【志鸿优化设计】2014届高考化学一轮复习 第五单元化学反应速率与化学平衡第1讲化学反应速率化学反应的方向练习1 苏教版

1 第五单元第五单元 化学反应速率与化学平衡化学反应速率与化学平衡 第第 1 1 讲讲 化学反应速率化学反应速率 化学反应的方向化学反应的方向 考纲点击考纲点击 1 理解化学反应速率的概念 掌握化学反应速率的定量表示方法 能进行化学反应速 率的计算 2 尝试定量实验探究 掌握化学反应速率的测量方法 3 了解催化剂在生产 生活和科学研究领域中的重大作用 4 理解外界条件 浓度 温度 压强 催化剂等 对反应速率的影响 能应用其影响情 况解决实际问题 5 知道活化分子 活化能 有效碰撞等概念 了解碰撞理论 过渡态理论等反应速率 理论 6 知道自发反应的概念 了解焓变和熵变是与反应方向有关的两种因素 能用焓变 和熵变说明化学反应的方向 7 了解化学平衡建立的过程和平衡状态的含义 一 化学反应速率 1 化学反应速率的概念及表示方法 1 概念 化学反应速率是用来 2 表示方法 化学反应速率通常用 来表示 数学 表达式为 式中的 c表示物质的量浓度的变化 t表示变化的时间 化学 反应速率的常用单位为 mol L min 1 mol L s 1 2 影响化学反应速率的因素 1 影响化学反应速率的根本因素 即内因 是 如金属与水反应的速率 Na Mg Al 2 影响化学反应速率的外界条件 即外因 是 等 浓度对化学反应速率的影响 其他条件一定 增大反应物浓度 单位体积内活化分子总数 反应速率 压强对化学反应速率的影响 其他条件一定 增大气体反应体系的压强 单位体积内气体活化分子总数 反应 速率 温度对化学反应速率的影响 其他条件一定 升高反应体系的温度 是 反应速率的有效途径 催化剂对化学反应速率的影响 使用催化剂能降低反应所需 使反应易于发生 使正 逆反应速率都 且 增大的倍数 其他因素 如光 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 另外搅拌 形成原电池也可以加快化学反应速率 3 化学反应速率的微观解释 单位体积分子总数活化分子百分数单位体积活化分子数 增大浓度变大不变变大 增大压强变大不变变大 升高温度不变变大变大 正催化剂不变变大变大 即时训练即时训练 1 1 2012 山西师大附中月考 下列有关影响化学反应速率的因素的说法错误的 是 A 影响化学反应速率的主要因素是内因 即反应物本身的性质 B 增大反应物浓度 活化分子百分数不变 单位体积内活化分子数增多 C 升高温度可以增大活化分子百分数 也可以增大分子碰撞的频率 D 在其他条件不变时 增大反应物浓度 反应物中的活化分子百分数增大 2 二 化学反应的方向和限度 1 化学反应的方向 1 焓变与反应方向 焓变是一个与反应能否自发进行的有关因素 放热反应有利于反应的自发进行 多数 自发进行的化学反应是放热反应 即 H 0 有些吸热反应也能自发进行 由此可见 焓 变不是判断反应能否自发进行的唯一因素 2 熵变与反应方向 熵是描述体系 的一个物理量 用符号 表示 熵值越大 体系混乱度 同一条件下 不同物质的熵值 同一物质的熵与其 及 有关 即 S g S l S s 对于有气体参加的反应 气体的物质的量增加 体系的混乱度增大 即为熵增加 熵增加有利于反应自发进行 熵减小的反应有些也能自发进行 由此可见 熵变 S 是与反应能否自发进行有关的因素 但也不是唯一因素 3 焓变 熵变与反应方向 在温度 压强一定的条件下 化学反应方向是反应的 和 共同影响的结果 反 应方向的判据为 H T SError 即在温度 压强一定的条件下 反应总是向 H T S 0 的方向进行 直至达到平衡 状态 化学反应方向可归纳为下图四个方面 2 化学反应的限度 1 可逆反应 在相同条件下 既可以向 方向进行 同时又可以向 方向进行的反应 方程式 中用 不用 2 化学平衡状态 化学平衡状态的建立 概念 这种状态称为化学平衡状态 简称化学平 衡 特征 五字 逆 可逆反应 指定化学反应已达化学平衡状态时 反应并没有停止 实际上正反应 与逆反应始终在进行 且正反应速率等于逆反应速率 所以化学平衡状态是动态平衡状态 处于密闭体系的可逆反应 化学平衡状态建立的条件是正反应速率和 3 逆反应速率相等 即v 正 v 逆 0 一定条件下的可逆反应 达平衡状态时 在平衡体系的混合物中 各 组成成分的含量 即反应物与生成物的物质的量浓度 质量分数 体积分数等 保持一定 即 不随时间改变而改变 任何化学平衡状态均是暂时的 相对的 有条件的 与浓度 压强 温度等有关 而与达到平衡的过程无关 化学平衡状态既可从正反应方向开始达到平衡 也可以从逆反应方向开始达到平衡 特别提示特别提示 可逆反应达到平衡状态的判断方法 1 根据v 正 v 逆 判断时 首先寻找正 逆反应 然后看是否满足方程式中化学 计量数之比 2 反应过程中不发生变化的量不能作为反应达到平衡状态的判断依据 3 各组分浓度是否满足化学计量数比与反应是否达到平衡状态不相关 即时训练即时训练 2 2 2012 山西师大附中月考 某化学反应的 H 122 kJ mol 1 S 231 J mol 1 K 1 则此反应在下列哪种情况下可自发进行 A 在任何温度下都能自发进行 B 在任何温度下都不能自发进行 C 仅在高温下自发进行 D 仅在低温下自发进行 即时训练即时训练 3 3 2012 上海 改编 双选 用氮化硅 Si3N4 陶瓷代替金属制造发动机的耐热 部件 能大幅度提高发动机的热效率 工业上用化学气相沉积法制备氮化硅 其反应如下 3SiCl4 g 2N2 g 6H2 g Si3N4 s 12HCl g A A AA A A A AA A 高温 H 0 一定条件下 在密闭恒容的容器中 能表示上述反应达到化学平衡状态的是 A 3v逆 N2 v正 H2 B v正 HCl 4v正 SiCl4 C 混合气体密度保持不变 D c N2 c H2 c HCl 1 3 6 一 化学反应速率的意义及其计算 1 化学反应速率的意义 1 化学反应速率是用来衡量化学反应进行的快慢程度的 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 2 化学反应速率是某一段时间内的平均反应速率 而不是某时刻的瞬时反应速率 2 化学反应速率的计算 1 同一反应在同一时间间隔内的反应速率如果用不同物质的浓度变化来表示时 其数 值不一定相等 但是这些数值所表示的意义是相同的 2 同一反应中各物质的反应速率之比等于化学方程式中其化学计量数之比 对于反应 nA mB pC qD 有如下关系 v A v B v C v D n m p q 例 1 一定温度下 在 2 L 的密闭容器中 X Y Z 三种气体的物质的量随时间变化 的曲线如下图所示 下列描述正确的是 4 A 反应开始到 10 s 用 Z 表示的反应速率为 0 158 mol L s 1 B 反应开始到 10 s X 的物质的量浓度减少了 0 79 mol L 1 C 该反应为可逆反应 D 反应的化学方程式为 X g Y g Z g 方法归纳方法归纳 1 利用公式 计算 v c t n V t 2 利用化学方程式计算 即反应速率之比等于方程式前的化学计量数之比 3 计算时 单位要统一 二 影响化学反应速率的因素 1 浓度 1 固体或纯液体的浓度是一个常数 因为在一定温度下其密度是一个常数 所以改变 固体或纯液体的量 不影响化学反应速率 2 有固体参加的反应 需考虑接触面积 固体物质间的反应只与接触面积有关 改变 用量对反应速率无影响 2 温度 1 升温 v 正 v 逆 均加快 吸热反应速率增加的倍数大于放热反应速率增加的 倍数 2 降温 v 正 v 逆 均减小 吸热反应速率减小的倍数大于放热反应速率减小的倍 数 3 压强 1 若参加反应的物质为固体或液体 溶液 由于压强的变化对它们的浓度几乎无影 响 改变压强时可以认为反应速率不变 2 对于有气体参加的可逆反应 增大压强 正 逆反应速率都增大 减小压强 正 逆反应速率都减小 3 对于有气体参加的反应而言 改变压强 对化学反应速率产生影响的根本原因是引 起浓度改变 所以讨论压强对反应速率的影响时 应区分引起压强改变的原因 这种改变 对反应物的浓度产生何种影响 由此判断出对反应速率有何影响 对于气体反应体系 有以下几种情况 恒容时 充入 稀有气体 总压增大 但各反应气体分压不变 即各反应物 引起 的浓度不变 反应速率不变 恒压时 充入 稀有气体 体积增大各反应物浓度减小反应速 引起 引起 引起 率减慢 充入与反应无关的其他气体时分析方法同上 总之 压强改变 若引起各反应物浓度 改变 则速率改变 4 催化剂 催化剂能较大幅度地降低反应的活化能 从而有效地提高化学反应速率 采用增大压 强和升高温度的方法提高化学反应速率往往对设备提出更高的要求 常常难以实现 因此 研制高效催化剂来提高相关化学反应的速率对化工生产具有重要意义 例 2 下表是稀硫酸与某金属反应的实验数据 溶液温度 实验 序号 金属 质量 g 金属 状态 c H2SO4 mol L 1 V H2SO4 mL反应前反应后 金属消失 的时间 s 10 10 丝 0 5502034500 20 10 粉末 0 550203550 30 10 丝 0 7502036250 40 10 丝 0 8502035200 50 10 粉末 0 850203625 60 10 丝 1 0502035125 5 70 10 丝 1 050355050 80 10 丝 1 1502034100 90 10 丝 1 150304440 分析上述数据 回答下列问题 1 实验 4 和 5 表明 对反应速率有影响 反应速率越快 能 表明同一规律的实验还有 填实验序号 2 仅表明反应物浓度对反应速率产生影响的实验有 填实验序号 3 本实验中影响反应速率的其他因素还有 其实验序号是 4 实验中的所有反应 反应前后溶液的温度变化值 约 15 相近 推测其原因 三 化学平衡的特征及平衡状态的标志 1 化学平衡的特征 1 逆 可逆反应 2 等 v 正 v 逆 0 即同一物质的消耗速率与生成速率相等 3 动 动态平衡 从表面上看反应好像停止了 但本质上反应并未停止 正 逆反应 仍在进行 且v 正 v 逆 4 定 平衡混合物中 各组分的百分含量保持一定 不再随时间变化而改变 5 变 v 正 v 逆 原平衡正向移动 v 正 v 逆 原平衡逆向移动 2 化学平衡状态的标志 以mA g nB g pC g qD g 为例 列表如下 可能的情况举例是否能判断 已达平衡 各物质的物质的量或各物质的物质的量 分数一定 平衡 各物质的质量或各物质的质量分数一定平衡 各气体的体积分数一定平衡 混合物体 系中各成 分的含量 总压强 总体积 总物质的量一定不一定平衡 在单位时间内消耗了m mol A 同时生成 m mol A 即v 正 v 逆 平衡 在单位时间内消耗了n mol B 同时生成 p mol C 均指v 正 不一定平衡 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 在单位时间内生成了n mol B 同时消 耗q mol D 均指v 逆 不一定平衡 m n p q 其他条件一定 平衡 压强不变 m n p q 其他条件一定 不一定平衡 一定 当m n p q时 Mr 平衡混合气体的平均相 对分子质量 Mr 一定 当m n p q时 Mr 不一定平衡 温度 任何化学反应都伴随着能量变化 在其他 条件不变的情况下 体系温度一定时 平衡 气体的密度密度一定不一定平衡 颜色反应体系内存在有色物质 反应体系的颜平衡 6 色不变 就是有色物质的浓度不变 例 3 1 下列方法中可以证明 2HI g H2 g I2 g 已达到平衡状态的是 单位时间内生成了n mol H2的同时生成了n mol HI 一个 H H 键断裂的同时有两个 H I 断裂 百分组成 HI I2 反应速率v H2 v I2 v HI 1 2 温度和体积一定时 某一生成物浓度不变的状态 c HI c H2 c I2 2 1 1 温度和体积一定时 容器内压强不再变化的状态 温度和体积一定时 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 温度和体积一定时 混合气体密度不再变化 方法归纳方法归纳 可逆反应达到化学平衡状态时有两个主要特征 一是正反应速率和逆反应速率相等 二是反应混合物中各组分百分含量保持不变 v 正 v 逆 和各组分百分含量不变这两个 特征是判断可逆反应达到化学平衡的核心依据 例 3 2 可逆反应 2NO2 g 2NO g O2 g 在容积固定的密闭容器中 达 到平衡状态的标志是 单位时间内生成n mol O2的同时生成 2n mol NO2 单位时间内生成n mol O2的同时生成 2n mol NO 用 NO2 NO O2表示的反应速率的比为 2 2 1 的状态 混合气体的颜色不再改变的状态 混合气体的密度不再改变的状态 混合气体的压强不再改变的状态 混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 A B C D 关于化学反应速率影响因素的实验探究 实验探究化学反应速率的影响因素 通常利用对比实验得出不同条件下化学反应速率 的不同 从而得出外界条件对化学反应速率的影响结果 该部分内容主要体现如下几个方 面 1 温度对化学反应速率的影响 2 浓度对化学反应速率的影响 3 压强对化学反应速率的影响 4 催化剂对化学反应速率的影响 催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响 1 课题研究时要考虑的问题 1 催化剂的纯度 固体颗粒的大小 种类 用量等对反应速率及其结果有着重要的影 响 2 过氧化氢的浓度 反应的温度 酸碱性条件对反应速率及其结果的影响等 3 实验装置的设计 实验仪器对反应速率及其结果的影响等 2 具体实验内容 1 反应原理分析 2H2O2 2H2O O2 2 实验设计依据 确定判断依据 单位时间内氧气产生的量 设计反应实验装置 测定单位时间氧气产生的体积 量气装置 3 设计实验方案 7 不同量的同一催化剂对 H2O2分解效果的比较 同一量不同性状的催化剂对 H2O2分解效果的比较 实验典例 某探究小组用 HNO3与大理石反应过程中质量减小的方法 研究影响反应速率的因素 所用 HNO3浓度为 1 00 mol L 1 2 00 mol L 1 大理石有细颗粒与粗颗粒两种规格 实 验温度为 298 K 308 K 每次实验 HNO3的用量为 25 0 mL 大理石用量为 10 00 g 1 请完成以下实验设计表 并在实验目的一栏中填出对应的实验编号 实验编号 T K 大理石规格 HNO3浓度 mol L 1 实验目的 298 粗颗粒 2 00 实验 和 探究 HNO3浓度对该反应速率 的影响 实验 和 探究温度对该反应速率 的影响 实验 和 探究大理石规格 粗 细 对该反应速率 的影响 2 实验 中 CO2质量随时间变化的关系见下图 依据反应方程式 CaCO3 HNO3 Ca NO3 2 CO2 H2O 计算实验 在 70 90 s 1 2 1 2 1 2 1 2 范围内 HNO3的平均反应速率 忽略溶液体积变化 写出计算过程 3 请画出实验 和 中 CO2质量随时间变化关系的预期结果示意图 1 下列说法正确的是 A 凡是放热反应都是自发的 由于吸热反应都是非自发的 B 自发反应一定是熵增大 非自发反应一定是熵减小或不变 C 自发反应在恰当条件下才能实现 D 自发反应在任何条件下都能实现 2 为了说明影响化学反应快慢的因素 甲 乙 丙 丁四同学分别设计了如下 A D 四个实验 你认为结论不正确的是 8 A 将相同大小 形状相同的镁条和铝条与相同浓度的盐酸反应时 两者速率一样大 B 在相同条件下 等质量的大理石块和大理石粉末与相同浓度盐酸反应 大理石粉末 反应快 C 将浓硝酸分别放在冷暗处和强光照射下 会发现光照可以加快浓硝酸的分解 D 两支试管中分别加入相同质量的氯酸钾 其中一支试管中再加入少量二氧化锰 同 时加热 产生氧气的快慢不同 3 哈伯因发现了由氮气和氢气合成氨气的方法而获得 1918 年诺贝尔化学奖 原理如 下 N2 3H22NH3 A A A A A A A A A A A A A A 高温 高压 催化剂 现向一密闭容器中充入 1 mol N2和 3 mol H2 在一定条件下使该反应发生 下列有关 说法正确的是 A 达到化学平衡时 N2将完全转化为 NH3 B 达到化学平衡时 N2 H2和 NH3的物质的量浓度一定相等 C 达到化学平衡时 N2 H2和 NH3的物质的量浓度不再变化 D 达到化学平衡时 正反应和逆反应的速率都为零 4 将 4 mol A 气体和 2 mol B 气体在 2 L 的容器中混合 并在一定条件下发生如下反 应 2A g B g 2C g 若经 2 s 后测得 C 的浓度为 0 6 mol L 1 现有下列几 种说法 用物质 A 表示的反应速率为 0 3 mol L s 1 用物质 B 表示的反应速率为 0 6 mol L s 1 2 s 时物质 B 的浓度为 0 7 mol L 1 其中正确的是 A B C D 9 参考答案参考答案 基础梳理整合基础梳理整合 一 1 1 描述化学反应快慢的物理量 2 单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加 v c t 2 1 物质本身的性质 2 浓度 压强 温度 催化剂 增加 加快 增多 加快 加快 活化能 增大 相同 即时训练即时训练 1 1 D 解析 解析 增大反应物浓度 反应物中的活化分子百分数不变 由于单位体积内分子总 数增加 活化分子总数增加 反应速率增大 二 1 2 混乱度 S 越大 不同 聚集状态 外界条件 3 焓变 熵变 H T S 2 1 正 逆 2 在一定条件下可逆反应进行到一定程度时 正反应速率和逆反应速率相等 反应 物和生成物的浓度不再发生变化 动 等 定 变 即时训练即时训练 2 2 A 解析 解析 H T S 0 反应不自发 H T S 0 反应达到平衡状态 H T S 0 反应自发 即时训练即时训练 3 3 AC 解析 解析 用速率表示平衡状态既要描述正 逆两个方向 又要满足数值符合化学计 量数比 所以 A 项正确 B 项错误 若反应未达到平衡 由于气体的质量发生变化 使密 度发生变化 C 正确 物质的浓度满足化学计量数比不能作为平衡状态判断的依据 D 项错 误 核心归纳突破核心归纳突破 例 1 C 解析 解析 由图可知反应进行到 10 s 时 Z 生成了 1 58 mol 则 Z 的反应速率 是 0 079 mol L s 1 A 错 反应到 10 s 时 X 的物质的量浓度减少了 1 58 mol 10 s 2 L 0 395 mol L 1 B 错 反应后 X Y Z 三种气体共存 说明为可 1 20 mol 0 41 mol 2 L 逆反应 C 项正确 根据 10 s 时各物质的变化量可得其反应的化学方程式为 X g Y g 2Z g D 错误 例 2 答案 答案 1 固体反应物的表面积 表面积越大 1 和 2 2 1 3 4 6 8 任意两者之间或 2 和 5 之间 3 开始反应时溶液的温度 6 和 7 或 8 和 9 4 一定量的金属跟足量的硫酸反应放出的热量相同 解析 解析 1 比较实验 4 和 5 可知 它们仅金属状态不同 其他条件 浓度 温度 均相同 丝状金属需要 200 s 才消失而粉末状金属仅 25 s 即消失 说明固体反应物的表面积对反应 速率有影响 表面积越大则反应速率越快 同样研究丝状和粉末状金属反应速率不同的实 验还有 1 和 2 2 从表中寻找反应物浓度不同而其他条件均相同的对比实验 不难发现是实验 1 3 4 6 8 任意两者之间或 2 和 5 之间 3 该实验除研究了金属状态 c H2SO4 这两个因素外 还研究了反应前溶液的温度对 反应速率的影响 从实验 6 和 7 8 和 9 的比较中均可看出 反应前溶液温度越高 反应速 率越快 4 金属消失的时间表明了反应的快慢 而溶液的温度变化则主要由反应放出的热量所 决定 由于m 金属 均为 0 10 g 且均完全溶解 所放出的热量相等 所以溶液的温度变化 10 值相近 例 3 1 答案 答案 解析 解析 中不能说明v 正 v 逆 中一个 H H 键断裂代表逆反应速率 两个 H I 断裂代表正反应速率 能说明v 正 v 逆 不能说明各组分浓度一定 中不知是 正反应速率还是逆反应速率 不能说明各组分浓度一定 中因为该反应是反应前后气 体体积不变的反应 所以不论有没有建立平衡 压强都不变 故不行 根据定义公式 m n 质量和体积都没变 肯定不变 故不行 中因为只有 I2 g 有颜色 颜色不 MrMr 变 说明 I g 的浓度不变 根据定义公式 m V 故不能说明 例 3 2 A 解析 解析 本题不仅考查了化学平衡的直接标志 也要求对化学平衡的间 接标志进行分析 判断 中单位时间内生成n mol O2必消耗 2n mol NO2 而生成 2n mol NO2时 必消耗n mol O2 能说明反应达到平衡 不能说明 中无论达到平衡与 否 化学反应速率之比都等于化学计量数之比 有色气体的颜色不变 则表示有色物质 的浓度不再变化 说明反应已达到平衡 体积固定 气体质量反应前后守恒 密度始终 不变 反应前后气体体积不相等 压强不变 意味着各物质的含量不再变化 该反应 反应前后气体体积不相等 由于气体的质