高二化学选修四第二章讲义.docx
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高二化学选修四第二章讲义
第二章化学反应速率与化学平衡
第一节化学反应速率
【学习目标】
1、通过回顾化学反应速率的概念和表示方法,掌握计算化学反应速率的方法,
2、通过判断、比较和计算化学反应速率,提高有关化学概念的计算能力。
3、通过学习,明确研究化学反应速率的意义
【学习重点】化学反应速率的概念。
【学习难点】化学反应速率的计算。
【前置作业】
在2L的密闭容器中,加入1mol和3mol的H2和N2,发生N2+3H22NH3,在2s末时,测得容器中含有0.4mol的NH3,求①该反应用NH3表示的化学反应速率。
②该反应用N2、H2表示的化学反应速率。
[回顾归理]
一、化学反应速率
1.定义:
2.公式:
3.单位:
4.同一反应中,用不同物质表示的化学反应速率比=。
注意:
(1)化学反应速率是平均反应速率,无负值。
(2)一般不用固体和纯液体表示化学反应速率。
(3)表示化学反应速率时,须注明物质
(4)同一反应,同样快慢,不同物质浓度变化可能不同,速率数值可能不同,但表示意义相同。
【每课一题】
在不同条件下分别测得反应2SO2+O2=2SO3(g)的速率如下:
A.V(SO2)=4mol.L-1..min-1B.V(O2)=3mol.L-1.min-1
C.V(SO3)=0.1mol.L-1.min-1D.V(O2)=0.1mol.L-1.S-1
该反应进行的快慢顺序为________________
[回顾归理]
5.比较反应速率的快慢,要转化为来比较。
【课堂探究】
[针对练习1]将4molA气体和2molB气体在2L的容器中混合并在一定条件下发生如下反应
2A(g)+B(g)
2C(g),若经2s后测得C的浓度为0.6mol·L-1,现有下列几种说法正确的是()
A用A表示的反应速率为0.3mol·L-1·S-1B.用B表示的反应速率为0.6molL-1·S-1
C.2s时物质A的转化率为70%D.2s时物质B的浓度为0.7mol·L-1
[针对练习2]某温度下,浓度都是1mol/L的两种气体X2和Y2,在密闭容器中反应生成气体Z,经过tmin后,测的物质的量浓度分别为c(X2)=0.4mol/L,c(Y2)=0.8mol/L,c(Z)=0.4mol/L,则该反应的反应方程式可表示为________________________
[针对练习3]某温度时,在3L密闭容器中,X、Y、Z三种物质的物质
的量随时间变化的曲线如图所示。
由下图中数据分析:
(1)该反应的化学方程式:
__;
(2)反应开始至2min末,X的反应速率为;
(3)该反应是由开始反应的。
(①正反应②逆反应③正逆反应同时)
[归理]
二、化学反应速率的测定
化学反应速率可通过实验测定,因为化学反应中发生变化的是体系中的化学物质(包括反应物和生成物),所以与其中任何一种化学物质的浓度(或质量)相关的性质在测量反应速率中都可加以利用。
包括:
(1).
(2).
[实验探究]
1、仔细阅读实验2-1,完成以下实验报告:
实验目的:
___________________________________________________
主要仪器:
_____________________________________________________
实验药品:
_______________________________________________________
实验步骤:
________________________________________________________
________________________________________________________
比较二者收集10ml氢气所需的时间,填写实验记录卡:
加入试剂
反应时间(min)
反应速率(mL/min)
1mol/L硫酸
4mol/L硫酸
实验结论:
;
注意事项:
;
【思考】
1.本实验还可以如何测定锌和稀硫酸反应的速率?
2.若不用注射器收集氢气,可用什么替代?
3.还可根据反应速率相关量的哪些变化来测定该反应的反应速率?
【课堂总结】
【反思】
第二节影响化学反应速率的因素
【学习目标】
1.通过实验探究温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响。
2.知道活化分子、有效碰撞、活化能的涵义及其对化学反应速率的影响。
【学习重点】影响化学反应速率的外界因素
【学习难点】用活化分子理论解释外界因素对化学反应速率的影响
【前置作业】
阅读课本绪言,填写下列概念,并在图中标出活化能和活化分子
(1)有效碰撞:
(2)活化分子:
(3)活化能:
[归理]
【每课一题】
1.
(1)常温下,形状大小相同的铁、铝分别与等浓度的盐酸反应生成氢气的速率:
铁铝;
(2)对于铁片与盐酸的反应,改变下列条件使生成氢气的速率有何变化?
①升高温度:
②增大盐酸的浓度:
③增加Fe的量:
④不用铁片,改用铁粉:
⑤加入NaCl固体:
⑥加入少量CuSO4溶液:
[回顾归理]
化学反应速率的影响因素:
【课堂探究】
一、探究反应速率的影响因素
1、浓度对速率的影响
[探究实验2-2]实验目的:
探究浓度对化学反应速率的影响
实验原理:
2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O
实验步骤:
详见课本P20实验方法:
对比观察、单一变量
加入试剂
4mL0.01mol/LKMnO4
2mL0.1mol/LH2C2O4
4mL0.01mol/LKMnO4
2mL0.2mol/LH2C2O4
实验现象
褪色时间
结论
[归理]
其他条件相同时,
注意:
[例题1]在恒温恒容条件下,能使A(g)+B(g)=C(g)+D(g)正反应速率增大的措施是()
A、减小C或D的浓度B、增大D的浓度
C、减小B的浓度D、增大A或B的浓度
【思考】依据有效碰撞理论如何理解浓度对反应速率的影响?
[针对练习1]下表中是各组反应的反应物和反应温度,反应刚开始时,放出H2速率最快的是()
编号金属(粉末状)(mol)酸的浓度及体积反应温度(℃)
AMg,0.16mol·L-1硝酸10mL60
BMg,0.13mol·L-1盐酸10mL60
CFe,0.13mol·L-1L盐酸10mL60
DMg,0.13mol·L-1硫酸10mL60
2、压强对速率的影响
【思考】阅读课本,思考改变反应体系的压强,其本质是改变了体系的什么条件,对化学反应速率有什么影响?
[例题2]对于I2(g)+H2(g)
2HI(g)反应,试分析在其他条件相同时,采用下列措施,压强如何变化?
反应速率如何变化?
a.缩小容器体积:
b.保持体积不变,通入H2
c.保持体积不变,通入稀有气体He
d.保持压强不变,通入稀有气体He
[归理]
其他条件相同时,对于有气体参与的反应,
1.增大压强,;减小压强,。
2.恒温恒容时,通入不反应气体,。
3.恒温恒压时,通入不反应气体,。
[针对练习2]在一容积可变的密闭容器中进行如下反应:
Fe(s)+4H2O(g)==Fe3O4(s)+4H2(g),下列条件的改变对其反应速率无影响的是()
A.增加Fe的量B.保持容积不变,充入N2使体系压强增大
C.将容器的容积缩小一半D.保持压强不变,充入N2使容器容积增大
3、温度对速率的影响
[实验探究2-3]实验目的:
探究温度对化学反应速率的影响
实验原理:
Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+S↓+8H2O
实验步骤:
详见课本P21实验方法:
对比观察、单一变量
加入试剂
0.1mol/LNa2S2O35mL
0.1mol/LH2SO45mL
0.1mol/LNa2S2O35mL
0.1mol/LH2SO45mL
试验温度
出现浑浊时间
结论
[归理]
其他条件相同时,升高温度,;降低温度,。
[例题3]设C+CO2=2CO△H>0反应速率为υ1,N2+3H2
2NH3△H<0反应速率为υ2,对于上述反应,当温度升高时υ1和υ2的变化情况为()
A.同时增大 B.同时减小
C.υ1增大υ2减小 D.υ1减小υ2增大
[科学探究]已知4H++4I—+O2=2I2+2H2O,现有1mol/LKI溶液、0.1mol/LH2SO4溶液和淀粉溶液,请设计实验探究反应速率与温度的关系?
完成下列内容:
实验目的:
实验原理:
实验步骤:
实验方法:
试剂种类和用量
实验温度
试剂加入顺序和理由
实验现象
结论
【思考】依据有效碰撞理论如何理解温度对反应速率的影响?
4、催化剂对速率的影响
[实验探究2-4]实验目的:
探究催化剂对化学反应速率的影响
实验原理:
实验步骤:
详见课本P22实验方法:
对比观察、单一变量
实验现象:
[归理]
其他条件相同时,加入适当的催化剂,。
【思考】依据有效碰撞理论如何理解催化剂对反应速率的影响?
[归理]
因素
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
增大浓度
增大压强
升高温度
用催化剂
[针对练习3]下列条件的变化是因为增加活化分子百分数而使反应速率加快的是()
A.增大浓度B.增加压强C.升高温度D.使用催化剂
[针对练习4]对于反应3X(g)+Y(S)=Z(g),其他条件不变时,改变其中一个条件,则生成Z的速率(填“增大”或“减小”或“不变”):
(1)升高温度:
;
(2)增大压强:
;(3)增大容器容积:
;(4)加入X:
(5)加入Y:
;(6)压缩体积:
。
[针对练习5]向四个体积相同的密闭容器中分别充入一定量的SO2和O2,开始反应时,按反应速率由大到小排列顺序正确的是()
甲:
在500℃时,10molSO2和6molO2反应乙:
在500℃时,用V2O5作催化剂,10molSO2和6molO2反应
丙:
450℃时,8molSO2和5molO2反应丁:
500℃时,8molSO2和5molO2反应
A.甲、乙、丙、丁B.乙、甲、丙、丁C.乙、甲、丁、丙D.丁、丙、乙、甲
【课堂总结】
【反思】
第三节化学平衡
第1课时化学平衡状态
【学习目标】
1、通过分析化学平衡的建立理解化学平衡的特征,能够判断可逆反应是否达到平衡状态。
2、通过分析化学平衡的建立增强学生的归纳和形象思维能力。
【学习重点】化学平衡的建立和特征。
【学习难点】化学平衡状态的判断。
【每课一题】
1.判断下列反应不是可逆反应的()
A.SO2溶于水和H2SO3分解
B.N2与H2在一定条件下生成NH3,同时NH3又分解为N2和H2
C.氯气与水反应生成盐酸与次氯酸
D.电解水生成H2和O2,氢气和氧气转化成H2O
[回顾归理]
1.可逆反应的概念:
2.可逆反应的特点:
【课堂探究】
一、化学平衡的建立
以CO和H2O(g)的反应:
CO+H2O(g)
CO2+H2为例来说明化学平衡的建立过程。
若开始时在固定容积的密闭容器中放入一定量CO和H2O,
①反应开始时,反应物和生成物的浓度如何?
V正、V逆如何?
②随反应的进行,反应物和生成物的浓度如何变化?
V正、V逆如何变化?
③到达某时刻V正=V逆,反应物和生成物的浓度还会变化吗?
此时反应是否停止了?
[回顾归理]
3.化学平衡状态:
4.化学平衡特征:
a、逆:
研究的对象:
反应。
b、等:
V正V逆
c、动:
V正=V逆≠0,是平衡,反应仍在进行。
d、定:
反应混合物中,各物质的。
e、变(有条件的):
外界条件变化时,原有平衡被破坏,出现新的平衡。
[例题1]若上述反应t0时刻达平衡时,c(CO)小于c(CO2)。
1画出上述反应的速率-时间图像。
②画出上述反应的CO、CO2浓度-时间图像。
[针对练习1]在一定温度下,容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如下图,下列表述中正确的是()
A.反应的化学方程式为:
2M
N
B.t2时,正逆反应速率相等,达到平衡
C.t3时,正反应速率大于逆反应速率
D.t1时,N的浓度是M浓度的2倍
二、平衡状态的判断标志
[例题2]可逆反应N2+3H2
2NH3的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。
下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是()
A.υ正(N2)=3υ正(H2)B.υ正(N2)=逆υ(NH3)
C.2υ正(H2)=3υ逆(NH3)D.3υ(N2)=υ(H2)
E、容器内各物质的浓度不随时间变化F、容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1:
3:
2
G、容器内各物质的浓度相等H、单位时间消耗1molN2同时生成2molNH3
I、单位时间消耗1molN2同时生成3molH2J、容器内N2的转化率不随时间变化
[例题3]在一定温度下的定容密闭容器中,当下列物理量不再改变时,表明反应:
A(s)+2B(g)
C(g)+D(g)已达平衡的是()
A.混合气体的压强B.混合气体的密度
C.混合气体的平均相对分子质量D.气体的总物质的量
【针对练习2】可逆反应①2NO2
2NO+O2②2HI(g)
H2(g)+I2(g)
32A(g)+B(g)
3C(g)+D(s)分别在密闭容器中反应。
填写上已达平衡状态的反应的符号:
(1)气体的总质量不变
(2)当气体的总物质的量不变时
(3)混合气体的平均相对分子质量不再变化(4)恒容条件下,容器内压强不再改变
(5)恒容条件下,容器内气体密度不再改变(6)容器内温度不再变化
(7)各物质的质量分数不再变化
[归理]
5.平衡状态的判断标志:
【课堂总结】
【反思】
第2课时影响化学平衡的因素
【学习目标】
1、通过试验探究温度、浓度和压强对化学平衡的影响,并能用勒夏特列原理加以解释。
2、理解勒夏特列原理,并能据此判断平衡移动的方向
3、通过分析影响化学平衡移动的因素,增强学生归纳和对比的能力。
【学习重点】描述浓度、压强、温度等条件对化学平衡的影响;理解勒沙特列原理的涵义。
【学习难点】理解勒沙特列原理的涵义。
【前置作业】
不同温度下物质的溶解度不同。
那么对于t0时达到溶解平衡状态的饱和溶液,当升高或降低温度至t1时:
若:
溶解度增大,固体溶质继续溶解,则V(溶解)V(结晶)
溶解度减小,固体溶质析出,则V(溶解)V(结晶)
那么溶解平衡状态被打破,继而建立一种新的溶解平衡,也就是说:
[归理]
条件改变,溶解平衡移动。
【每课一题】
1.在固定容积的密闭容器中,反应2A(g)+2B(s)
3C(g)在一定条件下加入1molA和2molB进行反应,正确的是:
()
A、反应开始后,υ(正)逐渐增大,υ(逆)逐渐减小,最终达到υ(正)=υ(逆)的平衡状态
B、平衡后,升高温度,υ(正)、υ(逆)都增大
C、平衡后,若加入一定量的B,速率增大
D、从平衡混合气体中分离出C后,会使υ(正)增大,υ(逆)减小
E、平衡后,加入不参与反应的Ar,会使υ(正)、υ(逆)都增大
F、达到平衡时单位时间内生成2nmolA的同时生成3nmolC
H、当3υ(A)=2υ(C)时,说明反应已达平衡状态
I、当A的浓度不再变化时,说明反应已达平衡状态
J、当容器内压强不再变化,说明反应已达平衡状态
[回顾归理]
1、反应速率的影响因素:
2、化学平衡状态:
3、化学平衡的特征:
【思考】化学平衡是否只有在一定的条件下才能保持?
当一个可逆反应达到平衡状态后,如果改变浓度、压强、温度等反应条件,平衡状态还能保持吗?
为什么?
【课堂探究】
一、探究平衡移动的影响因素
1、浓度对平衡的影响
[探究实验2-5]实验目的:
探究浓度改变对化学平衡的影响
实验原理:
Cr2O72-+H2O
2CrO42-+2H+
(橙色)(黄色)
实验步骤:
详见课本P26实验方法:
对比观察、单一变量
K2Cr2O7溶液
滴加3-10滴浓H2SO4
滴加10-20滴6mol/LNaOH溶液
现象
结论
[探究实验2-6]实验原理:
Fe3++3SCN-
Fe(SCN)3
(黄色)(无色)(红色)
实验步骤:
详见课本P27实验方法:
对比观察、单一变量
步骤1
4滴饱和FeCl3溶液
4滴1mol/LKSCN溶液
现象
步骤2
3-5滴0.01mol/LNaOH溶液
3-5滴0.01mol/LNaOH溶液
现象
【思考】
根据上述实验中的现象,如何判断化学平衡状态是否发生改变?
实验改变的条件是什么?
平衡向哪个方向移动?
最终平衡移动的结果是什么?
[归理]
在其他条件不变时,
(1)增大反应物浓度或减小生成物浓度,化学平衡向______移动;
(2)减小反应物浓度或增大生成物浓度,化学平衡向______移动。
注意:
固体物质和纯液体浓度不会发生改变,不影响平衡。
[例题1]FeCl2溶液呈浅绿色,其中存在着下列平衡:
Fe2++2H2O
Fe(OH)2+2H+,往该溶液中滴加浓盐酸,发生的变化是()
A、平衡向逆反应方向移动B、平衡向正反应方向移动C、溶液由浅绿色变成黄色D、溶液由浅绿色变为深绿色E、由于平衡向逆反应移动,所以平衡后c(H+)比原溶液中的小
【思考】为什么浓度的改变会引起上述的变化?
(以反应物浓度减小为例)
υ(正)、υ(逆)如何变化?
绘制υ-t图
由图能否看出平衡如何移动?
[归理]
平衡移动的根源:
[针对练习1]对已达化学平衡的反应2X(g)+Y(g)
2Z(g),减小Y的浓度,对反应产生的影响是()
A.逆反应速率增大,正反应速率减小,平衡向逆反应方向移动
B.逆反应速率减小,正反应速率增大,平衡向正反应方向移动
C.正、逆反应速率都减小,平衡向逆反应方向移动
D.正、逆反应速率都增大,平衡向正反应方向移动
【变式】若Y为固体,增加Y的量,则速率和平衡如何变化?
2、温度对平衡的影响
[探究实验2-7]实验目的:
探究温度变化对化学平衡的影响
实验原理:
2NO2(气)
N2O4(气)ΔH=-56.9kJ/mol
(红棕色)(无色)
实验步骤:
详见课本P27实验方法:
对比观察、单一变量
升高温度
降低温度
现象
结论
[归理]
在其他条件不变时,
升高温度,平衡向_____的方向移动;降低温度,平衡向_____的方向移动。
【思考】从速率的角度解释温度改变对平衡移动的影响。
(绘制υ-t图)
[针对练习2]在一定条件下,下列反应达到平衡:
C(s)+H2O
CO(g)+H2△H>0,如果温度升高,υ(正)_______,υ(逆)________,平衡向________移动;
3、压强对平衡的影响(依据实验数据,推测压强改变对平衡的影响)
表2—1,450℃时,反应:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)
压强/MPa
1
5
10
30
60
100
NH3/%
2.0
9.2
16.4
35.5
53.6
69.4
表2—2N2O4(气)
2NO2(气)
压强/MPa
1
5
10
30
NO2/%
80.0
59.2
26.4
10
【思考】其他条件不变时,改变压强,速率一定会改变吗?
平衡一定会移动吗?
为什么?
[归理]
在其他条件不变时,对于有气体参与的反应,
增大压强,平衡向_______________的方向移动;减小压强,平衡向_____________的方向移动。
注意:
【思考】从速率的角度解释压强改变对平衡移动的影响。
(绘制υ-t图)
【针对练习3】下列反应达到化学平衡时,增大反应体系的压强,平衡是否移动?
向哪个方向移动?
①2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)
②CaCO3(s)
CaO(s)+CO2(g)
③H2O(g)+C(s)
CO(g)+H2(g)
④H2O(g)+CO(g)
CO2(g)+H2(g)
⑤H2S(g)
H2(g)+S(s)
【思考】恒温恒容的密闭容器中,反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)达到平衡后,充入惰性气体,对速率和平衡有何影响?
若改为恒温恒压呢?
[归理]
1.对化学反应前后气体化学计量数相等的反应,改变压强,正逆反应速率______,平衡__________。
2.恒温恒容时,充入不反应气体:
3.恒温恒压时,充入不反应气体:
[针对练习4]将NO2装入带活塞的密闭容器中,当反应N2O4(气)
2NO2(气)达到平衡后,改变下列一个条件,其中叙述正确的是()
A.体积减半,平衡向左移动
B.体积减半,压强增大,但小于原来的2倍
C.恒温恒容时,充入稀有气体,压强增大,平衡向左移动,混合气体的颜色变浅
D.恒温恒压时,充入稀有气体,压强不变,平衡不移动
4、催化剂
①同等程度改变化学反应速率,即V正=V逆,因此,它对化学平衡的移动没有影响。
②改变反应到达平衡所需要的时间。
(绘制υ-t图)
[归理]
1、化学平衡的影响因素:
2、勒夏特列原理(平衡移动原理):
[例3]对某一可逆反应来说,使用催化剂的作用是()
A.提高反应物的平衡转化率B.以同样程度改变正逆反应速度
C.增大正反应速率,降低逆反应速率D.改变平衡混合物的组分
[例4]化学反应C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g)△H<0,达到平衡,下列叙述正确的是()
A.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小,平衡向正反应方向移动
B.加入固体炭,平衡向正反应方向移动
C.加入水蒸气使容器内压强增大,平衡向逆反应方向移动
D.扩大容器的容积,平衡向正反应方向移动
[针对练习5]有一处于平衡状态的反应X(s)+2Y(g)
3
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