第二章化学反应速率和化学平衡.docx
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第二章化学反应速率和化学平衡
第二章化学反应速率和化学平衡
●第一节化学反应速率
1.化学反应速率(v)
⑴定义:
用来衡量化学反应的快慢,单位时间内反应物或生成物的物质的量的变化
⑵表示方法:
单位时间内反应浓度的减少或生成物浓度的增加来表示
⑶计算公式:
v=Δc/Δt
(υ:
平均速率,Δc:
浓度变化,Δt:
时间)单位:
mol/(L·s)
⑷影响因素:
1决定因素(内因):
反应物的性质(决定因素)
2条件因素(外因):
反应所处的条件
●第二节影响化学反应速率的因素
1、浓度对化学平衡移动的影响
2、
(1)影响规律:
在其他条件不变的情况下,增大反应物的浓度或减少生成物的浓度,都可以使平衡向正方向移动;增大生成物的浓度或减小反应物的浓度,都可以使平衡向逆方向移动
(2)增加固体或纯液体的量,由于浓度不变,所以平衡不移动
(3)在溶液中进行的反应,如果稀释溶液,反应物浓度减小,生成物浓度也减小,V正减小,V逆也减小,但是减小的程度不同,总的结果是化学平衡向反应方程式中化学计量数之和大的方向移动。
2、压强对化学平衡移动的影响
影响规律:
其他条件不变时,增大压强,会使平衡向着体积缩小方向移动;减小压强,会使平衡向着体积增大方向移动。
注意:
(1)改变压强不能使无气态物质存在的化学平衡发生移动
(2)气体减压或增压与溶液稀释或浓缩的化学平衡移动规律相似
3、温度对化学平衡移动的影响
影响规律:
在其他条件不变的情况下,温度升高会使化学平衡向着吸热反应方向移动,温度降低会使化学平衡向着放热反应方向移动。
升高温度,反应速率增大,降低温度,反应速率减小。
4.催化剂对化学平衡的影响
由于使用催化剂对正反应速率和逆反应速率影响的程度是等同的,所以平衡不移动。
但是使用催化剂可以影响可逆反应达到平衡所需的时间。
催化剂能加快反应速率,是因为它能够改变反应的路径,使发生反应所需要的活化能降低。
●第三节化学平衡
一、化学平衡
1.定义:
化学平衡状态:
一定条件下,当一个可逆反应进行到正逆反应速率相等时,更组成成分浓度不再改变,达到表面上静止的一种“平衡”,这就是这个反应所能达到的限度即化学平衡状态。
2、化学平衡的特征
逆(研究前提是可逆反应)
等(同一物质的正逆反应速率相等)
动(动态平衡)
定(各物质的浓度与质量分数恒定)
变(条件改变,平衡发生变化)
二、化学平衡状态
1、构成化学平衡体系的基本要求是:
反应物和所有产物均处于同一反应体系中,反应条件(如:
温度、压强等)保持不变。
2、达到化学平衡状态时,体系中所有反应物和生成物的质量(或浓度)保持不变。
但是这个体系中的反应并没有停止,只是正、逆反应的速率相等。
判断可逆反应达到平衡状态的方法和依据
例举反应
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的分数一定
平衡
②各物质的质量或各物质质量分数一定
平衡
③各气体的体积或体积分数一定
平衡
④总体积、总压力、总物质的量一定
不一定平衡
正、逆反应
速率的关系
①在单位时间内消耗了mmolA同时生成mmolA,即V(正)=V(逆)
平衡
②在单位时间内消耗了nmolB同时消耗了pmolC,则V(正)=V(逆)
平衡
③V(A):
V(B):
V(C):
V(D)=m:
n:
p:
q,V(正)不一定等于V(逆)
不一定平衡
④在单位时间内生成nmolB,同时消耗了qmolD,因均指V(逆)
不一定平衡
压强
①m+n≠p+q时,总压力一定(其他条件一定)
平衡
②m+n=p+q时,总压力一定(其他条件一定)
不一定平衡
混合气体平均相对分子质量Mr
①Mr一定时,只有当m+n≠p+q时
平衡
②Mr一定时,但m+n=p+q时
不一定平衡
温度
任何反应都伴随着能量变化,当体系温度一定时(其他不变)
平衡
体系的密度
密度一定
不一定平衡
其他
如体系颜色不再变化等
平衡
3.勒夏特列原理(平衡移动原理):
如果改变影响平衡的条件之一(如温度,压强,浓度),平衡向着能够减弱这种改变的方向移动。
※注意:
(1)、参加反应的物质为固体和液体,由于压强的变化对浓度几乎无影响,可以认为反应速率不变。
(2)、惰性气体对于速率的影响
①恒温恒容时:
充入惰性气体→总压增大,但是各分压不变,各物质浓度不变→反应速率不变
②恒温恒体时:
充入惰性气体→体积增大→各反应物浓度减小→反应速率减慢
二、外界条件对化学平衡移动的影响
1.外界条件的变化对速率的影响和平衡移动方向的判断
在一定条件下,浓度、压强、温度、催化剂等外界因素会影响可逆反应的速率,但平衡不一定发生移动,只有当v正≠v逆时,平衡才会发生移动。
对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),分析如下:
2.浓度、压强和温度对平衡移动影响的几种特殊情况
(1)改变固体或纯液体的量,对平衡无影响。
(2)当反应混合物中不存在气态物质时,压强的改变对平衡无影响。
(3)对于反应前后气体体积无变化的反应,如H2(g)+I2(g)2HI(g),压强的改变对平衡无影响。
但增大(或减小)压强会使各物质的浓度增大(或减小),混合气体的颜色变深(或浅)。
(4)恒容时,同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时,应视为压强的影响,增大(减小)浓度相当于增大(减小)压强。
(5)在恒容容器中,当改变其中一种气态物质的浓度时,必然会引起压强的改变,在判断平衡移动的方向和物质的转化率、体积分数变化时,应灵活分析浓度和压强对化学平衡的影响。
若用α表示物质的转化率,φ表示气体的体积分数,则:
①对于A(g)+B(g)C(g)类反应,达到平衡后,保持温度、容积不变,加入一定量的A,则平衡向正反应方向移动,α(B)增大而α(A)减小,φ(B)减小而φ(A)增大。
3
对于aA(g)bB(g)或aA(g)bB(g)+cC(g)类反应,达到平衡后,保持温度、容积不变,加入一定量的A,平衡移动的方向、A的转化率变化,可分以下三种情况进行分析:
三、化学平衡图像题的解题方法
化学平衡图象类试题是高考的热点题型,该类试题经常涉及到的图像类型有物质的量(浓度)、速率—时间图像,含量—时间—温度(压强)图象,恒温、恒压曲线等,图象中蕴含着丰富的信息量,具有简明、直观、形象的特点,命题形式灵活,难度不大,解题的关键是根据反应特点,明确反应条件,认真分析图象充分挖掘蕴含的信息,紧扣化学原理,找准切入点解决问题。
该类题型在选择题和简答题中都有涉及,能够很好地考查学生分析问题和解决问题的能力,在复习备考中应引起足够的重视。
1.常见的化学平衡图像
以可逆反应aA(g)+bB(g)cC(g)ΔH=QkJ·mol1
(1)含量—时间—温度(或压强)图:
(曲线a用催化剂,b不用催化剂或化学计量数a+b=c时曲线a的压强大于b的压强)
(曲线a用催化剂,b不用催化剂或化学计量数a+b=c时曲线a的压强大于b的压强)
(3)速率时间图象:
根据vt图象,可以很快地判断出反应进行的方向,根据v正、v逆的变化情况,可以推断出外界条件的改变情况。
以合成氨反应为例:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<0
(4)其他
如下图所示曲线,是其他条件不变时,某反应物的最大转化率(α)与温度(T)的关系曲线,图中标出的1、2、3、4四个点,v(正)>v(逆)的点是3,v(正)
2.化学平衡图象解答原则
(1)解题思路
(2)解题步骤
以可逆反应aA(g)+bB(g)cC(g)为例:
(1)“定一议二”原则
在化学平衡图象中,包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的意义三个量,确定横坐标所表示的量后,讨论纵坐标与曲线的关系或确定纵坐标所表示的量,讨论横坐标与曲线的关系。
如图:
这类图像的分析方法是“定一议二”,当有多条曲线及两个以上条件时,要固定其中一个条件,分析其他条件之间的关系,必要时,作一辅助线分析。
(2)“先拐先平,数值大”原则
在化学平衡图像中,先出现拐点的反应先达到平衡,先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图A)或表示的压强较大(如图B)。
图A表示T2>T1,正反应是放热反应。
图B表示p1c。
等效平衡
1、概念:
在一定条件下(定温、定容或定温、定压),只是起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后,任何相同组分的百分含量均相同,这样的化学平衡互称为等效平衡。
2、分类
(1)定温,定容条件下的等效平衡
第一类:
对于反应前后气体分子数改变的可逆反应:
必须要保证化学计量数之比与原来相同;同时必须保证平衡式左右两边同一边的物质的量与原来相同。
第二类:
对于反应前后气体分子数不变的可逆反应:
只要反应物的物质的量的比例与原来相同即可视为二者等效。
(2)定温,定压的等效平衡
只要保证可逆反应化学计量数之比相同即可视为等效平衡。
注意:
(1)化学平衡状态与建立平衡的条件有关,与建立平衡的途径无关。
(2)对于同一可逆反应,在一定条件(恒温恒容或恒温恒压)下,无论是从正反应(反应物)、逆反应(生成物)或从中间状态(既有反应物、也有生成物)开始,只要建立平衡后,平衡混合物中各组分的比例相同,或各组分在混合物中的百分含量相等,这样的化学平衡互称为等效平衡。
(3)注意只是组分的百分含量相同,包括体积百分含量、物质的量百分含量或质量百分含量,而各组分的浓度不一定相等。
2.审题方法
(1)注意反应特点:
反应前后气体的物质的量是否发生变化。
(2)分清平衡建立的条件:
是恒温恒压还是恒温恒容。
3.理解等效平衡的意义
(1)对于反应前后气体物质的量有变化的反应,如2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)等温等压、等温等容下建立平衡如下图:
容易得出A与C等效,A与D不等效。
因为C→D是对反应前后气体体积有变化的反应加压,平衡发生了移动。
结论:
对于反应前后气体物质的量有变化的反应,恒温恒压时只要起始加入的物质按方程式化学计量数转化到方程式一侧,比例相同就可建立等效平衡;而恒温恒容时,则需起始加入的物质按方程式化学计量数转化到方程式一侧,完全相同才能建立等效平衡,因为反应物物质的量的变化会引起平衡的移动。
(2)对于反应前后气体物质的量没有变化的反应,如:
H2(g)+I2(g)2HI(g)等温等压、等温等容下建立平衡如下图:
容易得出A与C等效,A与D等效。
因为C→D平衡不发生移动。
对反应前后气体体积不变的反应加压,平衡不移动。
结论:
对于反应前后气体物质的量不变的反应,无论是恒温恒压还是恒温恒容,只要加入的物质按方程式化学计量数转化到方程式一侧,比例相同就可建立等效平衡。
五、解答化学平衡移动题目的思维模型
六、构建“虚拟的第三平衡”法解决平衡间的联系
在解题时若遇到比较条件改变后的新、旧平衡间某量的关系有困难时,可以考虑构建一个与旧平衡等效的“虚拟的第三平衡”,然后通过压缩或扩大体积等手段,再与新平衡沟通,以形成有利于问题解决的新模式,促使条件向结论转化,例如:
(1)构建等温等容平衡思维模式:
新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成,相当于增大压强。
(2)构建等温等压平衡思维模式(以气体物质的量增加的反应为例,见图示):
新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加,压强不变,平衡不移动。
三、化学平衡常数
(一)定义:
在一定温度下,当一个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比值。
符号:
K
(二)使用化学平衡常数K应注意的问题:
1、表达式中各物质的浓度是变化的浓度,不是起始浓度也不是物质的量。
2、K只与温度(T)有关,与反应物或生成物的浓度无关。
3、反应物或生产物中有固体或纯液体存在时,由于其浓度是固定不变的,可以看做是“1”而不代入公式。
4、稀溶液中进行的反应,如有水参加,水的浓度不必写在平衡关系式中。
(三)化学平衡常数K的应用:
1、化学平衡常数值的大小是可逆反应进行程度的标志。
K值越大,说明平衡时生成物的浓度越大,它的正向反应进行的程度越大,即该反应进行得越完全,反应物转化率越高。
反之,则相反。
一般地,K>105时,该反应就进行得基本完全了。
2、可以利用K值做标准,判断正在进行的可逆反应是否平衡及不平衡时向何方进行建立平衡。
(Q:
浓度积)
Q〈K:
反应向正反应方向进行;
Q=K:
反应处于平衡状态;
Q〉K:
反应向逆反应方向进行
3、利用K值可判断反应的热效应
若温度升高,K值增大,则正反应为吸热反应
若温度升高,K值减小,则正反应为放热反应
●第四节化学反应进行的方向
1、反应熵变与反应方向:
(1)熵:
物质的一个状态函数,用来描述体系的混乱度,符号为S.单位:
J•••mol-1•K-1
(2)体系趋向于有序转变为无序,导致体系的熵增加,这叫做熵增加原理,也是反应方向判断的依据。
.
(3)同一物质,在气态时熵值最大,液态时次之,固态时最小。
即S(g)〉S(l)〉S(s)
2、反应方向判断依据
在温度、压强一定的条件下,化学反应的判读依据为:
ΔH-TΔS〈0反应能自发进行
ΔH-TΔS=0反应达到平衡状态
ΔH-TΔS〉0反应不能自发进行
注意:
(1)ΔH为负,ΔS为正时,任何温度反应都能自发进行
(2)ΔH为正,ΔS为负时,任何温度反应都不能自发进行
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- 第二 化学反应 速率 化学平衡