化学反应速率和化学平衡复习清单

1 化学反应速率 化学平衡知识清单化学反应速率 化学平衡知识清单 1 1 反应速率反应速率 1 11 1概念概念 化学反应速率是用来衡量化学反应进行 的物理量 定义式 单位 mol L 1 h 1 等 t c v 表示化学反应速率时要指明具体物质 同一个反应选用不同物质表示的速率 可能会不 同 但意义相同 其速率数值之比等于相应反应物 之比 即对于反应 mA 气 nB 气 pC 气 qD 气 来说 则有反应速率 vA vB vC vD 固体或纯液体 不是溶液 的浓度可视为 故不用固体或纯液体表示化学反应速率 一般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 一般取 值 1 21 2 外界条件对反应速率的影响外界条件对反应速率的影响 不同的化学反应 具有不同的反应速率 其大小首先取决于反应物的 内因 对于同一 化学反应 影响化学反应速率的外界条件主要素有浓度 压强 温度 催化剂等 浓度浓度 C 增加固态反应物量不能改变反应速率 固态反应物速率与其粉碎程度 即表 面积大小有关 压强压强 P 压强对速率的影响实质是 对速率的影响 因此 压强只能影响有 参与的化学反应的速率 只有能造成反应物气体浓度发生变化的压强改变 才能对化学反应速 率有影响 温度温度 T 此规律适合任何化学反应 温度升高 10 速率可提高到原来的 2 至 4 倍 催化剂催化剂 使用催化剂可以极大改变反应速率 如无特殊说明均指加快反应速率 其它其它 对于同一个反应 以原电池方式发生 其速率比直接的化学反应速率大 此外 光 反应物粒 度大小 溶剂等也对反应速率有影响 浓度和压强的改变仅仅改变了单位体积内活化分子的 温度的改变和催化剂的存在却 能改变单位体积内反应物分子中活化分子所占的 2 2 化学平衡化学平衡 2 12 1 化学平衡态及其建立化学平衡态及其建立 如图 可逆反应进行的过程中 若开始只有反应物 没有生成物 则 正 最 逆 为 随着反应的进行 反应物不断减少 生成物就不断增加 正 越来越 逆 越来越 反应进行到某一时刻 正 逆 就达到了化学平衡 化学平衡状态是指在一定条件下的 反应里 正反应速率和逆反应 速率 反应混合物中各组份的 保持不变的一种状态 2 22 2 化学平衡的特征化学平衡的特征 逆 化学平衡研究的对象是 该反应不能进行到底 即反应达 平衡时 不能全部转化为 等 指反应体系中的用同种物质来表示的正反应速率和逆反应速率 对于不同种物质而言 速 率 相等 动 化学平衡是 平衡 当一个可逆反应达到平衡时 正 逆反应 但 定 混合物各组份的 不再改变 变 发生改变 使 正 逆 各组分物质的发生改变调整 进而建立新平衡 同 对于同一可逆反应 在相同条件下 无论反应从正反应开始还是从逆反应开始 或以一定的配比投 入反应物或生成物 使正逆反应同时开始 只要起始加入的物料相当 都可以达到相同的平衡态 既 殊途同归 等效平衡 2 2 32 3 化学平衡的标志化学平衡的标志 例举反应 mA g nB g pC g qD g 各物质的物质的量或各物质的物质的量的分数一定平衡 各物质的质量或各物质质量分数一定平衡 各气体的体积或体积分数一定平衡 混合物体系中 各成分的含量 总体积 总压力 总物质的量一定不一定平衡 在单位时间内消耗了 m molA 同时生成 m molA 即 V 正 V 逆 平衡 在单位时间内消耗了 n molB 同时消耗了 p molC 则 V 正 V 逆 平衡 V A V B V C V D m n p q V 正 不一定等于 V 逆 不一定平衡 正 逆反应 速率的关系 在单位时间内生成 n molB 同时消耗了 q molD 因均指 V 逆 不一定平衡 m n p q 时 总压力一定 恒温恒容容器 其他条件一定 平衡 压强 m n p q 时 总压力一定 恒温恒容容器 其他条件一定 不一定平衡 Mr 一定时 只有当 m n p q 时平衡混合气体平均 相对分子质量 Mr Mr 一定时 但 m n p q 时不一定平衡 温度任何反应都伴随着能量变化 当体系温度一定时 其他不变 平衡 体系的密度密度一定不一定平衡 其他如体系颜色不再变化等平衡 3 3 影响化学平衡的条件影响化学平衡的条件 3 13 1 化学平衡的概念化学平衡的概念 3 1 13 1 1 化学平衡移动过程可表示如下 化学平衡移动过程可表示如下 t1 t2 t2 t3 t3 t4 原平衡态 平衡破坏 建立新的平衡 正 逆 正 逆 正 逆 各组分含量保持一定 各组分含量发生变化 各组分含量又保持新的一定 3 1 23 1 2 化学平衡移动化学平衡移动 达到平衡状态的可逆反应 在条件改变后 平衡状态被破坏 然后在新的条件下达到新的平衡状态的 过程 叫做平衡移动 如上图中 t2 t3 时段内发生的变化过程 3 1 33 1 3 平衡移动方向的判据平衡移动方向的判据 通过比较平衡破坏瞬时的正逆反应速率的相对大小来判断平衡移动方向 若外界条件改变 引起 正 逆 则称化学平衡向 反应方向移动 若外界条件改变 引起 正 逆 则称化学平衡向 反应方向移动 若外界条件改变 虽能引起原 正 和 逆 的变化 但变化后新的 正 和 逆 仍保持 相等 则化学平衡 下面就通式 mA g nB g pC g qD g H p q 当 M1M2 则平衡左移 条件改变一定时间 后 3 若 m n p q 当 M1M2 则平衡右移 若 m n p q 无论平衡是否移动 也无论平衡左移还是右移 总有 M1 M2 保持恒定 因此平 均相对分子质量就不能作为平衡移动的判据了 转化率转化率 在由改变反应物浓度而引起的平衡移动的问题中 转化率变化与平衡移动方向没有必然的 相关 不能作为平衡移动的判据 不要误认为转化率提高 化学平衡一定正向右移 只有在非浓度变 化 如改变温度 而引起的平衡移动中 转化率若提高 平衡才一定是正向右移 3 23 2 勒夏特列原理勒夏特列原理 3 2 13 2 1 浓度浓度 规律规律 增加反应物浓度或减少生成物的浓度 都可以使平衡朝着 移 减少反应物浓度 或增加生成物的浓度 都可以使平衡朝着 移 t t 图图 注意点注意点 增加或减少固态物质 或液态纯物质 不能使平衡发生移动 3 2 23 2 2 压强压强 规律规律 在含有气态物质的平衡体系里 增大压强 平衡向着气体体积 的反应方向移动 降低压强 平衡向着气体体积 反应方向移动 t t 图图 注意点注意点 因压强的影响实质是浓度的影响 所以只有当这些 改变 能造成 改变时 平衡才有可能移动 对反应前后气体体积 的平衡体系 压强改变不会使平衡态发生移动 恒温恒容下 向容器中充入惰性气体 平衡 移动 因压强虽增加 但各反应物和生成物的 浓度都不改变 恒温恒压下 向容器中充入惰性气体 平衡会向气体体积 的反应方向移动 因容器体积要增加 各反应物和生成物的浓度都降低引起平衡移动 3 2 33 2 3 温度温度 规律规律 升高温度 平衡向 反应方向移动 降低温度 平衡向 反应方向移动 t t 图图 4 注意点注意点 对任何一个平衡体系 温度改变都会使平衡发生移动 3 2 43 2 4 催化剂催化剂 可以极大改变反应的速率 缩短到达平衡所需的 因催 化剂能同等程度改变正逆反应速率 故对平衡状态 既 使用催化剂 改变可逆反应所能达到的最大限度 不能提 高反应转化率 不能改变原有平衡的各组份含量 3 2 53 2 5 勒沙特列原理勒沙特列原理 如果改变影响化学平衡的 条件 浓度 压强 温度 平衡就会向着能够 这种 改变的方向移动 学习中要特别注意理解 减弱 的含义 它是指平衡移动的结果只能减弱外界的变 化 而不能完全抵消外界条件的变化 更不能 超越 这种变化 勒沙特列原理又称 原理 平衡移动原理能判断平衡移动的方向 但不能推断建立新平衡所需的时间 它不能用来解释催化剂改 变速率的问题 平衡移动原理适用于所有的动态平衡 溶解平衡 电离平衡等 但它不适用末达平衡 的体系 3 2 63 2 6 平衡移动方向和移动后结果的关系平衡移动方向和移动后结果的关系 1 如 在一密闭容器进行可逆反应 mA g n B g Pc g q D g 已知 m n p q 正反应为放热反应 设 为组分含量 M 为平均分子量 为转化率 平衡 移动方向与平衡移动后结果 M 有如下关系 压强 增加压强 平衡移向减少气体分子数的反应 A D M 温度 升高温度 平衡移向吸热反应有 A D M 增加某一反应物浓度 另一种反应物的转化率提高 而本身的转化率降低 2 平衡移动方向和转化率的关系 平衡移动的方向是决定于平衡破坏瞬间的正逆反应速率的相对大小 而不是决定于新旧两个平衡 态的 A 新 或 A 新的相对大小 平衡向右正移 新平衡时的转化率不一定比原平衡时的转化率增 加 新平衡时的转化率比原平衡时的转化率小 平衡也不一定向左逆移 平衡发生移动了 新平衡时 转化率也不一定改变 3 增加反应物用量对平衡移动方向及转化率的影响规律 首先要明确首先要明确 增加反应物用量若能引起平衡移动的话 则一定是 移 而增加反应物的用 量对转化率的影响则要分别情况讨论 I 若反应物只有一种 如 aA g bB g Cc g 若是在恒温恒压条件下增加 A 的量 平衡不会发生移动 反应物 A 转化率 若是在恒温恒容条件下 反应物 A 的转化率的变化与气体物质的化学计量数有关 若 a b c A 若 a b c 则 A 若 a b c 则 A 可见 判断增大或减小反应物浓度引起转化率的改变 可按加压或减压处理 II 若反应物不止一种 如 mA g bB g PC g qD g 若只增加 A 的量 平衡 移 B A 反而 若按原反应物投料比例同倍数增加 A 和 B 的量 分两种情况 若是在恒温恒压条件下 平衡不会发生移动 平衡态不变 反应物 A 和 B 的转化率均 5 若是在恒温恒容条件下 对转化率的影响则与气体物质的化学计量数有关 当 m n p q 时 A 和 B 均 当 m np q 时 A 和 B 均 可见 对转化率的影响等同于按恒容加压处理的结 果 4 平衡移动后对平均相对分子质量 Mr 的影响 Mr 平 m g 总 n g 总 例 在一个密闭容器中发生如下可逆反应 3A g 3B C 正反应为吸热 当体系达到平衡后 升高温度 试讨论 若 B C 都是气体 则 Mr 因升温 平衡右移 总质量 m g 总 n g 总 Mr 若 B C 都不是气体 则 Mr M A 不变 因容器仅有一种气体 A 虽 n A 在改变 但 M A 不会变 若 B 是气体 C 不是气体 则 Mr 因 n g 总 升温 平衡正移 总质量 m g 总 4 4 等效平衡等效平衡 4 14 1 等效平衡概念等效平衡概念 甲乙两个容器中分别进行同一个可逆反应 并都达到了化学平衡状态 若甲乙两个容器中各组 份 对应相等 则称甲乙两者为等效平衡 4 24 2 等效平衡判断等效平衡判断 容器类型反应类型互为等效平衡的条件 非等体积反应 一边倒后各物质的物质的量对应相 等 等同平衡 恒温恒容 等体积反应 一边倒后各物质的物质的量对应成 比例 简称成比例 非等体积反应成比例 恒温恒压 等体积反应成比例 4 34 3 等效平衡投料方案的设计等效平衡投料方案的设计 1 站点法 设计恒温恒容恒温恒容下的等效平衡 3H2 N2 2NH3 原始站 A 4 1 0 中途站 B 3 4 0 8 0 4 a b c 平衡站 P 2 5 0 5 1 0 中途站 C 1 6 0 2 1 6 a b c 终极站 D 1 0 0 2 显然 从初始到平衡态的过程中 反应要经历中间的许多站点 B C 若以此站点值为起始投料方案 都能建立等效平衡 A 和 D 是达到平衡站点 P 两个极端 A 站点要经正向右移而达到平衡点 P D 站点要经逆向左移而达 到平衡点 P 该例中 H2的取值在 4mol 1mol 之间 从一个站点到另一个站点各物质的变化量之比等于化学方程式计量数之比 如有 4 a 1 b 0 c 3 1 2 1 a 0 b 2 c 3 1 2 等等 2 扩缩法 设计恒温恒压下的等效平衡 恒温恒压下 将各物质的量增扩 或减缩 同样倍数都能建立相同的平衡态 因恒压 气体总体积要随之 扩大 或缩小 相应的倍数 致使气体浓度没变 平衡没发生移动 所以这样建立的都是等效平衡 6 另一思路是用 并盒法 恒温恒压下 将反应达到平衡的两个小盒并合为一个大盒 则大盒与小盒为 等效平衡 如图所示 5 5 常用的解题技法常用的解题技法 5 15 1 图象法图象法 要看懂图象 搞清横坐标和纵坐标的含义 对曲线要分清走向 对原点 拐点 交点 终点等要明确对应数值的含意 先拐先平数值大 拐 点在前的要先建立平衡 说明温度高或压强大 图象中若有几条走向 相同的曲线 则要 定一议二 或 定点议线 对正反应是吸热反应 m n p q 型的气体物质 升高温度或增加压强 在图象上纵坐标表 示的转化率或产率或生成物浓度的曲线都上升 反应物浓度曲线逐渐下降 1 某可逆反应 mA g nB g qC g pD g Q 反应于密闭容器中进行 下图表示反应过 程中温度 T 和 压强 P 与反应物 B 在平衡混合气体中的百分含量 b 的关系曲线由曲线分析 下列结论 正确的是 A m n q P Qq P Q 0 C m n q P Q 0 D m n0 5 25 2 三段法三段法 先列出起始量 变化量和平衡量三种量 可以是物质的量 浓度 然后通过量间的关系求解转化率 平衡混合物中物质的含量分数 或平衡混合气体的平均相对分子质量等 2 在一密闭容器中 用等物质的量的 A 和 B 发生如下反应 A g 2B g 2C g 反应达到平衡时 若混和气体中 A 和 B 的物质的量之和与 C 的物质的量相等 则这时 A 的转化率为 A 40 B 50 C 60 D 70 5 35 3 差量法差量法 要领 利用化学方程式或关系式 确定表征反应体系属性的某参数 如总质量 气体总体积等 在反应 前后的 理论差量 及题给 实际差量 构造正比例代数方程式进行计算求解 该属性参数 量差 可以是指物质的质量 m 物质的量 n 气体体积 V