达到 平衡时

10、恰好处于图中A点，则此温度下该反应的平衡常 数为 。 【5】计算 1. v v(A)v(B)v(C)v(D) c(A)c(B)c(C)c(D) n(A)n(B)n(C)n(D) abcd 2. mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)，K 【K只与T有关】 Kp 3. Qc = K：平衡状态Qc K：平衡逆移 4. 转化率 100% 100%物质的量分数（体积分数） 100%平衡时混合物组分的百分含量 100% 4. 产率 100% 5. 速率常数：K 例：NOx的排放主要来自于汽车尾气，有人利用反应C（s）+2NO （g）N2（g）+CO2（g）H34.0kJ/mol，用活性炭 对NO进行

11、吸附。已知在密闭容器中加入足量的C和一定 量的NO气体，保持恒压测得NO的转化率随温度的变化 如下图所示。 （1）由图可知，1050K前反应中NO的转化率随温度升高而增 大，其原因为 ； 在1100K时，CO2的体积分数为 。 （2）用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学 平衡常数（记作Kp）。在1050K、1.1106Pa时，该反应的 化学平衡常数Kp 。已知：气体分 压（P分）气体总压（P）体积分数 （3）汽车尾气还可利用反应2NO（g）+2CO（g）N2（g） +2CO2（g）H746.8kJ/mol，实验测得，v正k正c2 （NO）c2（CO），v逆k逆c（N2）c2（CO

12、2）（k正、k逆 为速率常数，只与温度有关）。 达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数 （填“”、 “”或“”）k逆增大的倍数。 若在1L的密闭容器中充入1mol CO和1mol NO，在一 定温度下达到平衡时，CO的转化率为40%，则k正：k逆 。 练：1. 一氯化碘(ICl)是一种卤素互化物，具有强氧化性，可与金属 直接反应，也可用作有机合成中的碘化剂。回答下列问题： （1）历史上海藻提碘中得到一种红棕色液体，由于性质相似， Liebig误认为是ICl，从而错过了一种新元素的发现，该元 素是 。 （2）氯铂酸钡（BaPtCl6）固体加热时部分分解为BaCl2、Pt和Cl2， 3768时平衡

13、常数。在一硬质玻璃烧瓶 中加入过量BaPtCl6，抽真空后，通过一支管通入碘蒸气（然 后将支管封闭）。在3768，碘蒸气初始压强为20.0kPa。 376.8平衡时，测得烧瓶中压强为32.5kPa，则PICl= kPa，反应的平衡常数K= （列出计算式即可）。 （3）McMorris测定和计算了在136180范围内下列反应的平 衡常数Kp： 得到和均为线性关系，如下图所示： 由图可知，NOCl分解为NO和Cl2反应的H 0（填“大 于”或“小于”）。 反应的K= （用、 表示）；该反应的H 0（填“大于”或“小于”），写出推 理过程 。 （4）Kistiakowsky曾研究了NOCl光化学分解

14、反应，在一定频率 （v）光的照射下机理为： , 其中表示一个光子能量，表示NOCl的激发态。 可知，分解1mol的NOCl需要吸收 mol光子。 2. 天然气的主要成分为CH4，一般还含有C2H6等烃类，是重要 的燃料和化工原料。 （1）乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6（g）C2H4（g） +H2（g）H1，相关物质的燃烧热数据如下表所示： 物质C2H6（g）C2H4（g）H2（g）燃烧热H/（kJmol1）15601411286 H1 kJmol1。 提高该反应平衡转化率的方法有 、 。 容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压下（ p ）发生 上述反应，乙烷的平衡转化率为反应的平衡常

15、数Kp （用平衡分压代替平衡浓度计 算，分压总压物质的量分数）。 （2）高温下，甲烷生成乙烷的反应如下：2CH4C2H6+H2反 应在初期阶段的速率方程为：rkc(CH4)，其中k为反应 速率常数。 设反应开始时的反应速率为r1，甲烷的转化率为时的反应速 率为r2，则r2 r1。 对于处于初期阶段的该反应，下列说法正确的是 。 A增加甲烷浓度，r增大 B增加H2浓度，r增大 C乙烷的生成速率逐渐增大 D降低反应温度，k减小 （3）CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实 现两种分子的耦合转化，其原理如图所示： 阴极上的反应式为 。 若生成的乙烯和乙烷的体积比为2：1，则消耗的C

16、H4和CO2 体积比为 。 3. 环戊二烯（）是重要的有机化工原料，广泛用于农药、 橡胶、塑料等生产。回答下列问题： （1）已知：(g)(g)+H2(g) H1+100.3kJmol1 H2(g)+I2(g) 2HI(g) H211.0kJmol1 对于反应：(g)+I2(g) (g)+2HI(g) H3 kJmol1。 （2）某温度下，等物质的量的碘和环戊烯（）在刚性容器内 发生反应，起始总压为105Pa，平衡时总压增加了20%， 环戊烯的转化率为 ，该反应的平衡常数Kp Pa达到平衡后，欲增加环戊烯的平衡 转化率，可采取的措施有 （填标号）。 A通入惰性气体 B提高温度 C增加环戊烯浓度

17、D增加碘浓度 （3）环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不 同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示， 下列说法正确的是 （填标号）。 AT1T2 Ba点的反应速率小于c点的反应速率 Ca点的正反应速率大于b点的逆反应速率 Db点时二聚体的浓度为0.45molL1 4. CH4CO2的催化重整不仅可以得到合成气（CO和H2），还 对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题： （1）CH4CO2催化重整反应为：CH4（g）+CO2（g）2CO（g） +2H2（g）。 已知：C（s）+2H2（g）CH4（g）H75kJmol1 C（s）+O2（g）CO2（g）H394kJ

18、mol1 C（s）+（g）CO（g）H111kJmol1 该催化重整反应的H kJmol1有利于提高CH4 平衡转化率的条件是 （填字母）。 A高温低压 B低温高压 C高温高压 D低温低压 某温度下，在体积为2L的容器中加入2mol CH4、1molCO2 以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%， 其平衡常数为 mol2L2。 （2）反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反 应则使积碳碳量减少。相关数据如下表： 积碳反应：CH4(g)C(s)+2H2(g)消碳反应：CO2(g)+C(s)2CO(g)H/（kJmol1）75172活化能 /(kJmol1)催化剂X3

19、391催化剂Y4372 由上表判断，催化剂X Y（填“优于或劣于”），理由是 。在反 应进料气组成，压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表 面的积碳量随温度的变化关系如图所示。升高温度时，下列 关于积碳反应，消碳反应的平衡常数（K）和速率（v）的叙 述正确的是 （填字母）。 AK积、K消均增加 BV积减小、V消增加 CK积减小、K消增加 DV消增加的倍数比V积增加的倍数大 在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v kp（CH4）p（CO2）0.5（k为速率常数）。在p（CH4） 一定时，不同p（CO2）下积碳量随时间的变化趋势如图所示， 则Pa（CO2）、Pb（CO2）、Pc（CO

20、2）从大到小的顺序为 。 5. 丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答 下列问题： （1）正丁烷（C4H10）脱氢制1丁烯（C4H8）的热化学方程式如 下：C4H10(g)C4H8(g)+H2(g) H1。已知： C4H10(g)+O2(g)C4H8(g)+H2O(g) H2=119kJmol1 H2(g)+O2(g)H2O(g) H3 242kJmol1 ， 反应的H1为 kJmol1图（a）是反应平 衡转化率与反应温度及压强的关系图，x 0.1（填“大 于”或“小于”）；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是 （填标号）。 A升高温度 B降低温度 C增大压强 D降低压强 （2

21、）丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应 器（氢气的作用是活化催化剂），出口气中含有丁烯、丁烷、 氢气等。图（b）为丁烯产率与进料气中n（氢气）/n（丁 烷）的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降 低的原因是 。 （3）图（c）为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是 高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590之前 随温度升高而增大的原因可能是 、 ； 590之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是 。 6. 丙烯腈（CH2CHCN）是一种重要的化工原料，工业上可用 “丙烯氨氧化法”生产。主要副产物有丙烯醛（CH2CHCHO） 和乙腈（CH3CN）等。回答下列问

22、题： （1）以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈（C3H3N） 和副产物丙烯醛（C3H4O）的热化学方程式如下： C3H6（g）+NH3（g）+O2（g）C3H3N（g）+3H2O（g） H515kJmol1 C3H6（g）+O2（g） C3H4O（g）+H2O（g）H 353kJmol1 两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是 ；有利于提高丙烯腈平衡 产率的反应条件是 ；提高丙烯腈反 应选择性的关键因素是 。 （2）图（a）为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对 应的温度为460低于460时，丙烯腈的产率 （填“是”或“不是”）对应温度下的平衡转化率，判断理由是 ；高 于460时，丙烯腈产率降低的可能原因是 （双选，填标号）。 A催化剂活性降低 B平衡常数变大 C副反应增多 D反应活化能增大 （3）丙烯腈和丙烯醛的产率与n（氨）/n（丙烯）的关系如图（b） 所示。由图可知，最佳n（氨）/n（丙烯）约为 ， 理由是 。进料气氨、空气、 丙烯的理论体积比约为 。