广东省佛山市南海区石门中学高中化学 第二章 化学反应速率与化学平衡复习课件 新人教版选修4.ppt

化学反应速率和化学平衡 浓度 压强 温度 催化剂 其它 浓度 压强 温度 适宜条件选择 合成氨工艺流程 一 化学反应速率 1 化学反应速率 2 影响反应速率的条件 二 化学平衡 1 化学平衡的建立 3 影响平衡的条件 4 等效平衡 三 合成氨简介 化学反应速率和化学平衡 2 化学平衡的移动 四 有关化学平衡的计算 内因 外因 复习纲要 一 化学反应速率 1 概念 化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的 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 化学反应速率 3 单位 mol l s 或mol l min 或mol l h a b c d m n p q 化学反应速率是一段时间内的平均速率 且取正值 在同一反应中用不同的物质来表示反应速率时其数值可能不同的 同一反应中不同物质的速率之比值等于化学方程式中相应的化学计量数之比 4 特点 化学反应速率是一段时间内的平均速率 且取正值 例1 反应a 3b2c 2d在四种不同的情况下的反应速率分别为 a 0 15mol l s b 0 6mol l s c 0 4mol l s d 0 45mol l s 该反应在四种情况下的快慢顺序为 分析 根据反应速率之比等于物质的计量数之比来判断 将不同物质表示的反应速率换算成同一物质表示的反应速率来判断 在同一个反应中 用不同的物质来表示反应速率时 其数值可以是不同的 但表示这个反应速率的含义是相同的 例题 例2 将化合物a的蒸气1mol充入0 5l容器中加热分解 2a g b g nc g 反应到3min时 容器内a的浓度为0 8mol l 测得这段时间内 平均速率v c 0 6mol l min 则化学方程式中的n值为 v b 分析 因为反应方程式中各物质化学计量数之比 等于它们的反应速率之比 欲求n值 应先求v a 的值 起始时 1mol 3min末 0 4mol 变化量 0 6mol 所以v a 0 4mol l min v a v c 0 4 0 6 2 3 2 nn 3 答案 n 3v b 0 2mol l min v b v a 0 4mol l min 0 2mol l min 3 0 2mol l min 例3 一定温度下 向一个容积为2l的真空密闭容器中 事先装入催化剂 通入1moln2和3molh2 3min后 测得容器内的压强是开始时的0 9倍 在此时间v h2 为 a 0 2mol l min b 0 6mol l min c 0 1mol l min d 0 3mol l min 解析 3min末混合气体的物质的量为 1mol 3mol 0 9 3 6mol 设3min内消耗n2xmol n2 3h2 2nh3起始1mol3mol0mol3min末 1 x mol 3 3x mol2xmol 1 x 3 3x 2x 3 6 x 0 2mol v h2 3min 0 1mol l min c 想一想 例4 某温度时 在2l密闭容器中 x y z三种物质的物质的量随时间变化曲线如右图所示 由图中数据分析 该反应的化学方程式为 反应开始至2min z的平均反应速率为 解析 从图分析 2min之内 x消耗了0 3mol y消耗了0 1mol而z增加了0 2mol 物质发生化学变化时 反应物减少的物质的量与生成物生成的物质的量之比等于化学反应方程式中各对应物质前计量数之比 因nx ny nz 0 3mol 0 1mol 0 2mol 3 1 2 z的平均反应速率为 0 05mol l min 0 05mol l min 此外还有等也影响了反应速率 浓度 压强 温度 催化剂 光 超声波 激光 放射性 电磁波 反应物的颗粒的大小 扩散速率 溶剂的性质 是影响化学反应速率的四大因素 2 外因 二 影响化学反应速率的因素 反应物的性质是决定化学反应速率的主要因素 1 内因 外界条件对化学反应速率影响的规律 固体或纯液体的浓度是常数 增加固体或纯液体的量 不影响反应速率 可逆反应中 正 逆 可逆反应中 若反应物 生成物中均有气体 p 正 逆 可逆反应中 t 正 逆 可逆反应中 可同等程度增大 正 逆 外界条件对化学反应速率影响的原因 单位体积内分子数增加 活化分子百分数不变 活化分子数相应增加 反应物分子能量增加 活化分子百分数增加 活化分子数增加 降低反应所需的能量 使活化分子百分数增加 活化分了数增加 单位体积内活化分子数增加 有效碰撞次数增多 反应速率加快 1 试将外界条件对反应速率的影响结果填入下表中 思考与练习 2 在相同的条件下 做h2o2分解对比实验 其中 1 加入mno2催化 2 不加mno2催化 下图是反应放出o2的体积随时间的变化关系示意图 其中正确的是 解析 催化剂的加入能改变化学反应速率 但不能改变反应进行的程度 所以同样的h2o2分解放出的氧气量不会因mno2的加入而改变 所以b c错 mno2是h2o2分解的正催化剂 可以加快分解 所以d不正确 只有a正确 a 3 把除去氧化膜的镁条投入到盛有少量稀盐酸的试管中 发现氢气发生的速率变化情况如图所示 其中t1 t2速率变化的主要原因是 t2 t3速率变化的主要原因是 反应是放热反应 温度升高使化学反应速率提高 hcl物质的量浓度变小使化学反应速率降低 4 对于反应i2 g h2 g 2hi g 在其他条件相同时 采取下列措施 压强如何变化 反应速率如何变化 1 缩小体积 2 保持体积不变 通入惰性气体he 3 保持压强不变 通入惰性气体he 4 保持体积不变 通入少量h2 5 在一定条件下2升的反应容器中充入一定量的n2和h2发生下反应n2 3h2 2nh3 5分钟后测的nh3的物质的量为0 5mol 则nh3的反应速率为 h2的反应速率为 0 05mol l min 0 05mol l m 3 2 0 075mol l min 6 硫分别在空气中和氧气中燃烧的现象是 由此可得出的结论是 淡蓝色火焰 蓝紫色火焰 速率快 7已知在一定条件下发生下列反应x w y zy n w z 则总反应方程式为 其中x为 w为 y为 2x n 2z 反应物 催化剂 中间产物 反应物浓度大 1 化学平衡的建立 化学平衡 一 化学平衡的建立 2 化学平衡状态 概念 在一定条件下的可逆反应里 正反应速率和逆反应速率相等 反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态 称为化学平衡状态 概念的理解 前提是一定条件下的可逆反应 实质是 正 逆 0 标志是反应混合物中各组分的浓度保持不变 3 化学平衡的特征 1 逆 可逆反应 变 当浓度 压强 温度等条件改变时 化学平衡即发生移动 2 等 正 逆 0 3 动 动态平衡 平衡时 正 逆反应仍在进行 定 平衡状态时 反应混合物中各组分的浓度保持不变 勤思善解 4 化学平衡状态的标志 用速率判断 同一物质的消耗速率等于生成速率即v 正 v 逆 不同物质用正逆反应表示的速率之比等于化学方程式中的系数比 2 用各组分的含量判断 各组分的质量分数 或质量 不变 各组分气体的体积分数 或体积 不变 各组分的物质的量分数 或物质的量或分子数 不变 各组分的物质的量浓度不变 3 特殊方法 反应前后都是气体且体积不等的可逆反应 总物质的量或平均摩尔质量或恒温恒容下的总压或恒温恒压下的密度不变 4 用转化率或产率判断 反应物的转化率 产物的产率不变 5 用颜色判断 对于有颜色物质参加或生成的可逆反应 颜色不变 3 特殊方法 反应前后都是气体且体积不等的可逆反应 总物质的量或平均摩尔质量或恒温恒容下的总压或恒温恒压下的密度不变 1 下列方法中可以证明a s 2b2 g 2c2 g d2 g 已经达到平衡状态的是 一个b b键的断裂的同时有一个c c键的生成 百分组成b2 c2 d2 单位时间内生成了2molc的同时也生成了1mola 反应速率 b2 c2 1 2 d2 c b2 c c2 c d2 2 2 1 温度 体积一定时 b2 c2 d2 浓度不再变化 温度 体积一定时 容器内的压强不再变化 条件一定时 混合气体的平均相对分子质量不再变化 温度 体积一定时 混合气体的密度不再变化 8 思考与练习 2 在一定温度下 可逆反应 a2 气 b2 气 2ab 气 达到平衡的标志是 a a2 b2 ab的浓度不再变化 b 容器中的压强不再随时间变化c 单位时间内生成nmol的a2同时生成2nmol的ab d a2 b2 ab的浓度之比为1 1 2 ac 二 化学平衡移动 1 概念 可逆反应中旧化学平衡的破坏 新化学平衡的建立过程叫做化学平衡移动 2 化学平衡移动的根本原因 外界条件改变 引起 正 逆发生改变 且 正 逆 0 造成化学平衡移动 3 化学平衡移动的结果 速率 体系中各组分含量与原平衡比较均发生变化 4 化学平衡移动的方向 正 逆 正反应方向移动 正 逆 逆反应方向移动 正 逆 平衡不移动 三 影响化学平衡移动的因素 在其他条件不变时 增大反应物浓度或减小生成物浓度都可使化学平衡向正反应方向移动 反之化学平衡向逆反应方向移动 1 浓度 注意 加入不溶性固体物质或不溶性液态物质时 由于其 浓度 为一常数 不随其量的增减而变化 故改变这些物质的投入量 对平衡没有影响 对于反应前后气体总体积发生变化的可逆反应 在其他条件不变时 增大压强 化学平衡向气体体积缩小的方向移动 反之 化学平衡向气体体积增大的方向移动 其他条件不变时 压强增大 正 逆都提高 但气体体积之和大的反应速率增大的幅度更大 2 压强 压强对平衡的影响 只考虑对参加反应的气态物质的影响 3 温度在其他条件不变的情况下 升高温度 化学平衡向吸热反应方向移动 降低温度 化学平衡向放热反应方向移动 升高温度 吸热反应方向的速率增大的幅度更大 降低温度 吸热反应方向的速率降低的幅度更大 它的使用能同等程度地改变正 逆反应速率 即反应速率改变但仍然相等 可以改变化学反应达到平衡所需要的时间 正催化剂可以加快反应速率 缩短反应达到平衡所需要的时间 4 催化剂对化学平衡移动无影响 勒夏特列原理 化学平衡移动原理 若改变影响平衡的一个条件 浓度 压强 温度 平衡就向能够减弱这种改变的方向移动 b d 例3 如图曲线是在其他条件一定时 反应 2no2 n2o4 h 逆 的点是 a a或e b c c b d d b cd 例5 下列事实中不能用平衡移动原理解释的是 a 密闭 低温是存放氨水的必要条件 b 实验室用排饱和食盐水法收集氯气 c 硝酸工业生产中 使用过量空气以提高nh3的利用率 d 在feso4溶液中 加入铁粉以防止氧化 d 例6 对于反应ma g nb g qc g 有如右图所示关系 则 p1与p2的关系 m n与q的关系 t1与t2的关系 选填 或 正反应是吸热还是放热 正反应为放热反应 四 等效平衡 1 等效平衡的含义 同一气体可逆反应 在相同条件 定温 定容或定温 定压 下 初始加入物质的物质的量不同 而达平衡时两个平衡中同种物质的百分含量相同 这样的两个平衡称为等效平衡 2 等效平衡的规律 i类 非等体反应在恒温恒容下换算成方程式同一边的物质后 物质的量相等即为平衡等效 类 等体反应不论在恒温恒容或恒温恒压下换算为方程式同一边的物质后 物质的量之比相等即为等效衡 类 非等体反应在恒温恒压下换算为方程式同一边的物质后 物质的量之比相等即为等效平衡 选项a是错误的 因为4mola和2molb比题目所给出的已知量多出了1倍 达到平衡时c的浓度必然大于wmol l 二者不相等 选项b是错误的 当将3molc和1mold完全转化为a和b时 可得2mola和1molb 比题干多给了1molb 故平衡时c的浓度必然大于wmol l 选项c也是错误的 因为若把3molc和1mold放入容器中 当完全转化为a和b 可得2mola和1molb 加入已知2mola和1molb 则可得该混合气体与4mola和2molb是等价的 因此 达到平衡状态时 c的浓度必然大于wmol l d 选项d是正确的 因为若把3molc和1mold放入容器中 当完全转化为a和b可得2mola和1molb 与直接加入2mola和1molb是等价的 因此 达到平衡状态时 c的浓度必然等于wmol l 例5 在一固定容积的密闭容器中 充入3mola和1molb 发生反应 3a g b g xc 达平衡后 c的物质的量分数为w 若体积 温度都不变 以0 9mola 0 3molb和1 4molc为起始物质 达到平衡后 c的物质的量分数也为w 则x的值是 a 4b 3c 2d 1 另一种情况是 等体反应换算为方程式同一边的物质后 只要起始投料比相等就可建立等效平衡 正好题中所给 1 3mola与1molb 2 0 9mola 0 3molb 1 4molc 两情况投料比均为当c 0mol时 a与b物质的量之比为3 1 所以x也可以为4 ac 合成氨适宜条件的选择 在实际生产中 需要综合考虑反应速率 化学平衡 原料选择 产品和设备等各方面的情况 还要兼顾实际条件和生产成本 以确定最佳生产条件 催化剂 催化剂虽不能改变化学平衡 但可加快反应速率 提高单位时间内的产量 温度 升高温度可加快反应速率 但从平衡移动考虑 此反应温度不宜太高 选择温度的另一个重要因素是要使催化剂的活性最大 即催化剂的活性温度 1 理论分析 压强 无论是反应速率 还是化学平衡 都要求压强要大 但生产设备又不能承受太大的压强 而且压力越大 消耗的动力越大 能源越多 浓度 在实际生产过程中 不断补充n2和h2 及时分离出nh3 不但可以加快反应速率 还能使平衡右移 提高nh3的产量 2 合成氨的适宜条件 浓度 n n2 n h2 略大于1 3 以提高h2的利用率 压强 20mpa 50mpa 温度 5000c左右 此时催化剂的活性最大 催化剂 铁触媒 反应原理为 3 合成氨工业的简要流程 1 原料