化学反应速率和平衡花很长时间整理的经典

PAGE17PAGE化学反应速率和平衡化学反应速率定义、化学反应速率用单位时间内反应物或生成物的物质的量的变化来表示，在体积不变的反应器中，通常是用单位时间内反应物物质的量浓度的减少或生成物物质的量浓度的增加来表示，即：单位：或定义：数学表达式。单位：例1：在密闭容器中，合成氨的反应开始时氮气的浓度为8，氢气的浓度为20，5分钟后氮气的浓度为6，求1、这个反应中氮气的反应速率？2、这五分钟内氮气的反应速率是相同的么？规律：在同一反应中，用不同的物质表示反应速率的数值之比等于化学方程式中相对应物质的化学计量数之比。如化学反应，v(A):v(B):v(C):v(D)=a:b:c:d。计算时用到三行式:起始浓度（物质的量）、反应浓度（物质的量）、结束浓度（物质的量）。例2：把0.6molX气体和0.4molY气体混合于2L容器中，使它们发生如下反应：5min末已生成0.2molW,若测知以Z的浓度变化来表示的平均反应速率为0.01,则上述反应中Z气体的计量系数n的值是上述反应在5min末时，已反应掉的Y值占原来Y的百分比是二、判断化学反应方向的依据【引入】：自然界中有许多现象是可以自发进行的，请结合自己的生活经验举例说明.自然界中水总是从高处往低处流电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动室温下冰块自动融化墨水扩散食盐溶解于水火柴棒散落化学反应中镁条燃烧、酸碱中和、铁器暴露在潮湿空气中生锈、甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧、锌与CuSO4溶液反应生成Cu和ZnSO4等，这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的.化学反应的方向.1.自发过程：在一定条件下，不借助外部力量就能自动进行的过程.2.自发反应：在一定的条件下无需外界帮助就能自动进行的反应.【过渡】：如何判断一个过程，一个反应能否自发进行？二、判断化学反应方向的依据.【交流与讨论】：酸碱中和、镁条燃烧等这些一定条件下能自发发生的反应有何共同特点？△H<O即放热反应放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定，△H<O有利于反应自发进行.1.焓判据(能量判据).体系趋向于从高能状态转变为低能状态（这时体系会对外做功或者释放热量～△H﹤0）【设问】：自发反应一定要△H<O？NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)H=＋37.30kJ/mol【结论】：△H<O有利于反应自发进行，但自发反应不一定要△H<O.焓变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素.为了解释这样一类与能量状态的高低无关的过程的自发性，科学家们提出了在自然界还存在着另一种能够推动体系变化的因素→熵.2.熵判据.(1).熵：体系混乱度的量度，即熵是用来描述体系的混乱度.符号：S单位：J•mol-1•K-1.体系混乱度越大，熵值越大；体系混乱度越小，熵值越小.(2).熵变：反应前后体系熵的变化.同一物质，S（g）﹥S（l）﹥S（s）产生气体的反应、气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值（△S＞0），为熵增加反应.【设问】：火柴散落、墨水扩散过程混乱度如何变化？从混乱度变化角度分析它们为什么可以自发？自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理，也就是反应方向判断的熵判据.(3).熵判据:混乱度越大越稳定，△S>0有利于反应自发进行【设问】：CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g)这个反应能否自发进行？已知：△H(298K)=+178.2KJ•mol,△S(298K)=169.6J•mol-1•K-1【结论】：△S>O有利于反应自发进行,自发反应不一定要△S>O.熵变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素.3.复合判据（自由能变化）.△G=△H—T△S当△G<0时，反应自发进行当△G>0时，反应不自发进行当△G=0时，平衡状态温度对反应自发性的情况:类型△H△S△H—T△S反应的自发性1-+永远是—任何温度都是自发反应2+-永远是+任何温度下都是非自发反应3--高温+低温—高温是非自发反应低温是自发反应4++高温—低温+高温是自发反应低温是非自发反应【注意点】：(1).反应的自发性只能用于判断反应发生的方向，不能确定反应是否一定会发生和反应发生的速率.如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，其发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现.(2).在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰时体系的性质.如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果.如水泵可以把水从低水位升至高水位；高温高压石墨转化为金刚石的例子，实现后者的先决条件是要向体系中输入能量，该过程的本质仍然是非自发性的.完成P42表2－5.【课堂练习】：1.下列过程是非自发的是A.水由高处向低处流B.天然气的燃烧C.铁在潮湿空气中生锈D.室温下水结成冰2.碳酸铵〔（NH4）2CO3〕在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是A.其分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大B.其分解是因为外界给予了能量C.其分解是吸热反应，据能量判据不能自发分解D.碳酸盐都不稳定，都能自发分解3.下列说法正确的是A.凡是放热反应都是自发的，由于吸热反应都是非自发的B.自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减少或不变C.自发反应在恰当条件下才能实现D.自发反应在任何条件下都能实现4.自发进行的反应一定是A.吸热反应B.放热反应C.熵增加反应D.熵增加或者放热反应四、影响化学反应速率的因素内因：不同的化学反应具有不同的反应速率，参加反应的物质的性质是决定化学反应速率的主要因素。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。a．浓度：其他条件不变时，增大反应物的浓度或增加生成物的浓度都可以增大反应速率。注意①浓度是指气体或溶液的浓度，固体与纯液体不能用浓度表示，因为固体和纯液体的浓度是一个常数，所以一般不考虑固体和纯液体量的增减对化学反应速率的影响。②增加浓度只增加活化分子的数目，不会增加活化分子的百分数。③增加浓度正逆反应速率都增加但增加的幅度不同。b．温度：升高温度可以加快化学反应速率。实验测得：温度每升高10度，化学反应速率通常增大到原来的2~4倍。正逆速率都加快。但正逆速率增加的幅度不同。c．压强：对于有气体参加的反应，当温度不变时，增大压强相当减小体积等于增大了单位体积内气体的浓度，也会加快化学反应速率。PV=nRT例如C(s)+H2O(g)==CO(g)+H2(g)恒T恒V：充入水蒸气速率增大；增加碳的量速率不变，充入惰性气体速率不变。恒P充惰性气体：体积变大，浓度变小，速率变小。注意：P改变，只有使浓度发生了变化，速率才会改变。d．催化剂：绝大多数催化剂都加快反应速率，极少数催化剂减慢反应速率。e．其他因素：光、超声波、放射线、电磁波、反应物颗粒的大小、扩散速度、溶剂效应等因素也能影响反应速率。（1）浓度以2SO2(g)+O2(g)eq\o(,\s\up9(V2O5),\s\do9(△))2SO3(g)为例vv正v逆v平c(反应物)↑c(反应物)↓c(生成物)↑c(生成物)↓tvv逆v平0反应物的浓度只对正反应速率有影响，生成物的浓度只对逆反应速率有影响。v正v逆v平p↑p↓tv0（2）压强以2SO2(g)+O2(g)eq\o(,\s\up9(Vv正v逆v平p↑p↓tv0v正v逆v平T↑T↓tv0（3）温度以2SO2(g)+O2(g)eq\o(,\s\up9(Vv正v逆v平T↑T↓tv0以2SO2(g)+O2(g)eq\o(,\s\up9(V2O5),\s\do9(△))2SO3(g)为例v正v逆v正v逆v平催化剂tv0注意：外界条件改变对化学反应速率的影响，要注意以下几点：①当正反应速率增大时，逆反应速率也必然随之增大，绝不可能一个增大另一个减小。②固体或纯液体量的改变不会引起其浓度改变，所以它的量的改变不会引起反应速率的变化。③对于没有气体参加的反应，压强改变，一般不会引起体积的变化，对浓度也没影响，所以压强改变不会影响其化学反应速率。压强对有气体参加的化学反应速率的影响，实质上是指对容器体积的改变，引起气体浓度的改变，从而影响反应速率，不要误认为只要体系压强增大，反应速率一定增大。【例1】盐酸与碳酸钠固体反应时，能使反应的最初速率明显加快的是()A．增加碳酸钠固体的量B．盐酸的量增加一倍C．盐酸的用量减半浓度加倍D．改用浓硫酸【变式训练1】（09广东理科基础29）已知汽车尾气无害化处理反应为下列说法不正确的是（）A．升高温度可使该反应的逆反应速率降低B．使用高效催化剂可有效提高正反应速率C．反应达到平衡后，NO的反应速率保持恒定D．单位时间内消耗CO和CO2的物质的量相等时，反应达到平衡【变式训练2】硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为：Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+SO2+S↓+H2O,下列各组实验中最先出现浑浊的是（）实验反应温度/℃Na2S2O3溶液稀H2SO4H2OV/mLc/（mol·L-1）V/mLc/（mol·L-1）V/mLA2550.1100.15B2550.250.210C3550.1100.15D3550.250.210【例3】反应A+3B=2C+2D在四种不同情况下的反应速率分别为:v(A)=0．15mol(L·s)-1v(B)=0．6mol(L·s)-1v(C)=0．4mol(L·s)-1v(D)=0．45mol(L·s)-1。该反应进行的快慢顺序为。【变式训练3】2SO2(g)+O2(g)eq\o(,\s\up9(V2O5),\s\do9(△))2SO3(g)是制备硫酸的重要反应。下列叙述正确的是A．催化剂V2O5不改变该反应的逆反应速率B．增大反应体系的压强、反应速度一定增大C．该反应是放热反应，降低温度将缩短反应达到平衡的时间D．在t1、t2时刻，SO3(g)的浓度分别是c1、c2，则时间间隔t1～t2内，SO3(g)生成的平均速率为【变式训练4】一定温度下，对于反应N2+O22NO在密闭容器中进行，下列措施能加快反应速率的是：（）A．缩小体积使压强增大B．恒容，充入N2C．恒容，充入He气D．恒压，充入He气【变式训练5】与发生氧化还原反应生成和的速率如图所示，已知这个反应速率随着溶液中的增大而加快。（1）反应开始时，反应速率加快的原因是。（2）反应后期时，反应速率下降的原因是。【变式训练6】（13天津卷）对平衡CO2（g）CO2（aq）；△H=-19.75kJ/mol，为增大二氧化碳气体在水中的溶解度，应采用的方法是（）A．升温增压B．降温减压C．升温减压D．降温增压【例6】某温度时，在2L容器中X、Y、Z三种物质的量随时间的变化曲线如图2-1所示。由图中数据分析，该反应的化学方程式为：。反应开始至2min，Z的平均反应速率为。【小结】确定化学反应方程式的步骤及方法是：(1)反应物和生成物的确定。方法是：反应物的物质的量、质量或浓度随反应的进行不断减小；生成物的上述量随反应的进行不断增加(2)反应方程式[如：aA(g)+bB(g)——cC(g)+dD(g)]各物质化学计量数的确定。方法是：a：b：c：d(化学计量数之比)=△nA：△nB：△nC：△nD(物质的量的变化量之比)=△cA：△cB：△cC：△cD(物质的量浓度的变化量之比)=vA：vB：vC：vD(反应速率之比)五、化学平衡（一）、可逆反应1．概念：在条件下，既能向方向进行，同时又能向方向进行的反应称为可逆反应。2．表示：采用“”表示，如：Cl2+H2OH++Cl-+HClO3．特点：可逆反应在同一体系中同时进行。可逆反应进行一段时间后，一定会达到状态（二）、化学平衡状态在下的反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应体系中所有参加反应的物质的（溶液中表现为）保持恒定的状态。在平衡时，反应物和生成物均处于中，反应条件不变，反应混合物的所有反应物和生成物的或保持不变（三）、化学平衡的特征1．逆：研究对象必须是反应2．动：化学平衡是平衡，即当反应达到平衡时，正反应和逆反应仍都在进行(可通过证明)3．等：正反应速率等于逆反应速率>04．定：反应混合物中，各组分的或保持一定5．变：化学平衡状态是有条件的、相对的、暂时的，改变影响平衡的条件，平衡会被破坏，直至达到新的平衡。6．同：在恒温恒容时，根据化学方程式的化学计量关系，采用极限思维的方法，换算成反应物或生成物后，若对应各物质的物质的量相同时，达到平衡后平衡状态相同。无论投料从反应物开始、从生成物开始、还是从反应物和生成物同时开始。（四）、化学平衡的标志1．本质标志对给定的反应：mA+nBpC+qD（A、B、C、D均为气体），当v正=v逆时，有：平衡的标志即：平衡的标志2．等价标志（1）可逆反应的正、逆反应速率不再随时间发生变化。（2）体系中各组成的物质的量浓度或体积分数、物质的量分数保持不变。（3）对同一物质，单位时间内该物质所代表的正反应的转化浓度和所代表的逆反应的转化浓度相等。（4）对同一反应而言，一种物质所代表的正反应速率，和另一物质所代表的逆反应速率的比值等于它们的化学方程式中化学计量数之比。3．特殊标志“特殊标志”是指在特定环境、特定反应中，能间接衡量某一可逆反应是否达到化学平衡状态的标志。离开上述界定，它们不能作为一般反应是否达到化学平衡的判断依据。（1）压强①对于反应前后气态物质化学计量数有变化的可逆反应，当体系总压强不变时，可逆反应处于化学平衡状态。如：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)、2NO2(g)N2O4(g)、2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)、C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)等。②对于化学反应前后气体的化学计量数没有变化的可逆反应，当体系总压强不变时，可逆反应处于化学平衡状态。如：H2(g)+I2(g)2HI(g)、CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)等。（2）气体平均摩尔质量数学表达式：均为气体参与的可逆反应:若各物质均为气体当△n(g)≠0,一定时，可逆反应处于化学平衡.如N2(g)+3H2(g)2NH3(g)、若各物质均为气体2NO2(g)N2O4(g)、2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)当△n(g)＝0，为一定时，可逆反应处于化学平衡。如：

H2(g)+I2(g)2HI(g)、CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)（3）气体密度数学表达式：恒容：总为恒值，不能作平衡标志恒压：①各组分均为气体△n(g)＝0.总为恒值，不能作平衡标志恒压：△n(g)≠0.为一定值时，则可作为标志②部分组分为非气体恒容：为一定值时，一般可作标志②部分组分为非气体恒压：△n(g)＝0.为一定值时，一般可作标志〖例2〗在一定温度下，在固定体积的密闭容器中进行可逆反应：N2+3H22NH3。该反应达到平衡的标志是________________A．3v(H2,正)=2v(NH3,逆)B．单位时间生成mmolN2的同时生成3mmolH2C．N2、H2、NH3各物质浓度不再随时间而变化D．容器内的总压强不再随时间而变化E．混合气体的密度不再随时间变化F．单位时间内N-H键的形成和断开的数目相等G．N2、H2、NH3的分子数之比为1∶3∶2H．2c(N2)=c(NH3)〖例3〗下列说法中能说明2NO2N2O4已达到平衡状态的是_________A．温度和体积一定时，容器内压强不再变化B．温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化C．条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化D．温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化E．温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化【基本练习】1．当反应2SO2+O22SO3达到平衡后，向容器中加入一定量的18O2，经过一段时间后18O存在于A．SO3中B．剩余的O2中C．剩余的SO2中D．SO2、SO3、O2中都有3．可逆反应：2NO22NO+O2在密闭容器中反应，达到平衡状态的标志是①单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2②单位时间内生成nmolO2的同时，生成2nmolNO③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2:2:1的状态④混合气体的颜色不再改变的状态⑤混合气体的密度不再改变的状态⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态A.①④⑥ B.②③⑤C.①③④ D.①②③④⑤⑥3．在等温等容的条件下，能说明A（s）+2B（g）C（g）+D（g）达到平衡状态的标志是A．体系的总压B．混合气体的平均分子量C．反应物B的浓度D．混合气体的总物质的量5．恒温、恒压下，nmolA和1molB在一个容积可变的容器中发生如下反应：A(g)+2B(g)2C(g)一段时间后达到平衡，生成amolC。则下列说法中正确的是：A．物质A、B的转化率之比为1:2B．当v正A．=2v逆(C)时，可断定反应达到平衡C．若起始时放入3nmolA和3molB，则达平衡时生成3amolCD．起始时刻和达平衡后容器中的压强比为（1+n）:（1+n-）6．有可逆反应C(g)+H2OH2(g)+CO(g)处于平衡状态,当平衡向左移动时，混和气体相对平均分子量变化正确的是下列选项中的A．增大 B．减小 C．不变 D．前三种均有可能四．当堂检测1、将ag块状碳酸钙跟足量盐酸反应，反应物损失的质量随时间的变化曲线如下图的实线所示。在相同的条件下，将bg（a＞b）粉末状碳酸钙与同浓度盐酸反应，则相应的曲线（图中虚线所示）正确的是c2、在恒温恒容条件下，能使A（s）＋B（g）C（g）＋D（g）正反应速率增大的措施是A．减小C或D的浓度 B．增大A的量C．减小B的浓度D．增大A的浓度3、设在密闭容器中进行下列反应C（固）+CO2（气）2CO（气）反应速率为v1CO（气）+NO2（气）CO2（气）+NO（气）反应速率为v2对于上述反应，恒温时增大压强，v1和v2的变化情况为()A.v1、v2都增大B.v1增大，v2不变C.v1增大，v2减小D.无法确定4、在化工生产中，如果要加快反应速率，应该优先考虑的科研方向是()A.提高设备强度，以便加压B.选择适宜的催化剂C.采用高温D.用块状反应物代替粉末状反应物5、对于在一定条件下进行的化学反应：2SO2+O22SO3，改变下列条件，可以提高反应物中活化分子百分数的是（）A、增大压强B、升高温度C、加入催化剂D、减小反应物浓度6、将4molA气体和2molB气体在2L的容器中混合并在一定条件下发生如下反应：2A(g)+B(g)2C(g)。若经2s后测得C的浓度为0.6mol·L-1，现有下列几种说法：①用物质A表示的反应平均速率为0.3mol·L-1·s-1②用物质B表示的反应的平均速率为0.6mol·L-1·s-1③2

s时物质A的转化率为70%④2

s时物质B的浓度为0.7mol·L-1其中正确的是（）A．①③B．①④C．②③D．③④7、把石灰石浸入盐酸中，下列措施能使反应速率增大的是（）A、加大盐酸用量B、增大盐酸浓度C、粉碎石灰石D、增大体系压强8、用铁片与稀硫酸反应制取氢气时，下列措施不能使氢气生成速率加快的是Ａ、加热Ｂ、将稀硫酸改为９８％的浓硫酸Ｃ、加少量硫酸铜溶液Ｄ、铁片改用铁粉9、可逆反应3A+B<=>2C+D在四种不同条件下的反应速率下该反应的反应速率最快的是A.v(A)=0.5B.v(B)=0.6C.v(C)=0.35D.v(D)=0.4、10．在2L密闭容器中，发生3A（g）+B（g）=2C（g）的反应，若最初加入A和B都是，A的平均反应速率为，则10秒钟后容器中含的B是（）A．B．C．D．11．某温度下，反应开始进行时，的浓度为，经过1分钟后，的浓度为，则该反应的反应速率为A．B．C．D．12．对于某反应X+3Y=2E+2F，在甲、乙、丙、丁四种不同条件下，分别测得反应速率为甲：，乙：，丙：，丁：。则反应最快的是（）A．甲B．乙C．丙D．丁13．对于反应M+NP，如果温度每升高化学反应速率增大为原来的3倍。在时完成反应10%需81min，则在时完成反应10%所需的时间为（）A．27minB．9minC．13.5minD．3min14、下列叙述中能表示可逆反应N2+3H22NH3一定处于平衡状态的是A．N2、3H2、NH3百分含量相等B．单位时间内，消耗1molN2的同时消耗3molH2C．单位时间内，消耗1molN2的同时生成3molH2D．反应若在定容的密闭容器中进行，温度一定时，压强不随时间改变15.能够说明可逆反应H2(g)+I2(g)2HI(g)已达平衡状态的是A．一个H—H键断裂的同时有一个H—I键形成B．一个I—I键断裂的同时有二个H—I键形成C．一个H—H键断裂的同时有一个H—H键形成D．一个H—H键断裂的同时有二个H—I键断裂16、.mA(气)+nB(气)pC(气)+qQ(气)，当m、n、p、q为任意整数时，达到平衡的标志是：①体系的压强不再改变②体系的温度不再改变③各组分的浓度不再改变④各组分的质量分数不再改变⑤反应速率vA:vB:vC:vD=m:n:p:q⑥单位时间内mmolA断键反应，同时pmolC也断键反应A．③④⑤⑥B．②③④⑥C．①③④⑤D．①③④⑥17、在密闭容器中进行如下反应：X2(g)+Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1mol/L、0.3mol/L、0.2