专题07 化学反应速率 化学平衡-【口袋书】2021年高考化学考前回归教材必背知识手册

这是一份专题07 化学反应速率 化学平衡-【口袋书】2021年高考化学考前回归教材必背知识手册，共1页。主要包含了化学反应速率及影响因素，平衡的判定与平衡移动原理，平衡常数等内容，欢迎下载使用。

一、化学反应速率及影响因素
1．对化学反应速率计算公式的理解
(1)根据图表中数据和定义计算：v(X)＝eq \f(X的浓度变化量ml·L－1,时间的变化量s或min或h)，即v(X)＝eq \f(|Δc|,Δt)＝eq \f(|Δn|,V·Δt)，计算时一定要注意容器或溶液的体积，不能忽视容器或溶液的体积V，盲目地把Δn当作Δc代入公式进行计算。
(2)根据化学方程式计算：对于反应“mA＋nB═══pC＋qD”，同一反应用不同的物质表示反应速率时，数值可能不同，但意义相同。不同物质表示的反应速率，存在如下关系：v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q。
(3)注意事项
①浓度变化只适用于气体和溶液中的溶质，不适用于固体和纯液体。
②化学反应速率是某段时间内的平均反应速率，而不是即时速率，且计算时取正值。
2．外界条件对化学反应速率的影响
(1)当其他条件相同时，增大反应物浓度时，v正增大，v逆瞬间不变，随后也增大。
(2)压强对反应速率的影响(有气体参加的化学反应)
①恒温时，压缩体积→压强增大→反应物浓度增大→反应速率加快。
②恒温时，对于恒容密闭容器
a．充入气体反应物→总压强增大→气体反应物浓度增大→反应速率加快。
b．充入“惰性气体”eq \(――→,\s\up7(引起))总压增大―→物质浓度不变(活化分子浓度不变)―→反应速率不变。
③恒温恒压时
充入“惰性气体”eq \(――→,\s\up7(引起))体积增大eq \(――→,\s\up7(引起))物质浓度减小(活化分子浓度减小)eq \(――→,\s\up7(引起))反应速率减小。
(3)升高温度，v正和v逆都增大，但吸热反应方向的反应速率增大的程度大；降低温度，v正和v逆都减小，但吸热反应方向的反应速率减小的程度大。
(4)使用催化剂，能同等程度地改变正、逆反应速率。
3．化学反应速率常数及应用
(1)速率常数含义
速率常数(k)是指在给定温度下，反应物浓度皆为1 ml·L－1时的反应速率。在相同的浓度条件下，可用速率常数大小来比较化学反应的反应速率。
化学反应速率与反应物浓度(或浓度的次方)成正比，而速率常数是其比例常数，在恒温条件下，速率常数不随反应物浓度的变化而改变。因此，可以应用速率方程求出该温度下任意浓度时的反应速率。
(2)速率方程
一定温度下，化学反应速率与反应物浓度以其计量数为指数的幂的乘积成正比。
对于反应：aA(g)＋bB(g)gG(g)＋hH(g)
则v正＝k正ca(A)·cb(B)(其中k正为正反应的速率常数)，v逆＝k逆·cg(G)·ch(H)(其中k逆为逆反应的速率常数)。
如反应2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)，v正＝k正·c2(NO2)，v逆＝k逆·c2(NO)·c(O2)。
(3)速率常数与化学平衡常数之间的关系
一定温度下，可逆反应：aA(g)＋bB(g)gG(g)＋hH(g)，达到平衡状态时，v正＝k正·ca(A)·cb(B)，v逆＝k逆·cg(G)·ch(H)，因平衡时v正＝v逆，则k正·ca(A)·cb(B)＝k逆·cg(G)·ch(H)，eq \f(k正,k逆)＝eq \f(cgG·chH,caA·cbB)＝K
4.注意化学反应速率计算的常见错误
(1)不注意容器的容积。
(2)漏写单位或单位写错。
(3)忽略有效数字。
5.比较化学反应速率大小的注意事项
(1)看单位是否统一，若不统一，换算成相同单位。
(2)比较不同时间段内的化学反应速率大小时，可先换算成同一物质表示的反应速率，再比较数值大小。
(3)比较化学反应速率与化学计量数的比值。例如，对于一般反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，比较不同时间段内eq \f(vA,a)与eq \f(vB,b)的大小，若eq \f(vA,a)＞eq \f(vB,b)，则用A表示的反应速率比用B表示的大。
6.在分析影响化学反应速率的因素时，要理清主次关系。
①当增大反应物浓度时，v(正)瞬间增大，随后逐渐减小；v(逆)瞬间不变，随后逐渐增大；直至v(正)和v(逆)相等时达到平衡。
②增大压强，v正和v逆都增大，气体分子数减小方向的反应速率变化程度大；
③对于反应前后气体分子数不变的反应，改变压强可以同等程度地改变正、逆反应速率；
④升高温度，v正和v逆都增大，但吸热反应方向的反应速率增大的程度大；
⑤使用催化剂，能同等程度地改变正、逆反应速率。
二、平衡的判定与平衡移动原理
1．化学平衡状态的判断标志
(1)速率标志
①同一物质在同一时间内生成速率与消耗速率相等。
②不同物质在相同时间内代表反应方向相反时的化学反应速率比等于化学计量数之比。
(2)物质的数量标志
①平衡体系中各物质的质量、浓度、百分含量等保持不变。
②反应物消耗量达到最大值或生成物的量达到最大值(常用于图像分析中)。
③不同物质在相同时间内代表反应方向相反的量(如物质的量、物质的量浓度、气体体积)的变化值之比等于化学计量数之比。
(3)特殊的标志
①对反应前后气体分子数目不同的可逆反应来说，当体系的总物质的量、总压强(恒温恒容时)、平均相对分子质量不变。
②有色体系的颜色保持不变。
(4)依Q与K关系判断：若Q＝K，反应处于平衡状态。
(5)微观角度
从微观的角度分析，如反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，下列各项均可说明该反应达到了平衡状态：
附总标志：逆向相等、变量不变达到平衡。
2．化学平衡移动的判断方法
(1)依据勒夏特列原理判断
通过比较平衡破坏瞬时的正、逆反应速率的相对大小来判断平衡移动的方向。
①若外界条件改变，引起v正＞v逆，则化学平衡向正反应方向(或向右)移动；
②若外界条件改变，引起v正＜v逆，则化学平衡向逆反应方向(或向左)移动；
③若外界条件改变，虽能引起v正和v逆变化，但变化后新的v正′和v逆′仍保持相等，则化学平衡没有发生移动。
注：理解不能用勒夏特列原理解释的问题
①若外界条件改变后，无论平衡向正反应方向移动或向逆反应方向移动都无法减弱外界条件的变化，则平衡不移动。如对于H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)，由于反应前后气体的分子总数不变，外界压强增大或减小时，平衡无论正向或逆向移动都不能减弱压强的改变。所以对于该反应，压强改变，平衡不发生移动。
②催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，所以催化剂不会影响化学平衡，当外界条件的改变对平衡移动的影响与生产要求不一致时，不能用勒夏特列原理解释，如工业合成氨条件的选择。
(2)依据浓度商(Q)规则判断
通过比较浓度商(Q)与平衡常数(K)的大小来判断平衡移动的方向。
①若Q＞K，平衡逆向移动；
②若Q＝K，平衡不移动；
③若Q＜K，平衡正向移动。
(3)根据图像中正、逆反应速率相对大小判断：若v正>v逆，则平衡向正反应方向移动；反之向逆反应方向移动。
(4)依变化过程中速率变化的性质判断：若平衡移动过程中，正反应速率逐渐增大(减小)，则平衡向逆(正)反应方向移动。
三、平衡常数、转化率的判断
1．化学平衡常数与转化率的计算
(1)牢记一个万能模式(“三段式”法)
如mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为a ml·L－1、b ml·L－1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx ml·L－1。
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始/(ml·L－1) a b 0 0
变化/(ml·L－1) mx nx px qx
平衡/(ml·L－1) a－mx b－nx px qx
K＝eq \f(pxp·qxq,a－mxm·b－nxn)
注意：1．分析三个量：起始量、变化量、平衡量。
2．明确三个关系
(1)对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。
(2)对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。
(3)各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
3.注意三个误区
(1)反应起始时,反应物和生成物可能同时存在。
(2)由于起始浓度是人为控制的,故不同的物质起始浓度比不一定等于化学计量数之比。若反应物起始浓度之比等于化学计量数之比,则隐含着各反应物转化率相等,且平衡时各反应物的浓度之比等于化学计量数之比。
(3)起始浓度之比、平衡浓度之比不一定等于化学计量数之比,但物质之间是按化学计量数之比反应和生成的,故各物质的浓度变化之比一定等于化学计量数之比,这是计算的关键。
（2）“三段式”法解题步骤：
①写出有关化学平衡的反应方程式。
②确定各物质的起始、转化、平衡时的量(物质的量或物质的量浓度)。
③根据已知条件建立等式关系并做解答。
(3)掌握7个计算公式
①转化率＝eq \f(n转化,n起始)×100%＝eq \f(c转化,c起始)×100%=eq \f(mx,a)×100%
②生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。
产率＝eq \f(产物实际产量,理论产量)×100%
③平衡混合物某组分的百分含量：φ(A)＝eq \f(a－mx,(a－mx)＋(b－nx)＋px＋qx)×100%。
④平衡前后的压强之比：
eq \f(p平,p始)＝eq \f((a－mx)＋(b－nx)＋px＋qx,a＋b)。
⑤平均摩尔质量：M＝eq \f(a·M(A)＋b·M(B),(a－mx)＋(b－nx)＋px＋qx) g/ml。
⑥反应速率：v(A)＝eq \f(mx,Δt)
⑦平衡常数：K＝eq \f(pxp·qxq,a－mxm·b－nxn)
2.化学平衡常数表达式的书写
(1)不要把反应体系中纯固体、纯液体以及稀水溶液中水的浓度写进平衡常数表达式。如：
CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g) K＝c(CO2)
Cr2Oeq \\al(2－,7)(aq)＋H2O(l)2CrOeq \\al(2－,4)(aq)＋2H＋(aq) K＝eq \f(c2CrO\\al(2－,4)·c2H＋,cCr2O\\al(2－,7))
但在非水溶液中，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数表达式中。如：
C2H5OH＋CH3COOHCH3COOC2H5＋H2O K＝eq \f(cCH3COOC2H5·cH2O,cC2H5OH·cCH3COOH)
C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) K＝eq \f(cCO·cH2,cH2O)
(2)同一化学反应，化学反应方程式写法不同，其平衡常数表达式及数值亦不同。如：
N2O4(g)2NO2(g) K＝eq \f(c2NO2,cN2O4)
eq \f(1,2)N2O4(g)NO2(g) K′＝eq \f(cNO2,c\f(1,2)N2O4)＝eq \r(K)
(3)有气体参与的反应，用平衡分压(总压乘以各自的物质的量分数)表示平衡常数。
如：2A(g)＋B(s)C(g)。若达到平衡时，n(A)＝n1、n(C)＝n2密闭体系的压强为p，则Kp＝＝eq \f(n2n1＋n2,pn\\al(2,1))。
(4)平衡常数的关系
①反应1(平衡常数为K1)+反应2(平衡常数为K2)＝反应3(平衡常数为K3)，则K3＝K1·K2。
②若两反应互为可逆反应，其平衡常数互为倒数关系，K正·K逆＝1。
③同一方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小n倍，则新平衡常数K′与原平衡常数K间的关系是K′＝Kn或K′＝eq \r(n,K)。
(5)对于同类型的反应，K值越大，反应物转化率越大，表示反应进行的程度越大；K值越小，反应物转化率越小，表示反应进行的程度越小。化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若化学方程式中的化学计量数变化，相应地化学平衡常数也要发生变化。对于化学平衡常数的求算，应力求列式条理，计算准确，常用“三段式”求解。
3.转化率的变化分析
在一恒容密闭容器中通入a ml A、b ml B发生反应aA(g)＋bB(g)cC(g)，达到平衡后，改变下列条件，分析转化率的变化情况：
(1)再通入b ml B，α(A)增大，α(B)减小。
(2)再通入a ml A、b ml B或再通入cmlC(相当于压强增大)：
若a＋b＞c，平衡正向移动，α(A)增大、α(B)增大；
若a＋b＝c，平衡不移动，α(A)不变、α(B)不变；
若a＋b＜c，平衡逆向移动，α(A)减小、α(B)减小。
4．三种等效平衡
(1)恒温恒容，对于非等体反应，极端转化各物质的量相等，平衡相同(c平、n平、v、%均相同)。
(2)恒温恒压，任何气体反应，极端转化，各物质的量之比相同，平衡等效(c平、v、%均相同，但n平成比例)。
(3)恒温恒容，对于等体反应，极端转化各物质的量之比相同，平衡等效(c%相同，c平、n平成比例，v不同)。
5.Kc与Kp计算常见的易错点
(1)计算Kc时，要注意恒压条件下引起的容器体积变化，不能用起始体积平衡浓度。
(2)计算Kp时，要注意恒容条件下引起的平衡总压强变化，不能用起始压强计算平衡分压。
四、化学反应速率与化学平衡图像的综合判断
1．图象种类：
从图象类型来看，主要有三类图象；
第I类图象：反应速率V作纵坐标，时间t作横坐标；
第II类图象：反应混合体系中某个量M%（一般指反应混合物中某组分的浓度或某组分的体积分数或某组分转化率）作纵坐标与反应时间t作横坐标的关系图象。
第III类图象：平衡体系中某个量（同I）作纵坐标，压强P或温度T作横坐标的变化曲线。
2．理解化学反应速率与化学平衡的5种常见图像
(1)浓度(或物质的量)—时间图像
描述可逆反应到达平衡的过程，如：反应A(g)+B(g)AB(g)的浓度—时间图像如图所示。
(2)体积分数—温度图像
描述平衡进程，如：在容积相同的不同密闭容器内，分别充入相同量的N2和H2，在不同温度下，任其发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，在某一时刻，测定NH3的体积分数，如图所示，A、B未到达平衡；C点最大，恰好到达平衡；D、E体积分数变小，是升温平衡逆向移动的结果。可推知该反应为放热反应。
(3)速率—时间图像
以反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) ΔH>0为例：反应速率－时间(v－t)图像中，在平衡后的某时刻t1改变某一条件后，v(正)与v(逆)的变化有两种情况：
①v(正)、v(逆)同时突变
②v(正)、v(逆)之一渐变
(4)物质的量(或浓度、转化率、含量)—时间—温度(或压强)图像
描述温度(或压强)对平衡移动的影响，如：放热反应2X(g)+Y(g)2Z(g)，在不同温度(T1和T2)及压强(p1和p2)下，产物Z的物质的量n(Z)与反应时间t的关系如图所示，则：T1＞T2，p1＞p2。
(5)恒压(或恒温)线
描述反应在不同压强或温度下，平衡移动与反应特征的关系，如：mA(g)+nB(g)xC(g)+yD(g)，A的转化率RA与p、T的关系如图所示，则该反应的正反应吸热，m+n＞x+y。
3．化学反应速率与化学平衡图像分析方法
（1）分析图像时，一看面(即看清横坐标和纵坐标所代表的含义)；二看线(即看线的走向和变化趋势)；三看点(即看线是否通过原点，两条线的交点或线的拐点)；四看有没有作辅助线(如等温线、等压线)；五看定量图像中有关数据。在分析时要联系可逆反应的特点，即外界因素对化学反应速率和化学平衡的影响规律以及化学平衡常数、转化率等计算公式。
（2）解图像题时，紧扣特征，弄清可逆反应的正反应是吸热还是放热，体积增大、减小还是不变 ，有无固体、纯液体物质参与反应等。
①“先拐先平”：在含量(转化率)—时间曲线中，先出现拐点的则先达到平衡，说明该曲线反应速率大，表示温度较高、有催化剂、压强较大等。
②“定一议二”：当图象中有三个量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系，有时还需要作辅助线。
③“三步分析法”：一看反应速率是增大还是减小；二看v(正)、v(逆)的相对大小；三看化学平衡移动的方向。