1. 化学反应速率:
⑴. 化学反应速率的概念及表示方法:通过计算式:v =Δc /Δt来理解其概念:
①化学反应速率与反应消耗的时间(Δt)和反应物浓度的变化(Δc)有关;
②在同一反应中,用不同的物质来表示反应速率时,数值可以相同,也可以是不同的。但这些数值所表示的都是同一个反应速率。因此,表示反应速率时,必须说明用哪种物质作为标准。用不同物质来表示的反应速率时,其比值一定等于化学反应方程式中的化学计量数之比。如:化学反应mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) 的:v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D) = m∶n∶p∶q ③一般来说,化学反应速率随反应进行而逐渐减慢。因此某一段时间内的化学反应速率,实际是这段时间内的平均速率,而不是瞬时速率。
⑵. 影响化学反应速率的因素:
I. 决定因素(内因):反应物本身的性质。
Ⅱ. 条件因素(外因)(也是我们研究的对象):
①. 浓度:其他条件不变时,增大反应物的浓度,可以增大活化分子总数,从而加快化学反应速率。值得注意的是,固态物质和纯液态物质的浓度可视为常数;
②. 压强:对于气体而言,压缩气体体积,可以增大浓度,从而使化学反应速率加快。值得注意的是,如果增大气体压强时,不能改变反应气体的浓度,则不影响化学反应速率。 ③. 温度:其他条件不变时,升高温度,能提高反应分子的能量,增加活化分子百分数,从而加快化学反应速率。
④. 催化剂:使用催化剂能等同地改变可逆反应的正、逆化学反应速率。
⑤. 其他因素。如固体反应物的表面积(颗粒大小)、光、不同溶剂、超声波等。
2. 化学平衡:
⑴. 化学平衡研究的对象:可逆反应。
⑵. 化学平衡的概念(略);
⑶. 化学平衡的特征:
动:动态平衡。平衡时v正==v逆 ≠0
等:v正=v逆
定:条件一定,平衡混合物中各组分的百分含量一定(不是相等);
变:条件改变,原平衡被破坏,发生移动,在新的条件下建立新的化学平衡。
⑷. 化学平衡的标志:(处于化学平衡时):
①、速率标志:v正=v逆≠0;
②、反应混合物中各组分的体积分数、物质的量分数、质量分数不再发生变化; ③、反应物的转化率、生成物的产率不再发生变化;
④、反应物反应时破坏的化学键与逆反应得到的反应物形成的化学键种类和数量相同; ⑤、对于气体体积数不同的可逆反应,达到化学平衡时,体积和压强也不再发生变化。
【例1】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n mol的A2同时生成n mol的AB
B. 容器内的压强不随时间变化
C. 单位时间生成2n mol的AB同时生成n mol的B2
D. 单位时间生成n mol的A2同时生成n mol的B2
⑸. 化学平衡状态的判断:
举例反应 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、总体积、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m molA同时生成m molA,即v正=v逆平衡
②在单位时间内消耗了n molB同时生成p molC,均指v正 不一定平衡
③vA:vB:vC:vD=m:n:p:q,v正不一定等于v逆 不一定平衡
④在单位时间内生成了n molB,同时消耗q molD,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
混合气体的平均分子量① 一定时,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,在其他条件不变的条件下,体系温度一定时 平衡 体系的密度 密度一定 不一定平衡
3.化学平衡移动:
⑴勒沙持列原理:如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强和温度等),平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。其中包含:
①影响平衡的因素:浓度、压强、温度三种;
②原理的适用范围:只适用于一项条件发生变化的情况(即温度或压强或一种物质的浓度),当多项条件同时发生变化时,情况比较复杂;
③平衡移动的结果:只能减弱(不可能抵消)外界条件的变化。
⑵、平衡移动:是一个“平衡状态→不平衡状态→新的平衡状态”的过程。一定条件下的平衡体系,条件改变后,可能发生平衡移动。即总结如下:
⑶、平衡移动与转化率的关系:不要把平衡向正反应方向移动与反应物转化率的增大等同起来。
⑷、影响化学平衡移动的条件:
化学平衡移动:(强调一个“变”字)
①浓度、温度的改变,都能引起化学平衡移动。而改变压强则不一定能引起化学平衡移动。强调:气体体积数发生变化的可逆反应,改变压强则能引起化学平衡移动;气体体积数不变的可逆反应,改变压强则不会引起化学平衡移动。催化剂不影响化学平衡。
②速率与平衡移动的关系:
I. v正== v逆,平衡不移动;
Ⅱ. v正 > v逆,平衡向正反应方向移动;
Ⅲ. v正 < v逆,平衡向逆反应方向移动。
③平衡移动原理:(勒沙特列原理):
④分析化学平衡移动的一般思路:
速率不变:如容积不变时充入惰性气体
强调:加快化学反应速率可以缩短到达化学平衡的时间,但不一定能使平衡发生移动。 ⑸、反应物用量的改变对化学平衡影响的一般规律:
Ⅰ、若反应物只有一种:aA(g)=bB(g) + cC(g),在不改变其他条件时,增加A的量平衡向正反应方向移动,但是A的转化率与气体物质的计量数有关:(可用等效平衡的方法分析)。 ①若a = b + c :A的转化率不变;
②若a > b + c : A的转化率增大;
③若a < b + c A的转化率减小。
Ⅱ、若反应物不只一种:aA(g) + bB(g)=cC(g) + dD(g),
①在不改变其他条件时,只增加A的量,平衡向正反应方向移动,但是A的转化率减小,而B的转化率增大。
②若按原比例同倍数地增加A和B,平衡向正反应方向移动,但是反应物的转化率与气体物质的计量数有关:如a+b = c + d,A、B的转化率都不变;如a+ b>c+ d,A、B的转化率都增大;如a + b < c + d,A、B的转化率都减小。
4、等效平衡问题的解题思路:
⑴、概念:同一反应,在一定条件下所建立的两个或多个平衡中,混合物中各成分的含量相同,这样的平衡称为等效平衡。
⑵分类:
①等温等容条件下的等效平衡:在温度和容器体积不变的条件下,改变起始物质的加入情况,只要可以通过可逆反应的化学计量数比换算成左右两边同一边物质的物质的量相同,则两平衡等效,这种等效平衡可以称为等同平衡。
②等温等压条件下的等效平衡:在温度和压强不变的条件下,改变起始物质的加入情况,只要可以通过可逆反应的化学计量数比换算成左右两边同一边物质的物质的量比值相同,则两平衡等效,这种等效平衡可以称为等比例平衡。
③等温且△n=0条件下的等效平衡:在温度和容器体积不变的条件下,对于反应前后气体总分子数不变的可逆反应,只要可以通过可逆反应的化学计量数比换算成左右两边任意一边物质的物质的量比值相同,则两平衡等效,这种等效平衡可以称为不移动的平衡。
5、速率和平衡图像分析:
⑴分析反应速度图像:
①看起点:分清反应物和生成物,浓度减小的是反应物,浓度增大的是生成物,生成物多数以原点为起点。
②看变化趋势:分清正反应和逆反应,分清放热反应和吸热反应。升高温度时,△V吸热>△V放热。
③看终点:分清消耗浓度和增生浓度。反应物的消耗浓度与生成物的增生浓度之比等于反应方程式中各物质的计量数之比。
④对于时间——速度图像,看清曲线是连续的,还是跳跃的。分清“渐变”和“突变”、“大变”和“小变”。增大反应物浓度V正 突变,V逆 渐变。升高温度,V吸热 大增,V放热 小增。 ⑵化学平衡图像问题的解答方法:
①三步分析法:一看反应速率是增大还是减小;二看△V正 、 △V逆的相对大小;三看化学平衡移动的方向。
②四要素分析法:看曲线的起点;看曲线的变化趋势;看曲线的转折点;看曲线的终点。 ③先拐先平:对于可逆反应mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) ,在转化率-时间曲线中,先出现拐点的曲线先达到平衡。它所代表的温度高、压强大。这时如果转化率也较高,则反应中m+n>p+q。若转化率降低,则表示m+n<p+q。
④定一议二:图像中有三个量时,先确定一个量不变,再讨论另外两个量的关系。 化学反应速率 化学反应进行的快慢程度,用单位时间反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
通常用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的减小或生成物浓度的增加来表示。 表达式:△v(A)=△c(A)/△t
单位:mol/(L·s)或mol/(L·min)
影响化学反应速率的因素:温度,浓度,压强,催化剂。
另外,x射线,γ射线,固体物质的表面积也会影响化学反应速率
化学反应的计算公式:
例 对于下列反应:
mA+nB=pC+qD
有v(A):v(B):v(C):v(D)=m:n:p:q
对于没有达到化学平衡状态的可逆反应:
v(正)≠v(逆)
影响化学反应速率的因素:
压强:
对于有气体参与的化学反应,其他条件不变时(除体积),增大压强,即体积减小,反应物浓度增大,单位体积内活化分子数增多,单位时间内有效碰撞次数增多,反应速率加快;反之则减小。若体积不变,加压(加入不参加此化学反应的气体)反应速率就不变。因为浓度不变,单位体积内活化分子数就不变。但在体积不变的情况下,加入反应物,同样是加压,增加反应物浓度,速率也会增加。
温度:
只要升高温度,反应物分子获得能量,使一部分原来能量较低分子变成活化分子,增加了活化分子的百分数,使得有效碰撞次数增多,故反应速率加大(主要原因)。当然,由于温度升高,使分子运动速率加快,单位时间内反应物分子碰撞次数增多反应也会相应加快(次要原因)
催化剂:
使用正催化剂能够降低反应所需的能量,使更多的反应物分子成为活化分子,大大提高了单位体积内反应物分子的百分数,从而成千上万倍地增大了反应物速率.负催化剂则反之。 浓度:
当其它条件一致下,增加反应物浓度就增加了单位体积的活化分子的数目,从而增加有效碰撞,反应速率增加,但活化分子百分数是不变的 。
其他因素:
增大一定量固体的表面积(如粉碎),可增大反应速率,光照一般也可增大某些反应的速率;此外,超声波、电磁波、溶剂等对反应速率也有影响。
溶剂对反应速度的影响
在均相反应中,溶液的反应远比气相反应多得多(有人粗略估计有90%以上均相反应是在溶液中进行的)。但研究溶液中反应的动力学要考虑溶剂分子所起的物理的或化学的影响,另外在溶液中有离子参加的反应常常是瞬间完成的,这也造成了观测动力学数据的困难。最简单的情况是溶剂仅引起介质作用的情况。
在溶液中起反应的分子要通过扩散穿周围的溶剂分子之后,才能彼此接触,反应后生成物分子也要穿国周围的溶剂分子通过扩散而离开。
扩散——就是对周围溶剂分子的反复挤撞,从微观角度,可以把周围溶剂分子看成是形成了一个笼,而反应分子则处于笼中。分子在笼中持续时间比气体分子互相碰撞的持续时间大10-100倍,这相当于它在笼中可以经历反复的多次碰撞。
笼效应——就是指反应分子在溶剂分子形成的笼中进行多次的碰撞(或振动)。这种连续反复碰撞则称为一次偶遇,所以溶剂分子的存在虽然限制了反应分子作远距离的移动,减少了与远距离分子的碰撞机会,但却增加了近距离分子的重复碰撞。总的碰撞频率并未减低。 据粗略估计,在水溶液中,对于一对无相互作用的分子,在依次偶遇中它们在笼中的时间约为10-12-10-11s,在这段时间内大约要进行100-1000次的碰撞。然后偶尔有机
会跃出这个笼子,扩散到别处,又进入另一个笼中。可见溶液中分子的碰撞与气体中分子的碰撞不同,后者的碰撞是连续进行的,而前者则是分批进行的,一次偶遇相当于一批碰撞,它包含着多次的碰撞。而就单位时间内的总碰撞次数而论,大致相同,不会有商量级上的变
化。所以溶剂的存在不会使活化分子减少。A和B发生反应必须通过扩散进入同一笼中,反应物分子通过溶剂分子所构成的笼所需要的活化能一般不会超过20kJ·mol-1,而分子碰撞进行反应的活化能一般子40 -400kJ·mol-1之间。
由于扩散作用的活化能小得多,所以扩散作用一般不会影响反应的速率。但也有不少反应它的活化能很小,例如自由基的复合反应,水溶液中的离子反应等。则反应速率取决于分子的扩散速度,即与它在笼中时间成正比。
从以上的讨论可以看出,如果溶剂分子与反应分子没有显著的作用,则一般说来碰撞理论对溶液中的反应也是适用的,并且对于同一反应无论在气相中或在溶液中进行,其概率因素P和活化能都大体具有同样的数量级,因而反应速率也大体相同。但是也有一些反应,溶剂对反应有显著的影响。例如某些平行反应,常可借助溶剂的选择使得其中一种反应的速率变得较快,使某种产品的数量增多。
溶剂对反应速率的影响是一个极其复杂的问题,一般说来:
(1)溶剂的介电常数对于有离子参加的反应有影响。因为溶剂的介电常数越大,离子间的引力越弱,所以介电常数比较大的溶剂常不利与离子间的化合反应。
(2)溶剂的极性对反应速率的影响。如果生成物的极性比反应物大,则在极性溶剂中反应速率比较大;反之,如反应物的极性比生成物大,则在极性溶剂中的反应速率必变小。
(3)溶剂化的影响,一般说来。作用物与生成物在溶液中都能或多或少的形成溶剂化物。这些溶剂化物若与任一种反应分子生成不稳定的中间化合物而使活化能降低,则可以使反应速率加快。如果溶剂分子与作用物生成比较稳定的化合物,则一般常能使活化能增高,而减慢反应速率。如果活化络合物溶剂化后的能量降低,因而降低了活化能,就会使反应速率加快。
(4)离子强度的影响(也称为原盐效应)。在稀溶液中如果作用物都是电介质,则反应的速率与溶液的离子强度有关。也就是说第三种电解质的存在对于反应速率有影响.
第二篇:化学反应速率、化学平衡知识点总结及练习
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。
(一)典型例题
【例1】可逆反应A(g)+ 4B(g) C(g)+ D(g),在四种不同情况下的反应速率如下,其中反应进行得最快的是( )
A. vA==0.15mol/(L·min) B. vB==0.6 mol/(L·min)
C. vC==0.4 mol/(L·min) D.vD==0.01 mol/(L·s)
[例2]某温度时,在2 L容器中X、Y、Z三种物质的量随时间的变化曲线如图所示。由图中数据分析,该反应的化学方程式为_________。反应开始至2 min,Z的平均反应速率为 。
【例3】设C+CO2 2CO(正反应吸热),反应速率为v1;N2+3H2 2NH3(正反应放热),反应速率为v2。对于上述反应,当温度升高时,v1和v2的变化情况为( )
A.同时增大 B.同时减小 C.v1增加,v2减小 D.v1减小,v2增大
【例4】下列关于催化剂的说法,正确的是( )
A.催化剂能使不起反应的物质发生反应
B.催化剂在化学反应前后,化学性质和质量都不变
C.催化剂能改变化学反应速率
D.任何化学反应,都需要催化剂
E.电解水时,往水中加少量NaOH,可使电解速率明显加快,所以NaOH是这个反应的催化剂
【例5】把镁条投入到盛有盐酸的敞口容器里,产生H2的速率可由右图表示。在下列因素中:
①盐酸的浓度;②镁条的表面积;③溶液的温度;④Cl-的浓度。
影响反应速率的因素是( )。
A. ①④ B. ③④ C. ①②③ D. ②③
【例6】已知氯酸钾和亚硫酸氢钠发生氧化还原反应时,生成-1价的氯和+6价的硫的化合物,反应速率v和反应时间t的关系如图所示。
已知这个反应的反应速率随溶液中氢离子浓度增大而加快,试解释:
(1)反应开始后,反应速率加快的原因是________________________________________。
(2)反应后期,反应速率下降的原因是__________________________________________。
。
【例7】 在密闭容器中进行如下反应:X2(g)+Y2(g) 2Z(g),已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1mol/L、0.3mol/L、0.2mol/L,在一定条件下当反应达到平衡时,各物质的浓度有可能是( )
A.Z为0.3mol/L B.Y2为0.35mol/L
C.X2为0.2mol/L D.Z为0.4mol/L
【例8】在一定温度下,反应A2(g)+B2(g) 2AB(g)达到平衡的标志是( )
A.单位时间内生成n mol A2,同时生成n mol AB
B.容器内总压强不随时间改变
C.单位时间内生成2n mol AB同时生成n mol B2
D.任何时间内A2、B2的物质的量之比为定值
【例9】某温度下H2(g)+I2(g) 2HI(g)的平衡常数是50,在这个温度下使H2与I2(g)发生反应,反应开始时,碘蒸气的浓度是1mol/L,当达到平衡时c(HI)=0.9mol/L,求H2的转化率。
【例10】在一个固定体积的密闭容器中,加入2mol A和1mol B,发生反应:2A(g)+B(g) 3C(g)+D(g) 达平衡时,c(C)=w mol/L。若维持容器内体积和温度不变,按下列四种配比作起始物质,达平衡后,C浓度仍为w mol/L的是( )
A. 1mol A+0.5mol B+1.5mol C+0.5 D
B. 2mol A+1mol B+3mol C+1mol D
C. 3mol C+1mol D+1mol B
D. 3mol C+1mol D
【例11】(1)下列方法中可以证明2HI(g) H2(g) +I2(g)已达平衡状态的是__________________。
①单位时间内生成n molH2的同时生成n mol HI,
②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂,
③百分组成w(HI)=w(I2)
④反应速率v(H2)=v(I2)=v(HI)/2时,
⑤c(HI):c(H2):c(I2)=2:1:1时,
⑥温度和体积一定时,某一生成物浓度不再变化,
⑦温度和体积一定时,容器内压强不再变化,
⑧条件一定,混合气体的平均相对分子质量不再变化,
⑨温度和体积一定时,混合气体的颜色不再变化,
⑩温度和压强一定时,混合气体的密度不再变化。
(2)在上述⑥~⑩的说法中能说明2NO2N2O4达到平衡状态的是___________。
【例12】(江苏省1998年奥赛初赛试题)在5.00L的烧瓶中,导入35.7g五氯化磷,维持在250℃发生反应PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g)。达平衡时,分析平衡混合物,发现其中有8.75g氯气,则此反应在该温度下的平衡常数Kc=c(PCl3)·c(Cl2)/c(PCl5)最接近( )
A.0.0633 B.0.315 C.2.56 D.15.8
【例13】在一个密闭容器中充入1molCO2 和3molH2 ,在850℃ 时,气体混合物达到下式所示平衡:CO2+H2 CO+H2O 。已知达到平衡时生成0.75molCO 。那么当H2改为9mol,在上述条件下平衡时生成CO 和H2O的物质的量之和可能为( )
A 1. 2mol B 1. 5mol C 1. 8mol D 2. 5mol
【例14】可逆反应:2HI(g) H2(g)+I2(g);ΔH>0。在密闭容器中进行,当达到平衡时欲使混合气体的颜色加深,应采取的措施( )
A.减小容器体积 B.降低温度 C.加入催化剂 D.充入HI气体
【例15】A(g)+3B(g) 2C(g)+Q(Q>0)达到平衡,改变下列条件,正反应速率始终增大,直达到新平衡的是( )
A.升温 B.加压 C.增大c(A) D.降低c(C) E.降低c(A)