江苏省2011届高三化学二轮复习专题课件：专题9 化学反应速率和化学平衡

专题九化学反应速率和化学平衡考纲展示高考预测1.了解化学反应速率的概念及反应速率的定量表示方法。2.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学反应速率的影响，掌握其一般规律。3.了解可逆反应的概念及化学平衡的建立。4.理解外界条件(浓度、温度、压强等)对化学平衡的影响和规律。5.了解焓变和熵变是与反应方向有关的两种因素。6.理解化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行有关计算。化学反应速率和化学平衡问题既可以单独命题也可结合实验和实际生产生活中的化工生产命题，对这一部分既有计算，又有图象，复习中应注意影响速率和平衡因素的区别，化学平衡常数的应用和计算。化学反应速率1．表示方法对于体积不变的反应体系中的反应，用单位时间内某反应物浓度(或质量、物质的量等)的减小或某生成物浓度(或质量、物质的量等)的增大来表示。2．数学表达式vB＝ΔcBΔt。3．单位mol·L－1·min－1、mol·L－1·s－1或mol/(L·min)、mol/(L·s)。影响化学反应速率的因素1．内因反应物本身的性质。2．外因(外界条件)(1)浓度：其他条件不变时，增大反应物的浓度，加快反应速率。固态物质和纯液态物质的浓度可视为常数。(2)压强：其他条件不变时，增大气体反应体系的压强，化学反应速率增大；反之则减小。(3)温度：其他条件不变时，升高温度，化学反应速率增大。(4)催化剂：使用催化剂能同等程度地改变可逆反应的正、逆化学反应速率。化学反应的限度1．可逆反应(1)概念：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反应。(2)表示：用“”表示，如Cl2＋H2＋HClO。(3)特点：任一时刻反应物与生成物同时存在；任一组分的转化率小于100%。2．化学平衡状态(1)含义①所有反应物和生成物的质量或浓度保持不变；②正、逆反应速率相等(不等于0)。(2)化学平衡常数以aA(g)＋bcC(g)＋dD(g)为例，其数学表达式为Kc＝cc(C)cd(D)ca(A)cb(B)。(3)化学平衡常数与化学反应限度的关系。K值越大，说明反应进行得越完全。(4)平衡转化率对于上述反应中A(g)的平衡转化率[φ(A)]可表示为φ(A)＝c0(A)－c(A)c0(A)，式中c0(A)代表A的初始浓度，c(A)代表A的平衡浓度。反应条件对化学平衡的影响1.温度的影响温度对化学平衡的影响，是通过改变平衡常数来实现的。(1)升高温度对于吸热反应K增大，化学平衡向正反应方向移动；对于放热反应K减小，化学平衡向逆反应方向移动。(2)降低温度对于吸热反应K减小，化学平衡向逆反应方向移动；对于放热反应K增大，化学平衡向正反应方向移动。2．浓度的影响(1)反应物浓度增大或生成物浓度减小时，平衡向正反应方向移动；(2)反应物浓度减小或生成物浓度增大时，平衡向逆反应方向移动。3．压强的影响(1)Δvg＝0，改变压强，化学平衡状态不变。(2)Δvg0，增大压强，平衡向逆反应方向移动；减小压强，平衡向正反应方向移动。(3)Δvg0，增大压强，平衡向正反应方向移动；减小压强，平衡向逆反应方向移动。(Δvg表示气态产物系数之和与气态反应物系数之和的差)难点解读——掌握重点突破难点1．同学们常将平衡与速率两个概念混淆，它们之间实际上没有必然的联系，平衡是热力学问题，而速率是动力学问题，不能混为一谈。2．一个反应的反应热只是与反应方程式的化学计量数和外界的条件(温度、浓度、压强等)有关系。而与化学反应速率无关；同时应该注意：对于一个可逆反应来说，正反应与逆反应的反应热是不同的。3．同学们在理解等效平衡时往往出现一种误解，认为等效平衡就是各种量都相同。其实等效平衡的含义是在一定条件(恒温恒容或恒温恒压)下，只是起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后，任何相同组分的分数(体积、物质的量)均相等，这样的化学平衡互称为等效平衡。在等效平衡中，还有一类特殊的平衡，不仅任何相同组分的分数(体积、物质的量)均相同，而且相同组分的物质的量均相同，这类等效平衡又互称为同一平衡。同一平衡是等效平衡的特例。4．对化学平衡常数的考查是近几年高考的热点，理解和应用化学平衡常数应注意：(1)在化学平衡常数表达式中，各物质浓度均指平衡浓度，固体或纯液体浓度视为常数1，不出现在表达式中，还应注意分子与分母不能颠倒。(2)K只是温度的函数，只随温度的改变而改变，温度对K的影响要视反应是吸热反应还是放热反应而定。考点1化学反应速率的定性分析与定量计算【例1】在2L的密闭容器中，发生以下反应：2A(g)＋＋D(g)，若最初加入的A和B都是4mol，在前10sA的平均反应速率为0.12mol·(L·s)－1，则10s时，容器中B的物质的量是()A．3.4molB．3.2molC．2.8molD．1.2mol思维点拨：前10s消耗A的物质的量为0.12mol·L－1·s－1×10s×2L＝2.4mol，可以求得消耗B的物质的量只有A的一半，因此剩余B为4mol－2.42mol＝2.8mol。答案：C要点提醒——画龙点睛触类旁通1．对于化学反应速率，其考查点通常有三个方面：一是依据化学反应速率的定义进行有关计算，其模式是灵活运用“v＝Δc/Δt”；二是同一化学反应的速率以不同物质的浓度变化表示时，各速率值之间的关系及化学方程式的确定，其模式为“mA＋nB===pC＋qD⇒v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q”；三是考查外界条件对反应速率的影响，其模式是依据浓度、温度、压强、催化剂、接触面积以及形成原电池等因素对化学反应速率的影响进行分析判断。2．涉及外界条件对速率的影响时，影响最大的是催化剂；其次是温度，温度越高，速率越快；然后是浓度和压强。若是可逆反应，外界条件对v正和v逆的影响趋势是一样的。即若升温或增大压强(有气体参与体系)，v正、v逆均加快；若增大反应物浓度，瞬时速率v逆不变，但最终v正和v逆均加快。1．一定条件下，在体积为10L的固定容器中发生反应：N2(g)＋3H23(g)ΔH0，反应过程如图：下列说法正确的是()A．t1min时正逆反应速率相等B．X曲线表示NH3的物质的量随时间变化的关系C．0～8min，H2的平均反应速率v(H2)＝34mol/(L·min)D．10～12min，N2的平均反应速率v(N2)＝0.25mol/(L·min)解析：t1min时，只是X和Y的物质的量相等，没有达到平衡状态，说明正逆反应速率不相等；根据图象，Y表示H2的物质的量随时间的变化关系，X表示NH3的物质的量随时间的变化关系，0～8min，H2的平均反应速率v(H2)＝9800mol/(L·min),10～12min，N2的平均反应速率v(N2)＝0.0025mol/(L·min)。答案：B2．取五等份NO2，分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生反应：2NO2(g)N2O4(g)ΔH0反应相同时间后，分别测定体系中NO2的百分含量(NO2%)，并作出其随反应温度(T)变化的关系图。下列示意图中，可能与实验结果相符的是()A．①②B．②④C．①③D．②③解析：在恒容状态下，在五个相同的容器中同时通入等量的NO2，反应相同时间。那么则有两种可能，一是已达到平衡状态，二是还没有达到平衡状态，仍然在向正反应移动。假若，5个容器在反应相同时间下，均已达到平衡，因为该反应是放热反应，温度升高，平衡向逆反应方向移动，NO2的百分含量随温度升高而升高，所以②正确；假若，5个容器中有未达到平衡状态的，那么温度越高，反应速率越快，会出现温度高的NO2转化得快，导致NO2的百分含量减少的情况。在④中，图中的转折点为平衡状态，转折点左侧则为未平衡状态，右侧则为平衡状态，④正确。答案：B考点2化学平衡常数的计算和应用【例2】(2010·北京，12)某温度下，H2(g)＋CO2H2O(g)＋CO(g)的平衡常数K＝94。该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，投入H2(g)和CO2(g)，其起始浓度如下表所示。起始浓度甲乙丙c(H2)(mol/L)0.0100.0200.020c(CO2)(mol/L)0.0100.0100.020下列判断不正确的是()A．平衡时，乙中CO2的转化率大于60%B．平衡时，甲中和丙中H2的转化率均是60%C．平衡时，丙中c(CO2)是甲中的2倍，是0.012mol/LD．反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢解析：本题考查化学平衡常数及转化率的计算，意在考查考生对数据的分析和处理能力。设平衡时甲中CO2的转化浓度为xmol/L，则平衡时H2、CO2、H2O、CO的浓度分别为(0.01－x)mol/L、(0.01－x)mol/L、xmol/L、xmol/L，根据平衡常数K＝x×x(0.01－x)×(0.01－x)＝94，解得x＝0.006，则甲中CO2的转化率为0.0060.01×100%＝60%，由于乙相对于甲增大了c(H2)，因此CO2的转化率增大，A项正确；设平衡时丙中CO2的转化浓度为ymol/L，则平衡时H2、CO2、H2O、CO的浓度分别为(0.02－y)mol/L、(0.02－y)mol/L、ymol/L、ymol/L，根据平衡常数K＝y×y(0.02－y)×(0.02－y)＝94，解得y＝0.012，则丙中CO2的转化率为0.0120.02×100%＝60%，B项正确；平衡时甲中c(CO2)＝0.01－0.006＝0.004(mol/L)，丙中c(CO2)＝0.02－0.012＝0.008(mol/L)，C项错误；反应开始时，丙中反应物浓度最大，反应速率最快，甲中反应物浓度最小，反应速率最慢，D项正确。答案：C要点提醒——画龙点睛触类旁通(1)K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。(2)K值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，它的正反应进行的程度越大，即反应进行得越完全，反应物转化率越大；反之，就越不完全，转化率越小。(3)K与反应热效应的关系：若正反应为吸热反应，升高温度，K值增大；若正反应为放热反应，升高温度，K值减小。3．一定条件下，在体积为3L的密闭容器中，一氧化碳与氢气反应生成甲醇(催化剂为Cu2O/ZnO)：根据题意完成下列各题：(1)反应达到平衡时，平衡常数表达式K＝________________________，升高温度，K值________(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)500°C时，从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H2)＝(3)在其他条件不变的情况下，将处于E点的体系的体积压缩到原来的1/2，下列有关该体系的说法正确的是________。a．氢气的浓度减小b．正反应速率加快，逆反应速率也加快c．甲醇的物质的量增加d．重新平衡时n(H2)/n(CH3OH)增大(4)据研究，反应过程中起催化作用的为Cu2O，反应体系中含少量CO2有利于维持催化剂Cu2O的量不变，原因是：用化学方程式表示)。解析：(1)根据温度升高，甲醇的量减小，说明升高温度平衡左移，K值减小。(2)v(CH3OH)∶v(H2)＝1∶2⇒v(H2)＝23nBtB＝2nB3tBmol·L－1·min－1。(3)增大压强，平衡正向移动，且v正、v逆都增大。(4)CO2可抑制CO与Cu2O反应。答案：(1)cCH3OHcCO·c2H2减小(2)2nB3tBmol·L－1·min－1(3)bc(4)Cu2O＋＋CO2考点3化学反应速率和化学平衡有关的图象【例3】已知：4NH3(g)＋5O24NO(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1025kJ·mol－1，该反应是一个可逆反应。若反应物起始物质的量相同，下列关于该反应的示意图不正确的是()思维点拨：从题给的可逆反应方程式看：温度升高平衡向逆反应方向移动，使NO含量降低而不是升高。压强增大平衡逆向移动，NO含量降低，达平衡所需时间短。使用催化剂可加快反应速率，所以达到平衡所需时间短。答案：C规律提示——善于总结养成习惯化学平衡图象的解题步骤解图象题三步曲：“一看”、“二想”、“