化學反應速率和化學平衡易錯題歸納

■河南省鄲城縣第一高級中學 劉 銀

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

一、化學反應速率的影響因素

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反應速率的影響，因此錯選C。

解析：本題考查化學反應速率的影響因素及反應速率的計算。從圖中看，在0～50min之間，pH=2和pH=7時，反應物R都能完全反應，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，單位時間內降解速率越快，B項錯誤；一般來說，反應物的濃度越大，反應速率越大，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.反應進行到5min時實驗③的反應速率最快

B.條件②的反應最先達到平衡

C.②與①比較可能是壓強更大

D.該反應的正反應是吸熱反應

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

答案：C

二、化學平衡狀態的判斷

例2對于可逆反應H2(g)+I2(g)?2HI(g)，在溫度一定時由H2(g)和I2(g)開始反應，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.反應進行的凈速率是正、逆反應速率之差

C.正、逆反應速率的比值是恒定的

D.達到平衡時，正、逆反應速率相等

錯因分析：判斷化學平衡狀態時一定要注意以下問題:(1)反應組分的物質的量之比等于化學方程式中相應物質的化學計量數之比。(2)恒溫、恒容條件下體積不變的反應，體系的壓強或總物質的量不再隨時間而變化，如2HI(g)?H2(g)+I2(g)。(3)反應物、生成物全是氣體，且反應前后氣體的總體積不變的反應，體系的平衡相對分子質量不再隨時間而變化，如2HI(g)?H2(g)+I2(g)。(4)反應物、生成物全是氣體的反應，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的化學計量數之比，應為1∶2，A項錯；正、逆反應速率的比值是隨反應時間的變化而變化的，不是恒定的，C項錯。對于一個可逆反應的凈速率就是正、逆反應速率之差，B項正確；可逆反應達到平衡的標志就是正、逆反應速率相等，D項正確。

答案：BD

方法點撥：化學平衡狀態的根本標志是:(1)v正=v逆；(2)各組分的物質的量分數不變。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、平均相對分子質量的變化與標志間的關系，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，分別充有等量的N2和H2，在不同溫度下，任其發生反應N2+3H2?2NH3，并分別在ts時測定其中NH3的體積分數，繪圖如圖3所示。

圖3

(1)A、B、C、D、E五點中，尚未達到化學平衡狀態的是____。

(2)此可逆反應的正反應是____反應。(填“吸熱”或“放熱”)

(3)AC段的曲線是增函數，CE段的曲線是減函數，試從反應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。C點以后，隨溫度升高，NH3的百分含量降低，說明平衡向逆反應方向移動，所以正反應是放熱反應。

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

三、化學反應速率和化學平衡圖像

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的轉化率隨時間變化的結果如圖4所示。

圖4

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

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

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

解析：(1)溫度越高反應速率越快，達到平衡用的時間就越少，所以曲線a代表343K時的反應。從圖中讀出，平衡以后反應轉化率為22%。設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: 0.22 0.11 0.11(轉化率為22%)

平衡: 0.78 0.11 0.11

所以平衡常數K=0.112÷0.782=0.02。

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

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

起始: 1 0 0

反 應: 0.2 0.1 0.1(轉化率為20%)

平衡: 0.8 0.1 0.1

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

方法點撥：解答化學平衡圖像題的技巧:(1)先拐先平。先出現拐點的反應先達到平衡，可能是該反應的溫度高，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系。

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

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，根據圖像知，0～1min時，1～3min達到平衡狀態，CO的正逆反應速率相等，CO、CO2的反應速率與化學計量數成正比例，，A項錯誤；B項，正反應是氣體分子數增大的反應，在恒溫恒容密閉容器中反應，氣體壓強由小到大，當壓強保持不變時，達到平衡狀態，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物質的量增大，CO2的物質的量減小，故平衡向正方向移動，所以，正反應是吸熱反應，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物質的量，CO總物質的量增大隨后逐漸減小，而二氧化碳的物質的量在原來基礎上逐漸增大，過一段時間，又達到新平衡，c曲線、b曲線分別表示CO、CO2的物質的量變化，D項錯誤。

答案：C