高中二年级化学 化学反应限度 知识清单

高中二年级化学化学反应限度知识清单一、可逆反应与化学平衡的建立【基础】【重要概念】（一）可逆反应的深度剖析1、核心定义与“二同”特征：可逆反应是指在相同条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的化学反应。其本质特征可概括为“二同”：一是“同条件”，即正、逆反应必须在同一条件下同时进行；二是“共存性”，即反应物与生成物在反应体系中始终共存，任何一个方向的反应都不可能进行到底。这是判断一个反应是否为可逆反应的根本依据。例如，工业合成氨反应N2+3H2⇌2NH3是典型代表，而诸如2H2+O2=点燃=2H2O与2H2O=电解=2H2↑+O2↑由于条件不同，不属于可逆反应。2、微观本质与反应限度：可逆反应之所以存在限度，是因为从微观角度看，当反应开始时，反应物分子碰撞发生反应生成生成物，同时生成物分子也在相互碰撞重新生成反应物。随着反应的进行，正反应速率因反应物浓度的减少而逐渐减小，逆反应速率因生成物浓度的增加而逐渐增大。最终，当正、逆反应速率相等时，反应体系中各物质的浓度不再随时间发生变化，反应达到了其在该条件下的最大限度，即化学平衡状态。【非常重要】3、宏观表现与实验证据：可逆反应的存在通常通过实验验证，即反应物不能完全转化为生成物。经典的实验如取FeCl3溶液与KI溶液反应：2Fe³⁺+2I⁻⇌2Fe²⁺+I2。反应后，向溶液中滴加KSCN溶液，若溶液变红，则证明体系中仍存在Fe³⁺，说明反应物并未消耗殆尽，该反应为可逆反应，存在限度【引用】。7（二）化学平衡状态的建立过程1、从正反应开始的建立：在一定条件下，将反应物投入密闭容器。起始时刻，正反应速率（v正）最大，逆反应速率（v逆）为零。随着反应的进行，反应物浓度降低，v正逐渐减小；生成物浓度升高，v逆逐渐增大。当反应进行到某一时刻，v正=v逆，且体系中各组分的浓度保持不变，此时反应达到化学平衡状态。2、从逆反应开始的建立：若起始时投入的只有生成物，则起始v逆最大，v正为零。随着逆反应的进行，v逆减小，v正从零开始增大，最终同样会达到v正=v逆的平衡状态。3、从反应物和生成物同时开始的建立：若起始时既有反应物又有生成物，则起始v正和v逆均不为零。之后v正和v逆变化趋势取决于起始浓度相对于平衡状态的大小，最终仍会达到v正=v逆的平衡状态。这深刻揭示了化学平衡的建立与途径无关，只要条件相同，达到的平衡状态（各组分浓度、百分含量等）是相同的。二、化学平衡状态的特征与标志【高频考点】【难点】（一）化学平衡的五大特征——“逆、等、动、定、变”1、【逆】：研究对象必须是可逆反应，这是前提。2、【等】：平衡时，正反应速率和逆反应速率相等，即v正=v逆。这是达到平衡的本质条件。3、【动】：化学平衡是一种动态平衡。反应并未停止，正、逆反应仍在继续进行，只是单位时间内某反应物因正反应消耗的量，恰好等于因逆反应生成的量，因此净效果上各物质浓度保持不变。4、【定】：平衡时，反应混合物中各组分的浓度、质量分数、体积分数（对于气体）等保持恒定，不再随时间改变。5、【变】：条件（如温度、浓度、压强）改变，原有的平衡状态被破坏，在新的条件下会重新建立新的化学平衡，即平衡发生了移动。（二）化学平衡状态的判定标志【必考】【解题关键】判断一个可逆反应是否达到平衡状态，其核心依据是看物理量是否“变”到“不变”。一般来说，随着反应的进行，如果一个量在反应过程中是变化的，当其不再变化时，则说明反应达到平衡；如果一个量始终是恒定不变的，则它不能作为平衡的判据。1、本质标志——v正=v逆（核心判据）（1）同一物质表述：对于同一反应物或生成物，其消耗速率与生成速率相等。即v正(A)=v逆(A)。（2）不同物质表述：对于不同物质，必须用“异向”速率之比等于化学计量数之比来判断。例如对于反应aA+bB⇌cC+dD，若v正(A):v逆(B)=a:b，且一个是正反应速率，一个是逆反应速率，则达到平衡。【非常重要】2、宏观组成标志——“定”（1）各组分的质量、物质的量、浓度、质量分数、体积分数（气体）等保持不变。（2）对于有色物质参与的反应，体系的颜色不再发生变化。（3）反应物的转化率不再随时间变化。3、间接物理量标志——总量、压强、密度、平均摩尔质量这类标志的适用性强烈依赖于反应的特点，尤其是反应前后气体分子总数是否变化、容器体积是否恒定等。常见情况分析如下表（虽不用表格，但逻辑上需清晰）：对于反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)（气体分子数减小的反应）：▲恒温恒容条件下：①压强（p）：由于反应前后气体分子数不等，随着反应进行，气体总物质的量变化，压强变化。当压强不再变化时，【一定平衡】。【高频考点】②混合气体的平均摩尔质量（M=m总/n总）：气体总质量m总守恒，总物质的量n总变化，因此M变化。当M不变时，【一定平衡】。③混合气体的密度（ρ=m总/V）：V不变，m总守恒，密度始终不变。因此密度不变，【不一定平衡】。对于反应H2(g)+I2(g)⇌2HI(g)（气体分子数不变的反应）：▲恒温恒容条件下：①压强（p）：无论是否平衡，气体总物质的量始终不变，压强始终不变。因此压强不变，【不一定平衡】。②混合气体的平均摩尔质量（M）：m总守恒，n总不变，M始终不变。因此M不变，【不一定平衡】。③混合气体的密度（ρ）：V不变，m总守恒，密度始终不变。因此密度不变，【不一定平衡】。对于有固体或液体参与的反应，如C(s)+CO2(g)⇌2CO(g)：▲恒温恒容条件下：①气体密度（ρ）：气体质量会因固体C的消耗或生成而变化，而V不变，所以ρ会变。当ρ不变时，【一定平衡】。【重要】②气体平均摩尔质量（M）：气体总质量和总物质的量均在变化，当M不变时，【一定平衡】。4、其他特殊标志（1）对于绝热容器，体系温度不再变化，说明正逆反应吸收和放出的热量相等，反应【一定平衡】。（2）对于有化学键断裂和形成的微观描述，需结合速率方向判断。例如，断开N≡N键（正反应）的数目是生成N≡N键（逆反应）数目的3倍时，平衡。三、定量描述反应限度的工具——化学平衡常数【核心素养】【重中之重】（一）化学平衡常数的概念与表达式1、定义：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，这个常数叫做该反应的化学平衡常数，简称平衡常数，符号用K表示。【引用】892、表达式：对于可逆反应aA(g)+bB(g)⇌cC(g)+dD(g)，在平衡常数表达式中，通常不表示固体和纯液体的浓度。因此，K=[C]^c[D]^d/[A]^a[B]^b。其中[]表示平衡时物质的浓度（单位为mol/L）。（1）注意事项：表达式中各物质的浓度必须是平衡浓度；指数等于化学方程式中各物质的化学计量数；固体物质（如C(s)）、纯液体（如H2O(l)）以及稀溶液中水的浓度，不写入K的表达式中。【基础易错点】（二）平衡常数的意义与影响因素1、意义：K值的大小定量地衡量了化学反应可能进行的程度。【非常重要】（1）K值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，正向反应进行的程度越大，反应物的转化率越高；反之，K值越小，反应进行的程度越小，转化率越低。（2）一般认为，K>10^5时，反应进行得比较完全；K<10^5时，反应很难进行。2、影响因素：K只与温度有关，与反应物或生成物的起始浓度无关，与压强、催化剂也无关。（1）若正反应为吸热反应（ΔH>0），升高温度，K增大；降低温度，K减小。（2）若正反应为放热反应（ΔH<0），升高温度，K减小；降低温度，K增大。（三）平衡常数的应用【高频考点】1、判断反应进行的程度：直接比较同一温度下不同反应的K值大小。2、判断反应的热效应：根据温度变化对K值的影响，推断反应是吸热还是放热。3、计算平衡浓度、转化率：已知起始浓度和平衡常数，可以建立方程求解平衡时各组分浓度和反应物的转化率。转化率α=(反应物起始浓度反应物平衡浓度)/反应物起始浓度×100%【引用】。84、判断可逆反应的反应方向——浓度商Q与K的比较：对于任意时刻的可逆反应，将此时的生成物和反应物浓度（并非一定是平衡浓度）代入与K相同形式的表达式中，得到浓度商Q。（1）若Q=K，则反应处于平衡状态。（2）若Q<K，则反应向正反应方向进行，直至达到新的平衡。（3）若Q>K，则反应向逆反应方向进行，直至达到新的平衡。【非常重要】四、反应物平衡转化率【热点】【难点】（一）转化率的基本概念与计算1、定义：对于可逆反应aA+bB⇌cC+dD，在一定温度和一定起始浓度下，反应达到平衡时，反应物A已转化的量（浓度、物质的量等）与其初始量之比，称为反应物A的平衡转化率，通常用α表示。α(A)=(初始时A的量平衡时A的量)/初始时A的量×100%。【引用】82、计算中的常用技巧：“三段式”法设反应为aA(g)+bB(g)⇌cC(g)+dD(g)起始量（mol）：n0(A)n0(B)00变化量（mol）：axbxcxdx平衡量（mol）：n0(A)axn0(B)bxcxdx利用平衡常数K=(cx/V)^c(dx/V)^d/{[(n0(A)ax)/V]^a[(n0(B)bx)/V]^b}求解x。求解时注意恒容还是恒压，体积V是否变化。（二）影响平衡转化率的因素【难点】平衡转化率与平衡常数K不同，它不仅受温度影响，还受起始投料比、压强、浓度等条件的影响。1、温度：升高温度，平衡向吸热方向移动。若正反应吸热，则升高温度，K增大，反应物转化率提高；若正反应放热，则升高温度，K减小，反应物转化率降低。2、压强：对于有气体参与的反应，增大压强，平衡向气体分子数减小的方向移动。（1）若反应aA(g)+bB(g)⇌cC(g)中a+b>c，增大压强，平衡正向移动，反应物A、B的转化率均提高。（2）若a+b<c，增大压强，平衡逆向移动，反应物转化率降低。（3）若a+b=c，改变压强，平衡不移动，转化率不变。3、浓度（投料比）：【难点】【高频考点】（1）增大一种反应物的浓度：会提高另一种反应物的转化率，但该反应物自身的转化率会降低。（2）当两种反应物的起始投料比等于化学计量数比时，两种反应物的转化率相等，且在一定条件下，此时生成物的含量最高或某种产物的产率最大。这是工业生产中调控投料比的重要依据。五、化学平衡的移动与勒夏特列原理【核心原理】（一）化学平衡移动的本质化学平衡移动是指在一定条件下，可逆反应达到平衡状态，如果改变影响平衡的条件（如浓度、压强、温度），平衡混合物中各组分的含量随之发生变化，从而在一段时间后达到新的平衡状态的过程。其本质是外界条件的改变，导致v正≠v逆，使得Q≠K，从而引起平衡的移动。（二）勒夏特列原理（平衡移动原理）1、内容：如果改变影响平衡的一个条件（如温度、压强、浓度），平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。【引用】3【非常重要】2、对原理的理解：“减弱”并非“抵消”，更不是“逆转”。例如，增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，但这种移动只能减弱压强的增大，不能抵消，最终体系的压强仍比原来大。（三）外界条件对平衡移动的具体影响1、浓度：【热点】（1）增大反应物浓度或减小生成物浓度，Q<K，平衡向正反应方向移动。（2）减小反应物浓度或增大生成物浓度，Q>K，平衡向逆反应方向移动。（3）改变浓度，平衡常数K不变（温度不变）。2、压强：【热点】（1）增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动；减小压强，平衡向气体体积增大的方向移动。（2）对于反应前后气体分子数不变的反应，改变压强，平衡不移动。（3）改变压强，平衡常数K不变（温度不变）。（4）特别注意：充入“惰性气体”（不参与反应的气体）对平衡的影响。▲恒温恒容容器：充入惰性气体，容器总压增大，但各反应物和生成物的分压不变，浓度不变，因此Q=K，平衡不移动。▲恒温恒压容器：充入惰性气体，为维持总压不变，容器体积必然膨胀，导致各反应物和生成物的分压减小，浓度降低。此时平衡向着气体体积增大的方向移动。【易错点】3、温度：（1）升高温度，平衡向吸热反应方向移动；降低温度，平衡向放热反应方向移动。（2）温度改变，平衡常数K一定改变。4、催化剂：催化剂同等程度改变正、逆反应速率，因此不能使平衡发生移动，但能缩短反应达到平衡所需的时间。（四）平衡移动方向与反应速率变化的关联1、若v正突然增大，v逆突然减小，则平衡向正反应方向移动（这种瞬间变化通常由浓度改变引起，如增加反应物浓度）。2、若v正和v逆都突然增大，且增大的倍数不同，则平衡向速率增大的方向移动（通常由升温和加压引起）。如果v正增大幅度大于v逆，则正向移动；反之逆向移动。六、化学平衡图像分析【综合能力】【压轴题型】（一）速率时间（vt）图1、浓度改变图：在t时刻，若改变浓度，vt图像会呈现“断点”。如增加反应物浓度，v正瞬间增大，v逆瞬间不变，之后v正逐渐下降，v逆逐渐上升，最终相交平衡。2、温度/压强改变图：在t时刻，若改变温度或压强（对于气体反应），v正和v逆同时增大或减小，无“断点”。图像会在t时刻向上（升温或增压）或向下（降温或减压）跳跃。随后，根据反应特点，两条线分别变化直至相交。（二）含量时间温度/压强图1、此类图像通常给出不同温度（T1、T2）或压强（P1、P2）下，某物质的百分含量（如产物的体积分数）随时间的变化曲线。2、解题步骤：【解题模板】（1）“先拐先平，数值大”：即图像中先出现拐点的曲线，表明达到平衡所需的时间短，对应的温度高或压强大。（2）根据比较出的温度或压强高低，结合平衡时某物质含量的高低，判断反应的热效应或气体体积变化。（3）例如，对于反应2NO2(g)⇌N2O4(g)ΔH<0，若图像显示T1下NO2的转化率高于T2下，且T1先拐，说明T1>T2，且升温平衡逆向移动，NO2转化率降低，与图像T1下转化率反而高矛盾，需重新审视假设，此即分析逻辑。（三）转化率（或含量）压强温度图1、恒温线：固定温度，看某物理量随压强的变化，判断反应前后气体分子数的关系。2、恒压线：固定压强，看某物理量随温度的变化，判断反应是吸热还是放热。3、解题关键：在图中作“等压线”或“等温线”，将二维图转化为一维问题进行分析。（四）其他特殊图像1、某物质百分含量与投料比的关系图：常用于寻找最佳投料比。2、某物质速率与时间的关系图：需结合反应历程分析决速步。七、综合应用与考点突破【应试策略】（一）化学平衡常数与转化率的综合计算1、恒温恒容条件下的计算：直接使用“三段式”，注意各物质浓度的计算，代入K表达式求解。常与压强平衡常数（Kp）结合，用分压代替浓度进行计算。分压=总压×物质的量分数。【高频考点】2、恒温恒压条件下的计算：体积随反应进行而变化，计算物质的量浓度时需先根据物质的量和总体积求得。（二）等效平衡思想【难点】【思维拓展】在一定条件（恒温恒容或恒温恒压）下，对于同一可逆反应，只要起始时加入的物料相当，无论从正反应开始还是从逆反应开始，或是从中间状态开始，最终都能达到同一平衡状态（各组分百分含量相同），这就是等效平衡。1、恒温恒容条件下：（1）反应前后气体分子数不等的反应（Δn(g)≠0）：必须满足“全等平衡”，即通过极限转化法换算成同一边物质后，各物质的物质的量完全相同。（2）反应前后气体分子数相等的反应（Δn(g)=0）