高中化学选修四第二章化学反应速率与化学反应平衡知识点.pdf

高中化学 选修四 第二章 化学反应速率与化学反应平衡 知识点 1 10 化学反应速率 学习目标 学习目标 1 了解化学反应速率的定量表示方法 初步了解测定某些化学反应速率的实验方法 2 通过实验事实和思考 掌握化学反应速率的表示方法 要点梳理 要点梳理 要点一 化学反应速率要点一 化学反应速率 1 1 化学反应速率的概念 化学反应速率的概念 化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的物理量 2 2 化学反应速率的表示方法 化学反应速率的表示方法 化学反应速率通常用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 符号为v 单位为mol L min mol L s 或 mol L h 3 3 化学反应速率的表达式 化学反应速率的表达式 4 4 化学反应速率的计算规律 化学反应速率的计算规律 同一化学反应中 用不同物质的浓度变化表示的化学反应速率之比等于化学反应方程式中相应物质的化学计量 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aA g bB g cC g dD g 有下列恒等式 v Av Bv Cv Da b c d 5 5 有关化学反应速率的注意事项 有关化学反应速率的注意事项 化学反应速率均为正值 没有负值 化学反应速率通常指的是某物质在某一时间内化学反应的平均速率 而不是在某一时刻的瞬时速率 由于在反应中纯固体和纯液体的浓度是恒定不变的 因此对于有纯液体或纯固体参加的反应一般不用纯液体 或纯固体来表示化学反应速率 化学反应速率与表面积大小有关 而与物质的量的多少无关 通常是通过增大物质 的表面 如粉碎成细小颗粒 充分搅拌 振荡等 来加快化学反应速率 对于同一个化学反应 在相同的反应时间内 用不同的物质来表示其反应速率 其数值可能不同 但这些不 同的数值表示的都是同一个反应的反应速率 因此 表示化学反应速率时 必须指明是用反应体系中的哪种物质作 为标准 要点二 化学反应速率的测量要点二 化学反应速率的测量 1 1 基本思路 基本思路 化学反应速率是通过实验测定的 因为化学反应中发生变化的是体系中的化学物质 包括反应物和生成物 所以与其中任何一种化学物质的浓度 或质量 相关的性质在测量反应速率时都可加以利用 2 2 用于化学反应速率测量的基本性质 用于化学反应速率测量的基本性质 3 3 实验测量锌与硫酸反应速率 实验测量锌与硫酸反应速率 实验用品 实验用品 锥形瓶 双孔塞 分液漏斗 直角导气管 50 mL 注射器 铁架台 秒表 锌粒 1 mol L 的硫酸 4 mol L 的硫酸 实验步骤 实验步骤 取一套装置 加入 40 mL 1 mol L 的硫酸 测量收集 10 mL H2所用的时间 高中化学 选修四 第二章 化学反应速率与化学反应平衡 知识点 2 10 取另一套装置 加入 40 mL 4 mol L 的硫酸 测量收集 10 mL H2所用的时间 实验现象 实验现象 锌跟硫酸反应产生气泡 收集 10 mL 气体所用时间比 所用时间短 实验结果 实验结果 加入试剂 反应时间 min 反应速率 mL min 1 1 mol L H2SO4 长 小 4 mol L H2SO4 短 大 实验结论 实验结论 4 mol L 的硫酸与锌反应比 1 mol L 的硫酸与锌反应速率快 注意事项 注意事项 a 锌的颗粒 即表面积 大小要基本相同 b 40 mL 的硫酸溶液要迅速加入 c 装置气密性要好 且计时要迅速准确 要点三 化学反应速率的计算及比较要点三 化学反应速率的计算及比较 1 1 化学反应速率的计算 化学反应速率的计算 三段式法三段式法 求解化学反应速率计算题的一般步骤 a 写出有关反应的化学方程式 b 找出各物质的起始量 转化量 某时刻量 c 根据已知条件列方程式计算 计算中应注意以下量的关系 a 对反应物 c 起始 c 转化 c 某时刻 b 对生成物 c 起始 c 转化 c 某时刻 c 100 c c 转化 转化率 起始 2 2 化学反应速率的比较 化学反应速率的比较 选用同种物质作标准 换算成用同一物质 同一单位表示的化学反应速率 再比较其数值大小 比较化学反应速率与化学计量数的比值 如反应aA bB cC 要比较v A 与v B 的相对大小 可比较 v A a 与 v B b 的大小 若 v Av B ab 则 A 的反应速率比 B 的反应速率大 要点四 测定化学反应速率的物理方法要点四 测定化学反应速率的物理方法 测定化学反应速率的关键关键是测定某一时间间隔内反应体系中某物质浓度的变化 由于物质的某些物理性质 如压强 体积 吸光度 电导率等 与其物质的量或浓度存在函数关系 因此人们 常用物理方法准确而快速地测定反应物或生成物浓度的变化来确定其化学反应速率 常用于测定化学反应速率的物 理方法有以下几种 1 1 量气法 量气法 对于反应 2H2O2 2H2O O2 可测量反应中唯一的气体产物氧气在一定温度 压强时的体积变化 2 2 比色法 比色法 由于不同浓度的物质对特定波长的光的吸收性能不同 因此可以通过吸光度来测定反应物浓度 例如 在丙酮 的溴化反应中 CH3COCH3 Br2 CH3COCH2Br HBr 有色反应物 Br2吸收波长为 450 mm 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 3 3 此外 激光技术也已广泛应用于化学反应速率的测定 此外 激光技术也已广泛应用于化学反应速率的测定 要点五 关于化学反应速率的特别说明要点五 关于化学反应速率的特别说明 高中化学 选修四 第二章 化学反应速率与化学反应平衡 知识点 3 10 1 1 化学反应速率表述的共同之处 都有一个确定的起点 速率为 0 都有一个与速率大小相匹配的时间单位 都有能说明体系某种变化的可计量的性质 如质量 体积 压强 浓度等 2 2 一个确定的化学反应涉及反应物和生成物等多种物质 在中学化学里 通常所说的化学反应速率的快慢 往往是对整个化学反应而言的 例如 H2 F2 2HF 反应很快 CH3COOH CH3CH2OH CH3COOCH2CH3 H2O 反应 很慢等 定量地表示化学反应速率是对某种具体物质而言的 例如在 N2 3H2 2NH3中v N2 0 5 mol L min 等 3 3 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变化的 所以化学反应速率有平均速率和 即时 或瞬时 速率之分 4 4 在中学化学里 通常所说的化学反应速率一般是指平均速率 在中学化学里 通常所说的化学反应速率一般是指平均速率 在速率一时间图像中经常出现瞬时速率 如 锌粒与 0 1 mol L 1盐酸反应 在一定温度下的反应速率与反应时间的关系如图所示 图像中 A 点表示的 就是在反应过程中t1时刻的瞬时反应速率 要点六 有效碰撞理论要点六 有效碰撞理论 1 1 有效碰撞 有效碰撞 要点诠释 要点诠释 化学反应发生的先决条件是反应物分子之间必须发生碰撞 反应物分子之间的碰撞只有少数碰撞能 导致化学反应的发生 多数碰撞并不能导致反应的发生 是无效碰撞 碰撞的频率越高 则化学反应速率就越大 研究发现 只有既具有足够的能量又有合适的碰撞取向的分子碰撞 才是有效碰撞 2 2 活化分子和活化能 活化分子和活化能 活化分子 能够发生有效碰撞的分子 活化分子之间之所以能够发生有效碰撞 是由于它们的能量高 发生 碰撞时 能够克服相撞分子之间的排斥力 破坏分子内部原子之间的 结合力 从而导致反应物分子的破坏 重新 组合成生成物分子 发生化学反应 活化能 活化分子所多出的那部分能量 或普通分子转化成活化分子所需的最 低能量 右图所示的E1是反应的活化能 E2是活化分子变成生成物分子放出的能量 能量差E2 E1是反应热 活化能越小 普通分子就越容易变成活化分子 普通分子 活化能 活化 去活化 活化分子 活化能的大小虽然意味着普通分子成为活化分子的难易 但是对这个化学反应前 后的能量变化并不产生任何影响 活化能与化学反应速率 在一定条件下 活化分子所占的百分数是固定不变的 活化分子的百分数越大 单 位体积内活化分子数越多 单位时间内有效碰撞的次数越多 化学反应速率就越快 活化能低 普通分子易变成活化分子 活化分子百分数大 有效碰撞次数多 反应速率快 利用有效碰撞理论可以解释外界条件 浓度 压强 温度 催化剂 对化学反应速率的影响 影响化学反应速率的因素 学习目标 学习目标 1 知道化学反应速率的定量表示方法 并初步了解测定某些化学反应速率的实验方法 2 通过实验探究浓度 压强 温度和催化剂对化学反应速率的影响 认识其一般规律 3 使学生知道活化能的概念及其对化学反应速率的影响 4 通过催化剂实际应用的事例 认识催化剂在生产 生活和科学研究领域中的重大作用 要点梳理 要点梳理 要点一 浓度对反应速率的影响要点一 浓度对反应速率的影响 1 为了定量地表示出反应速率与浓度的关系 给出了反应速率表达式 定量地描述反应速率与反应物浓度之 间关系的数学表达式称为反应速率方程 形式一般为反应速率等于反应速率常数与浓度项的乘积 例如 对于化学反应 H2O2 2HI 2H2O I2 其反应速率表达式为 v kc H2O2 c HI k 称为反应速率常 反应物分子间的碰撞 能够发生化学反应的碰撞 不能发生化学反应的碰撞 有效碰撞 无效碰撞 高中化学 选修四 第二章 化学反应速率与化学反应平衡 知识点 4 10 数 其物理意义为单位浓度下的反应速率 通常 速率常数越大 反应速率越高 速率常数与浓度无关 但受温度 催化剂 固体表面性质等因素 的影响 必须注意的是 某一化学反应的反应速率表达式是实验测定的结果 不能根据化学方程式直接写 出 反应速率表达式中浓度项的方次与化学方程式中的系数无确定的关系 2 压强对化学反应速率的影响 对于气态反应 在温度 体积一定的条件下 压强与浓度成正比 因此在反应 速率方程中的浓度可以用分压来表示 对于只涉及液体和固体的反应 压强的改变对化学反应速率几乎没有影响 3 可逆反应中 增大反应物浓度 v正增大 v逆随之增大 减小反应物浓度 v正减小 随反应进行 v逆也减 小 相反 若增大生成物浓度 v逆增大 随反应的进行 v正也增大 总之 可逆反应中增大反应物 或生成物 浓 度 最终 v正 v逆都增大 减小反应物 或生成物 浓度 最终 v正和 v逆都减小 要点诠释 要点诠释 a 对于纯液体或固体物质 可认为其浓度为 常数 它们的量的改变不会影响化学反应速率 b 固体反应物颗粒的大小能影响化学反应速率 固体颗粒越小 其表面积越大 与其他反应物的接触面积越 大 有效碰撞次数越多 所以能增大化学反应速率 要点二 温度对反应速率的影响要点二 温度对反应速率的影响 1 经验规律 经验规律 1 范托夫近似经验规律 温度每升高 10 K 反应速率增加 2 4 倍 利用这个经验规律可以对一些反应的化学反应速率做粗略的估计 但这个规律适用范围有限 2 阿伦尼乌斯经验公式 a E RT kAe 式中 k 为反应速率常数 A 为比例系数 e 为自然对数的底 R 为摩尔气体常量 E 为活化能 单位为 J mol 1 或 kJ mol 1 该经验公式表明 当 Ea 0 时 升高温度 反应速率常数增大 化学反应速率随之增大 2 活化能 活化能 Ea 活化能是普通分子形成活化分子所吸收的能量 活化能越高 反应越难进行 反应速率常数越小 不同的反应 活化能差值很大 由经验公式可知 Ea值越大 改变温度对化学反应速率的影响程度越大 这就 是升高相同温度 不同化学反应的速率增加的倍数不同的原因 要点诠释 要点诠释 a 上述结论 对吸热反应和放热反应均适用 b 一般地 温度对化学反应速率的影响比浓度 压强对化学反应速率的影响要大 也更易于控制 是实验室最 常用的增大化学反应速率的方法 要点三 催化剂对化学反应速率的影响要点三 催化剂对化学反应速率的影响 1 催化剂通过参与反应改变反应历程降低反应的活化能来提高化学反应速率 2 催化剂不能改变化学反应的平衡常数 不能改变平衡转化率 3 催化剂具有选择性 某催化剂对某一反应可能是活性很强的催化剂 但对其他反应就不一定有催化 作用 4 研制高效催化剂来提高相关化学反应的速率对化工生产意义重大 说明 1 有的化学反应不需要催化剂 有的化学反应需要催化剂 有的化学反应需要催化剂但尚未找到合适 的催化剂 有的催化剂对多个化学反应都有催化作用 有的催化剂只能对一个化学反应有催化作用 如酶 2 有的催化剂能加快化学反应速率 有的催化剂能减慢化学反应速率 能加快化学反应速率的催化剂叫做正 催化剂 能减慢化学反应速率的催化剂叫做负催化剂 如不特别说明 凡是说催化剂都是指正催化剂 3 催化剂中毒 催化剂的催化性能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而把原料进行净化除去毒物 4 催化剂只有在一定温度下才能最大限度地显示其催化作用 不同的催化剂对温度的要求不一定相同 5 研制开发新的催化剂 研究的主要目标之一是含有过渡元素的物质 要点四 外界条件对化学反应速率的影响规律要点四 外界条件对化学反应速率的影响规律 条件变化 活化分子的量的变化 速率变化 浓度 增大 单位体积内总数目增多 百分数不变 增大 减小 单位体积内总数目减小 百分数不变 减小 高中化学 选修四 第二章 化学反应速率与化学反应平衡 知识点 5 10 压强 增大 单位体积内总数目增多 百分数不变 增大 减小 单位体积内总数目减小 百分数不变 减小 温度 升高 百分数增大 单位体积内总数目增多 增大 降低 百分数减小 单位体积内总数目减少 减小 催化剂 使用 百分数剧增 单位体积内总数目剧增 剧增 撤去 百分数剧减 单位体积内总数目剧减 剧减 其他 光 电磁波 超声波 反应物颗粒的大小 溶剂等 有影响 巧记 加快化学反应速率的方法记忆口诀 要想反应速率快 升温加压增浓度 催化增大表面积 反应也可加速度 要点五 有关化学反应速率的图像要点五 有关化学反应速率的图像 化学反应速率图像是将化学反应速率变化的情况在直角坐标系中以图的形式表达的结果 是化学反应速率变化 规律的反映 在认识和应用化学反应速率图像时 要立足于化学反应方程式 应用化学反应速率变化的规律 分析 直角坐标系及其图像的含义 1 图像类型 例如 化学反应 CaCO3 2HCl CaCl2 CO2 H2O a 其他条件一定时 反应速率随着 c HCl 的增大而增大 如图 a 所示 b 其他条件一定时 反应速率随着温度的升高而增大 如图 b 所示 c 随着反应时间的增加 c HCl 逐渐减小 化学反应速率逐渐减小 如图 c 所示 例如 化学反应 2H2S g SO2 g 3S s 2H2O l a 其他条件一定时 增大气态反应物的压强 缩小气体容器的容积 反应速率随着压强的增大而增大 如 图 a 所示 b 其他条件一定时 减小气态反应物的压强 扩大气体容器的容积 反应速率随着压强的减小而减小 如 图 b 所示 c 温度 气体容器的容积都一定时 随着时间的增加 SO2 H2S 物质的量逐渐减少 气体的压强逐渐减小 反应速率逐渐减小 如图 c 所示 要点六 外界条件对可逆反应中正逆反应速率的影响要点六 外界条件对可逆反应中正逆反应速率的影响 可逆反应是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化学反应 如 3H2 N2 催化剂 高温 高压 2NH3就是一可逆反应 可逆反应是两个具有相反反应方向的不同反应的组合体 这两个不同的反应之间存在着互为反应物 生成物的 密切关系 以哲学的观点来说 可逆反应里的两个反应的关系是对立统一关系 在化学反应中的能量变化关系方面 可逆反应的一个反应为放热反应 其逆反应必然为吸热反应 对于可逆反应 改变影响化学反应速率的条件 正反应的速率和逆反应的速率都会发生一定程度的变化 下面 以可逆反应 2SO2 O2 25 V O 500 C 2SO3 正反应为放热反应 为例 分析某一项条件改变后的瞬间 v 正 v 逆 的变化 情况 1 温度和气体总体积保持不变 加入 O2 v 正 增大 v 正 增大引起 c SO3 增大 c SO3 增大又引起 v 逆 增大 即 v 正 先增大 v 逆 后增大 2 温度和气体总体积保持不变 分离出 SO3 v 逆 减小 v 逆 减小引起 c O2 c SO2 减小 c O2 c SO2 减小又引起 v 正 减小 即 v 逆 先减小 v 正 后减小 3 气体总物质的量和温度保持不变 增大压强 c SO2 v O2 增大 v 正 增大 c SO3 同时增大 高中化学 选修四 第二章 化学反应速率与化学反应平衡 知识点 6 10 v 逆 同时增大 由于 c SO2 增大的同时还有 c O2 增大 故 v 正 v 逆 即 v 正 v 逆 同时增大 且 v 正 v 逆 4 气体总物质的量和温度保持不变 减小压强 与 3 相反 即 v 正 v 逆 同时减小 且 v 正 v 逆 5 在其他条件一定时 升高温度 v 正 增大 v 逆 同时也增大 由于正反应是放热反应 逆反应是吸热反 应 故 v 正 v 逆 即 v 正 v 逆 同时增大 且 v 正 v 逆 6 在其他条件一定时 降低温度 与 5 相反 即 v 正 v 逆 同时减小 且 v 正 v 逆 7 在其他条件一定时 撤出催化剂 v 正 v 逆 同时减小 且 v 正 v 逆 8 在其他条件一定时 再加入催化剂 v 正 v 逆 同时增大 且 v 正 v 逆 要点诠释 要点诠释 注意稀有气体对反应速率的影响 稀有气体或其他非反应气体充入反应容器中 分以下两种情况讨论 1 若容器恒温 恒容 则充入的稀有气体或其他不反应气体虽改变了容器内气体压强 但没有改变反应气体 产生的分压 即并没改变反应物的浓度 不影响化学反应速率 2 若容器恒温 恒压 则充入的稀有气体或其他不反应气体会使容器容积扩大 虽未减少容器内气体压强 但减小了反应气体产生的分压 即降低了反应物的浓度 故能使反应速率降低 化学平衡状态与化学平衡常数 学习目标 学习目标 1 了解化学平衡建立的过程 知道化学平衡常数的含义 2 理解化学平衡常数的含义 能利用化学平衡常数计算反应物的转化率 要点梳理 要点梳理 要点一 化学平衡状态要点一 化学平衡状态 1 可逆反应 可逆反应 1 定义 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叫做可逆反应 用 表示 要点诠释 要点诠释 在可逆反应中 把由反应物到生成物的反应叫正反应 把由生成物到反应物的反应叫逆反应 在同一条件下 不能同时向两个方向进行的反应叫不可逆反应 不可逆反应是相对的 可逆反应是绝对的 在一定条件下 几乎所有的反应均可以看作是可逆反应 必须是 同一条件 在不同条件下能向两个方向进行的反应 不能称作可逆反应 同一化学反应在不同条件下可能为可逆反应或不可逆反应 如敞口容器中 CaCO3 s CaO s CO2 反应产生的气体可及时脱离反应体系 反应不可逆 密闭容器中 CaCO3 s CaO s CO2 反应产生的气体不 写 气体物质不能从反应体系中逸出 与各反应物共存 反应可逆 2 重要的可逆反应 如盐的水解 酯的水解 2SO2 O22SO3 N2 3H22NH3等 2 化学平衡的建立 化学平衡的建立 对于可逆反应 aA g bB g cC g dD g 若开始加入反应物 此时 A 和 B 的浓度最大 因而反应速率 最大 由于 C D 浓度为零 故此时逆反应速率为零 随着反应的进行 反应物浓度不断减少 生成物浓度不断增 加 v正不断减小 v逆不断增大 当反应进行到某一时刻时 v正 v逆 这时反应就达到了平衡 这个过程可用图甲来 表示 若反应是从逆反应方向开始的 开始时只有生成物而没有反应物 则 v逆在开始时最大 v正为零 随着反应的 进行 生成物浓度不断减少 反应物浓度不断增加 v逆不断减小 v正不断增大 最后反应达到化学平衡 如图乙所 示 3 化学平衡状态 化学平衡状态 在一定条件下 可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等 反应混合物中各组分的含量保持不变的状态叫化学 高温 催化剂 加热 催化剂 高温高压 高中化学 选修四 第二章 化学反应速率与化学反应平衡 知识点 7 10 平衡状态 要点诠释 要点诠释 1 可逆反应是前提 速率相等是实质 浓度保持不变是标志 2 v正 v逆 0 正反应和逆反应仍在进行 3 百分含量指各组分的质量百分含量 物质的量百分含量 气体物质的体积百分含量 4 化学平衡的特征 化学平衡的特征 化学平衡状态具有 逆 等 动 定 变 同 的特征 1 逆 逆 化学平衡研究的对象是可逆反应 2 等 等 正反应速率和逆反应速率相等 即同一种物质的消耗速率与生成速率相等 注意 不同物质的反应速 率不一定相等 3 动 动 化学平衡从表面上或宏观上看好像反应停止了 但从本质上看反应并未停止 只不过正反应速率与 逆反应速率相等罢了 即 v 正 v 逆 0 所以化学平衡是一种动态平衡 4 定 定 在平衡混合物中 各组成成分的百分含量保持一定 不再随时间的改变而改变 5 变 变 化学平衡是在一定条件下建立的暂时平衡 若影响化学平衡的外界条件改变 化学平衡状态就会发 生改变 6 同 同 在其他条件不变时 可逆反应不论是从正反应开始 还是从逆反应开始 还是从正反应和逆反应同时 开始 途径虽然不同 但只要起始浓度相同 就可以达到相同的平衡状态 所建立的平衡是等效的 5 化学平衡的标志 化学平衡的标志 1 本质标志 本质标志 v 正 v 逆 0 对于某一可逆反应来说 正反应消耗掉某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率 2 等价标志 等价标志 全是气体参加的体积可变反应 体系的压强不随时间而变化 例如 N2 3H2 2NH3 体系中各组分的物质的量浓度或体积分数 物质的质量分数保持不变 全是气体参加的体积可变反应 体系的平均相对分子质量不随时间变化 例如 2SO2 g O2 g 2SO3 g 对同一物质而言 断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等 对于有颜色的物质参加或生成的可逆反应 体系的颜色不再随时间而变化 如 2NO2 g N2O4 g 体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化 要点诠释 要点诠释 以下几种情况不能作为可逆反应达到化学平衡的标志 1 恒温 恒容下的体积不变反应 体系的压强或总物质的量不随时间而变化 如 2HI g I2 g H2 g 2 全是气体参加的体积不变反应 体系的平均相对分子质量不再随时间变化 如 2HI g I2 g H2 g 3 全是气体参加的反应 恒容条件下体系的密度保持不变 要点二 化学平衡常数要点二 化学平衡常数 1 定义 定义 在一定温度下 当一个可逆反应达到化学平衡时 生成物浓度以反应方程式中计量数为指数的幂的乘 积与反应物浓度以反应方程式中计量数为指数的幂的乘积之比是一个常数 这个常数就是该反应的化学平衡常数 简称平衡常数 用 K 表示 对于可逆反应 mA g nB g pC g qD g 在一定温度下无论反应物的起始 浓度如何 反应达到平衡状态后 总有 pq mn cCcD K cAcB 要点诠释 要点诠释 1 上式中 c A c B c C c D 是各物质处于化学平衡时的物质的量浓度 2 温度一定时 可逆反应无论从正反应开始 还是从逆反应开始 无论反应物起始浓度大小 K 是一个常 数 而且 K 只与温度有关 3 对于在溶液中进行的反应 溶剂的浓度是一个常数 此常数可归到平衡常数中去 在 K 的表达式中不出 现溶剂的浓度项 如 CO32 H 2O HCO3 OH 3 2 3 HCO OH CO cc K c 4 当反应中有固体物质时 因固体的浓度可看作常数 在 K 的表达式中不出现固体的浓度项 如 CaCO3 s CaO s CO2 g K c CO2 5 平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关 同一个化学反应 化学方程式书写方式不同 平衡常数不同 如 高中化学 选修四 第二章 化学反应速率与化学反应平衡 知识点 8 10 H2 g I2 g 2HI g 2 22 HI H I c K cc 1 2 H2 g 1 2 I2 g HI g 11 22 22 HI H I c K cc 2HI g H2 g I2 g 22 2 H I HI cc K c 1 K K 对于给定的化学反应 正 逆反应的平衡常数互为倒数 2 化学平衡常数的应用 化学平衡常数的应用 1 化学平衡常数值的大小是可逆反应进行程度的标志 化学平衡常数值的大小是可逆反应进行程度的标志 它能够表示出可逆反应进行的完全程度 一个反应 的 K 值越大 说明平衡时生成物的浓度越大 反应物的浓度越小 反应物转化率也越大 可以说 化学平衡常数是 一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现 要点诠释 要点诠释 一般地说 K 105时 该反应就基本进行完全了 10 5 K 105 时 典型的可逆反应 改变条件反应进行的方向就会变化 K 10 5时 反应进行的程度很小 转化率极小 其逆反应会进行趋于完全 2 可以利用平衡常数的值做标准 判断正在进行的可逆反应是否平衡及不平衡时向何方进行建立平衡 可以利用平衡常数的值做标准 判断正在进行的可逆反应是否平衡及不平衡时向何方进行建立平衡 如 对于可逆反应 mA g nB g pC g qD g 在一定温度的任意时刻 反应物与生成物的浓度有如下关系 c pq mn cCcD Q cA cB c Q叫该反应的浓度商 c c c QK QK QK 反应向正反应方向进行 反应处于平衡状态 反应向逆反应方向进行 3 利用 利用 K 可判断反应的热效应可判断反应的热效应 若升高温度 K 值增大 则正反应为吸热反应 若升高温度 K 值减小 则正反应为放热反应 3 平衡转化率 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 aA bB cC dD 反应物 A 的转化率可以表示为 0 0 A A AA A 100 100 A A cc c 的初始浓度的平衡浓度 的初始浓度 要点诠释 要点诠释 化学平衡常数和平衡转化率都可用来定量描述可逆反应进行的程度 它们是有不同的 一个特定的化学反应 在温度一定时虽然只有一个平衡常数 但反应物的平衡转化率却可以因反应物量的不 同而不同 因此 脱离具体的反应物谈化学反应的平衡转化率是没有意义的 平衡转化率随着反应物起始浓度的不同而变化 而平衡常数却不受起始浓度的影响 平衡常数的表达式和数值根据化学方程式书写方式的变化而变化 平衡转化率不随方程式书写方式的变化而 变化 在进行有关计算时 代入平衡常数 K 表达式中的必须是物质的平衡浓度 而代入平衡转化率 表达式中的 可以是物质的浓度 也可以是物质的物质的量 质量或气体的体积等 平衡常数更能反映出可逆反应的本质 化学反应进行的方向 学习目标 学习目标 1 了解放热反应的自发性和某些吸热过程的自发性 2 能用焓变和熵变判断化学反应的方向 要点梳理 要点梳理 要点一 自发过程与自发反应要点一 自发过程与自发反应 1 自发过程 自发过程 含义 在一定条件下 不用借助外力就可以自发进行的过程 分类 高中化学 选修四 第二章 化学反应速率与化学反应平衡 知识点 9 10 特点 a 体系趋向于从高能状态转变为低能状态 体系对外部做功或者释放热量 b 在密闭条件下 体系有从有序自发转变为无序的倾向 实例 a 自然界中 水由高处往低处流 而不会自动从低处往高处流 b 物理学中 电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动 c 日常生活中 气温升高 冰雪自动融化 2 自发反应 自发反应 在给定的条件下 可以自发进行到显著程度的反应 3 自发过程和自发反应的特点 自发过程和自发反应的特点 具有方向性 如果某个方向的反应在一定条件下是自发的 则其逆方向的反应在该条件下肯定不自发 如铁 器暴露于潮湿的空气中会生锈是自发的 而铁锈变为铁在该条件下肯定不是自发的 要想使非自发过程发生 则必须对它做功 如利用水泵可使水从低处升到高处 通电可将水分解生成氢气和 氧气 4 自发过程和自发反应的应用 自发过程和自发反应的应用 自发过程和自发反应可被利用来完成有用功 如向下流动的水可推动机器 甲烷可在内燃机中被用来做功 锌 与 CuSO4溶液的反应可被设计成原电池 可根据氢气的燃烧反应设计成燃料电池等 要点诠释 要点诠释 过程的自发性只能用于判断过程的方向 不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率 如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件 其发生腐蚀过程的自发性是相同的 但只有后者可以实现 要点二 化学反应进行方向的判据要点二 化学反应进行方向的判据 1 焓判据 焓判据 概念 体系总是趋向于从高能状态转化为低能状态 这时体系往往会对外部做功或释放能量 该判据又称能 量判据 应用 由焓判据知 放热过程 H 0 常常是容易自发进行的 焓判据的局限性 2N2O5 g 4NO2 g O2 g H 56 7 kJ mol 1 NH4 2CO3 s NH4HCO3 s NH3 g H 74 9 kJ mol 1 以上两个反应都是吸热反应 但是也可以自发进行 因此焓变是影响反应自发进行的因素 但不是唯一因素 2 熵判据 熵判据 熵 熵 a 概念 表示体系的不规则或无序状态程度的物理量 熵的符号为 S 单位 J mol K b 实质 用来描述体系的 混乱度 是物质的一个状态函数 熵值越大 体系的混乱度越大 c 影响熵大小的因素 同一条件下 不同的物质熵值不同 同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关 一般地 对同一物质而言 S g S 1 S s 熵判据 熵判据 a 熵增原理 在与外界隔离的体系中 自发过程的体系趋向于由有序转变为无序 导致体系的熵增大 这一经验规律叫做熵 增原理 在用来判断过程的方向时