（课堂设计）2014-2015年高中化学 第二章 化学反应的方向、限度与速率（课件+试题）（打包9套） 鲁科版选修4
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（课堂设计）2014-2015年高中化学 第二章 化学反应的方向、限度与速率（课件+试题）（打包9套） 鲁科版选修4,课堂,设计,年高,化学,第二,化学反应,方向,限度,速率,课件,试题,打包,鲁科,选修
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第一节 化学反应的方向 图 片 导 入 目 标 定 位 我们已接触过很多化学反应，有些反应极易进行，有些很难反应，那么是什么因素影响化学反应的发生呢？如何判断一个化学反应能否进行呢？ H 温 故 反应焓变与反应能否自发进行有无必然联系？ 提示： 反应焓变是产物总焓与反应物总焓之差。与反应能否自发进行没有必然联系，有些放热反应能自发进行，而有些放热反应不能自发进行。 知 新 学案导学 一、自发过程和自发反应 1 自发过程 在温度和压强一定的条件下， 借助光、电等外部力量就能的过程，称为自发过程。如水由高处流向低处的过程、热由高温物体传向低温物体的过程都属于自发过程。 不 自动进行 2 自发反应 自发过程若为化学过程则称为 。 自发过程是不借外力而自动进行的过程，但并不是没有任何条件的，而是必须在一定 和 前提下不借助于外力。 二、反应焓变与反应方向 1 能量判据 经验表明，自发过程的共同特点是体系趋向于从高能量状态转变为低能量状态 ( 此时体系会对外部做功或者释放热量 ) ，由此总结出的经验规律即为能量判据。 自发反应 温度 压强 2 焓变与反应方向 分析化学反应及其焓变可知： ( 1 ) 多数能自发进行的化学反应是 反应。 ( 2 ) 有些 反应在常温常压下或较高温度下也能自发进行，所以反应 是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是 因素。 放热 吸热 焓变 唯一 三、反应熵变与反应方向 1 熵 ( 1 ) 含义：描述体系 的一个物理量，符号为 。 ( 2 ) 大小判据 物质的混乱度：体系的混乱度越大，熵值 ； 同一条件下，不同物质的熵 ； 物质的存在状态：同一物质： S ( g ) S ( l) S ( s ) 。 混乱度 S 越大 不同 2 熵变 ( 1 ) 概念：反应产物总熵与反应物总熵之差。 ( 2 ) 正负判断依据 气体体积、物质的量增大的反应，是熵 的反应， S 为正值； 气体体积、物质的量减小的反应，是熵 的反应， 增加 减小 3 熵变与反应方向 ( 1 ) 熵 有利于反应自发进行。 ( 2 ) 某些熵 的反应在一定条件下也能自发进行。 ( 3 ) 有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行，但在 下可以自发进行。 反应的熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素，但也不是 因素。 增加 减小 高温 唯一 四、熵变和焓变对反应方向的共同影响 1 反应方向的判断依据 在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既与反应的 有关，也与反应的 有关。 研究表明，在 一定的条件下，化学反应的方向是反应的 共同影响的结果。反应方向的判据为 。 焓变 熵变 温度和压强 焓变和熵变 H 2 反应方向的具体判据形式 ( 1 ) H T S 0 ，反应 进行。 这个判据用文字表述为：在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向 的方向进行，直至达到 状态。 自发 平衡 不能自发 H B 纯碳和氧气反应生成 C O ( g ) ： S 0 C 气态水变成液态水： S 0 D O 3 ( s ) 受热分解为 C a O ( s ) 和 ( g ) ： S 0 解析： 食盐溶于水是典型的熵增加过程； 2 C( s ) O 2 ( g ) = = = 2 g ) ，气体的物质的量增多，为熵增加的反应；气态水变成液态水是体系混乱度减小的过程，为熵减小的过程； O 3 ( s )的分解产生了气体，为熵增加反应。 答案： C 3 已知某反应 2 C( g ) A( g ) 2 B ( g ) H 0 、 S 0 D H 0 、 S 0 解析： 该反应在室温下不能自发进行，根据 H T S 可知，室温下 H T( 低 ) S 0 ( 1 ) ，但在高温下能自发进行，即 H T( 高 ) S 0 ， S 0 。 答案： D 5 已知：反应 O 3 ( s ) = = = ( 生石灰， s) ( g ) H ( 2 9 8 . 1 5 K ) 1 7 8 . 3 k J m o l 1 S ( 2 9 8 K ) 1 6 9 J m o l 1K 1。 通过计算判断此反应在室温下能否自发进行，并粗略计算此反应能自发进行的最低温度。 解析： H T S 1 7 8 k J m o l 1 2 9 8 K 1 6 9 10 3k J m o l 1K 1 1 2 7 k J m o l 10 ，因此室温下反应不能自发进行。由于该反应为吸热的熵增加反应， 所以升高温度可使 H T S H / S 1 7 8 k J m o l 1/(1 6 9 . 6 10 3k J 1K1) 1 0 5 1 K 时， H T S 0 。 许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发进行。产生气体的反应，气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值，为熵增加反应。 有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高 温度下可以自发进行。 结论：熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素。 在图 ( 1 ) 中 A 、 B 两个容器里，分别收集着两种不同的理想气体。若将中间活塞打开 如图 ( 2 ) ，两种气体分子立即都占有了两个容器。这是一个不伴随能量变化的自发过程。关于此过程的下列说法不正确的是 ( ) 理想气体的自发混合 A 此过程是从混乱程度小向混乱程度大变化的过程，即熵增大的过程 B 此过程为自发过程，而且没有热量的吸收或放出 C 此过程是从有序到无序，混乱度增大的过程 D 此过程是自发可逆的 解析： 气体扩散为熵增过程，可自发进行 ，而其逆过程为熵减过程，不能自发进行， D 项错误。 答案： D 下列过程属于熵增加的是 ( ) A 固体的溶解过程 B 气体扩散过程 C 水蒸气变为液态水 D g ) 2g ) = = = ( g ) 解析： 固体的溶解过程、气体的扩散过程都是体系混乱度增加的过程，即熵增过程。 答案： 探究 3 ：反应方向的复合判据的应用及注意问题是什么？ 1 复合判据的应用 焓变 熵变 所属反应的自发性？ 反应举例 放热 增大 任何温度自发进行 2l) = = = 2 l) g ) 放热 减小 较低温度时自发进行 g ) 3g ) = = = 2 g ) 吸热 增大 高温时自发进行 s ) = = = ( s ) g ) 吸热 减小 任何温度都不能自发进行 2. 在进行判断时应注意以下几点： ( 1 ) 反应的自发性只能用于判断反应的方向，不能确定反应是否一定会发生和过程发生的速率。例如：金刚石有向石墨转化的倾向，但是能否发生，什么时候发生，多长时间才能完成，就不是能量判据和熵判据能解决的问题了。 ( 2 ) 在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰时体系的性质 。如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。例如：石墨经高温高压还是可以变为金刚石的。 ( 3 ) 相同条件下，自发变化的逆过程是非自发过程。 ( 4 ) 自发变化或非自发变化是在给定条件下而言的，若条件改变，自发过程可变为非自发过程，非自发过程也可变为自发过程。 点睛之笔 温度与反应方向的关系示意图 对于化学反应的方向的确定，不仅仅与焓变 ( H ) 有关，也与温度 ( T ) 、熵变 ( S ) 有关。实验证明，化学反应的方向由 H T S 确定，若 H T S 1 2 4 0 K 。 答案： 当温度 T 1 2 4 0 K 时反应自发进行。 第二节 化学反应的限度 课时 1 化学平衡常数和平衡转化率 图 片 导 入 目 标 定 位 在化学反应中，有的反应能瞬间完成且进行到底，有的反应即使再长时间也不能进行到底。这是为什么呢？如何判断和衡量呢？ 烟花 温 故 1 什么是可逆反应？ 提示： 可逆反应是指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。 2 可逆反应能否进行彻底？ 提示： 不能，可逆反应进行到一定程度时，反应物、产物共 存。 知 新 学案导学 1 可逆反应与不可逆反应 在相同条件下，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叫做 ，用 “ ” 表示。 在一定条件下，几乎所有的反应都具有不同程度的可逆性，但有些反应的逆反应进行程度太小而可以忽略，把 的反应叫不可逆反应。例 = = l 等。 可逆反应 几乎完全进行 2 化学平衡状态的含义 在一定条件下，当 时，反应体系中所有参与反应的物质的 保持 。这时的状态是在给定条件下，反应达到 “ ” 。对于 来说，称之为 “ ” 。 正、逆反应速率相等 物质的质量或浓度 恒定 最大限度 可逆反应体系 化学平衡状态 3 化学平衡状态的特征 化学平衡状态具有 “ 逆 ” 、 “ 等 ” 、 “ 动 ” 、 “ 定 ” 、 “ 变 ”等特征。 ( 1 ) 逆：化学平衡研究的对象是 ； ( 2 ) 等：平衡时 v 正 v 逆 0 ( 本质 ) ； ( 3 ) 动：平衡时，反应仍在不断地进行，是 平衡； ( 4 ) 定：平衡时，反应混合物各组分的 保持一定， 保持一定 ( 表象 ) ； ( 5 ) 变：外界条件改变时，平衡可能被破坏，并在新的条件下建立新的化学平衡。 可逆反应 动态 浓度 百分 含量 4 化学平衡常数 ( 1 ) 在一定温度下，当一个 达到化学平衡状态时，生成物 与反应物 的比值是一个常数，这个常数就是该反应的化学平衡常数 ( 简称平衡常数 ) ，符号用 “ ” 表示。 对于一般的可逆反应： m A( g ) n B ( g ) p C( g ) q D( g ) ，当在一定温度下达到化学平衡状态时，平衡常数的表达式为 K Cp Dq Am B n 。 可逆反应 浓度系数幂之积 浓度系数幂之积 K ( 2 ) K 值越大，说明反应进行的程度越 ；反之，反应进行的程度越 。 ( 3 ) K 只受 影响，与反应物或生成物的 无关。 大 小 温度 浓度变化 5 化学平衡常数的书写 ( 1 ) 平衡常数的表达式与化学方程式的 方式有关。对于同一化学反应，由于 方式不同，各反应物、生成物的 不同，平衡常数的表达式就不同。例如， g ) g ) 2 H I ( g ) K H I 22g ) 12g ) H I ( g ) K H I 222 H I ( g ) g ) g ) K H I 2 书写 书写 系数 ( 2 ) 对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为 数，如 ( 1 ) 中 K 1K 。 ( 3 ) 对于有 参加的反应，它们的浓度不列入平衡常数的表达式中。 6 可逆反应达到平衡后各物质浓度的变化关系 反应物：平衡浓度 ， 生成物：平衡浓度 ， 各物质的转化浓度之比等于它们在 。 倒 固体或纯液体 初始浓度 转化浓度 初始浓度 转化浓度 反应中各物质的化学 计量数之比 7 平衡转化率 对于化学反应： a A b B c C d D 反应物 A 的平衡转化率 可以表示为： ( A) A AA 1 0 0 % ， 反应物 B 的平衡转化率 可以表示为： ( B ) B B B 100% 。 自我检测 1 下列哪种说法可以证明反应 3 ) A 一个 N N 键断裂的同时，有三个 H H 键形成 B 一个 N N 键断裂的同时，有三个 H H 键断裂 C 一个 N N 键断裂的同时，有六个 N H 键形成 D 一个 N N 键断裂的同时，有六个 N H 键断裂 解析： N N 键断裂、 N H 键形成都代表正反应速率，不能用于判断反应是否达到平衡。 A 、 D 两项中 H H 键形成、 N 且正、逆反应速率符合化学计量数之比，可以用于证明该反应已达到平衡状态。 答案： 2 高温下，某反应达平衡，平衡常数 K 恒容时，温度升高， 列说法正确的是 ( ) A 该反应的焓变为正值 B 恒温恒容下，增大压强， C 升高温度，逆反应速率减小 D 该反应的化学方程式为 由平衡常数 K H 2 O H 2 ，温度升高时 H 2 浓度减小，说明在恒容时平衡正向移动， H 0 ， A 正确；恒容时反应 ( g ) H 2 H 2 O ( g ) ，在增大压强时 H 2 的浓度不变；升高温度， v 正 和 v 逆 都增大。 答案： A 3 放热反应： g ) g ) g ) g ) 在温度 1 1 m o l L 1，其平衡常数为 他条件不变升高反应体系的温度至 应物的平衡浓度分别为 2和 ，平衡常数为 ( ) A 若增大 度， 1都增大 B 2 D 1 2解析： 对于放热反应，升 高温度，平衡常数减小，平衡左移，故 B 、 D 错误；改变反应体系中任一物质的浓度，平衡常数不变， A 项错误；由于原平衡中 c c H 2 O ，二者在反应中的计量数相等，故新平衡体系中，二者浓度依然相等， C 项正确。 答案： C 4 关于化学平衡常数 K 的说法正确的是 ( ) A 从 K 的大小可以判断化学反应速率的大小， K 值越大则化学反应速率越大 B 对任一给定的可逆反应，温度升高， K 值增大 C 对于可逆反应， K 值越大，则反应物的转化率越大 D 加入催化剂或增大反应物的浓度， K 值增大 解析： K 值越大只能说明反应进行的完全，不能说明反应速率问题，温度影响 K 的大小，但并不一定是温度高 K 增大，还与该反应的吸、放热有关。 答案： C 5 下列有关可逆反应的说法不正确的是 ( ) A 可逆反应是指在同一条件下能同时向正逆两个方向进行的反应 B 2 H I C 2= =点燃2 2= =电解2 互为可逆反应 D 只有可逆反应才存在化学平衡 解析： C 项中两个反应是在不 同的条件下进行的，故不能称之为可逆反应。 答案： C 名师点睛 探究 1 ：化学平衡状态的判断方法有哪些？ 化学平衡状态的判断方法 1 直接判定： v 正 v 逆 ( 实质 ) ( 1 ) 同一物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率。 ( 2 ) 不同的物质：速率之比等于方程式中的系数比，但必须是不同方向的速率。 2 间接判定： ( 1 ) 各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积 ( 气体 ) 、物质的量浓度保持不变。 ( 2 ) 各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数保持不变。 ( 3 ) 若反应前后的物质都是气体，且系数不等，总物质的量、总压强 ( 恒温、恒容 ) 、平均摩尔质量、混合气体的密度 ( 恒温、恒压 ) 保持不变。 ( 4 ) 反应物的转化率、产物的产率保持不变。 点睛之笔 用图象表示化学平衡的建立过程 一定温度下，可逆反应 2 N g ) 2 g ) g ) 在体积固定的密闭容器中反应，达到平衡状态的标志是 ( ) 单位时间内生成 n m o l 时生成 2 n m o l 单位时间内生成 n m o l 时生成 2 n m o l 用 2 1 混合气体的压强不再改变 混合气体的颜色不再改变 混合气体的平均相对分子质量不再改变 A B C D 以上全部 解析： 生成 n m o l 是消耗 2 n m o l 生成 表示 v 正 v 逆 ，正确； 表示同一方向的反应速率，不能表示 v 正 v 逆 ，不正确； 只要发生反应，或者说不论反应是否达到平衡， 2 1 ，它不能反映可逆反应是否达到平衡，不正确； 温度、体积一定，混合气体压强不再改变，对于反应前后气体体积不相等的反应，说明气体的总物质的量不变，表明已达平衡； 颜色的深浅决定于有色物质 合气体颜色不变，说明 说明已达到平衡，正确； 混合气体的平均相对分子质量 ( M 不变，说明气体的总物质的量 ( n ) 不变，表明已达平衡，正确。 答案： A 在一定温度下向 a L 密闭容器中加入 1 m o l X 气体和 2 m o l Y 气体，发生如下反应 X( g ) 2 Y( g ) 2 Z ( g ) ，此反应达到平 衡的标志是 ( ) A 容器内压强不随时间变化 B 容器内各物质的浓度不随时间变化 C 容器内 X 、 Y 、 Z 的浓度之比为 1 2 2 D 单位时间内消耗 0 . 1 m o l X 同时生成 0 m o l Z 解析： 该反应不是等体积反应，只要压强不变，各物质物质的量浓度也不变，可证明平衡已建立，故 A 、 B 选项均正确；而平衡时， X 、 Y 、 Z 的物质的量浓度之比并不一定是 1 2 2 ，C 选项错误；单位时间消耗 X 和生成 Z ，描述的是同一反应方向，不存在 v 正 和 v 逆 的关系，故也不能判断该平衡已建立。 答案： 探究 2 ：化学平衡常数有哪些方面的 应用 化学平衡常数的应用 1 K 的大小表示可逆反应进行的程度， K 越大说明正反应进行的越完全。 一般来说，如果一个反应的平衡常数大于 105，通常认为反应可以进行得较完全，相反，如果一个反应的平衡常数小于 105，则认为这个反应很难进行。 2 借助平衡常数，可以判断一个化学反应是否达到化学平衡状态。 对于可逆反应 a A( g ) b B ( g ) c C( g ) d D( g ) ，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物的浓度有如下关系： Q C D A B ， Q 叫做该反应的浓度商。 Q v 逆Q K ，反应处于化学平衡状态， v 正 v 逆Q K ，反应向逆反应方向进行， v 正 b c ， A 的转化率增大； ( 3 ) 若 a c d ， A 、 B 的转化率增大。 点睛之笔 化学平衡常数与转化率的区别和联系 化学平衡常数 K 可以推断反应进行的限度， K 越大，说明反应进行得越彻底，反应物的转化率也越大，但 K 只与温度有关；转化率也可以表示某一可逆反应进行的限度， 越大，反应进行得越彻底，但是 与 反应物的起始浓度等因素均有关，转化率变化， K 不一定变化。 一定温度下，在 2 L 的密闭容器中， X 、 Y 、 Z 三种气体的物质的量随时间变化的曲线如下图所示： 下列描述正确的是 ( ) A 反应开始到 1 0 s ，用 Z 表示的反应速率为 0 . 1 5 8 m o l L 1s 1B 反应开始到 1 0 s ， X 的物质的量浓度减少了 0 m o l L 1C 反应开始到 1 0 s 时， Y 的转化率为 7 9 D 反应的化学方程式为： X( g ) Y( g ) Z ( g ) 解析： 本题结合图象对化学反应速率、转化率、物质计量数的考查，同时考查学生数 形结合分析解决问题的能力。反应到1 0 s 时， X 减少 1 m o l 0 . 4 1 m o l 0 . 7 9 m o l ， Y 减少 1 . 0 m o l 0 m o l 0 . 7 9 m o l ， Z 增加 1 m o l ，所以 X 、 Y 、 Z 的反应方程式为 X ( g ) ， D 项错；用 Z 表示的反应速率应为1 m o L 1 0 s 0 . 0 7 9 m o l L 1s 1， A 项错； X 的物质的量浓度减少0 m o L 0 5 m o l L 1， B 项错。 答案： C 一定温度下，在一定容积的 密闭容器中充入 2发生如下反应： 3达到平衡，此时 c % ，向平衡混合物中再次充入 新达到平衡后 ) A 增大 B 减小 C 不变 D 无法确定 解析： 对于多种反应物的可逆反应，增加一种反应物的投入量，其他反应物的转化率增大，而自身的转化率减小。 答案： B 创新探究 水煤气是重要的燃料和化工原料，可用水蒸气通过炽热的炭层制得： C( s ) g ) g ) g ) H 1 3 1 k J m o l 1( 1 ) 该反应的平衡常数 K 随温度的升 高而 _ _ _ _ _ _ _ _ ( 填 “ 增大 ” 、 “ 减小 ” 或 “ 不变 ” ) 。 ( 2 ) 上述反应达到平衡后，将体系中的 C( s ) 全部移走，平衡_ _ _ _ _ _ _ _ ( 填 “ 向左移 ” 、 “ 向右移 ” 或 “ 不移动 ” ) 。 ( 3 ) 一定温度下，三个容器中均进行着上述反应，各容器中炭足量，其它物质的物质的量浓度及正逆反应速率关系如下表所示。请填写表中相应的空格。 容器编号 c( 1 c(L 1 c( 1 是否达到平衡 _ 是 _ 解析： 题给反应为吸热反应，升高温度，平衡向右移， K 增大；若将 C( s ) 全部移走，为维持体系中各物质共存的特点，平衡将向左移动； ( 3 ) 中 根 据 K 入 组 数 据 可 得 ： K 0 m o l L 1 0 . 1 m o l L 10 m o l L 1 1 m o l L 1，由于 处于平衡状态，则 K 1 m o l L 1 0 m o l L 10 m o l L 1 0 m o l L 1， 中 Q c c H2c 0 m o l L 1 0 . 4 m o l L 10 m o l L 1 0 m o l L 1 1 m o l L 1，不是平衡状态。 答案： ( 1 ) 增大 ( 2 ) 向左移 ( 3 ) 0 否 课时 2 反应条件对化学平衡的影响 图 片 导 入 目标定 位 历史上，勒 夏特列 (850 1936)曾经提出了一个经验性的 “ 平衡移动原理 ” ：如果改变平衡体系的条件 (如温度、浓度、压强 )之一，平衡将向减弱这个改变的方向移动。例如，增大反应体系中反应物的浓度，平衡向消耗反应物的方向移动；增大平衡体系的压强，平衡向减少气体物质分子数目的方向移动；升高温度，平衡向吸热方向移动，等等。后人将这一经验规律称为“ 勒 夏特列原理 ” 。 后来的研究表明，在封闭体系中，只改变平衡体系中的一个条件时，勒 夏特列原理对平衡移动的分析与实际相符。 了解温度、浓度、压强等外界条件改变时对化学平衡的影响。 法国化学家勒 夏特列 温 故 什么是化学平衡？有何特点？ 提示： 在一定条件下的可逆反应里，当正反应速率和逆反应速率相等，各组分的含量保持不变的状态。化学平衡是动态平衡；条件改变时平衡会被破坏；在新条件下建立新的平衡。 知 新 学案导学 1 化学平衡移动 当一个可逆反应达到平衡状态后，如果改变 等反应条件，原来的平衡状态会被破坏，化学平衡会发生移动。 ( 1 ) 浓度：增大反应物浓度，平衡向 方向移动；增大生成物浓度，平衡向 方向移动。 ( 2 ) 压强：对于有气体参加或有气体生成的反应来说，增大压强，平衡向 的方向移动。减小压强，平衡向 的方向移动。 温度、浓度、压强 正反应 逆反应 气体体积减小 气体体 积增大 ( 3 ) 温度：升高温度平衡向着 方向移动，降低温度平衡向着 方向移动。 2 化学平衡移动的原因 化学平衡移动的原因是反应条件的改变引起了 v 正 与 v 逆 发生 的改变，移动的结果是正、逆反应速率发生 ，平衡混合物中各组分的 发生相应的变化。 吸热反应 放热反应 不等程度 改变 百分含量 3 化学平衡移动的标志 ( 1 ) 从反应速率来看：如有 v 正 v 逆 到 v 正 v 逆 ，再到 v 正 ，有这样的过程表明化学平衡发生了 。 ( 2 ) 从混合物组成来看：各组分的含量从保持一定到条件改变时含量发生变化，最后在新条件下保持新的一定，同样表明化学平衡发生了 。 移动 移动 4 化学平衡移动的方向 ( 1 ) 若外界条件改变，引起 v 正 v 逆 ，此时 反应占优势，化学平衡向 反应方向 ( 右 ) 移动。 ( 2 ) 若外界条件改变，引起 v 正 v 正 v 逆 ；只要减小浓度、降低压强、降低温度，新平衡速率都在原平衡速率的下方， v 正 v 逆 z w ，正反应是放热反应 B x y z w ，正反应是吸热反应 C x y z w ，升温，平衡向吸热反应方向移动，正反应为吸热反应；若x y p q D 加催化剂或增大压强，一定可实现下图中 a b 的变化 解析： A 项温度不变体积扩大 1 倍，压强减小， c ( A) 变为原来的 0 ，则平衡向左移动， m n p q ； C 项加入 B 平衡向右移动，若达新平衡时 n ( 总 ) ( a b ) m o l ，则说明为等体积反应； D 项若增大压强只有等体积反应时才能发生 a b 的变化。 答案： B 有三支试管，分别加入下列物质后 甲： 1 0 m L 0 . 0 1 m o l L 1F 0 m L 0 . 0 1 m o l L 1K 乙： 5 m L 水、 1 0 m L 0 . 0 1 m o l L 1F m L 0 . 0 1 m o l L 1K 液 丙： 1 0 m L 0 . 1 m o l L 1F 0 m L 0 . 1 m o l L 1K 观察这三支试管的颜色，其中颜色最浅的是 ( ) A 甲试管 B 乙试管 C 丙试管 D 无法判断 解析： 三个试管中均存在如下平衡体系： 3 e ( 3 ( 红色 ) ，由于乙试管中 及 的浓度最小，故颜色最浅。 答案： B 探究 3 ：等效平衡的类型和特点是什么？ 等效平衡的类型和特点 1 对于恒温、恒容条件下的体积可变反应 如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质，其物质的量与对应组分的起始加入量相同，则建立的化学平衡状态是等效的。 结果：达到平衡后，各组分的百分含量及各组分的浓度都是相等的。 例 ( 1 ) ：一定条件下的可逆反应： 2 g ) g ) 2 g ) 2 m o l 1 m o l 0 m o l 0 m o l 0 m o l 2 m o l 0 . 5 m o l 0 m o l 1 m o l 上述三种配比，按方程式的计量关系均转化为反应物，则 m o l 、 m o l ，三者建立的平衡状态完全相同。 2 对于恒温、恒容条件下的体积不变的反应以及恒温、恒压下的可逆反应 ( 无论体积可变或不变 ) 如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质，其物质的量比与对应组分的起始加入量比相同，则建立的化学平衡状态是等效的。 结果：达到平衡后，各组分的百分含量相同，但各组分的浓度并不一定相同。例 ( 2 ) ： g ) g ) 2 H I ( g ) 1 m o l 1 m o l 0 m o l 2 m o l 2 m o l 1 m o l 上述两种配比，按方程式中化学计量关系均转化为反应物，两种情况下 2( g ) 的物质的量比均为 1 1 ，因此上述两种情况建立的化学平衡状态是等效的。 点 睛之笔 化学平衡的 “ 全等 ” 和 “ 相似 ” 以上两种情况下所达到的等效平衡及其等效程度的区别： 例 ( 1 ) 中所达等效平衡状态，反应混合物中各组分的浓度、物质的量、质量分数 ( 或气体的体积分数 ) 均相同，类似于几何学上的全等图形。 例 ( 2 ) 中所达等效平衡状态，反应混合物中各 组分的百分含量相同，各成分的物质的量与原平衡成比例，类似于几何学上的相似图形。 在一个体积固定的密闭容器中加入 2 m o l A 和 1 m o l B ，发生反应： 2 A( g ) B ( g ) 3 C( g ) D( g ) ，达到平衡时 C 的浓度为 a m o l L 1。若维持容器体积和温度不变，按下列四种配比作为起始物质，达到平衡后， C 的浓度仍为 a m o l L 1的是( ) A 4 m o l A 2 m o l B B 2 m o l A 1 m o l B 3 m o l C 1 m o l D C 3 m o l C 1 m o l D 1 m o l B D 3 m o l C 1 m o l D 解析： 对于一般可逆反应，在恒温恒容条件下，只改变起始加入的情况，只要通过可逆反应的化学计量数比换算成方程式同一边物质的物质的量与原平衡相同，则两平衡等效。假设 2 m o l A 和 1 m o l B 能够完全反应，则应生成 3 m o l C 1 m o l D ，所以如果维持容器体积和温度不变，开始时向容器中加入 3 m o l C 1 m o l D ，达到平衡时，与原平衡是等效平衡，则 C 的浓度仍为 a m o l L 1。所以正确答案为 D 。 答案： D 向某密闭容器中充入 1 m o l 2 m o l g ) ，发生反应： g ) 反应达到平衡时，体积分数为 x 。若维持容器的体积和温度不变，起始物质按下列四种配比充入该容器中，达到平衡时 体积分数大于 x 的是 ( ) A 0 m o l 2 m o l g ) 1 m o l 1 m o l 1 m o l 1 m o l g ) 1 m o l 1 m o l 0 m o l 1 m o l g ) 0 m o l C 0 m o l 0 m o l 1 m o l g ) 0 m o l 0 m o l 恒温恒容且反应前后气体数目相等的可逆反应，只需投料比例相等，则两平衡等效。 A 项逆推后为 1 m o l 3 m o l g ) 与原平衡等效； B 项逆推后，为 2 m o l 2 m o l g ) ，例偏高，则平衡后 积分数也偏高； C 项逆推后为0 m o l 1 m o l g ) ， 例偏低，则平衡后 积分数也偏低； D 项逆推后为 1 m o l C O 2 m o l g ) 与原平衡等效。 答案： B 探究 4 ：如何解答平衡图象题？ 1 化学平衡图象题的解题步骤 ( 1 ) 看图象 一看面 ( 即纵坐标与横坐标的意义 ) ，二看线 ( 即线的走向和变化趋势 ) ，三看点 ( 即起点、折点、交点、终点 ) ，四看辅助线 ( 如等温线、等压线、平衡线等 ) ，五看量的变化 ( 如浓度变化、温度变化等 ) 。 ( 2 ) 想规律 联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律。 ( 3 ) 作判断 根据图象中表现的关系与所学规律相对比，作出符合题目要求的判断。 2 化学平衡图象题的解答原则 ( 1 ) “ 定一议二 ” 原 则： 在化学平衡图象中，了解纵坐标、横坐标和曲线所表示的三个量的意义。在确定横坐标所表示的量后，讨论纵坐标与曲线的关系，或在确定纵坐标所表示的量后，讨论横坐标与曲线的关系。 例如，反应： 2 A ( g ) B ( g ) 2 C( g ) 达到平衡， A 的平衡转化率与压强和温度的关系如图： 定压看温度变化，升温曲线走势降低，说明 A 的转化率 ，平衡向 移动，正反应是 反应。 定温看压强变化，因为此反应是反应后气体体积减小的反应，压强增大，平衡向 移动， A 的转化率 ，故 降低 左 放热 右 增大 ( 2 ) “ 先拐先平，数值大 ” 原则： 对于同一化学反应在化学平衡图象中，先出现拐点的反应先达到平衡，先出现拐点的曲线表示的温度较高 ( 如下图甲所示，表示反应物的转化率 ) 或表示的压强较大 如下图乙所示， ( A)表示反应物的体积分数 。 甲表示： a. b. 正反应 热。 乙表示： a. b. 正反应为气体总体积 的反应。 放 0 ，达到平衡。当改变其中一个条件 X ， Y 随 X 的变化符合图中曲线的是 ( ) A 当 X 表示温度时， Y 表示 B 当 X 表示压强时， Y 表示 C 当 X 表示反应时间时， Y 表示混合气体的密度 D 当 X 表示 Y 表示 解析： 升高温度，平衡向正反应方向移动， A 正确；增大压强，平衡向逆反应方向移动， B 正确 ；体积不变，质量不变，随着时间的变化，混合气体的密度不变， C 不正确；增大 容积固定的密闭容器中 衡向正反应方向移动，D 不正确。 答案： 下图是恒温下某化学反应的反应速率随反应时间变化的示意图。下列叙述与示意图不相符合的是 ( ) A 反应达平衡时，正反应速率和逆反应速率相等 B 该反应达到平衡态 后，增大反应物浓度，平衡发生移动，达到平衡态 C 该反应达到平衡态 后，减小反应物浓度，平衡发生移动，达到平衡态 D 同一种反应物在平衡态 和平 衡态 时浓度不相等 解析： 根据题给图象可以看出：由平衡态 到平衡态 的转化正反应速率增大，所以 C 项是错误的，因为减小反应物的浓度时正反应速率也减小。 答案： C 对于可逆反应： 2 A( g ) B ( g ) 2 C( g ) H p ( B ) ，则v ( A) v ( B ) ， t ( A) t ( B ) ， 大于 B 。 ( 2 ) 通入氩气， A 容器气体体积增大，平衡混合物的分压减小，平衡左移， B 不移动。 ( 3 ) 若再通入等量的原反应气体，由于 A 容器压强不变，所以，于 B 容器，相当于压缩气体为原平衡的一半，则平衡右移， 答案： ( 1 ) 短 高 ( 2 ) 逆向 不 ( 3 ) 不变 增大 第三节 化学反应的速率 课时 1 化学反应速率 图 片 导 入 目 标 定 位 在化学中，我们不仅关心什么物质之间会反应，也关心反应有多快。黑火药刹那间就能发生爆炸，而一次性餐具的自行分解则进行得极其缓慢。化学反应进行的快慢与我们的生活有什么关系？我们如何改变化学反应的速率？ 爆炸 一次性餐具 温 故 研究化学反应速率有什么重要意义？ 提示： 不同的化学反应，其速率不同，在实际生产、生活中，有些反应需要加 快反应速率，有些反应需要减慢反应，这样就要求我们知道如何通过改变反应的条件以改变反应速率，使之更好的造福于人类。 知 新 学案导学 1 化学反应速率 ( 1 ) 定义： 衡量化学反应进行 的物理量。 ( 2 ) 表示方法： 化学反应速率用 反应物或生成物的 的变化来表示。即 的减少或 的增加来表示。 快慢 单位时间内 物质的量浓度 反应物浓度 生成物浓度 ( 3 ) 数学表达式： v c t c 表示反应过程中，反应物或生成物 变化 ( 取其绝对值 ) ， t 表示 变化。 ( 4 ) 单位： 。 ( 5 ) 同一反应中不同物质的化学反应速率的表示： 对同一反应，用不同物质的浓度变化所表示的反应速率之比等于化学方程式中各物质的 之比。 浓度 时间 Ls)或 L Lh) 化学计量数 2 化学反应速率的测定原理 ( 1 ) 通过测量化学物质的浓度 ( 或质量 ) 相关的性质变化可测定，主要包括释放气体的 和体系的 。 ( 2 ) 依靠仪器测定颜色的 、光的 、导电能力等。 3 测定化学反应速率的常用方法 ( 1 ) 量气法 对于反应 2= = 2 ，可测量反应中惟一的气体产物氧气在温度、压强一定时的体积变化。 体积 压强 深浅 吸收 ( 2 ) 比色法 由于物质对特定波长的光的吸收性能不同，因此可以通过 来测定反应物浓度。例如，在丙酮的溴化反应过程中： H 3 H 2 H B r 有色反应物 吸收波长为 4 5 0 n m 的光波，因此可用分光光度计测量溶液对该波长光波的吸光度，据此计算化学反应速率。 吸光度 ( 3 ) 电导法 根据离子导电能力的差异，通过 的变化测定反应物中离子浓度的变化，进而计算化学反应速率。例如，在乙酸乙酯碱性条件下的水解反应中： 由于 电导远大于 的电导，可以利用电导仪测量溶液电导的变化，据此求得 度的变化，进而求得化学反应速率。 电导率 自我检测 1 对一可逆反应来说，使用催化剂的作用是 ( ) A 提高反应物的平衡转化率 B 以同等程度改变正逆反应速率 C 增大正反应速率，减小逆反应速率 D 改变平衡混合物的组成 解析： 使用催化剂只能 同等程度地改变正逆反应速率，而不能改 变平衡状态。 答案： B 2 将 4 m o l A 气体和 2 m o l B 气体在 2 L 容器中混合并在一定条件下发生如下反应 2 A( g ) ，若 2 s 后测得 m o l L 1，现有下列几种说法，其中正确的是 ( ) 用物质 A 表示的反应的平均速率为 0 m o l L 1s 1 用物质 B 表示的反应的平均速率为 0 m o l L 1s 1 2 s 时物质 A 的转化率为 70% 2 s 时物质 B 的浓度为 0 . 7 m o l L 1A B C D 解析： 解题时先利用所给 条件列出反应式： 2 A( g ) B ( g ) 2 C( g ) 起始浓度 / ( m o l L 1) 2 1 0 变化浓度 / ( m o l L 1) 0 0 0 . 6 2 s 后的浓度 / ( m o l L 1) 2 0 1 0 . 3 0 依据化学反应速率的定义： v ( A) 0 m o l L 12 s 0 m o l L 1s 1， v ( B ) 0 m o l L 12 s 0 m o l L 1s 1。 依据转化率定义： A 的转化率 c A c A 始 100% 0 m o l L 12 m o l L 1 1 0 0 % 30% ， 而 2 s 末 B 的浓度为 0 m o l L 1。 答案： B 3 下列体系加压后，对化学反应速率没有影响的是 ( ) A 2 g ) 2 H O H解析： 对于有气体参加的化学反应，改变压强化学反应速率改变。 答案： D 4 对 1 0 m L 1 m o l/L 的盐酸与一小块大理石的化学反应 2 H = = 下列措施能使化学反应速率提高的是 ( ) A 加入一定量的 C a 加入 5 m L 1 . 5 m o l/ L 盐酸 C 加入 1 5 m L 0 . 5 m o l/L 盐酸 D 加入 5 m L 解析： A 不是可逆反应，改变产物的浓度，反应速率不变， 大 。 答案： B 5 用纯净的 应制 验过程记录如图所示。据此分析下列判断正确的是 ( ) A 表示反应速率最快 B 表示反应速率最快，单位时间内收集的 C 表示收集的 D 表示随着时间的推移，反应速率逐渐增快 解析： 应从曲线变化的斜率进行分析： 段中斜率最大，则单位时间内，生成的 多且速率最快。 答案： B 名师点睛 探究 1 ：化学反应速率的理解和应用应注意什么问题？ 1 无论是用某一反应物表示还是用某一生成物表示，由于 此，其化学反应速率都取 正值，且是某一段时间内的平均速率。 2 化学反应速率可用反应体系中一种反应物或生成物浓度的变化来表示，一般是以最容易测定的一种物质表示，书写时应标明是什么物质的反应速率。 3 在一定温度下，固体和纯液体物质，其单位体积里的物质的量保持不变，即物质的量浓度为常数，因此它们的化学反应速率也被视为常数。由此可知，现在采用的表示化学反应速率的方法还有一定的局限性。 4 在同一反应中，用不同的物质表示同一时间的反应速率时，其数值可能不同，但这些数值所表达的意义是相同的即都是表示同一反应的速率。各物质表示的反应速率的数 值有相互关系，彼此可以根据化学方程式中的各化学计量数进行换算。 5 一般来说在反应过程中都不是等速进行的，因此某一时间内的反应速率实际上是这一段时间内的平均速率。 点睛之笔 平均速率和即时速率 由于在一定时间内的化学反应，有关物质的物质的量浓度是连续不断地变化的，所以化学反应速率有平均速率和即时 ( 瞬时 )速率之分。在中学化学里，通常说的化学反应速率一般是指平均速率，在速率时间图象中经常出现瞬时速率，例如锌粒在 0 . 1 m o l L 1的稀盐酸中反应，一定温度下的反应速率与反应时间的关系如图所示，图中图象的 A 点就是在反应时间 反应： 2 g ) g ) 2 g ) 经一段时间后， . 4 m o l L 1，在这段时间内用 . 0 4 m o l L 1s 1，则这段时间为 ( ) A 0 . 1 s B 2 . 5 s C 1 0 s D 5 s 解析： 根据题意知， . 4 m o l L 1， 则 . 2 m o l L 1， v ( c t， 则 t c O2v 0 . 2 m o l L 10 . 0 4 m o l L 1s 1 5 s 。 答案： D 反应 A( g ) 3 B ( g ) 2 C( g ) 2 D( g ) 在四种不同情况下的反应速率，分别为 0 5 m o l L 1s 1 0 m o l L 1s 1 0 m o l L 1s 1 2 m o l L 1 m i n 1该反应的快慢顺序为 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ( 填序号 ) 。 解析：
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