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高考总复习 速率和平衡的综合

【高考展望】
化学反应速率和化学平衡理论的初步知识是中学化学的重要基本理论。从历年高考经典聚焦也不难看出，这是每年高考都要涉及的内容。从高考试题看，考查的知识点主要是：①有关反应速率的计算和比较；②条件对反应速率影响的判断；③确定某种情况是否是化学平衡状态的特征；④平衡移动原理的应用；⑤转化率的计算或比较；⑥速率、转化率、平衡移动等多种图象的分析。要特别注意本单元知识与图象结合的试题比较多。从题型看主要是选择题和填空题，其主要形式有：⑴根据化学方程式确定各物质的反应速率；⑵根据给定条件，确定反应中各物质的平均速率；⑶理解化学平衡特征的含义，确定某种情况下化学反应是否达到平衡状态；⑷应用等效平衡的方法分析问题；⑸应用有关原理解决模拟的实际生产问题；⑹平衡移动原理在各类平衡中的应用；⑺用图象表示外界条件对化学平衡的影响或者根据图象推测外界条件的变化；⑻根据条件确定可逆反应中某一物质的转化率、消耗量、气体体积、平均式量的变化等。预计以上考试内容和形式在今后的高考中不会有太大的突破。
从考题难度分析，历年高考题中，本单元的考题中基础题、中档题、难题都有出现。因为在高考中前些年出现了这方面的难题，所以各种高难度的练习题较多。但从新大纲的要求预测命题趋势，这部分内容试题往往和其它知识综合，难度应该趋于降低，平衡方面的题目起点水平并不是太高，尤其是出现复杂的等效平衡题的可能性更不大。在今后的复习中应该抓牢基础知识，掌握基本方法，提高复习效率。
【方法点拨】
一、复习思路：
1．复习化学反应速率，宜从准确把握概念的内涵入手，抓住概念的应用条件，对概念的内容进行拓宽，仔细分析外界条件对化学反应速率的影响情况，为化学平衡内容的复习打好基础。从内容框架的构建上看，可建立如下复习思路：概念—→定量表示—→内在因素—→外在因素。同时要强调概念的内涵外延。
2．有关化学反应速率的计算类型有几种，但难度都不大。在计算中首先要注意把握好时间、体积、物质的量、物质的量浓度等几个因素的运用以及单位换算。对于化学反应速率、化学平衡的计算的模式一般要进行分段设计，必经过“三态”，即起始态、变化态和最终态，如能根据反应方程式，对应地列出“三态”的变化，便可使问题变得一目了然。


二、转化率的概念剖析：
1．适用物质：只针对反应物而言。
2．表达式：

3．反应物转化率的变化规律：
①对于有两种反应物的，增加其中一种反应物的浓度，另一种反应物的转化率升高。
如：aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)（增加A的浓度，A的转化率降低，B的转化率升高）
②对于只有一种反应物的，增加反应物的浓度，其转化率变化与方程式中反应前后气体系数大小有关：
A(g)B(g)＋C(g) （增加A的浓度，A的转化率降低）
2A(g)B(g)＋C(g) （增加A的浓度，A的转化率不变）
3A(g)B(g)＋C(g) （增加A的浓度，A的转化率升高）
要点诠释：
在恒温恒容条件下，对反应物只有一种的可逆反应来说，增大反应物浓度，同时反应体系的压强也增大了(这是一个隐含结果)，讨论如下：①若压强增大能使平衡移动，且移动方向与增大反应物浓度使平衡移动方向一致，则反应物转化率增大，若方向不一致，则反应转化率减小。②若压强增大不能使平衡移动，则反应物的转化率不变。再结合题目的反应即可判断。
③N2＋3H22NH3，△H＜0（升高温度，反应物的转化率降低，增大压强，反应物的转化率升高）
④在不同条件下进行的可逆反应，A：定温定压容器，B：定温定容容器，反应物的转化率与方程式中反应前后气体系数大小有关。如，对气体系数和缩小的反应：N2＋3H22NH3，若起始反应物浓度相同，达平衡时，A中反应物的转化率高于B，因为B中压强相对较小。

【典型例题】
类型一：转化率问题
例1．反应：①PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)；②2HI(g) H2(g)＋I2(g) ；③2NO2(g) N2O4(g) 。在一定条件下，达到化学平衡时，反应物的转化率均是a%。若保持各反应的温度和容器的体积都不改变，分别再加入一定量的各自的反应物，则转化率(　　)。
A．均不变 B．①增大，②不变，③减小
C．均增大 D．①减小，②不变，③增大
【思路点拨】注意三个反应前后气体体积变化特点。
【答案】D
【解析】对于可逆反应：aA(g) bB(g)＋cC(g)，增加A的量，平衡向正方向移动，但该反应物A的转化率的变化与化学方程式中气体的系数有关：Ⅰ.若a＝b＋c，A的转化率不变，如题给反应②；Ⅱ.若a>b＋c，A的转化率增大，相当于题给反应③，Ⅲ.若a【总结升华】对于只有一种反应物的，增加反应物的浓度，其转化率变化与方程式中反应前后气体系数大小有关。

举一反三：
【变式1】 α1和α2分别表示两个恒容容器中的平衡体系：A(g)2B(g)和2A(g)B(g)的A的转化率。在温度不变的情况下，起始时均增加A的物质的量，下列判断正确的是
A．α1降低，α2增大 B．α1、α2均降低
C．α1增大，α2降低 D．α1、α2均增大
【答案】A
【变式2】联氨（N2H4）及其衍生物是一类重要的火箭燃料，N2H4与N2O4反应能放出大量的热。
（1）已知：2NO2 (g)N2O4 (g) ΔH=―57.20 kJ·mol―1。一定温度下，在密闭容器中反应2NO2 (g)N2O4 (g)达到平衡。其他条件不变时，下列措施能提高NO2的转化率的是（ ）
A．减小NO2的浓度 B．降低温度 C．增加NO2的浓度 D．升高温度
（2）17℃、1.01×105 Pa，密闭容器中N2O4和NO2的混合气体达到平衡时，c (NO2)=0.0300 mol·L―1、c (N2O4)=0.0120 mol·L―1。计算反应2NO2 (g)N2O4 (g)的平衡常数K。
【答案】（1）B、C （2）K=13.3
【解析】（1）降低温度化学平衡向右移动，NO2的转化率增大；增加NO2的浓度等效于给这个密闭体系增大压强，平衡向右移动，NO2的转化率也会增大。
（2）据题意可知平衡时：c (N2O4)=0.0120 mol·L―1，c (NO2)=0.0300 mol·L―1。


类型二：化学平衡与反应热
例2．已知常温常压下，（g）+3（g）2 （g）；△H = -92.4 kJ/ mol．在同温同压下，向密闭容器中通入1 mol 和3 mol ，达到平衡时，放出热量为kJ；向另一体积相同容器中通入0.5 mol 、1.5 mol 和1 mol ，相同条件下达到平衡时放出热量为kJ．则下列关系式中正确的是
　　A．＝＝92.4　　　　 　　B．＜＜92.4
C．＜＜92.4　　　　　　　D．＝＜92.4
【思路点拨】要注意热化学方程式中系数与反应热的对应关系。
【答案】B
【解析】当消耗1 mol 时放热才为92.4 k J，可逆反应不能进行到底，故＜92.4 k J。上述两容器中分别通入1 mol 、3 mol 和0.5 mol 、1.5 mol 和1 mol 2NH3达到
平衡为等效平衡（即平衡时各成分浓度相同），故Q1—Q2=92.4×0.5，故Q1＞Q2。
【总结升华】要理解等效平衡并非反应热等效，而是达到平衡时各成分的浓度相同。
举一反三：
【变式1】相同温度下，在体积相等的三个恒容密闭容器中发生可逆反应：
N2(g) ＋ 3H2(g) 2NH3(g) △H＝－92.4 kJ/mol。
实验测得起始、平衡时的有关数据如下表：
容器编号 起始时各物质物质的量/mol 平衡时反应中的能量变化
N2 H2 NH3
① 1 3 0 放出热量a kJ
② 2 3 0 放出热量b kJ
③ 2 6 0 放出热量c kJ

下列叙述正确的是
A．放出热量关系：a < b < 92.4
B．三个容器内反应的平衡常数：③ > ① > ②
C．达平衡时氨气的体积分数：① > ③
D．N2的转化率：② > ① > ③
【答案】A
【变式2】对于反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　△H＜0，在其他条件不变的情况下(　　)
A．加入催化剂，改变了反应的途径，反应的△H也随之改变
B．改变压强，平衡不发生移动，反应放出的热量不变
C．升高温度，反应速率加快，反应放出的热量不变
D．若在原电池中进行，反应放出的热量不变
【答案】B
【解析】ΔH的大小取决于反应的始态和终态，与反应途径无关，A项错误；反应放出的热量与参加反应的物质总量成正比，平衡不移动，参加反应的物质总量不变，B项正确；升高温度，平衡逆向移动，反应放出的热量减小，C项错误；若反应在原电池中进行，化学能会转化为电能，D项错误。
类型三：综合类
例3. （2019 成都七中）在体积恒定的密闭容器中，一定量的SO2与1.100mol O2在催化剂作用下加热到600℃发生反应：2SO2+O22SO3；△H＜0。当气体的物质的量减少0.315mol时反应达到平衡，在相同的温度下测得气体压强为反应前的82.5%。下列有关叙述正确的是
当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时反应达到平衡
降低温度，正反应速率减小程度比逆反应速率减小程度大
将平衡混合气体通入过量BaCl2溶液中，得到沉淀的质量为161.980g
达到平衡时，SO2的转化率是90%
【思路点拨】根据阿伏伽德罗定律，在同温同体积时，气体压强与其总物质的量成正比。
【答案】D
【解析】SO3的生成速率和SO2的消耗速率都是正反应速率，两者始终相等，不能说明已达平衡，A错；由于正反应是放热的，所以降温时平衡右移，正反应速率大于逆反应速率，即正反应速率较小程度小于逆反应速率，B错；根据化学方程式知：生成的SO3的物质的量是气体总物质的量减小量的2倍，即0.63 mol，SO2不与BaCl2反应，则生成硫酸钡为0.63 mol，得到146.79 g，C错；根据平衡前后的压强比知反应前气体的总物质的量减小0.315 g，即减小1-82.5%=17.5%，所以反应前气体总物质的量为1.8 mol，O2为1.1 mol，则SO2为0.7 mol.消耗的SO2的物质的量等于生成的SO3的物质的量，即0.63 mol，转化率为0.63 mol/0.7 mol=90%，D正确。
【总结升华】本题考查化学反应速率、平衡及计算。
举一反三：

【变式1】 T ℃时，在1 L的密闭容器中充入2 mol CO2和6 mol H2，一 定条件下发生反应： CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，△H＝－49.0 kJ/mol，测得H2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下图所示。下列说法不正确的是：








A．0~10 min 内υ(H2)＝0.3 mol/(L·min)
B．T ℃时，平衡常数K = 1/27，CO2与H2的转化率相等
C．T ℃时，上述反应中若有64 g CH3OH生成，同时放出98.0 kJ的热量
D．达到平衡后，升高温度或再充入CO2气体，都可以提高H2的转化率
【答案】D
【变式2】已知：2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g) ΔH＝－25 kJ/mol
某温度下的平衡常数为400。此温度下，在1 L的密闭容器中加入CH3OH，反应到某时刻测得各组分的物质的量浓度如下：
物质 CH3OH CH3OCH3 H2O
c/(mol·L-1) 0.8 1.24 1.24

下列说法正确的是
A. 平衡后升高温度，平衡常数＞400
B．平衡时，c(CH3OCH3)＝1.6 mol/L
C. 平衡时，反应混合物的总能量减少20 kJ
D. 平衡时，再加入与起始等量的CH3OH，达新平衡后CH3OH转化率增大
【答案】B
【巩固练习】
一、选择题：（每题只有1个选项符合题意）
1．已知热化学方程式2SO2(g)+ O2(g) 2SO3(g) △H =－98.32kJ／mol，在容器中充入2molSO2和1molO2充分反应，最终放出的热量可能为
　　A． 等于196.64kJ　　　　　　　　　　　　　 B． ＜98.32kJ
　　C． 98.32kJ～196.64kJ　　　　　　　　　　　 D． ＞196.64kJ
2．实验室测得4 mol SO2参加下列反应：2SO2(g)＋O2(g) =2SO3(g) ΔH=﹣196.6 kJ·mol-1。当放出354 kJ热量时SO2转化率最接近于
　　A．10% 　　　　B．30% 　　　　C．50% 　　　　D．90%
3．将H2(g)和Br2(g)充入恒容密闭容器，恒温下发生反应
　　H2（g）+Br2(g) 2HBr（g）；△H＜0。平衡时Br2(g)的转化率为a；若初始条件相同，绝热下进行上述反应，平衡时Br2(g)的转化率为b。a与b的关系是（　 ）
　　A．a＞b　　　　 B．a=b　　　　　 C．a＜b　　　　　 D．无法确定
4．（2019 浙江一轮复习）某温度下，在一个2 L的密闭容器中加入4 mol A和2 mol B进行如下反应：3A(g)＋2B(g) 4C(s)＋D(g)，反应2 min后达到平衡，测得生成1.6 mol C，下列说法正确的是 (　　)。
A．前2 min，D的平均反应速率为0.2 mol·L－1·min－1
B．此时，B的平衡转化率是40%
C．增大该体系的压强，平衡不移动，化学平衡常数不变
D．增加B，平衡向右移动，B的平衡转化率增大
5．在密闭容器中，aA(g)bB(g)达平衡后，保持温度不变，将容器体积增加1倍，当达到新平衡后，B的浓度是原来的60%。下列说法正确的是：
A．平衡向正向移动 B．物质A的转化率减小
C．物质B的质量分数减小 D．a>b
6．（2019 山东济南期中）一定温度下，反应N2 (g)+3H2 (g) 2NH3 (g)的反应热和化学平衡常数分别为△H和K，则相同温度时反应4NH3 (g) 2N2 (g)+6H2 (g)的反应热和化学平衡常数为（ ）。
A．2△H和2K B．-2△H和K2 C．-2△H和K-2 D．2△H和-2K
7．人体血液内的血红蛋白(Hb)易与O2结合生成HbO2，因此具有输氧能力。CO吸入肺中发生反应：CO + HbO2O2 + HbCO，37 ℃时，该反应的平衡常数K = 220。HbCO的浓度达到HbO2浓度的0.02倍，会使人的智力受损。据此，下列结论错误的是：
A．CO与HbO2反应的平衡常数K =
B．人体吸入的CO越多，与血红蛋白结合的O2越少
C．当吸入的CO与O2浓度之比大于或等于0.02时，人的智力才会受损
D．把CO中毒的病人放入高压氧仓中解毒，其原理是使上述平衡向左移动

8．某温度下，体积一定的密闭容器中进行反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ；H＜0。下列分析正确的是：
A．平衡后加入N2，该反应的H增大
B．平衡后升高温度，平衡常数K变大
C．平衡后再充入NH3，达到新平衡时，NH3的百分含量变大
D．若反应前充入的N2与H2物质的量相等，达平衡时N2的转化率比H2的高
9．某温度下，H2 (g)＋CO2 (g) H2O (g)＋CO (g) 的平衡常数K＝。该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，投入H2 (g)和CO2 (g)，其起始浓度如右表所示。
起始浓度 甲 乙 丙
c(H2) / mol/L 0.010 0.020 0.020
c(CO2) / mol/L 0.010 0.010 0.020

下列判断不正确的是
A．平衡时，乙中CO2的转化率大于60％
B．平衡时，甲中和丙中H2的转化率均是60％
C．平衡时，丙中c（CO2）是甲中的2倍，是0.012 mol/L
D．反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢
10.（2019 海淀高三期末）已知反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)某温度下的平衡常数为400。此温度下，在2L的密闭容器中加入a mol CH3OH，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：
物质 CH3OH CH3OCH3 H2O
浓度/(mol·L－1) 0.44 0.6 0.6

下列说法正确的是
A．a = 1.64
B．此时刻正反应速率大于逆反应速率
C．若起始时加入2a mol CH3OH，则达到平衡时CH3OH的转化率增大
D．若混合气体的平均摩尔质量不再变化，则说明反应已达到平衡状态

二、填空题：
1．（2019 北京高考）氢能是一种极具发展潜力的清洁能源。以太阳能为热源，热化学硫碘循环分解水是一种高效、无污染的制氢方法。其反应过程如下图所示：

（1）反应Ⅰ的化学方程式是 。
（2）反应Ⅰ得到的产物用I2进行分离。该产物的溶液在过量I2的存在下会分成两层——含低浓度I2的H2SO4层和高浓度的I2的HI层。
①根据上述事实，下列说法正确的是 （选填序号）。
a．两层溶液的密度存在差异
b．加I2前，H2SO4溶液和HI溶液不互溶
c．I2在HI溶液中比在H2SO4溶液中易溶
②辨别两层溶液的方法是 。
③经检测，H2SO4层中c(H+)：c(SO42-)=2.06：1。其比值大于2的原因是 。
（3）反应Ⅱ：2H2SO4（l）=2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g) △H=+550kJ/mol
它由两步反应组成：i．H2SO4（l）=SO3(g) +H2O(g) △H=+177kJ/mol
ii．SO3(g)分解。
L（L1、L2），X可分别代表压强或温度。下图表示L一定时，ii中SO3(g)的平衡转化率随X的变化关系。

①X代表的物理量是 。
②判断L1、L2的大小关系，并简述理由： 。

2．氢气是一种清洁能源。用甲烷制取氢气的两步反应的能量变化如下图所示：

（1）甲烷和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是________________。
（2）第Ⅱ步反应为可逆反应。在800℃时，若CO的起始浓度为2.0 mol / L，水蒸气的起始浓度为3.0 mol / L，平衡时CO和水蒸气浓度之比为4:9，则此反应的平衡常数为________，CO的平衡转化率为________。

【答案与解析】
一、选择题
1．B
【解析】2molSO2和1molO2完全反应放热为98.32kJ，但可逆反应不能进行到底。

2．D
【解析】设参加反应的SO2的物质的量为X
2SO2(g)＋O2(g) =2SO3(g) ΔH=﹣196.6 kJ·mol-1。
2mol 196.6 kJ
X 354 kJ
X=3.6 mol
故SO2转化率为：90%
3．A
【解析】正反应为放热反应，前者恒温，后者相对前者，温度升高，使平衡向左移动，从而使Br2的转化率降低，所以b＜a。

4．B
【解析】生成1.6 mol C的同时消耗0.8 mol B，生成0.4 mol D，则前2 min，v(D)＝＝0.1 mol·L－1·min－1，B的平衡转化率为×100%＝40%，A错，B对；增大该体系的压强，平衡向正反应方向移动，但平衡常数不变，C错；增加B，平衡向右移动，A的平衡转化率增大但B的平衡转化率减小，D错。
5.A
【解析】如果没有平衡移动，那么B的浓度应该是50%，但是现在是60%，则说明B的量增加了，即物质B的质量分数增加了 ，所以平衡向正方向移动。
6. C
【解析】由题意可知，2N2 (g)+6H2 (g)4NH3 (g)的反应热和化学平衡常数分别为2△H和K2，将反应方程式反向后，反应热为-2△H，化学平衡常数为K-2。
7．C
【解析】由反应方程式知，K的表达式正确，A对；CO与HbO2反应的平衡常数达220，可见其正向进行的程度很大，正确。K=，由题意知，K=220，=0.02时，人受损，则c(CO)/c(O2)=9×10-5，C项错。D项，当O2浓度很大时，题中平衡将逆向移动，从而解救人，正确。
8．C
【解析】A．平衡后加入N2，该反应的H不变。B．平衡后升高温度，平衡左移，平衡常数K变小。C．平衡后再充入NH3，体系压强增大，达到新平衡时，NH3的百分含量变大。D．若反应前充入的N2与H2物质的量相等，达平衡时N2的转化率比H2的低。
9．C
【解析】一般说来，如果选择题中涉及到计算，这样的选项可以最后考虑。 首先看D选项，因为丙中反应物的起始浓度是甲中反应物起始浓度的2倍，因此反应速率丙大于甲，乙居中，但甲和丙的转化率是相等的，且丙中反应的H2和CO2是甲中的2倍；乙可以看作是在甲的基础上多加了H2，平衡向右移动了，因此乙中CO2的转化率大于甲中CO2的转化率，这样初断定ABD项正确，C错误。再通过平衡常数来计算转化率和平衡时c(CO2)，进一步确认。
10．B
【解析】A项，0.5a-1.2=0.44，a=3.28；B项，K==400，Qc=＜400，所以反应向右进行，此时正反应速率大于逆反应速率；C项，若起始时加入2a mol CH3OH，虽压强变大，但本反应前后系数相等，平衡时CH3OH的转化率不变；D项，混合气体的平均摩尔质量为恒量，与平衡状态状态无关。
二、填空题
1．（1）SO2?+?2H2O?+?I2?=?H2SO4?+?2HI?
（2）①a、c?
②观察颜色，颜色深的是HI层，颜色浅的是硫酸层
③硫酸层中含有少量HI
（3）①压强?
②L2>L1?? 2SO3（g）?2SO2（g）+O2（g）△H=+196kJ/mol，压强一定时，温度升高，平衡转化率增大
【解析】（1）SO2+X2+2H2O==2HX+H2SO4
（2）①由于分层，则存在密度差别；由于I2的浓度存在差异，可知其中两相中溶解度有差异。
②由于两相溶质I2有颜色，可以直接通过I2的颜色深浅来做判断。
③溶液中c (H+)比预期要大，需考虑H+的额外来源，包括I2与水反应和溶解少量HI，由于I2含量较低，而硫酸的存在也会抑制I2与水的作用，所以可认为是HI的作用。
（3）根据题目中所给的两个吸热反应的热效应，我们可以通过盖斯定律计算得出，2SO3 (g)2SO2 (g)+O2 (g) ΔH=+196 kJ·mol－1反应为吸热反应。考虑到温度升高使吸热反应正移，压强增大使该反应逆移，可以轻松判断，X为压强，L为温度。当我们确定一个压强，来单独讨论温度影响时，可以判断，L2＞L1。
2．（1）CH4 (g)+2H2O (g)==4H2 (g)+CO2 (g) ΔH=―136.5 kJ / mol (g) （2）1 60%
【解析】（1）由两图像可分别写出热化学方程式：
CH4 (g)+2H2O (g)==3H2 (g)+CO (g)；ΔH=―103.3 kJ / mol （1）
CO (g)+H2O (g)==H2 (g)+CO2 (g)；ΔH=―33.2 kJ / mol（2），
（1）+（2）即得所求热化学方程式：
CH4 (g)+2H2O (g)==4H2 (g)+CO2 (g)；ΔH=―136.5 kJ / mol。
（2） CO (g) + H2 H2 O(g) + CO2 (g)
起始浓度（mol·L―1） 2.0 3.0 0 0
转化浓度（mol·L―1） x x x x
平衡浓度（mol·L―1） (2.0―x) (3.0―x) x x
由题意x=1.2，则CO平衡浓度为0.8 mol / L，H2O的平衡浓度为1.8 mol / L，反应的平衡常数，CO的平衡转化率。

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