2020高中化学 单元复习与巩固（基础）知识讲解学案 新人教版选修4

2020高中化学 单元复习与巩固（基础）知识讲解学案 新人教版选修4

单元复习与巩固 ‎【学习目标】‎ ‎1、了解化学反应速率及其影响因素；‎ ‎2、掌握化学平衡的建立及其影响因素，能用化学平衡常数进行定量分析；‎ ‎3、初步了解化学反应方向的判断依据。‎ ‎【知识网络】‎ ‎【要点梳理】‎ 要点一、化学反应速率 ‎1．化学反应速率的概念及表示方法 ‎　　(1)概念：通常用单位时间里反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示．‎ ‎　　(2)表达式：‎ ‎　　(3)单位：mol·L－1·min－1或mol·L－1·s－1等．‎ ‎　　(4)注意点：‎ ‎　　①化学反应速率均取正值．‎ ‎　　②化学反应速率一般不用固体物质表示．‎ ‎　　③同一反应，选用不同物质的浓度变化表示反应速率，数值可能不同，但意义相同，各物质表示的速率之比等于该反应方程式中的化学计量数之比．‎ ‎　　④注意区别平均速率和即时速率．‎ ‎2．影响化学反应速率的因素 ‎　　(1)内因：反应物的结构、性质．‎ ‎　　(2)外因：①浓度：增大反应物的浓度，反应速率增大．‎ 8‎ ‎　　②温度：升高温度，反应速率增大．‎ ‎　　③压强：对于有气体参加的反应，增大压强，气体物质的浓度增大，反应速率增大．‎ ‎　　④催化剂：使用催化剂，反应速率增大．‎ 要点二、化学平衡 ‎　　(1)可逆反应：在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应．‎ ‎　　(2)化学平衡的概念：是指在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态．‎ ‎　　(3)化学平衡的特征：‎ ‎　　①逆：可逆反应 ‎　　②等：v(正)＝v(逆)‎ ‎　　③动：动态平衡v(正)＝v(逆)≠0‎ ‎　　④定：平衡状态时反应混合物中各组分的浓度保持不变 ‎　　⑤变：当浓度、温度、压强等条件改变时，化学平衡即发生移动 要点三、化学平衡的移动及影响因素 ‎1．化学平衡的移动 ‎　　(1)定义：可逆反应中旧化学平衡的破坏，新化学平衡的建立过程叫做化学平衡的移动．‎ ‎　　(2)化学平衡移动的本质原因是v(正)≠v(逆)．如催化剂能同等程度改变v(正)和v(逆)，所以，加入催化剂，化学平衡不发生移动．‎ ‎2．影响化学平衡的条件 条件的变化 平衡移动的方向 平衡移动的结果(均与改变条件时比较)‎ ‎①浓度 向正反应方向移动 向逆反应方向移动 ‎②压强 ‎(气体)‎ 增大 减小 向缩小气体体积方向移动 向增大气体体积方向移动 使气体压强减小 使气体压强增大 ‎③温度 升高 降低 向吸热方向移动 向放热方向移动 使温度降低 使温度升高 ‎3．化学平衡移动原理(即勒夏特列原理)‎ ‎　　如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度等)，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动．‎ 要点四、化学平衡常数与转化率 ‎1、化学平衡常数： ‎ ‎　　对于一般的可逆反应：mA+nBpC+qD。其中m、n、p、q分别表示化学方程式中反应物和生成物的化学计量数。当在一定温度下达到化学平衡时，这个反应的平衡常数可以表示为：‎ ‎　　 ‎ ‎　　在一定温度下，可逆反应达到化学平衡时，生成物的浓度、反应物的浓度的关系依上述规律，其常数(用K表示)叫该反应的化学平衡常数 ‎2、化学平衡常数的意义 ‎　　①平衡常数的大小不随反应物或生成物浓度的改变而改变，只随温度的改变而改变。‎ 8‎ ‎　　②可以推断反应进行的程度。‎ ‎　　　K的意义：K很大，反应进行的程度很大，转化率大；K居中，典型的可逆反应，改变条件反应的方向变化；K 很小，反应进行的程度小，转化率小。‎ ‎3、转化率：‎ ‎　　可逆反应到达平衡时，某反应物的转化浓度(等于某反应物的起始浓度和平衡浓度的差)与该反应物的起始浓度比值的百分比。可用于表示可逆反应进行的程度。‎ ‎　　 ‎ 要点五、化学反应进行的方向　　　 ‎ ‎1、焓变和熵变的不同：‎ ‎　　焓变(△H)指的是内能的变化值，常以热的形式表现出来。‎ ‎　　熵变(△S)指的是体系的混乱程度。　 S(g)>S(l)>S(s)‎ ‎2、自发反应与否的判断依据 ‎　　△H-T△S<0　 正反应自发进行 ‎　　△H-T△S>0　 逆反应自发进行 ‎　　‎ ‎【典型例题】‎ 类型一、化学反应速率的概念及简单计算 ‎ 例1 一定条件下，体积为‎10 L的密闭容器中，1 mol X和1 mol Y进行反应：2X (g)+Y (g)Z (g)，经60 s达到平衡，生成0.3 mol Z。下列说法正确的是（ ）‎ ‎ A．以X浓度变化表示的反应速率为0.001 mol／(L·s)‎ ‎ B．将容器体积变为‎20 L，Z的平衡浓度变为原来的 ‎ C．若增大压强，则物质Y的转化率减小 ‎ D．若升高温度，X的体积分数增大，则该反应的ΔH＞0‎ ‎【思路点拨】解题时注意，题干中给出的是生成物的物质的量的变化，在分析选项时需要转化成反应物的浓度变化。‎ ‎【答案】A ‎【解析】根据题意可以列出：‎ 所以，故A选项正确；将容器的体积变为‎20 L的瞬间各物质的浓度均减半，根据平衡移动原理，此平衡应向逆反应方向移动，所以Z的平衡浓度比原来的要小，故B选项错误；由于此反应的正反应是气体体积缩小的反应，因此增大压强此平衡向右移动，反应物X和Y的转化率均增大，故C选项错误；X的体积分数增大，说明平衡向逆反应方向移动，而升高温度平衡应向吸热反应方向移动，因此此反应的正反应应为放热反应，即ΔH＜0，所以D选项错误。‎ ‎【总结升华】本题的易错点有：忽略化学反应速率为单位时间内物质浓度的变化而错选其他选项；对平衡移动原理（勒夏特列原理）理解片面而错选B或D。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】化合物Bilirubin在一定波长的光照射下发生分解反应，反应物浓度随反应时间变化如图所示，计算反应4～8 min间的平均反应速率和推测反应16 min时反应物的浓度，结果应是（ ）‎ 8‎ ‎ A．2.5mol·L－1·min－1和2.0mol·L－1‎ ‎ B．2.5mol·L－1·min－1和2.5mol·L－1‎ ‎ C．3.0mol·L－1·min－1和3.0mol·L－1‎ ‎ D．5.0mol·L－1·min－1和3.0mol·L－1‎ ‎【答案】B ‎ 【解析】在4～8 min内反应物的浓度改变量为10mol·L－1，故4～8 min内的平均反应速率为2.5mol·L－1·min－1；图中从0 min开始到8 min反应物的浓度降低到原来的，根据这一幅度，可以推测从第8 min到第16 min，反应物的浓度降低到2.5mol·L－1。‎ 类型二、化学反应速率的影响因素 ‎ 例2 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产生氢气体积V的数据，根据数据绘制得到氢气体积随时间变化曲线如图所示，则曲线a、b、c、d所对应的实验组别可能是（ ）‎ 组别 c (HCl)（mol / L）‎ 温度（℃）‎ 状态 ‎1‎ ‎2.0‎ ‎25‎ 块状 ‎2‎ ‎2.5‎ ‎30‎ 块状 ‎3‎ ‎2.5‎ ‎50‎ 块状 ‎4‎ ‎2.5‎ ‎30‎ 粉末状 ‎ A．4—3—2—1 B．1—2—3—‎4 C．3—4—2—1 D．1—2—4—3‎ ‎【思路点拨】需要综合考虑盐酸的浓度、温度以及反应物的铁的状态对反应速率的影响。‎ ‎ 【答案】AC ‎ 【解析】由图可知，反应速率：a＞b＞c＞d。由外界条件对反应速率的影响知，温度高、浓度大、固体表面积大，反应速率就快，则1组最慢，2组稍快，由于3组温度高但固体表面积小，4组温度低但固体表面积大，因此无法确定3组与4组的反应速率的快慢，但均比2组快，故A、C两项均正确，B、D两项均错误。‎ ‎【总结升华】盐酸浓度越大，反应速率越快；温度越高，反应速率越大；铁的颗粒越小，表面积越大，反应速率越大。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】2SO2 (g)+O2 (g)2SO3 (g)是制备硫酸的重要反应。下列叙述正确的是（ ）‎ ‎ A．催化剂V2O5，不改变该反应的逆反应速率 ‎ B．增大反应体系的压强，反应速率一定增大 ‎ C．该反应是放热反应，降低温度将缩短反应达到平衡的时间 ‎ D．在t1、t2时刻，SO3 (g)的浓度分别是c1、c2，则时间间隔t1～t2内，SO3 (g)生成的平均速率为 ‎ 【答案】D ‎ 【解析】催化剂可以同等程度的改变正、逆反应速率，A错；增大反应体系压强的方法有许多种，当向反应体系中充入无关气体时，压强增大，但反应速率不变，B错；降低温度将减小反应速率，达到平衡的时间增长，C错；反应速率就是用某一时间段内浓度的变化值除以反应时间来计算的，D对。‎ 8‎ 类型三、化学平衡状态的判断 ‎ 例3 （1）下列方法中可以证明2 HI (g)H‎2 ‎(g)+I2 (g)已达平衡状态的是________（填序号）。‎ ‎ ①单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI ‎ ②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂 ‎ ③(HI)=(I2)时 ‎ ④反应速率时 ‎ ⑤c (HI)∶c (H2)∶c (I2)=2∶1∶1时 ‎ ⑥温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化时 ‎ ⑦温度和体积一定时，容器内压强不再变化时 ‎ ⑧条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化时 ‎ ⑨温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化时 ‎ ⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化时 ‎ （2）在上述⑥～⑩的说法中能说明2NO2 (g)N2O4 (g)达到平衡状态的是________。‎ ‎ 【思路点拨】解答时特别需要注意，反应(1)和反应(2)的不同之处，前者反应前后分子数不变；后者的正反应分子数减少。‎ ‎ 【答案】（1）②⑥⑨ （2）⑥⑦⑧⑨⑩‎ ‎ 【解析】由第（1）题反应的特征可知：此反应在反应前后气体的体积不发生变化，即在反应的任何一个阶段，容器内压强不发生改变。气体的总质量不变、总物质的量不变，因此混合气体的密度、平均相对分子质量均不发生改变。‎ ‎ 由第（2）题反应的特征可知：反应前后气体体积发生改变，因此若平衡发生移动则混合气体的平均相对分子质量、混合气体密度都发生改变，当反应处于平衡状态时，这些都不再改变，此时c (NO2)恒定，混合气体的颜色不再变化。‎ ‎ 【总结升华】判断化学平衡状态时要抓住“v (正)=v (逆)”和“各物质的百分含量不变”这两个核心判据。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物，发生的化学反应为：‎ ‎2NH3 (g)+NO (g)+NO2 (g)2N2 (g)+3H2O (g) ΔH＜0，在恒容的密闭容器中，下列有关说法正确的是（ ）‎ ‎ A．平衡时，其他条件不变，升高温度可使该反应的平衡常数增大 ‎ B．平衡时，其他条件不变，增加NH3的浓度，废气中氮氧化物的转化率减小 ‎ C．单位时间内消耗NO和N2的物质的量比为1∶2时，反应达到平衡 ‎ D．其他条件不变，使用高效催化剂，废气中氮氧化物的转化率增大 ‎ 【答案】C ‎ 【解析】该反应是气体体积增大的放热反应。A项升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，不正确；B项增大NH3的浓度，平衡向右移动，使氮氧化物的转化率增大，不正确；C项NO、N2的消耗分别代表正向、逆向的反应速率，速率的比值等于方程式中的化学计量数的比值，说明正、逆反应速率相等，故C正确；催化剂不影响化学平衡，D不正确。‎ 类型四、根据化学平衡移动方向进行有关判断 ‎ 例4 可逆反应：‎3A (g)3B (?)+C (?) ΔH＞0，随着温度升高，气体平均相对分子质量有变小的趋势，则下列判断正确的是（ ）‎ ‎ A．B和C可能都是固体 B．B和C一定都是气体 8‎ ‎ C．若C为固体，则B一定是气体 D．B和C可能都是气体 ‎ 【思路点拨】题目给出的化学方程式，正向为吸热反应，温度升高平衡正向移动。‎ ‎ 【答案】CD ‎ 【解析】升温平衡正向移动，气体平均相对分子质量减小，有两种可能：①气体质量不变，气体物质的量增加，此时B与C均为气体。②气体质量减小，气体物质的量不变，此时B为气体，C为固体（或液体）。‎ ‎ 【总结升华】气体平均相对分子质量为总质量与总物质的量的比值。其数值的减小，可能由两种情况引起：一是气体总质量减小，一是气体总物质的量减小。分析本题时，这两种情况都应该考虑。‎ ‎ 例5 1和2分别为A在两个恒容容器中的平衡体系A (g)2B (g)和‎2A (g)B (g)的转化率，在温度不变的情况下，两反应器均增加A的物质的量，下列判断正确的是（ ）‎ ‎ A．1、2均减小 B．1、2均增大 ‎ C．1减小， 2增大 D．1增大，2减小 ‎ 【答案】C ‎ 【解析】上述两个反应中反应物和生成物都只有一种，不管增加反应物还是生成物的量，都相当于增大压强。根据平衡移动的原理，A (g)2B (g)平衡将逆向移动，1减小，‎2A (g)B (g)平衡将正向移动，2增大。则选项C符合题意。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】在一定温度下，反应H2 (g)+X2 (g)HX (g)的平衡常数为10。若将1.0 mol的HX (g)通入体积为‎1.0 L的密闭容器中，在该温度时HX (g)的最大分解率接近于（ ）‎ ‎ A．5% B．17％ C．25％ D．33％‎ ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎，解得x=0.0833‎ 所以。‎ ‎【变式2】硫一碘循环分解水制氢主要涉及下列反应：‎ ‎ Ⅰ SO2+2H2O+I2==H2SO4+2HI ‎ Ⅱ 2HIH2+I2‎ ‎ Ⅲ 2H2SO4==2SO2+O2+2H2O ‎ （1）分析上述反应，下列判断正确的是________。‎ ‎ a．反应Ⅲ易在常温下进行 b．反应Ⅰ中SO2氧化性比HI强 ‎ c．循环过程中需补充H2O d．循环过程产生1 mol O2的同时产生1 mol H2‎ ‎ （2）一定温度下，向‎1 L密闭容器中加入1 mol HI (g)，发生反应Ⅱ，H2物质的量随时间的变化如图所示。‎ ‎ 0～2 min内的平均反应速率v (HI)=________。该温度下，H2 (g)+I2 (g)2HI (g)的平衡常数K=______。‎ ‎ 相同温度下，若开始加入HI (g)的物质的量是原来的2倍，则________是原来的2倍。‎ 8‎ ‎ a．平衡常数 b．HI的平衡浓度 c．达到平衡的时间 d．平衡时H2的体积分数 ‎ （3）实验室用Zn和稀硫酸制取H2，反应时溶液中水的电离平衡________移动（填“向左”“向右”或“不”）；若加入少量下列试剂中的________，产生H2的速率将增大。‎ ‎ a．NaNO3 b．CuSO‎4 c．Na2SO4 d．NaHSO3‎ ‎（4）以H2为燃料可制作氢氧燃料电池。已知2H2 (g)+O2 (g)==2H2O (1) ΔH=－572 kJ·mol－1 某氢氧燃料电池释放228.8 kJ电能时，生成1 mol液态水，该电池的能量转化率为________。‎ ‎ 【答案】（1）c （2）0.1 mol·L－1·min－1 64 b （3）向右 b （4）80％‎ ‎ 【解析】本题主要考查了化学反应速率、化学平衡、水的电离平衡和化学计算。‎ ‎ （1）a项，反应Ⅲ在常温下不能进行；b项，SO2的还原性比HI强；C项，根据盖斯定律Ⅰ×2+Ⅱ×2+Ⅲ得总反应：2H2O==2H2+O2，循环过程中消耗了H2O；d项，根据总反应知产生1 mol O2的同时产生2 mol H2。‎ ‎（2）由题干数据分析该反应：‎ ‎ 0～2 min内平均反应速率 ‎ 平衡常数。‎ ‎ 第三问，若开始加入HI的物质的量是原来的2倍，相当于先将Ⅲ加入到‎2 L的容器（达到的平衡状态与原平衡一致，即HI的浓度、H2的体积分数与原平衡相同），再将体积压缩至‎1 L，因为该反应为体积不变的反应，加压平衡不移动，所以HI浓度为原来的2倍，H2的体积分数不变；温度不变，平衡常数不变；加入HI的物质的量增大，反应物浓度增大，反应速率加快，达到平衡的时间缩短。‎ ‎ （3）Zn与稀H2SO4反应，c (H+)减小，水的电离平衡向右移动；若向原溶液加入NaNO3，Zn与H+、NO3－反应不生成H2；若加CuSO4，Zn+CuSO4==ZnSO4+Cu，Zn与Cu构成原电池，加快反应速率；若加Na2SO4对反应速率没有影响；若加NaHSO3，HSO3－消耗H+生成H2O和SO2，减缓反应速率。‎ ‎ （4）生成1 mol液态水，理论上放热，则该电池的能量转化率为：。‎ 类型五、化学平衡图像分析 ‎ 例6 在某密闭容器中，可逆反应：A (g)+B (g)xC (g) ΔH符合图中（Ⅰ）所示关系。由此判断，对图像（Ⅱ）说法不正确的是（ ）‎ ‎ A．p3＞p4，Y轴表示A的转化率 ‎ B．p3＞p4，Y轴表示B的质量分数 ‎ C．p3＞p4，Y轴表示混合气体的密度 ‎ D．p3＞p4，Y轴表示混合气体的平均相对分子质量 ‎ 【思路点拨】当题目中涉及多变量时，应先固定其中的一个变量，分析另一个变量。另外，分析图像时需要注意其纵、横坐标的意义。‎ ‎ 【答案】B ‎ 【解析】据图像（Ⅰ）知，在压强不变时，曲线b的斜率比c的大，故T1＞T2。降温（T1→T2）时，‎ 8‎ ‎（C）增大，即平衡正向移动，说明正反应为放热反应。当温度不变时，曲线b的斜率比a的大，故p2＞p1，增大压强（p1→p2）时，（C）增大，即平衡正向移动，故x＜2即x=1。由图像（Ⅱ）知，保持体系压强不变，升高温度，平衡逆向移动，（C）、A和B的转化率、混合气体的平均相对分子质量、密度均减小，而A、B的质量分数要增大。因此选B。‎ ‎ 【总结升华】平衡图像题可采用如下解题模式：‎ ‎ （1）先分析题中反应的特点（是放热反应还是吸热反应，是气体体积增大的反应还是气体体积缩小的反应等）。一定要抓住图像中条件改变瞬间所引起的浓度、压强、速率的变化，然后针对各种条件改变时引起的变化的特征进行对照分析。‎ ‎ （2）再分析图像所表达的各个量之间的关系（两个坐标轴各表示什么物理量，曲线的变化趋势如何，是单一曲线还是多条曲线，曲线上的关键点，如起点、拐点、交点、终点的含义是什么等）。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】（I2在KI溶液中存在下列平衡：I2 (aq)+I－(aq)I3－(aq)，某I2、KI混合溶液中，I3－的物质的量浓度c (I3－)与温度T的关系如图所示（曲线上任何一点都表示平衡状态）。下列说法正确的是（ ）‎ ‎ A．反应I2 (aq)+I－ (aq) I3－ (aq)的ΔH＞0‎ ‎ B．若温度为T1、T2，反应的平衡常数分别为K1、K2，则K1＞K2‎ ‎ C．若反应进行到状态D时，一定有v正＞v逆 D．状态A与状态B相比，状态A的c (I2)大 ‎ 【答案】BC ‎ 【解析】由图可知，随着温度逐渐升高，c（I3－）逐渐减小，平衡逆向移动，说明正反应放热，即ΔH＜0，A项错。同理可推出，升温，K值减小，即K1＞K2，B项正确。D点反应没有平衡，c (I3－)偏小（要向A点移动），即反应要向右进行，所以此时v正＞v逆，C项正确。由图知，c (I3－)：状态A＞状态B，则c (I2)为：状态A＜状态B，D项错。‎ 8‎