高三化学一轮复习 第7章 化学反应速率与化学平衡教案.docx
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高三化学一轮复习第7章化学反应速率与化学平衡教案
2019-2020年高三化学一轮复习第7章化学反应速率与化学平衡教案
复习目标:
1、掌握化学反应速率的基本概念、大小比较及简单计算。
2、了解影响化学反应速率的因素,能够从理论上进行解释。
3、掌握化学平衡的概念、影响化学平衡移动的因素。
4、掌握平衡图像,能够运用图像解决相关问题。
5、了解等效平衡思想,能够运用于解题。
基础知识:
【化学反应速率及影响因素】
一、化学反应速率
1、化学反应速率的表示方法:
通常用单位时间内反应物浓度的减少或者生成物浓度的增加来表示化学反应速率。
2、表达式:
3、单位:
mol/(L·s);mol·L-1·S-1;mol/(L·min);mol/(L·h)等。
4、意义
衡量化学反应进行的快慢程度。
5、特点
(1)同一化学反应用不同物质浓度的改变量表示速率,数值可能不同,但表示意义相同。
因此,在表示化学反应速率时,必须注明是以哪种物质作标准的。
(2)对于任一化学反应:
aA+bB==cC+dD可用υ(A)、υ(B)、υ(C)、υ(D)表示其速率,则有υ(A):
υ(B):
υ(C):
υ(D)==a:
b:
c:
d,即化学反应速率之比等于化学方程式中各物质的系数之比(还可等于其学其浓度变化之比或物质的量变化之比)。
【注意】
①一般来说,化学反应速率随反应的进行而逐渐减慢。
因此,某一段时间内的反应速率,实际是一段时间内的平均速率,而不是指瞬时速率。
②固体或纯液体(不是溶液),其浓度可视为常数,因此不用固体或纯液体表示化学反应速率。
【例1】
6、化学反应速率大小的比较
(1)同一化学反应速率用不同物质表示时数值可能不同,但比较反应速率的快慢不能只看数值的大小,而要通过转化换算成同一物质表示,再比较数值的大小。
(2)比较化学反应速率与化学计量数的比值,即比较与,若则A表示的反应速率比B大。
(3)注意反应速率单位的一致性。
(4)注意外界条件对化学反应速率的影响规律。
【例2】
二、影响反应速率的因素
1、有效碰撞理论
(1)有效碰撞
反应物分子间能发生反应的碰撞。
发生条件:
①发生碰撞的分子具有较高的能量;②分子在一定的方向上发生碰撞。
(2)活化分子
化学反应中,能量较高、有可能发生有效碰撞的分子。
(3)活化能
活化分子的平均能量与所有分子的平均能量之差(用Ea表示,其单位为kJ/mol)。
活化能越大,反应越难进行。
2、影响化学反应速率的因素
内因:
反应物的性质是反应速率大小的决定因素。
外因:
主要因素有浓度、温度、压强、催化剂等。
(1)浓度:
其它条件不变时,增大反应物浓度,化学反应速率加快。
(2)温度:
其它条件不变时,升高温度,化学反应速率加快。
一般来说,温度每升高10℃,反应速率增大为原来的2~4倍。
(3)压强:
其它条件不变时,增大压强,对于有气体物质参加的化学反应,反应速率加快。
(4)催化剂:
使用正催化剂,能加快反应速率。
未特别指明时,均指正催化剂。
解释:
解释化学反应速率快慢的链条思维:
活化能→活化分子→有效碰撞→化学反应速率。
影响
外因
单位体积内
有效碰撞次数
化学反应速率
分子总数
活化分子数
活化分子百分数
增大反应物浓度
增加
增加
不变
增加
加快
增大压强
增加
增加
不变
增加
加快
升高温度
不变
增加
增大
增加
加快
使用催化剂
不变
增加
增大
增加
加快
【例3】
【化学反应的限度】
一、化学平衡
1、可逆反应:
在相同条件下同时向正、反两个方向进行的反应称为可逆反应。
在可逆反应中使用“”。
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,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,这种状态称为化学平衡状态,简称化学平衡。
(2)特征:
①逆:
化学平衡研究的对象是可逆反应。
②等:
V(正)==V(逆)≠0
③动:
化学平衡是动态平衡。
虽然V(正)==V(逆),但正、逆反应仍在进行。
④定:
反应物和生成物的浓度保持一定。
⑤变:
外界条件改变,平衡也随之改变。
3、化学平衡状态的判断(标志)
1)本质标志
v(正)=v(逆)≠0。
对于某一可逆反应来说,正反应消耗掉某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率。
2)等价标志
(1)全是气体参加的体积可变反应,体系的压强不随时间而变化。
例如:
N2+3H22NH3。
(2)体系中各组分的物质的量浓度或体积分数、物质的量分数保持不变。
(3)全是气体参加的体积可变反应,体系的平均相对分子质量不随时间变化。
例如:
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。
(4)对同一物质而言,断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。
(5)对于有颜色物质参加或生成的可逆反应,体系的颜色不再随时间而变化,如
2NO2(g)N2O4(g)。
(6)体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化。
【例4】
二、化学平衡常数与转化率
(1)概念:
对于一定条件下的可逆反应(aA+bBcC+dD),达到化学平衡时,生成物浓度的乘幂的乘积与反应物浓度的乘幂的乘积之比为一常数,记作Kc,称为化学平衡常数(浓度平衡常数)。
(2)数学表达式:
Kc=
如果反应物和生成物均为气体,当达到化学平衡时,将由各物质平衡分压算得的平衡常数称为压强平衡常数。
即KP=
浓度平衡常数和压强平衡常数均称为化学平衡常数。
(3)意义:
平衡常数的大小化学反应可能进行的程度(即反应限度);平衡常数的数值越大,说明反应进行得越完全。
(4)影响因素:
只与温度有关,而与浓度无关。
(5)平衡转化率:
对于可逆反应aA+bBcC+dD,反应物A的平衡转化率可以表示为:
α(A)=
×100%
【例5】
三、化学平衡移动
1.概念
达到平衡状态的反应在条件改变后,平衡状态被破坏的过程。
2.过程
3.平衡移动方向与反应速率的关系
(1)v正>v逆,平衡向正反应方向移动。
(2)v正=v逆,平衡不移动。
(3)v正 4.平衡移动会伴随着哪些变化 (1)反应速率的变化(引起平衡移动的本质,但速率变化也可能平衡不移动),主要看v正与v逆是否相等,如果v正≠v逆,则平衡必然要发生移动,如v正、v逆同时改变相同倍数,则平衡不移动。 (2)浓度的变化,平衡移动会使浓度变化,但是浓度的变化不一定使平衡移动。 (3)各组分百分含量的变化。 (4)平均相对分子质量的变化。 (5)颜色的变化(颜色变化,平衡不一定发生移动)。 (6)混合气体密度的变化。 (7)转化率的变化。 (8)温度变化 5.影响平衡移动的因素 (1)从温度、浓度、压强、催化剂等因素影响判断 条件变化 速率变化 平衡变化 速率变化曲线 平衡体系 条件变化 速率变化 平衡变化 速率变化曲线 增大反应物的浓度 v正、v逆均增大,且v正>v逆 正向移动 正反应方向为气体体积增大的放热反应 增大压强或升高温度 v正、v逆均增大,且v逆> v正 逆向移动 减小反应物的浓度 v正、v逆均减小,且 v逆>v正 逆向移动 减小压强或降低温度 v正、v逆均减小,且v正> v逆 正向移动 增大生成物的浓度 v正、v逆均增大,且 v逆>v正 逆向移动 任意平衡或反应前后气体化学计量数和相等的 平衡 正催化剂 或增大压强 v正、v逆同等倍数增大 平衡不移动 减小生成物的浓度 v正、v逆均减小,且 v正>v逆 正向移动 负催化剂或 减小压强 v正、v逆同等倍数减小 (2)从化学平衡常数判断 Q= 若Q<K,化学平衡正向(向右)移动。 若Q>K,化学平衡逆向(向左)移动。 (3)勒夏特列原理 1)内容 如果改变影响平衡的条件之一(如温度、浓度或压强),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。 2)适用 ①该原理适用于化学平衡、溶解平衡、电离平衡、水解平衡等动态平衡。 ②这种减弱并不能消除外界条件的变化。 【指点迷津】 应用勒夏特列原理时要注意不能走入误区: (1)是否真的改变了影响化学平衡的条件。 例如: A.改变化学平衡体系中固体或纯液体的物质的量时,并未改变影响化学平衡的条件; B.即使有气体存在的化学平衡体系,恒温、恒容下充入惰性气体,也未改变影响化学平衡的条件。 (2)可逆反应是否存在能够减弱某项条件改变的反应方向,例如对mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),m+n=p+q型的可逆反应,它无气体体积扩大或缩小的反应方向,即使是改变压强,化学平衡也不移动。 (4)平衡移动的应用 ①判状态: 由压强的改变,根据平衡移动的方向,可以判断反应物或生成物的状态。 ②判系数: 由压强的改变,根据平衡移动的方向,可以判断方程式中某气体物质的计量数或反应物和生成物之间的计量数的大小关系。 ③判ΔH: 由温度的改变,根据化学平衡移动的方向,可以判断正反应或逆反应是吸热反应或放热反应。 ④判转化率: 根据条件改变对化学平衡的影响,可以判断达到新平衡时某反应物转化率的提高或降低以及平衡体系中某组分百分含量的变化。 ⑤调控反应: 根据影响化学反应速率和平衡的条件以及化学平衡移动原理,可调控工业反应使之效益最大化。 【例6、7、8、9】 例题精讲: 【例1】(xx福建卷,12)化合物Bilirubin在一定波长的光照射下发生分解反应,反应物尝试随反应时间变化如右图所示,计算反应4~8min间的平均反应速率和推测反应16min反应物的浓度,结果应是 A.2.5μmol••L-1和2.0μmol••L-1 B.2.5μmol•L-1和2.5μmol•L-1 C.3.0μmol•L-1和3.0μmol••L-1 D.2.0μmol••L-1和3.0μmol••L-1 〖解析〗本题考察化学反应速率的计算。 第8秒与第4秒时反应物浓度差△C为10umol·L-1·min-1,△t为4秒,所以在4~8min间的平均反应速率为2.5umol·L-1·min-1,可以排除CD两个答案;图中从0min开始到8min反应物浓度减低了4倍,根据这一幅度,可以推测从第8min到第16分也降低4倍,即由10umol·L-1·min-1降低到2.5umol·L-1·min-1,因此推测第16min反应物的浓度为2.5umol·L-1,所以可以排除A而选B 〖答案〗B 【例2】反应A+3B=2C+2D,在四种不同情况下的反应速率分别为: ①v(A)=0.15mol·L-1·s-1②v(B)=0.6mol·L-1·s-1 ③v(C)=1.2mol·L-1·min-1④v(D)=0.45mol·L-1·s-1 其中,反应进行得最快的是( ) A.① B.②C.③D.④ 〖解析〗据①v(A)=0.15mol/(L·s),②中v(A)=v(B)=0.2mol/(L·s),③中v(A)=v(C)=0.2mol/(L·s),④中v(A)=v(D)=0.225mol/(L·s) 故反应最快的为④。 〖答案〗D 【例3】(xx全国卷1,27)(15分)在溶液中,反应A+2BC分别在三种不同实验条件下进行,它们的起始浓度均为c(A)=0.100mol/L、c(b)=0.200mol/l及c(c)=0mol/L。 反应物A的浓度随时间的变化如下图所示。 请回答下列问题: (1)与①比较,②和③分别仅改变一种反应条件。 所改变的条件和判断的理由是: ②_______________;③_______________; (2)实验②平衡时B的转化率为_____;实验③平衡时C的浓度为____________; (3)该反应的_____0,判断其理由是__________________________________; (4)该反应进行到4.0min时的平均反应速度率: 实验②: =__________________;实验③: =_______________。 〖解析〗 (1)②使用了(正)催化剂;理由: 因为从图像可看出,两者最终的平衡浓度相同,即最终的平衡状态相同,而②比①所需要的时间短,显然反应速率加快了,故由影响反应速率和影响平衡的因素可知是加入(正)催化剂;③升高温度;理由: 因为该反应是在溶液中进行的反应,所以不可能是改变压强引起速率的改变,又由于各物质起始浓度相同,故不可能是改变浓度影响反应速率,再由于③和①相比达平衡所需时间短,平衡时浓度更小,故不可能是改用催化剂,而只能是升高温度来影响反应速率的 (2)不妨令溶液为1L,则②中达平衡时A转化了0.04mol,由反应计量数可知B转化了0.08mol,所以B转化率为;同样在③中A转化了0.06mol,则生成C为0.06mol,体积不变,即平衡时C(c)=0.06mol/L (3)﹥0;理由: 由③和①进行对比可知升高温度后A的平衡浓度减小,即A的转化率升高,平衡向正方向移动,而升温是向吸热的方向移动,所以正反应是吸热反应,﹥0 (4)从图上读数,进行到4.0min时,实验②的A的浓度为: 0.072mol/L,则△C(A)=0.10-0.072=0.028mol/L, ∴=2=0.014mol(L·min)-1;进行到4.0mi实验③的A的浓度为: 0.064mol/L: △C(A,)=0.10-0.064=0.036mol/L, ∴==0.0089mol(L·min)-1 〖答案〗 (1)②加催化剂;达到平衡的时间缩短,平衡时A的浓度未变 ③温度升高;达到平衡的时间缩短,平衡时A的浓度减小 (2)40%(或0.4);0.06mol/L;(3)﹥;升高温度向正方向移动,故该反应是吸热反应 (4)0.014mol(L·min)-1;0.008mol(L·min)-1 【命题意图】考查基本理论中的化学反应速率化学平衡部分,一些具体考点是: 易通过图像分析比较得出影响化学反应速率和化学平衡的具体因素(如: 浓度,压强,温度,催化剂等)、反应速率的计算、平衡转化率的计算,平衡浓度的计算,的判断;以及计算能力,分析能力,观察能力和文字表述能力等的全方位考查。 【例4】H2(g)+I2(g)2HI(g)已经达到平衡状态的标志是________________。 ①c(H2)=c(I2)=c(HI)时 ②c(H2)∶c(I2)∶c(HI)=1∶1∶2时 ③c(H2)、c(I2)、c(HI)不再随时间而改变 ④单位时间内生成nmolH2的同时生成2nmolHI ⑤单位时间内生成nmolH2的同时生成nmolI2 ⑥反应速率v(H2)=v(I2)=v(HI) ⑦一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂 ⑧温度和体积一定时,容器内压强不再变化 ⑨温度和体积一定时,混合气体的颜色不再变化 ⑩温度和压强一定时,混合气体的密度不再变化 ⑪条件一定,混合气体的平均相对分子质量不再变化 【导航】 此题从多个角度分析平衡态或不平衡态各种相关物理量的变化情况,有助于加深对平衡特点的理解。 能否作为判断平衡的标志就看能否直接或间接的体现v正=v逆或各物质的浓度及百分含量不变。 〖答案〗 ③④⑦⑨ 【例6】(xx天津卷,10)(14分)二甲醚是一种重要的清洁燃料,也可替代氟利昂作制冷剂等,对臭氧层无破坏作用。 工业上可利用煤的气化产物(水煤气)合成二甲醚。 请回答下列问题: ⑴煤的气化的主要化学反应方程式为: ___________________________。 ⑵煤的气化过程中产生的有害气体H2S用Na2CO3溶液吸收,生成两种酸式盐,该反应的化学方程式为: ________________________________________。 ⑶利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下: ①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g);ΔH=-90.8kJ·mol-1 ②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g);ΔH=-23.5kJ·mol-1 ③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g);ΔH=-41.3kJ·mol-1 总反应: 3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的ΔH=___________; 一定条件下的密闭容器中,该总反应达到平衡,要提高CO的转化率,可以采取的措施是__________(填字母代号)。 a.高温高压b.加入催化剂c.减少CO2的浓度 d.增加CO的浓度e.分离出二甲醚 ⑷已知反应②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)某温度下的平衡常数为400。 此温度下,在密闭容器中加入CH3OH,反应到某时刻测得各组分的浓度如下: 物质 CH3OH CH3OCH3 H2O 浓度/(mol·L-1) 0.44 0.6 0.6 ①比较此时正、逆反应速率的大小: v正______v逆(填“>”、“<”或“=”)。 ②若加入CH3OH后,经10min反应达到平衡,此时c(CH3OH)=_________;该时间内反应速率v(CH3OH)=__________。 〖解析〗 (1)煤生成水煤气的反应为C+H2OCO+H2。 (2)既然生成两种酸式盐,应是NaHCO3和NaHS,故方程式为: Na2CO3+H2S==NaHCO3+NaHS。 (3)观察目标方程式,应是 ×2+ + ,故△H=2△H1+△H2+△H3=-246.4kJ·mol-1。 正反应是放热反应,升高温度平衡左移,CO转化率减小;加入催化剂,平衡不移动,转化率不变;减少CO2的浓度、分离出二甲醚,平衡右移,CO转化率增大;增大CO浓度,平衡右移,但CO转化率降低;故选c、e。 (4)此时的浓度商Q= =1.86<400,反应未达到平衡状态,向正反应方向移动,故正>逆;设平衡时生成物的浓度为0.6+x,则甲醇的浓度为(0.44-2x)有: 400= ,解得x=0.2mol·L-1,故0.44mol·L-1-2x=0.04mol·L-1。 由表可知,甲醇的起始浓度度为(0.44+1.2)mol·L-1=1.64mol·L-1,其平衡浓度为0.04mol·L-1, 10min变化的浓度为1.6mol·L-1,故(CH3OH)=0.16mol·L-1·min-1。 〖答案〗 (1)C+H2OCO+H2。 (2)Na2CO3+H2S==NaHCO3+NaHS (3)-246.4kJ·mol-1c、e (4) > 0.04mol·L-10.16mol·L-1·min-1 【命题立意】本题是化学反应原理的综合性试题,考查了化学方程式的书写、盖斯定律的应用、化学平衡移动原理,和利用浓度商和平衡常数的关系判断平衡移动的方向、平衡常数和速率的计算等。 【例7】(xx四川理综卷,13)反应aM(g)+bN(g)cP(g)+dQ(g)达到平衡时。 M的体积分数y(M)与反应条件的关系如图所示。 其中: Z表示反应开始时N的物质的量与M的物质的量之比。 下列说法正确的是 A.同温同压Z时,加入催化剂,平衡时Q的体积分数增加 B.同压同Z时,升高温度,平衡时Q的体积分数增加 C.同温同Z时,增加压强,平衡时Q的体积分数增加 D.同温同压时,增加Z,平衡时Q的体积分数增加。 〖答案〗B 〖解析〗本题考查了平衡移动原理的应用。 A项加入催化剂只能改变反应速率,不会使平衡移动。 B项由图像 (1)知随着温度的升高M的体积分数降低,说明正反应吸热,所以温度升高平衡正向移动,Q的体积分数增加。 C项对比 (1) (2)可以看出相同温度条件,压强增大M的体积分数增大,所以正反应是体积缩小的反应,增大压强Q的体积分数减小。 D项由C项可以判断D也不对。 【例8】(xx·宁夏理综,25)已知可逆反应: M(g)+N(g)P(g)+Q(g)ΔH>0,请回答下列问题: (1)在某温度下,反应物的起始浓度分别为: c(M)=1mol/L,c(N)=2.4mol/L;达到平衡后,M的转化率为60%,此时N的转化率为;该反应的平衡常数K= (2)若反应温度升高,M的转化率(填“增大”、“减小”或“不变”);平衡常数K。 (3)若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为: c(M)=4mol/L,c(N)=amol/L;达到平衡后,c(P)=2mol/L,a=; (4)若反应温度不变,反应物的起始浓度为: c(M)=c(N)=bmol/L,达到平衡后,M的转化率为。 〖解析〗 (1)M(g)+N(g)P(g)+Q(g) 始态1mol/L2.4mol/L00 变化量1mol/L×60%0.6 因此N的转化率为25% (2)由于该反应的ΔH>0,即该反应为吸热反应,因此升高温度,平衡右移,M的转化率增大。 (3)根据 (1)可求出各平衡浓度: c(M)=0.4mol/Lc(N)=1.8mol/Lc(P)=0.6mol/Lc(Q)=0.6mol/L 因此化学平衡常数K=0.5 由于温度不变,因此K不变,达到平衡后 c(P)=2mol/Lc(Q)=2mol/Lc(M)=2mol/Lc(N)=(a-2)mol/L 解得a=6 (4)设M的转化率为x,则达到平衡后各物质的平衡浓度分别为: c(M)=b(1-x)mol/Lc(N)=b(1-x)mol/Lc(P)=bxmol/Lc(Q)=bxmol/L 解得x=41% 〖答案〗 (1)25% (2)增大(3)6(4)41% 【化学反应的方向及判据】 一、焓判据 (1)多数能自发进行的化学反应是放热反应。 如氢氧化亚铁的水溶液在空气中被氧化为氢氧化铁的反应是自发的,其△H(298K)=-444.3kJ·mol—1 (2)部分吸热反应也能自发进行。 如NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)==CH3COONH4(aq)+CO2(g)+H2O(l),其△H(298K)==+37.30kJ·mol—1。 (3)有一些吸热反应在常温下不能自发进行,在较高温度下则能自发进行。 如碳酸钙的分解。 研究表明,对于化学反应而言,绝大多数放热反应都能自发进行,且反应放出的热量越多,体系能量降低得也越多,反应越进行得越完全。 可见,反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。 但是,反应焓变不是决定反应能否自发进行的唯一依据。 二、熵判据 (1)熵: 描述大量粒子混乱度的物理量,符号为S,单位J·mol—1·K—1,熵值越大,体系的混乱度越大。 S(g)>S(l)>S(s)。 (2)化学反应的熵变(△S): 反应产物的总熵与反应物总熵之差。 (3)反应熵变与反应方向的关系 ①多数熵增加的反应在常温常压下均可自发进行。 产生气体的反应、气体物质的量增加的反应,熵变都是正值,为熵增加反应。 ②有些熵增加的反应在常温下不能自发进行,但在较高温度下则可自发进行。 如碳酸钙的分解。 ③个别熵减少的反应,在一定条件下也可自发进行。 如铝热反应的△S==—133.8J·mol—1·K—1,在点燃的条件下即可自发进行。 化学反应的ΔS越
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- 高三化学一轮复习 第7章 化学反应速率与化学平衡教案 化学 一轮 复习 化学反应 速率 化学平衡 教案