化學反應速率與化學平衡微型專題重點突破（四）

［核心素養(yǎng)發(fā)展目標］1.進一步理解化學平衡是一種動態(tài)平衡，能多角度靈活運用平衡及其

移動的思想分析解決實際問題。2.會用“控制變量法”分析多種因素對化學反應速率的影響,

會用“三段式法”進行相關計算，會分析識別相關圖像，分別建立應用的思維模型。

|微型專題------------------克難解疑精準高效

一、控制變量思想在比較化學反應速率大小中的應用

【例1】某實驗小組以上0?分解為例，研究濃度、催化劑對反應速率的影響。在常溫下按照如

下方案完成實驗。實驗②的反應物應為（）

實驗編號反應物催化齊U

①10mL2W)z溶液無

②無

③10mL5%Hz()2溶液MnO?固體

A.5mL2%壓。2溶液B.10mL2%H2（）2溶液

C.10疝5附2。2溶液D.5mL10%H2（）2溶液

答案C

解析本實驗的目的是運用控制變量法，探究濃度、催化劑對反應速率的影響。表中已有數(shù)

據(jù)中，①和③兩組實驗有兩個反應條件不同，二者無法達到實驗目的；實驗②和③中，探究

催化劑對反應速率的影響，所以實驗②中雙氧水濃度和體積必須與③相同，即10mL5%H20?溶

液；實驗①和②中都沒有使用催化劑，可以探究雙氧水濃度對反應速率的影響，因此實驗②

的反應物應為10mL5%壓Oz溶液；C正確。

r—思維模型----------------------------------,

控制變量法分析化學反應速率的影響因素

（1）先分析確定變量，即要理清影響其實驗探究結果（化學反應速率）的因素有哪些。

（2）采取“定多變一”法，即控制其他因素不變，只改變一種因素，看這種因素與探究的問題

存在怎樣的關系，這樣確定一種以后，再確定另一種。

（3）通過分析每種因素與所探究問題之間的關系，得出所有因素與探究問題之間的關系。

變式1某探究小組用HN0,與大理石反應過程中質量減小的方法，研究影響反應速率的因素,

所用HNOs濃度分別為l.OOmol?2.OOmol?L-1,大理石有細顆粒與粗顆粒兩種規(guī)格，實

驗溫度為298K、308Ko

請完成以下實驗設計表，并在實驗目的一欄中填出對應的實驗編號:

實驗編號7/K大理石規(guī)格HNO3濃度/mol?J實驗目的

(I)實驗①和②探究HNOs濃

?298粗顆粒2.00

度對該反應速率的影響

②(H)實驗①和——探究

溫度對該反應速率的影響

③粗顆粒

(III)實驗①和________探究

大理石規(guī)格(粗、細)對該反

④

應速率的影響

答案②298粗顆粒1.00③3082.00

@298細顆粒2.00(II)③(III)@

解析考查影響反應速率的因素的實驗設計。實驗①和②探究HNOs濃度對反應速率的影響，

故大理石規(guī)格和反應溫度應相同，而HNOs濃度不同；同理，①和③應選擇不同的溫度、①和

④應選擇不同的大理石規(guī)格，而另外2個條件相同。

【考點】影響化學反應速率的因素

【題點】控制變量方法的應用

二、化學平衡移動的影響因素

【例2】利用反應：2N0(g)+2C0(g)2C02(g)+N2(g)AQ—746.8kJ?moL,可凈化汽

車尾氣，如果要同時提高該反應的速率和NO的轉化率，采取的措施是()

A.降低溫度

B.增大壓強同時加催化劑

C.升高溫度同時充入N?

D.及時將CO?和N?從反應體系中移走

答案B

解析該反應具備氣體分子數(shù)減少、向外釋放熱量的特征，降溫，平衡正向移動，N0的轉化

率提高，但反應速率降低，A項錯誤；增大壓強，平衡正向移動，N0的轉化率提高，加入催

化劑可大幅度加快反應速率，B項正確；升溫和充入沖，平衡都逆向移動，N0的轉化率降低,

C項錯誤；移走C0?和N”平衡正向移動，但反應速率降低，D項錯誤。

【考點】化學平衡影響因素的綜合

【題點】改變條件使化學平衡定向移動

L特別提示---------------------------------,

(1)外界條件的改變可能會使正、逆反應速率都發(fā)生變化或只有一方發(fā)生變化，而平衡移動的

方向由/正和■逆的相對大小決定，條件改變時平衡有可能不發(fā)生移動。

(2)對于一般的化學平衡體系，平衡移動后對結果的影響可以借助勒夏特列原理來判斷；對于

特殊的化學平衡體系，還可以借助化學平衡常數(shù)來判斷。

變式2(2018?西安調(diào)研)將BaOz放入密閉的真空容器中，反應：2BaO?(s)2BaO(s)+02(g)

達到平衡。保持溫度不變，縮小容器容積，體系重新達到平衡，下列說法正確的是()

A.平衡常數(shù)減小B.BaO量不變

C.氧氣壓強增大D.BaOz量增加

答案D

解析縮小容器的容積，相當于增大壓強，平衡逆向移動。因為溫度不變，所以平衡常數(shù)不

變，A項錯誤；平衡逆向移動，BaO的量減少，BaO?的量增加，B項錯誤、D項正確；平衡常

數(shù)不變，氧氣濃度不變，壓強不變，C項錯誤。

【相關鏈接】

化學平衡移動的判斷方法

(1)根據(jù)勒夏特列原理判斷

如果改變影響平衡的一個條件(如濃度、壓強或溫度等)平衡就向能夠減弱這種改變的方向移

動。

(2)根據(jù)圖示中/正、/逆的相對大小判斷

①若廠正＞/逆，平衡向正反應方向移動(注意■正增大，平衡不一定向正反應方向移動)；

②若■正逆，則平衡向逆反應方向移動；

③若丫正=丫逆，則平衡不移動。

(3)根據(jù)平衡常數(shù)與濃度商的相對大小判斷

①若心。,則平衡向正反應方向移動；

②若K〈Q,則平衡向逆反應方向移動；

③若4=0,則平衡不移動。

三、平衡移動與轉化率的變化

【例3】反應：X(g)+Y(g)2Z(g)NHV0,達到平衡時，下列說法不正確的是()

A.減小容器體積，平衡不移動，X的轉化率不變

B.增大c(X),X的轉化率減小

C.升高溫度，X的轉化率減小

D.加入催化劑，正反應速率增大，Z的產(chǎn)率增大

答案D

解析該反應為反應前后氣體物質的量不變的反應，平衡不受壓強影響，減小容器體積，平

衡不移動，X的轉化率不變，A項正確；增大c(X),平衡正向移動，丫的轉化率增大，X的轉

化率減小，B項正確；催化劑不能使平衡移動，不改變產(chǎn)物的產(chǎn)率，D項錯誤。

【考點】化學平衡影響因素的綜合

【題點】平衡移動與轉化率的關系

L歸納總結--------------------------------,

平衡轉化率的變化規(guī)律

⑴反應物不止一種時，如欣(g)+〃B(g)M(g)+d(g)只增大一種反應物的濃度，該物

質本身轉化率減小，其他反應物轉化率增大。如增大c(A),則平衡正向移動，a(A)減小，

a(B)增大。

(2)反應物只有一種時，如aA(g)崩(g)+cC(g),增大c(A)則反應正向進行，其影響結果

相當于增大壓強，若a=6+c,。(A)不變；若a>6+c,a(A)增大；若a<6+c,a(A)減

小。

變式3一定溫度下，在一定容積的密閉容器中充入N?和出，發(fā)生反應Nz(g)+

3H2(g)2NH3(g),達到平衡時N2的轉化率為此，向平衡混合物中再次充入N2,重新達到平

衡后N?的轉化率將()

A.增大B.減小

C.不變D.無法確定

答案B

解析向平衡混合物中再次充入N?,氮氣濃度增大，平衡正向移動，根據(jù)平衡移動原理可知,

化學平衡只是向著能夠減弱氮氣濃度增大的方向移動，故在平衡混合物中氮氣的體積分數(shù)增

大、N?的轉化率減小，故選B。

四、等效平衡

【例41(2018?溫州市“十五校聯(lián)合體”期末)堤基硫(COS)常用作糧食熏蒸劑，制取反應為

CO(g)+H2S(g)COS(g)+H2(g)△〃=-30kJ?molT。在恒容的密閉容器中不同條件下發(fā)

生反應并達到平衡，數(shù)據(jù)如下表。

溫度〃(起始)/mol平衡時所需時間

實驗

/℃COH2SCOSH2n(CO)/molmin

115010.010.0007.0e

21507.07.03.03.0af

320020.020.00016.0g

下列說法錯誤的是()

A.實驗1反應開始到平衡整個過程中放出的熱量為90kJ

B.實驗2達平衡時，a>7.0

C.實驗3時間：g<e

D.實驗3co達到平衡時的轉化率比實驗1小

答案B

解析由表格中數(shù)據(jù)可知，參加反應的C0為lOmol—7mol=3mol,根據(jù)方程式，放出的熱量

為90kJ,故A正確；根據(jù)方程式，將3.0molC0S(g)和3.0molHz(g)轉化為CO(g)和HzS(g)與

實驗1起始狀態(tài)相同，屬于等效平衡，因此實驗2達平衡時，a=7.0,故B錯誤；實驗1、3

相比，起始物質的量為2倍關系，壓強增大，溫度升高，反應速率增大，建立平衡需要的時

間縮短，即樂e,故C正確；實驗1、3相比，起始物質的量為2倍關系，但增大壓強平衡不

移動；實驗3溫度高，升高溫度平衡逆向移動，則實驗3co平衡轉化率比實驗1小，故D正

確。

歸納總結---------------------------------,

解答等效平衡問題時，先看條件(恒溫恒容或恒溫恒壓)，再看方程式反應前后氣體分子數(shù)(相

同或不同)，按“一邊倒”轉換比較。

(1)恒溫恒容條件下，對于反應前后氣體分子數(shù)不變的可逆反應，要求極值等比。

(2)恒溫恒容條件下，對于反應前后氣體分子數(shù)不同的可逆反應，要求極值等量。

(3)恒溫恒壓條件下，不管反應前后氣體分子數(shù)是否改變，都只要求極值等比。

變式4有一可逆反應：2A(g)+3B(g)式(g)+4D(g),若按下列兩種配比在同溫同體積

的密閉容器中進行反應：

①0.8molA+1.2molB+1.2molC+2.4molD

②1.4molA+2.ImolB+O.6molC+l.2molD

達到平衡后，C的質量分數(shù)相等，則方程式中x的值為()

A.IB.2C.3D.4

【考點】等效平衡

【題點】恒溫恒容下極值等量的等效平衡

答案B

解析根據(jù)題意，①和②為等效平衡，按照化學計量數(shù)將各物質轉化成反應物或生成物，各

物質的物質的量一定相等；①和②相當于是同一反應處于不同的階段，一定滿足：化學反應

中物質的量變化△〃之比就等于化學計量數(shù)之比，①②之間各物質的物質的量變化為A77(A)

=(1.4—0.8)mol=0.6mol>△A(B)=(2.1—1.2)mol=0.9mo1、A〃(C)=(1.2—0.6)mol=

0.6mol、A/?(D)=(2.4—1.2)mol=1.2mol,A〃(A)：A〃(B)：A〃(C)：Az?(D)=

0.6mol：0.9mol:0.6mol：1.2mol=2：3：2：4,所以x=2。

【相關鏈接】

運用“化歸思想”理解等效平衡原理

(1)等效平衡的概念

在相同條件下(恒溫、恒容或恒溫、恒壓)，同一可逆反應體系，不管是從正反應方向開始，

還是從逆反應方向開始，只要按化學方程式中各物質的化學計量數(shù)之比投入反應物或生成物,

在達到化學平衡狀態(tài)時，任何相同組分的百分含量(體積分數(shù)、物質的量分數(shù)等)均相同，這

樣的化學平衡互稱為等效平衡。

(2)等效平衡與等同平衡的異同

條件等效條件結果

恒溫恒容：反應前后氣體體積投料換算成相同物質表兩次平衡時各組分百分含量、

不相等的可逆反應，aA(g)+示的物質的量相同一-刀、C均相同“兀全相同

6B(g)cC(g)[A〃(g)#0]回歸定值等同平衡

恒溫恒容：反應前后氣體體積投料換算成相同物質表兩次平衡時各組分百分含量

相等的可逆反應，aX(g)+示的物質的量等比相同，仄C同比例變化一等

6B(g)cC(g)[A/?(g)=0]例一回歸定比效平衡

投料換算成相同物質表兩次平衡時各組分百分含量

恒溫恒壓：所有有氣體參加的

示的物質的量等比相同、C相同，〃同比例變

可逆反應

例一回歸定比化一等效平衡

(3)等效平衡判斷例析

i.在恒溫恒容條件下，按下列四種情況分別建立平衡，其中為等效平衡的是①②③。

N2(g)+3H2(g)2NH3

(Dlmol3mol0mol

②OmolOmol2moi

(3)0.5moll.5mollmol

④Imo13mol2moi

解析恒溫恒容條件下，對于反應前后氣體分子數(shù)不同的可逆反應，轉換后(按化學計量數(shù)換

算成方程式同一邊的物質)，反應物或生成物的物質的量與原平衡相同，則兩平衡等效，且平

衡后同種物質的物質的量相同。因為這種情況下壓強對于反應前后氣體分子數(shù)不同的可逆反

應有影響，而成比例的增加反應物，相當于加壓，所以平衡會移動，必須極值等量平衡才等

效。

ii.若在恒溫恒壓條件下，按題i中四種情況分別建立平衡，其中為等效平衡的是①②③④。

解析恒溫恒壓條件下，若轉換后(按化學計量數(shù)換算成方程式同一邊的物質)，反應物或生

成物的物質的量的比例與原平衡相同，則兩平衡等效，且平衡后兩種物質的物質的量成倍數(shù)

關系。因為這種情況下壓強不變，不管反應前后氣體分子數(shù)是否改變，對可逆反應的平衡都

沒有影響，而成比例的增加反應物后體積膨脹，壓強不變，所以平衡不移動，只要極值等比

則平衡等效。

iii.在恒溫恒容條件下，按下列四種情況分別建立平衡，其中為等效平衡的是①②③。

CO(g)+HzO(g)C02(g)+H2(g)

①2moi2moiOmo1Omo1

②OmolOmol41noi4mol

③4nIO14mo12mol2mol

(4)lmol2mollmol2mol

解析恒溫恒容條件下，對于反應前后氣體分子數(shù)不變的可逆反應，轉換后(按化學計量數(shù)換

算成方程式同一邊的物質)，反應物或生成物的物質的量的比例與原平衡相同，則兩平衡等效,

且平衡后同種物質的物質的量成倍數(shù)關系。因為這種情況下壓強對于反應前后氣體分子數(shù)不

變的可逆反應沒有影響，而成比例的增加反應物，相當于加壓，所以平衡不移動，只要極值

等比則平衡等效。

五、化學平衡常數(shù)和化學平衡的相關計算

【例51800K時，將0.ImolA(g)和0.2molB(g)充入體積為1L的固定容積反應器中，發(fā)生如下

反應：A(g)+2B(g)2C(g)+D(g),達到平衡時A的物質的量分數(shù)為20%。

(1)求達平衡時B的轉化率a(B)=。

(2)求該溫度下的平衡常數(shù)K=o

(3)若起始A的分壓為lOkPa,求&=o

(4)若在體積固定的某容器中充入0.2molA、0.ImolB,0.ImolC,0.5molD,則此時是否為平

衡狀態(tài)，請計算說明。

Q5Q]/

答案(1)40%(2)0.296(3)0.296(4)否，因為Q>K,所以反應未

U.ZAU.1

達到平衡狀態(tài)

解析設達到平衡時A(g)的變化量為amoL

則三段式A(g)+2B(g)2C(g)+D(g)

起始量(mol)0.10.200

變化量(mol)a2a2aa

平衡量(mol)0.1—a0.2—2H2aa

因為達到平衡時A的物質的量分數(shù)為20%,

[)1一O

所以有飛f=0.2,求得：a=0.04o

(1)達平衡時B的轉化率a(B)=Q2X100%=40%o

(2)該溫度下的平衡常數(shù)K=~~。0尸0.296。

(0.1—a)(0.2—2a)

(3)起始A的分壓為10kPa,則B的分壓為20kPa,求原因反應是一個前后體積不變的可逆

反應，平衡總壓為30kPa,所以平衡時各物質的分壓為：A6kPa、B12kPa>C8kPa、D4kPa,依

據(jù)各物質的分壓則有4=，答-0.296o

6X12

(4)若在體積固定的某容器中充入0.2molA>0.ImolB,0.ImolC,0.5molD,則此時，溫度不

變則平衡常數(shù)不變，產(chǎn)2.5〉K,所以反應未達到平衡。

U.ZAU.1

r-特別提示----------------------------------,

解答這類題目的關鍵

(1)要掌握化學平衡常數(shù)的表示方法。不能把反應體系中的固體、純液體及稀溶液中的水寫入

平衡常數(shù)的表達式中，而在非水溶液的反應體系中有水存在則需把水寫入平衡常數(shù)的表達式

中。

(2)采用“三段式”列出起始、轉化、平衡時各物質的濃度(或物質的量)，再依據(jù)題目要求作

答。

血(g)+(g)JDC(g)+gD(g)

〃(起始)/molaAOO

n(轉化)/no'mxnxpxqx

〃(平衡)/mo1a—mxb-nxpxqx

起始、轉化、平衡是化學平衡計算的''三步曲"。

變式5(2018?溫州市十五校聯(lián)合體期中聯(lián)考)一定溫度下，把2.5molA和2.5molB混合盛

入容積為2L的密閉容器里，發(fā)生如下反應：3A(g)+B(g)式(g)+2D(g),經(jīng)5s反應達平

衡，在此5s內(nèi)C的平均反應速率為0.2mol,L-1,s-1,同時生成ImolD,下列敘述中不正確

的是()

A.x=4

B.達到平衡狀態(tài)時A的物質的量濃度為c(A)=l.Omol?L-1

C.5s內(nèi)B的平均反應速率v(B)=0.05mol?L~l?s-t

D.達到平衡狀態(tài)時容器內(nèi)氣體的壓強與起始時壓強比為6：5

答案B

解析平衡時，生成C的物質的量為0.2mol?L"?s_1X5sX2L=2molo

3A(g)+B(g)AC(g)+2D(g)

開始(mol)2.52.500

變化(mol)1.50.50.5x1

平衡(mol)1221

故0.5x=2,x=4,A正確；平衡時A的濃度為c(A)=0.5mol?B錯誤；反應速率之比

等于化學計量數(shù)之比，則上=4,1^=0.05mol-L-1-s-1,C正確；達到平衡狀態(tài)時容器內(nèi)氣

VB

體的壓強與起始時壓強比=(1+2+2+1)：(2.5+2.5)=6：5,故D正確。

【相關鏈接】

化學平衡相關計算的關系式

(1)F(A)：r(B)：r(C)：F(D)=a：n：p：。(未達到平衡時，用于確定化學方程式中未知的化

學計量數(shù))。

j-(C)?/(D)_(px/力?(qx/歹

c(A)?c"(B)\_{a—mx)/"?\_{b—nx)/竹”

任意狀態(tài)的生成物濃度累之積與反應物濃度哥之積的比值稱為濃度商，用0表示。則其與《

比較，當Q>K,r正逆；Q\K,逆。

(3)平衡轉化率：a(A)=陪逆*ioo%=-X100%o

4(A)起始a

(4)平衡百分含量：0(A)=^X1OO也

〃總

(5)平衡時與起始時的壓強比:

打力平a+6+(夕+q—加一rl)x

(同八，時)。

?〃始a-\~b

(6)混合氣體的平均摩爾質量:

—ma?踹A)+6?QB)

Mna+b+(p+q—m—ri)^m°^

六、化學反應速率和化學平衡的相關圖像

1

【例61(2018?寧波市余姚中學期中)汽車尾氣凈化中的一個反應如下：N0(g)+C0(g)2

1

N2(g)+CO2(g)A^=-373.4kJ?mol-,在恒容的密閉容器中，反應達到平衡后，改變某一

條件，下列示意圖正確的是()

工爵

祿興

蛙髀

趣O

生N

質的量

z的物

ON

的量

的物質

NO

O

B

A

A

答案

，平

的量

物質

氣的

大氮

；增

正確

變，A

數(shù)不

衡常

變平

度不

，溫

度影響

只受溫

衡常數(shù)

解析平

分數(shù)

的體積

，CO

移動

逆向

，平衡

溫度

；升高

錯誤

，B

率降低

轉化

NO的

動，

向移

應方

逆反

衡向

,

減小

化率

的轉

，CO

移動

逆向

平衡

度，

高溫

下，升

條件

壓強

；相同

錯誤

符，C

像不

，與圖

增大

誤。

D錯

符，

像不

與圖

----,