浙江版高考化学复习专题一0一化学反应速率和化学平衡教学课件

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这是一份浙江版高考化学复习专题一0一化学反应速率和化学平衡教学课件，共49页。

考情分析　　近几次浙江选考的选择题中,将速率与平衡整合在一起,需要从不同的角度去认知反应进行的方向与速率;化学反应原理非选择题以工业生产中实际问题的解决为目的,综合考查化学反应能量与进程曲线的分析、焓变的计算、盖斯定律的理解与运用等;考查运用化学反应速率理论、化学平衡理论等解决化工生产中实际问题的能力; 试题情境复杂新颖,多以连续反应、平行反应为载体,信息多以图表的形式呈现,需要从定性与定量的角度对图表中信息进行分析,在分析推理与归纳的基础上,构建认知化学理论的思维模型。
考点1　化学反应速率1.化学反应速率(1)表示方法: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。表达式为v= ,单位为ml·L-1·s-1或ml·L-1·min-1。注意　不能用固体或纯液体表示化学反应速率,因为固体或纯液体的浓度视为常数。(2)与化学计量数的关系:对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),用不同物质表示的反应速率的数值不同,但意义相同。单位相同时,各物质化学反应速率的数值之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比,即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q; 相同时间内,Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)∶Δc(D)=m∶n∶p∶q。
2.影响化学反应速率的因素(1)内因(主要因素)——反应物本身的性质。(2)外因①浓度:增大反应物浓度,反应速率增大,反之减小。②压强:对于有气体参加的反应,增大压强,反应速率增大,反之减小。解释　增大反应物浓度或增大压强,单位体积内活化分子数增多,单位时间内有效碰撞次数增多,化学反应速率增大。注意　充入无关气体(不参与反应的气体)的影响恒温恒容时:充入无关气体→总压强增大,各组分浓度不变→反应速率不变。恒温恒压时:充入无关气体→总体积增大,各组分浓度减小→反应速率减小。
③温度:升高温度,反应速率增大,反之减小,与反应吸热还是放热无关。④催化剂:使用催化剂,一般可加快反应速率。解释    升温、使用催化剂时,体系中活化分子百分数增加,单位时间内有效碰撞次数增加,化学反应速率增大。⑤其他因素:如反应物的接触面积增大,反应速率增大;构成原电池,反应速率增大。
考点2　化学平衡　化学反应的方向1.化学平衡研究的对象——可逆反应
2.化学平衡状态(1)特征
(2)判断——“正、逆相等,变量不变”以反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)为例:
3.化学平衡移动(1)化学平衡移动的过程 (2)化学平衡移动方向与化学反应速率的关系①v正>v逆:平衡向正反应方向移动。②v正(4)改变条件对化学平衡的影响
注意　充入无关气体(不参与反应的气体)的影响①恒温恒容时:充入无关气体→总压强增大,各组分浓度不变,反应速率不变→平衡不移动。②恒温恒压时:充入无关气体→总体积增大,各组分浓度等比例减小(相当于减压)→平衡向气体分子数增大的方向移动。4.浓度、压强对平衡移动影响的几种特殊情况(1)当反应体系中不存在气态物质时,压强的改变对平衡无影响。(2)对于反应前后气体分子数相等的反应,压强的改变对平衡无影响,但增大(或减小)压强会使气态物质的浓度增大(或减小)。
(3)对于有气体参加的反应在恒容时,同等程度地改变反应体系中各物质的浓度时,应视为压强的影响,同等程度地增大(或减小)浓度相当于增大(或减小)压强。(4)在恒容容器中,若用α表示物质的转化率,φ表示气体的体积分数,则:①对于aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)类反应,达到平衡后,保持温度、容积不变,加入一定量的A,则平衡正向移动,α(B)增大而α(A)减小,φ(B)减小而φ(A)增大。②对于aA(g) bB(g)或aA(g) bB(g)+cC(g)类反应(是指反应中某一边只存在一种气体,可以有其他非气态物质),达到平衡后,保持温度、容积不变,加入一定量的A(g),α(A)和φ(A)的变化可从压强增大的角度分析,分为以下三种情况(Δn表示气体分子数的变化):
5.化学反应的调控(以合成氨为例)(1)反应原理:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)ΔH=-92.4 kJ·ml-1。(2)反应特点:可逆,正向放热,气体分子数减小。(3)反应条件的选择①浓度:c(N2)∶c(H2)略大于1∶3。②压强:10 MPa~30 MPa。解释　从平衡移动的角度考虑,压强越大越有利于氨气的合成,但考虑到压强增大对设备的要求也提高,故采用10 MPa~30 MPa。
③温度:400~500 ℃。解释　从平衡移动的角度考虑,温度越高越不利于氨气的合成,但考虑到反应的速率和催化剂的活性,采用400~500 ℃的温度。④催化剂:铁触媒。注意    为防止催化剂中毒,原料气必须净化除去杂质。
6.化学反应进行方向的判据
考点3　化学平衡常数及其相关计算1.化学平衡常数(1)表达式:对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),K= 。固体和纯液体的浓度视为常数,通常不计入平衡常数表达式中。(2)平衡常数与化学方程式的关系①相同温度下,对于可逆反应,正、逆反应的平衡常数互为倒数,即K正= 。②化学方程式乘以系数n,则平衡常数变为原来的n次方,即K2= 。③反应1和反应2相加得反应3,则K3=K1·K2;反应1减去反应2得反应3,则K3= 。
(3)意义及影响因素①K越大,反应物的转化率越大,正反应进行的程度越大。②K只受温度的影响。(4)应用①判断可逆反应进行的程度。②判断化学反应进行的方向。对于可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),在一定温度下的任意时刻的称为浓度商,常用Q表示。
Q ③判断可逆反应的热效应 2.化学平衡的计算方法——“三段式”法反应:mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量分别为a ml、b ml,达到
平衡后,A的消耗量为mx ml,容器容积为V L。 mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)起始(ml)　　    a　　    b　　　 0　　　0变化(ml)　　    mx　　 nx　　    px　　    qx平衡(ml)　　    a-mx    b-nx　　    px　　    qx则有:(1)平衡常数K= 。(2)反应物:n(平)=n(始)-n(变)。生成物:n(平)=n(始)+n(变)。
(3)A的转化率:α(A)= ×100%,A、B的转化率之比为α(A)∶α(B)= ∶ 。(4)平衡时A的体积分数:φ(A)= ×100%。(5)平衡时和开始时的压强比: = 。
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)对于任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象越明显。 (　    )(2)2 ml SO2和1 ml O2在一定条件下充分反应后,混合物的分子数为2NA。 (　    )(3)同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,数值越大,表示化学反应速率越快。 (　    )(4)化学平衡正向移动,反应物的平衡转化率一定增大。 (　    )(5)向平衡体系FeCl3+3KSCN Fe(SCN)3+3KCl中加入适量KCl固体,平衡逆向移动,溶液的颜色变浅。 (　    )
(6)对于2NO2(g) N2O4(g)的平衡体系,压缩体积,增大压强,平衡正向移动,混合气体的颜色变浅。 (　    )(7)在其他外界条件不变的情况下,使用催化剂,可以改变化学反应进行的方向。 (        )(8)Cl2+H2O HCl+HClO的平衡常数表达式为K= 。 (　    )
2.25 ℃、1.01×105 Pa时,反应2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g)    ΔH=+109.8 kJ·ml-1,该反应能自发进行的原因是 (　    )A.该反应是吸热反应B.该反应是放热反应C.该反应是熵减小的反应D.该反应的熵增大效应大于能量效应
3.对可逆反应:A(g)+B(s) 2C(s)+D(g)    ΔH>0,如图所示为正、逆反应速率(v)与时间(t)关系的示意图,如果在t1时刻改变以下条件:①加入A;②加入催化剂;③加压;④升温;⑤减少C。则符合图示条件的是(　    )A.②③　　　　B.①②C.③④　　　　D.④⑤
4.下列关于“化学反应速率和化学平衡”的说法正确的是 (　    )A.反应H2(g)+S(s) H2S(g)的体系中恒压下充入He,化学反应速率不变B.已知2Mg(s)+CO2(g) C(s)+2MgO(s)    ΔH<0,则该反应能在高温下自发进行C.某温度下,在恒容密闭容器中加入一定量HI,发生反应2HI(g) I2(g)+H2(g),一段时间后达到平衡,再加入一定量HI,达新平衡后HI的物质的量分数增大D.对于反应2NH3(g) N2(g)+3H2(g)达平衡后,缩小容器体积,N2的浓度增大
5.在淀粉-KI溶液中存在下列平衡:I2(aq)+I-(aq) (aq)。测得不同温度下该反应的平衡常数K如表所示:
下列说法正确的是 (　    )A.反应I2(aq)+I-(aq) (aq)的ΔH>0B.其他条件不变,升高温度,溶液中c( )减小C.该反应的平衡常数表达式为K= D.25 ℃时,向溶液中加入少量KI固体,平衡常数K小于689
考法1　分压平衡常数(Kp)的计算1.分压平衡常数的含义在化学平衡体系中,用各气体物质的分压代替浓度进行计算,得到的平衡常数称为分压平衡常数(Kp)。例如对于N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),Kp= 。某气体的分压=总压×该气体的物质的量分数(或体积分数)。2.影响因素:Kp只受温度影响。
注意　对于恒温恒容反应,气体的压强与其物质的量成正比,若已知起始时各气体的分压,则可用分压代替物质的量运用“三段式”进行计算,直接求出平衡时各气体的分压。
例某温度下,恒容密闭容器中,充入NO与O2的物质的量之比为1∶1,体系的总压为40 kPa。反应达平衡时,NO的转化率为50%,该温度下反应平衡常数Kp为　　　　　     kPa-1。(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数。不考虑NO2与N2O4 的相互转化)
解析    假设反应前NO和O2总物质的量为2 ml,可列三段式: 2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)起始(ml)　　　1　　　1　　　 0转化(ml)　　　0.5　　0.25　　　0.5平衡(ml)　　　0.5　　0.75　　　0.5平衡时气体总物质的量为0.5 ml+0.75 ml+0.5 ml=1.75 ml。恒容容器中,由于反应前后气体分子数不相等,故反应后压强发生变化,恒温恒容时气体的压强之比等于物质的量之比,可计算出平衡时总压强为 ×40 kPa=35 kPa,则NO、O2、NO2的平衡分压分别为 ×35 kPa=10 kPa、 ×35 kPa=15 kPa、 ×35 kPa=10
kPa,Kp= = kPa-1。
答案     深度剖析　审题时要注意反应后压强是否发生变化,恒容条件且反应前后气体分子数不相等,则压强会发生变化,需计算出平衡时的总压强。
考法2　反应速率常数的应用1.速率常数含义大多数化学反应都是分几步完成的,其中的每一步反应称为基元反应。假设基元反应为aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),其速率可表示为v=kca(A)·cb(B),式中的k称为反应速率常数(或速率常数)。反应速率常数k在恒温下,不因反应物浓度的改变而变化,但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。2.基元反应的速率方程基元反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)的速率方程可写为v正=k正 ca (A)· cb(B),v逆=k逆 cc(C)·cd(D)(k正为正反应的速率常数,k逆为逆反应的速率常数)。基元反应的化学反应速率与反应物浓度以其化学计量数为指数的幂的乘积成正比。
3.复杂反应的速率方程许多化学反应不是基元反应,而是由两个或多个基元反应组成的复杂反应。假设反应 A2+B A2B是由两个基元反应组成的:第一步　A2 2A·　　　　　慢反应第二步　2A·+B A2B　　　快反应对于总反应来说,决定速率的步骤是最慢的一个基元反应,故速率方程是v=kc(A2),而不是v=kc(A2)·c(B)。
4.反应级数某化学反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),若其速率方程的形式为v正=k正 ca(A)·cb(B),则该反应的反应级数为a+b,即速率方程中指数之和,或称该反应为a+b级反应。5.速率常数与化学平衡常数的关系一定温度下,对于基元反应aA(g)+bB(g) gG(g)+hH(g),v正=k正·ca(A)·cb(B),v逆=k逆·cg(G)·ch(H),平衡时v正=v逆,则k正·ca(A)·cb(B)=k逆·cg(G)·ch(H), = =K。
例1889年,Arrhenius提出了反应速率常数k随温度的变化关系lnk=- +C(R、C均为常数)。已知反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g),经历反应1和反应2两步:反应1:2NO(g) N2O2(g)    ΔH1=-46.3 kJ·ml-1反应2:N2O2(g)+O2(g) 2NO2(g)    ΔH2=-65.7 kJ·ml-1两步反应的活化能 < 。某课题组通过实验绘制出两步反应lnK、lnk随的变化曲线如图所示(K表示平衡常数)。下列说法中不正确的是 (　    )A.2 ml NO与1 ml O2充分反应,放出热量小于112 kJB.曲线③表示的是k2随的变化关系C.温度越高,单位时间内NO的转化率可能越低D.相同条件下,O2浓度的变化比NO浓度的变化对反应速率影响更显著
解题导引    由题中公式知,Ea值越大,改变温度对反应速率的影响程度就越大,如升高温度平衡向吸热的方向移动,就是因为吸热反应正反应的活化能大于逆反应的活化能。
解析    根据盖斯定律,反应1+反应2得:2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)    ΔH=-112 kJ·ml-1。反应可逆,故2 ml NO与1 ml O2充分反应放出的热量小于112 kJ,A正确;反应1、2 均为放热反应,升高温度,平衡均逆向移动,平衡常数减小,故①②为表示lnK的曲线;升高温度,反应速率增大,lnk增大,故③④为表示lnk的曲线。两步反应的活化能 < ,低温时,反应活化能越大,反应速率越慢,lnk越小,反应2是慢反应,则曲线④为k2随的变化关系,慢反应决定总反应的速率,故相同条件下,O2浓度的变化比NO浓度的变化对反应速率影响更显著,B错误、D正确;正反应放热,温度越高,平衡逆向移动程度越大,则单位时间内NO的转化率可能越低,C正确。答案    B
微专题　反应速率和平衡图像分析一、分析反应速率和平衡图像题的思维流程——“三看一判断”1.一看面:看清横、纵坐标所表示的物理量,理解曲线的整体含义。2.二看线:看曲线的变化趋势(有时需作等温线、等压线等辅助线)。3.三看点:分析曲线上点的意义,特别是特殊点(起点、终点、交点、极值点等)。4.作判断:根据图像中的信息和化学反应速率、化学平衡的相关规律,结合题目中具体反应的特征(吸热或放热、气体分子数变化等),作出相应判断。二、常见的反应速率和平衡图像1.速率—时间图像——注意断点
以A(g)+B(g) C(g)    ΔH>0为例 t1时增大反应物的浓度,正反应速率瞬间增大,然后逐渐减小,而逆反应速率逐渐增大;t2 时升高温度,正、逆反应速率均增大,正反应吸热,正反应速率增大程度较大;t3时减小压强,容器容积增大,浓度减小,正、逆反应速率均减小;t4时使用催化剂,正、逆反应速率均瞬间增大。
2.含量(或转化率)—时间—温度(或压强)图像“先拐先平,数值大”原则:在含量(或转化率)—时间图像中,先出现拐点的先达到平衡,说明该曲线对应的反应速率较大,表明反应温度较高或压强较大或使用催化剂等。以可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)为例:
3.恒温(压)线“定一议二”原则:当图像中有两个变量时,先确定一个量不变,再讨论另一个量的影响。有时需在图像中作辅助线。以可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)为例,纵坐标αA为A的平衡转化率:
第一幅图中任取一条恒温线进行研究,温度相同时,随着压强增大,αA增大,平衡正向移动,故正反应为气体分子数减小的反应;再作一条垂直于横坐标轴的辅助线与两条恒温线相交,压强相同时,温度升高,αA增大,平衡正向移动,故正反应为吸热反应。第二幅图可采用类似的方法进行分析。4.反应过程中含量—温度图像对于反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),不同温度下反应相同时间后测定A或C的含量,如图所示。M点前由于温度较低、反应速率较慢,体系尚未达到平衡;M点时体系恰好达到平衡;M点后为平衡的移动,升高温度,A%增大、C%减小,平衡逆向移动,故Δ H<0。
     5.平衡曲线外非平衡点的分析对于反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),曲线L上所有的点都是平衡点。E点位于曲线L上方,其A%大于此压强或温度下平衡时的A%,E点必须向正反应方向移动才能达到平衡状态,故E点v正>v逆;同理可知曲线L下方的F点v正注意　分析图像时,应注意图像中的变化量是平衡量还是非平衡量,其变化是由平衡移动引起的,还是由反应速率改变引起的,两者不可混淆。
例用CO合成甲醇(CH3OH)的化学方程式为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)    ΔH<0,按照相同的物质的量投料,测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。下列说法不正确的是 (　    ) A.温度:T1v(d)C.平均摩尔质量: (a)> (c)、 (b)> (d)D.平衡常数:K(a)