高考化学专题复习——化学反应速率与化学平衡1 17页

‎2014高考必备专题——化学反应速率和化学平衡 ‎【考纲解读】‎ 一、化学反应速率 ‎1．定义：单位时间内反应物或生成物的物质的量的变化（以单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示），用来衡量化学反应进行快慢的物理量。‎ ‎2．表达方式 ，式中Δc(A)表示物质A的物质的量浓度的变化，单位为mol/L，Δt表示时间，单位为s（秒）、min（分）、h（时）。v(A)表示物质A的化学反应速率。单位是mol/(L·s)或mol/(L·min)或mol/(L·h)。‎ ‎3．化学反应速率的规律 同一化学反应，用不同物质的量浓度变化变化表示的化学反应速率之比等于化学方程式中相应物质的计量数之比。这是有关化学反应速率的计算或换算的依据。如：对于化学反应：a A(g) + b B(b) = c C(g) + d D(g)，则存在v(A)：v(B)：v(C)：v(D) = a：b：c：d。‎ 注意：⑴化学反应速率均为正值；‎ ‎⑵化学反应速率通常是指某种物质在某一段时间内化学反应的平均速率，而不是指某一时刻的瞬时速率；‎ ‎⑶由于在反应中纯固体和纯液体的浓度是恒定不变的，因此对于有纯固体和纯液体参加的反应，一般不用纯固体或纯液体来表示化学反应速率 ‎⑷对于同一化学反应，在相同的反应时间内，用不同的物质来表示其反应速率，其速率的值可能不同，但这些不同的数值表示的是同一个化学反应在同一段时间内的反应，所以为相同的速率。所以比较速率时不能只看速率的数值，还要说明是用那种物质表示的速率。‎ ‎（5）化学反应速率大小的比较 由于同一化学反应速率用不同物质表示时数值可能不同，所以比较反应的快慢不能只看数值的大小，而要进行一定的转化。‎ ‎①看单位是否统一，若不统一，换算成相同的单位。‎ ‎②换算成同一物质表示的速率，再比较数值的大小。‎ ‎③比较化学反应速率与化学计量数的比值，即对于一般反应aA＋bB===cC＋dD，比较与，若＞，则A表示的反应速率比B大。‎ 二、影响化学反应速率的因素 主要因素为内因：参加化学反应的物质的性质是决定化学反应速率的主要原因。反应的类型不同，物质的结构不同，都会导致反应速率的不同。‎ 外因的影响:‎ ‎1.浓度对化学反应速率的形晌 ‎(1)结论:当其他条件不变时.增加物质的浓度可以加快化学反应速率。减小物质的浓度可以使化学反应速率减慢。‎ ‎(2)理论解释：在其他条件不变时，对某一反应来说.活化分子在反应物分子中所占的百分数是一定的.当增大反应物的浓度时，活化分子数增多，因此有效碰搜次数增多，所以化学反应速率加快.因此，增加反应物浓度可以加快化学反应速率。‎ ‎(3)注意事项：‎ ‎①对于纯液体和固体物质，可认为其浓度是一个常数，它们的里的改变不会形响化学反应速率。‎ ‎②固体反应物颗粒的大小，能够影晌物体的接触面积，进而影响化学反应速率。在固体质量相等的情况下，固体的颗粒越小，与物质的接触面积越大，有效碰撞次数越多，化学反应速率越快。‎ ‎2.压强对化学反应速率的影晌 ‎(1)结论:对于有气体参加的化学反应，当其他条件不变时，增大气体的压强.可以加快化学反应速率，减小气体的压强，则减慢化学反应速率。‎ ‎(2)理论解释:在其他条件不变时，增大压强，则使气体体积减小，气体的浓度增大，单位体积内的活化分子数增多，从而增加了有效碰撞的次数，使化学反应速率加快。因此增大压强，化学反应速率加快.当减小压强时，气体体积增大，单位体积内的活化分子数减少，有效碰撞次数减少，反应速率减慢。‎ ‎⑶注意事项：‎ ‎①在讨论压强对化学反应速率的影响时，应区分引起压强改变的原因，对于气体参加的反应体系来说，有以下几种情况 a.恒温时，增加压强→体积减小→浓度增大→化学反应速率加快 b.恒容时，充入气体反应物→压强增大→浓度增大→化学反应速率加快 ‎ 恒容时，充入稀有气体→总压强增大，但各物质的浓度不发生变化，所以化学反应速率不变 c.恒压时，充入稀有气体→体系体积增大→各反应物浓度减小→反应速率减漫 ‎②由于压强改变时，固体、液体或溜液的体积影响很小，因而它们对浓度改变的影响也很小，可以认为改变压强时对它们的反应速率无影晌。‎ ‎3.温度对化学反应速率的影响 ‎(1)结论:当其他条件不变时，升高温度，可以加快化学反应速率，降低温度，化学反应速率减慢。‎ ‎(2)理论解释:当其他条件不变时，升高湿度，可以增加物质分子的能量，使活化分子的百分含量增加，有效碰撞次数增多，化学反应速率加快；若降低温度，则减少了活化分子的百分含里，有效碰撞改数减少，化学反应速率减慢。‎ ‎(3)注意事项:‎ a.由于升高温度直接改变了活化分子的百分含量，所以温度的改变对于化学反应速率的改变比浓度和压强的改变大，一般温度每升高‎10℃‎，化学反应速率加快2~4倍。‎ b.升高温度，可以增加所有分子的能量，所以温度对于所有的反应的有影响。‎ ‎4．催化剂对化学反应速率的影响 ‎⑴结论：当其他条件不变时，加入催化剂（一般指正催化剂）可以加快化学反应速率。‎ ‎⑵理论解释：当其他条件不变时，加入催化剂，可以改变化学反应的途径，降低化学反应的活化能，使活化分子的百分含量增加，有效碰撞次数增加，化学反应速率加快。‎ ‎⑶注意事项：‎ a．催化剂：能改变化学反应速率，而本身的组成、质量以及化学性质不发生改变的物质。‎ b．催化剂的活性往往因接触少量杂质而明显下降，甚至遭到破坏，这种现象叫做催化剂中毒，工业上为了防止催化剂中毒，要把原料进行净化处理以除去杂质。‎ c．由于加入催化剂可以在很大程度上增加活化分子的百分含量，所以加入催化剂可以成千上万倍的加快化学反应速率。‎ ‎5．其他因素的影响 光、超声波、激光、放射线、电磁波、反应物颗粒大小、扩散速率、溶剂等因素也都能对某些化学反应的反应速率产生一定的影响，另外形成原电池也是加快化学反应速率的一种方法。‎ ‎6．浓度、压强、温度、催化剂的变化与活化分子的分数、有效碰撞次数及反应速率的关系。‎ 条件变化 反应体系内变化 注意点 浓度增大 单位体积内分子总数增加，反应速率增大。‎ 活化分子百分数不变，由于单位体积内分子总数增多， 引起 单位体积内活化分子总数增多。‎ 压强增大 单位体积内气体分子总数增加，反应速率增大。‎ 无气体物质参加或生成的反应，压强变化不影响反应速率。可逆反应中，增大压强正、逆反应速率都加快，减小压强逆 反应速率都减慢。 ‎ 温度升高 分子的平均能量升高，使反应速率增大。‎ 温度每升高‎10℃‎，反应速率通常增大到原来的2～4倍。可逆反应中，升高温度正、逆反应速率都增大，降低温度正、逆反应速率都减小。 ‎ 使用正催化剂 改变了反应历程，反应易于发生，使反应速率增大。‎ 催化剂降低了活化能，使一部分原先的非活化分子变为活化分子，提高了活化分子的百分数。催化剂对反应速率的影响很大，‎ 是工业生产中改变反应速率的主要手段。正逆反应速率都增大，且正逆反应速率以相同的幅度增大。‎ ‎7.数形结合思想——用化学反应速率图像突破化学平衡概念 速率—时间图像定性揭示了v正、v逆随时间(含条件改变对速率的影响)而变化的规律，体现了外界条件改变对可逆反应速率的影响，以及由此引发的平衡移动。‎ 平衡体系 条件变化 速率变化 平衡变化 速率变化曲线 任一平衡体系 增大反应物的浓度 v正、v逆均增大，且v正′>v逆′‎ 正向移动 减小反应物的浓度 v正、v逆均减小，且v逆′>v正′‎ 逆向移动 任一平衡体系 增大生成物的浓度 v正、v逆均增大，且v逆′>v正′‎ 逆向移动 减小生成物的浓度 v正、v逆均减小，且v正′>v逆′‎ 正向移动 正反应方向为气体体积增大的放热反应 增大压强或升高温度 v正、v逆均增大，且v逆′>v正′‎ 逆向移动 减小压强或降低温度 v正、v逆均减小，且v正′>v逆′‎ 正向移动 任意平衡或反应前后气体化学计量数和相等的平衡 正催化剂或增大压强 v正、v逆同等倍数增大 平衡不移动 负催化剂或减小压强 v正、v逆同等倍数减小 例1. （2013·四川理综化学·6）在一定温度下，将气体X和气体Y各0.16mol充入‎10L恒容密闭容器中，发生反应X(g)＋Y(g) 2Z(g) △H < 0, 一段时间后达到平衡，反应过程中测定的数据如下表：‎ ‎ t/min ‎2‎ ‎4‎ ‎7‎ ‎9‎ n(Y)/mol ‎0.12‎ ‎0.11‎ ‎0.10‎ ‎0.10‎ ‎ 下列说法正确的是 A.反应前2min的平均速率ν(Z)=2.0×10－3mol·L－1·min-1‎ ‎ B.其他条件不变，降低温度，反应达到新平衡前ν(逆)> ν(正)‎ ‎ C.该温度下此反应的平衡常数K=1.44‎ D. 其他条件不变，再充入0.2molZ，平衡时X的体积分数增大 答案.C 三、化学平衡 ‎1．化学平衡的标志 ‎（1）定义 在一定条件下的可逆反应，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，叫做化学平衡状态，简称化学平衡 ‎（2）可逆反应：在相同条件下，既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应，化学方程式中向右进行的反应叫正反应，向左进行的反应叫逆反应。可逆反应的特点：整个体系中无论反应物还是生成物在反应结束后都不会消失。‎ ‎ (3)化学平衡的标志是:① V正=V逆:②各组分的物质的量、质量、含量保持不变。‎ ‎ 2.速度与平衡的关系 ‎ (1) V正>V逆，平衡向正反应方向移动。‎ ‎ (2) V正=V逆，平衡不移动。‎ ‎ (3) V正 0平衡的玉要原因是正反应速率等于逆反应速率。‎ ‎ ③“定”:平衡时组分的百分含量不变。反应物和生成物在整个体系中都含有，但是它们的百分含量一定，不再改变。‎ ‎ (4)“变”:若条件改变，则化学平衡破坏，并在新条件下继续建立新的平衡。当改变条件，使v(正)≠v(逆)时，平衡不再存在，反应继续向平衡方向进行。依理可逆反应总是向建立平衡的方向进行的。‎ ‎ 4.化学平衡状态的判断 ‎ 可逆反应达到平衡时，V正=V逆，即单位时音内任一物质生成多少，就消耗多少.表现在外部的特点是:各物质的物质的量不变，总物质的量也不变，每一种物质的物质的量的百分含量也不变，混合气体的平均相对分子质量也不变，每种物质的浓度也不变，如温度、体积 固定，反应容器内的总压，也不随时间的变化而变化。(但对反应前后气体物质分子数相等的可逆反应，就不能用总压、平均分子质量是否随时间变化来判断是否达到了平衡。)‎ ‎（1）直接（特征）标志：‎ ‎①V正=V逆：指反应体系中的用同一种物质来表示的正反应速率和逆反应速率相等，但对不同物质而言，速率不一定相等。‎ 现以N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）为例，在单位时间、单位体积内：‎ ‎ a.若有1mol:消耗(代表V正)，同时有1molN:生成(代表V逆）。同种物质只需考虑量是否相同，所以有1mo1N2消耗必然同时有1mo1N2生成，即V正(N2)= V逆(N2).‎ b.若有1molN2消耗(代表V正)，同时有3molH:生成(代表V逆）.不同种物质要考虑化学计量数，由化学方程式知N2和H2化学计量数之比为1: 3:所以有1molN2消耗必然同时有3mol H2生成，‎ 即V正(H2) =3 V逆(N2)，由此可见两者数值不相等.‎ ‎ c.同理可得以下关系:若有lmo1N2消耗(代表V正)，同时有2mol NH3消耗(代表V逆），若有nmolN2消耗(代表V正)，同时有2nmol NH3消耗(代表V逆）……‎ ‎ d.同时还可以推出:若有lmo1N=N健断裂，则有6molN-H键断裂.‎ ‎ ②各物质的百分含量保持不变。‎ ‎ (2)间接(等价)标志:‎ ‎ ①混合气体的总压强、总体积、总物质的量不随时间的改变而改变。(注:m+n≠p)对于反应前后的气体物质的分子总数不相等的可逆反应(如)来说，可利用混合气体的M压、总体积、总物质的量是否随着时间的改变而改变来判断是否达到平衡。对于反应前后气体物质的分子数相等的可逆反应:( )，不能用此标志判断平衡是否到达，因为在此反应过程中，气体的总压、总体积、总物质的量都不随时间的改变而改变。‎ ‎②各物质的浓度不随时间的改变而改变。‎ ‎③各物质的物质的量不随时间的改变而改变·‎ ‎④各气体的体积、各气体的分压不随时间的改变而改变。‎ 小结：判断可逆反应达到平衡状态的方法和依据 例举反应 mA（g）+nB（g）pC（g）+qD（g）‎ 混合物体系中各成分的浓度 ‎（1）各物质的物质的量或各物质的物质的量的分数一定 平衡 ‎（2）各物质的质量或各物质的质量分数一定 平衡 ‎（3）各气体的体积或体积分数一定 平衡 ‎（4）总体积、总压力、总物质的量一定。（如反应前后气体体积不变的反应）‎ 不一定平衡 正逆反应速率的关系 ‎（1）单位时间内消耗了mmolA同时生成mmolA，则v正=v逆（对于同一物质而言）‎ 平衡 ‎（2）在单位时间内消耗了nmolB同时消耗了pmolC，则v正=v逆 平衡 ‎（3）v（A）：v（B）：v（C）：v（D）=m：n：p：q（v正不一定等于v逆）‎ 不一定平衡 ‎（4）在单位时间内生成了n molB，同时消耗了q molD（因均指v逆）‎ 不一定平衡 压强 ‎（1）若m+np+q时，总压力一定（其它条件一定）‎ 平衡 ‎（2）若m+n=p+q时，总压力一定（其它条件一定）‎ 不一定平衡 混合气体的平均相对分子质量Mr ‎（1）当m+np+q时Mr=m（气）/n（总）‎ 平衡 ‎（2）Mr一定时，但m+n=p+q时 不一定平衡 温度 任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时（其他不变）‎ 平衡 体系的密度（）‎ 密度一定（固定容积不变）‎ 不一定平衡 其他 如体系颜色不再变化时等 平衡 四、化学平衡的移动 ‎1. 影响化学平衡的因素 化学平衡移动的实质是外界因素破坏了原平衡状态时v正= v逆的条件，使正、逆反应速率不再相等，然后在新的条件下使正、逆反应速率重新相等，从而达到新的化学平衡。也就是说，化学平衡的移动是：平衡状态→不平衡状态→新平衡状态。‎ ‎（1）浓度对化学平衡移动的影响：⑴增加反应物的浓度 ‎①化学反应速率变化情况：在平衡体系中v(正) = v(逆)，达到平衡态Ⅰ。当增加反应物浓度时，正反应速率加快，逆反应速率不变，则v(正) > v(逆)，平衡向正反应方向移动，当=时，达到平衡态Ⅱ。‎ ‎②图像表示为 ‎②图像表示为：‎ 由图像可知，平衡态Ⅱ的化学反应速率大于平衡态Ⅰ的化学反应速率。‎ ‎③增加生成物的浓度，平衡向逆向移动，且新的平衡时的速率大于原来的平衡速率，‎ ‎⑷减少生成物的浓度 ‎①化学反应速率的变化情况：在平衡体系中v(正) = v(逆)，达到平衡态Ⅰ。当减小生成物的浓度时，正反应速率不变，逆反应速率减慢，则v(正) > v(逆)，平衡向正反应方向移动，当=时，达到平衡态Ⅱ。‎ 由图像可知，平衡态Ⅱ的化学反应速率大于平衡态Ⅰ的化学反应速率。‎ c．结论：增大压强，平衡向气体总体积缩小的方向移动，且新平衡时的速率大于原来的平衡速率。‎ ‎②减小体系压强 a．化学反应速率变化情况：在平衡体系中v(正) = v(逆)，达到平衡态Ⅰ。当减小体系压强时，由于反应物和生成物的浓度都减小，所以正逆反应速率都减慢，但由于a+b >c +d，系数越大，速率改变也越大，则v(正) < v(逆)，平衡向逆向移动，当=时，达到平衡态Ⅱ。‎ ‎②减小体系压强 a．化学反应速率变化情况：在平衡体系中v(正) = v(逆)，达到平衡态Ⅰ。当减小体系压强时，由于反应物和生成物的浓度都减小，所以正逆反应速率都减慢，但由于a+b = c +d，系数相等，速率改变也相等，则v(正) = v(逆)，平衡不移动。‎ b．图像表示为：‎ 由图像可知，平衡态Ⅱ的化学反应速率大于平衡态Ⅰ的化学反应速率。‎ ‎③结论：升高温度。平衡向吸热方向移动，且新平衡的速率大于原来的平衡速率。‎ ‎⑵降低温度 ‎①化学反应速率的变化情况：在平衡体系中v(正) = v(逆)，达到平衡态Ⅰ。当降低温度时，整个体系中各物质的能量都降低，则正、逆反应速率都减慢，而吸热反应方向的速率减少更快，则v(正) > v(逆)，平衡向正向移动，当=时，达到平衡态Ⅱ。‎ ‎②图像表示为 ‎2.由浓度变化引起平衡正向移动时，反应物的转化率的变化应具体分析：‎ ‎⑴对于有多个反应物的可逆反应，如果增大某一反应物的浓度，则该物质自身的转化率减小，其他物质的转化率增大；‎ ‎⑵若按原比例同倍数的增加反应物的量，平衡正向移动，此时反应物的转化率与反应条件和反应前后气体物质的化学计量数的变化有关：‎ ‎①在恒温恒压下，反应物的转化率不变；‎ ‎②在恒温恒容的条件下：若反应前后气体物质的化学计量数不变，反应物的转化率不变；若反应后气体物质的化学计量数增大，反应物的转化率减小；若反应后气体物质的化学计量数减小，则反应物的转化率增大。‎ ‎⑶对于只有一种物质参加的可逆反应，增大反应物的量，平衡正向移动，反应物的转化率有三种情况：‎ ‎①若反应前后气体物质的化学计量数不变，反应物的转化率不变；‎ ‎②若反应后气体物质的化学计量数增大，反应物的转化率减小；‎ ‎③若反应后气体物质的化学计量数减小，则反应物的转化率增大。‎ ‎3.勒夏特列原理：‎ 如果改变影响平衡的条件之一（如温度、压强，以及参加反应的化学物质的浓度），平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。‎ 说明：‎ ‎（1）改变影响平衡的条件，只能是浓度、压强和温度。 其中压强只针对有气体参加的可逆反应。‎ ‎（2）原理的适用范围是只有一个条件发生变化时的可逆反应，多项条件改变时的情况比较复杂，一般不考虑。‎ ‎（3）平衡移动的结果是只能减弱外界条件的变化，但不能抵消。‎ 总之：加谁减谁，但绝不能抵消这种改变。‎ ‎3.化学平衡的计算 产率=产物实际产量/理论产量×100%‎ ‎③混合物组分的百分含量＝‎ ‎（3）三个常用公式 ‎①T、V相同时，Ｐ１／Ｐ２＝ｎ１／ｎ２或Ｐ／△Ｐ＝ｎ／△ｎ ‎②混合气体的相对分子质量M＝m／n（运用质量守恒定律计算混合气体的质量ｍ，运用方程式的计量数计算混合气体的总物质的量ｎ）‎ ‎③混合气体的密度D＝m／V（运用质量守恒定律计算混合气体的质量ｍ，注意恒容和恒压对体积的影响）‎ ‎4.化学平衡图像 Ⅰ.对于化学反应速率的有关图象问题，可按以下的方法进行分析：‎ ‎（1）认清坐标系，搞清纵、横坐标所代表的意义，并与有关的原理挂钩。‎ ‎（2）看清起点，分清反应物、生成物，浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物一般生成物多数以原点为起点。‎ ‎（3）抓住变化趋势，分清正、逆反应，吸、放热反应。升高温度时，v（吸）>v(放)，在速率-时间图上，要注意看清曲线是连续的还是跳跃的，分清渐变和突变，大变和小变。例如，升高温度，v(吸)大增，v(放)小增，增大反应物浓度，v(正)突变，v(逆)渐变。‎ ‎（4）注意终点。例如在浓度-时间图上，一定要看清终点时反应物的消耗量、生成物的增加量，并结合有关原理进行推理判断。‎ Ⅱ.对于化学平衡的有关图象问题，可按以下的方法进行分析：‎ ‎（1）认清坐标系，搞清纵、横坐标所代表的意义，并与勒沙特列原理挂钩。‎ ‎（2）紧扣可逆反应的特征，搞清正反应方向是吸热还是放热，体积增大还是减小、不变，有无固体、纯液体物质参加或生成等。‎ ‎（3）看清速率的变化及变化量的大小，在条件与变化之间搭桥。‎ ‎（4）看清起点、拐点、终点，看清曲线的变化趋势。‎ ‎（5）先拐先平。例如，在转化率-时间图上，先出现拐点的曲线先达到平衡，此时逆向推理可得该变化的温度高、浓度大、压强高。‎ ‎（6）定一议二。当图象中有三个量时，先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。‎ ‎（7）常见平衡图像类型 ‎(1)浓度—时间图：此类图像能说明平衡体系中各组分在反应过程中的浓度变化情况。如A＋B ‎ AB反应情况如图1所示，解该类图像题要注意各物质曲线出现折点(达到平衡)的时刻相同，各物质浓度变化的内在联系及比例符合化学方程式中的化学计量数关系。‎ ‎(2)速率—时间图：如Zn与足量盐酸的反应，反应速率随时间的变化出现如图2所示的情况，解释原因：AB段(v渐增)，因反应为放热反应，随反应的进行，温度渐高，导致反应速率增大；BC段(v渐小)，则主要原因是随反应的进行，溶液中c(H+)渐小，导致反应速率减小。故分析时要抓住各阶段的主要矛盾，认真分析。‎ ‎(3)含量—时间—温度(压强)图：常见形式有如下几种。(C%指产物的质量分数；B%指某反应物的质量分数)‎ ‎(4)恒压(温)线(如图3所示)：该类图的纵坐标为物质的平衡浓度(c)或反应物的转化率(α)，横坐标为温度(T)或压强(p)，常见类型如下所示：‎ ‎(5)其他：如图4所示曲线是其他条件不变时，某反应物的最大转化率(α)与温度(T)的关系曲线，图中标出的1、2、3、4四个点，表示v正>v逆的点是3，表示v正