化学反应速率和化学平衡讲义-----高三专题复习

化学反应速率和化学平衡一、化学反应速率化学平衡常数（1）化学反应速率1、概念：用来衡量化学反应进行快慢的物理量，通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。（2）表示方法：(3)单位：mol/(L·s)；mol/(L·min)(4)同一化学反应用不同的物质表示时，该反应的化学反应速率可能不同。化学计量数之比等于对应物质的化学反应速率之比。2、化学平衡常数（浓度平衡常数）（1）化学平衡常数的数学表达式（2）化学平衡常数表示的意义平衡常数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。3、转化率(针对反应物而言)二、影响化学反应速率的因素1．内因：反应物本身的性质(如：硫在空气中和在氧气中燃烧的速率明显不同)。2．外因：(1)浓度：浓度大，分子之间碰撞机会增大，发生化学反应的几率加大，化学反应速率就快；因此，化学反应速率与浓度有密切的关系，浓度越大，化学反应速率越快。增大反应物的浓度，正反应速率加快。(2)温度：温度越高，反应速率越快(正逆反应速率都加快)。(3)压强：对于有气体参与的化学反应，反应体系的压强增大，反应速率增大(正逆反应速率都增大)。说明：压强的改变是通过改变反应体系的浓度起作用的，如：①缩小或增大反应体系的容积；②保持容积不变时向反应体系中加入反应物或减少反应物等。但：若保持体系容积不变，向反应体系加入惰性气体时化学反应速率不变。(4)催化剂：改变化学反应速率(对于可逆反应使用催化剂可以同等程度地改变正逆反应速率)。三、化学平衡的概念一定条件下的可逆反应，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态叫做化学平衡状态。可逆反应中旧化学平衡的破坏、新化学平衡的建立过程叫做化学平衡的移动。要从以下几个方面理解化学平衡：1．“等”处于密闭体系的可逆反应，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)≠0。这是可逆反应达到平衡状态的本质。2．“定”当一定条件下可逆反应一旦达到平衡(可逆反应进行到最大程度)状态时，在平衡体系的混合物中，各组分的含量(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特征。3．“动”指化学反应达化学平衡状态时，反应并没有停止，实际上正反应与逆反应始终在进行，且正反应速率等于逆反应速率，所以化学平衡状态是动态平衡状态。4．“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而达到平衡，也可以从逆反应方向开始而达到平衡)。当外界条件变化时，原来的化学平衡被打破，在新的条件下建立起新的化学平衡。四、化学平衡的移动——勒夏特列原理如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度)，平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。具体见表5—1。外界条件对化学平衡的影响改变影响平衡的一个条件化学平衡的移动化学平衡移动的结果增大反应物浓度向正反应方向移动反应物浓度减小，但比原来大减小反应物浓度向逆反应方向移动反应物浓度增大，但比原来小增大生成物浓度向逆反应方向移动生成物浓度减小，但比原来大减小生成物浓度向正反应方向移动生成物浓度增大，但比原来小增大体系压强向气体体积减小的方向移动体系压强减小，但比原来大减小体系压强向气体体积增大的方向移动体积压强增大，但比原来小升高温度向吸热方向移动体系温度降低，但比原来高降低温度向放热方向移动体系温度升高，但比原来低掌握其适用范围：不仅适用于化学平衡，还适用于溶解平衡、电离平衡、水解平衡等，只要与平衡有关的事实均可用该原理解释。五、影响化学平衡的条件1．浓度在其它条件不变的情况下，增大反应物的浓度，或减小生成物的浓度，都可以使平衡向着正反应方向移动；增大生成物的浓度，或减小反应物的浓度，都可以使平衡向着逆反应方向移动。2．压强有气体参与的可逆反应，在其它条件不变的情况下，增大压强，会使化学平衡向着气体体积缩小的方向移动；减小压强，会使化学平衡向着气体体积增大的方向移动。应特别注意：⑴压强对化学平衡的影响是通过改变浓度实现的。若压强改变但体系浓度不变，则平衡不移动。如：在容积和温度均不变情况下，向反应体系中加入惰性气体，虽然此时压强改变了，但，反应体系浓度未变，所以，平衡不移动。⑵在有些可逆反应里，反应前后气态物质的总体积没有变化，如在这种情况下，增大或减小压强都不能使化学平衡移动。⑶改变压强对固态物质或液态物质的体积几乎无影响。因此平衡混合物都是固体或液体时，改变压强不能使化学平衡移动。3．温度在其它条件不变的情况下，温度升高，会使化学平衡向着吸热反应的方向移动；温度降低，会使化学平衡向着放热反应的方向移动。说明：使用催化剂不影响化学平衡的移动。由于使用催化剂对正反应速率与逆反应速率影响的幅度是等同的，所以平衡不移动。但应注意。虽然催化剂不使化学平衡移动，但使用催化剂可影响可逆反应达到平衡的时间。下表是对一种具体反应的分析：对于反应(正反应为放热反应)，外界条件对化学反应速率、转化率的影响如下：改变条件改变条件的瞬间v(正)、v(逆)的变化及关系达到新平衡的过程中v(正)、v(逆)的变化反应物的转化率增加反应物A的浓度v(正)增大，v(逆)不变v(正)减小，v(逆)增大A下降，B提高增加生成物C的浓度v(正)不变，v(逆)增大v(正)增大，v(逆)减小A、B都下降增大压强v(正)、v(逆)均增大，但若①m+np+q，v(正)增大得多②m+n=p+q，v(正)、v(逆)增大幅度相同③m+np+q，v(逆)增大得多①v(正)减小，v(逆)增大②v(正)、v(逆)不改变③v(正)增大，v(逆)减小①A、B均提高②A、B均不变③A、B均下降升高温度v(正)、v(逆)均增大但v(逆)增大得多v(正)增大，v(逆)减小A、B均减小催化剂v(正)、v(逆)同等增加v(正)、v(逆)不改变A、B都不变七、化学平衡的有关计算有关化学平衡的计算包括：求平衡时各组分含量，平衡浓度、起始浓度、反应物转化率、混合气体的密度或平均相对分子质量，某物质的化学计量数等。解这类试题时要用到下列方法或规律：(1)化学平衡计算的基本方法是“始”、“变”、“平”三段分析法。如：起始ab00变化—x平衡a—x说明：a、b表示反应物的物质的量或反应物的浓度或同温同压下气体的体积。(2)化学平衡计算中用到的基本关系与定律：①各物质变化浓度之比＝反应式中的化学计量数之比；②反应物转化率＝其消耗浓度与起始浓度之比；③平衡时某组分体积分数＝该组分在平衡混合物中的物质的量的分数；④阿伏加德罗定律及其推论。(3)同一物质参与两个化学平衡的计算：要利用“同一物质”在反应②中的起始浓度＝反应①中的平衡浓度的关系，进行两次三段分析或逆向推算。(4)改变平衡条件时，气体的平均相对分子质量()变化的规律：①体系中若全为气体，据直接判断；②体系中若有固体或液体，当气体的物质的量不变时，据上式判断；当气体的物质的量改变时，则须根据混合气体中各组分气体体积比计算。八、三个浓度的关系反应物：起始浓度—转化浓度=平衡浓度生成物：起始浓度＋转化浓度=平衡浓度九、书写格式（三步法）例3.在2L密闭容器中，充入1molN2和3molH2，一定条件下发生合成氨反应，2min时达到平衡。测得平衡混合气中NH3的体积比为25%，求：1）υ(H2)2)N2的转化率3)H2在平衡时的体积分数4)平衡时容器的压强与起始时压强之比解：设N2转化的物质的量是x。N2+3H22NH3起130转x3x2x平1-x3-3x2x∵NH3%=[2x/(1-x+3-3x+2x)]×100%=25%∴2x/(4-2x)=1/4∴x=0.4molυ(H2)=3×0.4mol/(L×2min)=0.3mol/(L·min)N2的转化率=(x/1mol)×100%=40%H2%=[(3-3x)/(4-2x)]×100%=56.25%P/P0=n/n0=(4-2x)/4=4:5例4．将固体NH4I置于密闭容器中，某温度下发生下列反应：NH4I(s)＝NH3(g)+HI(g)2HI(g)H2(g)+I2(g)。平衡时[H2]=0.5mol/L，[HI]=4mol/L则[NH3]为（）A.3.5mol/LB.4mol/LC.4.5mol/LD.5mol/L解：NH4I(s)＝NH3(g)+HI(g)2HI(g)H2(g)+I2(g)起未知00起x00转xxx转2yyy平-xx平x-2yyy∴y=0.5mol/Lx=5mol/L∴[NH3]=x=5mol/L【课堂练习】1、［2012·江苏化学卷14］温度为T时，向2.0L恒容密闭容器中充入1.0molPCl5，反应PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)经一段时间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表：t/s050150250350n(PCl3)/mol00.160.190.200.20下列说法正确的是A.反应在前50s的平均速率为v(PCl3)=0.0032mol·L－1·s－1B.保持其他条件不变，升高温度，平衡时，c(PCl3)=0.11mol·L－1,则反应的△H＜0C.相同温度下，起始时向容器中充入1.0molPCl5、0.20molPCl3和0.20molCl2，达到平衡前v(正)＞v(逆)D.相同温度下，起始时向容器中充入2.0molPCl3、2.0molCl2，达到平衡时，PCl3的转化率小于80%【解析】：C本题素材似乎来源于《选修四》课本第32页习题的第8题，属于基本理论中化学平衡问题，主要考查学生对速率概念理解与计算，平衡常数概念与计算，平衡移动等有关内容理解和掌握程度。高三复习要让学生深刻理解一些基本概念的内涵和外延。A.反应在前50s内的平均速率应该是前50s内PCl3浓度变化与时间的比值，而不是PCl3物质的量的变化与时间的比值。B.相同温度下，起始时向容器中充入1.0molPCl5、0.20molPCl3和0.20molCl2应先求平衡常数K为0.025，再求浓度商（Qc）为0.02,K＞Qc,说明平衡向正反应方向移动。C.保持其他条件不变，向平衡体系中再通入0.20molH2O，与原平衡相比，平衡向右移动，达到新平衡时CO转化率增大，H2O转化率减小，H2O的体积分数会增大。D.从等效平衡的角度，先建立原容器两倍关系的模型，即与原平衡完全等效，再把容器两倍关系压缩成原容器，则平衡向逆反应方向移动，PCl3的转化率应大于80%2、［2012·江苏化学卷10］下列有关说法正确的是A.CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的△H＜0B.镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈C.N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)△H＜0，其他条件不变时升高温度，反应速率Ｖ(H2)和氢气的平衡转化率均增大D.水的离子积常数Kw随着温度的升高而增大，说明水的电离是放热反应【B解析】：本题是化学反应与热效应、电化学等的简单综合题，着力考查学生对熵变、焓变，水解反应、原电池电解池、化学反应速率的影响因素等方面的能力。A.分解反应一般是常识吸热反应，熵变、焓变都大于零，仅在高温下自发。内容来源于《选修四》P34-P36中化学方向的判断。B.铁比铜活泼，组成的原电池中铁为负极，更易被氧化。C.据平衡移动原理，升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡转化率减小。D.水的离子积常数Kw随着温度的升高而增大，说明水的电离是吸热反应，越热越电离，水的离子积常数Kw随着温度的升高而增大。3、［2012·安徽理综化学卷9］一定条件下，通过下列反应可实现燃煤烟气中硫的回收：22()2()2()(1)SOgCOgCOgs催化剂0h若反应在恒容的密闭容器中进行，下列有关说法正确的是A．平衡前，随着反应的进行，容器内压强始终不变B．平衡时，其它条件不变，分享出硫，正反应速率加快C．平衡时，其他条件不变，升高温度可提高2SO的