第二轮复习化学反应速率和化学平衡.ppt

高三化学专题复习 化学反应速率和化学平衡 知识提纲 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 定义 2 影响平衡的条件 3 等效平衡 三 合成氨简介 化学反应速率和化学平衡 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 ma g nb g pc g qd g c a c a c a c c c c c c c a c c 表示一定时间后的物质浓度 c a c c 表示物质起始浓度 3 单位 mol l s 或mol l min 或mol l h 4 特点 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以是不同的 不同物质的速率的比值一定等于化学反应方程式中相应的化学计量数之比 a b c d m n p q 二 影响化学反应速率的因素 1 内因 参加反应的物质的性质和反应的历程 是决定化学反应速率的主要因素 化学键的强弱与反应速率的关系 化学物质的性质与反应速率的关系 例 f2 cl2 br2 i2与h2的反应 h f h cl h br h i 例 mg al cu与稀硫酸的作用 al与稀硫酸 浓硫酸的作用 2 外因 外界条件对化学反应速率影响的规律 浓度 压强 温度 催化剂 是影响化学反应速率的四大因素 此外还有光 超声波 激光 放射性 电磁波 反应物的颗粒的大小 扩散速率 溶剂效应等也影响了反应速率 外界条件对化学反应速率影响的原因 1 试将外界条件对反应速率的影响结果填入下表中 课堂练习 2 反应a 3b 2c 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 3 把镁条投入到装有盐酸的敞口容器中 产生h2的速率可由下图表示 在下列因素中 盐酸的浓度 镁条的表面积 溶液的温度 cl 的浓度 影响反应速率的因素是 a b c d c 4 在一定条件下 no能跟h2发生如下反应 2no 2h2 n2 2h2o 经研究 上述反应是按以下三步反应进行的总反应 括号中是该条件下反应的相对速率 2no h2 n2o h2o 慢 2n2o 2n2 o2 快 2h2 o2 2h2o 更快 以上总反应的速率主要取决于三步反应中的 a b c d a 5 现有反应 a g b g c g 从正反应开始 在其他条件不变时 某一反应物的浓度 反应时间 反应温度跟反应速率之间的关系曲线如图所示 其中明显错误的是 b 6 右图为反应2a g b g c g 的速率 a 变化的图像 其中纵坐标可能是 a 温度b 压强c a的浓度d 反应时间 d 7 进行如下实验 在a瓶中放入10g黄豆大小的碳酸钙 在b瓶中放入5g粉末状碳酸钙 分别加入50ml1mol l盐酸 下图中横轴x代表时间 纵轴y代表瓶中碳酸钙减小的质量 其中能正确表示实验结果的图是 c 8 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 m 0 05mol l m 3 2 0 075mol l m 9 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 10 已知在一定条件下发生下列反应2x 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 淡蓝色火焰 蓝紫色火焰 反应物浓度大 速率快 11 如下图所示 相同体积的a b c三密闭容器 其中c容器有一活塞 a b两容器为定容容器 起始向三容器中都加入相同量的so2和o2使三容器压强相等 一定条件下发生2so2 o2 2so3的反应 问 如起始在a c两容器中通入同量的n2 则此时三容器起始压强为pa pb pc 起始a c两容器的反应速率大小关系为va vc 反应一段时间后a c中速率大小关系为va vc 起始反应速率关系为va vb vc 三 化学平衡的建立 1 化学平衡的建立 从反应物开始 从生成物开始 2 化学平衡状态 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 定 平衡状态时 反应混合物中各组分的浓度保持不变 4 判断化学平衡状态的方法 平衡 平衡 平衡 不一定平衡 4 判断化学平衡状态的方法 平衡 平衡 不一定平衡 不一定平衡 4 判断化学平衡状态的方法 平衡 不一定平衡 平衡 不一定平衡 4 判断化学平衡状态的方法 不一定平衡 不一定平衡 一定平衡 课堂练习 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 压强一定时 混合气体的密度不再变化 小结 化学平衡的标志 正反应速率等于逆反应速率 各成分的百分含量保持不变 各物质的浓度不变 各物质的转化率不变 对于气体计量数和前后不相等的反应 压强保持不变 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 四 化学平衡移动 对一个可逆反应 达到化学平衡状态以后 反应条件 如温度 压强 浓度等 发生改变 平衡混合物里各组分的浓度也就随着改变而达到新的平衡状态 这个过程叫做化学平衡移动 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 五 影响化学平衡移动的因素 1 浓度 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 2 压强 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 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 催化剂对化学平衡移动无影响 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 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 课堂练习 1 反应x g y g 2z g 正反应放热 从正反应开始经t1时间达到平衡状态 在t2末由于条件变化 平衡受到破坏 在t3时达到新的平衡 下图表示上述反应过程中物质的浓度与反应时间的变化关系 试问图中的曲线变化是由哪种条件的改变引起的 a 增大x或y的浓度b 增大压强c 增大z浓度d 降低温度 d 2 下图表示可逆反应 a g b g c g 当增大压强时 平衡由a点移动到b点 正确的曲线是 b d 4 如图曲线是在其他条件一定时 反应 2no2n2o4 h 逆 的点是 a a或e b c c b d d b 5 可逆反应 ma s nb g pc g h 0在一定温度的密闭容器中进行 b的体积分数 vb 与压强关系如图所示 下列叙述正确的是 a m np c n 逆 cd 6 对于反应 2a b2c在反应过程中c的百分含量随温度变化如右图所示 则 t0对应的v正与v逆的关系是 正反应为 热反应 a b两点正反应速率的大小关系是 温度t t0时 c 逐渐增大的原因是 t 六 等效平衡问题及解题思路 1 等效平衡的含义 在一定条件 定温 定容或定温 定压 下 只是起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后 任何相同组分的分数 体积 物质的量 均相同 这样的化学平衡互称等效平衡 2 等效平衡的分类 定温 定容条件下的等效平衡 i类 对于一般可逆反应 在定t v条件下 改变起始加入情况 只要按可逆反应的化学计量数比换算成平衡式左右两边同一边物质的量与原平衡起始量相同 则两平衡等效 类 对于一般可逆反应 在定t p条件下 改变起始加入情况 只要按可逆反应的化学计量数比换算成平衡式左右两边同一边物质的量比与原平衡相同 则两平衡等效 定温 定压条件下的等效平衡 类 对于一般可逆反应 在定t v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 的物质的量的比与原平衡相同 则两平衡等效 定t v 定t p m n p q m n p q 极限相等法 极限成比例法 极限成比例法 m n p qm n p q 2 在容积固定的2l的密闭容器中 充入a和b各4mol 发生可逆反应a g 2b g 2c g 并达到平衡 以b的浓度改变表示的反应速率v正 v逆与时间的关系 如右图 则b的平衡浓度的表示式正确的是 式中s指对应区域的面积 b 图中阴影部分面积表示 a a的浓度的减少b b物质的量的减少c c的浓度的增加d a物质的量的减少 c 八 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 合成氨的反应原理为 n2 g 3h2 g 2nh3 g 正反应为放热反应 这是一个气体体积缩小的 放热的可逆反应 1 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 2 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 3 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 4 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 二 合成氨的适宜条件 浓度 nn2 nh2 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 三 合成氨工业的简要流程 四 原料气的制取 n2 方法 液化空气 n2先逸出 方法 消耗空气中的o2 例 c o2 co2 除去co2可得n2 h2 水煤气法 五 有关化学平衡的计算 1 可逆反应达到平衡过程中物质浓度的变化关系 2 生成物的平衡量 起始量 转化量 3 各物质转化浓度之比等于它们在化学方程式中化学计量数之比 4 化学平衡前后 同种元素原子的物质的量相等 2 反应的转化率 体积变化也可以 3 产率 ma g nb g pc g qd g 反应达到平衡后 ca b的转化率可提高 但a的转化率一般降低 cb a的转化率可提高 但b的转化率一般降低 4 反应物转化率与浓度的关系 1 对于多种物质参加的反应 气 液态 同时增加a b的浓度 a b的转化率都增大 m n p q m n p q 同时增加a b的浓度 a b的转化率都减小 m n p q 同时增加a b的浓度 a b的转化率都不变 2 对于分解反应 要视反应前后物质的化学计量数而定 例 2hi g h2 g i2 g 例 2nh3 g n2 g 3h2 g 不论如何改变反应物的浓度 反应物的转化率都不变 增加反应物的浓度时 反应物的转化率减小 ma g nb g pc g m n p m n p m n p 六 反应物转化率的计算及判断 ma g nb g pc g qd g 以上反应达到平衡后 增大反应物a的浓度 b的转化率可提高 但a的转化率反而降低 增大反应物b的浓度 a的转化率可提高 但b的转化率反而降低 在一定容密闭容器中 加入mmola nmolb发生下列反应 ma 气 nb 气 pc 气 平衡时c的浓度为wmol l 1 若维持容器体积和温度不变 起始加入amola bmolb cmolc 要使平衡后c的浓度仍为wmol l 1 则a b c必须满足的关系是 a a b c m n p b a b m n ap m c p c mc p a m nc p b n d a m 3 b n 3 c p 3 bc 在某定容密闭容器中建立下列平衡 3a g b g 2c g d g 当起始时向容器中加入3mola 2molb时 达到平衡时测的d的体积分数为m 当起始时向容器中加入2molb 2molc 1mold时达到平衡时测的d的体积分数为n 则m n 或 在上述反应中如果加入b的量颜色加深 则有颜色的物质可能为 b c或d 在一个固定体积的密闭的容器中 放入3升x 气 和2升y 气 在一定条件下发生下列反应 4x 气 3y 气 2q 气 nr 气 达到平衡后 容器内温度不变 混合气体的压强比原来增加5 x的浓度减小1 3 则该反应方程式中的n值是 a 3 b 4 c 5 d 6 在密闭容器中进行反应n2 3h2 2nh3 q 一定温度下达到平衡 若将平衡体系中各物质浓度都增加到原来的2倍 则产生结果是 平衡不移动 平衡向正反应方向移动 nh3的百分含量增加 h2的转化率增大 达到新平衡后容器的压强等于原平衡的压强的2倍 n2 减小 nh3 新 2