哈哈哈哈哈哈哈哈哈和专题2 化学反应与能量转化
微型专题重点突破(三)
一、化学反应速率的计算与比较
例1 NH3和O2在一定条件下发生反应：4NH3(g)＋3O2(g)
2N2(g)＋6H2O(g)，现向一容积
不变的2 L密闭容器中充入4 mol NH3和3 mol O2,4 min后反应达到平衡，测得生成的H2O(g)占混合气体总体积的40%，则下列表示的此段时间内该反应的平均速率不正确的是( ) A．v(N2)＝0.125 mol·L·min B．v(H2O)＝0.375 mol·L·min C．v(O2)＝0.225 mol·L·min D．v(NH3)＝0.25 mol·L·min 答案 C
解析 设转化的NH3的物质的量为x mol，则
4NH3(g)＋3O2(g)
2N2(g)＋6H2O(g)
－1
－1
－1
－1
－1
－1
－1
－1
n(始)/mol 4 3 0 0
1
哈哈哈哈哈哈哈哈哈和n(变)/mol x 0.75x 0.5x 1.5x n(平)/mol 4－x 3－0.75x 0.5x 1.5x
1.5x2 mol
根据题意，则有×100%＝40%，解得x＝2，v(NH3)＝?4－x＋3－0.75x＋0.5x＋1.5x?2 L×4 min＝0.25 mol·L·min，则v(O2)＝0.187 5 mol·L·min，v(N2)＝0.125 mol·L·min
－1
－1
－1
－1
－1
－1
，v(H2O)＝0.375 mol·L·min。
化学反应速率的计算及比较
－1－1
(1)根据已知数据，找出某一时间段内指定物质的浓度的改变值，然后根据Δc和Δt的比值计算得出反应速率。
(2)已知具体反应方程式和某一物质的反应速率，根据“化学计量数之比等于对应物质的化学反应速率之比，也等于变化量之比”求解其他物质的反应速率。
(3)用不同物质表示的反应速率来判断反应进行的快慢时，不能认为其反应速率数值大，反应速率就快，一定要先转化为同一物质的反应速率再进行比较。 (4)在进行化学反应速率的计算与比较时要注意时间单位的转化。
变式1 在2A(g)＋3B(g)===2C(g)＋D(g)的反应中，表示反应速率最快的是( ) A．v(A)＝0.5 mol·L·min B．v(B)＝0.6 mol·L·min C．v(C)＝0.35 mol·L·min D．v(D)＝0.4 mol·L·min 答案 D
解析 将用B、C、D物质表示的化学反应速率换算成用A物质表示，然后进行比较。B项，
－1
－1
－1
－1
－1
－1
－1
－1
v(A)＝v(B)＝×0.6 mol·L－1·min－1＝0.4 mol·L－1·min－1；C项，v(A)＝v(C)＝0.35
mol·L·min；D项，v(A)＝2v(D)＝2×0.4 mol·L·min＝0.8 mol·L·min，通过数值大小比较知，D项反应速率最快。 二、控制变量法探究影响化学反应速率的因素
例2 (2018·北京市顺义区期末)控制变量是科学研究的重要方法。向2 mL H2O2溶液中滴入2滴1 mol·L CuSO4溶液，下列条件下分解速率最快的是( )
选项 H2O2溶液的物质的量浓度(mol·L) 反应的温度(℃) 答案 D
－1－1
－1
－1
－1
－1
－1
－1
2
323
A 1 5 B 1 40 C 4 5 D 4 40 2
哈哈哈哈哈哈哈哈哈和解析 根据影响反应速率的因素，温度越高反应速率越快；硫酸铜的浓度相同，H2O2的浓度越大反应速率越快，D选项H2O2的浓度最大、温度最高，反应速率最快，故D正确。
(1)确定变量：解答这类题目时首先要认真审题，找出影响实验探究结果的因素。 (2)定多变一：在探究时，应先控制其他的因素不变，只改变一种因素，探究这种因素与题给问题的关系，然后按此方法依次分析其他因素与所探究问题的关系。
(3)数据有效：解答时注意选择的数据(或设置实验)要有效，且变量统一，否则无法做出正确判断。
变式2 (2017·湖南五市十校教改共同体联考)草酸与高锰酸钾在酸性条件下能够发生如下反应：2MnO4＋5H2C2O4＋6H===2Mn＋10CO2↑＋8H2O。用4 mL 0.001 mol·L KMnO4溶液与2 mL 0.01 mol·L H2C2O4溶液，研究反应的温度、反应物的浓度与催化剂等因素对化学反应速率的影响。改变的条件如表所示：
组别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
(1)实验Ⅰ和Ⅱ可得出的结论：影响化学反应速率的因素是________；如果研究温度对化学反应速率的影响，使用实验Ⅰ和________(用Ⅰ～Ⅳ表示)。
(2)实验Ⅳ中加入1 mL蒸馏水的目的是_________________________________________。 答案 (1)催化剂 Ⅲ
(2)确保所有实验中c(KMnO4)、c(H2C2O4)不变和总体积不变，实验Ⅳ中c(H)不同
解析 (1)实验Ⅰ、Ⅱ中温度、浓度相同，研究了催化剂对化学反应速率的影响；研究温度对化学反应速率的影响，应保证浓度相同，且不使用催化剂，则选实验Ⅰ和Ⅲ。(2)实验Ⅰ和Ⅳ中，硫酸的浓度不同，可研究浓度对化学反应速率的影响，加1 mL蒸馏水可确保两实验中各物质浓度和总体积相等。 三、化学平衡状态的判断
例3 在两个恒温、恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应：(甲)2X(g)(乙)A(s)＋2B(g)
Y(g)
＋
－1
－
＋
2＋
－1
10%硫酸体积/mL 2 2 2 1 温度/℃ 20 20 30 20 其他物质 10滴饱和MnSO4溶液 1 mL蒸馏水 C(g)＋D(g)，当下列物理量不再发生变化时，其中能表明(甲)、(乙)
均达到化学平衡状态的有( ) ①混合气体的密度
3
哈哈哈哈哈哈哈哈哈和②反应容器中生成物的百分含量
③反应物的消耗速率与生成物的消耗速率之比等于化学计量数之比 ④混合气体的压强
⑤混合气体的平均相对分子质量 ⑥混合气体的总物质的量 A．①②③⑤ C．②③⑤
考点 化学平衡的建立与判断 题点 化学平衡状态的判断 答案 C
解析 ①(甲)混合气体的密度始终不变，所以不能作为平衡状态的标志，故错误；②反应容器中生成物的百分含量不变，说明各组分的量不变，达平衡状态，故正确；③反应物的消耗速率与生成物的消耗速率之比等于化学计量数之比，说明正、逆反应速率相等，故正确；④(乙)混合气体的压强始终不变，故错误；⑤混合气体的平均相对分子质量不变，说明正、逆反应速率相等，故正确；⑥(乙)混合气体的总物质的量始终不变，故错误。综上所述，C正确。
判断可逆反应达到平衡状态的标志
(1)直接标志
①v正＝v逆≠0(化学平衡的本质)
a．同一种物质的生成速率等于消耗速率。
b．在化学方程式同一边的不同物质的生成速率与消耗速率之比等于相应物质的化学计量数之比。
c．化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于相应物质的化学计量数之比。 ②各组分的浓度保持一定(化学平衡的特征) a．各组分的浓度不随时间的改变而改变。
b．各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变。 (2)间接标志——“变量不变”
①反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于有气体参与且反应前后气体的体积不等的可逆反应)。
②混合气体的密度不随时间的改变而变化(适用于a.恒压且反应前后气体的体积不等的可逆反应；
b．恒容且有固体、液体参与或生成的可逆反应)。
③对于反应混合物中存在有颜色物质的可逆反应，若体系的颜色不再改变，则反应达到平衡状态。
4
B．①③⑤⑥ D．②③④
哈哈哈哈哈哈哈哈哈和④体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化。 (3)不能作为标志的条件——定量不能作为判据
①恒容容器中，对于全部是气体的反应体系，密度不变不能作为反应达到化学平衡状态的标志。
②恒容容器中，对于化学方程式两边气态物质的化学计量数之和相等的反应，压强不变不能作为反应达到化学平衡状态的标志。
③对于全部是气体的反应体系，若反应物和生成物的化学计量数之和相等，则气体的平均相对分子质量不变不能作为反应达到化学平衡状态的标志。
变式3 (2017·湖北恩施月考)一定条件下，将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生NO2(g)＋SO2(g) A．体系压强保持不变 B．混合气体颜色保持不变 C．SO3和NO的体积比保持不变
D．每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2 答案 B
解析 A项，反应前后气体总物质的量不变，恒温恒容下，压强始终不变，故错误；B项，混合气体颜色保持不变，说明二氧化氮的浓度不变，反应达到平衡，故正确；C项，自反应开始，SO3和NO的体积比始终为1∶1，保持不变不能说明达到平衡，故错误；D项，每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2，均表示逆反应速率，不能说明达到平衡，故错误。 四、化学反应速率和限度图像分析
例4 在某容积为2 L的密闭容器中，A、B、C、D四种气体物质发生可逆反应，其物质的量
SO3(g)＋NO(g)的可逆反应，下列能说明反应达到平衡状态的是( )
n(mol)随时间t(min)的变化曲线如图所示：
下列说法正确的是( )
A．前2 min内，v(A)＝0.2 mol·L·min
B．在2 min时，图像发生改变的原因只可能是增加压强 C．其他条件不变，4 min时体系的压强不再发生变化 D．增加气体D的浓度，A的反应速率随之降低 考点 化学反应速率和限度图像分析 题点 化学反应速率和限度图像分析
5
－1
－1