湖南版2021高考化学一轮复习专题8化学反应速率与化学平衡课件 34页

考点一　化学反应速率 一、化学反应速率 1.表示方法 用单位时间内反应物或生成物的① 　物质的量浓度     的变化来表示,通常 用单位时间内反应物浓度的② 　减少     或生成物浓度的③ 　增加     来表 示。不管用哪种物质表示, 均为正值 。 2.计算公式: ④      v =        。 考点 清单 3.常用单位:⑤ 　mol/(L·s)     或mol/(L·min)。 4.同一反应中用不同物质表示的化学反应速率之间的关系 对于反应 a A(g)+ b B(g)   c C(g)+ d D(g),在同一时间段内化学反应速率 v (A)∶ v (B)∶ v (C)∶ v (D)=⑥       a ∶ b ∶ c ∶ d      。 二、影响化学反应速率的因素 1.内因:⑦ 　物质的结构和性质     是决定化学反应速率的重要因素。 2.外因:对于同一化学反应,改变外界条件可以改变化学反应速率。 (1)浓度:在其他条件不变时,增大反应物的浓度,化学反应速率⑧ 　加快     ; 减小反应物的浓度,化学反应速率⑨ 　减慢     。 (2)压强:对于有气体参加的反应,在其他条件不变时,增大压强会⑩ 加快 化学 反应速率;减小压强会   　减慢     化学反应速率。 (3)温度:在其他条件不变时,升温,化学反应速率   　加快     ;降温,化学反 应速率   　减慢     。 (4)催化剂:使用催化剂能   　改变     化学反应速率。 (5)其他因素:光、电磁波、超声波、 反应物颗粒的大小 、溶剂的性质等。 基础知识 一、化学平衡 1.化学平衡状态 在一定条件下的可逆反应里,当正反应速率与逆反应速率① 相等 时,反应混合物中各组分的浓度② 保持一定 的状态,叫作化学平衡状态,简称化学平衡。 2.化学平衡的移动 一个可逆反应达到平衡状态以后,反应条件(如温度、浓度、压强等)改变, 原平衡体系中各组分的含量也随着改变而达到新的平衡状态,这个过程叫 作化学平衡的移动。 平衡移动的原因: 条件改变,引起 v (正)、 v (逆)发生不等量改变,即 v (正) ≠ v (逆)时平衡才能移动 。 考点二　化学平衡 化学反应进行的方向 二、外界条件对化学平衡移动的影响 1.浓度:在其他条件不变时,增大反应物的浓度或减小生成物的浓度可使平 衡向着③ 　正反应方向     移动。 2.压强:在有气体参加的可逆反应里,其他条件不变时,增大压强(压缩容器 体积),平衡向气体总体积④ 　减小     的方向移动。 压强对平衡的影响,实际上就是浓度对平衡的影响,只有当压强的改变能改 变反应物或生成物的浓度时,平衡才可能移动 。由于压强对固态、液态物 质的体积影响非常小,压强的改变几乎不影响这类体系的平衡,因此在考虑 压强对不均匀体系平衡的影响时,只需考虑对参加反应的气态物质的影响 即可。 3.温度:在其他条件不变的情况下,升高温度,平衡向⑤ 　吸热     反应方向 移动;降低温度,平衡向放热反应方向移动。 4.催化剂:使用催化剂能⑥ 　同等程度     地改变正、逆反应速率,即正、逆 反应速率相对不变,所以催化剂对平衡移动无影响。 三、化学反应进行的方向 影响反应自发性的因素是焓变(Δ H )、熵变(Δ S )和温度( T )。要正确判断一 个化学反应能否自发进行,必须综合考虑Δ H 、Δ S 和 T 这三个因素。在恒温 恒压时,有如下判据: 具体可表示为: 类型 Δ H Δ S 反应的自发性 1 <0 >0 一定能自发进行(Δ H - T Δ S <0) 2 >0 <0 一定不能自发进行(Δ H - T Δ S >0) 3 <0 <0 反应的自发性随温度 的变化而改变。Δ H < 0、Δ S <0的反应通常在 低温下自发进行(此时 Δ H - T Δ S <0);Δ H >0、 Δ S >0的反应通常在高 温下自发进行(此时Δ H - T Δ S <0) 4 >0 >0 　　这个判据用文字可表述为:在温度、压强一定的条件下,自发反应总是 向Δ H - T Δ S <0的方向进行,直到达到平衡状态。 知识拓展 浓度、压强影响化学平衡的几种特殊情况 1.当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或纯液体物质时,由于 其“浓度”是恒定的,不随其量的增减而变化,故 改变这些固体或纯液体的 量,对平衡基本无影响 。 2.同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度,应视为压强对平衡的影响, 如某平衡体系中, c (N 2 )=0.1 mol·L -1 、 c (H 2 )=0.3 mol·L -1 、 c (NH 3 )=0.2 mol·L -1 , 当浓度同时增大一倍时,即让 c (N 2 )=0.2 mol·L -1 、 c (H 2 )=0.6 mol·L -1 、 c (NH 3 ) =0.4 mol·L -1 ,此时相当于压强增大一倍,平衡向生成NH 3 的方向移动。 3. 在恒容的密闭容器中,当改变其中一种气体的浓度时,必然同时引起压强 改变,但判断平衡移动的方向时,仍应从浓度对平衡的影响角度去考虑 。 4.惰性气体对化学平衡的影响 (1) 若容器恒温、恒容,充入惰性气体 虽改变了容器内气体的总压强,但却 没有改变各反应气体的浓度 ,化学反应速率不变,故平衡不移动; (2) 若容器恒温、恒压,充入惰性气体 就会使容器的容积增大,虽未减小容 器内气体的总压强,但却 降低了各反应气体的分压和浓度 ,正、逆反应速率 均减小,化学平衡会向气体体积增大的方向移动。 考点三　化学平衡的相关计算 一、化学平衡常数 1.化学平衡常数定义 在一定温度下,当一个可逆反应达到化学平衡时,生成物浓度幂之积与反应 物浓度幂之积的比值是一个常数,这个常数就是该反应的化学平衡常数,用 符号 K 表示。 对于一般的可逆反应 a A(g)+ b B(g)   c C(g)+ d D(g),在一定温度下达到化 学平衡时有 K =①             。 2.使用化学平衡常数时应注意的问题 (1) 化学平衡常数只与温度有关,与反应物、生成物的浓度无关。 (2)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时,其浓度可看作“1”而不代 入化学平衡常数的计算公式中。 (3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变,则平衡 常数改变;若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小,尽管是同 一反应,平衡常数也会改变。 3.化学平衡常数的应用 (1)判断、比较可逆反应进行的程度 (2)判断可逆反应是否达到平衡及不平衡时反应进行的方向 对于可逆反应: m A(g)+ n B(g)   p C(g)+ q D(g),在一定温度下的任意时刻: Q c =   。 K 值 正反应进行的程度 反应物转化率 越大 越大 越高 越小 越小 越低   (3)判断可逆反应的反应热 升高温度,若 K 值增大,则正反应为吸热反应;若 K 值减小,则正反应为放热反 应。 二、与化学平衡有关的计算 1.平衡转化率 平衡转化率是指平衡时已转化了的某反应物的量与转化前该反应物的量 之比,用来表示反应限度。对于反应 a A+ b B   c C+ d D,反应物A的平衡转 化率可以表示为: α (A)=   × 100%=   × 100%=   × 100% 2.生成物的产率 生成物的产率是实际产量占理论产量的百分数。一般来说,转化率越高,原 料利用率越高,产率越高。 产率=   × 100% 3.混合物中某组分的百分含量=   × 100%。 变化观念与平衡思想 　 化学平衡状态的标志与图像 　　根据“可变量不变则平”,即可以变化的“相关量”,到达某一时刻不 再发生变化,则可逆反应达到了化学平衡状态。结合变化观念与平衡思想, 从多角度、动态地分析化学平衡图像,解决简单的化学实际问题。 一、判断可逆反应达到化学平衡状态的标志 1. v 正 = v 逆 (指的是同一物质的正反应速率与逆反应速率相等)。 2.反应混合物中各组分的含量(如质量分数、体积分数、物质的量分数)保 持不变。 3.对于密闭容器中的反应 m A(g)+ n B(g)   p C(g)+ q D(g),根据对化学平衡 概念的理解,判断下列各情况是否达到平衡。 知能拓展 可能的情况举例 是否达到平衡 混合物体 系中各成 分的含量 各物质的物质的量或各物质的 物质的量分数一定 平衡 各物质的质量或各物质的质量 分数一定 平衡 各气体的体积或体积分数一定 平衡 总压强、总体积、总物质的量 一定 不一定平衡 正、逆反 应速率 的关系 在单位时间内消耗了 m mol A的 同时生成了 m mol A,即 v 正 = v 逆 平衡 在单位时间内消耗了 n mol B的 同时生成了 p mol C 不一定平衡 v (A)∶ v (B)∶ v (C)∶ v (D) = m ∶ n ∶ p ∶ q 不一定平衡 在单位时间内生成了 n mol B,同 时消耗了 q mol D 不一定平衡 压强 压强不再变化,当 m + n ≠ p + q 时 平衡 压强不再变化,当 m + n = p + q 时 不一定平衡 混合气体的 平均相对分 子质量   一定,当 m + n ≠ p + q 时 平衡   一定,当 m + n = p + q 时 不一定平衡 气体的密度 密度一定 不一定平衡 颜色 反应体系的颜色不变,即有色物 质的浓度不变 平衡 例1(2019吉林一中期中,16)在一定温度下的恒压容器中,进行可逆反应A (g)+B(g)   C(g)+2D(g)。下列能说明该反应达到平衡状态的是   (　　) ①反应混合物的密度不再改变 ②混合气体的平均相对分子质量不再改变 ③C和D的物质的量之比为1∶2 ④体系压强不再改变 ⑤C的质量分数不再改变 ⑥ v (A)∶ v (C)=1∶1 A.①②④⑤　　B.①②⑤ C.②⑤⑥　　D.①②③④⑤⑥ 解题导引　根据“可变量不变则平”进行判断,注意反应速率的比值问题, 表示时需要指明反应的方向。 解析　①恒温恒压下,容器体积可变,气体总质量不变, ρ =   ,故密度不变时, 反应一定达到平衡状态;②   =   ,气体总质量不变,总物质的量可变,故气 体的平均相对分子质量不再改变时,反应一定达到平衡状态;⑤气体总质量 不变,C的质量分数可变,当可变量不再改变时可说明该反应达到平衡状态; ③C和D的物质的量之比为1∶2时反应不一定达到平衡状态;⑥由于未指 明反应速率的方向,故当 v (A)∶ v (C)=1∶1时,反应不一定达到平衡状态;故 正确答案为B。 答案    B 二、化学反应速率及化学平衡图像的分析方法 1.图像类型及特点 (1)速率-压强(或温度)图像 特点:曲线的意义是压强(或温度)对正、逆反应速率的影响。图中交点是 平衡状态,压强(或温度)增大后正反应速率增大的程度大,平衡正向移动。 (2)平衡转化率(或质量分数等)-压强-温度图像   　       图1　　　　　　　　　　　图2 图1特点:表示两个外界条件同时变化时,A的平衡转化率的变化规律。解 决这类图像题,采用“定一议二”法,即把自变量(温度、压强)之一设为恒 量,讨论另外两个变量的关系。 图2特点:曲线上的点表示平衡状态,而X、Y点则未达平衡状态,使反应由X 点达到平衡状态,反应需向B的百分含量减小的方向进行;要使反应由Y点 达到平衡状态,反应需向B的百分含量增大的方向进行。 (3)质量分数-时间图像   特点:表示不同条件下反应速率的快慢以及平衡混合物中D的质量分数大 小。解题方法是“先拐先平,数值大”,即曲线先出现拐点的首先达到平 衡,反应速率快,以此判断温度(或压强)的高低(或大小),再依据外界条件对 平衡的影响分析。 2.一般解题思路——“四看” 一看面 :即看清坐标所代表的意义。 二看线 :看准线的走向、变化趋势及量的变化(需作辅助线、等温线、等 压线等)。 三看点 :弄懂曲线上点的意义,特别是一些特殊点(如起点、交点、转折 点、极值点等)。 四看量 :看横坐标和纵坐标所表示的物理量的变化。 例2(2019湖南长沙一中月考四,15)向某密闭容器中加入0.3 mol A、0.1 mol C和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应,各物质浓度随时间变化 如图甲所示[ t 0 ~ t 1 阶段 c (B)未画出]。图乙为 t 2 时刻后改变条件体系中反应 速率随时间变化的情况,且四个阶段都各改变一种不同的条件并且改变的 条件均不同。已知, t 3 ~ t 4 阶段改变的条件为使用催化剂。下列说法正确的 是       (　　)   A.若 t 1 =15 s,则生成物C在 t 0 ~ t 1 时间段的反应速率为0.004 mol·L -1 ·s -1 B. t 4 ~ t 5 阶段改变的条件为降低反应温度 C.B的起始物质的量为0.02 mol D. t 5 ~ t 6 阶段改变的条件可能是增大压强 解题导引　根据化学平衡的基本图像进行判断,确定四个阶段所改变的具 体条件,推导化学方程式。 解析    A项, v (C)=   =   =0.004 mol·L -1 ·s -1 ,故A正确。B项,在 t 4 - t 5 阶段,平衡没有移动,反应速率减小,则应为降低压强,故B错误。C项,由图 分析可知,加入0.3 mol A,起始浓度为0.15 mol·L -1 ,则容器体积为2 L;达到平 衡后,A减少0.18 mol,C增加0.12 mol,则A为反应物,C为生成物,且A与C的化 学计量数之比为3∶2;降低压强平衡没有移动,则反应前后化学计量数之和 相等,反应方程式为3A(g)   B(g)+2C(g),B的起始物质的量为0.04 mol,故 C错误。D项, t 5 - t 6 阶段改变的条件应是升高温度,故D错误。 答案   A     证据推理与模型认知 　 化学平衡的计算 　　在化学平衡计算中,构建解决平衡问题的“三段式”模型,应用模型解 决化学平衡常数的计算、反应物转化率的计算、生成物产率的计算、物 质体积分数或物质的量分数的计算等。 反应: m A(g)+ n B(g)   p C(g)+ q D(g),令A、B起始物质的量分别为 a mol、 b mol,达到平衡后,A的消耗量为 mx mol,容器容积为 V L。 m A(g)　+     n B(g)   p C(g)　+     q D(g) 起始(mol)　     a 　     b 　　0　　0 变化(mol)　     mx 　     nx 　     px 　     qx 平衡(mol)　     a - mx 　     b - nx 　     px 　     qx 则有:(1)平衡常数 K =   。 (2)反应物: n (平衡)= n (起始)- n (变化); 生成物: n (平衡)= n (起始)+ n (变化)。 (3)平衡时A的物质的量浓度: c 平 (A)=   mol·L -1 。 (4)A的转化率: α (A)=   × 100%,A、B的转化率之比为 α (A)∶ α (B)=   ∶ 。 (5)平衡时A的体积分数: φ (A)=   × 100%。 (6)若反应在恒温恒容条件下进行,平衡时和开始时的压强比:   =   。 (7)混合气体的密度: ρ (混)=   g·L -1 。 (8)混合气体的平均摩尔质量:   =   g·mol -1 。 例3(2019河南顶级名校二测,12)将1 mol M(g)和2 mol N(g)置于2 L的密闭 容器中,发生反应:M(g)+2N(g)   P(g)+Q(g)    Δ H 。反应过程中测得P的 体积分数在不同温度下随时间的变化如图所示。下列说法不正确的是   (　　) A.在温度 t 1 下,反应从开始到恰好平衡: v (Q)=0.05 mol·L -1 ·min -1 B.在温度 t 1 下,平衡时N的转化率为50% C.该反应的Δ H <0 D.X、Y两点的逆反应速率 v (X)> v (Y) 解题导引　①“三段式”的应用;②“先拐先平,数值大”。 解析     t 1 温度下:M(g)　+　2N(g)   　P(g)　+　Q(g) 　　始:　　1 mol　　2 mol　　0 mol　　0 mol 　　转:　     x mol　　2 x mol　     x mol　     x mol 　　平:　　(1- x ) mol　　(2-2 x ) mol　     x mol　     x mol 由图中信息可知   × 100%=20%,解得 x =0.5。 v (Q)=   =0.05 mol·L -1 ·min -1 ,A正确;在温度 t 1 下,平衡时N的转化率为   × 100%=50%,B正确;由图中信息可知 t 1 < t 2 ,降温,P的体积分数增大, 说明平衡正向移动,Δ H <0,C正确;温度越高,反应速率越大, t 2 > t 1 ,且P的体积 分数Y点大于X点,故Y点逆反应速率大于X点逆反应速率,D不正确。 答案   D 平衡图像和平衡移动原理在物质合成上的应用。如合成NO 2 气体,为硝酸 的工业生产作指导。 实践探究 例题(2019江苏单科,15,4分)在恒压、NO和O 2 的起始浓度一定的条件下,催 化反应相同时间,测得不同温度下NO转化为NO 2 的转化率如图中实线所示 (图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正 确的是   (　　)   A.反应2NO(g)+O 2 (g)   2NO 2 (g)的Δ H >0 B.图中X点所示条件下,延长反应时间能提高NO转化率 C.图中Y点所示条件下,增加O 2 的浓度不能提高NO转化率 D.380 ℃下, c 起始 (O 2 )=5.0 × 10 -4 mol·L -1 ,NO平衡转化率为50%,则平衡常数 K > 2000 解析　从虚线可知,随温度升高NO平衡转化率逐渐降低,说明平衡逆向移 动,则NO与O 2 生成NO 2 的反应为放热反应,Δ H <0,A项错误;图像中实线的最 高点为恰好平衡点,X点未达到平衡,延长时间反应继续向右进行,NO转化 率增大,B项正确;Y点为平衡点,增大O 2 浓度,平衡正向移动,可以提高NO转 化率,C项错误;该反应的平衡常数表达式为 K =   ,因该温度下NO 转化率为50%,则 K =   >   =2 000,D项正确。 答案   BD 本题价值　利用化学图像来考查化学平衡原理,这是高考的常考形式。图 像的分析要注意横纵坐标的意义以及曲线的变化情况,对图像上的点进行 定性与定量相结合的分析。