必修2-第2章-第3节-化学反应的速率和限度-讲义(全)

第二章第三节化学反响的速率和限度讲义一化学反响速率1．化学反响速率的表示化学反响速率是用来描述化学反响快慢的物理量，通常用单位时间〔如每秒，每分钟，每小时〕内反响物浓度的减小量或生成物浓度的增加量来表示计算某一物质的化学反响速率的表达式为：或2．单位：mol/〔L·s〕或mol/〔L·min〕或mol/〔L·h〕注意：①一个确定的化学反响涉及反响物、生成物多种物质，要定量表示一个化学反响的反响速率，必须指明具体的一种反响物或生成物来表示②可表示反响物或生成物的物质的量浓度的变化量，但均只取正值，所以化学反响速率均取正值③中学阶段“化学反响速率”通常指的是平均速率④固态或纯液态物质的物质的量浓度在一定温度下是常量，所以这种化学反响速率的表示方法不适用于描述固态或纯液态物质⑤一个化学反响里各物质的化学计量数不一定相同，所以当一定时，不一定相同，即不一定相同，计算出的也不一定相同，如在SO2与O2合成SO3的反响中，假设在1min时间里SO2的物质的量浓度减少了0.5mol/L，那么SO2，O2，SO3的物质的量浓度的变化、化学反响速率及其比值如下表：化学反响2SO2＋O2△催化剂2SO△催化剂物质的量浓度0.5mol/L0.25mol/L0.5mol/L化学反响速率0.5mol/〔L·min〕0.25mol/〔L·min〕0.5mol/〔L·min〕化学反响速率之比0.5mol/〔L·min〕∶0.25mol/〔L·min〕∶0.5mol/〔L·min〕＝2∶1∶2【结论】〔1〕对于同一个反响来说，选用不同的物质的浓度改变量来表示化学反响速率，其数值可能不同，但实质上各物质所表示化学反响快慢的意义是一样的〔2〕各物质表示的速率之比等于该化学方程式中相应的化学计量数之比，即对于反响：aA＋bB===cC＋dD〔A、B、C、D均不是固体或纯液体〕(A)︰(B)︰(C)︰(D)＝a︰b︰c︰d说明：假设反响发生在一固定体积的容器中时，有：(A)︰(B)︰(C)︰(D)＝(A)∶(B)∶(C)∶(D)＝(A)∶(B)∶(C)∶(D)＝a∶b∶c∶d二化学反响速率的简单计算对于任意一个反响，其反响方程式表示为：aA＋bB===yY＋zZ，用不同物质表示的反响速率分别为：，，，1．速率公式的直接应用2．结合化学方程式计算化学平衡计算的根本方法是“始”、“变”、“平”三段分析法〔三步曲〕。如：

对于反响：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，初始时A、B的物质的量分别为a、b，到达平衡后，有mxmol的A发生反响，那么有关模式为：

mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始量ab00

变化量mxnxpxqx平衡量a－mxb－nxpxqx对于反响物：n(平)＝n(始)－n(转)对于生成物：n(平)＝n(始)＋n(转)说明：a、b除可表示反响物的浓度，还可以表示物质的量或同温同压下气体的体积说明：3．反响速率的比拟例．反响A＋3B===2C＋2D在四种不同条件下的反响速率为：①(A)＝0.3mol/(L·s)②(B)＝0.6mol/(L·s)③(C)＝0.4mol/(L·s)④(D)＝0.5mol/(L·s)那么该反响速率的快慢顺序为：说明：①化学反响速率数值越大，该反响进行得越快②要格外注意速率的单位：mol/〔L·min〕与mol/〔L·s〕在数值有60倍的关系③因为在化学反响中浓度变化值与化学反响方程式中化学计量数成正比，而化学计量数的不同，计算出的反响速率数值也不同，所以对同一反响，只有转化为用同一物质浓度变化值来表示反响速率数值，才能真实反映出反响的快慢④一般用不同物质表示反响速率，解题时只要比拟即可4．由反响速率确定化学计量数例．某温度下，浓度为1mol/L的两种X2和Y2，在密闭容器中反响生成气体Z，经过tmin后，测得物质的浓度分别为c(X2)＝0.4mol/L，c(Y2)＝0.8mol/L，c(Z)＝0.4mol/L，那么该反响的反响式可表示为三化学反响速率的图像计算题的考前须知——“五看”“一看”：看面，弄清横坐标、纵坐标的含义；“二看”：看线，注意曲线“平”与“陡”和函数的增减性；“三看”：看点，弄清曲线上点的含义〔起点、转折点、交叉点、终点〕；“四看”：看辅助线，如等温线、等压线、平衡线等；“五看”：看量〔如浓度、温度〕的变化。再结合所学知识进行综合分析，把图像信息转化为数字信息和文字信息进行解答四影响化学反响速率的因素〔一〕内因：参加反响物质的性质〔主要因素〕不同反响，化学反响速率大小与物质本身性质有关，决定化学反响速率的根本因素是参加反响的各物质的性质。如：①大小，质量相同的镁条和铝条分别跟同浓度的盐酸反响，镁比铝更快放出气体②H2与F2的反响速率要比H2与I2的反响速率快得多〔二〕外因〔条件〕1．温度对反响速率的影响【实验2－5】探究温度对化学反响速率的影响实验步骤在2支大小相同的试管中，装入2~3mL约5%的H2O2溶液，分别滴入1~2滴1mol/LFeCl3溶液。待试管中有适量气泡出现时，将其中的一支试管放入盛有5℃左右冷水的烧杯中；另一支试管放入盛有40℃左右热水的烧杯中，比照观察现象；待放入热水烧杯中的试管里出现大量气泡时，用带火星的木条检验放出的气体实验现象放入冷水中的试管，溶液里产生气泡但较慢；放入热水中的试管，溶液了产生气泡较快。化学反响生成的气体使带火星的木条剧烈地燃烧起来实验结论在其它条件相同时，升高温度，化学反响速率加快；降低温度，化学反响速率减慢2．催化剂对反响速率的影响【实验2－6】探究催化剂对反响速率的影响实验步骤在3支大小相同的试管中各装入2~3mL约5%的H2O2溶液，再向其中分别2支试管中分别参加少量MnO2粉末、1~2滴1mol/L的FeCl3溶液。比照观察现象实验现象加MnO2粉末和FeCl3溶液的试管内产生气泡快，未加其他试剂的试管内产生气泡慢实验结论在其他条件相同时，使用催化剂能加快化学反响的速率3．浓度对反响速率的影响在其它条件相同时，溶液的浓度越大，反响速率越大。如用大小相同两根铁钉，分别跟1mol/L和2mol/L的稀硫酸反响，后者反响速率更快注意：固态或纯液态物质的物质的量浓度在一定温度下是常量，所以“改变反响物的浓度”不包括改变固态或纯液态物质的浓度4．压强对反响速率的影响〔只影响有气体参加的化学反响的速率〕其它条件不变时，增大压强〔体积缩小，浓度增大〕，反响速率增大；减小压强〔体积增大，浓度减小〕，反响速率减慢原因：其他条件不变〔前提〕→气体的压强增大→气体体积减小→气体浓度增大→反响速率加快注意：①由于压强的变化对固体、液态或溶液的浓度影响不大，所以假设反响有固体、液态或溶液参加，压强的变化不影响化学反响速率②对有气体参加的可逆反响，增大压强，正、逆速率都增大③对于其他反响需分以下情况考虑：〔1〕恒温：p增大→V缩小→c增大→v增大〔2〕恒容：充入反响物→p增大→c增大→v增大〔3〕充入稀有气体：A．恒容时，充入稀有气体→总压增大但分压不变〔各物质c不变〕→c不变→v不变B．恒压时，充入稀有气体→p不变，V增大→各物质c减小→v减小说明：由于浓度与压强成正比，对于有气体参加的反响，改变压强，对化学反响速率产生影响的根本原因在于引起了浓度的变化，所以在讨论压强对反响速率的影响时，应区分引起压强变化的原因，从而判断该改变对物质的浓度产生的影响，由此判断对反响速率的影响5．固体物质外表积对反响速率的影响在其它条件相同时，固体外表积越大，反响速率越大。如用质量相同的铁钉和铁粉，分别跟1mol/L的稀硫酸反响，后者反响速率更快6．影响反响速率的其他外界条件光、激光、超声波、放射线、电磁波、溶剂等均可影响速率，总之，向反响体系中输入能量，都有可能改变化学反响速率注意：对于氧化复原反响，当构成原电池时，反响速率明显加快总之，影响化学反响速率的因素很多，既有内因又有外因注意：①在影响化学反响速率的因素中，内因决定外因，外因仅是辅助性因素，即一个客观上不可能发生的化学反响，任何外因都无济于事②在各种外因中，催化剂的效果最好，能使反响速率发生较大幅度的改变；催化剂又正催化剂〔加快反响速率〕和负催化剂〔减慢反响速率〕，中学阶段专指正催化剂；催化剂最正确效能的发挥，又受温度的影响，不同的催化剂所需要的适宜温度不一定相同五化学反响的限度1．可逆反响〔1〕定义：在相同条件下，既能向正向〔从左向右反响〕进行，同时又能向逆向〔从右向左反响〕进行的化学反响。在可逆反响的化学方程式中，用“”代替“===”〔2〕可逆反响的特点①向两个相反的方向进行的两个化学反响，在相同条件下同时进行、共存，两个化学反响构成了一个对立的统一体。必需注意的是，假设反响不是在相同条件下，即使同时进行，也不是可逆反响。如2H2＋O2点燃2H2O和H2O通电H2↑＋O2↑点燃通电②两边的物质互为反响物、生成物③反响不能进行到底，反响体系中与反响有关的各种物质共存，而且任何一种物质的存在量都大于0，但任何一种物质的生成率都小于1④能量转化互逆：假设正反响是放热〔或吸热〕反响，那么逆反响就是吸热〔或放热〕反响〔3〕可逆反响的普遍性事实上，相当多的化学反响都是可逆反响，只不过有的可逆性较弱，有的可逆性很强。常见典型的可逆反响有：N2＋3H2高温高压催化剂高温高压催化剂2SO2＋O2△催化剂2SO△催化剂2NO2N2O4I2(g)＋H2△2HI△而像H2＋Cl2点燃2HCl，Ag＋＋Cl－===AgCl↓等反响，由于可逆程度很小，通常不称为可逆反响点燃2．化学反响的限度【分析探究】对可逆反响：2SO2＋O2△催化剂2SO3△催化剂将SO2和O2按物质的量比2∶1的比例充入容积固定的密闭容器内，在适宜反响条件下，SO2和O2发生可逆反响。一定时间内，SO2、O2、SO3的物质的量浓度以及正反响速率和逆反响速率的变化情况分析如下：①在反响即将开始的一瞬间，c(SO2)和c(O2)均处于最大状态，它们合成SO3的速率也处于最大状态，c(SO3)为0，它分解为SO2和O2的速率也是0②反响开始后，c(SO2)和c(O2)逐渐减小，v(正)逐渐减小；c(SO3)逐渐增大，v(逆)逐渐增大③随着时间的延长，c(SO2)和c(O2)逐渐减小，v(正)逐渐减小；c(SO3)逐渐增大，v(逆)逐渐增大④当反响进行到一定程度时，SO2和O2合成SO3的速率和SO3分解为SO2和O2的速率相等时，v(正)不再减小，v(逆)不再增加，但v(正)＝v(逆)＞0，反响并未停止⑤此时，在反响混合物中，c(SO2)和c(O2)不再减小，c(SO3)不再增加，即反响物和生成物的浓度都不再改变，到达一种外表静止的状态，称为“化学平衡状态”〔1〕定义：在一定条件下，可逆反响进行到一定程度时，正反响速率和逆反响速率相等，反响体系中所有反响物和生成物的浓度不再改变，到达一种外表静止的状态，称为化学平衡状态，简称化学平衡说明：①任何可逆反响都有一定的限度，只是不同的可逆反响有所不同②处于平衡状态时，v(正)＝v(逆)＞0，反响并未停止，任何一种物质〔反响物或生成物〕所占物质百分含量不变③浓度一定≠浓度相等④平衡状态是可逆反响在一定条件下进行的最大限度，由于在可逆反响的平衡状态下，正反响和逆反响都未停止，温度、物质的量浓度和气体的压强等都能使化学反响速率发生改变，所以化学反响的限度可以通过改变条件而改变〔2〕化学平衡状态的特征①逆：可逆反响②等：v(正)＝v(逆)＞0③动：动态平衡〔正逆反响仍在进行〕④定：反响混合物中各组分的百分含量一定，不再随时间变化而变化⑤变：条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡方法与技巧判断可逆反响到达平衡状态的方法和依据以mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)为例，分析化学反响到达平衡状态的标志原理：某一可变物理量不再随时间改变而改变即说明到达平衡状态〔1〕直接判断①速率：v(正)＝v(逆)〔即任何一种物质的生成速率等于其消耗速率〕②各组分的含量保持不变〔2〕间接判断①混合气体的总压强、总体积、总物质的量不随时间的延长而改变〔前提：m＋n≠p＋q〕②混合气体的颜色、密度、平均摩尔质量不随时间的延长而改变列举反响mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)混合物体系中各成分的含量各物质的物质的量或物质的量分数一定平衡各物质的质量或质量分数一定平衡各气体的体积或体积分数一定平衡总体积、总压强、总物质的量一定不一定平衡正、逆反响速率的关系同一物质的正反响速率等于逆反响速率，如vA(消耗)＝vA(生成)或vD(消耗)＝vD(生成)平衡某反响物的正反响速率与另一反响物的逆反响速率之比等于化学计量数之比，如vA(消耗)∶vB(生成)＝m∶n，或vC(消耗)∶vD(生成)＝p∶q平衡某反响物的正反响速率与某生成物的逆反响速率之比等于化学计量数之比，如vA(消耗)∶vC(消耗)＝m∶p，或vB(生成)∶vD(生成)＝n∶q平衡对同一物质而言，断裂化学键的物质的量