2019-2020年高考化學二輪復習專題10化學反應速率與化學平衡學案魯科版.doc
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2019-2020年高考化學二輪復習專題10化學反應速率與化學平衡學案魯科版 學習目標： 1、了解化學反應速率的概念及定量表示方法。 2、理解外界條件對反應速率、化學平衡的影響規(guī)律。 3、掌握化學反應進行的方向、化學平衡常數(shù)的簡單計算。 4、掌握化學平衡圖像的分析。 學習重難點： 1、外界條件對反應速率、化學平衡的影響規(guī)律。 2、化學平衡圖像的分析。 自主學習： 考點一：化學反應速率及其影響因素 【知識精講】 1．對v(B)＝＝的剖析 用上式進行某物質反應速率計算時需注意以下幾點： (1)濃度變化只適用于氣體和溶液中的溶質，不適用于固體和純液體。 (2)化學反應速率是某段時間內的平均反應速率，而不是即時速率，且計算時取正值。 (3)同一反應用不同的物質表示反應速率時，數(shù)值可能不同，但意義相同。不同物質表示的反應速率之比等于其化學計量數(shù)之比。 (4)計算反應速率時，若給出的是物質的量的變化值，要轉化為物質的量濃度的變化值(計算時一定要除以體積)，再進行計算。 (5)對于可逆反應，通常計算的是正、逆反應抵消后的總反應速率，當達到平衡時，總反應速率為零。(注：總反應速率也可理解為凈速率)。 2．“四大影響因素”的深度剖析 濃度、溫度、壓強、催化劑是影響化學反應速率的四大外界因素，此外反應物顆粒大小對化學反應速率也有一定的影響。 (1)濃度：對有氣體參加的反應或在溶液中發(fā)生的反應產生影響，在其他條件不變時都符合“濃快稀慢”的原理。 (2)壓強： →→→ 注意?、賶簭妼Ψ磻俾实挠绊懯峭ㄟ^改變反應物的濃度來實現(xiàn)的。 ②壓強只對有氣體參加的反應產生影響。 ③向氣體反應體系中充入不參與反應的氣體時，對反應速率的影響。 恒容：充入稀有氣體(或非反應氣體)→總壓增大→物質的濃度不變(活化分子的濃度不變)→反應速率不變；恒壓：充入稀有氣體(或非反應氣體)→體積增大→物質的濃度減小(活化分子的濃度減小)→反應速率減小。 (3)溫度：溫度升高，化學反應速率增大。升高溫度，無論是吸熱反應還是放熱反應，反應速率都增大。 (4)催化劑：①催化劑能改變(增大或減小)化學反應速率，但不能使本來不會發(fā)生的反應變成可以發(fā)生的。 ②對可逆反應來說，正反應的催化劑同時也是逆反應的催化劑，催化劑能同等程度地改變正、逆反應速率，對化學平衡狀態(tài)無影響，生產過程中使用催化劑主要是為了提高生產效率。 對于反應物顆粒大小：固體物質顆粒越小，總表面積越大，反應速率越快；反之越慢。 【題組集訓】 題組一 對化學反應速率的綜合考查 1．一定溫度下，10 mL 0.40 molL－1 H2O2溶液發(fā)生催化分解。不同時刻測得生成O2的體積(已折算為標準狀況)如下表。 t/min 0 2 4 6 8 10 V(O2)/mL 0.0 9.9 17.2 22.4 26.5 29.9 A．0～6 min的平均反應速率： v(H2O2)≈3.310－2 molL－1min－1 B．6～10 min的平均反應速率： v(H2O2)<3.310－2 molL－1min－1 C．反應到6 min時，c(H2O2)＝0.30 molL－1 D．反應到6 min時，H2O2分解了50% 【答案】C 【解析】2H2O22H2O＋O2↑ A項，6 min時，生成O2的物質的量n(O2)＝＝110－3 mol，依據(jù)反應方程式，消耗n(H2O2)＝210－3 mol，所以0～6 min時，v(H2O2)＝≈3.310－2 molL－1min－1，正確；B項，6～10 min時，生成O2的物質的量n(O2)＝≈0.33510－3 mol，依據(jù)反應方程式，消耗n(H2O2)＝0.33510－3 mol2＝0.6710－3 mol,6～10 min時，v(H2O2)＝≈1.6810－2 molL－1min－1<3.310－2 molL－1min－1，正確；C項，反應至6 min時，消耗n(H2O2)＝210－3 mol，剩余n(H2O2)＝0.40 molL－10.01 L－210－3 mol＝210－3 mol，c(H2O2)＝＝0.20 molL－1，錯誤；D項，反應至6 min時，消耗n(H2O2)＝210－3 mol，n(H2O2)總＝410－3 mol，所以H2O2分解了50%，正確。 2．Ⅰ.一定溫度下，在2 L的密閉容器中，X、Y、Z三種氣體的物質的量隨時間變化的曲線如圖所示： (1)從反應開始到10 s時，用Z表示的反應速率為__________________________________。 (2)該反應的化學方程式為__________________________________________________。 (3)10 s后的某一時刻(t1)改變了外界條件，其速率隨時間變化的情況如圖所示。則下列說法正確的是________(填序號)。 A．t1時刻，增大了X的濃度 B．t1時刻，升高了體系溫度 C．t1時刻，縮小了容器體積 D．t1時刻，使用了催化劑 Ⅱ.已知：反應aA(g)＋bB(g)cC(g)，某溫度下，在 2 L 的密閉容器中投入一定量的A、B，兩種氣體的物質的量濃度隨時間變化的曲線如圖所示。 (1)經(jīng)測定前4 s內v(C)＝0.05 molL－1s－1，則該反應的化學方程式為____________ ________________________________________________________________________。 (2)請在圖中將生成物C的物質的量濃度隨時間的變化曲線繪制出來。 (3)若上述反應分別在甲、乙、丙三個相同的密閉容器中進行，經(jīng)同一段時間后，測得三個容器中的反應速率分別為甲：v(A)＝0.3 molL－1s－1； 乙：v(B)＝0.12 molL－1s－1 丙：v(C)＝9.6 molL－1min－1； 則甲、乙、丙三個容器中反應速率由快到慢的順序為__________________。 【答案】Ⅰ.(1)0.079 molL－1s－1 (2)X(g)＋Y(g)===2Z(g) (3)CD Ⅱ.(1)3A(g)＋B(g)2C(g) (2) (3)乙＞甲＞丙 【解析】Ⅰ . (1)分析圖像知Δc(Z)＝＝0.79 molL－1，v(Z)＝＝0.079 molL－1s－1。(2)由各物質轉化的量：X為0.79 mol，Y為0.79 mol，Z為1.58 mol，可知方程式中各物質的化學計量數(shù)之比為1∶1∶2，則化學方程式為X(g)＋Y(g) 2Z(g)。(3)由圖像可知，外界條件同等程度地增大了該反應的正、逆反應速率。增大X的濃度、升高體系溫度均不會同等程度地改變正、逆反應速率，A、B錯誤；由(2)中的反應方程式可知，該反應為反應前后氣體體積不變的反應，縮小容器體積或增大壓強，均可同等程度地增大正、逆反應速率，C正確；使用催化劑可同等程度地改變正、逆反應速率，D正確。 Ⅱ.(1)前4 s內，Δc(A)＝0.8 molL－1－0.5 molL－1＝0.3 molL－1，v(A)＝0.3 molL－14 s＝0.075 molL－1s－1；v(A)∶v(C)＝a∶c＝(0.075 molL－1s－1)∶(0.05 molL－1s－1)＝3∶2，由圖像知，在12 s時Δc(A)∶Δc(B)＝(0.6 molL－1)∶(0.2 molL－1)＝3∶1＝a∶b，則a、b、c三者的比例為3∶1∶2，所以該反應的化學方程式為3A(g)＋B(g)2C(g)。 (2)生成物C的濃度從0開始增加，到12 s時達到最大，Δc(A)∶Δc(C)＝a∶c＝3∶2，所以Δc(C)＝20.6 molL－13＝0.4 molL－1。 (3)丙容器中v(C)＝9.6 molL－1min－1＝0.16 molL－1s－1，則甲容器中＝＝＝0.1 molL－1s－1，乙容器中＝＝＝0.12 molL－1s－1，丙容器中＝＝＝0.08 molL－1s－1，故甲、乙、丙三個容器中反應速率由快到慢的順序為乙＞甲＞丙。 【易誤警示】 1．化學反應速率計算的常見錯誤 (1)不注意容器的容積。 (2)漏寫單位或單位寫錯。 (3)忽略有效數(shù)字。 2．比較化學反應速率大小的注意事項 (1)看單位是否統(tǒng)一，若不統(tǒng)一，換算成相同單位。 (2)比較不同時間段內的化學反應速率大小時，可先換算成同一物質表示的反應速率，再比較數(shù)值大小。 (3)比較化學反應速率與化學計量數(shù)的比值。例如，對于一般反應aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，比較不同時間段內與的大小，若＞，則用A表示的反應速率比用B表示的大。 題組二 “控制變量”思想在探究影響化學反應速率因素中的應用 3．某酸性工業(yè)廢水中含有K2Cr2O7。光照下，草酸(H2C2O4)能將其中的Cr2O轉化為Cr3＋。某課題組研究發(fā)現(xiàn)，少量鐵明礬[Al2Fe(SO4)424H2O]即可對該反應起催化作用。為進一步研究有關因素對該反應速率的影響，探究如下： (1)在25 ℃下，控制光照強度、廢水樣品初始濃度和催化劑用量相同，調節(jié)不同的初始pH和一定濃度草酸溶液用量，做對比實驗，完成以下實驗設計表(表中不要留空格)。 實驗 編號 初始 pH 廢水樣品 體積/mL 草酸溶液 體積/mL 蒸餾水 體積/mL ① 4 60 10 30 ② 5 60 10 30 ③ 5 60 測得實驗①和②溶液中的Cr2O濃度隨時間變化關系如圖所示。 (2)上述反應后草酸被氧化為________(填化學式)。 (3)實驗①和②的結果表明________；實驗①中0～t1時間段反應速率v(Cr3＋)＝________molL－1min－1(用代數(shù)式表示)。 (4)該課題組對鐵明礬[Al2Fe(SO4)424H2O]中起催化作用的成分提出如下假設，請你完成假設二和假設三： 假設一：Fe2＋起催化作用； 假設二：________； 假設三：________； …… (5)請你設計實驗驗證上述假設一，完成下表中內容。 [除了上述實驗提供的試劑外，可供選擇的藥品有K2SO4、FeSO4、K2SO4Al2(SO4)324H2O、Al2(SO4)3等。溶液中Cr2O的濃度可用儀器測定] 實驗方案 (不要求寫具體操作過程) 預期實驗結果和結論 【答案】答案 (1) 實驗 編號 初始 pH 廢水樣品 體積/mL 草酸溶液 體積/mL 蒸餾水 體積/mL ③ 20 20 (2)CO2 (3)溶液pH對該反應的速率有影響 (4)Al3＋起催化作用 SO起催化作用 (5) 實驗方案 (不要求寫具體操作過程) 預期實驗結果和結論 用等物質的量的K2SO4Al2(SO4)324H2O代替實驗①中的鐵明礬，控制其他條件與實驗①相同，進行對比實驗 反應進行相同時間后，若溶液中c(Cr2O)大于實驗①中的c(Cr2O)，則假設一成立，若兩溶液中的c(Cr2O)相同，則假設一不成立 (本題屬于開放性試題，合理答案均可) 【解析】首先看清實驗目的，確定條件改變的唯一變量，再根據(jù)圖給信息進行綜合分析；對于實驗方案的設計也主要考慮變量的控制。 (1)要保證其他量不變，草酸用量為唯一變量，必須保證溶液的體積為100 mL，所以加入草酸和水的體積之和應為 40 mL，兩者的具體體積沒有要求，只需與②中數(shù)據(jù)不同即可。(2)此反應中鉻的化合價由＋6價變?yōu)椋?價，化合價降低，所以碳的化合價應升高，草酸中碳的化合價為＋3價，反應后只能變?yōu)椋?價，即生成CO2。(3)通過圖像可以明顯看到，實驗①的反應速率比實驗②的快，故pH越小，反應速率越快，說明溶液pH對該反應的速率有影響；在0～t1時間段，Cr2O的濃度改變了(c0－c1) molL－1，其反應速率為(c0－c1)/t1 molL－1min－1，所以v(Cr3＋)＝2(c0－c1)/t1 molL－1min－1。(4)鐵明礬中除結晶水外，共有三種離子，均可能起催化作用，除Fe2＋外，還有Al3＋和SO。(5)要想驗證假設一正確，必須確定Al3＋和SO不起催化作用，所以可選擇K2SO4Al2(SO4)324H2O，為了確保Al3＋和SO 的濃度與原來的相同，所以取和鐵明礬相同物質的量的K2SO4Al2(SO4)324H2O。 4．某小組利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反應來探究“條件對化學反應速率的影響”。 (1)向酸性KMnO4溶液中加入一定量的H2C2O4溶液，當溶液中的KMnO4耗盡后，溶液紫色將褪去。為確保能觀察到紫色褪去，H2C2O4與KMnO4初始的物質的量需要滿足的關系為n(H2C2O4)∶n(KMnO4)________。 (2)為探究反應物濃度對化學反應速率的影響，該小組設計了如下實驗方案： 實驗序號 反應溫度/℃ H2C2O4溶液 酸性KMnO4溶液 H2O V/mL c/molL－1 V/mL c/molL－1 V/mL ① 25 8.0 0.20 5.0 0.010 0 ② 25 6.0 0.20 5.0 0.010 x 表中x＝________ mL，理由是_____________________________________________。 (3)已知50 ℃時，濃度c(H2C2O4)隨反應時間t的變化曲線如下圖示，若保持其他條件不變，請在坐標圖中畫出25 ℃時c(H2C2O4)隨t的變化曲線示意圖。 【答案】(1)≥2.5 (2)2.0 保證其他條件不變，只改變反應物H2C2O4的濃度，從而才能達到對照實驗目的 (3)如下圖 【解析】(1)2MnO＋6H＋＋5H2C2O4===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O，根據(jù)上述方程式判斷，H2C2O4與KMnO4初始的物質的量需滿足n(H2C2O4)∶n(KMnO4)≥2.5。 (2)根據(jù)表中提供的數(shù)據(jù)可知，應控制，KMnO4的濃度不變，調節(jié)H2C2O4的濃度，所以x＝2.0(即總體積保持13.0 mL不變)。 (3)溫度低，反應速率慢，反應達到平衡時，所用時間較長。 【思想歸納】 控制變量思想是中學化學實驗中常用的思想方法，對影響實驗結果的因素進行控制，以達到明確各因素在實驗中的作用和目的。尤其是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，故要弄清某個因素的影響需控制其他因素相同或不變時再進行實驗。因此，控制變量思想在這部分體現(xiàn)的較為充分，在近幾年高考題中也考查較多，且多以探究性實驗題的形式出現(xiàn)。 考點二：全面突破化學平衡 【知識精講】 1．化學平衡狀態(tài)判斷的“兩類標志”及“一角度” 判斷化學反應是否達到化學平衡狀態(tài)，關鍵是看給定條件下能否推出“變量”達到“不變”。常用到的判斷標志有： (1)絕對標志 (2)相對標志 ①有氣體參加的反應，氣體的總壓強、總體積、總物質的量不變時，當是等體積反應時，不一定達到平衡；當是不等體積反應時，達到平衡。 ②氣體的密度()、氣體的平均相對分子質量()不變時，要具體分析各表達式中的分子或分母變化情況，判斷是否平衡。 ③如果平衡體系中的物質有顏色，則平衡體系的顏色不變時，達到平衡。 (3)一角度 從微觀的角度分析，如反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，下列各項均可說明該反應達到了平衡狀態(tài)： ①斷裂1 mol N≡N鍵的同時生成1 mol N≡N鍵； ②斷裂1 mol N≡N鍵的同時生成3 mol H—H鍵； ③斷裂1 mol N≡N鍵的同時斷裂6 mol N—H鍵； ④生成1 mol N≡N鍵的同時生成6 mol N—H鍵。 2．化學平衡狀態(tài)移動判斷的方法和規(guī)律 (1)化學平衡移動 (2)兩類方法 ①通過比較平衡破壞瞬時的正逆反應速率的相對大小來判斷平衡移動的方向。 a．若外界條件改變，引起v正>v逆，此時正反應占優(yōu)勢，則化學平衡向正反應方向(或向右)移動； b．若外界條件改變，引起v正
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