化学15 化学反应速率与化学平衡 .ppt

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1、考试大纲考点2016全国2015全国2014全国自主命题地区1.了解化学反应速率的概念和定量表示方法。能正确计算化学反应的转化率()。2.了解反应活化能的概念,了解催化剂的重要作用。3.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。4.掌握化学平衡的特征。了解化学平衡常数(K)的含义,能利用化学平衡常数进行相关计算。化学反应速率及应用【90%】全国,9,6分2016上海,29302015上海,25,4分2015江苏,11,4分2014北京,12,6分化学反应平衡及应用【95%】全国,27(3)(4)全国,27(2)全国,28(3)2016上海,322016四川,6,6分2016江苏,15,4分2015

2、天津,6,6分2015江苏,15,4分2014北京,26(2)2014上海,14,3分5.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率和化学平衡的影响,能用相关理论解释其一般规律。6.了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。化学反应速率与化学平衡的综合应用【90%】全国,27(2)全国,28(4)全国,26,13分2014天津,10,14分2014浙江,27,14分考试大纲考点2016全国2015全国2014全国自主命题地区31.热点预测高考主要考查对反应速率的理解、反应速率的相关计算、外界条件对化学平衡的影响、平衡常数的表达及计算、化学反应速率和化学平

3、衡的综合计算及图像问题,延续选择题或非选择题的形式,分值约为415分。2.趋势分析预计在今后的高考中,会将化学平衡移动原理与化工生产、生活实际相结合,考查化学反应速率和平衡移动在社会生产、生活、科学等领域的应用,考生应予以重视。41化学反应速率11化学反应速率【特别提醒】(1)化学反应速率通常是指在某一段时间内的平均反应速率,而不是某一时刻的瞬时反应速率。(2)同一化学反应,在相同的反应时间内,用不同物质表示其反应速率,其数值可能不同,但这些数值所表示的意义相同。因此表示化学反应速率时,必须指明是用反应体系中的哪种物质作依据。(3)c是指反应过程中物质的消耗浓度或生成浓度,可根据反应方程式或比

4、例计算。(4)固体或纯液体(不是溶液),其浓度保持不变(可视为常数),因此不用固体或纯液体的浓度变化表示反应速率。(5)同一化学反应中,各物质表示的化学反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比,也等于各物质的浓度变化量之比。22化学平衡1.可逆反应在相同条件下,既能向正反应方向进行,同时又能向逆反应方向进行的化学反应,称为可逆反应。在可逆反应中使用。可逆反应必须是同一条件下既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应,对于在不同反应条件下进行的反应物、生成物正好相反的反应则不能认为是可逆反应。32化学平衡可逆反应的特点1.正反应和逆反应发生的条件相同。2.在可逆反应体系中,反应不能

5、进行彻底,与化学反应有关的各种物质同时存在,即反应物不能全部转化为生成物,生成物也不能全部转化为反应物。3.能量转化可逆。若正反应是吸(或放)热反应,则逆反应是放(或吸)热反应。4.对于可逆反应,可以通过改变反应条件,使之向着人们需要的反应方向最大限度地进行。2.化学平衡状态一定条件下的可逆反应,当反应进行到一定程度时,正反应速率和逆反应速率相等,反应物的浓度和生成物的浓度不再改变,我们称之为“化学平衡状态”,简称化学平衡。【规律总结】42化学平衡3.化学平衡状态的特征【规律总结】53化学平衡的移动1.化学平衡的移动(1)定义达到平衡状态的反应体系,条件改变,引起平衡状态被破坏的过程。(2)化

6、学平衡移动的过程63化学平衡的移动2.影响化学平衡移动的因素(1)温度:在其他条件不变的情况下,升高温度,化学平衡向吸热反应方向移动;降低温度,化学平衡向放热反应方向移动。(2)浓度:在其他条件不变的情况下,增大反应物浓度或减小生成物浓度,化学平衡向正反应方向移动;减小反应物浓度或增大生成物浓度,化学平衡向逆反应方向移动。(3)压强:对于反应前后总体积发生变化的化学反应,在其他条件不变的情况下,增大压强,化学平衡向气体体积减小的方向移动;减小压强,化学平衡向气体体积增大的方向移动。因压强的影响实质是对浓度的影响,所以只有当压强“改变”能造成浓度改变时,化学平衡才可能移动。(4)催化剂:由于催化

7、剂能同时同等程度地增大或减小正反应速率和逆反应速率,故其对化学平衡的移动无影响。催化剂可以缩短达到平衡所需时间。73化学平衡的移动【疑难辨析】83化学平衡的移动3.勒夏特列原理在密闭体系中,如果改变影响化学平衡的一个条件(如温度、压强或浓度等),平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。“减弱”不等于“消除”,更不是“扭转”,即平衡移动不能将外界影响完全消除,而只能减弱。94化学平衡常数与转化率104化学平衡常数与转化率【特别提醒】114化学平衡常数与转化率【特别提醒】124化学平衡常数与转化率K105反应程度很难进行反应可逆反应可接近完全(3)应用判断反应进行的限度K值大,说明反应进行的程度大,反

8、应物的转化率高。K值小,说明反应进行的程度小,反应物的转化率低。【特别提醒】134化学平衡常数与转化率【特别提醒】144化学平衡常数与转化率2.转化率对于一般的化学反应:aA+bBcC+dD,达到平衡时反应物A的转化率为(A)=A的起始浓度-A的平衡浓度A的起始浓度100%=c0(A)-c(A)c0(A)100%c0(A)为起始时A的浓度,c(A)为平衡时A的浓度154化学平衡常数与转化率【误区警示】(1)同一个反应中,反应物可有多种,但不同反应物的转化率可能不同。(2)对于一个确定的化学反应,温度一定,平衡常数一定。165化学反应进行的方向1.自发过程(1)含义在一定条件下,不需要借助外力就

9、可以自动进行的过程。(2)特点体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量);在密闭条件下,体系有从有序自发转变为无序的倾向(无序体系更加稳定)。2.化学反应方向的判据(1)焓判据放热反应过程中体系能量降低,HS(l)S(s)。熵判据:体系的混乱度增加,S0,反应有自发进行的倾向。但有些熵减的过程也能自发进行,故只用熵变来判断反应进行的方向也不全面。(3)复合判据自由能变化判据在温度、压强一定的条件下,化学反应进行的方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果,因此,把焓变和熵变判据结合起来组成的复合判据即自由能变化G,更适合对所有过程的判断。G=H-TS(T为开尔文温度),G的正、负

10、决定着反应的自发与否。G0,则反应不能自发进行。185化学反应进行的方向191化学反应速率的计算与大小比较考向1化学反应速率的计算【考向透析】11化学反应速率的计算与大小比较考向1化学反应速率的计算【考向透析】21化学反应速率的计算与大小比较考向1化学反应速率的计算1将4molA气体和2molB气体在2L容器中混合,一定条件下发生反应：2A(g)+B(g)2C(g),若经2s后测得C的浓度为0.6molL-1,现有下列说法用物质A表示的反应速率为0.3molL-1s-1用物质B表示的反应速率为0.6molL-1s-12s时物质A的转化率为70%2s时物质B的浓度为0.7molL-1其中正确的是

11、A.B.C.D.:【考法示例】31化学反应速率的计算与大小比较考向1化学反应速率的计算答案B思路分析解析由题意知,2s时C的浓度为0.6molL-1,根据化学方程式中化学计量数之比可知,B的变化浓度为0.3molL-1,进而确定2s时B的浓度是1molL-1-0.3molL-1=0.7molL-1,正确;A的变化浓度为0.6molL-1,从而求出A的转化率为30%,错误;用C表示的反应速率为0.3molL-1s-1,可推知用A表示的反应速率为0.3molL-1s-1,正确;用B表示的反应速率为0.15molL-1s-1,错误。【考法示例】41化学反应速率的计算与大小比较考向2化学反应速率的比较

12、【考向透析】51化学反应速率的计算与大小比较考向2化学反应速率的比较2对于反应A2+3B22AB3来说,下列反应速率中表示该反应进行得最快的是A.v(A2)=0.6mol/(Ls)B.v(B2)=2.7mol/(Lmin)C.v(AB3)=12mol/(Lmin)D.v(A2)=6mol/(Lmin)【考法示例】61化学反应速率的计算与大小比较考向2化学反应速率的比较【考法示例】答案A解析A项,可表示为v(A2)=36mol/(Lmin);B项,经转化可表示为v(A2)=0.9mol/(Lmin);C项,经转化可表示为v(A2)=6mol/(Lmin),故A项符合要求。71化学反应速率的计算与

13、大小比较考向2化学反应速率的比较【突破攻略】根据各物质表示的反应速率之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比,首先将不同物质表示的反应速率统一转化成同一物质的反应速率,然后看反应速率的单位是否统一,最后再比较数值的大小。82影响化学反应速率的因素1.内因(主要因素)反应物本身的性质(活化能的大小)。2.外因(其他条件不变,只改变一个条件)【考向透析】92影响化学反应速率的因素3.理论解释有效碰撞理论(1)活化分子、活化能、有效碰撞活化分子:能够发生有效碰撞的分子。活化能:如图图中E1为正反应的活化能,使用催化剂时的活化能为E3,E2为逆反应的活化能,反应热为E1-E2。【考向透析】102影

14、响化学反应速率的因素【考向透析】(2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系112影响化学反应速率的因素【考向透析】(1)催化剂有正催化剂和负催化剂之分,正催化剂即通常所说的催化剂,负催化剂又称为抑制剂。催化剂只有在适宜的温度下催化活性才最高,反应速率才达到最大。(2)固体或纯液体的浓度可视为常数,其物质的量的变化不会引起反应速率的变化,但固体颗粒的大小会影响接触面积的大小,从而影响反应速率的大小。(3)改变压强,对反应速率产生影响的原因是引起浓度的改变。对于有气体参加的反应体系,有以下几种情况:恒温时:增大压强体积缩小浓度增大反应速率增大。122影响化学反应速率的因素【考向透析】132影响化学反

15、应速率的因素【考法示例】3下列说法中正确的是A.已知t1时,反应C+CO22COH0的速率为v,若升高温度,逆反应速率减小B.恒压容器中发生反应N2+O22NO,若在容器中充入He,正逆反应的速率均不变C.当一定量的锌粉和过量的6molL-1盐酸反应时,为了减慢反应速率,又不影响产生H2的总量,可向反应器中加入一些水、CH3COONa溶液或NaNO3溶液D.对任何一个化学反应,温度发生变化,化学反应速率一定发生变化142影响化学反应速率的因素【考法示例】对改变的条件进行判断152影响化学反应速率的因素【考法示例】162影响化学反应速率的因素【突破攻略】(1)压强对反应速率的影响是通过改变气体的

16、浓度来实现的,故一般意义上的增大压强是指压缩气体的体积。(2)在比较溶液中物质的浓度对反应速率的影响时,不能只看起始时加入某物质的浓度,应该看加入后其在混合溶液中的浓度。173化学平衡状态的判断【考向透析】183化学平衡状态的判断【考向透析】3.综合分析举例mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)状态混合物体系中各成分的含量各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定平衡各物质的质量或各物质的质量分数一定平衡各气体的体积或体积分数一定平衡总压强、总体积、总物质的量一定不一定平衡正、逆反应速率的关系在单位时间内消耗了mmolA,同时生成mmolA,即v正=v逆平衡在单位时间内消耗了nmolB,

17、同时生成pmolC不一定平衡vAvBvCvD=mnpq,v正不一定等于v逆不一定平衡在单位时间内生成了nmolB,同时消耗了qmolD不一定平衡193化学平衡状态的判断【考向透析】举例mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)状态压强m+np+q时,总压强一定(其他条件一定)平衡m+n=p+q时,总压强一定(其他条件一定)不一定平衡平衡不一定平衡温度任何化学反应都伴随着能量的变化,在其他条件不变的情况下,体系温度一定(假设体系与环境无能量交换)平衡密度密度一定不一定平衡颜色含有有色物质的体系颜色不再变化平衡203化学平衡状态的判断【考向透析】(1)正反应速率与逆反应速率相等和反应混合物中各组

18、成成分的百分含量保持不变是判断可逆反应达到化学平衡状态的直接依据和核心依据,其他依据都是由这两个依据衍生而出的间接依据。(2)以下几种情况不能作为可逆反应达到化学平衡状态时的标志:反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比(同为正反应速率或逆反应速率)。恒温恒容下体积不变的反应,体系的压强或总物质的量不随时间而变化,如2HI(g)I2(g)+H2(g)。全是气体参加的体积不变的反应,气体的平均相对分子质量不随时间而变化,如2HI(g)I2(g)+H2(g)。全是气体参加的反应,恒容条件下体系的密度保持不变(因为密度始终保持不变)。213化学平衡状态的判断【考法示例】223化

19、学平衡状态的判断【考法示例】答案D解析反应达到平衡状态的关键是存在v正=v逆。A项,在任意时刻,H2、HI的反应速率之比都等于12,错误;B项,因该反应是反应前后气体体积不变的反应,故容器内总压强不随反应的进行而变化,错误;C项,因反应物和生成物都是气体,容器内物质的质量不变,容器容积不变,故气体密度不变,错误。233化学平衡状态的判断【易错警示】因没有注意从不同的方面对反应速率关系进行描述,从而误选A;因没有注意该反应是反应前后气体体积不变的反应,从而误选B;因没有注意反应体系中没有物质状态的改变,不会引起气体质量的变化,从而误选C。244化学平衡的移动【考法透析】1.外界条件的变化对速率的

20、影响和平衡移动的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:条件改变的时刻v正的变化v逆的变化v正与v逆的比较平衡移动方向浓度增大反应物的浓度增大不变v正v逆向正反应方向移动减小反应物的浓度减小不变v正v逆向逆反应方向移动增大生成物的浓度不变增大v正v逆向正反应方向移动254化学平衡的移动【考法透析】条件改变的时刻v正的变化v逆的变化v正与v逆的比较平衡移动方向压强(通过改变体积使压强变化)m+np+q增大压强增大增大v正v逆向正反应方向

21、移动减小压强减小减小v正v逆向逆反应方向移动m+np+q增大压强增大增大v正v逆向正反应方向移动m+n=p+q增大压强增大增大v正=v逆平衡不移动减小压强减小减小v正=v逆平衡不移动容积不变充入He不变不变v正=v逆平衡不移动264化学平衡的移动【考法透析】条件改变的时刻v正的变化v逆的变化 v正与v逆的比较平衡移动方向压强不变充入Hem+np+q减小减小v正v逆向逆反应方向移动m+n=p+q减小减小v正=v逆平衡不移动m+nv逆向正反应方向移动温度H0升高温度增大增大v正v逆向正反应方向移动H0升高温度增大增大v正v逆向正反应方向移动降低温度减小减小v正0PCl5(g)PCl3(g)+Cl2

22、(g)充入PCl5c(PCl5)增大,v正v逆,但压强增大不利于PCl5的分解正反应方向(PCl5)减小,(PCl5)增大n=02HI(g)H2(g)+I2(g)充入HIc(HI)增大,v正v逆,压强增大,对v正、v逆的影响相同(HI)、(HI)不变nv逆,同时压强增大更有利于NO2的转化(NO2)增大,(NO2)减小304化学平衡的移动【考法示例】5在密闭容器中,发生反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)Hp+q反应物A和B的转化率均增大m+nn+p反应物A的转化率增大mn+p反应物A的转化率减小m=n+p反应物A和B的转化率不变415化学平衡常数的计算与转化率的判断、计算考向2平衡转

23、化率的判断【考法示例】8反应X(g)+Y(g)2Z(g)H0.060475化学平衡常数的计算与转化率的判断、计算考向3平衡转化率的计算【考法示例】答案C解析实验中05min内v(N)=v(M)=1.010-3mol/(Lmin),A项错误;实验中平衡时X、Y、M、N的浓度分别为0.002mol/L、0.032mol/L、0.008mol/L和0.008mol/L,求得K=1.0,B项错误;实验中,平衡时X、Y、M、N的物质的量分别为(单位为mol,略去)0.20-a、0.30-a、a和a,则根据化学平衡常数K=1.0可求得a=0.120,则X的转化率为60%,C项正确;根据实验和,可求出700

24、和800的平衡常数,从而可确定该反应为放热反应,该反应前后气体体积不发生改变,故保持温度不变,将实验中容器容积扩大一倍(相当于向10L容器中充入X、Y的物质的量分别为0.10mol、0.15mol,设为实验),平衡不移动,X的转化率不变,实验到为升温过程,升温平衡向左移动,X的转化率降低(小于60%),则b0.060,D项错误。486等效平衡【考法透析】1.等效平衡的概念在相同条件下(恒温、恒容或恒温、恒压),同一可逆反应体系,不管是从正反应方向开始,还是从逆反应方向开始,只要按化学方程式中各物质的化学计量数之比投入反应物或生成物,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

25、量分数等)均相同,这样的化学平衡互称为等效平衡。2.等效平衡与等同平衡的异同496等效平衡条件等效条件结果恒温恒容:反应前后气体体积不相等的可逆反应,aA(g)+bB(g)cC(g)n(g)0投料换算成相同物质表示的物质的量相同回归定值两次平衡时各组分百分含量、n、c均相同完全相同等同平衡恒温恒容:反应前后气体体积相等的可逆反应,aA(g)+bB(g)cC(g)n(g)=0投料换算成相同物质表示的物质的量等比例回归定比两次平衡时各组分百分含量相同,n、c同比例变化等效平衡恒温恒压:所有有气体参加的可逆反应投料换算成相同物质表示的物质的量等比例回归定比两次平衡时各组分百分含量相同、c相同,n同比

26、例变化等效平衡【考法透析】506等效平衡【考法示例】10在体积恒定的密闭容器中,充入3molA和1molB发生反应3A(g)+B(g)xC(g),达到平衡后,C在平衡混合气体中的体积分数为。若维持温度不变,按1.2molA、0.4molB、0.6molC为起始物质。(1)若达到平衡后C的体积分数仍为,则x的值是。(填字母序号,下同)A.1B.2C.3D.4(2)若达到平衡后压强不变,C的体积分数仍为,则x的值是。A.1B.2C.3D.4516等效平衡【考法示例】52化学平衡图像题的解题方法1.化学平衡图像(1)浓度-时间图:此类图像能说明平衡体系中各组分在反应过程中的浓度变化情况。如A+BAB

27、的反应情况如图1所示,解该类图像题要注意各物质曲线出现折点(达到平衡)的时刻相同,各物质浓度变化的内在联系及比例符合化学方程式中的化学计量数关系。1(2)全程速率-时间图像:如Zn与足量盐酸的反应,反应速率随时间变化的曲线如图2所示。AB段(v增大),因该反应为放热反应,随反应的进行,温度增高,导致反应速率增大;BC段(v减小),主要原因是随反应的进行,溶液中c(H+)渐小,导致反应速率减小。故分析时要抓住各阶段的反应特点,认真分析。(3)速率-时间图:逐一改变各项条件,正逆反应速率随时间的变化情况与平衡移动方向的关系见下表以合成氨反应为例:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)Hp1。(2)“先拐先平数值大”原则对于同一化学反应在化学平衡图像中,先出现拐点的反应先达到平衡状态,先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图10所示,表示反应物的转化率)或压强较大如图11所示,(A)表示反应物A的体积分数。78图10图11图10:T2T1,正反应放热。图11:p1p2,正反应为气体体积减小的反应。(3)三看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。9