【复习课件】第二章 化学反应速率与化学平衡考点串讲（人教版 (2019)高中 化学选择性必修1专题复习）

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第二章 化学反应速率与化学平衡 单元复习化学反应速率1．定义： 衡量化学反应进行_______的物理量。2．表示方法： 单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量来表示。3．表达式：______________________ 单位： ____________________________________________________________快慢v = Δc/Δtmol·L-1·s-1或mol/（L·s），mol·L-1·min-1或mol/（L·min）化学反应速率资料卡片——除浓度外，反应速率的其他测量 化学反应速率是可以通过实验测定的。根据化学反应速率表达式，实验中需要测定不同反应时刻反应物（或生成物）的浓度。实际上任何一种与物质浓度有关的可观测量都可以加以利用，如气体的体积、体系的压强、颜色的深浅、光的吸收、导电能力等。 例如，对于在溶液中进行的反应，当反应物或生成物本身有比较明显的颜色时，人们常常利用颜色变化与浓度变化间的比例关系来测量反应速率。 化学反应速率（1）写出有关反应的化学方程式；（2）标出各物质的起始量、变化量、最终量 （可用物质的量，也可用浓度）；（3）根据已知条件列方程式计算。 “三段式”计算化学反应速率1．同一反应用不同物质表示化学反应速率时，其数值大小可能不同，但表示的意义相同。2．对于反应mA(g) + nB(g) = pC(g) + qD(g)，当单位相同时，化学反应速率的数值之比等于方程式中各物质的化学计量数之比，即： v (A)∶v (B)∶v (C)∶v (D) = ___________________。化学反应速率与化学计量数的关系m∶n∶p∶q化学反应速率1．定性比较 通过观察实验现象，如反应的剧烈程度、产生气泡或沉淀的快慢、固体消失或气体充满所需时间的长短等来定性判断化学反应的快慢。如K与水反应比Na与水反应剧烈，则反应速率：K＞Na。2．定量比较 同一化学反应速率用不同物质表示时数值可能不同，比较化学反应速率的快慢不能只看数值大小，还要进行一定的转化。（1）“化物质”：将不同物质的化学反应速率转化成同一物质的化学反应速率，或分别除以相应物质的化学计量数，所得数值大的速率大。（2）“化单位”：若化学反应速率的单位不一致，需转化为同一单位。 化学反应速率的比较方法化学反应速率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。每一步反应都称为基元反应。基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞。2. 自由基： 带有单电子的原子或原子团叫自由基，如 I·自由基、O·自由基。自由基反应活性很强，寿命极短。3. 反应历程： 与某化学反应有关的一组基元反应反映了该反应的反应历程，反应历程又称反应机理。 举个例子——碘化氢的分解总反应：2HI = H2 + I2 实际上是经过下列两步基元反应完成的：2HI → H2 + 2I· 2I·→ I2 化学反应速率1．有效碰撞的概念： 能发生化学反应的碰撞称为有效碰撞。2．有效碰撞必须满足的条件： （1）分子具有足够的___________；（即___________分子） （2）分子在碰撞时具有合适的_____________。3．有效碰撞与反应速率的关系： 有效碰撞的频率越高，则反应速率_____________。能量 活化 取向越快化学反应速率1. 活化分子：具有足够能量、能够发生___________的分子。2. 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。 催化剂的作用：降低反应的活化能。E1：正反应的活化能E2：活化分子变成生成物分子放出的能量（逆反应的活化能）E1﹣E2：反应热（△H） 有效碰撞化学反应速率1. 化学反应速率通常指一定时间内反应的平均速率。2. 在化学反应进程中，未达平衡时，瞬时反应速率一般是不断变化的。3. 对于基元反应，化学反应速率通常与各反应物浓度的幂之积成正比。4. 速率常数和速率方程对于反应： aA + bB + … → 产物速率方程为 v = k·cx(A)·cy(B)·… ，式中的 k 称为速率常数。 化学反应的速率常数和速率方程化学反应速率影响化学反应速率的因素B【例1】下列对化学反应速率的理解正确的是（ ）A．化学反应速率表示的是化学反应进行的程度B．化学反应速率可以用单位时间内反应物浓度的变化来表示C．化学反应速率可以用任何一种反应物或生成物来表示D．化学反应速率可以是正值，也可以是负值 【例2】合成氨的反应为：3H2　+ N2 2NH3，其反应的速率可分别表示为v (H2)、v (N2)、v (NH3)（单位为mol/(L·s)），则下列关系正确的是( )A．v (H2) = v (N2) = v (NH3) B．v (H2) = 3v (N2) C．v (N2) =2v (NH3) D．v (NH3) =3/2 v (H2) B【例3】反应2A(g)+2B(g)=C(g)+3D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为：① v(A)=0.45mol·L-1·min-1 ② v(B)=0.6mol·L-1·s-1 ③ v(C)=0.4mol·L-1·s-1 ④ v(D)=0.5mol·L-1·s-1。该反应进行的快慢顺序为（ ）A．②>④>①>③ B．③>④>②>① C．③>②>④>① D．④>③>②>①CA【例4】把0.6 mol气体X和0.4 mol气体Y混合于2.0 L的密闭容器中，发生如下反应：3X(g)＋Y(g) nZ(g)＋2W(g)，测得5 min末生成0.2 mol W，又知以Z表示的平均反应速率为0.01 mol·L-1·min-1，则n值是( )A．1 B．2 C．3 D．4 D【例5】在一定条件下，A气体与B气体反应生成C气体。反应过程中，反应物与生成物的浓度随时间变化的曲线如图，则下列叙述正确的是（ ）B【例6】O3在水中易分解，一定条件下，O3的浓度减少一半所需的时间(t)如表所示。已知：O3的起始浓度为0.0216mol·L-1。下列说法正确的是（ ）A．pH增大能加速O3分解，表明对O3分解起催化作用的是H+B．在30℃、pH=4.0条件下，O3的分解速率为1.67×10-6mol(L·s)-1C．根据表中数据可知，O3的分解速率随温度升高而增大，随pH增大而减小D．根据表中数据的递变规律，推测O3在下列条件下分解速率的大小关系为： 40℃、pH=3.0>30℃、pH=7.0【例7】少量铁粉与100mL 0.01mol·L-1的稀盐酸反应，反应速率太慢，为了加快此反应速率而不改变H2的量，可以使用如下方法中的（ ）①由铁粉换铁块 ②加NaNO3固体 ③将0.01mol·L-1的稀盐酸换成98％的硫酸溶液 ④加CH3COONa固体 ⑤加NaCl溶液 ⑥滴入几滴硫酸铜溶液 ⑦升高温度(不考虑盐酸挥发) ⑧改用100mL0.1mol·L-1盐酸A．③⑤ B．①③ C．⑥⑦ D．⑦⑧ D【例8】对于反应2NO+2H2 N2+2H2O，科学家根据光谱研究提出如下反应历程：第一步：2NO N2O2：快反应；第二步：N2O2+H2→N2O+H2O 慢反应；第三步：N2O+H2→N2+H2O 快反应。上述反应中可近似认为第二步反应不影响第一步反应的平衡，下列叙述正确的是( )A．第三步反应中N2O与H2的每一次碰撞都是有效碰撞B．反应的中间产物有N2O2、N2O和H2C．该反应的速率由第二步反应决定D．若第一步反应的△H v逆 ； （2）Q = K：反应处于化学平衡状态，v正 = v逆 ； （3）Q > K：反应向逆反应方向进行，v正 < v逆 。 温度生成物正 105化学平衡六、平衡常数与方程式的关系1．对于同一可逆反应，正反应和逆反应的平衡常数互为倒数；2．若化学方程式中各物质的化学计量数都扩大或缩小至原来的n倍，则化学平衡常数变为原来的n次幂或n(1)次幂。3．若干方程式相加，则总反应的平衡常数等于分步平衡常数之乘积；若干方程式相减，则总反应的平衡常数等于分步平衡常数之商。 化学平衡七、化学平衡的移动 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，直到达到新的平衡状态。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。 化学平衡如果改变影响平衡的一个条件（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，该结论就是勒夏特列原理。勒夏特列原理 平衡移动的结果是“减弱”外界条件的影响，但不能 “消除”外界条件的影响，即“减弱但不抵消”。 思考与交流：如何理解勒夏特列原理中的“减弱”一词？化学平衡八、化学平衡图像总反应速率−时间图像速率−时间图像化学平衡化学平衡C【例1】在一密闭容器中进行如下反应：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)，已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol/L、0.1 mol/L、0.2 mol/L，当反应达平衡时，可能存在的数据是（ ）A．SO2为0.4 mol/L、O2为0.2 mol/L B．SO2、SO3均为0.15 mol/LC．SO3为0.25 mol/L D．SO3为0.4 mol/LA【例2】在一定温度下，可逆反应2NO2(g) 2NO(g)+O2(g)在体积固定的密闭容器中进行，反应达到平衡状态的标志是（ ）①单位时间内生成n mol O2，同时生成2n mol NO2②单位时间内生成n mol O2，同时生成2n mol NO③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为2∶2∶1④混合气体的密度不再改变⑤混合气体的颜色不再改变⑥混合气体平均相对分子质量保持不变A．①⑤⑥ B．①③⑤ C．②④⑤ D．以上全部 B【例3】将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：H2NCOONH4(s)⇌2NH3(g)+CO2(g)。能判断该反应已经达到化学平衡的是（ ）①v(NH3)正=2v(CO2)逆 ②密闭容器中总压强不变③密闭容器中混合气体的密度不变 ④密闭容器中混合气体的平均相对分子质量不变⑤密闭容器混合气体的总物质的量不变 ⑥密闭容器中CO2的体积分数不变⑦混合气体总质量不变A．①②⑤⑦ B．①②③⑤⑦ C．①②③⑤⑥ D．全部 C【例4】已知下列反应的平衡常数：① S(s)＋O2(g)SO2(g)，K1；② H2(g)＋S(s)H2S(g)，K2；则反应H2(g)＋SO2(g) O2(g)＋H2S(g)的平衡常数是（ ）A．K1-K2 B．K2-K1 C．K2 /K1 D．K1/K2 B【例5】在800℃时，体积为1升的密闭容器中，下列可逆反应达到化学平衡状态：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)，已知CO和H2O(g)的初始浓度为0.01mol·L-1时，H2平衡浓度为0.005mol·L-1。若此时再加入0.02mol·L-1的H2O(g)，重新达到平衡时，H2平衡浓度为（ ）A．0.025 mol·L-1 B．0.0075 mol·L-1 C．0.005 mol·L-1 D．0.015 mol·L-1D【例6】对于可逆反应：FeCl3+3KSCN⇌Fe(SCN)3+3KCl的理解不正确的是（ ）A．增大FeCl3的浓度，平衡向正反应方向移动B．增大KSCN的浓度，平衡向正反应方向移动C．增大Fe(SCN)3的浓度，平衡向逆反应方向移动D．增大KCl的浓度，平衡向逆反应方向移动 D【例7】已知反应：2NO2(红棕色) N2O4(无色)　ΔH＜0，将一定量的NO2充入注射器后封口，如图是在拉伸和压缩注射器的过程中气体透光率随时间的变化(气体颜色越深，透光率越小)，下列说法正确的是（ ）①b点的操作为拉伸注射器②d点v正＜v逆③c点与a点相比，c(NO2)增大，c(N2O4) 减小，④若不忽略体系温度变化，且没有能量损失，则T(b)＜T(c)⑤若容器绝热，则平衡常数Ka＞Kc A．①③⑤ B．②③④ C．①③④ D．②④⑤A【例8】下列事实中，不能用勒夏特列原理解释的有几项（ ）①Fe(SCN)3溶液中加入固体KSCN后颜色变深　②将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应③实验室常用排饱和食盐水的方法收集氯气④红棕色NO2气体加压后颜色先变深后变浅⑤加入催化剂有利于合成氨的反应⑥由H2(g)、I2(g)和HI(g)组成的平衡体系加压后颜色变深⑦500 ℃时比室温更有利于合成氨的反应A．三项 B．四项 C．五项 D．六项 等效平衡对于CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) 途径1： 起始 0.01mol 0.01mol 0 0 平衡 0.004mol 0.004mol 0.006mol 0.006mol途径2： 起始 0 0 0.01mol 0.01mol 平衡 0.004mol 0.004mol 0.006mol 0.006mol 等效平衡的建立 上述两种途径，同一可逆反应，外界条件相同，通过不同的途径(正向和逆向)，平衡时同种物质的物质的量相等(同种物质的含量相等)——效果相同的平衡。等效平衡 在一定条件（定温、定容或定温、定压）下，只是起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后，任何相同组分的物质的量分数（或体积分数）均相同，这样的化学平衡互称等效平衡。等效平衡的原理等效平衡1、等温、等容条件下的等效平衡Ⅰ类：在等温、等容条件下，对于反应前后气体化学计量数不相等的可逆反应，只改变起始时加入物质的物质的量，若通过可逆反应的化学计量数之比换算成同一边物质的物质的量，所得反应物（或生成物）的物质的量与原起始量对应相同，则两平衡等效。 例如：在等温、等容条件下，对于可逆反应2A（g）+B（g） 3C（g）+D（g）等效平衡1、等温、等容条件下的等效平衡Ⅱ类：在等温、等容条件下，对于反应前后气体化学计量数相等的可逆反应，只改变起始时加入物质的物质的量，若通过可逆反应的化学计量数之比换算成同一边物质的物质的量，所得反应物（或生成物）的物质的量之比与原起始量之比对应相同，则两平衡等效。例如：在等温、等容条件下，对于可逆反应2A（g）+B（g） 3C（g）+D（s）等效平衡2、 等温、等压条件下的等效平衡 在等温、等压条件下，对于反应前后气体化学计量数任意型的可逆反应，只改变起始时加入物质的物质的量，若通过可逆反应的化学计量数之比换算成同一边物质的物质的量，所得反应物（或生成物）的物质的量之比与原起始量之比对应相同，则两平衡等效。 例如：在等温、等容条件下，对于可逆反应2A（g）+B（g） 3C（g）+D（g）C【例1】相同温度下，容积相同的甲、乙、丙3个恒容密闭容器中发生可逆反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－197 kJ·mol－1。实验测得起始、平衡时的有关数据如下表：下列叙述正确的是（ ）A．Q1＝Q2＝Q3＝197 kJB．达到平衡时，丙容器中SO2的体积分数最大C．甲、乙、丙3个容器中反应的平衡常数相等D．若在上述条件下反应生成2 mol SO3(s)的反应热为ΔH1，则ΔH1>－197 kJ·mol－1 C【例2】在体积、温度都相同的条件下，反应2A(g)＋2B(g) C(g)＋3D(g)分别从下列两条途径建立平衡：Ⅰ. A、B的起始物质的量均为2 mol；Ⅱ. C、D的起始物质的量分别为2 mol和6 mol。以下叙述中不正确的是( )A．Ⅰ、Ⅱ两途径最终达到平衡时，体系内混合气体的百分组成相同B．Ⅰ、Ⅱ两途径最终达到平衡时，体系内混合气体的平均相对分子质量相同C．达平衡时，Ⅰ途径的反应速率vA等于Ⅱ途径的反应速率vAD．达平衡时，Ⅰ途径所得混合气体的密度为Ⅱ途径所得混合气体密度的2(1) A【例3】将3 mol A和1 mol B混合于一体积可变的密闭容器P中，以此时的温度、压强和体积作为起始条件，发生了如下反应：3A(g)+B(g) 2 C(g)+D(g) 达到平衡时C的浓度为w mol·L-1。回答（1）～（2）小题：（1）保持温度和压强不变，按下列四种配比充入容器P中，平衡后C的浓度仍为w mol·L-1的是( )(A) 6 mol A+2 mol B (B) 3 mol A+1 mol B+2 mol C，(C) 2 mol C+1 mol B+1 mol D (D) 1 mol C+2mol D（2）保持原起始温度和体积不变，要使平衡后C的浓度仍为w mol·L-1，应按下列哪种配比向容器Q中充入有关物质( )(A) 3 mol A+1 mol B (B) 4 mol C+2 mol D(C) 1.5 mol A+0.5mol B+1 mol C +0.5 mol D (D) 以上均不能满足条件， D化学反应的方向和调控1. 定义：在等温、等压条件下的封闭体系中，自由能的变化ΔG = ΔH﹣TΔS。(单位为kJ/mol)2. 判断标准：（1）当ΔG 0时，反应不能自发进行。 肯定能自发进行肯定不能自发进行低温可以自发进行高温可以自发进行化学反应的方向和调控化学反应的方向和调控1．反应限度：要考虑尽量增大反应物的__________，充分利用原料。2．反应速率：要选择较快的____________，提高单位时间内的产量。3．生产要求：要考虑设备的要求和技术条件。 调控化学反应需考虑的问题转化率反应速率B【例1】现有两个热化学反应方程式：(l) ΔH＞0 ①(l)+2H2(g)下列说法正确的是( )A．反应①②中都存在：ΔS＞0B．反应①一定不能自发进行C．在通常情况下，①②都能自发进行D．反应②高温时，可自发进行 (l)+H2(g)(l) ΔH＜0 ②【例2】在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列操作与平衡移动无关的是（ ）A．不断将氨分离出来B．使用催化剂C．采用500 ℃左右的高温而不是700 ℃的高温D．采用2×107～5×107 Pa的压强 B谢谢观看THANKS