■河南省鄲城縣第一高級中學(xué) 劉 銀

化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡理論是重要的理論基礎(chǔ)之一，它貫穿于整個中學(xué)化學(xué)之中。任何一個化學(xué)反應(yīng)都要涉及兩個方面的問題:一是化學(xué)反應(yīng)的快慢，也就是化學(xué)反應(yīng)速率的問題；二是化學(xué)反應(yīng)進行的程度，也就是化學(xué)平衡問題。因此，在歷年的高考命題中，化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡測試的范圍比較廣，且重要的知識點在高考中出現(xiàn)的頻率較高。

一、化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素

例1一定條件下，溶液的酸堿性對TiO2光催化染料R降解反應(yīng)的影響如圖1所示。下列判斷正確的是( )。

圖1

A.在0～50min之間，pH=2和pH=7時R的降解百分率相等

B.溶液酸性越強，R的降解速率越小

C.R的起始濃度越小，降解速率越大

D.在20～25min之間，pH=10時R的平均降解速率為0.04mol·L-1·min-1

錯因分析：審題時忽略酸性溶液對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，因此錯選C。

解析：本題考查化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素及反應(yīng)速率的計算。從圖中看，在0～50min之間，pH=2和pH=7時，反應(yīng)物R都能完全反應(yīng)，降解百分率都是100%，A項正確；從圖中看，pH越小c(R)變化的斜率越大，即酸性越強，單位時間內(nèi)降解速率越快，B項錯誤；一般來說，反應(yīng)物的濃度越大，反應(yīng)速率越大，R的起始濃度小，其降解的速率小，C項錯誤；20～25min之間，pH=10時R的平均降解速率為10-6mol·L-1·min-1，D項錯誤。

答案：A

糾錯鞏固1：溶液中的反應(yīng)X+Y?2Z分別在①②③三種不同實驗條件下進行，它們的起始濃度均為c(X)=c(Y)=0.100mol·L-1及c(Z)=0mol·L-1，反應(yīng)物X的濃度隨時間變化如圖2所示。②③與①比較只有一個實驗條件不同，下列說法不正確的是( )。

圖2

A.反應(yīng)進行到5min時實驗③的反應(yīng)速率最快

B.條件②的反應(yīng)最先達到平衡

C.②與①比較可能是壓強更大

D.該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)

解析：由圖像看出條件②的反應(yīng)最先達到平衡，故其反應(yīng)速率最快，B項正確；②與①比較，只有反應(yīng)速率不同，達到的平衡狀態(tài)相同，可能為加入催化劑，在溶液中進行的反應(yīng)，壓強對反應(yīng)速率沒有影響，C項錯誤；條件③比條件①先達到平衡，說明條件③反應(yīng)速率比條件①反應(yīng)速率快，但反應(yīng)的限度要大于條件①，可能為升溫所致，且該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，D項正確。

答案：C

二、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

例2對于可逆反應(yīng)H2(g)+I2(g)?2HI(g)，在溫度一定時由H2(g)和I2(g)開始反應(yīng)，下列說法正確的是( )。

A.H2(g)的消耗速率與HI(g)的生成速率之比為2∶1

B.反應(yīng)進行的凈速率是正、逆反應(yīng)速率之差

C.正、逆反應(yīng)速率的比值是恒定的

D.達到平衡時，正、逆反應(yīng)速率相等

錯因分析：判斷化學(xué)平衡狀態(tài)時一定要注意以下問題:(1)反應(yīng)組分的物質(zhì)的量之比等于化學(xué)方程式中相應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)之比。(2)恒溫、恒容條件下體積不變的反應(yīng)，體系的壓強或總物質(zhì)的量不再隨時間而變化，如2HI(g)?H2(g)+I2(g)。(3)反應(yīng)物、生成物全是氣體，且反應(yīng)前后氣體的總體積不變的反應(yīng)，體系的平衡相對分子質(zhì)量不再隨時間而變化，如2HI(g)?H2(g)+I2(g)。(4)反應(yīng)物、生成物全是氣體的反應(yīng)，恒容條件下體系的密度保持不變。

解析：H2(g)的消耗速率與HI(g)的生成速率比決定于該反應(yīng)的化學(xué)計量數(shù)之比，應(yīng)為1∶2，A項錯；正、逆反應(yīng)速率的比值是隨反應(yīng)時間的變化而變化的，不是恒定的，C項錯。對于一個可逆反應(yīng)的凈速率就是正、逆反應(yīng)速率之差，B項正確；可逆反應(yīng)達到平衡的標(biāo)志就是正、逆反應(yīng)速率相等，D項正確。

答案：BD

方法點撥：化學(xué)平衡狀態(tài)的根本標(biāo)志是:(1)v正=v逆；(2)各組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)不變。解題時要緊緊抓住兩個根本特征，并明確氣體的顏色、密度、壓強、平均相對分子質(zhì)量的變化與標(biāo)志間的關(guān)系，才能全面分析，順利解答。

糾錯鞏固2：在容積不同的密閉容器內(nèi)，分別充有等量的N2和H2，在不同溫度下，任其發(fā)生反應(yīng)N2+3H2?2NH3，并分別在ts時測定其中NH3的體積分?jǐn)?shù)，繪圖如圖3所示。

圖3

(1)A、B、C、D、E五點中，尚未達到化學(xué)平衡狀態(tài)的是____。

(2)此可逆反應(yīng)的正反應(yīng)是____反應(yīng)。(填“吸熱”或“放熱”)

(3)AC段的曲線是增函數(shù)，CE段的曲線是減函數(shù)，試從反應(yīng)速率和平衡的角度說明理由:___。

解析：由圖3判斷，C點是第一個平衡點，則A、B兩點尚未達到平衡狀態(tài)。C點以后，隨溫度升高，NH3的百分含量降低，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。

答案：(1)AB (2)放熱 (3)AC:反應(yīng)開始v正＞v逆，反應(yīng)向右進行生成NH3；CE:已達平衡，升溫使平衡左移，NH3的體積分?jǐn)?shù)變小

三、化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像

例3三氯氫硅(SiHCl3)是制備硅烷、多晶硅的重要原料。對于反應(yīng)2SiHCl3(g)==SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)，采用大孔弱堿性陰離子交換樹脂催化劑，在323K和343K時SiHCl3的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的結(jié)果如圖4所示。

圖4

(1)343K時反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率α=____%。平衡常數(shù)K343K=____(保留2位小數(shù))。

(2)在343K下:要提高SiHCl3轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是____；要縮短反應(yīng)達到平衡的時間，可采取的措施有____、____。

錯因分析：在讀圖時，要理清圖像中的關(guān)鍵點、曲線變化趨勢及曲線的不同涉及的化學(xué)反應(yīng)原理，該題中溫度不同對應(yīng)曲線的判定，反應(yīng)在343K時SiHCl3的轉(zhuǎn)化率為22%及計算出反應(yīng)在343K的平衡常數(shù)K=0.112÷0.782=0.02，是解題的突破口。

解析：(1)溫度越高反應(yīng)速率越快，達到平衡用的時間就越少，所以曲線a代表343K時的反應(yīng)。從圖中讀出，平衡以后反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為22%。設(shè)初始加入的三氯氫硅的濃度為1mol·L-1，得到:

起始: 1 0 0

反應(yīng): 0.22 0.11 0.11(轉(zhuǎn)化率為22%)

平衡: 0.78 0.11 0.11

所以平衡常數(shù)K=0.112÷0.782=0.02。

(2)溫度不變，提高三氯氫硅轉(zhuǎn)化率的方法可以是將產(chǎn)物從體系分離(兩邊物質(zhì)的量相等，壓強不影響平衡)?？s短達到平衡的時間，就是加快反應(yīng)速率，所以可以采取的措施是增大壓強(增大反應(yīng)物濃度)、加入更高效的催化劑(改進催化劑)。

(3)a、b兩點的轉(zhuǎn)化率相等，可以認(rèn)為各物質(zhì)的濃度對應(yīng)相等，而a點的溫度更高，所以速率更快，即va＞vb。根據(jù)題目表述得到，當(dāng)

起始: 1 0 0

反 應(yīng): 0.2 0.1 0.1(轉(zhuǎn)化率為20%)

平衡: 0.8 0.1 0.1

答案：(1)22 0.02 (2)及時移去產(chǎn)物改進催化劑 提高反應(yīng)物壓強(濃度)(3)大于 1.3

方法點撥：解答化學(xué)平衡圖像題的技巧:(1)先拐先平。先出現(xiàn)拐點的反應(yīng)先達到平衡，可能是該反應(yīng)的溫度高，壓強大，濃度大。(2)定一議二。圖像中有三個變量時，先固定一個量，再討論另外兩個量的關(guān)系。

糾錯鞏固3：煉鐵的還原劑CO是由焦炭和CO2反應(yīng)而得?，F(xiàn)將焦炭和CO2放入體積為2L的密閉容器中，高溫下進行下列反應(yīng):C(s)+CO2(g)?2CO(g) ΔH=QkJ·mol-1。圖5為CO2、CO的物質(zhì)的量n隨時間t的變化關(guān)系圖。

圖5

下列說法正確的是( )。

A.0 ～ 1min，v(CO)=1mol·L-1·min-1)；1～3min時，v(CO)=v(CO2)

C.3min時溫度由T1升高到T2，則Q＞O，重新平衡時

D.5min時再充入一定量的CO，a、d曲線分別表示n(CO)、n(CO2)的變化

解析：A項，根據(jù)圖像知，0～1min時，1～3min達到平衡狀態(tài)，CO的正逆反應(yīng)速率相等，CO、CO2的反應(yīng)速率與化學(xué)計量數(shù)成正比例，，A項錯誤；B項，正反應(yīng)是氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，在恒溫恒容密閉容器中反應(yīng)，氣體壓強由小到大，當(dāng)壓強保持不變時，達到平衡狀態(tài)，平衡時壓強大于開始壓強，其比值大于1，B項錯誤；C項，從圖像看，平衡后，升高溫度，CO物質(zhì)的量增大，CO2的物質(zhì)的量減小，故平衡向正方向移動，所以，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，4min時達到新平衡:c(CO)=2mol·L-1，溫度(T1)平衡:c(CO)=1mol·L-1，c(CO2)=，C項正確；D項，增加CO物質(zhì)的量，CO總物質(zhì)的量增大隨后逐漸減小，而二氧化碳的物質(zhì)的量在原來基礎(chǔ)上逐漸增大，過一段時間，又達到新平衡，c曲線、b曲線分別表示CO、CO2的物質(zhì)的量變化，D項錯誤。

答案：C