专题2 化学反应与能量转化
本专题重难点突破
一、化学反应速率影响因素探究
北京故宫的“云龙陛石”上曾经雕刻有精美的蟠龙图案，近些年来，这些浮雕遭到严重的损坏。而以前几百年这种腐蚀都是很慢的，那为什么近些年来的腐蚀就加快了呢？这就要从影响化学反应速率的因素来分析了。 1．内因
决定化学反应速率大小的主要因素是反应物的性质，而不是外界条件。 2．外因
影响化学反应速率的外界条件很多，如浓度、压强、温度、催化剂等。另外，形成原电池也可以加快反应速率。
影响化学反应速率的因素 规律 在其他条件相同时，反应物的性质越活泼，化学内因 反应物的性质 反应速率越快；反应物的化学性质越不活泼，化学反应速率越慢 反应物的浓度 反应温度 在其他条件相同时，增加反应物的浓度，可使反应速率加快 在其他条件相同时，升高温度，可加快化学反应外因 1
速率 反应时的压强 对有气体参加的反应，在其他条件相同时，增大压强，可加快化学反应速率 在其他条件相同时，使用正催化剂，可极大地加快化学反应速率 在其他条件相同时，增大固体反应物的表面积，即固体反应物的颗粒越小，化学反应速率越快 光波、超声波、磁场、溶剂等也能改变某些反应的速率 催化剂 固体反应物的表面积 其他
注意 ①对于有固体或纯液体参加的化学反应，改变它们的量不会引起浓度的变化，对它们高温
的反应速率无影响。例如：C(s)＋CO2(g)=====2CO(g)，增加C的量，对此反应的反应速率无影响。
②压强只对有气体参加或生成的化学反应的速率有影响，若一个化学反应的反应物、生成物中均无气体，则压强对此反应的反应速率无影响。压强对反应速率的影响关键是看改变压强是否改变相关物质的浓度。对于有气体参加的反应体系，压强改变的实质是气体物质浓度的改变。有以下几种情况：
A．恒温：增大压强→体积减小→浓度增大→反应速率加快 B．恒容：充入气体反应物→浓度增大→反应速率加快 充入稀有气体→总压增大，但各物质浓度不变→反应速率不变
C．恒压：充入稀有气体→体积增大→各反应物浓度减小→反应速率减慢 ③多个因素影响反应速率变化要看主要因素
例如：锌与稀硫酸反应的图像如图，由图像可知氢气的生成速率随时间先由慢到快，然后又由快到慢。反应体系中硫酸所提供的氢离子浓度是由高到低，若氢气的生成速率由其决定，速率的变化趋势也应由快到慢，所以反应前半程速率增大的原因是温度所致，锌与硫酸反应时放热体系温度逐渐升高，温度对反应速率的影响占主导地位。一定时间后，硫酸的浓度下降占据主导地位，因而氢气的生成速率随时间先由慢到快，然后又由快到慢。
【例1】 等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测定在不同时间t产生气体体积V的数据，根据数据绘制得到下图，则曲线a、b、c、d所对应的实验组别是( )
2
组别 1 2 3 4
A.4－3－2－1 C．3－4－2－1
B．1－2－3－4 D．1－2－4－3
c(HCl)/mol·L－1 2.0 2.5 2.5 2.5 温度/℃ 25 30 50 50 状态 块状 块状 块状 粉末状 解析 化学反应速率与温度、浓度和固体物质的表面积大小有关，实验1的盐酸的浓度最小，反应的温度最低，所以化学反应速率最小；物质状态相同时由于实验3的反应温度比实验2的反应温度高，所以反应速率实验3的大于实验2的；而实验4和实验3盐酸的浓度相同，反应的温度也相同，但物质的状态不相同，所以实验4的反应速率大于实验3的。 【例2】 反应E＋F===G在温度T1下进行，反应M＋N===K在温度T2下进行，已知：T1>T2，且E和F的浓度均大于M和N的浓度，则两者的反应速率( ) A．前者大 C．一样大
B．后者大 D．无法判断
解析 因为这两个反应是不同的反应，而决定反应速率的主要因素是内因(反应物本身的性质)，故尽管前者的反应温度高、浓度大，但反应速率不一定大于后者，如合成氨反应在高温、高压且有催化剂的条件下进行，其速率也不如低温下的酸碱中和反应的速率大。故两者的反应速率快慢无法比较。 答案 D
易错警示 本题很容易错选A，因为教材中用较多的篇幅介绍了温度、浓度、催化剂等外界因素对化学反应速率的影响，而忽视了内因才是决定化学反应速率的关键；外界因素在内因相同的情况下(即反应相同时)才会决定反应速率的大小，在进行分析判断反应速率大小时应遵循以下思路：①先看内因；②内因相同者，再看外界因素(温度、浓度、压强、催化剂等)。 二、化学反应速率及平衡图像问题的分析方法
化学反应速率及化学平衡的图像，能直观描述反应进行的快慢、反应进行的程度等问题。图像题是化学中常见的一种题目，做这类题既要读文字内容，又要读图。解答化学反应速率图像题三步曲：“一看”“二想”“三判断”。
3
“一看”——看图像
①看坐标轴：弄清纵、横坐标表示的含义；②看线：弄清线的走向、趋势；③看点：弄清曲线上点的含义，特别是一些特殊点，如曲线的折点、交点、最高点与最低点等；④看量的变化：弄清是物质的量的变化、浓度的变化还是转化率的变化等。 “二想”——想规律
如各物质的转化量之比与化学计量数之比的关系、各物质的速率之比与化学计量数之比的关系等。
“三判断”——通过对比分析，作出正确判断。
【例3】 在一定温度下，容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示，下列表述正确的是( )
A．反应的化学方程式为2M??N
B．t2时，正、逆反应速率相等，达到平衡 C．t3时，正反应速率大于逆反应速率 D．t1时，N的浓度是M浓度的2倍
解析 由图像可知N为反应物，M为生成物，然后找出在相同时间段内变化的M、N的物质的量之比(与是否达平衡无关)以确定M、N在化学方程式中的化学计量数之比，即该反应的化学方程式为2N??M。t2时刻M、N的物质的量相等，但此时M、N的物质的量仍在发生变化，反应未达到平衡状态，因此正反应速率不等于逆反应速率。t3时刻及t3时刻之后，M、N的物质的量不再改变，证明已达到平衡状态，此时正、逆反应速率相等。
【例4】 在密闭容器中充入一定量NO2，发生反应2NO2(g)??N2O4(g) ΔH＝－57 kJ·mol。在温度为T1、T2时，平衡体系中NO2的体积分数随压强变化的曲线如图所示。下列说法正确的是( )
－1
A．a、c两点的反应速率：a>c
4
B．a、b两点NO2的转化率：a
解析 由图像可知，a、c两点都在等温线上，c的压强大，则a、c两点的反应速率：a 三、化学平衡状态的特征及其判断方法 1．化学平衡的特征 化学平衡状态是一个动态平衡，化学反应并没有停止，不过反应物、生成物浓度不再改变，即反应混合物的百分组成不变的状态。其特征是 (1)动：动态平衡，正逆反应仍在进行，v正＝v逆≠0。 (2)定：反应混合物中各组分的浓度保持一定，各组分的含量保持不变。 (3)变：条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡。 2．判断化学反应达到平衡的标志 (1)根本性标志：v正＝v逆≠0。 ①正逆反应的描述：同一物质的消耗和生成速率相等，或反应物和生成物的消耗或生成按化学计量数成比例，即必须体现出双方向的变化。 ②速率相等：同一物质速率的数值相等，不同物质速率比等于化学方程式中的化学计量数之比。 (2)等价标志：在其他条件一定的情况下，下列物理量不变可以说明反应达平衡。 ①混合气体中各组分的体积百分含量不变(或体积比不变)； ②某物质的转化率不变或某物质的质量或物质的量不变； ③体系中含有色物质时，颜色不随时间的变化而变化； ④同种物质化学键的断裂与化学键的形成的物质的量相等，若以化学键或浓度表示，则必须对应反应物和生成物且要按反应方程式计量数关系成比例。 (3)特殊标志： ①若反应前后气体的总分子数不相等，总压强不变或总物质的量不变或平均分子量不变，可以说明反应达到了平衡状态。 ②若反应前后气体的总分子数相等时，若反应物或生成物中有一个是非气体，平均相对分子 5 量不变，可以说明反应达到了平衡状态。 ③当给定的是密度不变时，要考虑容器体积和气体总质量变化，若二者都不变，则不能说明反应达到了平衡状态。 【例5】 某温度下，在2 L密闭容器中X、Y、Z三种物质(均为气态)间进行反应，其物质的量随时间的变化曲线如图。依图回答： (1)该反应的化学方程式可表示为_______________________________________。 (2)反应起始至t1 min(设t1＝5)，Y的平均反应速率是_________________________。 (3)在t1 min时，该反应达到了________状态，下列可判断反应已达到该状态的是________(填字母)。 A．X、Y、Z的反应速率相等 B．X、Y的反应速率比为2∶3 C．混合气体的密度不变 D．生成1 mol Z的同时生成2 mol X E．X、Y、Z物质的量之比等于化学方程式中计量数之比 F．混合气体的总压强不再发生改变 解析 (1)观察图像可得X的物质的量减少2.4 mol－1.6 mol＝0.8 mol，X为反应物，Y的物质的量增加1.2 mol，Z的物质的量增加0.4 mol，Y、Z的物质的量增加，可判断Y、Z为生成物，在相同时间内，同一容器中，其速率之比等于化学方程式中计量数之比，等于物质的量变化之比，即v(X)∶v(Y)∶v(Z)＝0.8 mol∶1.2 mol∶0.4 mol，反应达到t1时刻后，X、Y、Z共存，其物质的量不变可判断该反应为可逆反应，t1时刻达到了化学平衡，该反应的化学方程式为2X(g)??3Y(g)＋Z(g)。(2)v(Y)＝ 1.2 mol－1－1 ＝0.12 mol·L·min。 2 L×5 min (3)由反应方程式可知，达平衡时X、Y、Z的反应速率不相等；反应进行中，无论是否达到平衡X、Y的速率之比始终为2∶3；X、Y、Z均为气体，反应前后气体的质量不变，体积也不变，密度不变，根据密度不能判断反应是否达到平衡；生成1 mol Z是正反应方向，生成2 mol X是逆反应方向，v正＝v逆，反应达到平衡；X、Y、Z物质的量之比与计量数比不等；根据反应方程式可知，该反应前后压强有变化，当压强不变时，反应达到了平衡。 答案 (1)2X(g)??3Y(g)＋Z(g) (2)0.12 mol·L·min (3)化学平衡 DF 四、详析化学反应中热量的变化 我们在做化学实验时，经常会感受到有热量的变化，比如钠与水的反应等，其实在化学反应 6 －1 －1