化学反应速率和化学平衡教案Word版.docx
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化学反应速率和化学平衡教案Word版
化学反应速率和化学平衡教案
1反应速率
1.1概念
化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的物理量。
①定义式
单位:
mol•L-1•s-1、mol•L-1•min-1、mol•L-1•h-1等:
②表示化学反应速率时要指明具体物质,同一个反应选用不同物质表示的速率,数值可能会不同,但意义相同,其速率数值之比等于相应反应物计量数之比。
③比较同一个反应在不同条件下速率大小,要折算为同一物质表示的速率进行比较,或求出各不同物质表示的速率与对应物质化学计量数的比值,比值大的反应速快。
1.2外界条件对反应速率的影响
化学反应速率的大小首先取决于反应物的本质特性(内因),其次是外界条件的影响。
①浓度C↑---υ↑(增加固态反应物量不能改变反应速率。
固态反应物速率与其粉碎程度,既表面积大小有关。
②压强P↑---υ↑(压强对速率的影响实质是浓度对速率的影响。
因此,压强只能影响有气体参与的化学反应的速率,只有能造成反应物气体浓度发生变化的压强改变,才能对化学反应速率有影响。
)
③温度T↑---υ↑(此规律适合任何化学反应。
温度升高10℃,速率可提高到原来的2至4倍[
=(2-4)
]
④催化剂使用催化剂可以极大改变反应速率,通常指加快反应速率。
⑤其它对于同一个反应,以原电池方式发生,其速率比直接的化学反应速率大。
此外,光、反应物粒度大小、溶剂等也对反应速率有影响。
[练1-01]某温度时,容积为2L的密闭容器时,
X、Y、Z三种气态物质的物质的量随时间变化情况如图:
(1)写该反应的化学方程式3X+Y=2Z
(2)在3mⅠn内X的平均反应速率为0.05mol•L-1•min-1
[练1-02]用铁和稀硫酸制氢气,不能加快氢气生成速率的措施是(B)
A.用等质量的铁粉代替铁片B.用98%浓硫酸代替稀硫酸
C.在稀硫酸中滴加少量CuSO4溶液D.溶液加热
[练1-03]在2L的密闭容器中,加入4molA和6molB,发生如下的反应
4A(g)+6B(g)=4C(g)+5D(g),若经5s后,余下A是2.5mol,则B的反应速率是(B)
A.0.45mol/(L.s)B.0.225mol/(L.s)
C.0.15mol/(L.s)D.0.9mol/(L.s)
[练1-04]某温度下,浓度都是1mol/L的气体X2和Y2,在密闭容器中反应生成Z气体达到平衡后c(X2)为0.4mol/L,c(Y2)为0.8mol/L,生成Z为0.4mol/L.则该反应方程式是(C)
A.X2+2Y2=2X2 B.2X2+Y2=2X2Y
C.3X2+Y2=2X3Y D.X2+3Y2=2XY2
[练1-05]已知4NH3+5O2=4NO+6H2O,若反应速率分别用υ(NH3)、υ(o2)υ(NO)、υ(H2O)表示,则正确的关系是 (D)
A.(4/5)υ(NH3)=υ(O2) B.(5/6)υ(O2)=υ(H2O)
C.(2/3)υ(NH3)=υ(H2O) D.(4/5)υ(O2)=υ(NO)
[练1-06]反应物浓度均为0.10mol/L下列各组反应中,反应速率最大的是(A)
A.0℃H2+F2B.40℃H2+Cl2
C.200℃H2+Br2(g)D.300℃H2+I2(g)
[练1-07]常温下分别将四块形状相同,质量均为4g的铁块同时投入下列四种溶液中,铁块首先溶解(B)
A.150ml2mol/L盐酸 B.500ml2mol/L硫酸
C.50ml3mol/L盐酸 D.20ml18.4mol/L硫酸
[练1-08]把下列四种X溶液分别加进四个盛有10ml2mol/L的盐酸溶液的烧杯中.
并加水稀释到50ml,此时X与盐酸反应,其中反应速率最大的是.(A)
A.20ml3mol/LB.20ml2mol/L.
C.10ml4mol/LD.10ml2mol/L.
[练1-09]已知有反应A(g)+3B(g)
2C(g)+D(g)在四种不种情况的下反应速率为:
①υ(A)=0.15mol•L-1•s-1②υ(B)=0.6mol•L-1•s-1
③υ(C)=0.4mol•L-1•s-1④υ(D)=27molL-1•min-1
则该反应进行快快慢顺序为 ④>②=③>①
[提示]在比较速率大小时,先要把速率单位换算为一致.
[练1-10]将ag块状碳酸钙与足量盐酸反应,反应物损失的质量随时间变化曲线如图所示.在相同条件下,将bg(a>b)粉末状碳酸钙与同浓度盐酸反应,则相应的曲线(图中虚线所示)正确的是(C)
[练1-11]在密闭容器中进行反应N2+O2=2NO,当保持温度不变时下列措施能使反应速率增大的(AB)
A.缩小容器体积,使压强增大B.保持体积不变,充入N2使压强增大
C.保持体积不变,充入He使压强增大D.扩大容器体积,使压强减小
[练1-12]下列各组溶液同时开始反应,出现混浊最早的是(AB)
A.20℃时,5ml0.05mol/L硫代硫酸钠溶液与5ml0.1mol/L硫酸溶液混合
B.20℃时,50ml0.10mol/L硫代硫酸钠溶液50ml0.1mol/L硫酸溶液混合
C.10℃时,5ml0.05mol/L硫代硫酸钠溶液与5ml0.1mol/L硫酸溶液混合
D.10℃时.5ml0.10mol/L硫代硫酸钠溶液与5ml0.1mol/L硫酸溶液混合
[练1-13]把除去氧化膜的镁条投入盛有稀盐酸的试管中,发现生成的氢气速率如图所示,其中T1-T2变化的主要原因是该反应为放热反应,温度(升高)对反应速率的影响大于c(H+)浓度(降低)对反应速率的影响。
;T2-T3变化的主要原因是在T2-T3时段c(H+)浓度减少使反应速率降低的影响大过温度升高对反应速率的影响。
2化学平衡
2.1化学平衡态及其建立
如图,可逆反应进行的过程中,若开始只有反应物,没有生成物。
则υ(正)最大,υ逆)为零。
随着反应的进行,反应物不断减少,生成物就不断增加,υ(正)越来越小,υ(逆)越来越大,反应进行到某一时刻,υ(正)=υ(逆),就达到了化学平衡。
化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里,正反应速率和逆反应速率相等,反应混合物中各组份的含量保持不变的一种状态。
2.2化学平衡的特征
①逆:
化学平衡研究的对象是可逆反应。
②动:
虽υ(正)=υ(逆)但速率不为零,反应仍在不停地进行,既是动态平衡。
③等:
υ(正)=υ(逆)同物质的生成速率等于消耗速率。
既单位时间,单位体积,同一物质的生成量与消耗转化量相等。
④定:
混合物各组份的不再改变。
⑤同:
对于同一可逆反应,在相同条件下,无论反应从正反应开始还是从逆反应开始,或以一定的配比投入反应物或生成物,使正逆反应同时开始,只要外界条件相同,都可以达到相同的平衡态,既殊途同归(等效平衡)。
⑥变:
外界条件发生改变,使υ(正)≠υ(逆),各组分物质的发生改变调整,进而建立新平衡。
2.3化学平衡的标志
一个可逆反应达到平衡状态的最根本标志是υ(正)=υ(逆).
运用速率标志要注意:
正逆反应速率相等是指用同一种物质表示的反应速率.若一个可逆反应的正逆反应速率是分别用两种不同物质表示时,则当这两者的速率之比应等于这两种物质的化学计量数之比时才标志着化学平衡了。
因υ(正)=υ(逆)其必然结果是反应混合物各组分的含量保持不变,所以,各组分物质的量或物质的质量,或浓度,或含量不再随时间而改变也一定标志着化学平衡了。
如果一个可逆反应达到平衡状态,则整个反应体系的物理参数,如总压强、总体积、总物质的量以及气体的平均分子量和密度等肯定都要保持定值,不会再随时间而改变。
但反过来,在一定条件下,这些物理参数若保持不变的可逆反应,不一定就达到了化学平衡,要作具体分析。
如:
aA(g)+bB(g)=Cc(g)+dD(g)若a+b=c+d,由于反应前后气体分子数始终不发生改变,使反应体系的总压、平均分子量等参量在任何时刻都保持不变,因此,这种情况下这些物理参量不能作为化学平衡态的标志。
[练2-01]在一密闭容器中充入一定量的SO2和O2,在一定条件下发生反应:
2SO2+O2
2SO3。
当反应达到平衡时,再向容器中充入一定量的188O2,重新达平衡后,容器内存在的188O的粒子是(D)
A.只有O2B.只有SO3C.只有O2和SO3D.O2、SO2、SO3
[练2-02]可逆反应N2+3H2
2NH3正逆反应速率可用各反应物或生成物的浓度变化来表示。
下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是(C)
A.3υ正(N2)=υ正(H2) B.υ正(N2)=υ逆(NH3)
C.2υ正(H2)=3υ逆(NH3)D.υ正(N2)=3υ逆(H2)
[练2-03]在一定温度下,反应A2(g)+B2(g)
2AB(g)达到平衡的标志是(C)
A.单位时间生成nmol的A2,同时生成nmol的AB
B.密闭容器内总压强不随时间变化
C.单位时间生成2nmol的AB,同时生成nmol的B2
D.单位时间生成nmol的A2,同时生成的nmolB2
[练2-04]下列可逆反应一定处于平衡状态的是(BC)
A.2HBr(g)
Br2(g)+H2(g),增大压强,体系颜色加深
B.N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)测得正反应速率υ(N2)=0.01mol•L-1•min-1,逆反应速率υ,(NH3)=0.02mol•L-1•mⅠn-1
C.2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g),在t1和t2时刻SO2的转化率为40%
D.2CO(g)+O2(g)
2CO2(g),测得混合物中CO、O2和CO2的物质的量之比为2:
1:
1
[练2-05]在一定温度下的定容密闭容器中,当物质的下列物理量不再变化时,表明反应A(s)+2B(g)
C(g)+D(g)已达平衡的是(BC)
A.混合气体的压强B.混合气体的密度
C.B的物质的量浓度D.气体的总物质的量
3影响化学平衡的条件
3.1化学平衡的概念
3.1.1化学平衡移动过程可表示如下:
t1-t2 t2-t3t3-t4
原平衡态 平衡破坏 建立新的平衡
υ(正)=υ(逆)υ(正)≠υ(逆)υ(正)=υ(逆)
各组分含量保持一定各组分含量发生变化各组分含量又保持新的一定
3.1.2化学平衡移动
达到平衡状态的可逆反应,在条件改变后,平衡状态被破坏,然后在新的条件下达到新的平衡状态的过程,叫做平衡移动。
如上图中t2-t3时段内发生的变化过程。
3.1.3平衡移动方向的判据
通过比较平衡破坏瞬时的正逆反应速率的相对大小来判断平衡移动方向。
①若外界条件改变,引起υ(正)>υ(逆),此时正反应占优势,反应式右边生成物的浓度较平衡破坏时的瞬时浓度增大,反应式左边反应物的浓度较平衡破坏时的瞬时浓度减小了,则称化学平衡向正(或向右)反应方向移动;
②若外界条件改变,引起υ(正)<υ(逆),此时逆反应占优势,反应式左边反应物的浓度较平衡破坏瞬时的浓度增大,反应式右边生成物的浓度较平衡破坏时的瞬时浓度减小了,则称化学平衡向逆(或向左)反应方向移动。
③若外界条件改变,虽能引起原υ(正)和υ(逆)的变化,但变化后新的υ,(正)和υ,(逆)仍保持相等,则称化学平衡没有发生移动。
在实际中更多是借助平衡移动后的效果,如体系压强、密度和气体平均相对分子量等改变情况来判断平衡移动方向。
但它们并不是在任何情况都可作为平衡移动方向的判据。
下面就通式:
mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g);ΔH<0(正反应为放热)为例讨论:
①压强若m+n≠p+q则压强变化可作为判据;若m+n=p+q则压强不能作为判据。
②温度因任何反应均拌随能量的变化,所以在绝热条件下可以通过比较新平衡态与旧平衡态温度的变化来判断平衡移动的方向。
∑m(g)
③密度从密度的定义式ρ=---------可知只有对发生了气态转化为固态或液态
∑(V)
的可逆反应,既反应中气体总质量有发生改变的,才可以通过比较新平衡态与旧平衡态密度变化来判断平衡移动的方向。
∑m
④平均相对分子质量Mr=-----设旧平衡时的平均相对分子质量为M1,新平衡时平均相∑n
对分子质量为M2。
在反应前后气体总质量不变的前提下,分三种情况讨论:
若m+n>p+q当M1
若m+n
M2,则平衡右移。
.
若m+n=p+q无论平衡是否移动,也无论平衡左移还是右移,总有M1=M2保持恒定,因此平均相对分子质量就不能作为平衡移动的判据了。
⑤转化率在由改变反应物浓度而引起的平衡移动的问题中,转化率变化与平衡移动方向没有必然的相关,不能作为平衡移动的判据。
不要误认为转化率提高,化学平衡一定正向右移。
只有在非浓度变化(如改变温度)而引起的平衡移动中,转化率若提高,平衡才一定是正向右移。
3.2勒沙特列原理
3.2.1浓度
①规律增加反应物浓度或减少生成物的浓度,都可以使平衡朝着正向右移;减少反应物浓度或增加生成物的浓度,都可以使平衡朝着逆向左移。
②理解增加反应物浓度或减少生成物的浓度,使U,(正)>U,(逆)平衡正向右移;减少反应物浓度或增加生成物的浓度,使U,(正)<U,(逆)平衡逆向左移。
③υ-t函数图
④注意点增加或减少固态物质(或液态纯物质)不能使平衡发生移动。
3.2.2压强
①规律在含有气态物质的平衡体系里,增大压强,平衡向着气体体积缩小的反应方向移动;降低压强,平衡向着气体体积增大反应方向移动。
②理解讨论压强对平衡的影响应归结为浓度对平衡的影响。
如恒温下,通过缩小盛气体的容器体积来增大气体体积,相当于将各反应物和各生成物气体的浓度同等倍数增大,使正逆反应速度都提高了,但提高的幅度不同,气体体积缩小的反应速率提高幅度大,结果平衡就向气体体积缩小的反应方向移动了。
③υ-t函数图
④注意点因压强的影响实质是浓度的影响,所以只有当这些“改变”能造成浓度改变时,平衡才有可能移动。
对反应前后气体体积不变的平衡体系,压强改变不会使平衡态发生移动。
恒温恒容下,向容器中充入惰性气体,平衡不发生移动。
因压强虽增加,但各反应物和生成物的浓度都不改变。
恒温恒压下,向容器中充入惰性气体,平衡会向气体体积增大的反应方向移动。
因容器体积要增加,各反应物和生成物的浓度都降低引起平衡移动。
3.2.3温度
①规律升高温度,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。
理解升高温度,正逆反应速率都要提高,但吸热反应的速率提高的幅度更大,使平衡向吸热反应方向移动了。
②υ-t函数图
③注意点对任何一个平衡体系,温度改变都会使平衡发生移动。
3.2.4催化剂
可以极大改变反应的速率,缩短(或延缓)到达平衡所需的时间,因催化剂能同等程度改变正逆反应速率,故对平衡状态不影响,既使用催化剂不能改变可逆反应所能达到的最大限度,不能提高反应转化率,不能改变原有平衡的各组份含量。
3.2.5勒沙特列原理
如果改变影响化学平衡的一个条件(浓度、压强、温度)平衡就会向着能够减弱这种改变的方向移动。
学习中要特别注意理解“减弱”的含义。
它是指平衡移动的结果只能减弱外界的变化,而不能完全抵消外界条件的变化,更不能“超越”这种变化。
如原平衡体系的压强为P,若它条件不变,将体系压强增大到2P,平衡将向气体分子数减小的方向移动,当新平衡建立时,体系压强将介于P-2P之间。
勒沙特列原理又称平衡原理,平衡移动原理能判断平衡移动的方向,但不能推断建立新平衡所需的时间,它不能用来解释催化剂改变速率的问题。
平衡移动原理适用于所有的动态平衡,但它不适用末达平衡的体系。
3.2.6平衡移动方向和移动后结果的关系
(1)如:
在一密闭容器进行可逆反应
mA(g)+nB(g)
Pc(g)+qD(g)
已知m+n>p+q正反应为放热反应。
设ω为组分含量、M为平均分子量、α为转化率。
平衡移动方向与平衡移动后结果ω、M、α有如下关系:
压强:
增加压强,平衡移向减少气体分子数的反应;α↑ω(A)↓ω(D)↑M↑
②温度:
升高温度,平衡移向吸热反应有α↓ω(A)↑ω(D)↓M↓
③增加某一反应物浓度,另一种反应物的转化率提高,而本身的转化率降低。
(2)平衡移动方向和转化率的关系
平衡移动是指因外界条件改变,原平衡破坏到新平衡建立的整个过程。
平衡移动的方向是决定于平衡破坏瞬间的正逆反应速率的相对大小,而不是决定于新旧两个平衡态的α(A)新或ω(A)新。
的相对大小。
平衡向右正移,新平衡时的转化率不一定比原平衡时的转化率增加;新平衡时的转化率比原平衡时的转化率小,平衡也不一定向左逆移。
平衡发生移动了,新平衡时转化率也不一定改变。
(3)增加反应物用量对平衡移动方向及转化率的影响规律。
首先要明确,增加反应物用量若能引起平衡移动的话,则一定是正向右移,而增加反应物的用量对转化率的影响则要分别情况讨论:
(I)若反应物只有一种,如aA(g)
bB(g)+Cc(g)
(ⅰ)若是在恒温恒压条件下增加A的量,平衡不会发生移动,反应物A转化率不变。
(ⅱ)若是在恒温恒容条件下,反应物A的转化率的变化与气体物质的化学计量数有关:
若a=b+c,α(A)不变;②若a>b+c,则α(A)增大;③若a
可见,判断增大或减小反应物浓度引起转化率的改变,可按加压或减压处理。
(II)若反应物不止一种,如mA(g)+bB(g)
PC(g)+qD(g)
若只增加A的量,平衡正向右移,α(B)增大,α(A)反而减小;
②若按原反应物投料比例同倍数增加A和B的量,分两种情况:
(ⅰ)若是在恒温恒压条件下,平衡不会发生移动,平衡态不变,反应物A和B的转化率均不变。
(ⅱ)若是在恒温恒容条件下,对转化率的影响则与气体物质的化学计量数有关:
当m+n=p+q时,α(A)和α(B)均不变化;
当m+n
当m+n>p+q时,α(A)和α(B)均增大。
可见,对转化率的影响等同于按恒容加压处理的结果
[讨论]有三个可逆反应分别在三个容积固定的容器中进行2HI(g)
H2(g)+I2(g);2NO2(g)
N2O4(g);PCl5(g)
PCl3(g)+Cl2(g)在保持温度一定条件下,达到平衡后再向容器中各加入一定量的反应物。
试讨论平衡移动的方向以及重建平衡后转化率与第一次平衡时相比变化的情况(增大、减小或不变)。
(4)平衡移动后对平均相对分子质量(Mr)的影响[Mr(平)=∑m(g)/∑n(g)]
例在一个密闭容器中发生如下可逆反应3A(g)
3B(?
)+C(?
)(正反应为吸热)
当体系达到平衡后,升高温度,试讨论:
①若B.C都是气体,则Mr减少。
因升温,平衡右移,总质量∑m(g)不变,n(总)增大,Mr减少。
②若B.C都不是气体,则Mr=M(A),不变。
因容器仅有一种气体A,虽n(A)在改变,但M(A)不会变。
③若B是气体,C不是气体,则Mr减少。
因n(总)不变,升温,平衡正向右移,总质量∑m(g)减少了。
3.3平衡移动习题类型和解法思路
平衡移动习题可归纳为三类:
甲、已知反应方程式三要素(物态、计量数、反应热)和反应的条件,确定平衡移动方向(或进而推断移动后结果及现象);
乙、已知反应方程式和平衡移动方向,选择反应条件;
丙、已知反应条件和平衡移动方向,判断反应式中三要素。
解题中要注意:
首先要清楚可逆反应方程式中的三要素,即各物质的状态、各物质的化学计量数关系及反应热,其次要明确平衡移动方向和移动后结果的关系。
[练3-01]在恒温条件下,将NO2装入有活塞的圆筒中发生反应2NO2(g)
N2O4(g)达到平衡,慢慢压缩气体体积,下列叙述正确的是.(CD)
A.体积减半,则压强为原来的二倍.B.平衡右移,气体颜色变浅.
C.体积减半,压强增大,但小于原来的二倍.D.平衡右移,混合气体密度增大
[练3-02]在密闭容器中,可逆反应Aa(g)
Bb(g)达到平衡后,保持温度不变,将容器体积增大一倍,当达到新的平衡建立时,B的浓度是原来的60%,则新平衡较原平衡而言:
①化学平衡向右移动;②物质A的转化率增大;
③物质B的质量分数增大,物质B的浓度减小(填增,减小,不变)
④化学计量数a和b的大小关系为a
[练3-03]一定量混合气体,在密闭容器中发生如下反应:
mA(g)+nB(g)
pC(g)达到平衡后将气体体积压缩到原来的二分之一,当达到新平衡时,C的浓度为原来的1.9倍.若压缩过程保持温度不变,则下述叙述正确的(BC)
A.m+n>pB.平衡向逆反应方向移动
C.A的转化率降低D.C的体积百分含量增大
[练3-04]某密闭恒定体积的容器中,在500℃时,可逆反应2HI(g)
H2(g)+I2(g)-Q达平衡。
现将温度升到600℃重新建立平衡时,混合气体总物质的量不变_(变,不变),容器内气体颜色将_变深__(变深,变浅),容器内压强_变大_因温度升高引起(变大,变小),氢气的体积百分含量_增大___(增大,减少)
[练3-05]下列反应达到平衡后,增大压强或升高温度,平衡都向正反应方向移动的是(B)
A.2NO2
N2O4(正反应放热反应)
B.3O2
2O3(正反应为吸热反应)
C.H2(g)+I2(g)
2HI(g)(正反应为放热反应)
D.NH4HCO3(s)
NH3+H2O+CO2(正反应为吸热反应)
[练3-06]某温度下,反应ClF(g)+F2
ClF3(g)正反应为放热反应)在密闭容器中达到平衡。
正确说法中正确的是(A)
A.温度不变,缩小体积,ClF的转化率增大
B.温度不变,增大体积,ClF3的产率提高
C.升高温度,增大体积,有利于平衡向正反应方向移动
D.降低温度,体积不变,F2的转化率降低
[练
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