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1、化学反应速率与化学平衡知识点归纳化学反应速率与化学平衡 化学反应速率与化学平衡考点归纳 一、化学反应速率 v=. 化学反应速率的概念及表示方法：通过计算式： 来理解其概念： 化学反应速率与反应消耗的时间(t)和反应物浓度的变化(c)有关； 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) = mnpq
2、 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. . 影响化学反应速率的因素： 化学反应速率的单位是由浓度的单位(molL)和时间的单位(s、min或h)决定的，可以是molLs111DcDt、molLmin或molLh，在计算时要注意保持时间单位的一致性 1111对于某一具体的化学反应，可以用每一种反应物和每一种生成物的浓度变化来表示该反应的化学反应速率，虽然得到的数值大小可能不同，但用各物质表示的化学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 如对于下列反应： mA + nB pC + qD 有：n(A)n
3、(B)n(C)n(D)mnpq 或： v(A)v(B)v(C)v(D)=mnpq化学反应速率不取负值而只取正值 在整个反应过程中，反应不是以同样的速率进行的，因此，化学反应速率是平均速率而不是瞬时速率 有效碰撞 化学反应发生的先决条件是反应物分子(或离子)之间要相互接触并发生碰撞，但并不是反应物分子(或离子)间的每一次碰撞都能发生化学反应能够发生化学反应的一类碰撞叫做有效碰撞 活化分子 能量较高的、能够发生有效碰撞的分子叫做活化分子 说明 活化分子不一定能够发生有效碰撞，活化分子在碰撞时必须要有合适的取向才能发生有效碰撞活化分子在反应物分子中所占的百分数叫做活化分子百分数当温度一定时，对某一反
4、应而言，活化分子百分数是一定的活化分子百分数越大，活化分子数越多，有效碰撞次数越多 影响化学反应速率的因素 I. 决定因素：反应物本身的性质 . 条件因素 压强 对于有气体参与的化学反应，其他条件不变时，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， 1 化学反应速率与化学平衡 加压反应速率就不变.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
5、分数，使得有效碰撞次数增多，故反应速率加大.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 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，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. 图表如下： 影响因素 反应物本
6、身的性质 对化学反应速率的影响 不同的化学反应有不同的反应速率 说明或举例 Mg粉和Fe粉分别投入等浓度的盐酸中时，Mg与盐酸的反应较剧烈，产生H2的速率较快 增大(减小)反应物浓度，单位体积内活化分子数增多其他条件不变时，增大(减浓 度 小)反应物的浓度，反应速率增大(减小) (减少)，有效碰撞次数增多(减少)，但活化分子百分数不变固体的浓度可认为是常数，因此反应速率的大小只与反应物之间的接触面积有关，而与固体量的多少无关改变固体的量不影响反应速率 温度一定时，对于有气体参压 强 改变压强，实际是改变气体的体积，使气体的浓度改加的反应，增大(减小)压强，变，从而使反应速率改变改变压强，不影响
7、液体或固反应速率增大(减小) 体之间的反应速率 通常每升高10，反应速率增大到原来的24倍升温，使反应速率加快的原因有两个方面：a升温后，温 度 升高(降低)反应温度，反应速率增大(减小) 反应物分子的能量增加，部分原来能量较低的分子变为活化分子，增大了活化分子百分数，使有效碰撞次数增多(主要方面)；b升高温度，使分子运动加快，分子间的碰撞次数增多(次要方面) 催化剂 增大化学反应速率 催化剂增大化学反应速率的原因：降低了反应所需的能 2 化学反应速率与化学平衡 量(这个能量叫做活化能)，使更多的反应物分子成为活化分子，增大了活化分子百分数，从而使有效碰撞次数增多 光、反应物颗粒的大小等 将反
8、应混合物进行光照、将块状固体粉碎等均能增大化学反应速率 AgBr、HClO、浓HNO3等见光分解加快，与盐酸反应时，大理石粉比大理石块的反应更剧烈 二、化学平衡状态 前提密闭容器中的可逆反应 条件一定条件的T、P、c 影响化学平衡的因素 本质V(正)=V(逆)0 特征表现各组分的质量分数不变 化学平衡可以用五个字归纳： 逆：研究对象是可逆反应 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； 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. a绝大多数化学反应都有一定程度的可逆性，但有的逆反应倾向较小，从整体看实际上是
9、朝着同方向进行的，例如NaOH + HCl NaCl + H2O b有气体参加或生成的反应，只有在密闭容器中进行时才可能是可逆反应如CaCO3受热分解时，若在敞口容器中进行，则反应不可逆，其反应的化学方程式应写为：CaCO3进行时，则反应是可逆的，其反应的化学方程式应写为：CaCO3CaO + CO2；若在密闭容器CaO + CO2 可逆反应的特点：反应不能进行到底可逆反应无论进行多长时间，反应物都不可能100地全部转化为生成物 1.化学平衡状态 定义：一定条件(恒温、恒容或恒压)下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物(包括反应物和生成物)中各组分的质量分数(或体积分数)保持不变
10、的状态 化学平衡状态的形成过程：在一定条件下的可逆反应里，若开始时只有反应物而无生成物，根据浓度对化学反应速率的影响可知，此时的浓度逐渐增大，则正正最大而逆逆为0随着反应的进行，反应物的浓度逐渐减小，生成物正越来越小而越来越大当反应进行到某一时刻，逆，各物质的浓度不再发生改变，反应混合物中各组分的质量分数(或体积分数)也不再发生变化，这时就达到了化学平衡状态 3 化学反应速率与化学平衡 2.化学平衡的标志： 、速率标志：v正v逆0； 、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； 、反应物的转化率、生成物的产率不再发生变化； 、反应物反应时破坏的化学键与逆反应得到的反应物
11、形成的化学键种类和数量相同； 、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. 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 3.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 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
12、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m molA同时生成m molA，即v正=v逆平衡 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 vA:vB:vC:vD=m:n:p:q，v正不一定等于v逆 不一定平衡 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 m+np+q时，总压力一定平衡 m+n=p+q时， 总压力一定不一定平衡 混合气体的平均分子量一定，当m+np+q时，平衡 当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
13、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 判断可逆反应达到平衡状态的方法和依据图表 例举反应 mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 各物质的物质的量或各物质的物质的量的分数一定 混合物体系中 各成分的含量 各物质的质量或各物质质量分数一定 各气体的体积或体积分数一定 总体积、总压力、总物质的量一定 平衡 平衡 平衡 不一定平衡 4 化学反应速率与化学平衡 在单位时间内消耗了m molA同时生成m molA，即V(正)=V(逆) 正、逆反应 速率的关系 在单位时间内消耗了n molB同时消耗了p molC，则V(正)=V(逆) V(A):V(B):V(C):V(D
14、)=m:n:p:q，V(正)不一定等于V(逆) 在单位时间内生成n molB，同时消耗了q molD，因均指V(逆) 压强 混合气体平均相对分子质量Mr 温度 体系的密度 其他 4化学平衡移动 勒夏特列原理：如果改变影响平衡的一个条件，平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动.其中包含： 影响平衡的因素：浓度、压强、温度三种； 原理的适用范围：只适用于一项条件发生变化的情况，当多项条件同时发生变化时，情况比较复杂； 平衡移动的结果：只能减弱外界条件的变化. 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： 影响化学平衡移动的
15、条件 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. 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 b + c ： A的转化率增大； 若a c+d，A、B的转化率都增大； 若a+bc+d，A、B的转化率都增大，若a+bc+d，A、B的转化率都减小 同一个化学反应，等量加入反应物时，在恒压容器中的转化率总是大于等于在恒容容器中的转化率，当且仅当反应的n=0
16、时转化率相等. 对以上3种情况可分别举例，可加深对概念的理解： 例1：某恒温恒容的容器中，建立如下平衡：2NO2 N2O4，在相同条件下， 若分别向容器中通入一定量的NO2气体或N2O4气体，重新达到平衡后，容器内N2O4的体积分数比原平衡时 A都增大 B都减小 C前者增大后者减小 D前者减小后者增大 解析：2NO N2O2还是N2O4气体，可视为加压，平衡都向右移动，达到新平衡时NO2的转化率都增大.答案选A 例2：一定温度下，将a mol PCl5通入一个容积不变的反应器中，达到如下平衡：PCl5 PCl3+Cl2，测得平衡混合气体压强为p1，此时再向反应器中通入a mol PCl5，在温
17、度不变的条件下再度达到平衡，测得压强为p2，下列判断正确的是 A. 2p1p2 B. PCl5的转化率增大 C. 2p1p2 D. PCl3%减少 解析：PCl5 PCl3+Cl2是气体体积增大的可逆反应.如反应达到平衡后，再向密闭容器中加入PCl5， PCl3的物质的量会有增加，此时可视为加压，平衡向左移动，反应达到新的平衡时PCl5在平衡混合物中的百分含量也较原平衡时有所增加，但PCl5的转化率降低.答案选A 例3： 2HI H2+I2是气体体积不变的可逆反应，反应达到平衡后，再向固定密闭容器中加入HI，使c的浓度增大，HI平衡转化率不变.对于气体体积不变的可逆反应，反应达到平衡后增加反应
18、物，达到新的化学平衡时反应物的转化率不变. 应注意的是，实际应用时，题目所给的条件并不向上面总结的那么理想化，因此应该利用等效平衡知识具体问题具体分析. 6 化学反应速率与化学平衡 压强变化对于转化率的影响 对于可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)，在压强变化导致平衡移动时，充入“惰性气体”化学平衡朝哪个方向移动？转化率如何变化？可归纳为以下两方面： 1. 恒温恒容条件下充入“惰性气体”，化学平衡不移动.因平衡体系的各组分浓度均未发生变化，故各反应物转化率不变. 2. 恒温恒压条件下充入“惰性气体”，化学平衡向气体体积增大的方向移动.因为此时容器容积必然增大，相当于对反应体系
19、减压，继而可判断指定物质的转化率变化. 变式训练： 1、在一容积可变的密闭容器中，通入1molX和3molY，在一定条件下发生如下反应：X(g)+3Y(g) 2Z(g)，到达平衡后，Y的转化率为a%，然后再向容器中通入2molZ，保持在恒温恒压下反应，当达到新的平衡时，Y的转化率为b%.则a与b的关系是 Aab Bab Cab D不能确定 2、两个体积相同的密闭容器A、B，在A中充入SO2和O2各1mol，在B中充入SO2和O2各2 mol，加热到相同温度，有如下反应2SO2(g)+ O2(g) 2SO3(g)，对此反应，下述不正确的是 A反应速率BA BSO2的转化率BA C平衡时各组分含量
20、B = A D平衡时容器的压强BA 3、一定量混合气体在密闭容器中发生如下反应：xA(气)+yB(气) nC(气)，达到平衡后，测得A气体的浓度为0.5mol/L.保持温度不变将容器的容积扩大1倍，再达平衡时，测得A气体的浓度为0.3mol/L，则下列叙述中正确的是 A、x+yp+q.若转化率降低，系数关系 m+np+q m+n=p+q 任意条件 等效平衡条件 等量加料 等比加料 pC(g)qD(g)，在两种不同起始状态下反应，达平衡后互为等效平衡 8 化学反应速率与化学平衡 则表示m+n10时，反应可以认为进行完全 1、化学平衡常数 化学平衡常数的数学表达式 化学平衡常数表示的意义 平衡常数
21、数值的大小可以反映可逆反应进行的程度大小，K值越大，反应进行越完全，反应物转化率越高，反之则越低. 2、有关化学平衡的基本计算 (1)物质浓度的变化关系 反应物：平衡浓度起始浓度-转化浓度 生成物：平衡浓度起始浓度+转化浓度 其中，各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中物质的计量数之比. (2)反应的转化率()：100 a =(3)在密闭容器中有气体参加的可逆反应，在计算时经常用到理想气体方程式： pV=nRT 根据这个方程式可以定性甚至定量地比较气体的性质、参数 (4)计算模式 浓度(或物质的量等) aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g) 5 化学平衡计算题求解技巧 反应物转化的
22、物质的量反应物起始的物质的量 起始 m n 0 0 转化 ax bx cx dx 平衡 m-ax n-bx cx dx 根据“三段式”可以求出关于这个可逆反应的某种物质的反应速率、转化率、质量分数以及反应的平衡常数等 技巧一：三步法 三步是化学平衡计算的一般格式，根据题意和恰当的假设列出起始量、转化量、平衡量.但要注意计算的单位必须保持统一，可用mol、mol/L，也可用L. 例1 X、Y、Z为三种气体，把a mol X和b mol Y充入一密闭容器中，发生反应X + 2Y 平衡时，若它们的物质的量满足：n+ n= n，则Y的转化率为 2Z，达到 11 化学反应速率与化学平衡 A、 B、 10
23、0%、 C100%、 D100%解析：设Y的转化率为a a+b52(a+b)5b2(a+b)52(a+b)100%5aX + 2Y 2Z 起始 a b 0 1ba 转化 ba ba 21bab-ba ba 平衡a- 22(a+b)1100%故应选B. 依题意有：a- + b-ba = ba， 解得：a= .ba5b2技巧二：差量法 差量法用于化学平衡计算时，可以是体积差量、压强差量、物质的量差量等等. 例2 某体积可变的密闭容器，盛有适量的A和B的混合气体，在一定条件下发生反应：A + 3B 2C，若维持温度和压强不变，当达到平衡时，容器的体积为V L，其中C气体的体积占10%，下列推断正确的
24、是 原混合气体的体积为1.2V L 原混合气体的体积为1.1V L 反应达平衡时,气体A消耗掉0.05V L 反应达平衡时，气体B消耗掉0.05V L A、 B、 C、 D、 解析： A + 3B 2C V 起始 1 3 2 2 平衡 0.05V 0.15V 0.1V 0.1V 所以原混合气体的体积为V L + 0.1V L = 1.1V L，由此可得：气体A消耗掉0.05V L，气体B消耗掉0.15V L.故本题选A. 变式 某温度下，在密闭容器中发生如下反应，2A(g)2B(g)C(g)，若开始时只充入2 mol A气体，1.2mol2.4mol达平衡时，混合气体的压强比起始时增大了20，
25、则平衡时A的体积分数为 . 解析：等温度、等体积时，压强增大了20，也就是气体的物质的量增多了2 mol20=0.4 mol，即平衡时气体的物质的量变为2.4 mol. 2A(g) 2B(g) + C(g) n 2 2 1 1 变化 0.8 0.4 平衡时，n(A)=2 mol0.8 mol =1.2 mol，n(总)=2.4 mol，故A的体积分数为： 100=50. 技巧三：守恒法 1、质量守恒 例3、a mol N2与b mol H2混合，要一定条件下反应达到平衡，生成了c mol NH3，则NH3在平衡体系中质量分数为 17c17c100%100%A、 B、 28a+2b-17c28a
26、+2b 12 化学反应速率与化学平衡 C、 D、 100%解析：由质量守恒定律可知：在平衡体系中的混合气体总质量应等于反应前N2和H2混合气的总质量.即ca+b+c34c100%28a+2b100%故本题应选B. NH3在平衡体系中的质量分数为 .2、原子个数守恒 例4 加热时，N2O5可按下列分解：N2O5 N2O3 + O2、N2O3又可按下列分解： N2O3 N2O + O2.今将 17c28a+2b4 molN2O5充入一升密闭容器中，加热至 t时反应达到了平衡状态.平衡时，c= 4.5 mol/L, c= 1.62 mol/L,c= _ mol/L，此时N2O5的分解率为 _. 解析
27、：N2O5的起始浓度为c=4mol/L，平衡时的气体成份及浓度为： 达平衡时的气体成份：N2O5 N2O3 N2O O2 平衡浓度 x 1.62 y 4.5 由N原子守恒：2x+1.622+2y=24 由O原子守恒：5x+1.623+y+4.52=54 解得：x = 0.94 mol/L，y = 1.44 mol/L，所以，c= 1.44 mol/L，N2O5的分解率100%=76.5%为： . 变式 一定温度下，反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)达到平衡时，n(SO2):n(O2):n(SO3)=2:3:4.缩小体积，反应再次达到平衡时，n(O2)=0.8 mol，n(SO3)=1.4 mol，此时SO2的物质的量应是( ) A0.4 mol B0.6 mol C0.8 mol D1.2 mol 解析：设第一次平衡时n(SO2)、n(O2)、n(SO3)分别为2xmol、3xmol、4xmol，第二次平衡时n(SO2)=ymol. 由O元素守恒得：2x23x24x3=2y0.821.43 由S元素守恒得：2x4x=y1.4 解得：x=0.3，y=0.4.答案：A. 变式 一定条件下，在一密闭容器中通入一定量SO2和O2的混合气体，发生如下反应： 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) H 4 + n，即n 3.故选A. 技巧五：赋值法
