2021高考化學易錯點13 化學反應速率和化學平衡計算

易錯13化學反應速率和化學平衡計算

【易錯分析】

化學反應速率和化學平衡是近年高考的熱點,主要以定性、定量相互結合的方式進行考查。

一般會從平衡狀態(tài)和平衡移動、物質轉化率和濃度變化、平衡體系密度和相對分子質量的變

化等方面考查，也常結合圖像考查根據(jù)圖像獲取數(shù)據(jù)分析、解決問題的能力等。而新課標中

的化學平衡常數(shù)和化學反應方向的判斷這些內容正成為本專題高考命題的新熱點。

【錯題糾正】

例題1、I.二甲醛是一種重要的清潔燃料，可以通過CH30H分子間脫水制得：

2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)A，=-23.5kJmolL在恒容密閉容器中

建立上述平衡，體系中各組分濃度隨時間變化如圖所示。

(1)該條件下反應平衡常數(shù)表達式長=；在“℃時，反應的平

衡常數(shù)為，達到平衡時”CH30cH3):〃(CH3OH):n(H20)=。

(2)相同條件下，若改變起始濃度，某時刻各組分濃度依次為：c(CH3OH)=0.4molLr、c(H2。)

=0.6molir、c(CH30cH3)=2.4mol】r,此時正、逆反應速率的大?。簐1K丫鼠填“>”、

或"="),反應向反應方向進行(填“正”或"逆”)。

H.已知可逆反應：M(g)+N(g)vP(g)+Q(g)A，>0,請回答下列問題：

(1)在某溫度下，反應物的起始濃度分別為c(M)=lmoll。c(N)=2.4molL達到平衡

后，M的轉化率為60%,此時N的轉化率為。

(2)若反應溫度升高，M的轉化率(填“增大”、“減小”或“不變”)。

(3)若反應溫度不變，反應物的起始濃度分別為c(M)=4mol，Lr,c(N)=amolL^1；達到平

衡后，c(P)=2molL-',a=。

【解析】(1)平衡常數(shù)表達式K=：由圖像知，反應在。時達到平衡，平衡時各物質的濃度

1

分別為c(CH30cH3)=1mol1r,c(H2O)=0.8molLc(CH3OH)=0.4molL,則該溫度

下，反應的平衡常數(shù)K==5：達到平衡時〃(CH30cH3)："(CH.QH):〃(H2O)=1.0:0.408=5:2:4；

(2)根據(jù)0c==9>K,則反應逆向進行，v(正)<v(逆)。II.(1)M的轉化率為60%,則M減少

了1molLix60%=0.6molL1,由方程式可知N也減少了0.6mol-L",N的轉化率為

xl00%=25%；(2)該反應為吸熱反應，升高溫度，平衡正向移動，則M的轉化率增大；(3)

由(1)可知平衡時M、N、P、Q的濃度分別為0.4molL\1.8rnolL-1,0.6mol-L“、0.6molL1,

則該溫度下的平衡常數(shù)為：K=0.5,當反應物的起始濃度分別為c(M)=4mol-Lc(N)=a

tnolir時,根據(jù)三段式：

M(g)+N(g)「—P(g)+Q(g)

起始(mol1”)：4a00

變化(mobL")：2222

平衡(molL")：2a-222

則平衡常數(shù)K=0.5,解得。=6。

【答案】1.(1)55:2:4(2)<逆11.(1)25%(2)增大(3)6

例題2、亞硝酰氯(NOC1)是有機合成中的重要試劑，可由NO和C12反應得到，化學方程式

為2NO(g)+Cb(g).=i2NOCl(g),

(1)氮氧化物與懸浮在大氣中的海鹽粒子相互作用時會生成亞硝酰氯，涉及如下反應：

①2NO2(g)+NaCl(s)NaNCh(s)+NOCl(g)

@4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)

③2NO(g)+Cb(g)12NOCl(g)

設反應①②③對應的平衡常數(shù)依次為K1、七、Ki，則K、&、&之間的關系為o

(2)300℃時，2NOCl(g)?=i2NO(g)+Ch(g)?

正反應速率的表達式為LE=hd(NOCl)(%為速率常數(shù)，只與溫度有關)，測得速率與濃度的

關系如表所示：

序號c(NOCl)/molL-1v/mobL-1^1

①0.303.60x10-9

②0.601.44X10-8

③0.903.24x10-8

n=，k=o

⑶在1L恒容密閉容器中充入2molNO(g)和1molCl2(g),在不同溫度下測得c(NOCl)與時

間t的關系如圖A所示：

①反應開始到10min時NO的平均反應速率v(NO)=molL_,min-1o

②72時該反應的平衡常數(shù)K為o

③CL的平衡轉化率為。

(4)在密閉容器中充入NO(g)和CL(g),改變外界條件［溫度、壓強、“(02)、與催化劑的接

n(NO)

觸面積］,NO的轉化率變化關系如圖B所示。X代表o

【解析】(1)根據(jù)蓋斯定律知，①/2—②=③，從而可推知平衡常數(shù)之間的關系。(2)將①②

組數(shù)據(jù)代入表達式計算，原1"=上出叫=4,解得〃=2。再代入任意一組數(shù)據(jù)可計算出

3.60x109

左值。：(3)①10min時，c(NOCl)=lmolL-',則轉化的NO的物質的量為1mol,貝”(NO)

=imoiL=0fmol.L!,minio②平衡常數(shù)K=——=2。③CL的平衡轉化率為

10minPx0.5

°;5—1：L-X100%=50%?(4)根據(jù)圖A,72下反應速率較大，說明不大于■，而乃下達到

1mol-L1

平衡狀態(tài)時，c(NOCl)較小，說明升高溫度，平衡向逆反應方向移動，故正反應是放熱反應。

觀察圖B,隨著X的增大，NO的轉化率增大，說明平衡向正反應方向移動，該可逆反應的

正反應是氣體分子數(shù)減小的反應，且正反應是放熱反應，X代表壓強或"。與催化劑

n(NO)

的接觸面積大小只影響化學反應速率，不會使平衡移動，即不改變轉化率。

【答案】⑴氏火3=02)24610-8口mo「「sr(3)①0.1②2③50%(4)壓強或，

n(NO)

【知識清單】

1.化學反應速率計算的方法

(1)定義式法：化學反應速率是表示反應進行快慢的物理量，它用單位時間內反應物濃度的

Az,?

減少或生成物濃度的增加來表示，v=—,單位有mol/(Lh),mol/(L-min)smol/(L-s)等。

△t

(2)比例關系法：對于已知反應機A(g)+”B(g)=/C(g)+gD(g),其化學反應速率可用不同的

反應物或生成物來表示，當單位相同時，化學反應速率的數(shù)值之比等于化學方程式中各物質

的化學計量數(shù)之比，即v(A):v(B)：v(C):v(D)=w-.n-.p-.q.

(3)三段式法：列起始量、轉化量、最終量，再根據(jù)定義式或比例關系計算。例如：

就A+——:

起始濃度(3二廠：)ab

nx

轉化濃度(3二廠‘)x紇

而JS

nx

某時刻濃度.LXb----c-d----

—px

則：v(A)=~~—mol-LLs1,v(B)=叫"'molL'-s1,v(C)=—1molL'-s1,

t\—to

v(D)=w(^i-^o)molLLs1o

2.化學平衡常數(shù)

(1)在一定溫度下，當一個可逆反應達到化學平衡時，生成物濃度化學計量數(shù)次嘉的乘積

與其反應物濃度化學計量數(shù)次幕的乘積的比值是一個常數(shù)，即平衡常數(shù)，用符號K表示。

對一般可逆反應用A(g)+〃B(g)=ipC(g)+qD(g),當在一定溫度下達平衡狀態(tài)時，可以得

pP(C)d(D)

出：K=c?(A>d(B),K值越大，說明平衡體系中生成物所占的比例越大，反應物的轉化

率越大，K只受溫度影響，與反應物或生成物的濃度變化無關，即在一定溫度下，平衡常數(shù)

保持不變。

(2)化學平衡常數(shù)的應用：根據(jù)平衡常數(shù)可判斷可逆反應進行的程度，平衡常數(shù)越大，正

反應進行的程度越大，反應物的轉化率越高，平衡后生成物的濃度越大，反應物的濃度越小;

利用化學平衡常數(shù)可判斷化學平衡移動的方向，對于可逆反應aA(g)+6B(g)=^cC(g)+

gP(C)d(D)

W

"D(g),在一定溫度下的任意時刻，反應物與生成物濃度有如下關系：C(A)C"(B)=21?稱

反應向正反應方向進行，叫>女

&="反應處于化學平衡狀態(tài)，

為濃度商：“反應向逆反應方向進行，心〈的.利用化學平衡常數(shù)判斷可逆反應的

?AffiJflX"E反應為吸熱反應

十值M小”E眨應力放熱反應

*值增大，正反應為放熱反應

熱效應:*值減小，正反應為眼熱反應

3.化學平衡的計算

“三段式''法是有效解答化學平衡計算題的“萬能鑰匙解題時，要注意清楚條理地列出

起始量、轉化量、平衡量，按題目要求進行計算，同時還要注意單位的統(tǒng)一。舉例如下：

岫(g)+鼎g)^=^K(g)+9(g)

人起始)/螞L

H轉化)/salnx

n(平衡)/國謔方一坦y

⑴則A的轉化率a(A)=^xlOO%。

(2)D的物質的量分數(shù)=xlOO%o

a—mx+b—nx+px+qx

(3)起始與平衡時的壓強比：2至

p平a—mx+b—nx+px+qx

(4)平衡時混合氣體的平均相對分子質量Mr

a—mx+b—nx+px+qx

【變式練習】

1.溫度為VC,向體積不等的恒容密閉容器中分別加入足量活性炭和ImolNCh，發(fā)生反應:

2c(s)+2NO2(g);N2(g)+2CCh(g)反應相同時間，測得各容器中NO2的轉化率與容器體積的關

系如圖所示。下列說法正確的是

或

蜂80

￥60

*40

€20

5

7

容g體積幾

4

A.rc時，該反應的化學平衡常數(shù)為一

45

B.圖中c點所示條件下，v(正)>v(逆)

C.向a點平衡體系中充入一定量的N02,達到平衡時，N02的轉化率比原平衡大

D.容器內的壓強：Pa：Pb<6：7

2.H2S與CCh在高溫下發(fā)生反應：H2s(g)+CCh(g)^^COS(g)+H2O(g)o在610K時，將

0.10molCO2與0.40molH2S充入2.5L的空鋼瓶中，反應平衡后水的物質的量分數(shù)為0.02。

(1)H2S的平衡轉化率ai=%,反應平衡常數(shù)K=0

(2)在620K重復實驗，平衡后水的物質的量分數(shù)為0.03,H2s的轉化率a2G,該反

應的0(填“或“="),

(3)向反應器中再分別充入下列氣體，能使H2s轉化率增大的是(填標號)。

【易錯通關】

1.02將HC1轉化為Cb，可提高效益，減少污染。一定條件下測得反應過程中“(C12)的數(shù)據(jù)

如下，則2.0?6.0min內以HCI的物質的量變化表示的反應速率為(Wmolmin

r為單位)。

//min02.04.06.08.0

〃(CL)/103mol01.83.75.47.2

2.在容積為1.00L的容器中，通入一定量的N2O4,發(fā)生反應N2O4?ui2NC)2(g)，隨溫

度升高，混合氣體的顏色變深。則在0?60s時段，反應速率MN2O4)為mol-L'-s^

3.反應〃A+6B=^C在體積為2L的容器中進行反應。在1、II、HI階段體系中各物質

的量隨時間變化的曲線如圖所示，A的平均反應速率叫(A)、v?(A),Vm(A)從大到小排列次

序為,第I階段20min時，C的平均速率也(C)=。

4.光氣(COCL)是一種重要的化工原料，用于農藥、醫(yī)藥、聚酯類材料的生產，工業(yè)上通過

Cl2(g)+CO(g)=^COCL(g)制備。下圖為某次模擬實驗研究過程中在1L恒容容器內各物

質的濃度隨時間變化的曲線。若保持溫度不變，在第8min向體系中加入這三種物質各2mol,

則平衡移動(填“向正反應方向”“向逆反應方向''或"不")，若將初始投料濃度變?yōu)?/p>

c(CL)=0.7mol/L、c(CO)=0.5mol/L、c(COCb)=mol/L,保持反應溫度不變，則最

終達到化學平衡時，Ch的體積分數(shù)與上述第6min時Cl2的體積分數(shù)相同。

5.在一定體積的密閉容器中，進行如下化學反應：CO2(g)+H2(g)=^CO(g)+H2O(g),其

化學平衡常數(shù)K和溫度，的關系如表，830"C時，向容器中充入1molCO、5molH2O,反

應達到平衡后，其化學平衡常數(shù)K1.0(選填“大于""小于''或"等于”)，其他條件不變

的情況下，擴大容器的體積，平衡移動(填“向正反應方向”“向逆反應方向"或“不”)。

若1200℃時，在某時刻平衡體系中CO2、H2、CO、H2O的濃度分別為2m刻廠|、2molL

14moi4moiLZ則此時上述反應的平衡移動方向為(填“正反應方向”“逆

反應方向”或“不移動”)。

r℃70080083010001200

K0.60.91.01.72.6

6.工業(yè)上制備合成氣的工藝主要是水蒸氣重整甲烷：CH4(g)+H2O(g)==CO(g)+3H2(g)

在一定條件下，向體積為1L的密閉容器中充入1molCH?g)和1molH2O(g),測得

HzO(g)和H2(g)的濃度隨時間變化曲線如圖所示，則該反應的化學平衡常數(shù)K=,達

到平衡時，CH?g)的轉化率為

7.Bodensteins研究了下列反應：2HI(g),'H2(g)+L(g)，在716K時，氣體混合物中碘

化氫的物質的量分數(shù)x(HI)與反應時間f的關系如下表，根據(jù)實驗結果，該反應的平衡常數(shù)K

的計算式為。

Z/min020406080120

x(HI)10.910.850.8150.7950.784

x(Hl)00.600.730.7730.7800.784

8.乙苯倡2化脫氫1制苯乙烯反應：CH2cH3?.——CH-CH2(g)+H2(g),維持體系總壓強P

恒定，在溫度T時，物質的量為〃、體積為產的乙苯蒸氣發(fā)生催化脫氧反應。已知乙苯的平

衡轉化率為a,則在該溫度下反應的平衡常數(shù)K=_(用a等符號表示)。

9.某溫度下，反應2A(g)=^B(g)+C(g)的平衡常數(shù)為1,在容積為2L的密閉容器中加

入A(g)。20s時測得各組分的物質的量如下表，則反應前20s的平均速率為,正反應

速率逆反應速率。

物質A(g)B(g)c(g)

物質的量/mol1.20.60.6

10.在1.0L真空密閉容器中充入4.0molA(g)和4.0molB(g),在一定溫度下進行反應：A(g)

+B(g)=^C(g)\H,測得不同時刻該容器內物質的物質的量如下表，隨著溫度的升高，

該反應的化學平衡常數(shù)減小，則A"(填“>”、"v”或“=”)0,反應從起始到20min內

C的平均反應速率是。該溫度下，上述反應的化學平衡常數(shù)為。平衡時體

系內氣體的總壓強是反應起始時總壓強的。

時間/min010203040

z?(A)/mol4.02.51.5

/?(C)/mol01.5n\33

H.用氮化硅(Si3N4)陶瓷代替金屬制造發(fā)動機的耐熱部件，能大幅度提高發(fā)動機的熱效率。

工業(yè)上用化學氣相沉積法制備氮化硅，其反應如下：3SiC14(g)+2N2(g)+6H2(g)

Si3N4(s)+12HCl(g)在一定溫度下進行上述反應，若反應容器的容積為2L,3min

后達到平衡，測得固體的質量增加了2.80g,則H2的平均反應速率為mol/(Lmin)；

該反應的平衡常數(shù)表達式K=。若平衡時H?和HC1的物質的量之比為典，保持其

n

他條件不變，降低溫度后達到新的平衡時，H2和HC1的物質的量之比q填“>””=，，

或y,)。

12,100℃時，若將0.100molN2C>4氣體放入1L密閉容器中，發(fā)生反應NzO4g)2NO2(g),

C(N2CU)隨時間的變化如表所示。在0?40s時段，化學反應速率v(NO2)為mol.L

"'-s'；此溫度下的化學平衡常數(shù)K為o若將9.2gNCh和N2O4氣體放入1L密

閉容器中，某時刻測得容器內氣體的平均相對分子質量為50,貝IJ此時v1r(N2O4)v

逆例2。4)(填“>”"=”或“

時間/s020406080100

CN2O4

0.1000.0700.0500.0400.0400.040

mol-L1

參考答案

【變式練習】

1.(1>)<P2<P3升高溫度、降低壓強Ka=Kb<K⑵66.7%”

【解析】(1)正反應是氣體體積增大的反應，增大壓強，CO的含量降低，根據(jù)圖像可知，在

溫度相等時pi對應的CO含量最高，則6、P2、P3的大小關系是2Vp3。升高溫度CO的

含量升高，說明正反應是吸熱反應，所以欲提高C與CO2反應中CO2的平衡轉化率，應采

取的措施為升高溫度、降低壓強。平衡常數(shù)只與溫度有關系，升高溫度平衡右移，平衡常數(shù)

增大，則圖中a、b、c三點對應的平衡常數(shù)大小關系是Ka=Kb<K。

(2)900℃、1.013MPa時CO的含量是80%,則

C(s)+CO(g)72co(g)

起始量(mol)10

轉化量(mol)X2x

平衡量(mol)1-x2x

因此0-=0.8,解得x=2,

1+x3

圉2

則9的轉化率為66.7%,反應的平衡常數(shù)"工芍,

3K

2.(1)2.52.8x103(2)>>(3)B

【解析】(1)設平衡時H2s轉化的物質的量為xmol

H2S(g)+CO2(g)^^COS(g)+H2O(g)

起始/mol0.400.1000

轉化/molxxxx

平衡/mol0.40—x0.10—xxx

由題意得:0.02

(0.40-r)+(0.10-x)+x+x

解得：x=0.01

H2S的平衡轉化率囚=她也生由00%=2.5%,

0.40mol

0.0L0.01

(COS)-c(H2O)_TTT7.28x103

c(H2S)c(CO2)0.40-0.01,<0.10-0.01''

2.52.5

(2)溫度升高，水的平衡物質的量分數(shù)增大，平衡右移，則H2s的轉化率增大，故。2>外。溫

度升高，平衡向吸熱反應方向移動，故A”>0。

(3)A項，充入H2S,H2s的轉化率反而減?。築項，充入CO?,增大了一種反應物的濃度，

能夠提高另一種反應物的轉化率，故H2s的轉化率增大；C項，充入COS,平衡左移，H2s

的轉化率減??；D項，充入N2,對平衡無影響，不改變H2s的轉化率。

Lv(HCl)=547.8xlLmoM

1.8><10-3molmin

6.0—2.0min

【解析】設2.0?6.0min內，HC1轉化的物質的量為〃

2HCl(g)+92(g)^^H20(g)+Ch(g)

21

n(5.4-1.8)xl0-3mol

解得”=7.2x103mol,則v(HCl)=—~蟲但_=1.8x103molmin1

6.0—2.0min

2.0.0010molL-,s-,

【解析】由題圖可知，0?60s時段，N2O4的物質的量濃度變化為0.060mo1Llv(N2O4)

0.060mol-L1.

=--------------------=0A.0n0A110AmolLTKs%

60s

3.V|(A)>V||(A)>Vm(A)0.05molL'min-'

L1

【解析】由圖給數(shù)據(jù)計算可得：vl(A)=—4r^—=0.025molL'minv?(A)=

2L><20.0min

1.0mol—0.62molf,人、0.62mol—0.50mol_AAA,....

---------------------------=0.0127mol-L^min,,vH|(A)=-----------------------------=0.006mol-L'min

2Lx15min2Lx10min

故V|(A)>V||(A)>VHI(A)O有物的量之比等于化學計量數(shù)之比可得v)(C)=2vi(A)=0.05molL

Lmin!o

4.向正反應方向0.5

【解析】由圖可知8min時反應處于平衡狀態(tài),c(Cb)=0.3mol/L.c(CO)=0.lmol/L>c(COCh)

c(COCb)

=0.9mol/L,則原平衡常數(shù)K=C(Cb>c(C°)=_"_=3o,向容器中各加入?mo|三種物

03x0.1

0.9+2

質時，4=(63-2)X(O1-2)=O6〈K,則平衡正向移動。最終達到化學平衡時，CL的

體積分數(shù)與上述第6min時CL的體積分數(shù)相同，即與開始平衡為等效平衡，完全轉化到左

邊滿足Ch濃度為1.2mol/L.CO濃度為1.0mol/L,則0.7mol/L+c(COCl2)=1.2mol/L,c(CO)

=0.5mol/L+c(COC12)=1.0mol/L,故c(COCb)=0.5mol/L?

5.等于不逆反應方向

【解析】只要溫度不變，K數(shù)值就不變，故830°C條件下，K的數(shù)值是1.0,擴大容器體積

C(CO)C(H2。)

的瞬間，反應物和生成物的濃度都減小相同的倍數(shù)，據(jù)0,=C(C。2>C(H2)=人可知，濃

(?)

度同時改變相同倍數(shù)時，則平衡不移動。設容器體積為匕此時濃度商Q、==4>K=

2.6,故反應向逆反應方向進行。

6.0.187525%

【解析】由圖可知，10min時反應到達平衡，平衡時水蒸氣、氫氣的濃度均為0.75mol?Lj

則：

CH4(g)+H2O(g)0co(g)+3Hz(g)

開始(moll"):1100。

轉化(molL-l):0.250.250.250.75,

平衡(mol1一1):0.750.750.250.75。

C(CO)X/(H2)

平衡常數(shù)K=C(CH4)XC(H2O)="25x0.753=°]875,平衡時甲烷轉化率=

0.75x0.75

().25mol?Li

-xl00%=25%。

1molL1

0.108x0.108

'0.7842

【解析】由表中數(shù)據(jù)可知，無論是從正反應方向開始，還是從逆反應方向開始，最終x(HI)

均為0784,說明此時已達到了平衡狀態(tài)。設HI的初始濃度為ImolLj則:

2HI(g)^=^H2(g)+I2(g)

初始濃度/mol【r100

轉化濃度/mol【r0.2160.1080.108

平衡濃度/molL10.784().1080.108

C(H；)C(I2)

K=c2(HI)0.108x0.108

0.7842

【解析】從濃度角度求治：根據(jù)阿伏加德羅定律的推論，總壓強〃相同時，區(qū)="，乙苯的

V1〃2

轉化率為a,由此可得：一^-=—;—,/皿=(l+a/,根據(jù)方程式及平衡常數(shù)的定義:

/反應后I+a

?a+cp2

“(1-a)ncr的2

誨=PQ-a)=-a)(l+a)=(1—4)匕

從壓強角度求右：容器中氫氣的物質的量為a”，苯乙烯的物質的量為a〃，乙苯的物質

an

的量為(1—a)〃，氣體的總物質的量為(l+a)〃，所以氫氣的分壓為(1+a)/,苯乙烯的分壓

anan

(1+a)/(]+a)],

M(1-a)〃(1—-_

為(1-a)/,乙苯的分壓為(1+a)/,因此Kp=(1+a)/=(】一/

9.0.03molL's1大于

【解析】由題意知前20s的平均速率為均A)=L2mol/(2L?20s)=0.03mol?L'-s20sW,

Q=