高考化学复习之三化学反应速率与化学平衡.docx

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高考化学复习之三化学反应速率与化学平衡

化学反应速率与化学平衡

［考纲要求］

1．了解化学反应速率的概念，反应速率的表示方法，理解外界条件（浓度、温度、压强、催化剂等）对反应速率的影响。

2．了解化学反应的可逆性。

理解化学平衡的含义及其与反应速率之间的联系。

3．理解勒夏特列原理的含义。

理解浓度、温度、压强等条件对化学平衡移动的影响。

4．以合成氨工业生产为例，用化学反应速率和化学平衡的观点理解工业生产的条件。

［重点考查］

化学平衡状态的判断化学平衡移动的判断及引起的各种量的变化等效平衡

化学反应速率的计算化学平衡的计算图像题

［知识再现］

一、化学反应速率——化学反应进行快慢的定量描述

1.表示:

一般用单位时间内某一种反应物或生成物的物质的量浓度的变化值来表示．

表达式：

v＝

单位：

mol/（L·s）、　mol/（L·min）等。

2.注意

（1）以上所指的反应速率是平均反应速率而不是瞬时反应速率．中学阶段计算的是平均反应速率，图示的应是瞬时速率．

（2）同一反应在不同时刻，瞬时反应速率可能不同．

（3）同一反应在不同时间内，平均反应速率可能不同．

（4）同一反应在同一时间内，用不同物质来表示的反应速率可能不同。

①所以表示化学反应速率时要指明具体物质。

②对于有固体和纯液体参加的反应，由于在一定条件下，固体和纯液体的密度是固定的，所以固体和纯液体在化学反应中浓度不改变（可视为常数），因此在表示化学反应速率时，不能用固体和纯液体物质。

3.规律

对于同一反应：

mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）

同一时间：

vA:

vB:

vC:

vD＝ΔCA:

ΔCB:

ΔCC:

ΔCD＝ΔnA:

ΔnB:

ΔnC:

ΔnD＝m:

n:

p:

q

即反应速率的数值之比等于这些物质在化学方程式中的化学计量数之比。

［练习1］（2006四川，13）一定温度下，在2L的密闭容器中，XY、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如下图所示：

下列描述正确的是（C）

A．反应开始到10s，用Z表示的反应速率为0.158mol/（L·s）

B．反应开始到10s，X的物质的量浓度减少了0.79mol/L

C．反应开始到10s时，Y的转化率为79.0%

D．反应的化学方程式为：

X（g）+Y（g）

Z（g）

二、影响化学反应速率的因素

1.内因：

物质本身结构及性质是反应速率的主要决定因素．

2.外因：

外界条件在一定范围内影响反应速率．如浓度、温度、压强、催化剂及其它．

影响

外界条件

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

温度升高

不变

增加

增加

增加

加快

反应物浓度增大

增加

增加

不变

增加

加快

压强增大

增加

增加

不变

增加

加快

使用催化剂

不变

增加

增加

增加

加快

（1）温度：

升高温度不论对放热反应还是吸热反应，反应速率总是增大的．

一般每升高10℃,反应速率增大到原来的2－4倍．

对于可逆反应，

升温时，v（正）、v（逆）均增大，吸热反应增加的倍数大于放热反应增加的倍数；

降温时，v（正）、v（逆）均减小，吸热反应减小的倍数大于放热反应减小的倍数。

（2）浓度：

（其它条件不变）

1若增加一种物质的浓度（不论是反应物还是生成物），反应速率总是加快．

增加反应物浓度，v（正）急剧增大，v（逆）逐渐增大；

减小反应物浓度，v（正）急剧减小，v（逆）逐渐减小。

②固体或纯液体浓度视为常数，它们不能用来表示反应速率．但固体颗粒的大小导致接触面的大小，故影响反应速率．

（3）压强：

有气体物质参与，其它条件不变．

1增大压强，容器体积减小，v（正）、v（逆）均增大。

气体体积减小的反应增加的倍数大于气体体积增大的反应增加的倍数。

2恒容条件，增加与反应无关的气体（惰性气体），容器总压增加，但与反应有关的气体物质各自的分压不变，各自浓度不变，故反应速率不变．

3恒压条件，增加与反应无关的气体，容器体积增加，对于反应有关的气体物质相当于减压，故反应速率减小．

总之，有气体参加的反应，压强的影响，实质上是指容器容积的改变，导致各气体的浓度同等程度的改变，从而影响反应速率．

4．催化剂：

反应速率加快。

注意：

（1）对于可逆反应，催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率。

（2）使用催化剂只能改变反应途径，不能改变反应的始态和终态，故催化剂只能加快反应达到平衡时的时间，而不能改变平衡状态，反应的热效应也和催化剂的存在与否无关。

（3）催化剂可以加快化学反应速率，也可以减慢化学反应速率，前者称之为正催化剂，后者称之为负催化剂。

通常情况下，正催化剂用得较多，因此，若无特殊说明，都是指正催化剂而言。

5．其它：

如光、射线、超声波、反应溶剂、反应物的颗粒大小、形成原电池等因素等均可能引起化学反应速率的变化．

组别

c（HCl）（mol/L）

温度（℃）

状态

1

2.0

25

块状

2

2.5

30

块状

3

2.5

50

块状

4

2.5

30

粉末状

［练习2］（2008上海，21）等质量的铁与过量的盐酸在不同的试验条件下进行反应，测定在不同时间t产生氢气体积v的数据，根据数据绘制得到图1，则曲线a、b、c、d所对应的试验组别可能是（AC）

A．4-3-2-1B．1-2-3-4

C．3-4-2-1D．1-2-4-3

［练习3］（2004广东，18）右图曲线a表示放热反应X（g）+Y（g）

Z（g）+M（g）+N（s）进行过程中X的转化率随时间变化的关系。

若要改变起始条件，使反应过程按b曲线进行，可采取的措施是（C）

A．升高温度B．加大X的投入量

C．加催化剂D．增大体积

三、化学平衡——化学反应进行程度的定量描述

一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变，这一状态称作化学平衡状态.

（1）前提可逆反应、外界条件一定

（2）特征

①逆:

化学平衡研究的对象是可逆反应。

②等：

υ（正）＝υ（逆）同物质的生成速率等于消耗速率。

即单位时间，单位体积，同一物质的生成量与消耗转化量相等。

③动：

虽υ（正）＝υ（逆）但速率不为零，反应仍在不停地进行，即是动态平衡。

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。

［考点解析］

一、化学平衡的标志

1．等速标志：

v正＝v逆

指反应体系中的同一种物质来表示的正反应速率和逆反应速率相等.对不同种物质而言，速率不一定相等.

以N2＋3H2

2NH3为例，如何理解“v正＝v逆”？

单位时间、单位体积内

①若有1molN2消耗，则有1molN2生成（同种物质，物质的量相等、词性相反）

②若有1molN2消耗，则有3molH2生成（同侧不同种物质，物质的量之比＝系数对应比，词性相反.）

③若有1molN2消耗，则有2molNH3消耗（异侧物质，物质的量之比＝对应系数比、词性相同）

④若有1molN≡N键断裂,则有6molN-H键断裂（其它与上述相似）

［总结］注意：

对象词性

同种（侧）物质相反

异侧物质相同

［练习4］每位同学分别对“N2＋3H2

2NH3”反应用物质的量变化、化学键变化描述达到平衡的一种标志。

2．百分含量不变标志

正因为v正＝v逆≠0，所以同一瞬间同一物质的生成量等于消耗量.总的结果是混合体系中各组成成分的物质的量、质量、物质的量浓度、各成分的百分含量、转化率等不随时间变化而改变.

3．对于有气体参与的可逆反应

1）从反应混合气的平均相对分子质量（

）考虑

＝

实例：

①H2（g）＋I2（g）

2HI（g）△n（g）＝0

②SO2（g）＋O2（g）

2SO3（g）△n（g）≠0

③C（s）＋O2（g）

CO2（g）△n（g）＝0

④CO2（g）＋C（s）

2CO（g）△n（g）≠0

在实例反应①中，

总为恒值.

在反应②、③、④中，只要反应未达平衡，则

不为定值．反之当

为一定值，不随时间变化而变化时，则标志着达到平衡状态.

当△n（g）≠0,

一定时，则标志达平衡.

当△n（g）＝0，

为恒值，不确定是否达平衡.

若有非气体参与：

不论△n（g）是否等于0，则当

一定时，可标志达平衡

2）从气体密度考虑：

＝

恒容：

总为恒值，不能作平衡标志

恒压：

当各成分均为气体时△n（g）＝0.

总为恒值，不能作平衡标志

△n（g）≠0.

为一定值时，则可标志平衡

当有非气体物质参与时晨时

恒容：

为一定值时，可作标志

恒压：

△n（g）＝0.

为一定值时，可作标志

3）从体系内部压强考虑：

∵恒容、恒温．n（g）越大,P越大

∴不论各成分是否均为气体、只需考虑△n（g）．

当

△n（g）＝0．则P为恒值，不能作标志

△n（g）≠0．则当P一定时，可作标志

4）从体系内部温度考虑

当化学平衡尚未建立或平衡发生移动时，反应总要放出或吸收热量．若为绝热体系，当体系内温度一定时，则标志达到平衡．

4.体系的颜色不变标志

对于有颜色的物质参加或生成的可逆反应，体系的颜色不再随时间的变化而变化，标志平衡。

［练习5］（2005广东，17）

对可逆反应4NH3（g）+5O2（g）

4NO（g）+6H2O（g），下列叙述正确的是（A）

A、达到化学平稳时，4υ正（O2）=5υ逆（NO）

B、若单位时间内生成xmolNO的同时，消耗xmolNH3，则反应达到平稳状态

C、达到化学平稳时，若增加容器体积，则正反应速率减少，逆反应速率增大

D、化学反应速率关系是：

2υ正（NH3）=3υ正（H2O）

项目

mA（g）+nB（g）

pC（g）+qD（g）

混合物体系中各成分的含量

①各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定

平衡

②各物质的质量或各物质的质量分数一定

平衡

③各气体的体积或体积分数一定

平衡

④总压强、总物质的量一定

m＋n＝p＋q

不一定平衡

m＋n≠p＋q

平衡

正、逆反应速率的关系

①在单位时间内消耗了mmolA的同时生成mmolA，即v正＝v逆

平衡

②在单位时间内消耗了nmolB的同时消耗pmolC，即v正＝v逆

平衡

③va∶vb∶vc∶vd＝m∶n∶p∶q

不一定平衡

（v正不一定等于v逆）

④在单位时间内生成了nmolB的同时消耗qmolD

不一定平衡

（因均指v逆）

压强

①m＋n≠p＋q时，总压强一定（其他条件一定）

平衡

②m＋n＝p＋q时，总压强一定（其他条件一定）

不一定平衡

混合气体的平均相对分子质量（M）

①一定，只有当m＋n≠p＋q时

平衡

②一定，但m＋n＝p＋q时

不一定平衡

温度

任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时，其他不变

平衡

体系密度（ρ）

密度一定

不一定平衡

其他

如体系颜色不再变化

平衡

二、等效平衡

甲乙两个容器中分别进行同一个可逆反应，并都达到了化学平衡状态。

若甲乙两个容器中各组份含量分数对应相等，则称甲乙两者为等效平衡。

1、等效平衡判断——归边极端处理法（一边倒法）

［例1］（2008全国II，13）在相同温度和压强下，对反应CO2（g）+H2（g）

CO（g）+H2O（g）进行甲、乙、丙、丁四组实验，实验起始时放入容器内各组分的物质的量见下表

物质的量物质

实验

CO2

H2

CO

H2O

甲

amol

amol

0mol

0mol

乙

2amol

amol

0mol

0mol

丙

0mol

0mol

amol

amol

丁

amol

0mol

amol

amol

上述四种情况达到平衡后，n（CO）的大小顺序是（A）

A．乙＝丁＞丙＝甲B．乙＞丁＞甲＞丙

C．丁＞乙＞丙＝甲D．丁＞丙＞乙＞甲

（1）对于恒温、恒容、体积可变的可逆反应

如果按方程式的化学计量数关系完全转化为方程式同一半边的物质（作极端处理），若处理后的各物质的量与对应组分的起始加入量相同，则建立的化学平衡状态是等效的。

［例2］如：

恒温、恒容条件下氢气和氮气合成氨的反应，有A、B、C、D四种投料方案（单位：

mol）

N2+3H2

2NH3N2+3H2

2NH3

A130130

B002130

C0.51.51130

D132260

A、B、C的投料方案最终能建立等效平衡，D的投料量则不能建立与A、B、C等效平衡。

（2）对于恒温、恒压、体积可变的可逆反应

只要“一边倒”后的各物质的量之比与对应组分的起始加入量之比相同，则建立的平衡是等效的。

此例中，D的投料量经处理后nd（N2）:

nA（N2）＝nd（H2）:

nA（H2）＝2处理后各反应物的投料量都是A方案的2倍。

因是恒压，此时容器的体积要扩大2倍，各反应物的浓度与A方案一致，故D、A为等效平衡，B、C的“比值”为1，所以A、B、C、D在该条件下建立的平衡都是等效的。

（3）对于反应前后气体体积不变的反应，不论是恒温恒容，还是恒温恒压，只要符合上述

（2）的要术，就能建立相同的平衡。

[练习6]设计以下反应在“恒温、恒容”、“恒温、恒压”的不同条件下达到等效平衡时可能的投料方式。

（1）2SO2+O2

2SO3

（2）H2+I2（g）

2HI

起始2mol1mol0起始1mol1mol0

[练习7]（2005江苏，18）一定温度下，在恒容密闭容器中发生如下反应：

2A（g）＋B（g）

3C（g），若反应开始时充入2molA和2molB，达平衡后A的体积分数为a%。

其他条件不变时，若按下列四种配比作为起始物质，平衡后A的体积分数大于a%的是（AB）

A2molCB2molA1molB和1molHe（不参加反应）

C1molB和1molCD2molA3molB和3molC

[练习8]（2007四川,13）向某密闭容器中充入1molCO和2molH2O（g），发生反应：

CO+H2O（g）CO2+H2。

当反应达到平衡时，CO的体积分数为x。

若维持容器的体积和温度不变，起始物质按下列四种配比充入该容器中，达到平衡时CO的体积分数大于x的是（B）

A．0.5molCO+2molH2O（g）+1molCO2+1molH2

B．1molCO+1molH2O（g）+1molCO2+1molH2.

C．0.5molCO+1.5molH2O（g）+0.4molCO2+0.4molH2

D．0.5molCO+1.5molH2O（g）+0.5molCO2+0.5molH2

三、平衡移动方向的判断

1、影响化学平衡的因素mA（g）＋nB（g）

pC（g）＋qD（g）

反应特征

改变条件

改变条件瞬间

达到新平衡前

平衡移动方向

V（正）

V（逆）

V（正）与V（逆）关系

△H<0

升高温度

增大

增大

<

逆向

降低温度

减小

减小

>

正向

m+n

增大压强

增大

增大

<

逆向

减小压强

减小

减小

>

正向

m+n=p+q

增大压强

增大

增大

＝

不移动

减小压强

减小

减小

＝

不移动

c

增大c（A）

增大

不变

>

正向

增大c（D）

不变

增大

<

逆向

减小c（A）

减小

不变

<

逆向

减小c（D）

不变

减小

>

正向

使用催化剂（正催化剂）

增大

增大

＝

不移动

勒夏特列原理：

改变影响平衡的一个条件，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。

［练习9］（2005全国II，11）已知反应A2（g）＋2B2（g）

2AB2（g）的△H＜0，下列说法正确的是（B）

A升高温度，正向反应速率增加，逆向反应速率减小

B升高温度有利于反应速率增加，从而缩短达到平衡的时间

C达到平衡后，升高温度或增大压强都有利于该反应平衡正向移动

D达到平衡后，降低温度或减小压强都有利于该反应平衡正向移动

［练习10］（2008天津，8）对于平衡，为增大二氧化碳气体在水中的溶解度，应采用的方法是（D）

A.升温增压B.降温减压

C.升温减压D.降温增压

［练习11］（2004广东，5）在恒温时，一固定容积的容器内发生如下反应：

2NO2（g）

N2O4（g）达到平衡时，再向容器内通入一定量的NO2（g），重新达到平衡后，与第一次平衡时相比，NO2的体积分数（C）

A、不变B、增大C、减小D、无法判断

［解析］这是一种“活塞问题”，题目设置一般为“恒温、恒容，向平衡体系中加入反应中的某种物质”，解决时可按原平衡不变，先将所加物质在相同条件下自己达到平衡，再将新平衡与旧平衡推至原容器中，此时相当于体系压强增大，平衡向反应中气体体积减小的方向移动。

[思考]若在气体混和物中充入惰性气体（不与平衡混和物各组分反应的气体），对化学平衡的移动有无影响？

①恒温恒压：

充入惰性气体，密闭容器的体积体积增大（如同吹气球），各组分浓度同等程度降低，其效果相当于减小平衡混和物的压强，因此，平衡向反应气体体积增大方向移动。

如对合成氨反应来说，则向逆反应方向移动。

图象如下：

②恒温恒容:

充入惰性气体，似乎总压强增大了，但实际上容器体积不变，对平衡混和物各组成浓度不变，即原各气体分压不变，增大的惰性气体的分压只是增加在了容器壁上，而与平衡体系无关，所以平衡不发生移动.图象如下：

③如可逆反应前后气体体积不变，则化学平衡不受压强影响，则向平衡体系中充入惰性气体时，不论什么情况都不会使平衡发生移动。

[练习12]（2008重庆，26）一定温度下，在恒容密闭容器中N2O5可发生下列反应：

2N2O5（g）→4NO2（g）+O2（g）;ΔH＞0

①反应达平衡后，若再通入一定量氮气，则N2O5的转化率将.（填“增大”、“减小”、“不变”）

②下表为反应在T1温度下的部分实验数据：

t/s

0

500

1000

C（N2O5）/mol·L-1

5.00

3.52

2.48

则500s内N2O5的分解速率为.

③在T3温度下，反应1000s时测得NO2的浓度为4.98mol·L-1，则T2T1.

2、判断平衡移动的依据：

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的可逆反应，∑（V）

即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＝-----

∑n

设旧平衡时的平均相对分子质量为M1，新平衡时平均相对分子质量为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M1M2,则平衡左移。

若m+nM2,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、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,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）。

四、化学平衡的应用

（一）、合成氨条件的选择

1、适宜条件的选择

目的：

尽可能加快反应速率和提高反应进行的程度

依据：

外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的规律

①既要注意外界条件对二者影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性

原则②既要注意温度、催化剂对速率影响的一致性，又要注意催化剂的活性对温度的限制

③既要注意理论生产，又要注意实际应用的可能性

2、理论分析

合成氨反