专题02 化学反应的方向、限度与速率（期末复习知识清单）高二化学上学期鲁科版（原卷版）

8/13专题02化学反应的方向、限度与速率（期末复习知识清单）高二化学上学期鲁科版考点01化学反应的方向1.反应焓变与化学反应的方向放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向，利用焓变来判断反应进行的方向，这就是焓判据。大多数放热反应是可以的。有些吸热反应也可以，如：2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)ΔH＝+109.8kJ·mol-1，故不能只根据放热或吸热来判断反应的方向。只用焓判据判断反应是否自发不全面。2.熵变与化学反应的方向(1)熵值大小①体系的熵值：体系的混乱程度越大，体系的熵值就越大。②同一种物质的熵值：S(g)>S(l)>S(s)；同一条件下，不同物质的熵值不同。(2)熵变与化学反应进行方向的关系①自发进行的化学反应大多是的过程，有些熵减的过程也能。不能只根据熵增或熵减来判断化学反应进行的方向。②与环境既没有物质交换也没有能量交换的孤立体系或绝热体系，自发过程才向着熵增的方向进行。3.自由能与化学反应的方向(1)自由能变化符号为ΔG，单位为kJ·mol-1。(2)自由能变化与焓变、熵变的关系ΔG＝ΔH-TΔS。ΔG不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关。反应方向与自由能的关系化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡。①当ΔG<0时，反应能；②当ΔG＝0时，反应处于；③当ΔG>0时，反应不能。类型ΔHΔSΔG反应的自发性1<0>0<0一定能自发2>0<0>0一定不能自发3<0<0正负决定于温度低温能自发4>0>0高温能自发考点02可逆反应、化学平衡状态1．可逆反应(1)概念在相同条件下同时向正、逆两个方向进行的反应。(2)特点性可逆反应分为方向相反的两个反应：正反应和逆反应性正、逆反应是在相同条件下，同时进行性反应物的转化率小于100%，反应物与生成物共存2.化学平衡状态(1)概念在一定条件下可逆反应进行到一定程度时，反应物和生成物的浓度不再随时间的延长而发生变化，正反应速率和逆反应速率相等，这种状态称为化学平衡状态，简称化学平衡。(2)化学平衡的建立绘制“反应速率－时间”图像，表示从正反应开始建立化学平衡状态的过程。(3)化学平衡特征(4)化学平衡状态的判断方法①v正＝v逆eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(同种物质，消耗速率等于生成速率,不同种物质，速率之比等于化学计量,数之比，但必须同时有正、逆反应))②宏观组成标志各组分的浓度保持不变，或各组分的质量、物质的量、百分含量、质量分数等保持不变的状态是平衡状态。③间接标志a．有气体参加的不等体反应，气体的总压强、总体积、总物质的量不变时，达到平衡状态。b．如果平衡体系中的物质有颜色，则平衡体系的颜色不变时，达到平衡状态。c．气体的密度、气体的平均相对分子质量不变时，要具体分析各表达式中的分子或分母变化情况，判断是否平衡(若体系中各组分均为气体，气体质量守恒；若体系中不全是气体，要注意气体质量变化)。考点03化学平衡常数1．概念在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，即化学平衡常数，用符号K表示。2．表达式对于一般的可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，当在一定温度下达到平衡时，K＝eq\f(cp(C)·cq(D),cm(A)·cn(B))(纯固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入化学平衡常数表达式中)。3．影响因素K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关，与压强变化、是否使用催化剂无关。4．平衡常数的意义及应用(1)判断可逆反应进行的程度K<10－510－5～105>105反应程度正反应几乎不发生正、逆反应相当正反应可接近完全(2)判断反应是否达到平衡或进行的方向对于化学反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)的任意状态，浓度商Q＝eq\f(cc(C)·cd(D),ca(A)·cb(B))。Q＜K，反应向正反应方向进行；Q＝K，反应处于平衡状态；Q＞K，反应向逆反应方向进行。考点04化学平衡移动1.化学平衡的移动(1)过程(2)图示(3)化学平衡移动与化学反应速率的关系①v正>v逆：平衡向移动。②v正=v逆：反应达到，不发生平衡移动。③v正<v逆：平衡向移动。2.影响化学平衡的因素若其他条件不变，改变下列条件对化学平衡的影响如下(填写空格)：改变的条件(其他条件不变)化学平衡移动的方向浓度增大反应物浓度或减小生成物浓度向方向移动减小反应物浓度或增大生成物浓度向方向移动压强(对有气体参加的反应)反应前后气体体积改变增大压强向气体分子总数的方向移动减小压强向气体分子总数的方向移动反应前后气体体积不变改变压强平衡移动温度升高温度向方向移动降低温度向方向移动催化剂同等程度改变v正、v逆，平衡不移动3.勒夏特列原理(1)含义：如果改变影响化学平衡的条件之一(如温度、压强以及参加反应的化学物质的浓度)，平衡将向着能够这种改变的方向移动。(2)注意：①勒夏特列原理的适用对象是。②化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变，而不是“抵消”外界条件的改变，改变是不可逆转的。考点05化学反应历程1．基元反应大多数化学反应都是分几步完成的，其中的每一步反应称为基元反应。如反应：H2O2＋2Br－＋2H＋=Br2＋2H2O，通过大量实验提出它们微观过程如下：(1)H＋＋H2O2H3Oeq\o\al(＋,2)(2)H3Oeq\o\al(＋,2)＋Br－=H2O＋HOBr(3)HOBr＋H＋＋Br－=H2O＋Br22．过渡态理论基元反应过渡态理论认为，基元反应在从反应物到产物的变化过程中要经历一个中间状态，这个状态称为过渡态。AB＋C→[A…B…C]→A＋BC反应物过渡态反应产物过渡态是反应过程中具有最高能量的一种结构状态，过渡态能量与反应物的平均能量的差值相当于活化能[活化能(能垒)越高，此步基元反应速率越慢]。例如，一溴甲烷与NaOH溶液反应的过程可以表示为CH3Br＋OH－→[Br…CH3…OH]→Br－＋CH3OH3．活化能与反应机理使用催化剂，可以改变活化能，改变反应机理，在反应机理中每一步反应的活化能不同，且均比总反应的活化能低，故一般使用催化剂可以降低反应活化能，加快反应速率，如图所示：E1为总反应的活化能，E2、E3为使用催化剂反应机理中各步的活化能。考点06反应速率1.化学反应速率(1)概念通常用单位时间内的减少量或的增加量来表示。(2)表示方法及单位v=ΔcΔt，单位为mol·L-1(3)与化学方程式中化学计量数的关系在反应aA(g)+bB(g)===cC(g)+dD(g)中，存在v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=a∶b∶c∶d。(4)注意事项①不能用固体或纯液体来表示化学反应速率，因为固体或纯液体的浓度视为常数。②化学反应速率一般指而不是瞬时速率，且无论用反应物还是用生成物表示均取正值。③同一化学反应，相同条件下用表示的化学反应速率，其数值可能不同，但表示的意义相同。2.反应速率常数与速率方程（1）反应速率常数的含义反应速率常数(k)是指在给定温度下，反应物浓度皆为1mol·L－1时的反应速率。在相同浓度的条件下，可用反应速率常数大小来比较化学反应的反应速率。化学反应速率与反应物浓度(或浓度的次方)成正比，而反应速率常数是其比例常数，在恒温条件下，反应速率常数不随反应物浓度的变化而改变。因此，可以应用速率方程求出该温度下任意浓度时的反应速率。（2）速率方程一定温度下，化学反应速率与反应物浓度以其化学计量数为指数的幂的乘积成正比。对于基元反应：aA＋bB=gG＋hH则v＝k·ca(A)·cb(B)(其中k为反应速率常数)。如：①SO2Cl2SO2＋Cl2v＝k1·c(SO2Cl2)②2NO22NO＋O2v＝k2·c2(NO2)③2H2＋2NON2＋2H2Ov＝k3·c2(H2)·c2(NO)（3）反应速率常数的影响因素温度对化学反应速率的影响是显著的，反应速率常数是温度的函数。同一反应，温度不同，反应速率常数将有不同的值，但浓度不影响反应速率常数。3.化学反应速率的计算模型——“三段式”先找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)，起始时A的浓度为amol·L-1，B的浓度为bmol·L-1，C的浓度为cmol·L-1，反应进行至t1s时，A消耗了xmol·L-1，则化学反应速率的计算过程为则v(A)=xt1mol·L-1·s-1；v(B)=nxmt1mol·L-1·s-1，v(C)=px4.影响化学反应速率的因素（1）内因反应物本身的性质是主要因素。如相同条件下Mg、Al与稀盐酸反应的速率大小关系为Mg>Al。（2）外因考点09化学反应的调控1.化工生产适宜条件选择的一般原则条件原则从化学反应速率分析既不能过快，又不能太慢从化学平衡移动分析既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性从原料的利用率分析增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本从实际生产能力分析如设备承受高温、高压能力等从催化剂的使用活性分析注意催化剂的活性受温度的限制2.控制反应条件的基本措施(1)控制化学反应速率的措施通过改变反应体系的、溶液的、气体的(或浓度)、固体的以及使用等途径调控反应速率。(2)提高转化率的措施通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。3.工业合成氨的适宜条件(1)理论分析增大合成氨的反应速率和提高平衡混合物中氨的含量对反应条件的要求不尽相同：对合成氨反应的影响影响因素浓度温度压强催化剂增大合成氨的反应速率增大反应物浓度高温高压使用提高平衡混合物中氨的含量增大反应物浓度、减小生成物浓度低温高压无影响(2)实际工业合成氨反应的适宜条件①压强eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(低压1×107Pa,中压2×107～3×107Pa,高压8.5×107～1×108Pa))②温度：700K左右。③催化剂：以铁为主体的多成分催化剂。④浓度：N2与H2的投料比(物质的量之比)为1∶2.8。易错点01惰性气体对反应速率的影响恒温恒容条件下通入惰性气体，总压增大，反应物浓度不变，反应速率不变恒温恒压条件下通入惰性气体，总体积增大，反应物浓度减小，反应速率减小易错点02应用“变量控制法”的解题策略易错点03极端假设法确定各物质浓度范围根据极端假设法判断，假设反应正向或逆向进行到底，求出各物质浓度的最大值和最小值，从而确定它们的浓度范围。假设反应正向进行到底：假设反应逆向进行到底：平衡体系中各物质的浓度范围为0<X2<0.2，0.2<Y<0.4，0<Z<0.4。易错点04判断平衡状态的两种方法1.v正=v逆同种物质:消耗速率等于生成速率2.“变量不变”：如果一个量是随反应进行而改变的，当其不变时为平衡状态；一个随反应进行保持不变的量，不能作为判断是否平衡的依据。易错点05化学平衡常数和转化率的计算1.一个模式——“三段式”如反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为amol·L-1、bmol·L-1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mxmol·L-1。K=(px2.四个计算公式(1)反应物的转化率=n(转化)(2)生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。产率=实际产量理论产量(3)平衡时混合物组分的百分含量=平衡量平衡时各物质的总量(4)某组分的体积分数=某组分的物质的量混合气体总的物质的量易错点06压强平衡常数计算1.压强平衡常数对于有气体参与的化学反应，写平衡常数表达式时，用平衡时各气体的分压代替浓度，计算所得到的平衡常数称为压强平衡常数(Kp)。如：aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)，Kp=pc(C)·pd2.Kp的计算(1)根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度。(2)计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。(3)根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压=气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)。(4)根据平衡常数计算公式代入计算。易错点07在恒容密闭容器中平衡移动对转化率的影响以反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)为例：(1)若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比，达到平衡后，它们的转化率相等。(2)若只增加A的量，平衡正向移动，B的转化率增大，A的转化率减小。(3)若按原比例同倍数地增加(或降低)A、B的浓度，等效于压缩(或扩大)容器体积，气体反应物的转化率与化学计量数有关。同倍数增大

c(A)和c(B)a易错点08速率-时间图像1.“渐变”类v-t图像图像分析结论t1时v'正突然增大，v'逆逐渐增大；v'正>v'逆，平衡向正反应方向移动t1时其他条件不变，增大反应物的浓度t1时v'正突然减小，v'逆逐渐减小；v'逆>v'正，平衡向逆反应方向移动t1时其他条件不变，减小反应物的浓度t1时v'逆突然增大，v'正逐渐增大；v'逆>v'正，平衡向逆反应方向移动t1时其他条件不变，增大生成物的浓度t1时v'逆突然减小，v'正逐渐减小；v'正>v'逆，平衡向正反应方向移动t1时其他条件不变，减小生成物的浓度2.“断点”类v-t图像(1)速率-时间图像“断点”分析当可逆反应达到平衡后，若某一时刻外界条件发生改变，可能使速率—时间图像的曲线出现不连续的情况，即出现“断点”。根据“断点”前后的速率大小，即可对外界条件的变化情况作出判断。如图，t1时刻改变的条件可能是使用了催化剂或增大压强(仅适用于反应前后气体物质的量不变的反应)。(2)常见含“断点”的速率变化图像分