高三复习化学反应方向限度与速率.docx
- 文档编号:9423107
- 上传时间:2023-05-19
- 格式:DOCX
- 页数:42
- 大小:822.20KB
高三复习化学反应方向限度与速率.docx
《高三复习化学反应方向限度与速率.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高三复习化学反应方向限度与速率.docx(42页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
高三复习化学反应方向限度与速率
化学反应方向、限度与速率
(一)化学反应进行的方向
1.自发过程
(1)含义在一定条件下,不需要借助外力作用就能自动进行的过程。
(2)特点
①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。
②在密闭条件下,体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。
2.自发反应在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
3.判断化学反应方向的依据
(1)焓变与反应方向
研究表明,对于化学反应而言,绝大多数放热反应都能自发进行,且反应放出的热量越多,体系能量降低得也越多,反应越完全。
可见,反应焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。
(2)熵变与反应方向
①研究表明,除了热效应外,决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度。
大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。
②熵和熵变的含义
a.熵的含义熵是衡量一个体系混乱度的物理量。
用符号S表示。
同一条件下,不同物质有不同的熵值,同一物质在不同状态下熵值也不同,一般规律是S(g)>S(l)>S(s)。
b.熵变的含义熵变是反应前后体系熵的变化,用ΔS表示.
化学反应的ΔS越大,越有利于反应自发进行。
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,为熵增加反应。
(3)
综合判断反应方向的依据
①ΔH-TΔS<0,反应能自发进行。
②ΔH-TΔS=0,反应达到平衡状态。
③ΔH-TΔS>0,反应不能自发进行。
焓判据和熵判据能作为反应自发进行的一般判据,而由焓判据和熵判据组成的复合判据才是反应是否自发进行的根本判据:
反应是否自发与温度有关,一般低温时焓变影响为主;高温时熵变影响为主。
根据ΔH-TΔS可准确判断反应进行的方向。
能自发进行的反应一定能实际发生吗?
答案 不一定,化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应自发进行的趋势,并不能说明在该条件下反应一定能实际发生,还要考虑化学反应的快慢问题。
【例题】1、碳铵[(NH4)2CO3]在室温下就能自发的分解产生氨气,对其说法中正确的是( )
A.碳铵分解是因为生成易挥发的气体,使体系的熵增大
B.碳铵分解是因为外界给予了能量
C.碳铵分解是吸热反应,根据能量判断能自发分解
D.碳酸盐都不稳定,都能自发分解
2、试判断用于汽车净化的一个反应2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)在298K、100kPa下能否自发进行?
已知:
在298K、100kPa下该反应的ΔH=-113.0kJ·mol-1,ΔS=-145.3J·mol-1·K-1。
(2)化学反应的限度
考点一可逆反应与化学平衡状态
1.可逆反应
(1)定义在相同条件下,既能向正反应方向进行,同时又能向逆反应方向进行的反应。
(2)特点
?
二同:
a.相同条件下;b.正逆反应同时进行。
?
一小:
反应物与生成物同时存在;任一组分的转化率都小于100%。
(3)表示在方程式中用“
”表示。
2.化学平衡状态
(1)概念在一定条件下可逆反应进行到一定程度时,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质量或浓度保持不变的状态。
(2)建立过程
在一定条件下,将0.3molCO和0.2molH2O(g)通入2L密闭容器中,进行反应:
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)。
①反应刚开始时,反应物浓度最大,正反应速率最大;生成物浓度为0,逆反应速率为0。
②随着反应的进行,反应物浓度逐渐减小,正反应速率逐渐减小;生成物浓度逐渐增大,逆反应速率逐渐增大,最终正、逆反应速率相等,达到平衡状态,此时反应体系中各物质的浓度均保持不变。
③依据以上叙述画出反应的v-t图象:
④由v-t图象可以看出化学平衡是动态平衡,因为v正=v逆≠0,即反应仍在进行着。
(3)特征
3、化学平衡状态的标志
(1)v(正)=v(逆)——反应体系中同一物质的消耗速率和生成速率相等。
(2)平衡混合物中各组成成分的含量保持不变——各组分的物质的量浓度、质量分数、物质的量分数、体积分数(有气体参加的可逆反应)、反应物的转化率等保持不变。
【例题】(2012·山东理综,29改编)已知N2O4(g)
2NO2(g) ΔH>0,现将1molN2O4充入一恒压密闭容器中,下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是________。
解析 b项,对于一个特定反应,ΔH固定不变,不能作为判断反应是否达到平衡状态的依据;c项,随着反应的进行,N2O4分解速率逐渐降低。
考点二化学平衡常数与平衡转化率
(一)化学平衡常数
1.概念
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,用符号K表示。
2.表达式对于反应mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g),
(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)
3.意义
(1)K值越大,反应物的转化率越大,正反应进行的程度越大。
(2)K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。
(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
1.对于给定反应,正逆反应的化学平衡常数一样吗?
是什么关系?
答案 正逆反应的化学平衡常数不一样,互为倒数关系。
2.化学平衡常数只受温度的影响,温度升高,化学平衡常数是增大还是减少?
答案 温度升高化学平衡常数的变化要视反应而定,若正反应是吸热反应,则温度升高K值增大,反之则减小。
3.对于一个可逆反应,化学计量数扩大或缩小,化学平衡常数表达式是否改变?
是什么关系?
转化率是否相同?
试举例说明。
答案 对于一个可逆反应,化学计量数不一样,化学平衡常数表达式也就不一样,但对应物质的转化率相同。
例如:
(1)aA(g)+bB(g)
cC(g) K1=
(2)naA(g)+nbB(g)
ncC(g)K2=
=K
或K1=
无论
(1)还是
(2),A或B的转化率是相同的。
(3)已知下列气体反应(在一定温度下) 反应 Ⅰ∶A
B 平衡常数为 Kp1
反应 Ⅱ∶B+C
D 平衡常数为 Kp2
则反应A+C
D的 Kp= Kp1·Kp2
反应A+ D
2B+C的Kp=Kp1/Kp2
【例题】.温度为t℃时,在体积为10L的真空容器中通入1.00mol氢气和1.00mol碘蒸气,20min后,反应达到平衡,此时测得碘蒸气的浓度为0.020mol·L-1。
涉及的反应可以用下面的两个化学方程式表示:
①H2(g)+I2(g)
2HI(g)②2H2(g)+2I2(g)
4HI(g)下列说法正确的是( )
A.反应速率用HI表示时,v(HI)=0.008mol·L-1·min-1
B.两个化学方程式的意义相同,但其平衡常数表达式不同,不过计算所得数值相同
C.氢气在两个反应方程式中的转化率不同
D.第二个反应中,增大压强平衡向生成HI的方向移动
解析 H2(g)+I2(g)
2HI(g)
初始浓度(mol·L-1)0.1000.1000
平衡浓度(mol·L-1)0.0200.0200.160
转化浓度(mol·L-1)0.0800.0800.160
所以,v(HI)=0.160mol·L-1÷20min=0.008mol·L-1·min-1,A正确;
K①=
=64,而K②=
=K
=642=4096,故选项B错;
两个化学方程式表示的是一个反应,反应达到平衡时,氢气的浓度相同,故其转化率相同,C错;
两个反应相同,只是表达形式不同,压强的改变对平衡的移动没有影响,D错。
化学平衡常数的三种应用
1.化学平衡常数数值的大小是可逆反应进行程度的标志。
2.可以利用平衡常数的值作标准判断:
(1)正在进行的可逆反应是否平衡。
(2)化学平衡移动的方向。
提示 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,反应物与生成物浓度有如下关系:
=Qc
Qc
3.利用K可判断反应的热效应
若升高温度,K值增大,则正反应为吸热反应;
若升高温度,K值减小,则正反应为放热反应。
(二)平衡转化率
(1)对于对于反应mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)中A(g)的平衡转化率可表示为:
α(A)=
{c0(A)代表A的初始浓度,c平(A)代表A的平衡浓度}。
(2)规律
同一反应的不同反应物的转化率可以不同。
相同条件下,增大某一反应物的浓度,可增大另一反应物的转化率,而增大浓度的反应物的转化率一般会减小。
化学平衡转化率的变化规律及应用 (了解,涉及等效平衡)
一:
温度的影响:
若正反应是吸热反应,升高温度,转化率升高,降低温度,转化率降低;若正反应为放热反应,升高温度,转化率降低,降低温度,转化率升高。
2.压强的影响:
对于mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)
1、 若m+n>p+q时,压强增大,A、B的转化率升高; 压强减小,A、B的转化率降低
2、 m+n
3、 m+n=p+q时, 压强变化,A、B的转化率不变。
4.加入惰性气体
如果容器的体积不变(总压强增大)A、B的转化率不变。
如果容器的压强不变(容器的体积增大):
?
m+n>p+q时,A、B的转化率降低。
?
m+n
?
m+n=p+q时,A、B的转化率不变。
三、浓度的影响
1、当只改变生成物的浓度使平衡向正反应方向移动,则平衡转化率一定增大。
2、对于mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)
加A ,A的转化率降低,B的转化率升高
在恒温恒容下按比例增加A、B:
?
m+n>p+q时,A、B的转化率升高。
?
m+n
?
m+n=p+q时,A、B的转化率不变。
2、对于mA(g)
pC(g)+qD(g)
(1)若恒温恒容下再加入A:
?
m >p+q时,A的转化率升高。
?
m
?
m =p+q时,A的转化率不变。
(2)若在恒温恒压下再加入A物质,达到新平衡时A的转化率不变
(三)有关化学平衡的计算
1.分析三个量:
即起始量、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.计算方法:
三段式法
化学平衡计算模式:
对以下反应:
mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量(mol)分别为a、b,达到平衡后,A的消耗量为mx,容器容积为VL。
mA(g) + nB(g)
pC(g)+qD(g)
起始(mol)ab00
变化(mol)mxnxpxqx
平衡(mol)a-mxb-nxpxqx
【例题】某温度下,H2(g)+CO2(g)
H2O(g)+CO(g)的平衡常数K=9/4,该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中,投入H2(g)和CO2(g),其起始浓度如表所示:
起始浓度
甲
乙
丙
c(H2)/mol·L-1
0.010
0.020
0.020
c(CO2)/mol·L-1
0.010
0.010
0.020
下列判断不正确的是( )
A.平衡时,乙中CO2的转化率大于60%
B.平衡时,甲中和丙中H2的转化率均是60%
C.平衡时,丙中c(CO2)是甲中的2倍,是0.012mol·L-1
D.反应开始时,丙中的反应速率最快,甲中的反应速率最慢
解析 甲:
H2(g) + CO2(g)
H2O(g)+CO(g)
起始量/mol·L-10.0100.01000
变化量/mol·L-1xxxx
平衡量/mol·L-10.010-x0.010-xxx
K=x2/(0.010-x)2=9/4
解得x=0.0060mol·L-1
c(H2)=0.010-x=c(CO2)=0.0040mol·L-1
c(H2O)=c(CO)=0.0060mol·L-1
α(H2)=0.0060mol·L-1/0.010mol·L-1×100%=60%,又因乙组中H2的起始浓度大于甲组的,故乙组中的反应相当于在甲组平衡的基础上再加入0.010mol·L-1的H2,使平衡又继续正向移动,导致乙中CO2的转化率大于60%,因此A项正确;
丙可看作是2个甲合并而成的,又因H2(g)+CO2(g)
H2O(g)+CO(g)是平衡不受压强影响的反应,故丙组达到平衡时,物质的转化率不变,仅各物质的浓度是甲组达到平衡时各物质浓度的2倍,所以B项正确,C项错误;
考点三化学平衡的移动
1.概念
可逆反应达到平衡状态以后,若反应条件(如浓度、温度、压强等)发生了变化,平衡混合物中各组分的浓度也会随之改变,从而在一段时间后达到新的平衡状态。
这种由原平衡状态向新平衡状态的变化过程,叫做化学平衡的移动。
2.过程
3.平衡移动方向与反应速率的关系
(1)v正>v逆:
平衡向正反应方向移动。
(2)v正=v逆:
反应达到平衡状态,不发生平衡移动。
(3)v正 平衡向逆反应方向移动。 4.平衡移动会伴随着哪些变化 (1)反应速率的变化(引起平衡移动的本质,但反应速率变化也可能平衡不移动),主要看v正与v逆是否相等,如果v正≠v逆,则平衡必然要发生移动,如果v正、v逆同时改变,但始终保持相等,则平衡不移动。 (2)浓度的变化,平衡移动会使浓度发生变化,但是浓度的变化不一定使平衡移动。 (3)各组分百分含量的变化。 (4)平均相对分子质量的变化。 (5)颜色的变化(颜色变化,平衡不一定发生移动)。 (6)混合气体密度的变化。 (7)转化率的变化。 (8)温度的变化。 5.影响化学平衡的外界因素 (1)影响化学平衡的因素 若其他条件不变,改变下列条件对化学平衡的影响如下: 条件的改变(其他条件不变) 化学平衡的移动 浓度 增大反应物浓度或减小生成物浓度 向正反应方向移动 减小反应物浓度或增大生成物浓度 向逆反应方向移动 压强(对有气体存在的反应) 反应前后气体分子数改变 增大压强 向气体体积减小的方向移动 减小压强 向气体体积增大的方向移动 反应前后气体分子数不变 改变压强 平衡不移动 温度 升高温度 向吸热反应方向移动 降低温度 向放热反应方向移动 催化剂 使用催化剂 平衡不移动 (2)勒夏特列原理 如果改变影响化学平衡的条件之一(如温度、压强,以及参加反应的化学物质的浓度),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。 6.几种特殊情况 (1)当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时,由于其“浓度”是恒定的,不随其量的增减而变化,故改变这些固体或液体的量,对化学平衡没影响。 (2)对于反应前后气态物质的化学计量数相等的反应,压强的变化对正、逆反应速率的影响程度是等同的,故平衡不移动。 (3)“惰性气体”对化学平衡的影响 (4)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时,应视为压强的影响。 1.v正增大,平衡一定向正反应方向移动吗? 答案 不一定。 只有v正>v逆时,才使平衡向正反应方向移动。 2.某一可逆反应,一定条件下达到了平衡,? 若化学反应速率改变,平衡一定发生移动吗? ? 若平衡发生移动,化学反应速率一定改变吗? 答案 ? 不一定,如反应前后气体分子数不变的反应,增大压强或使用催化剂,速率发生变化,但平衡不移动。 ? 一定,化学平衡移动的根本原因就是外界条件改变,使v正? v逆才发生移动的。 3.改变条件,平衡向正反应方向移动,原料的转化率一定提高吗? 答案 不一定,不能把平衡向正反应方向移动与原料转化率的提高等同起来,当反应物总量不变时,平衡向正反应方向移动,反应物转化率提高;当增大一种反应物的浓度,使平衡向正反应方向移动时,只会使其他的反应物的转化率提高。 4.升高温度,化学平衡会向着吸热反应的方向移动,此时放热反应方向的反应速率会减小吗? 答案 不会。 因为升高温度v吸和v放均增大,但二者增大的程度不同,v吸增大的程度大于v放增大的程度,故v吸和v放不再相等,v吸>v放,原平衡被破坏,平衡向吸热反应的方向移动,直至建立新的平衡。 降温则相反。 解析化学平衡移动题目的一般思路 (三)化学反应的速率 考点一化学反应速率 1.表示方法 通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量来表示。 2.数学表达式及单位 v= 。 单位为mol·L-1·min-1或mol·L-1·s-1。 3.规律 同一反应在同一时间内,用不同物质来表示的反应速率可能不同,但反应速率的数值之比等于这些物质在化学方程式中的化学计量数之比。 对于任一反应mA+nB===pY+qZ,v(A): v(B): v(Y): v(Z)=m: n: p: q。 考点二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(其他条件不变,只改变一个条件) 3.理论解释——有效碰撞理论 (1)活化分子、活化能、有效碰撞。 ? 活化分子: 能够发生有效碰撞的分子。 ? 活化能: 如图 图中: E1为反应的活化能,使用催化剂时的活化能为E3,反应热为E1-E2。 ? 有效碰撞: 活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。 (2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系 (3) 特别强调: (1)浓度、压强、温度、催化剂影响化学反应速率的实质——改变了单位体积内活化分子的数目,单位体积内的活化分子数目增加,反应速率加快;反之减慢。 (2)压强对反应速率的影响是通过改变体积而使浓度改变来实现的。 (3)温度改变对任何反应的速率都有影响。 【例题】在密闭容器中进行反应CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) ΔH>0,测得c(CH4)随反应时间(t)的变化如图所示。 下列判断不正确的是( ) A.10min时,改变的外界条件可能是升高温度 B.0~10min内,v(H2)=0.15mol·L-1·min-1 C.恒温下,缩小容器体积,一段时间内v逆>v正 D.12min时,反应达平衡的本质原因是气体总质量不再变化 解析 通过计算发现10~12min内的反应速率比0~5min内的反应速率快,A正确;B项,虽然5min时已经达到平衡,但求的是10min内的平均反应速率,v(H2)=3v(CH4)=3× =0.15mol·L-1·min-1,正确;恒温下缩小容器体积时,压强增大,平衡逆向移动,C项正确;D项中反应达平衡的本质是正、逆反应速率相等。 化学反应速率应用易错点 (1)对概念理解不清引起判断错误。 (2)对计算过程中“三段式”应用不熟练而出现的错误。 (3)比较化学反应速率大小时,注意使用同一物质的化学反应速率且单位一致。 (4)升高温度,不论对吸热反应还是放热反应,化学反应速率都是加快的。 (5)对化学反应速率图像横纵坐标理解出现偏差。 (6)“惰性气体”对化学反应速率的影响理解不到位。 化学平衡图像 1、化学平衡图像题的解题步骤 2、化学平衡图像题的解题技巧 ①认清坐标系,搞清纵、横坐标所代表的意义,并与平衡移动原理(勒夏特列原理)挂钩。 ②紧扣可逆反应的特征,搞清正反应方向是吸还是放热,体积增大还是减小、不变,有无固体、纯液体物质参加或生成等。 ③看清速率的变化及变化量的大小,在条件与变化之间搭桥。 ④看清起点、拐点、终点,看清曲线的变化趋势和图象中线的斜率。 ⑤先拐先平,数值大。 例如,在转化率-时间图上,先出现拐点的曲线先达到平衡,此时逆向推理可得该变化的温高、浓度大、压强高。 ⑥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,例如做等温线、等压线。 3、分类识图 (1)速率—时间(v-t)图象及其应用 根据下表中第一行的格式,完成待填内容并绘出②~⑧情况中t1后v′正和v′逆的变化趋势。 平衡体系 条件变化 速率变化 平衡变化 速率变化曲线 任一平衡体系 ①增大反应物的浓度 v正、v逆均增大, 且v正>v逆 正向移动 ②减小反应物的浓度 v正、v逆均减小, 且v逆>v正 逆向移动 ③增大生成物的浓度 v正、v逆均增大, 且v逆>v正 逆向移动 ④减小生成物的浓度 v正、v逆均减小, 且v正>v逆 正向移动 正反应方 向为气体 体积增大 的放热反 应 ⑤增大压强或升高温度 v正、v逆均增大, 且v逆>v正 逆向移动 ⑥减小压强或降低温度 v正、v逆均减小, 且v正>v逆 正向移动 任意平衡 或反应前 后气体化 学计量数 和相等的 平衡 ⑦正催化剂或增大压强 v正、v逆同等倍数增大 平衡不移动 ⑧负催化剂或减小压强 v正、v逆同等倍数减小 平衡不移动 看图技巧 1、改变条件使平衡移动的瞬间曲线是连续的,则是物质浓度发生改变 2、改变条件使平衡移动的瞬间曲线出现断点,则是温度改变或是压强改变 3、改变条件反应速率变化但是平衡不移动,则是使用催化剂或是反应前后气体系数不变的反应中压强改变 (2)浓度—时间图 此类图象能说明平衡体系中各组分(或某一成分)在反应过程中的变化情况。 如A+B AB的反应情况如图2所示,此类图象要注意各物质曲线的折点(达平衡)时刻相同,各物质浓度变化的内在联系及其比例符合化学方程式中的计量数关系。 看图技巧: 1、物质的量(浓度)减少的是反应物,增加的是生成物,前后量不变的是催化剂 2、转化量之比=化学计量数之比,可求知反应方程式的化学计量数 3、反应一段时间后各物质的量保持不变且都大于零,则是可逆反应 (4)含量—时间—温度(压强)图 常见形式有如下图所示的几种。 (C%指产物百分含量,B%指某反应物百分含量)在其他条件不变时,改变任一条件,如: 使用催化剂或温度升高或压强增大,都能缩短到达平衡的时间,这种图象的折点表示达到平衡的时间,反映了反应速率的大小,可以确定T(p)的高低(大小),水平线高低对应于平衡移动方向。 图1 图2图3 图4 图5 图6图7 图8 图9 图10 (5)恒压(温)线 该类图的纵坐标为物质的平衡浓度(c)或反应物的转化率(α),横坐标为温度(T)或压强(p),常见类型如下图: 对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) ΔH<0ΔH>0 m+n>p+qm+n>p+q 看图技巧: 图象中有三个量时,“定一议二” (6)速率—温度(压强)图 这类图有两种情况: 一是不隐含时间变化的速率—温度(压强)图,二是隐含时间变化的速率—温度(压
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高三复习 化学反应方向限度与速率 复习 化学反应 方向 限度 速率