高考化学二轮复习 第8讲 化学反应速率和化学平衡课件.ppt

第8讲化学反应速率和化学平衡 最新考纲 1 了解化学反应速率的概念及其定量表示方法 2 了解催化剂在生产 生活和科学研究领域中的重要作用 3 了解焓变和熵变是与反应方向有关的两种因素 4 了解化学反应的可逆性 5 了解化学平衡建立的过程 理解化学平衡常数的含义 能利用化学平衡常数进行简单计算 6 理解外界条件 浓度 温度 压强 催化剂等 对反应速率和化学平衡的影响 认识其一般规律 7 了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活 生产和科学研究领域中的重要作用 1 2014 北京理综 12 在一定温度下 10ml0 40mol l 1h2o2溶液发生催化分解 不同时刻测得生成o2的体积 已折算为标准标况 如下表 下列叙述不正确的是 溶液体积变化忽略不计 考点一化学反应速率及其影响因素的分析 重温真题 考情 a 0 6min的平均反应速率 v h2o2 3 3 10 2mol l min b 6 10min的平均反应速率 h2o2 3 3 10 2mol l min c 反应至6min时 c h2o2 0 30mol l 1d 反应至6min时 h2o2分解了50 答案c 2 2014 全国新课标卷 9 已知分解1molh2o2放出热量98kj 在含少量i 的溶液中 h2o2分解的机理为 h2o2 i h2o io 慢h2o2 io h2o o2 i 快下列有关该反应的说法正确的是 a 反应速率与i 的浓度有关b io 也是该反应的催化剂c 反应活化能等于98kj mol 1d v h2o2 v h2o v o2 解析a项 h2o2的分解速率取决于第一步的慢反应 该反应中i 为反应物 故反应速率与i 的浓度有关 正确 b项 该反应的催化剂为i io 只是该反应的中间物质 错误 c项 98kj mol 1是1molh2o2分解的反应热 反应热与活化能无关 错误 d项 将题给两个反应合并可得总反应为2h2o2 2h2o o2 由化学反应速率与其对应物质的化学计量数的关系可知 该反应的反应速率关系应为v h2o2 v h2o 2v o2 错误 答案a 列式计算实验a从反应开始至达到平衡时的反应速率v ax5 图中3组实验从反应开始至达到平衡时的反应速率v ax5 由大到小的次序为 填实验序号 与实验a相比 其他两组改变的实验条件及判断依据是 b c 起始 mol0 200 200转化 molxxx平衡 mol0 20 x0 20 xx所以 0 20 x 0 20 x x 0 30 x 0 10 bca加入催化剂 反应速率加快 平衡点没有改变温度升高 反应速率加快 平衡点向逆反应方向移动 或反应容器的容积和起始物质的量未改变 但起始总压强增大 高考定位有关化学反应速率及其影响因素的考查在历年高考中都有所涉及 题目一般较为简单 常见的命题角度有 化学反应速率的定量计算 化学反应速率的大小比较 外界条件对化学反应速率的影响及其图像 数据表格分析 有关影响化学反应速率因素的探究等 考查方式比较灵活 解题的关键是紧扣化学反应速率的概念 及其外界因素对速率的影响规律认真分析作答 1 突破化学反应速率的定量计算化学反应速率是表示反应进行快慢的物理量 它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 计算公式如下 v b 用上式进行某物质反应速率的计算时需注意以下几点 1 浓度变化只适用于气体和溶液中的溶质 不适用于固体和纯液体 2 化学反应速率是某段时间内的平均反应速率 而不是瞬时速率 且计算时取正值 知能突破 考点 3 同一反应用不同的物质表示反应速率时 数值可能不同 但意义相同 不同物质表示的反应速率之比等于其 之比 4 对于可逆反应 通常所计算的是正 逆反应抵消后的总反应速率 当达到平衡时 总反应速率为零 注 总反应速率也可理解为净速率 2 外界条件对化学反应速率影响的深度剖析 1 纯液体和固体浓度可视为常数 它们的量的改变 影响化学反应速率 但固体颗粒的大小导致接触面积的大小发生变化 故影响反应速率 2 对于固体 液体物质 由于压强改变时对它们的体积影响很小 因而压强对它们浓度的影响可看作不变 故压强对无气体参加的化学反应的速率无影响 化学计量数 不会 3 对使用催化剂的反应 由于催化剂只有在适宜的温度下活性最大 反应速率才能达到最大 故在许多工业生产中温度的选择还需考虑催化剂的活性温度范围 4 对于有气体参与的化学反应 有以下几种情况 增大 增大 加快 增大 加快 增大 未改变 不变 5 外界条件对可逆反应的正 逆反应速率的影响方向是一致的 但影响程度不一定相同 当增大反应物浓度时 v正增大 v逆瞬间不变 随后也增大 改变压强 气体分子数减小方向的反应速率变化程度大 对于反应前后气体分子数不变的反应 改变压强正 逆反应速率改变程度 增大 减小 减小 相同 升高温度 v正和v逆都增大 但 反应方向的反应速率增大的程度大 降低温度 v正和v逆都减小 但 反应方向的反应速率减小的程度大 使用催化剂 能同等程度地改变正 逆反应速率 吸热 吸热 题组一化学反应速率的定量分析1 2014 衡阳联考 反应a g 3b g 2c g 2d g 在四种不同情况下的反应速率分别为 v a 0 45mol l 1 min 1 v b 0 6mol l 1 s 1 v c 0 4mol l 1 s 1 v d 0 45mol l 1 s 1下列有关反应速率的比较中正确的是 a b d 题组训练 考能 解析若将各反应速率均化为以b表示的速率 且以mol l 1 s 1为单位 表示的速率分别是0 0225mol l 1 s 1 0 6mol l 1 s 1 0 6mol l 1 s 1 0 675mol l 1 s 1 故a正确 答案a 下列说法不正确的是 a 2 4min内用h2表示的平均反应速率为0 3mol l 1 min 1b 达到平衡时 co的转化率为62 5 c 反应在第2min时改变了条件 可能是加入了催化剂d 反应在第2min时改变了条件 可能是增加了h2的浓度解析直接根据表格计算出2 4min内v co 0 15mol l 1 min 1 再换算出v h2 0 3mol l 1 min 1 a正确 达到平衡时co的转化率为0 5 0 8 100 62 5 b正确 由表中数据可知 0 2min内 c co 0 2mol l 1 则 c h2 0 4mol l 1 故x 1 2mol l 1 2 4min内各物质的物质的量浓度改变量大于0 2min内的改变量 由此可见化学反应速率增大 故改变的条件是加入了催化剂 c正确 2 4min内 c co 0 3mol l 1 c h2 也正好为0 6mol l 1 故2min时没有增加h2的浓度 d错误 答案d 通过数据比较反应速率大小的方法 一看二转三比较 第一步 看单位是否统一 第二步 是将不同物质表示的化学反应速率转化成用同一物质表示的化学反应速率 第三步 是比较数值确定大小 方法技能 题组二影响化学反应速率的因素3 2014 台州调考 下列说法错误的是 c 当一定量的锌粉和4mol l 1的过量盐酸反应时 为了减慢反应速率 又不影响产生h2的总量 可向容器中加入一些水或硝酸钠溶液d 对任何一个化学反应 温度发生变化 化学反应速率一定发生变化 答案c a 某温度时 化学反应速率无论用a b c中任何物质表示 其数值都相同b 其他条件不变时 降低温度 化学反应速率减小c 其他条件不变时 增大压强 化学反应速率一定加快d 若增大或减小a的物质的量 化学反应速率一定会发生明显的变化解析a项 对于该反应 用不同的反应物或生成物表示的反应速率 其数值不相同 a错 c项 如果反应物 生成物都不是气体 则增大压强对化学反应速率无影响 c错 d项 若a是固体或液体 增大或减小a的物质的量 对化学反应速率没有明显影响 d错 答案b 控制变量法的解题策略影响化学反应速率的因素有多种 在探究某种因素的影响规律时 需要控制其他条件不变 只改变某一个条件 探究这一条件对反应速率的影响规律 这种研究问题的方法叫做控制变量法 解题策略为 1 确定变量 解答此类题目时 要认真审题 清楚实验目的 弄清要探究的外界条件有哪些 2 控制变量 在探究时 应先确定一个变化的量 控制其他量不变 研究这个变化量对实验结果的影响进而总结出影响规律 然后用同样的方法再进一步确定其他变量对实验结果的影响规律 思想方法 3 数据有效 解答时应注意选择数据 或设置实验 要有效 且变量统一 否则无法做出正确判断 1 2013 浙江理综 27节选 捕碳技术 主要指捕获co2 在降低温室气体排放中具有重要的作用 目前nh3和 nh4 2co3已经被用作工业捕碳剂 它们与co2可发生如下可逆反应 考点二正确理解化学平衡状态及其影响因素 重温真题 考情 请回答下列问题 1 为研究温度对 nh4 2co3捕获co2效率的影响 在某温度t1下 将一定量的 nh4 2co3溶液置于密闭容器中 并充入一定量的co2气体 用氮气作为稀释剂 在t时刻 测得容器中co2气体的浓度 然后分别在温度为t2 t3 t4 t5下 保持其他初始实验条件不变 重复上述实验 经过相同时间测得co2气体浓度 得到趋势图 见图1 则 h3 0 填 或 在t1 t2及t4 t5两个温度区间 容器内co2气体浓度呈现如图1所示的变化趋势 其原因是 反应 在温度为t1时 溶液ph随时间变化的趋势曲线如图2所示 当时间到达t1时 将该反应体系温度迅速上升到t2 并维持该温度 请在该图中画出t1时刻后溶液的ph变化总趋势曲线 图2 2 利用反应 捕获co2 在 nh4 2co3初始浓度和体积确定的情况下 提高co2吸收量的措施有 写出2个 3 下列物质中也可能作为co2捕获剂的是 a nh4clb na2co3c hoch2ch2ohd hoch2ch2nh2 2 注意问题要求 提高co2的吸收量 就是要使反应 平衡正向移动 可采取的措施可以是降低温度 增大co2的浓度 3 溶液呈碱性 都可作为co2的吸收剂 d项hoch2ch2nh2的 nh2显碱性 答案 1 t1 t2区间 化学反应未达到平衡 温度越高 化学反应速率越快 所以co2被捕获的量随温度升高而提高 t4 t5区间 化学反应已达到平衡 由于正反应是放热反应 温度升高平衡向逆反应方向移动 所以不利于co2捕获 2 降低温度 增加co2浓度 或分压 3 b d 2 2014 全国新课标 28节选 乙醇是重要的有机化工原料 可由乙烯气相直接水合法或间接水合法生产 下图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度 压强的关系 其中nh2o nc2h4 1 1 1 列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中a点的平衡常数kp 用平衡分压代替平衡浓度计算 分压 总压 物质的量分数 2 图中压强p1 p2 p3 p4的大小顺序为 理由是 3 气相直接水合法常用的工艺条件为 磷酸 硅藻土为催化剂 反应温度290 压强6 9mpa n h2o n c2h4 0 6 1 乙烯的转化率为5 若要进一步提高乙烯的转化率 除了可以适当改变反应温度和压强外 还可以采取的措施有 解析 1 设开始充入的原料气中 c2h4 g 和h2o g 的物质的量均为n c2h4 g h2o g c2h5oh g 开始 mol nn0转化 mol 20 n20 n20 n平衡 mol 80 n80 n20 n 3 依据反应特点及平衡移动原理 提高乙烯转化率还可以增大h2o与c2h4的比例 或将乙醇及时液化分离出去等 2 p4 p3 p2 p1反应分子数减少 相同温度下 压强升高 乙烯转化率提高 3 将产物乙醇液化移去增加nh2o nc2h4比 高考定位有关化学平衡状态及其影响因素的考查是历年来高考的热点 常见的命题角度有 化学平衡状态的判断 外界条件对化学平衡的影响规律 化学平衡图像的分析 有关影响化学平衡因素的实验探究 等效平衡状态等 在选择题和非选择题中都会有所考查 一般属于较难题目且所占分数比例较大 复习备考中应予以关注 1 化学平衡状态判断的 三类标志 一角度 1 本质标志同一物质的 速率与 速率相等 即v正 v逆 2 等价标志 可逆反应的正 逆反应速率不再随时间发生变化 体系中各组成成分的含量 即物质的量浓度 物质的量分数 体积分数 质量分数等保持不变 对同一物质而言 单位时间内该物质所代表的正反应的转化浓度和所代表的逆反应的转化浓度相等 知能突破 考点 消耗 生成 对不同物质而言 一种物质所代表的正反应速率和另一种物质所代表的逆反应速率的比值等于化学方程式中的化学计量数 系数 之比 3 特殊标志 对于反应物和生成物全部是气体且反应前后气体计量数不相等的可逆反应 若反应体系中混合气体的平均相对分子质量不再随时间变化 则反应达到平衡状态 此标志不适用于反应前后气体计量数相等的可逆反应 因为这类反应不管是否达到平衡状态 混合气体的平均相对分子质量始终是不变的 对于气体反应物和气体生成物的计量数不相等的可逆反应 体系中可存在固 液态物质 当恒温 恒容时 若反应体系中总压强不再随时间变化 则反应达到平衡状态 当恒温 恒压时 若反应体系中体积不变或混合气体的密度不变 则反应达到平衡状态 对于反应物和生成物全部是气体且反应前后气体计量数相等的可逆反应 恒温 恒容时压强不变以及恒温 恒压时密度不变等均不能说明反应已达到平衡状态 由于任何化学反应都伴有能量变化 因此在其他条件不变的情况下 当总体系温度一定时 则反应达到平衡状态 对于反应混合物中含有有色气体物质的可逆反应 若体系颜色不变 则反应达到平衡状态 断裂1moln n键的同时生成1moln n键 断裂1moln n键的同时生成 molh h键 断裂1moln n键的同时断裂6moln h键 生成1moln n键的同时生成 moln h键 3 6 2 平衡移动方向的判定 1 应用平衡移动原理判断如果改变影响平衡的一个条件 如浓度 压强或温度等 平衡就向着能够 这种改变的方向移动 原理中 减弱这种改变 的正确理解应当是升高温度时 平衡向吸热反应方向移动 增加反应物浓度 平衡向反应物浓度减少的方向移动 增大压强时 平衡向气体体积缩小的方向移动 减弱 化学平衡移动的根本原因是外界条件 如温度 压强 浓度等 的改变破坏了原平衡体系 使得正 逆反应速率不再相等 当v正 v逆时 平衡向正反应方向移动 当v正 v逆时 平衡向逆反应方向移动 移动的结果是v正 v逆 若条件的改变不能引起正 逆反应速率的变化 或者正 逆反应速率的变化相同 则平衡不发生移动 2 应用浓度商qc与平衡常数k的关系判断 题组一化学平衡状态的判定 c的生成速率和c的分解速率相等 单位时间内生成amola 同时生成3amolb 气体密度不再变化 混合气体的总压强不再变化 a b c的物质的量之比为1 3 2 混合气体的平均相对分子质量不变a b c d 题组训练 考能 解析 是判断平衡状态的本质依据 正确 生成a b都是逆反应方向 在任何条件下都成立 错误 容器体积不变 气体密度不变 说明气体总质量不变 即平衡不移动 正确 容器体积不变 一定温度下 当压强不变时 气体总物质的量不变 正确 a b c的物质的量之比等于其化学计量数之比不能说明反应是否达到平衡 错误 随着反应进行 气体质量增大 气体总物质的量减小 相对分子质量增大 当相对分子质量不变时 说明达到平衡状态 正确 答案b 单位时间内生成nmolh2的同时生成nmolhi 一个h h键断裂的同时有两个h i键断裂 百分组成 hi i2 时 反应速率v h2 v i2 v hi 2时 c hi c h2 c i2 2 1 1时 温度和体积一定时 某一生成物浓度不再变化 温度和体积一定时 容器内的压强不再变化 条件一定 混合气体的平均相对分子质量不再变化 温度和体积一定时 混合气体的颜色不再变化 温度和压强一定时 混合气体的密度不再变化 2 在上述 的说法中能说明反应2no2 g n2o4 g 达到平衡状态的是 解析观察第 1 题反应的特征可知 此反应在反应前后气体的物质的量不发生变化 即在反应的任何一个阶段 容器内的压强不发生改变 气体的总质量不变 总的物质的量不变 因此混合气体的密度 平均相对分子质量均不发生改变 不能作为达到平衡状态的标志 观察第 2 题反应的特征 反应前后气体的体积发生改变 因此其平均相对分子质量 混合气体密度都不发生改变时 反应处于平衡状态 当c no2 恒定 颜色不再变化也可以作为反应达到化学平衡状态的标志 答案 1 2 不能判断化学平衡状态的三个标志 易错防范 题组二化学平衡移动原理的应用3 下列可逆反应达到平衡后 减小压强的同时升高温度 平衡一定向正反应方向移动的是 解析a项 减压平衡不移动 但升温平衡逆向移动 a错 b项 减压和升温平衡均正向移动 b对 c项 减压平衡逆向移动 升温平衡正向移动 但最终结果不确定 c错 d项 减压平衡不移动 但升温平衡逆向移动 d错 答案b a 再充入2molno2 平衡正向移动 o2的体积分数增大b 升高温度 o2的体积分数减小c 增大压强 化学平衡逆向移动 no2的体积分数增大d 再充入1molo2 no2的体积分数增大解析a项 再充入2molno2 相当于增大压强 平衡逆向移动 o2的体积分数减小 a错 b项 升高温度 平衡正向移动 o2的体积分数增大 b错 d项 再充入1molo2 虽然平衡逆向移动 no2的物质的量增大 但no2的体积分数减小 d错 答案c 5 2014 江苏化学 15改编 一定温度下 在三个体积均为1 0l的恒容密闭容器中发生反应 下列说法正确的是 a 该反应的正反应为放热反应b 达到平衡时 容器 中的ch3oh体积分数比容器 中的小 c 容器 中反应达到平衡所需时间比容器 中的长d 若起始时向容器 中充入ch3oh0 15mol ch3och30 15mol和h2o0 10mol 则反应将向逆反应方向进行解析对比容器 可知起始时物质的量都是0 20mol 容器 温度降低 ch3och3平衡时的物质的量增大 说明平衡正向移动 故正反应是放热反应 a项正确 b项 容器 的投料量是容器 的两倍 相当于加压 但题给反应是气体体积相等的反应 两者建立等效平衡 ch3oh体积分数不变 错误 c项 容器 的温度比容器 高 温度高 化学反应速率快 到达平衡时间短 错误 d项 容器 中 c 始 mol l 1 0 2000c 转 mol l 1 0 160 080 08c 平 mol l 1 0 040 080 08答案a 分析化学平衡移动的一般思路 思维建模 考点三化学平衡常数的应用及相关计算 重温真题 考情 下列说法正确的是 a 实验 中 若5min时测得n m 0 050mol 则0至5min时间内 用n表示的平均反应速率v n 1 0 10 2mol l 1 min 1b 实验 中 该反应的平衡常数k 2 0c 实验 中 达到平衡时 x的转化率为60 d 实验 中 达到平衡时 b 0 060 起始浓度 mol l 10 010 0400转化浓度 mol l 10 0080 0080 0080 008平衡浓度 mol l 10 0020 0320 0080 008 起始浓度 mol l 10 020 0300转化浓度 mol l 10 1a0 1a0 1a0 1a平衡浓度 mol l 10 02 0 1a0 03 0 1a0 1a0 1a 答案c 回答下列问题 1 反应的 h 0 填 大于 或 小于 100 时 体系中各物质浓度随时间变化如上图所示 在0 60s时段 反应速率v n2o4 为 mol l 1 s 1 反应的平衡常数k1为 2 100 时达平衡后 改变反应温度为t c n2o4 以0 0020mol l 1 s 1的平均速率降低 经10s后又达到平衡 a t 100 填 大于 或 小于 判断理由是 b 列式计算温度t时反应的平衡常数k2 3 温度t时反应达平衡后 将反应容器的容积减少一半 平衡向 填 正反应 或 逆反应 方向移动 判断理由是 答案 1 大于0 00100 36mol l 1 2 a 大于反应正方向吸热 反应向吸热方向进行 故温度升高b 平衡时 c n2o4 0 040mol l 1 0 0020mol l 1 s 1 10s 0 020mol l 1c no2 0 120mol l 1 0 0020mol l 1 s 1 10s 2 0 16mol l 1 3 逆反应对气体分子数增大的反应 增大压强平衡向逆反应方向移动 高考定位化学平衡常数是近年高考考查的热点内容 该部分内容通常与平衡浓度 转化率的计算 图像的分析等结合比较紧密 同时与生产生活等实际问题相结合考查其实际应用以及考生的思维方法等 预计2015年对化学平衡常数的考查仍将延续前几年的命题特点 形式 即在化学反应原理的综合题目中考查化学平衡常数的书写 计算 应用及影响因素 1 化学平衡常数的全面突破 1 化学平衡常数的意义 化学平衡常数可表示反应进行的程度 k 反应进行的程度 k 105时 可以认为该反应已经进行完全 虽然转化率也能表示反应进行的程度 但转化率不仅与温度有关 而且与起始条件有关 k的大小只与 有关 与反应物或生成物的起始浓度的大小无关 2 根据qc与k的关系判断化学平衡的移动 可逆反应进行到某时刻 包括化学平衡 时 生成物浓度的化学计量数次幂之积与反应物浓度的化学计量数次幂之积的比值称为浓度商 qc 当qc k时 说明反应达到平衡状态 当qc k时 说明反应在向正反应方向进行 当qc k时 说明反应在向逆反应方向进行 知能突破 考点 越大 越大 温度 2 有关化学平衡的计算 1 化学平衡计算的基本模式 平衡 三步曲 根据化学反应方程式列出各物质的起始量 转化量和平衡量 然后依据题中关系列式计算起始量 ab00变化量 mxnxpxqx平衡量 a mxb nxpxqx 注意 变化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例 这里a b可指 物质的量 浓度 体积等 弄清起始量 平衡量 平衡转化率三者之间的互换关系 在使用平衡常数时 要注意反应物或生成物的状态 2 化学平衡计算的极限思维模式 一边倒 思想极限思维可概括为 始转平 平转始 欲求范围找极值 3 转化率计算公式 题组一有关化学平衡常数的理解1 对于化学平衡常数 下列说法正确的是 a 化学平衡常数只与温度有关b 升高温度 化学平衡常数一定增大c 正反应的化学平衡常数与逆反应的化学平衡常数一定不相等d 增大反应物浓度 化学平衡常数可能增大解析b项 如果正反应是放热 吸热 反应 升温则平衡常数减小 增大 b错 c项 正 逆反应的化学平衡常数互为倒数 但不一定不相等 可以同时等于1 c错 d项 化学平衡常数与浓度无关 d错 答案a 题组训练 考能 2 2014 金丽衢联考 某温度下 密闭容器中x y z w四种气体的初始浓度和平衡浓度如表所示 下列说法错误的是 c 增大压强其平衡常数不变 但使平衡向生成z的方向移动d 改变温度可以改变此反应的平衡常数 答案c 有关平衡常数理解的误区盘点 1 对于同类型的反应 k值越大 反应物转化率越大 表示反应进行的程度越大 k值越小 反应物转化率越小 表示反应进行的程度越小 2 化学平衡常数只与温度有关 与反应物或生成物的浓度无关 3 反应物或生成物中若有固体或纯液体 由于其浓度可以看做为 1 而不代入平衡常数表达式 4 化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数 若化学方程式中的化学计量数变化 相应地化学平衡常数也要发生变化 当化学反应逆向进行时 平衡常数为原平衡常数的倒数 失分防范 题组二化学平衡常数的综合运用请回答下列问题 1 从表中数据可以推断 反应 是 填 吸 或 放 热反应 2 现有反应co2 g h2 g co g h