化学反应速率和平化学衡
【命题规律】
化学反应速率和化学平衡是高考的必考内容,其主要命题内容有:①化学反应速率影响因素及计算;②化学平衡状态的判断及影响因素;③应用平衡原理判断反应进行的方向;④化学反应速率和化学平衡的图象分析;⑤转化率、平衡常数的含义及简单计算。
将化学反应速率和化学平衡移动的原理与化工生产、生活实际相结合的题目是最近几年的高考命题的热点。特别是化学平衡常数的影响因素及其计算是新教材增加的内容,应引起同学们的关注 。
【知识网络】
【重点知识梳理】
一 物质状态和浓度对反应速率的影响
1.对于有固体参加的化学反应而言,由于在一定条件下,固体的浓度是固定的,所以固体物质在化学反应中浓度不改变,因此在表示化学反应速率时,不能用固体物质。但因为固体物质的反应是在其表面进行的,故与其表面积有关,当固体颗粒变小时,会增大表面积,加快反应速率。
2.对于有气体参加的反应而言,改变压强,对化学反应速率产生影响的根本原因是引起浓度改变所致。所以,在讨论压强对反应速率的影响时,应区分引起压强改变的原因,这种改变对反应体系的浓度产生何种影响,由此判断出对反应速率产生何种影响。
对于气体反应体系,有以下几种情况:
(1)恒温时:
增加压强体积缩小浓度增大反应速率加快。
(2)恒容时:①充入气体反应物浓度增大总压增大速率加快
②充入“惰气”总压增大,但各分压不变,即各物质的浓度不变,反应速率不变。
(3)恒压时:
充入:“惰气”体积增大各反应物浓度减少反应速率减慢。
二 外界条件对化学反应速率的影响
三 化学反应速率的图象
图象也是一种表达事物的语言符号,化学反应速率图象是将化学反应速率变化的状况在直角坐标系中以图的形式表达的结果,是化学反应速率变化规律的反映。认识和应用化学反应速率图象时,要立足于化学方程式,应用化学反应速率变化的规律,分析直角坐标系及其图象的涵义。
1.化学反应CaCO3+2HCl===CaCl2+CO2↑+H2O
(1)其他条件一定,反应速率随着c(HCl)的增大而增大,如图①。
(2)其他条件一定,反应速率随着温度的升高而增大,如图②。
(3)随着反应时间的延长,c(HCl)逐渐减小,化学反应速率逐渐减小,如图③。
2.化学反应2H2S(g)+SO2(g)===3S↓(s)+2H2O(g)
(1)其他条件一定,增大气态反应物的压强(缩小气体容器的容积),反应速率随着压强的增大而增大。如图①。
(2)其他条件一定,减小气态反应物的压强(扩大气体容器的容积),反应速率随着压强的减小而减小,如图②。
(3)温度、气体容器的容积都一定,随着时间的增加,SO2、H2S物质的量逐渐减少,气体的压强逐渐减小,反应速率逐渐减小,如图③。
(4)分别在较低温度T1和较高温度T2下反应,气态反应物的压强都是逐渐增大(缩小容器容积),反应速率随着压强的增大而增大及随着温度的升高而增大,如图④。
四 化学平衡状态的特征和判断方法
1.化学平衡状态的特征
化学平衡状态的特征可以概括为:逆、等、动、定、变。
(1)“逆”——研究对象是可逆反应。
(2)“等”——化学平衡状态建立的条件是正反应速率和逆反应速率相等,即v正=v逆,这是可逆反应达到平衡状态的重要标志。
(3)“动”——指化学反应已达到化学平衡状态时,反应并没有停止,实际上正反应与逆反应始终在进行,只是正反应速率等于逆反应速率,即v正=v逆≠0,所以化学平衡状态是动态平衡状态。
(4)“定”——在一定条件下可逆反应一旦达到平衡(可逆反应进行到最大的程度)状态时,在平衡体系的混合物中,各组成成分的含量(即反应物与生成物的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数等)保持一定而不变(即不随时间的改变而改变)。这是判断体系是否处于化学平衡状态的重要依据。
(5)“变”——任何化学平衡状态均是暂时的、相对的、有条件的(与浓度、压强、温度等有关),而与达到平衡的过程无关(化学平衡状态既可从正反应方向开始达到平衡,也可以从逆反应方向开始达到平衡)。当外界条件变化时,原来的化学平衡也会发生相应的变化。
2.化学平衡状态的判断方法
(1)直接判定:v正=v逆(实质)
①同一物质:该物质的生成速率等于它的消耗速率。
②不同的物质:速率之比等于方程式中的系数比,但必须是不同方向的速率。
(2)间接判定:
①各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积(气体)、物质的量浓度保持不变。
②各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数保持不变。
③若反应前后的物质都是气体,且系数不等,总物质的量、总压强(恒温、恒容)、平均摩尔质量、混合气体的密度(恒温、恒压)保持不变。
④反应物的转化率、产物的产率保持不变。
总之,能变的量保持不变说明已达平衡。(如下表所示)
特别提醒:①化学平衡的实质是v(正)=v(逆)≠0时,表现为平衡体系中各组分的物质的量或物质的量分数不再变化,因此v(正)=v(逆)>0是化学平衡判断的充要条件。
②运用v(正)=v(逆)≠0时,注意方向和数量关系。
③学会“变”与“不变”判断。“变”就是到达平衡过程中量“变”,而到达平衡后“不变”。否则,不一定平衡。
五 等效平衡
1.等效平衡
在一定条件(恒温恒容或恒温恒压)下,同一可逆反应体系,不管是从正反应开始,还是从逆反应开始,在达到化学平衡状态时,任何相同组分的百分含量(体积分数、物质的量分数等)均相同,这样的化学平衡互称等效平衡(。
概念的理解:
(1)外界条件相同:通常可以是①恒温、恒容,②恒温、恒压。
(2)“等效平衡”与“完全相同的平衡状态”不同:“完全相同的平衡状态” 是指在达到平衡状态时,任何组分的物质的量分数(或体积分数)对应相等,并且反应的速率等也相同,但各组分的物质的量、浓度可能不同。而“等效平衡”只要求平衡混合物中各组分的物质的量分数(或体积分数)对应相同,反应的速率、压强等可以不同
(3)平衡状态只与始态有关,而与途径无关,(如:①无论反应从正反应方向开始,还是从逆反应方向开始②投料是一次还是分成几次③反应容器经过扩大—缩小或缩小—扩大的过程,)只要起始浓度相当,就达到相同的平衡状态。
2.等效平衡的分类
在等效平衡中比较常见并且重要的类型主要有以下三种:
第一类:对于恒温、恒容条件下反应前后气体体积改变的可逆反应如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质,其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。
例如,恒温恒容下的可逆反应:
2SO2 + O2 2SO3
① 2 mol 1 mol 0 mol
② 0 mol 0 mol 2 mol
③ 0.5 mol 0.25 mol 1.5 mol
上述三种配比,按方程式的计量关系均转化为反应物,则SO2均为2 mol 、O2均为1 mol,三者建立的平衡状态完全相同。
第二类:对于恒温、恒容条件下为反应前后气体体积不变的可逆反应如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一边的物质,其物质的量比与对应组分的起始加入量比相同,则建立的化学平衡是等效的。
例如,恒温恒容条件下,对于可逆反应:
H2(g) + I2(g) 2HI(g)
① 1 mol 1 mol 0 mol
② 2 mol 2 mol 1 mol
上述两种配比,按方程式中化学计量关系均转化为反应物,两种情况下H2与I2(g)的物质的量比均为1:1,因此上述两种情况建立的化学平衡状态是等效的。
第三类:对于恒温、恒压条件下的任何气体参加的可逆反应(无论反应前后气体体积可变或不变)。如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一边的物质,其物质的量比与对应组分的起始加入量比相同,则建立的化学平衡是等效的。
例如,恒温、恒压条件下,对于可逆反应:
N2+ 3H2 2NH3
① 1 mol 3 mol 0 mol
② 2 mol 6 mol 1 mol
③ 0 mol 0 mol 0.5mol
上述三种配比,按方程式中化学计量关系均转化为反应物,三种情况下,N2与H2的物质的量比均 1 ∶ 3,因此上述三种情况建立的化学平衡状态是等效的。
3.化学平衡的思维方法:
(1)可逆反应“不为零”原则
可逆性是化学平衡的前提,达到平衡时,反应物和生成物共存,每种物质的物质的量不为零。
一般可用极限分析法推断:假设反应不可逆,则最多生成产物多少,有无反应物剩余,余多少。这样的极值点是不可能达到的,故可用确定某些范围或在范围中选择合适的量。
(2)“一边倒”原则
可逆反应,在条件相同时(如等温等容),若达到等同平衡,其初始状态必须能互变,从极限角度看,就是各物质的物质的量要相当。因此,可以采用“一边倒”的原则来处理以下问题:化学平衡等同条件(等温等容)
可逆反应 aA(g) + bB(g) = cC(g)
①起始量 a b 0 平衡态Ⅰ
②起始量 0 0 c 平衡态Ⅱ
③起始量 x y z 平衡态Ⅲ
为了使平衡Ⅰ=平衡Ⅱ=平衡Ⅲ,根据“一边倒”原则,即可得:x+a/cz=a得x/a+z/c=1; y+b/cz=b得y/b+z/c=1 。
六 化学平衡常数
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.平衡常数的意义
平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(也叫反应的限度)。
(1)K值越大,表示反应进行得越完全,反应物转化率越大;一般认为,K>105时,该反应进行得就基本完全了。
(2)K值越小,表示反应进行得越不完全,反应物转化率越小。
3.注意事项
(1)化学平衡常数只与温度有关,与反应物或生成物的浓度无关。
(2)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变,则平衡常数改变。若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小,尽管是同一反应,平衡常数也会改变。
(3)在平衡常数表达式中:反应物或生成物中固体、纯液体、稀溶液中水的浓度不写。
C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g),K=c(CO)·c(H2)/c(H2O)
FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g),K=c(CO2)/c(CO)
4.化学平衡常数的应用
(1)化学平衡常数值的大小是可逆反应进行程度的标志,它能够表示可逆反应进行的完全程度。一个反应的K值越大,表明平衡时生成物的浓度越大,反应物的浓度越小,反应物的转化率也越大,可以说,化学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。
(2)可以利用平衡常数的值,判断正在进行的可逆反应是否平衡以及不平衡时向何方进行建立平衡。如对于可逆反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)在任意时刻反应物与生成物的浓度有如下关系:
Qc=,Qc叫做该反应的浓度商。
(3)利用K可判断反应的热效应
若升高温度,K值增大,则正反应为吸热反应。
若升高温度, K值减小,则正反应为放热反应。
七 化学平衡移动与图像
总结:①只要增大浓度、增大压强、升高温度,新平衡都在原平衡的上方,v′正=v′逆>v正=v逆;只要减小浓度、降低压强、降低温度,新平衡都在原平衡下方,v″正=v″逆<v正=v逆。
②只要是浓度改变,一个速率一定是在原平衡的基础上改变;两个速率同时增大或减小(中间断开)一定是压强或温度改变。
③ 加入催化剂能同等程度地增大正、逆反应速率,平衡不移动。
第二篇:第二章 化学反应速率和化学平衡知识点总结
第二章 化学反应速率和化学平衡
知识点总结
要点一 化学反应速率大小的比较
(一)化学反应速率
1.表示方法
通常用单位时间内反应物浓度的_______________或生成物浓度的 _______________来表示。
2.数学表达式: ,单位为 。
对于Δc(反应物)=c(初)-c(末), 对于Δc(生成物)=c(末)-c(初)。Δt表示反应所需时间,单位为 等。
3.单位 一般为_______________或_____________或______________ 。
4、对某一具体的化学反应来说,用不同物质 的浓度变化来表示化学反应速率时,数值往往不同,其数值之比等于 。
(二)根据化学方程式对化学反应速率的计算
求解化学反应速率的计算题一般按以下步骤:
①写出有关反应的化学方程式;
②找出各物质的起始量、转化量、某时刻量;
③根据已知条件列方程式计算。
例如:反应 mA + nB pC
起始浓度 (mol/L) a b c
转化浓度(mol/L) x
某时刻浓度(mol/L) a-x
(1)同一化学反应速率用不同物质表示时数值 ,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,如aA+bB==pY+qZ ,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。
在反应A+3B 2C+2D中,若某条 件下v(A)=0.15 mol/ (L·min) , 则此时用v(B)表示该反应的化学反应速率为v(B)= _________ ;若起始条件下,物质C的物质的量为0,经过5秒后,C的物质的量浓度为0.45 mol/L,则用v(C)表示该反应的化学反应速率为 _________ 。
(三) 化学反应速率的测定
按图安装两套装置,通过分液漏斗分别加入40 mL 1 mol/L和 40 mL 4 mol/L的硫酸,比较二者收集10 mL H2所用的时间。
实验现象:两套装置中加入H2SO4溶液后都立即产生气泡,但加入1 mol/L硫酸的装置中产生气泡的速率较_________,收集10 mL H2用的时间较_________ ;加入4 mol/L硫酸的装置中产生气泡的速率较_________ ,收集10 mL H2用的时间较 _________ 。
要点二、化学反应速率图象及其应用
物质的量(或浓度)—时间图象及其应用
例如:某温度时,在定容(V L)容器中,X、Y、 三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。
根据图象可进行如下计算:
(1)某物质的反应速率、转化率,
如:V(X)=( n1- n3) /vt3 mol/(L·s),
Y的转化率= (n2-n3)/n2 ×100%。
(2)确定化学方程式中的化学计量数之比
如X、Y、Z三种物质的化学计量数之比为(n1-n3)∶(n2-n3)∶n2。
①、在同一反应体系中用不同物质来表示反应速率时,其 是可以 的,但是这些数值都表示 。表示化学反应速率时,必须指明以 表示。
②化学反应速率实际是 的平均速率,而不是 速率。
因为大部分反应不等速进行,随着各组分浓度的变化,反应速率也会变。开始时,速率快,随着反应的进行速率会减慢。所以我们在表示反应速率使用的是平均速度,我们定义也是平均速率。
③不能用 体和 体来表示反应速率。
在一定温度下,固体和纯液体物质单位体积里的物质的量保持不变,即物质的量浓度为常数,因此它们的化学反应速率也被视为常数,所以不能用它们表示速率。但固态反应物的颗粒大小是影响反应速率的条件之一,即颗粒越小,表面积越大,反应速率越快
④化学反应速率用 值表示。
⑤对于同一化学反应,用 表示 时,其 比一定 化学方程式中相应的 。例如:N2+3H2=2NH3中, υ(N2):υ(H2):υ(NH3)=
要点三 有效碰撞理论
(1)有效碰撞:能够发生 的碰撞。
(2)能够发生有效碰撞的分子,必须具备:① ;② 。有效碰撞是发生化学反应的充分条件。
(3)活化分子:能够发生 的分子。但活化分子的每一次碰撞,不一定都是有效碰撞,即发生化学反应。
(4)活化能: 。
【重点】化学反应的快慢本质上是由单位体积内的活化分子数决定的,单位体积内活化分子数越多,则化学反应速率越快,反之则慢。
注:在其他条件具备时,若一反应较难进行,则其主要原因可能是:①参加反应的分子的能量普遍较低;②单位时间内反应物中活化分子有效碰撞次数少;③反应物分子中活化分子百分数较小。
要点四 影响化学反应速率的因素
一、浓度对化学反应速率的影响:
观察实验2-2,得出浓度对化学反应速率是如何影响的?并用有效碰撞模型解释?
结论:当其它条件不变时,增加反应物的浓度,可以 反应的速率。
解释:在其他条件不变时,增加反应物的浓度,活化分子百分数 ,单位体积内活化分子的数量 ,有效碰撞的频率 ,导致反应速率增大。
注意:
1.一个反应的速率主要取决于 的浓度,与 的浓度关系不大(填反应物或产物)
2.对于可逆反应,增大反应物浓度,正反应速率 ,逆反应速率瞬时 ,随着反应是进行,正反应速率 、逆反应速率 。
3.固体和纯液体的浓度是一个常数,所以增加这些物质的量,不会影响反应的速率。
【图】1、浓度与反应速率的关系图:
2、对于可逆反应,当加入反应物时,速率变化图如上右:
二、压强对化学反应速率的影响
思考并回答下列问题:
1、一定温度下,一定质量气体的体积与其所受的压强有何关系?
2、对于有气体参加的反应来说,当温度一定时,增大体系的压强(减少容器体积),相当于 反应物的浓度,反应速率会 ;减小体系压强(增大容器体积),相当于 反应物的浓度,反应速率会 。
注意:对于气体反应体系,有以下几种情况:
①恒温时:
增加压强体积缩小浓度增大反应速率加快。
②恒温恒容时:
①充入气体反应物(按反应开始物料之比,即投料比)浓度增大压强增大速率加快(对于可逆反应,正反应速率 ,逆反应速率瞬间 ,随着反应的进行,正反应速率 ,逆反应速率 )
②充入“惰气”压强增大,但各物质的浓度不变,反应速率不变。
③恒温恒压时:
充入:“惰气”体积增大各反应物浓度减少反应速率减慢。
【总结】
1、对于有气体参加的反应而言,改变压强,对化学反应速率产生影响的根本原因是引起浓度改变所致。
2、压强在改变化学反应速率时,对于可逆反应,V(正)和V(逆)变化的倍数不一定相等。
三、温度对化学反应速率的影响
观察实验2-3,得出温度对化学反应速率是如何影响的?并用有效碰撞模型解释?
结论:当其它条件不变时,升高温度,反应的速率 ,降低温度,反应的速率 。
强调:这里的反应,包括吸热反应、放热反应、正反应和逆反应。
解释:升高温度,活化分子百分数 ,有效碰撞的频率 ,导致反应速率增大。
【总结】
1、对于可逆反应,温度导致V(正)和V(逆)变化的倍数肯定不相等。
2、一般地,温度每升高10℃,化学反应速率变成原来的2~4倍。
【图】温度与反应速率的关系。
四、催化剂对化学反应速率的影响
观察实验2-4,得出催化剂对化学反应速率是如何影响的?并用有效碰撞模型解释?
结论:当其它条件不变时,使用应催化剂,反应的速率 。
催化剂的定义:在化学反应里能改变(加快或减慢)其他物质的化学反应速率,而本身的质量和化学性质在反应前后(反应过程中会改变)都没有发生变化的物质叫做催化剂,又叫触媒。
解释:当温度和反应物浓度一定时,使用催化剂可使反应途径发生改变,从而 了反应的活化能,使得活化分子的百分数 ,因此活化分子的数目 ,有效碰撞频率 ,故化学反应速率加大。
【注意】:
1.催化剂改变化学反应速率的原因仅仅是改变始态到终态的途径,不改变反应的结果,催化剂在反应前后质量不变。例:
(1)在加热条件下: 2Cu + O2 == 2CuO
2CuO +2 CH3CH2OH == 2Cu +2 CH3CHO + 2H2O
(2)氮的氧化物破坏臭氧: NO + O3 == NO2 + O2 NO2 + O ==NO + O2
2.能加快反应速率的催化剂叫 ;能减慢化学反应速率的催化剂叫 。
3.对可逆反应而言,正催化剂使正、逆反应速率都加快,且加快的程度 。相反,负催化剂使正、逆反应速率都减小,且减小的程度 。
4.不同的反应需不同的催化剂;催化剂在一定的温度范围内活性最大;催化剂遇有害物质会“中毒”。
5. 对于可逆反应,使用催化剂,V(正)和V(逆)变化的倍数一定相等。
【小结】外界条件对化学反应速率的影响程度:催化剂>温度>浓度=压强。即:催化剂对反应速率的影响程度最大,其次是温度,最后是浓度和压强。
图像题是本节常见的考点,解答图象题,首先要看懂图(特别是纵坐标和横坐标的意
义),然后依据化学反应速率的变化规律,进行综合分析推理判断。
分析时一般从以下几方面入手:
① 看清各坐标轴所代表的意义(速率时间、转化率时间等);
② 看清曲线的变化趋势(增大、减小、不变、先增大后减小等)。
③ 看清曲线上点的意义(起点、终点、交点、极值点、转折点等)。
要点五 可逆反应与不可逆反应
1. 当温度一定时,饱和溶液中的固体溶质溶解和溶液中的溶质分子回到固体溶质表面的结晶过程一直在进行,而且两种过程的速率________,于是饱和溶液的浓度和固体溶质的质量分数都________。我们把这类过程称作________。表述这类过程时,约定采用“”来代替反应式中原来用的“=”号,把从左向右的过程称作________;由右向左的反应称作________。
2.可逆反应:在_____________,既能向__________方向进行,又能向__________方向进行的反应叫做可逆反应。若正、逆反应是在__________发生的,则不属于可逆反应。如:
2H2O2H2↑+O2↑,即可逆反应中的___________和___________必须同时存在于同一反应体系中,在相同条件下,正、逆反应都能够自动进行。正逆反应是相对的,不是绝对的,通常把_______________反应称作正反应,___________反应称作逆反应。任何可逆反应,在___________进行的同时,___________也在进行。
3.不可逆反应:正反应几乎能___________,而逆反应进行的程度___________,这样的反应通常称为不可逆反应。如酸碱的中和反应。
可逆反应的重要特征是转化率永远不可能达到100%,也就是反应一旦开始,那么,就不可能只存在反应物,或只存在生成物。
要点六 化学平衡状态
1.化学平衡状态的含义:在一定条件下,当 时,反应体系中所有参加反应的________保持______。这时的状态就是在给定条件下,反应达到了“______”。对于可逆反应体系来说,称之为“________”。
2.化学平衡状态的特征
(1)“逆”:化学平衡研究的对象是 ,各物质的转化率必小于 。
(2)“动”:即化学平衡是 ,正反应和逆反应仍在进行。
(3)“等”:是指 ,必须用同一物质来表示,这是化学平衡状态的本质特征。
(4)“定”:由于,平衡混合物中各组分的浓度及体积(或质量分数) 。
(5)“变”:外界条件改变导致 ,原化学平衡被破坏,从而发生平衡移动直至建立新平衡。
3、化学平衡状态的标志
某可逆反应是否处于化学平衡状态,它们的标志可以通过化学平衡状态的本质特征来进行衡量
(1)V正=V逆,它是判断化学平衡状态的主要标志。正、逆反应速率相等是针对反应体系中的同一反应物或同一生成物而言。由于该物质的生成速率与消耗速率相等,才使这种物质的浓度保持不变,说明可逆反应己达到化学平衡状态。
(2)反应混合物中各组分的浓度保持不变,是判断化学平衡状态的另一个主要标志。如果反应混合物中某一种物质的量浓度,质量分数,体积分数(对气体而言)等保持一定,都说明可逆反应已达到平衡状态。
(3) 从其它角度也可以判断某可逆反应是否达到化学平衡状态,但要具体问题具体分析。例如对于反应前后气体分子数不相等的可逆反应,可以通过以下几种情况来判断:
① 当体系中物质的总物质的量不随时间变化时,说明反应已达到平衡状态.
② 当恒温恒容时,体系的总压强有发生变化或当恒温恒压时,体系的总体积不发生变化 都可以说明反应已达到平衡状态。
③ 混合气体的平均含量不发生变化,也可以说明反应已达平衡状态.
④ 对于反应前后气体分子数相等的反应,无论反应是否达到平衡,体系中物质的总物质的量,总压强,总体积或混合气体的平均含量都不发生变化,不能确定反应是否中达到平衡状态.
4. 化学平衡状态的判断方法
(1)直接判定:v正=v逆(实质)
①同一物质:该物质的生成速率等于它的消耗速率。
②不同的物质:速率之比等于方程式中的系数比,但必须是不同方向的速率。
(2)间接判定:
①各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积(气体)、物质的量浓度保持不变。
②各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数保持不变。
③若反应前后的物质都是气体,且系数不等,总物质的量、总压强(恒温、恒容)、平均摩尔质量、混合气体的密度(恒温、恒压)保持不变。
④反应物的转化率、产物的产率保持不变。
5.化学平衡状态的建立
①只有______________________才能建立化学平衡状态,即化学平衡问题的研究对象是可逆反应。
②以可逆反应mA(g)+nBpC(g)为例,若开始只有反应物,没有生成物,此时A和B的___________________________最大,因而______________________最大;而C起始浓度为零,因而______________________为零。随着反应的进行,反应物不断减少,生成物不断增多,v(正)越来越小,v(逆)越来越大,反应进行到某一时刻,v(正)=v(逆),这时就达到了化学平衡,如图2-12的速率—时间图象所示。反应物与生成物浓度随时间变化(浓度-时间图象)关系如图2-13所示。
1图2-12 图2-13
③化学平衡状态的建立除了必须是可逆反应外,还必须有一定的温度、物质的浓度和气体的压强等外界因素的条件。所以,同一个可逆反应在_____________________下建立起的化学平衡状态可能不同;不同的可逆反应,即使在______________________下,建立起的化学平衡状态也不一定相同。
要点七 化学平衡状态的影响因素
化学平衡移动研究的对象: 化学反应的化学平衡状态
(1) 当一个可逆反应达到平衡状态后,如果改变____________、____________、____________等反应条件,原来的平衡状态会被破坏,化学平衡会发生移动。平衡混合物中各组成物质的质量分数也就随着改变从而在一段时间后达到____________。这种由原平衡状态向新平衡状态的变化过程,就是_____________________。以上过程可归纳如下:
某条件下的化学平衡平衡破坏新条件下的新化学平衡
①浓度(教科书实验2—5 2—6)为例
以上两个实验中,化学平衡状态都发生了移动。增大反应物浓度,_________加快,平衡向_________移动;增大生成物浓度,_________加快,平衡向_________移动。注意:固体物质和纯液体无所谓浓度,其量改变,不影响平衡。
②温度(教科书实验2—7)为例
任何反应都伴随着能量的变化,通常表现为放热或吸热;所以温度对化学平衡移动也有影响。
观察[实验2—7]根据实验现象讨论,回答下列问题:
NO2为 色气体,N2O4为 色气体
对于反应2 NO2(g) N2O4(g) △H=—56.9KJ/mol,升高温度,混合气体的颜色 ,说明平衡向___________移动,降低温度,混合气体颜色 。说明平衡向___________移动,
升高温度,化学平衡向 方向移动
降低温度,化学平衡向 方向移动
③压强 对于有气体参加或有气体生成的可逆反应来说,压强对于平衡状态的影响是通过改变浓度来实现的。压强改变,浓度不变时,则_________________不变,平衡不发生移动。不特别指明的情况下,体系压强改变,就是通过改变体积来实现的。
以可逆反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)为例:其他条件不变时,在已经达到平衡的该反应体系中增大压强,会使平衡向着_________移动;即向生成NH3的方向移动。移动的结果会使 N2和H2的体积分数减小,而NH3的体积分数增大。减小压强,会使平衡向着_________移动,即向NH3分解的方向移动。移动的结果会使 N2和H2的体积分数增大,而NH3的体积分数减小。对无气体存在的化学平衡,改变压强不能使平衡移动。
对于有些可逆反应里,反应前后气态物质的总体积没有发生变化,如2HI(g) H2(g)+I2(g)在这种情况下,增大或减小压强都 使化学平衡移动。
注意:固态物质或液态物质的体积,受压强的影响很小,可以忽略不计。因此,如果平衡混合物都是固体或液体 ,改变压强 使化学平衡移动。
④催化剂 由于使用催化剂对_________与_________影响的程度是等同的,所以使用催化剂不影响化学平衡的移动。
⑤小结:
(1)化学反应体系的平衡状态通过改变_________而发生了变化。这种现象称作化学平衡状态的移动,简称平衡移动。
(2)勒夏特列原理:如果改变影响平衡的条件之一(如:_________、_________以及__________),平衡就会向着__________的方向移动。是“减弱”而不是“消除”
勒夏特列原理适用于所有的动态平衡,不仅能用于判断化学平衡移动方向,也能用于判断溶解平衡等其他平衡移动的方向,但不能用来判断建立新平衡所需要的时间。
要点八 化学平衡常
1平衡常数的表达式:对于一般的可逆反应:mA+ n B p C + q D。其中m、n、p、q分别表示化学方程式中个反应物和生成物的化学计量数。当在一定温度下达到化学平衡时,这个反应的平衡常数可以表示k=
2、平衡常数的意义
(1)化学平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度。K越大_____________,反应的转化率______.
(2)借助化学平衡常数,可以判断一个化学反应__________________。
(3)温度一定时,化学平衡常数只与______有关
3、平衡常数的影响因素:只与_____有关
4、互为可逆的两个化学反应,平衡常数之积有何关系?____。总反应与各分步反应的平衡常数(K总、K1、K2、K3)有何关系?______。一定温度下,一个化学反应是否只有一个化学平衡常数?____________________.
要点九 平衡转化率
1平衡转化率的表达式:若定义某反应物M在可逆反应中的转化率为:
M的转化率=反应中已消耗的M的量×100%
反应开始时加入M的量 那么如果M的转化率不再随时间而改变,也证明可逆反应已达到平衡状态。
探究1:在一个容积为2L的容器中,对于可逆反应2SO2(气)+O2(气) 2SO3(气),SO2和O2起始时的物质的量分别为20mol和10mol,达到平衡时,SO2的转化率为80%,则该反应的平衡常数为_______
探究2、对于反应aA(气)+bB(气)cC(气)+dD(气),
(1)、增加A物质,则B的转化率_______;A物质的转化率_______
(2)、若起始时物质的量之比A:B=1:1,则A和B的转化率之比= _____
若起始时物质的量之比A:B=a:b,则A和B的转化率之比=_______;
(3)、若a+b>c+d,在反应达平衡的基础上,以起始时物质的量之比投入A和B,则A和B的转化率________
若a+b=c+d,在反应达平衡的基础上,以起始时物质的量之比投入A和B,则A和B的转化率________
若a+b<c+d,在反应达平衡的基础上,以起始时物质的量之比投入A和B,则A和B的转化率_____________
要点十 反应物的转化率
1.它有三种表示形式:
某指定反应物的转化率=已转化的反应物的质量∶反应物的总质量=已转化的反应物的物质的量∶反应物的总物质的量=已转化的指定反应物的浓度∶指定反应物的起始浓度。
2、对于反应aA(气)+bB(气)cC(气)+dD(气),
(1)、增加A物质,则B的转化率 ;A物质的转化率 。
(2)、若起始时物质的量之比A:B=1:1,则A和B的转化率之比= ;
若起始时物质的量之比A:B=a:b,则A和B的转化率之比= ;
要点十一 平均相对分子质量的变化规律
以 mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) 为例 气体平均摩尔质量M =
平衡前后 ,m不变,则:若m+n == p+q 则M不变
若m+n > p+q ,平衡正向移动,则n减小,M增大
若m+n < p+q ,平衡正向移动,则n增大,M减小
我们要注意的是,有固体、液体参加的反应,平衡前后总质量和总物质的量都发生变化,则M有可能增大也有可能减小。
要点十二 气体密度的变化规律
以 mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) 为例
若恒容条件,则密度不变
若恒压条件,则体积增大,密度减小
我们要注意的是,当混合气体在平衡移动前后总质量发生变化,且恒容时,密度与m总成正比。若m总变化,且恒压时,P与M成正比。
要点十三 对于化学平衡的有关图像问题,可按以下的方法进行分析:
(1)认清坐标系,搞清纵、横坐标所代表的意义,并与勒夏特列原理挂钩。
(2)紧扣可逆反应的特征,看清正反应方向是吸热还是放热、体积增大还是减小、不变、有无固体、纯液体物质参加或生成等。
(3)看清速率的变化及变化量的大小,在条件与变化之间搭桥。
(4)看清起点、拐点、终点,看清曲线的变化趋势。
(5)先拐先平。例如,在转化率一时间图上,先出现拐点的曲线先达到平衡,此时逆向推理可得该变化的温度高、浓度大、压强高。
(6)定一议二。当图象中有三个量时,先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。
对于反应mA(气) + nB(气)≒ pC(气)+qD(气) △H=QKJ/mol
(1)转化率-时间
(2)含量-时间图
先出现拐点的反应先达到平衡,斜率大的曲线表示的温度或压强等数值较大
要点十四 等效平衡及其分类:
1.等效平衡原理:在相同条件下,同一可逆反应体系,不管从正反应开始,还是从逆反应开始都可以建立同一平衡状态,也就是等效平衡,还可以从中间状态(既有反应物也有生成物)开始,平衡时各物质的浓度对应相等。
由于化学平衡状态与条件有关,而与建立平衡的途径无关,因而,同一可逆反应,从不同状态开始,只要达到平衡时条件(温度,浓度,压强等)完全相同,则可形成等效平衡。
2.等效平衡规律:
等效平衡的广泛定义:只因投料情况的不同,达到平衡后,各组分的物质的量(或能转化为物质的量)分数相等的平衡状态,互为等效平衡状态。
① 在定温,定容条件下,对于反应前后气体分子数改变的可逆反应只改变起始加入物质的物质的量,如通过可逆反应的化学计量数比换算成同一半边的物质的物质的量与原平衡相同,则两平衡等效。简言之,定温,定容下,归零后,等量即为等效平衡
② 在定温,定容条件下,对于反应前后气体分子数不变的可逆反应,只要反应物(或生成物)的物质的量的比值与原平衡相同,两平衡等效。简言之,定温,定容下,归零后,等比例即为等效平衡
③在定温,定压下,改变起始时加入物质的物质的量,只要按化学计量数,换算成同一半边的物质的物质的量之比与原平衡相同,则达平衡后与原平衡等效. 简言之,定温,定容下,归零后,等比例即为等效平衡
要点十五 化学反应进行的方向:
1.自发过程和自发反应
(1)自发过程:在一定条件下不需要外力作用就能________________________________。
特征:体系趋向于从 状态转变为 状态。
(2)自发反应:在给定的一组条件下,一个反应可以________进行到明显程度。
2.焓判据
放热反应过程中体系能量_________,因此具有_________进行的倾向,科学家提出用_________来判断反应进行的方向,这就是_________。反应焓变是与反应能否自发进行有关的 因素,但不是 因素。
3、熵判据
在密闭条件下,体系有__________________的倾向。因为与有序体系相比,_________“更加稳定”,科学家用_________(符号为_________)来量度这种_________的程度。
在与外界隔离的体系中,自发过程将导致体系的熵增大,即_________(符号为_________)大于零这个原理叫做_________。在用来判断_________时,就称为熵判据。对于同一种物质,气态时_________,液态时次之,固态时最小。
【结论2】熵变只是决定化学反应方向的 。
注意:1乱度的增加意味着体系变得更加无序。
2、体系的有序性越高,即混乱度越低,熵值就越 ,有序变为无序——熵 的过程。
3、熵值的大小判断: 气态 液态 固态
4、复合判据
由__________和__________组合而成的复合判据,适合于所有的过程。
【注意】1、在讨论过程的方向时,体系的性质不受 ,
2、过程的自发性只能用于__________,不能____________________和过程__________。
【拓展】(1)焓减、熵增反应
(2)焓增、熵减反应
能量判据和熵判据的应用:
1、由能量判据知∶放热过程(△H﹤0)常常是容易自发进行;
2、由熵判据知∶许多熵增加(△S﹥0)的过程是自发的;
3、很多情况下,简单地只用其中一个判据去判断同一个反应,可能会出现相反的判断结果,所以我们应两个判据兼顾。由能量判据(以焓变为基础)和熵判据组合成的复合判据将更适合于所有的反应过程;
4、过程的自发性只能用于判断过程的方向,不能确定过程是否一定会发生和过程的速率;
5、在讨论过程的方向时,我们指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用,就可能出现相反的结果;
6、反应的自发性也受外界条件的影响。