高考化学总复习 第二部分 专题八 化学反应速率和化学平衡课件.ppt

专题八化学反应速率和化学平衡 化学 浙江选考专用 考点一化学反应速率 知识梳理1 表示方法 1 化学反应速率用 单位时间内反应物浓度 常用物质的量浓度 的减少或生成物浓度的增加来表示 2 计算公式 v 单位 mol l 1 min 1 或写成 mol l min 形式 3 化学反应速率与化学计量数的关系对于同一个反应ma g nb g pc g qd g 在同一时间段内化学反应速率v a v b v c v d m n p q 考点清单 2 影响化学反应速率的因素 1 内因 参加反应的物质的性质是影响化学反应速率的决定性因素 例如h2 f2混合后 冷暗处就发生爆炸反应 化学反应速率极大 是不可逆反应 而h2 n2在高温 高压和有催化剂存在下才能发生反应 且反应是可逆反应 反应不能进行到底 2 外因 浓度 温度 压强 催化剂等外界条件都能对化学反应速率产生影响 1 浓度 浓度增大可以提高化学反应速率 2 压强 对有气体参加的可逆反应而言 在温度一定时 对一定量气体 增大压强就会使气体体积缩小 使气体反应物浓度增大 化学反应速率也增大 若减小压强 气体体积增大 气体反应物浓度减小 化学反应速率也减小 3 温度 温度升高 化学反应速率增大 通过实验测得温度每升高10 反应速率一般增加2 4倍 4 催化剂 在绝大多数反应中 使用催化剂能使化学反应速率显著增大 此类催化剂称为正催化剂 也有少数能减小反应速率的负催化剂 中学阶段若无特别说明 均指正催化剂 5 其他 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 例如光照能加速氯水中次氯酸的分解 从而加快cl2与水的反应 形成原电池也是增大反应速率的一种途径 3 对影响化学反应速率的因素的解释 温馨提示 1 改变固体或纯液体的量对化学反应速率无影响 因为固体 纯液体的浓度均可视为常数 但改变固体表面积会影响化学反应速率 2 不要把外界因素对反应速率的影响和对化学平衡的影响混淆 如升温 正 逆反应速率都增大 但是增大的幅度不同 导致化学平衡发生移动 3 催化剂有正催化剂和负催化剂之分 正催化剂即通常所说的催化剂 负催化剂又称为抑制剂 4 惰性气体 对反应速率的影响我们把化学反应体系中与各反应成分不起反应的气体统称为 惰性气体 1 恒温恒容时对于有气体参加的反应 充入 惰性气体 体系总压强增大 但各反应成分分压不变 即各反应成分的浓度不变 反应速率不变 2 恒温恒压时对于有气体参加的反应 充入 惰性气体 容器容积增大各反应成分浓度降低反应速率减小 考点二化学反应的方向与化学平衡 知识梳理一 化学反应进行的方向1 自发反应 1 含义 在一定温度和压强下 无需 外界帮助就能自动进行的反应 2 特点a 体系趋向于从高能状态转变为低能状态 体系对外部做功或释放热量 b 在密闭条件下 体系有从有序转变为无序的倾向性 无序体系更加稳定 1 判据 2 化学反应方向 2 焓变 熵变和温度对化学反应方向影响的一般规律 特别提醒 用 h t s 0来判断反应的自发性 只能用于判断反应的方向 不能确定反应是否一定会发生 也不能确定反应速率 二 化学平衡1 可逆反应 1 定义 在 相同条件下 既可以向正反应方向进行 同时又可以向逆反应方向进行的化学反应 2 特点1 二同 a 相同条件下 b 正逆反应同时进行 2 一小 反应物与生成物同时存在 任一组分的转化率都小于100 3 表示 在化学方程式中用 表示 1 概念 在一定条件下 可逆反应进行到一定程度时 正反应速率与逆反应速率 相等 反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度不再发生变化的状态 2 平衡的建立 2 化学平衡状态 三 化学平衡的移动1 概念可逆反应达到平衡状态时 若反应条件 如 浓度 温度 压强等 发生了变化 平衡混合物中各组分的浓度也会随之改变 从而在一段时 3 平衡的特征 间后达到新的平衡状态 这种由原平衡状态向新平衡状态的变化过程 叫化学平衡的移动 2 与反应速率的关系 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 v逆 平衡向 逆反应方向移动 3 影响化学平衡移动的因素 1 勒夏特列原理 化学平衡移动原理 改变影响化学平衡的一个因素 平衡将向着能够 减弱这种改变的方向移动 2 外界条件对化学平衡影响的分析 特别提醒 对平衡影响的几种特殊情况 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 故改变这些固体或液体的量 对化学平衡无影响 2 对于反应前后气态物质的化学计量数相等的反应 压强的变化对正 逆反应速率的影响程度是等同的 平衡不移动 3 惰性气体 对化学平衡的影响1 恒温 恒容条件原平衡体系体系总压强增大 体系中各组分的浓度不变 平衡不移动 2 恒温 恒压条件 原平衡体系容器容积增大 各反应气体的分压减小 体系中各组分的浓度同倍数减小 等效于减压 4 同等程度改变反应混合物中各物质的浓度时 应视为压强的影响 四 化学平衡常数及转化率1 化学平衡常数 1 在一定温度下 当一个可逆反应达到平衡时 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 该常数称作该反应的化学平衡常数 用符号k表示 2 表达式 对于可逆反应ma g nb g pc g qd g 化学平衡常数k 3 影响因素 k的大小与物质的浓度 压强等无关 只随温度的变化而变化 4 化学平衡常数的应用1 判断化学反应可能进行的程度 k值越大 反应进行的程度越大 一般认为 k 105时 反应基本进行完全 2 判断化学平衡移动的方向 对于可逆反应aa g bb g cc g dd g 在一定温度下的任意时刻 反应物与生成物浓度有如下关系 qc 称为浓度商 qc3 利用化学平衡常数随温度的变化判断反应的热效应 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 2 平衡的转化率对于可逆反应 aa bbcc dd 达到平衡时反应物a的转化率 a 100 方法1化学平衡状态的判断方法1 直接 特征 标志 等 v正 v逆 同一物质 定 各物质的百分含量保持不变2 间接 等价 标志 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 各物质的浓度不随时间的改变而改变 各物质的质量 物质的量不随时间的改变而改变 各气体的体积 各气体的分压不随时间的改变而改变 判断可逆反应达到平衡状态的方法和依据可归纳如下表 突破方法 特别提醒 1 判断化学平衡状态时 要分清反应的条件是恒温恒容还是恒温恒压 要弄清反应的特点 全部是气体参与的等体积反应还是非等体积反应 有固体参与的等体积反应还是非等体积反应 反应是吸热反应还是放热反应 2 不能作为 标志 的四种特殊情况 反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比 恒温恒容下的体积不变的反应 体系的压强或总物质的量不再随时间而变化 如2hi g h2 g i2 g 全是气体参加的体积不变的反应 体系的平均相对分子质量不再随时间而变化 如2hi g h2 g i2 g 全是气体参加的反应 恒容条件下体系的密度保持不变 3 判断可逆反应是否达到平衡状态时 只要抓住 变量不变 即可 如果所给的物理量随着反应的进行是一个变量 在某时间段内不变 就可以说明反应达到平衡状态 如果该物理量始终是一个定值 就不能作为判断的依据 例1 2017浙江宁波效实中学模拟 12 一定温度下 两个恒容密闭容器中分别发生反应 h2 g i2 g 2hi g c s h2o g co g h2 g 下列状态能表明两个反应都达到平衡状态的是 a 各物质的浓度不变 b 容器内气体压强不变 c 容器内气体密度不变 d 容器内气体颜色不变 e 各组分的物质的量分数或质量分数不变 f 混合气体的平均相对分子质量不变 a aeb aefc abcd ac 解析a中各物质的浓度不变 说明反应 均达到平衡状态 b中容器内气体压强不变 反应 中压强始终不变 无法判断反应 是否达到平衡状态 c中容器内气体密度不变 反应 的密度始终不变 无法判断反应 是否达到平衡状态 d中容器内气体颜色不变 反应 容器内气体颜色始终不变 e中各组分的物质的量分数或质量分数不变 说明反应 均达到平衡状态 f中混合气体的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值 反应 中混合气体的平均相对分子质量始终不变 不能说明反应 达到平衡状态 故选a项 答案a 1 1 2017浙江德清高级中学选考模拟 一定条件下 将1mola和3molb充入恒容密闭容器中 发生反应 a g 3b g 2c g 下列不能说明该反应已经达到平衡状态的是 a 气体的密度不再改变b 混合气体中a的体积分数不再变化c 混合气体的总压强不再变化d 单位时间内生成amola 同时生成2amolc答案a解析题述反应前后气体质量不变 容器体积不变 故气体密度始终不变 密度不变不能说明题述反应达到平衡状态 a错误 a的体积分数不再变化 能说明反应达到平衡状态 b正确 题述反应前后气体体积减小 混合气体的总压强不再变化 能说明反应达到平衡状态 c正确 单位时间 内生成amola 同时生成2amolc 说明正 逆反应速率相等 能说明反应达到平衡状态 d正确 方法2化学反应速率及化学平衡图像的分析方法1 图像类型及解题要领 1 速率 压强 或温度 图像特点 曲线表示的是外界条件 如温度 压强等 对正 逆反应速率影响的变化趋势及变化幅度 图中交点是平衡状态 压强 或温度 增大后正反应速率增大得快 平衡正向移动 2 转化率 或质量分数等 压强 温度图像特点 表示两个外界条件同时变化时 a的转化率的变化规律 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 特点 如上图中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 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 即曲线先拐的首先达到平衡 反应速率快 以此判断温度或压强的高低 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量的意义 3 质量分数 时间图像 二看线 看准线的走向 增减性及量的变化 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 看横坐标轴和纵坐标轴量的变化 例2 2017浙江宁波镇海中学单元检测 某密闭容器中充入等物质的量的a和b 一定温度下发生反应a g xb g 2c g 达到平衡后 在不同的时间段 分别改变影响反应的一个条件 测得容器中各物质的物质的量浓度 反应速率分别随时间的变化如下图所示 下列说法中正确的是 a 8min时反应第一次达到平衡b 30min时降低压强 40min时升高温度c 化学方程式中的x 1 正反应为吸热反应d 30 40min时该反应使用了正催化剂 解析由图像知20min时反应第一次达到平衡 8min时 a b c的浓度相等但在20min前浓度还在发生变化 说明反应未达到平衡 a项错误 由图像知 a b的浓度随时间变化的曲线是同一条曲线 说明化学方程式中a b的化学计量数相等 x 1 则该反应是一个反应前后气体物质的量不变的反应 30min时 a b c的浓度都减小 正 逆反应速率相等 平衡不移动 应该是减压 40min时 v 正 v 逆 都增大 应该是升高温度 因v 逆 v 正 平衡逆向移动 故逆反应为吸热反应 故b项正确 c项错误 30 40min时 v 正 v 逆 同等程度减小 v 正 v 逆 不是使用正催化剂 d项错误 答案b 2 1 2017浙江余姚中学期中 可逆反应ma s nb g pc g qd g 当其他条件不变时 c的质量分数与温度 t 和压强 p 的关系如图所示 根据图中曲线判断下列叙述中正确的是 a 达到平衡后 若使用催化剂 c的质量分数增大b 达到平衡后 若升高温度 则平衡向逆反应方向移动c 达到平衡后 增大a的量 有利于平衡向正反应方向移动 d 方程式中一定有m n p q答案b解析使用催化剂 可以缩短反应到达平衡所需的时间 但平衡不移动 c的质量分数不变 a错误 由题图知 升高温度 c 减小 则平衡逆向移动 b正确 达到平衡后增加a的量 因a为固体 故对平衡无影响 c错误 增大压强 c 减小 则平衡逆向移动 增大压强平衡向气体体积减小的方向移动 故n p q d错误 方法3化学平衡的计算方法 三段式 法1 计算模式反应 ma g nb g pc g qd g 令a b起始的物质的量分别为amol bmol 达到平衡后 a的消耗量为mxmol 容器容积为vl ma g nb g pc g qd g 起始 mol ab00变化 mol mxnxpxqx平衡 mol a mxb nxpxqx则有 1 平衡常数k 2 反应物 n 平 n 始 n 变 生成物 n 平 n 始 n 变 3 a平衡时的浓度 c平 a mol l 1 4 a的转化率 平 a 100 a b的转化率之比 a b 5 平衡时a的体积分数 平 a 100 6 平衡时和开始时的压强比 7 混合气体的密度 混 g l 1 8 混合气体的平均摩尔质量 g mol 1 2 基本步骤 1 确定反应物或生成物的起始加入量 2 确定反应过程的变化量 3 确定平衡量 4 列比例式求解 例3在1 0l密闭容器中充入0 10mola g 在一定温度下进行如下反应 a g b g c g h 85 1kj mol 1 反应时间 t 与容器内气体总压强 p 的数据见下表 回答下列问题 1 欲提高a的平衡转化率 应采取的措施为 2 由总压强p和起始压强p0计算反应物a的转化率 a 的表达式为 平衡时a的转化率为 反应的平衡常数k为 3 由总压强p和起始压强p0表示平衡时反应体系的总物质的量n总和反应物a的物质的量n a n总 mol n a mol 下表为反应物a浓度与反应时间的数据 计算a 分析该反应中反应物的浓度c a 变化与时间间隔 t 的规律 得出的结论是 由此规律推出反应在12h时反应物的浓度c a 约为mol l 1 解析 1 正反应是吸热反应 反应后气体体积增大 根据平衡移动原理分析可知 欲提高a的平衡转化率 可以升高温度 减小压强 2 反应后气体物质的量增大的量等于反应的a的物质的量 所以反应物a的转化率 a 的表达式为 100 平衡时a的转化率 100 94 1 a g b g c g 起始量 mol l 1 0 1000变化量 mol l 1 0 10 94 1 0 10 94 1 0 10 94 1 平衡量 mol l 1 0 10 1 94 1 0 10 94 1 0 10 94 1 k 1 5 3 依据压强之比等于物质的量之比 n总 n起始 p p0 n总 设a的变化量为xmol 则a g b g c g 起始量 mol 0 1000变化量 mol xxx某时刻量 mol 0 10 xxx 0 10 x 0 10 p p0 x n a 0 10mol mol 0 10 2 mol 4h时 n a 0 10 2 mol 0 10 2 mol 0 051mol 所以a 0 051 分析数据特征可知 每隔4h a的浓度减小约一半 由此规律推出反应在12h时反应物的浓度c a 0 013mol l 1 答案 1 升高温度 减小压强 2 100 94 1 1 5 3 0 10 2 0 051每隔4h a的浓度减小约一半0 0133 1某温度下 向4 0l恒容密闭容器中充入2 0molpcl5 g 反应pcl5 g pcl3 g cl2 g 经一段时间后达到平衡 反应过程中测定的部分数据见下表 下列说法正确的是 a 反应在前50s的平均反应速率为v pcl3 0 0064mol l s b 若保持其他条件不变 升高温度 平衡时c pcl3 0 11mol l 则反应的 hv 逆 答案d解析由表中数据可得反应在前50s的平均反应速率为v pcl3 0 0016mol l s 故a项错误 升高温度 平衡时c pcl3 0 11mol l 大于题表中pcl3的平衡浓度 0 1mol l 说明升温平衡正向移动 正反应为吸热反应 h 0 故b项错误 由表中信息可知原平衡时pcl3的物质的量为0 40mol 根据 三段式 得 pcl5 g pcl3 g cl2 g 起始浓度 mol l 0 500转化浓度 mol l 0 10 10 1平衡浓度 mol l 0 40 10 1平衡常数k 0 025 则逆反应的平衡常数k 40 相同温度下 起始时向容器中充入4 0molpcl3 4 0molcl2 设达到平衡时消耗pcl3的 物质的量浓度为xmol l 根据 三段式 得 pcl3 g cl2 g pcl5 g 起始浓度 mol l 110转化浓度 mol l xxx平衡浓度 mol l 1 x1 xxk 40 x 0 85 pcl3的转化率约为85 故c项错误 相同温度下 起始时向该容器中充入2 0molpcl5 0 40molpcl3和0 40molcl2 pcl5 pcl3 cl2的起始浓度分别为0 5mol l 0 1mol l 0 1mol l 浓度商qc 0 02v 逆 d项正确 方法4等效平衡问题的分析方法 教师用书专用 1 概念相同条件下 同一可逆反应体系 不管从正反应开始 还是从逆反应开始 起始加入的物质的量不同 而达到平衡时 反应混合物中同种物质的百分含量相同 这样的平衡称为等效平衡 由于化学平衡状态与条件有关 而与建立平衡的途径无关 因此 对于同一可逆反应 从不同的状态开始 只要达到平衡时条件 温度 浓度 压强等 完全相同 则可形成等效平衡 2 等效平衡规律 1 恒温 恒容条件对于反应前后气体分子数改变的同一可逆反应 只改变起始时加入物质 的物质的量时 如果通过可逆反应的化学计量数之比换算成同一半边的物质的物质的量与原来加入的物质的物质的量相同 则两平衡等效 如在恒温 恒容条件下 可逆反应 2so2 o22so3 2mol1mol0mol 0mol0mol2mol 0 5mol0 25mol1 5mol 从正反应开始 从逆反应开始 正 逆反应同时发生 由于 三种情况按化学方程式中的化学计量数关系换算成同一方向的反应物 对应各组分的物质的量均相等 因此三者达到的平衡为等效平衡 2 恒温 恒压条件对于同一可逆反应 改变起始时加入物质的物质的量 只要按化学计量数关系换算成同一半边的物质的物质的量 若物质的量之比与对应组分起始加入的物质的量之比相同 则达到的平衡与原平衡等效 如在恒温 恒压条件下 可逆反应 2so2 o22so3 2mol1mol0mol 4mol2mol0mol 0mol0mol4mol 2mol1mol2mol 的图示如下 从正反应开始 从逆反应开始 正 逆反应同时发生 由于 三种情况按反应方程式中的化学计量数关系换算成同一方向的反应物时 对应各组分的物质的量之比均相等 因此三者为等效平衡 3 在恒温 恒容或者恒温 恒压的条件下 对于反应前后气体分子数 不变的可逆反应 只要反应物 或生成物 的物质的量的比值与原来相同 则两平衡等效 例4 2016江苏单科 15 4分 一定温度下 在3个体积均为1 0l的恒容密闭容器中反应2h2 g co g ch3oh g 达到平衡 下列说法正确的是 a 该反应的正反应放热b 达到平衡时 容器 中反应物转化率比容器 中的大c 达到平衡时 容器 中c h2 大于容器 中c h2 的两倍d 达到平衡时 容器 中的正反应速率比容器 中的大解析将容器 中c ch3oh 0 10mol l 1等效转移至左边的反应物 相当于c h2 0 20mol l 1 c co 0 10mol l 1 a项 容器 中相对于容器 中 温度升高 平衡左移 则逆反应为吸热反应 正反应放热 正确 b项 容器 中相对于容器 中 压强增大 平衡右移 则容器 中反应物转化率大 错误 c项 容器 相对于容器 温度升高 压强减小 平衡左移 达平衡时 容器 中c h2 小于容器 中c h2 的两倍 错误 d项 容器 中比容器 中温度高 反应速率快 正确 答案ad4 1某温度下 在2l的密闭容器中 加入1molx g 和2moly g 发生反应 x g my g 3z g 平衡时 x y z的体积分数分别为30 60 10 在此平衡体系中加入1molz g 再次达到平衡后 x y z的体积分数不变 下列叙述不正确的是 a m 2b 两次平衡的平衡常数相同c x与y的平衡转化率之比为1 1d 第二次平衡时 z的浓度为0 4mol l 1 答案d解析在2l的密闭容器中 反应达平衡时 各物质的体积分数之比等于各物质的物质的量之比 即平衡时 n x n y n z 30 60 10 3 6 1 设第一次平衡时x消耗的物质的量为x 则x g my g 3z g 初始1mol2mol0转化xmx3x平衡1mol x2mol mx3x则 1mol x 2mol mx 3x 3 6 1 解得x 0 1mol m 2 由此可知a项 c项正确 同理可得第二次平衡时 z的浓度为0 2mol l 1 d项错误 平衡常数只与温度有关 两次平衡反应温度相同 故平衡常数相同 b项正确 方法5化