广东省高考化学一轮复习 专题七 化学反应速率与化学平衡课件-人教版高三全册化学课件

1、考点清单考点清单考点一化学反应速率考点一化学反应速率一、化学反应速率一、化学反应速率1.表示方法用单位时间内反应物或生成物的物质的量浓度的变化来表示,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。不管用哪种物质表示,均为正值。2.计算公式:v=。3.常用单位:mol/(Ls)或mol/(Lmin)。4.同一反应中用不同物质表示的化学反应速率之间的关系对于反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),在同一时间段内化学反应速率v(A) v(B) v(C) v(D)=a b c d,亦可表示为=,即cv(A)=av(C)。ct(A)(C)vvac二、影响化学反应速率的因素1.内因:

2、物质的结构和性质是决定化学反应速率的重要因素。2.外因:对于同一化学反应,改变外界条件可以改变化学反应速率。(1)浓度:在其他条件不变时,增大反应物的浓度,化学反应速率加快;减小反应物的浓度,化学反应速率减慢。(2)压强:对于有气体参加的反应,在其他条件不变时,增大压强会加快化学反应速率;减小压强会减慢化学反应速率。(3)温度:在其他条件不变时,升温,化学反应速率一定加快;降温,化学反应速率一定减慢。(4)催化剂:使用催化剂能改变化学反应速率。(5)其他因素:光、电磁波、超声波、反应物颗粒的大小、溶剂的性质、搅拌等。考点二化学平衡的建立与移动考点二化学平衡的建立与移动一、化学平衡1.化学平衡状

3、态在一定条件下的可逆反应里,当正反应速率与逆反应速率相等时,反应混合物中各组分的浓度保持一定的状态,叫作化学平衡状态,简称化学平衡。2.化学平衡的移动一个可逆反应达到平衡状态以后,反应条件(如温度、浓度、压强等)改变了,原平衡体系中各组分的含量也随着改变而达到新的平衡状态,这个过程叫作化学平衡的移动。平衡移动的原因:条件改变,引起v(正)、v(逆)发生不等量改变,即v(正)v(逆)时平衡才能移动。二、外界条件对化学平衡移动的影响1.勒夏特列原理:改变影响化学平衡的一个因素,平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。2.浓度:在其他条件不变时,增大反应物浓度或减小生成物浓度,可使平衡向正反应方向移动

4、;若减小反应物浓度或增加生成物浓度,可使平衡向逆反应方向移动。3.压强:在有气体参加且反应前后气体的物质的量发生改变的可逆反应中,其他条件不变时,增大压强(压缩容器体积),平衡向压强减小的方向移动,即向气体总体积减小的方向移动;反之,若减小压强(扩大容器体积),平衡向压强增大的方向移动,即向气体总体积增大的方向移动。压强对平衡的影响实质是浓度对平衡的影响,故只有当压强的改变能改变反应物或生成物的浓度时,平衡才移动。因此压强增大并不一定改变平衡,如:恒温恒容条件下通入惰性气体,此时容器体积不变,反应物及生成物浓度不变,平衡不移动;恒温恒压条件下通入惰性气体,此时容器体积增大,反应物与生成物的浓度

5、减小,平衡向气体总体积增大的方向移动。4.温度:在其他条件不变时,升高温度,平衡向使体系温度减小的方向移动,即向吸热方向移动;降低温度,平衡向使体系温度升高的方向移动,即向放热方向移动。故对于H0的反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,降低温度,平衡向逆反应方向移动;H0的反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,降低温度,平衡向正反应方向移动。5.催化剂:同等程度改变反应所需活化能,此时v正仍等于v逆,平衡不发生移动。三、化学反应进行的方向影响反应自发性的因素是焓变(H)、熵变(S)和温度(T)。反应常倾向于向体系能量减小(H0)的方向进行,但要准确判断一个反应能否自发进行,必须综合考虑H,S和

6、T这三个因素。故在恒温恒压时,有如下判据:G(吉布斯自由能)=H-TS,当G0时,反应可自发进行具体分析如下:四、平衡移动过程中的特殊情况1.固体与纯液体的“浓度”恒定,改变用量对平衡基本无影响。2.反应前后气体总分子数不变的反应如I2(g)+H2(g)2HI(g),改变压强(容器体积),不影响其平衡。H0任意温度下均能自发H0S0S0高温下自发H0S0任意温度下均不自发3.同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度,应视为压强对平衡的影响,如某平衡体系中,c(N2)=0.1molL-1、c(H2)=0.3molL-1、c(NH3)=0.2molL-1,当浓度同时增大一倍时,即让c(N2)=0.2

7、molL-1、c(H2)=0.6molL-1、c(NH3)=0.4molL-1,此时相当于压强增大一倍,平衡向生成NH3的方向移动。4.在恒容的密闭容器中,当改变其中一种气体的浓度时,必然同时引起压强改变,但判断平衡移动的方向时,仍应从浓度对平衡的影响角度去考虑。如2NO2(g)N2O4(g),平衡后,若向容器中再通入反应物NO2,使c(NO2)增大,平衡正向移动;若向容器中再通入生成物N2O4,则使c(N2O4)增大,平衡逆向移动。但由于上述两种情况下,容器内的压强都增大,重新达到平衡后,NO2的百分含量都比原平衡时要小。考点三化学平衡常数考点三化学平衡常数1.化学平衡常数在一定温度下,当一

8、个可逆反应达到化学平衡时,生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数,这个常数就是该反应的化学平衡常数,用符号K表示。对于一般的可逆反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),在一定温度下达到化学平衡时有K=。对于该化学反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)的任意状态,浓度商Qc=。若QcK,则该反应向逆反应方向进行;若Qc=K,则该反应达到平衡;若Qcv放,即v正v逆,平衡正向移动;反之,降低温度时,v吸v放,即v正v逆,反应正向移动。3.浓度的影响增大反应物的浓度,正反应速率急剧增大,然后逐渐减小,逆反应速率逐渐增大,最终v正=v逆,重新建立平衡。4.催化剂的影响催

9、化剂同等程度降低正、逆反应所需活化能,即同等程度地改变正、逆反应速率,与反应物或生成物的状态无关,如图所示。此时仍v正=v逆,平衡不移动。N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H0,在t1时刻下恒温恒容充入H2;t2时刻下恒温恒容充入He;t3时刻下恒温恒压充入He;t4时刻下升高温度;t5时刻下加入更高效催化剂的v-t图像及平衡移动如下:5.平衡状态的判断(1)本质:v正=v逆(2)绝对标识a.反应混合物中各组分的含量(如质量分数、体积分数、物质的量、物质的量分数、浓度等)保持不变,达到平衡。b.反应体系颜色不变如:有I2(g)NO2(g)等有色物质参与的反应,达到平衡。c.非恒温条件下,体

10、系温度不再改变,达到平衡。(3)相对标识以mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)为例。a.气体总压强、总体积、总物质的量不再改变,有以下两种情况:,mnpqmnpq若达到平衡若无法比较b.气体密度不再改变,依据公式气=,只有当m气或v发生改变时,才能作为判据,故常有以下四种情况:c.混合气体的平均相对分子质量不再改变,依据公式=,故常有以下三种情况:mv气,mnpqmnpq恒温恒容条件下有固体或液体参与的反应 达到平衡恒温恒容条件下无固体或液体参与的反应 无法判断恒温恒压条件下达到平衡恒温恒压条件下无法判断Mmn气气,mnpqmnpq恒温时 有固体或液体参与 达到平衡恒温时达到平衡恒温时

11、无法判断例1(2019珠海摸底考试,13)反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H0,若在恒压绝热容器中发生,下列选项表明反应一定已达平衡状态的是()A.容器内的压强不再变化B.容器内的温度不再变化C.相同时间内,断开HH键的数目和形成NH键的数目相等D.容器内气体的浓度c(N2) c(H2) c(NH3)=1 3 2解题导引分析平衡相关的题目应先关注体系所处的环境,本题体系所处的环境为恒压绝热,故反应过程中容器内压强始终不变,体积、温度均会发生改变。其次关注反应自身的特点,本题所给反应是气体分子数减少的放热反应,因此反应过程中容器的体积减小,容器内温度升高。达到平衡状态的判断是依据某个在

12、反应过程中不断变化的物理量在某一时刻后不再改变,该时刻反应达到平衡。解析体系绝热恒压,反应过程中压强一直不变,不能作为判断反应是否达平衡状态的依据,A项错误;反应处于绝热环境中,该反应本身放热,故容器内温度不断升高,当温度不再发生变化时,反应达到平衡状态,B项正确;断开HH键表示正反应方向,生成NH键也为正反应方向,不符合平衡本质:v正=v逆,C项错误;气体浓度之比等于化学计量数之比不是平衡状态的必然标志,D项错误。答案B二、化学反应速率与化学平衡图像的分析,三段式的应用1.图像类型及特点(1)速率-压强(或温度)图像特点:曲线的意义是压强(或温度)对正、逆反应速率的影响。图中交点是平衡状态,

13、压强(或温度)增大后正反应速率增大的程度大,平衡正向移动。(2)平衡转化率(或质量分数等)-压强-温度图像特点:表示两个外界条件同时变化时,A的平衡转化率的变化规律。解决这类图像题,采用“定一议二”法,即把自变量(温度、压强)之一设为恒量,讨论另外两个变量的关系。特点:曲线上的点表示平衡状态,而X、Y点则未达平衡状态,使反应由X点达到平衡状态,反应需向B的百分含量减小的方向进行;要使反应由Y点达到平衡状态,反应需向B的百分含量增大的方向进行。(3)质量分数-时间图像特点:表示不同条件下反应速率的快慢以及平衡混合物中D的质量分数大小。解题方法是“先拐先平,数值大”,即曲线先出现拐点的首先达到平衡

14、,反应速率快,以此判断温度(或压强)的高低(或大小),再依据外界条件对平衡的影响分析。2.一般平衡图像题的解题思路“四看”一看面:即看清坐标所代表的意义。二看线:看准线的走向、变化趋势及量的变化(需作辅助线、等温线、等压线等)。三看点:弄懂曲线上点的意义,特别是一些特殊点(如起点、交点、转折点、极值点等)。四看量:看横坐标和纵坐标所表示的物理量的变化。3.三段式的运用反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量分别为amol、bmol,达到平衡后,A的消耗量为mxmol,容器容积为VL。 mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)起始(mol)ab00变化(mol

15、)mxnxpxqx平衡(mol)a-mxb-nxpxqx则有:(1)平衡常数K=。(2)反应物:n(平衡)=n(起始)-n(变化);生成物:n(平衡)=n(起始)+n(变化)。(3)平衡时A的物质的量浓度:c平(A)=molL-1。(4)A的转化率:(A)=100%,A、B的转化率之比为(A) (B)= 。(5)平衡时A的体积分数:(A)=100%。(6)若反应在恒温恒容条件下进行,平衡时和开始时的压强比:=。()()-()()pqmnpxqxVVa mxb nxVV-a mxVmxamxanxb-(- - )a mxabpq m n x()()pp平衡起始(- - )abpq m n xab

16、(7)混合气体的密度:(混)=gL-1。(8)混合气体的平均摩尔质量:=gmol-1。基本步骤如下:写出有关化学平衡的化学反应方程式。确定反应物或生成物的起始加入量。确定反应过程的变化量。确定平衡量。列比例式求解。(A)(B)a Mb MVM(A)(B)(- - )a Mb Mabpq m n x例2(2018佛山一模,28)甲醇水蒸气重整制氢(SRM)系统简单,产物中H2含量高、CO含量低(CO会损坏燃料电池的交换膜),是电动汽车氢氧燃料电池理想的氢源。反应如下:反应(主):CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)H1=+49kJ/mol反应(副):H2(g)+CO2(g)C

17、O(g)+H2O(g)H2=+41kJ/mol温度高于300则会同时发生反应:CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)H3(1)计算反应的H3=。(2)反应能够在高温下自发进行的原因是,升温有利于提高CH3OH转化率,但也存在一个明显的缺点是。(3)下图为某催化剂条件下,CH3OH转化率、CO生成率与温度的变化关系。随着温度的升高,CO的实际反应生成率没有不断接近平衡状态生成率的原因是(填标号)。A.反应逆向移动B.部分CO转化为CH3OHC.催化剂对反应的选择性低D.催化剂对反应的选择性低随着温度的升高,CH3OH实际反应转化率不断接近平衡状态转化率的原因是。写出一条能提高CH3OH转化率而

18、降低CO生成率的措施:。(4)250,一定压强和催化剂条件下,1.00molCH3OH和1.32molH2O充分反应(已知此条件下可忽略反应),平衡时测得H2的物质的量为2.70mol,CO的物质的量为0.03mol,则反应中CH3OH的转化率为,反应的平衡常数为(结果保留两位有效数字)。解题导引利用盖斯定律计算反应热,判断反应能否自发进行需要综合考虑焓(H)判据与熵(S)判据。对于平衡移动的题目紧扣勒夏特列原理进行分析,催化剂不能使平衡发生移动,且催化剂具有选择性。当体系中存在多个反应并且相互之间有联系,可先假设反应分步进行,列出三段式进行分析。解析(1)根据盖斯定律,反应=反应+反应:CH

19、3OH(g)CO(g)+2H2(g)H3=H1+H2=+90kJ/mol。(2)反应自发进行的要求是G=H-TS0,S0,高温下可以自发进行。升温反应右移,当温度高于300时还会引发反应,增加CO的含量,而CO会破坏该电池的交换膜。(3)体系中的反应均为吸热反应,随着反应温度的升高,反应速率加快且反应正向移动,不会促进CO转化为甲醇,A、B项错误,CO的实际反应生成率并没有接近平衡状态的,可说明该反应使用的催化剂对反应几乎没有催化作用,C项正确、D项错误。横坐标为温度,分析时应考虑控制单一变量,即可理解为相同时间内随温度升高的CH3OH转化率。随着温度升高,反应速率加快,相同时间内实际反应的C

20、H3OH转化率更接近平衡状态的。提高n(水)/n(甲醇),可以提高甲醇转化率,同时使反应的平衡向逆反应方向移动。或采用选择性更好的催化剂,同样能达到目的。(4)假设先发生反应,有如下分析:反应:CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)n始(mol)1.001.3200n(mol)xxx3xn平(mol)1.00-x1.32-xx3x反应平衡后再发生反应,分析如下:反应:H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g)n始(mol)3xx01.32-xn(mol)0.030.030.030.03n平(mol)3x-0.03x-0.030.031.32-x+0.03n(H2)=2.

21、70mol,故3x-0.03=2.70,x=0.91,故CH3OH转化率为100%=91%。K2=,即K2=5.610-30.91mol1mol222(CO)(H)(CO )(H )ccOcc0.03 0.440.88 2.70VVVV1180答案(1)+90kJ/mol(2)反应为熵增加的吸热反应CO含量升高,破坏燃料电池的交换膜(3)C升温反应速率加快其他条件不变,提高n(水)/n(甲醇)的比例(或其他条件不变,选择更合适的催化剂)(4)91%5.610-3实践探究实践探究1.平衡图像与化工生产相结合,考查对于图像的控制变量分析及化学平衡速率、原理的掌握程度,同时体现化学理论在实际生产中对

22、反应速率、原料利用率、产物产率的指导作用。例1(2019江苏单科,15,4分)在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下,催化反应相同时间,测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是(双选)()A.反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的H0B.图中X点所示条件下,延长反应时间能提高NO转化率C图中Y点所示条件下,增加O2的浓度不能提高NO转化率D.380下,c起始(O2)=5.010-4molL-1,NO平衡转化率为50%,则平衡常数K2000解析从虚线可知,随温度升高NO平衡转化率逐渐降低,说明平衡逆向移动,则NO与O2生成NO2的反应为放热反应,H=2000,D项正确。2222( O )()(O )c Nc NOc21(O )c平衡21(O )c起始答案BD题目价值本题涉及的知识点有结合图像判断反应是吸热还是放热、平衡移动原理、化学平衡常数等;通过观察图像解决化学问题,考查了学生分析和解决化学问题的能力;基于化学图像,体现了变化观念与平衡思想的学科核心素养。2.若平衡体系中存在多个反应,则对体系中的化学反应速率、化学反应平衡进行比较时,需要考虑多个反应之间的相互作用。例2将2molH2和1molC