化学反应速率、化学平衡知识点总结及练习.doc

化学反应速率、化学平衡知识点总结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：化学反应速率影响因素及计算；化学平衡状态的判断及影响因素；应用平衡原理判断反应进行的方向；化学反应速率和化学平衡的图象分析；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：充入气体反应物浓度增大总压增大速率加快充入“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 影响因素分子总数活化分子百分数活化分子总数活化分子浓度（单位体积活化分子数）增大浓度增加  不变 增加 增加增大压强 不变 不变 不变 增加升高温度不变  增加 增加 增加正催化剂不变  增加 增加 增加三 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CaCO32HCl=CaCl2CO2H2O(1)其他条件一定，反应速率随着c(HCl)的增大而增大，如图。(2)其他条件一定，反应速率随着温度的升高而增大，如图。(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。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。(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。(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。(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。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)同一物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率。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：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。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。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。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)例举反应mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)是否平衡状态混合物体系中各成分的量各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定是各物质的质量或各物质的质量分数一定是各气体的体积或体积分数一定是总体积、总压强、总物质的量、总浓度一定不一定正反应速率与逆反应速率的关系在单位时间内消耗了m mol A，同时生成m mol A，即v正v逆是在单位时间内消耗了n mol B，同时消耗了p mol C，则v正v逆是vAvBvCvDmnpq，v正不一定等于v逆不一定在单位时间内生成n mol B，同时消耗q mol D，均指v逆，v正不一定等于v逆不一定压强若mnpq，总压强一定(其他条件不变)是若mnpq，总压强一定(其他条件不变)不一定平均相对分子质量r一定，只有当mnpq时是r一定，但mnpq时不一定温度任何化学反应都伴随着能量变化，在其他条件不变的情况下，体系温度一定时是体系的密度密度一定不一定特别提醒：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。运用v(正)v(逆)0时，注意方向和数量关系。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：通常可以是恒温、恒容，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：无论反应从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始投料是一次还是分成几次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 2SO32 mol1 mol 0 mol0 mol0 mol 2 mol0.5 mol0.25 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 mol1 mol0 mol2 mol2 mol1 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 2NH31 mol3 mol0 mol2 mol6 mol1 mol0 mol0 mol0.5mol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)起始量 a b 0 平衡态起始量 0 0 c 平衡态起始量 x y z 平衡态为了使平衡=平衡=平衡，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(aAbBcCdD)，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，K105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)，Kc(CO)·c(H2)/c(H2O)FeO(s)CO(g) Fe(s)CO2(g)，Kc(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：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。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。 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：盐酸的浓度；镁条的表面积；溶液的温度；Cl-的浓度。影响反应速率的因素是（ ）。A. B. C. D. 【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/LC.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 A0.5mol B1.5mol C0.5 DB. 2mol A1mol B3mol C1mol DC. 3mol C1mol D1mol BD. 3mol C1mol 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_。 单位时间内生成n molH2的同时生成n mol HI， 一个HH键断裂的同时有两个HI键断裂， 百分组成w(HI)=w(I2) 反应速率v(H2)=v(I2)=v(HI)/2时， c(HI):c(H2):c(I2)=2:1:1时， 温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化， 温度和体积一定时，容器内压强不再变化， 条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化， 温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化， 温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化。 （2）在上述的说法中能说明2NO2 N2O4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)；H>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)- 6 - - - 6 - -