第2章化学反应的方向限度和速率（知识清单）高二化学必备单元知识清单与测试（沪科版2020选择性必修1）

第二章化学反应的方向/限度和速率【单元知识框架】【单元知识清单】考点1化学反应的方向一、化学反应自发进行方向的判据（一）焓判据——自发反应与焓变的关系：多数能自发进行的化学反应是放热反应，但有很多吸热反应也能自发进行。因此，只根据焓变来判断反应进行的方向是不全面的。反应焓变是与反应进行方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。（二）熵判据1、熵（1）定义：熵是衡量体系混乱度大小的物理量。（2）符号和单位：S，常用单位：J/(mol·K)（3）影响熵大小的因素：混乱度越大→体系越无序→熵值越大①与物质的量的关系：物质的量越大→粒子数越多→熵值越大②对于同一物质，当物质的量相同时，S(g)>S(l)>S(s)③不同物质熵值的关系：I、物质组成越复杂→熵值越大II、对于原子种类相同的物质：分子中原子数越多→熵值越大2、熵变（1）定义：发生化学反应时物质熵的变化称为熵变，符号为ΔS（2）计算公式：ΔS=生成物总熵反应物总熵3、熵判据——自发反应与熵变的关系多数能自发进行的化学反应是熵增的反应。熵变是与反应进行方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。因此，只根据熵变来判断反应进行的方向是不全面的。考点2焓变与熵变对反应方向的共同影响二、自由能与化学反应的方向（一）自由能与化学反应的方向：在等温、等压条件下的封闭体系中（不考虑体积变化做功以外的其他功），自由能（符号为ΔG，单位为kJ/mol）的变化综合反映了体系的焓变和熵变对自发过程的影响：即ΔG=ΔHTΔS。这时，化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡。即：ΔG=ΔHTΔS<0，反应能自发进行；ΔG=ΔHTΔS=0，反应处于平衡状态；ΔG=ΔHTΔS>0，反应不能自发进行。（二）综合焓变和熵变判断反应是否自发的情况：焓变熵变化学反应能否自发进行ΔH<0ΔS>0任何温度都能自发进行ΔH>0ΔS<0不能自发进行ΔH<0ΔS<0较低温度时自发进行ΔH>0ΔS>0高温时自发进行小结：“大大高温，小小低温”（三）应用判据时的注意事项（1）在讨论过程的方向问题时，我们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。（2）过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率（3）只适用于没有发生的反应注：一般来说，如果一个过程是自发的，则其逆过程往往是非自发的化学反应进行的方向1．自发过程含义：在一定条件下，不需要借助外力作用就能自发进行的过程。2、化学反应方向进行的判据（1）焓判据放热过程中体系能量降低，△H＜0，具有自发进行的倾向，但有些吸热反应也可以自发进行，故只用焓变判断反应的方向不全面。（2）熵判据①熵：量度体系混乱（或有序）的程度的物理量，符号S（同一物质，三种状态下熵值：气态＞液态＞固态）②熵增原理：在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大。即熵变（△S）大于零。③熵判据体系的混乱度增大（既熵增），△S＞0，反应有自发进行的倾向，但有些熵减反应也可以自发进行，故只用熵变判断反应的方向也不全面。（3）复合判据——自由能判据①符号：△G，单位：kJ·mol－1②公式：△G=△H—T△S③应用：△G＜0能自发进行△G＝0平衡状态△G＞0不能自发进行具体的的几种情况：焓变（△H）熵变（△S）反应的自发性＜0＞0任何温度都能自发进行＜0＜0较低温度下能自发进行＞0＞0高温下能自发进行＞0＜0任何温度都不能自发进行注：过程的自发性只能用于判断反应进行的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。考点3化学反应的限度化学平衡常数（一）定义：在一定温度下，当一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（简称平衡常数），用符号K表示（二）表达式：对于一般的可逆反应：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，则（三）说明：1、表达式的浓度必须是平衡时的浓度，系数决定幂次2、有固体或纯液体（H2O）参与的反应，其浓度视为“常数”不计入表达式中3、在非水溶液中进行的反应，若有水参加或生成，则水底额浓度应出现在平衡常数表达式中4、K有单位，但一般不写5、K表示某一具体反应的平衡常数，当反应方向改变或系数改变时，K也相应发生改变6、对于同一可逆反应，正反应的平衡常数等于逆反应的平衡常数的倒数，即7、方程式扩大一定的倍数，K就扩大相应的幂次；方程式缩小一定的倍数，K就相应的开几次幂；方程式做加法，K相应的做乘法；方程式做减法，K相应的做除法。（四）影响因素：K只与温度有关，与反应物或生成物的浓度、压强、催化剂无关（五）应用：1、判断反应进行的程度K增大→产物所占的比例增大→正反应进行程度增大→反应进行越完全→反应物转化率增大一般来说，当K>105时，反应基本完全（不可逆反应）；当K<105时，反应很难进行2、判断反应的热效应当温度升高→K增大→正反应为吸热反应；当温度升高→K减小→正反应为放热反应3、判断反应进行的方向：浓度商，其中的浓度是任意时刻的浓度值当Q=K时，反应达平衡，正反应速率=逆反应速率，不移动当Q<K时，反应要达平衡→生成物的浓度增大，反应物的浓度降低→正反应速率>逆反应速率，正向移动当Q>K时，反应要达平衡→生成物的浓度减小，反应物的浓度升高→正反应速率<逆反应速率，逆向移动压强平衡常数表达方式：对于有气体参与的反应，用气体的平衡压强代替物质的量浓度来表示压强平衡常数。例如：对于反应：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，则计算方法：应用“三段式”法计算出化学平衡体系中各反应物或生成物的物质的量。计算各气体的物质的量分数或体积分数，从而确定各气体反应物或生成物的分压。某气体的分压=平衡时所有气体的总压强×该气体的物质的量分数或体积分数应用压强平衡常数计算公式进行计算。例如：N2+3H22NH3的压强平衡常数的表达式为：考点4焓变与熵变对反应方向的共同影响影响化学平衡的因素（一）化学平衡移动的定义：在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态后，如果改变反应条件，平衡状态被破坏，平衡体系的物质组成也会随着改变，直至达到新的平衡状态。这种由原有的平衡状态达到新的平衡状态的过程叫做化学平衡的移动。（二）化学平衡移动的根本原因：反应条件改变→v(正)≠v(逆)→各组分的含量改变→平衡移动v‘(正)=v’(逆)→建立新的平衡状态（三）化学平衡移动方向的判断：若v(正)>v(逆),平衡向正反应向移动；若v(正)<v(逆),平衡向逆反应向移动；若v(正)=v(逆),平衡不移动。（四）化学平衡移动的影响因素：1、内因：物质本身的性质2、外因：（1）浓度：在其他条件不变的情况下，增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，都可以使平衡向正反应方向移动说明：①增加固体或纯液体的量，平衡不移动②改变的浓度必须是真正参与反应的物质的浓度，否则平衡不移动③在溶液中进行的反应，稀释溶液，平衡向方程式中化学计量数之和增大的方向移动意义：工业生产中，适当增加廉价反应物的浓度，可提高较高价格原料的转化率，降低成本（2）压强：在其他条件不变的情况下，增大压强，平衡向气体体积减小的反应方向移动；减小压强，平衡向气体体积增大的反应方向移动说明：①只适用于有气体参与的反应②压强对平衡的影响实际上就是浓度对平衡的影响，只有当这些“改变”能改变反应物或生成物的浓度时，平衡才能移动I、恒温恒容条件下，充入无关气体，平衡不移动II、恒温恒压条件下，充入无关气体，平衡发生移动③对于反应前后气体体积不变的反应，改变压强，平衡不移动④溶液稀释或浓缩与气体减压或增压的化学平衡移动规律相似⑤同等程度改变反应混合物中各物质的浓度时，可视为压强的改变温度：在其他条件不变的情况下，升高温度，平衡向吸热反应的方向移动；降低温度，平衡向放热反应的方向移动（4）催化剂：催化剂同等程度的改变正、逆反应速率，所以平衡不受到催化剂的影响，不移动。使用催化剂能改变反应达到平衡所需的时间总结：勒夏特列原理（化学平衡移动原理）：如果改变影响平衡的条件之一（如温度、压强及参加反应的物质的浓度），平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。（1）说明：“减弱这种改变”的正确理解①从定性角度看，平衡移动的方向为减弱外界条件变化的方向，如：增大反应物的浓度，平衡就向减弱这种改变即反应物浓度减小的方向移动；增大压强，平衡就向气体体积缩小即气体的物质的量减小、压强减小的方向移动升高温度，平衡就向吸热反应也就是使温度降低的方向移动这种移动可以理解为与条件改变“对着干”②从定量角度看，平衡移动的结果只是减弱了外界条件的变化，而不能抵消更不能超越外界条件的改变。即外界因素对物质的影响大于平衡移动对物质的影响（2）适用范围:1、已达平衡的体系：化学平衡、溶解平衡、电离平衡、水解平衡、溶解平衡等2、用来判断移动的方向，不能判断达新平衡的时间（3）适用条件：只限于改变影响平衡的一个条件结论：化学平衡的本质特征是v正=v逆，那么平衡移动的根本原因是v正≠v逆，凡是导致v正≠v逆的变化都能使平衡发生移动考点5平衡移动与转化率平衡移动方向与转化率的关系1、若反应物只有一种，如aA(g)bB(g)+cC(g)，增加A的量，平衡正向移动，A的转化率变化如下：①若在恒温、恒压条件下，A的转化率不变；②若在恒温、恒容条件下，相当于（等效于）加压，A的转化率与气态物质的化学计量数有关：a=b+c时，A的转化率不变；a>b+c时，A的转化率增大；a<b+c时，A的转化率减小若反应物不止一种，如aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)：①若只增加A的量，平衡向正反应方向移动，则A的转化率减小，B的转化率增大；②若在恒温、恒压条件下，同等倍数地增加A、B的物质的量，平衡向正反应方向移动，但A、B的转化率不变③若在恒温、恒容条件下，同等倍数地增加A、B的物质的量，平衡向正反应方向移动，A、B的转化率与气态物质的化学计量数有关：a+b=c+d时，A、B的转化率不变；a+b>c+d时，A、B的转化率增大；总结：平衡移动方向看浓度，转化率看压强a+b<c+d时，A、B的转化率减小；考点6化学反应图像问题化学反应图像专题（一）解题方法：1、步骤：（1）看图像：一看面：即横纵坐标的意义二看线：即线的走向和变化趋势三看点：即起点、终点、折点、交点四看辅助线：如等温线、等压线、平衡线等五看量变：如浓度变化、温度变化等（2）想规律：联想外界因素对速率和平衡的影响规律（3）做判断：根据图像中表现的关系与所学规律相对比，做出符合题目要求的判断2、原则：（1）定一议二：当有三个物理量出现时，确定一个物理量，讨论其他两个物理量的关系（2）先拐先平，数值大：先出现拐点代表：①先达平衡②温度高③压强大④加入催化剂（3）斜率原则：斜率越大，则①速率越快，达平衡时间越短；②温度越高；③压强越大（二）常见的化学反应图像1、速率时间（vt）图像：表示正逆反应速率的变化及平衡移动（1）浓度的速率时间（vt）图像化学平衡aA+bBcC+dD（A、B、C、D均不是固体和纯液体）浓度的变化增大反应物浓度减小反应物浓度增大生成物浓度减小生成物浓度反应速率变化v正先增大，v逆后增大v正先减小，v逆后减小v逆先增大，v正后增大v逆先减小，v正后减小平衡移动方向正反应方向逆反应方向逆反应方向正反应方向vt图像（2）压强的速率时间（vt）图像化学平衡aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)a+b>c+daA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)a+b<c+daA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)a+b=c+d体系压强的变化增大压强减小压强增大压强减小压强增大压强减小压强反应速率的变化v正、v逆同时增大，且v’正>v’逆v正、v逆同时减小，且v’逆>v’正v正、v逆同时增大，且v’逆>v’正v正、v逆同时减小，且v’正>v’逆v正、v逆同时增大，且v’正=v’逆v正、v逆同时减小，且v’正=v’逆平衡移动方向正反应方向逆反应方向逆反应方向正反应方向不移动不移动vt图像（3）温度的速率时间（vt）图像化学平衡aA+bBcC+dDΔH>0aA+bBcC+dDΔH<0体系温度的变化升高温度降低温度降低温度升高温度反应速率的变化v正、v逆同时增大，且v’正>v’逆v正、v逆同时减小，且v’逆>v’正v正、v逆同时减小，且v’正>v’逆v正、v逆同时增大，且v’逆>v’正平衡移动方向正反应方向逆反应方向正反应方向逆反应方向vt图像（4）催化剂的速率时间（vt）图像2、全程速率时间（vt）图：表示某个反应全程的速率随时间的变化（例如锌与硫酸的反应）OC段：反应放热，使温度升高，速率加快C以后：反应物浓度降低，速率减慢3、速率温度（压强）图：表示正逆反应速率在温度或压强影响下的变化情况。交点为平衡状态，交点左侧为达平衡过程，右侧为平衡移动过程。4、浓度时间（ct）图像：表示平衡体系各组分在反应过程中的变化情况。5、含量（转化率）时间温度（压强）图：表示含量或转化率受到不同温度、压强或催化剂影响所变化的规律。常用“先拐先平，数值大”的方法解决此类题型6、恒压（温）曲线图：表示纵坐标的物理量受温度、压强影响发生的变化。采用“定一议二”的方法解决此类题7、其他：（1）图中：a点表示正反应速率>逆反应速率；c点表示正反应速率<逆反应速率;b、d两点表示正反应速率=逆反应速率（2）考点7等效平衡等效平衡（一）定义：对于同一可逆反应，在一定条件下（恒温恒容或恒温恒压）下，以不同投料方式（即从正反应、逆反应或中间状态开始）进行反应，只要达到平衡时，同种物质的百分含量相同，这样的化学平衡即互为等效平衡。（二）说明：（1）只要是等效平衡，达到平衡状态时同一物质的百分含量（体积分数、物质的量分数等）一定相同（2）外界条件相同：通常可以是恒温恒容或恒温恒压（3）平衡状态只与始态有关，而与途径无关（三）类型等效类型全等效平衡相似等效平衡相似等效平衡条件恒温恒容恒温恒容恒温恒压反应的特点反应前后气态物质体积不相等的可逆反应反应前后气态物质体积相等的可逆反应任何可逆反应起始投料通过可逆反应的化学计量数之比换算为方程式同一边物质，其“量”相同通过可逆反应的化学计量数之比换算为方程式同一边物质，其“量”符合同一比例通过可逆反应的化学计量数之比换算为方程式同一边物质，其“量”符合同一比例平衡特点质量分数相同相同相同浓度相同成比例相同（气体）物质的量相同成比例成比例（四）应用（1）判断同一可逆反应在相同的反应条件下是否为相同的平衡状态（2）求要达到等效平衡，两种不同的状态下起始量之间的关系式（3）求属于等效平衡状态下的反应方程式的化学计量数（五）解题方法起始量转化量（同侧物质）新起始量→与原标准量对照→符合条件，互为等效平衡考点8化学反应的速率一、化学反应速率（一）定义：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（二）表示方法：Δc：反应物浓度或生成物浓度的变化，常用单位：mol/L（或mol•L1）Δt:反应时间的变化，常用单位：s或minv：化学反应速率，常用单位：mol/(L•s)或（mol•L1•s1）、mol/(L•min)或（mol•L1•min1）（三）意义：衡量化学反应进行快慢的物理量（四）注意事项：1、同一反应，用不同物质表示的反应速率其数值可能不同，但表示的意义相同，即表示整个化学反应的快慢，故表示一个化学反应的反应速率时，必须指明是用哪种物质来表示2、化学反应速率没有负值，均取正值3、化学反应速率是一段时间内的平均反应速率，而不是某一时刻的瞬时反应速率4、反应方程式中各物质的化学计量数之比等于各物质的化学反应速率之比，等于变化的浓度之比，等于变化的物质的量之比。例如：aA+bB=cC+dDa:b:c:d=vA:vB:vC:vD=ΔcA:ΔcB:ΔcC:ΔcD=ΔnA:ΔnB:ΔnC:ΔnD5、固体或纯液体（不是溶液），其浓度可视为常数，因此一般不用固体或纯液体表示反应速率（五）比较大小：1、比较大小时，要先转化为同一物质的化学反应速率，再进行比较，同时要注意时间单位的转化2、比较大小时，可以比较速率与计量数的比值。例如：比较aA+bB=cC+dD中A与B的速率大小，可比较与的大小，若>，则A的速率大于B的速率（六）计算——“三段式”1、写出有关反应的化学方程式2、设未知数，列出各物质的起始量、转化量、某时刻（或平衡）量3、根据已知条件得出各物质的转化浓度（Δc）4、根据速率的计算公式计算反应速率转化率=体积分数=A的转化率=B的转化率=反应前后的压强之比=考点9影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素（一）内因：反应物本身的性质：化学键的强弱与化学性质（二）外因：浓度、压强、温度、催化剂三、活化能（一）有效碰撞理论：1、基元反应：大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成的，而往往经过多个反应步骤才能实现，这其中的每一步反应都称为基元反应。基元反应反应了反应历程，反应历程又称反应机理。2、基元反应发生的先决条件：反应物的分子必须发生碰撞3、有效碰撞：（1）定义：能够发生化学反应的碰撞叫做有效碰撞。（2）条件：第一，分子必须具有一定的能量，即活化分子（能够发生有效碰撞的分子）第二，有合适的取向4、活化能：活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差，叫做反应的活化能.5、有效碰撞理论与化学反应的关系：普通分子活化分子有效碰撞→新物质+能量（二）浓度：1、影响规律：其他条件相同时，增大反应物浓度，化学反应速率增大；减小反应物浓度，反应速率减小2、理论解释：单位体积内活化分子的数目与反应物分子的总数成正比，即与反应物的浓度成正比。当其他条件相同时，反应物浓度增大，单位体积内活化分子的数目增多，单位时间内有效碰撞的次数增多，化学反应速率增大注：（1）改变固体或纯液体的量，对化学反应速率无影响（2）增加固体接触面积（将固体研碎）或加快液体扩散速率（对反应物进行搅拌），均可以提高化学反应速率（三）压强：1、影响规律：对于有气体参加的反应，其他条件相同时，压强越大，化学反应速率越快（1）恒温恒容时，①充入反应物气体→浓度增大→速率增大I②充入“惰性气体”→总的压强增大，但各气体分压不变，即浓度不变→速率不变（2）恒温恒压时，充入惰性气体→体积增大→浓度减小→速率减慢注：压强的改变实际上是体积的改变引起浓度的改变，从而对化学反应速率产生影响，如果压强的改变不能引起浓度变化，则不会对速率产生影响2、理论解释：增大压强，单位体积内活化分子的数目增多，单位时间内有效碰撞的次数增多，化学反应速率增大（四）温度：1、影响规律：在其他条件不变时，升高温度，化学反应速率越快；温度每升高10℃,化学反应速率增大到原来的24倍。2、理论解释：在其他条件不变时，升高温度，反应物分子的能量增加，使一部分原来能量较低的分子变成活化分子，从而增大了反应物分子中活化分子的百分数，使得单位时间内有效碰撞次数增多，因而使反应速率加快。（五）催化剂：1、影响规律：一般是加快反应速率。使用时要注意温度及防止催化剂中毒2、理论解释：在其他条件不变时，使用催化剂，改变了反应的历程，使发生的每一次反应所需的活化能降低，这就使更多的反应物分子成为活化分子，增大了单位体积内反应物分子中活化分子的数目，化学反应速率加快.特点：（1）催化剂在化学变化中能改变化学反应速率，但不能改变反应物的转化率，也不能使本来不发生的反应发生（2）催化剂本身在反应前后自身的组成、化学性质和质量不变，但物理性质可以发生改变（3）催化剂对一个反应由催化作用，对另一个反应不一定由催化作用，即催化剂具有专一性，没有万能催化剂（4）催化剂分正催化剂和负催化剂。正催化剂能加快化学反应速率，负催化剂能减慢化学反应速率。若无特别说明，催化剂是指正催化剂小结：浓度、压强、温度、催化剂的改变影响单位体积内的活化分子数，温度和催化剂的改变也同时影响活化分子的百分数（六）其他因素：光辐射、放射线辐照、超声波、电弧、强磁场、高速研磨等。总之，向反应体系输入能量，都有