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1、專題八化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡,一化學(xué)反應(yīng)速率 1.表示方法 用單位時間內(nèi)反應(yīng)物或生成物的物質(zhì)的量濃度 的變化來表示,通常用單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少 或生成物濃度的增加 來表示。不管用哪種物質(zhì)表示,均為正值。 2.計算公式:v=。 3.常用單位:mol/(Ls) 或mol/(Lmin)。,,知識清單,考點一化學(xué)反應(yīng)速率,4.同一反應(yīng)中用不同物質(zhì)表示的化學(xué)反應(yīng)速率之間的關(guān)系 對于反應(yīng)aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),在同一時間段內(nèi)化學(xué)反應(yīng)速率v (A)v(B)v(C)v(D)=abcd。 二影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素 1.內(nèi)因:物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 是決定化學(xué)反應(yīng)速率的重要因素。 2.外因:
2、對于同一化學(xué)反應(yīng),改變外界條件可以改變化學(xué)反應(yīng)速率。 (1)濃度:在其他條件不變時,增大反應(yīng)物的濃度,化學(xué)反應(yīng)速率加快 ;減小反應(yīng)物的濃度,化學(xué)反應(yīng)速率減慢。 (2)壓強(qiáng):對于有氣體參加的反應(yīng),在其他條件不變時,增大壓強(qiáng)會加快 化學(xué)反應(yīng)速率;減小壓強(qiáng)會減慢 化學(xué)反應(yīng)速率。 (3)溫度:在其他條件不變時,升溫,化學(xué)反應(yīng)速率加快 ;降溫,化學(xué)反應(yīng)速率減慢。,(4)催化劑:使用催化劑能改變 化學(xué)反應(yīng)速率。 (5)其他因素:光、電磁波、超聲波、反應(yīng)物顆粒的大小、溶劑的性質(zhì)等。,外界條件的變化對可逆反應(yīng)中v正、v逆的影響 1.溫度的影響 對于可逆反應(yīng),改變溫度時,吸熱反應(yīng)的速率受到的影響程度大。升溫時,
3、吸熱反應(yīng)速率增大的程度大;降溫時,吸熱反應(yīng)速率減小的程度大。如下圖所示。,,2.壓強(qiáng)的影響 (1)對于反應(yīng)前后氣體體積可變的反應(yīng),化學(xué)方程式中氣態(tài)物質(zhì)化學(xué)計量數(shù)大的一側(cè),其反應(yīng)速率受壓強(qiáng)的影響程度大。加壓時,它增大的程度大;減壓時,它減小的程度大。如下圖所示。,(2)對于反應(yīng)前后氣體體積不變的反應(yīng),改變壓強(qiáng)時,正、逆反應(yīng)速率會同等程度地改變。 3.濃度的影響 增大反應(yīng)物的濃度,正反應(yīng)速率急劇增大,然后逐漸減小,逆反應(yīng)速率逐漸增大,最終v正=v逆,重新建立平衡。 4.催化劑的影響,催化劑同等程度地改變正、逆反應(yīng)速率,與反應(yīng)物或生成物的狀態(tài)無關(guān)。,一化學(xué)平衡 1.化學(xué)平衡狀態(tài) 在一定條件下的可逆反
4、應(yīng)里,當(dāng)正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等時,反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持一定的狀態(tài),叫做化學(xué)平衡狀態(tài),簡稱化學(xué)平衡。 2.化學(xué)平衡的移動 一個可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)以后,反應(yīng)條件(如溫度、濃度、壓強(qiáng)等)改變了,原平衡體系中各組分的含量也隨著改變而達(dá)到新的平衡狀態(tài),這個過程叫做化學(xué)平衡的移動。 平衡移動的原因:條件改變,引起v(正)、v(逆)發(fā)生不等量改變,即v(正)v(逆)時平衡才能移動。,考點二化學(xué)平衡化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向,二外界條件對化學(xué)平衡移動的影響 1.濃度:在其他條件不變時,增大反應(yīng)物的濃度或減小生成物的濃度可使平衡向著正反應(yīng)方向 移動。 2.壓強(qiáng):在有氣體參加的可逆反應(yīng)里,其他條件不變時,增
5、大壓強(qiáng)(壓縮容器體積),平衡向氣體總體積減小的方向移動。 壓強(qiáng)對平衡的影響,實際上就是濃度對平衡的影響,只有當(dāng)壓強(qiáng)的改變能改變反應(yīng)物或生成物的濃度時,平衡才可能移動。由于壓強(qiáng)對固態(tài)、液態(tài)物質(zhì)的體積影響非常小,壓強(qiáng)的改變幾乎不影響這類體系的平衡。因此在考慮壓強(qiáng)對不均勻體系平衡的影響時,只需考慮對參加反應(yīng)的氣態(tài)物質(zhì)的影響即可。,3.溫度:在其他條件不變的情況下,升高溫度,平衡向吸熱 反應(yīng)方向移動;降低溫度,平衡向放熱反應(yīng)方向移動。 4.催化劑:使用催化劑能同等程度 地改變正、逆反應(yīng)速率,即正、逆反應(yīng)速率相對不變。所以催化劑對平衡移動無影響。 三化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向 影響反應(yīng)自發(fā)性的因素是焓變(H)、
6、熵變(S)和溫度(T)。要正確判斷一個化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行,必須綜合考慮H、S和T這三個因素。在恒溫恒壓時,有如下判據(jù): 具體可表示為:,這個判據(jù)用文字可表述為:在溫度、壓強(qiáng)一定的條件下,自發(fā)反應(yīng)總是向H-TS<0的方向進(jìn)行,直到達(dá)到平衡狀態(tài)。,濃度、壓強(qiáng)影響化學(xué)平衡的幾種特殊情況 1.當(dāng)反應(yīng)混合物中存在與其他物質(zhì)不相混溶的固體或純液體物質(zhì)時,由于其“濃度”是恒定的,不隨其量的增減而變化,故改變這些固體或純液體的量,對平衡基本無影響。 2.壓強(qiáng)的變化對非氣態(tài)物質(zhì)的濃度基本無影響,因此,當(dāng)反應(yīng)混合物中不存在氣態(tài)物質(zhì)時,壓強(qiáng)的變化對平衡無影響。 3.對于氣體分子數(shù)無變化的反應(yīng),如H2(g)+I2(
7、g) 2HI(g),壓強(qiáng)的變化 對其平衡無影響。因為在這種情況下,壓強(qiáng)的變化對正、逆反應(yīng)速率的影響程度是等同的,故平衡不移動。 4.同等程度地改變反應(yīng)混合物中各物質(zhì)的濃度,應(yīng)視為壓強(qiáng)對平衡的影,,響,如某平衡體系中,c(N2)=0.1 molL-1、c(H2)=0.3 molL-1、c(NH3)=0.2 molL-1,當(dāng)濃度同時增大一倍時,即讓c(N2)=0.2 molL-1、c(H2)=0.6 molL-1、 c(NH3)=0.4 molL-1,此時相當(dāng)于壓強(qiáng)增大一倍,平衡向生成NH3的方向移動。 5.在恒容的密閉容器中,當(dāng)改變其中一種氣體的濃度時,必然同時引起壓強(qiáng)改變,但判斷平衡移動的方向
8、時,仍應(yīng)從濃度對平衡的影響角度去考慮。如2NO2(g)N2O4(g),平衡后,若向容器中再通入反應(yīng)物NO2,使 c(NO2)增大,平衡正向移動;若向容器中再通入生成物N2O4,則使c(N2O4)增大,平衡逆向移動。但由于上述兩種情況下,容器內(nèi)的壓強(qiáng)都增大,重新達(dá)到平衡后,NO2的百分含量都比原平衡時要小。,6.惰性氣體對化學(xué)平衡的影響 (1)若容器恒溫、恒容,充入惰性氣體雖改變了容器內(nèi)氣體的總壓強(qiáng),但卻沒有改變各反應(yīng)氣體的濃度,化學(xué)反應(yīng)速率不變,故平衡不移動; (2)若容器恒溫、恒壓,充入惰性氣體就會使容器的容積增大,雖未減小容器內(nèi)氣體的總壓強(qiáng),但卻降低了各物質(zhì)的分壓和濃度,正、逆反應(yīng)速率均減
9、小,化學(xué)平衡會向氣體體積增大的方向移動。 可見,改變?nèi)萜鲀?nèi)氣體的壓強(qiáng),能否使平衡發(fā)生移動,取決于是否改變了氣體物質(zhì)的濃度。,1.化學(xué)平衡常數(shù) 在一定溫度下,當(dāng)一個可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時,生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值是一個常數(shù),這個常數(shù)就是該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù),用符號K表示。 對于一般的可逆反應(yīng)aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),在一定溫度下達(dá)到 化學(xué)平衡時有K=。對于該化學(xué)反應(yīng)aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)的任意狀態(tài),濃度商Qc=。若QcK,則該反應(yīng) 向逆反應(yīng)方向進(jìn)行;若Qc=K,則該反應(yīng)達(dá)到平衡;若Qc
10、方向進(jìn)行。 2.平衡轉(zhuǎn)化率 平衡轉(zhuǎn)化率是指平衡時已轉(zhuǎn)化了的某反應(yīng)物的量與轉(zhuǎn)化前該反應(yīng)物的量之比,用來表示反應(yīng)限度。對于反應(yīng)aA+bBcC+dD,反應(yīng)物A的轉(zhuǎn) 化率可以表示為: (A)=100%,使用化學(xué)平衡常數(shù)時應(yīng)注意的問題 (1)化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān),與反應(yīng)物或生成物的濃度無關(guān)。 (2)反應(yīng)物或生成物中有固體和純液體存在時,由于其濃度可看作“1”而不代入化學(xué)平衡常數(shù)的計算公式中。 (3)化學(xué)平衡常數(shù)是指某一具體反應(yīng)的平衡常數(shù)。若反應(yīng)方向改變,則平衡常數(shù)改變;若化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)等倍擴(kuò)大或縮小,盡管是同一反應(yīng),平衡常數(shù)也會改變。,,方法1化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像問題的處理方法
11、 1.速率-時間圖 此類圖像定性揭示了v正、v逆隨時間(含條件改變對速率的影響)變化的規(guī)律,體現(xiàn)了平衡的“動、等、定、變”的基本特征,以及平衡移動的方向等。如N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)H<0,建立平衡后,加熱對反應(yīng) 速率的影響如圖A。,方法技巧,3.全程速率-時間圖 如Zn 與足量鹽酸的反應(yīng),反應(yīng)速率隨時間的變化情況如右圖所示,解釋原因:AB段(v漸增),因反應(yīng)為放熱反應(yīng),隨反應(yīng)的進(jìn)行,溫度漸升,導(dǎo)致反,應(yīng)速率漸增;BC段(v漸小),則主要因為隨反應(yīng)的進(jìn)行,溶液中c(H+)漸小,導(dǎo)致反應(yīng)速率漸小。分析時要抓住各階段的主要因素,認(rèn)真分析。 4.含量-時間-溫度(壓強(qiáng))圖 常見的形
12、式有下圖所示的幾種(C%指某產(chǎn)物百分含量,B%指某反應(yīng)物百分含量。在其他條件不變時,改變?nèi)我粭l件,如使用催化劑或升高溫度或增大壓強(qiáng),都能縮短達(dá)到平衡的時間),這種圖像中的折點表示達(dá)到平衡的時間,曲線的斜率反映了反應(yīng)速率的大小,可以確定T(p)的高低(大小),水平線的高低反映了平衡移動的方向。,,,5.恒壓(溫)線 該類圖像的縱坐標(biāo)為生成物的平衡濃度(c)或反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率(),橫坐標(biāo)為溫度(T)或壓強(qiáng)(p),常見類型如下圖:,小結(jié) 1.圖像分析應(yīng)注意“三看” (1)看兩軸:認(rèn)清兩軸所表示的含義。 (2)看起點:從圖像縱軸上的起點,一般可判斷誰為反應(yīng)物,誰為生成物,以,及平衡前反應(yīng)進(jìn)行的方向。 (
13、3)看拐點:一般圖像拐點后平行于橫軸則表示反應(yīng)達(dá)到平衡,若橫軸為時間,由拐點可判斷反應(yīng)速率。 2.對于有3個變量的圖像,一般采用“定一議二”的方法進(jìn)行分析。,例1(2017山東陵城一中月考,13)已知:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6 H2O(g)H=-1 025 kJ/mol,若反應(yīng)起始物質(zhì)的量相同,下列關(guān)于該反應(yīng)的示意圖不正確的是(),解題導(dǎo)引 解析由于該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度升高平衡逆向移動,NO 的含量降低,故A項正確,C項錯誤;該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng),壓強(qiáng)減小平衡正向移動,NO的含量增大,故B項正確;催化劑的使用只能改變反應(yīng)速率,不能使平衡發(fā)生移動,N
14、O的含量不變,故D正確。 答案C,方法2判斷可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志 1.v正=v逆(指的是同一物質(zhì)的正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等)。 2.反應(yīng)混合物中各組分的含量(如質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))保持不變。 3.對于密閉容器中的反應(yīng)mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),根據(jù)對化學(xué)平 衡概念的理解,判斷下列各情況是否達(dá)到平衡。,續(xù)表,方法3化學(xué)平衡的相關(guān)計算“三段式” 有關(guān)化學(xué)平衡問題的計算,可按下列步驟建立模式,確定關(guān)系進(jìn)行計算。例如,可逆反應(yīng)mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),假定反應(yīng)物A、B的 起始加入量分別為a mol、b mol,達(dá)到平衡時,設(shè)A物質(zhì)轉(zhuǎn)化
15、的物質(zhì)的量為mx mol。 1.模式: mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 起始量ab 00 變化量mxnx pxqx 平衡量a-mxb-nx pxqx 對于反應(yīng)物:n(平)=n(始)-n(變)。 對于生成物:n(平)=n(始)+n(變)。,2.基本步驟 (1)確定反應(yīng)物或生成物的起始加入量; (2)確定反應(yīng)過程的變化量; (3)確定平衡量。,例2(2017江蘇單科,15,4分)溫度為T1時,在三個容積均為1 L 的恒容密閉容器中僅發(fā)生反應(yīng):2NO2(g) 2NO(g)+O2(g)(正反應(yīng)吸熱)。實驗 測得:v正=v(NO2)消耗=k正c2(NO2),v逆=v(NO)消耗=2
16、v(O2)消耗=k逆c2(NO)c(O2),k正、 k逆為速率常數(shù),受溫度影響。下列說法正確的是(雙選)(),A.達(dá)平衡時,容器與容器中的總壓強(qiáng)之比為45 B.達(dá)平衡時,容器中比容器中的大 C.達(dá)平衡時,容器中NO的體積分?jǐn)?shù)小于50% D.當(dāng)溫度改變?yōu)門2時,若k正=k逆,則T2T1 解析A項,根據(jù)題表中的數(shù)據(jù), 2NO2(g) 2NO(g)+O2(g) c(始)/molL-10.600 c(轉(zhuǎn))/molL-10.40.40.2 c(平)/molL-10.20.40.2 算出中平衡時K=0.8,采用代入法利用A項數(shù)據(jù),根據(jù)阿伏加德羅定律得出中平衡時n(總)=1 mol,據(jù)此算出中平衡時K0.8
17、,故A項錯誤。,,B項,設(shè)中NO2轉(zhuǎn)化了x molL-1, 2NO2(g)2NO(g)+O2(g) 始:0.3 molL-10.5 molL-10.2 molL-1 轉(zhuǎn):x molL-1x molL-10.5x molL-1 平:(0.3-x) molL-1 (0.5+x) molL-1 (0.2+0.5 x) molL-1 若平衡時=1,則=1,x=, 此時c(NO2)= molL-1,c(NO)= molL-1,c(O2)= molL-1,將數(shù)據(jù)代入 平衡常數(shù)表達(dá)式可得1.40.8,說明平衡時1,因為,1.40.8,說明平衡時c(O2) molL-1,應(yīng)小于 1,B不正確。C項,假設(shè)某狀態(tài)時中NO的體積分?jǐn)?shù)為50%,計算可得此時Qc=4.8K,則反應(yīng)逆向進(jìn)行,觀察方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)可知n(總)每減少a mol,n(NO)必減少2a mol,故平衡時NO體積分?jǐn)?shù)必小于50%,故C項正確。D項,中平衡時v正=k正0.22,v逆=k逆0.420.2,當(dāng)溫度改變?yōu)門2時,v正=0.04k正v逆=0.032k正,平衡向正反應(yīng)方向移動,因為正反應(yīng)為吸熱方向,所以外界溫度改變應(yīng)為升溫,即T2T1,故D項正確。 答案CD,
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