化学反应速率和化学平衡.docx

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化学反应速率和化学平衡

第二章化学反应速率和化学平衡

【教学目标】

    1.知道化学反应速率的概念及表示方法；认识浓度、压强、温度和催化剂等对化学反应速率的影响。

    2.了解化学平衡的建立，知道化学平衡常数的涵义，并能利用化学平衡常数进行简单的计算，了解影响化学平衡的因素，认识化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。

    3.初步了解焓变和熵变与反应进行的方向之间的关系。

    4.结合实验培养学生的观察能力、记录实验现象及设计简单实验的能力，培养学生实事求是的科学态度。

教学中注意提高学生分析问题、解决问题、交流和表达的能力。

【知识要点】

一、化学反应速率

1、化学反应速率

（1）概念：

化学反应速率是用来衡量化学反应进行的快慢的物理量。

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化学反应速率。

（2）表示方法：

v＝△c／△t固体或纯净液体v＝△n／△t

（用不同物质表示的化学反应速率之比等于化学方程式中的各物质的化学计量系数比。

）

2、影响化学反应速率的因素

（1）内因（主要因素）是指参加反应的物质的性质。

（2）外界条件对化学反应速率的影响

1）浓度：

其他条件相同时，增大反应物浓度反应速率增大，减小反应物浓度反应速率减小。

有关解释：

在其他条件不变时，对某一反应，活化分子在反应物中所占的百分数是一定的。

单位体积内活化分子的数目与单位体积内反应物分子的总数成正比。

当反应物浓度增大时，单位体积内分子数增多，活化分子数也相应增大，单位体积内的有效碰撞次数也相应增多，化学反应速率增大。

2）压强：

对有气体参加的化学反应，若其他条件不变，增大压强，反应速率加快，减小压强，反应速率减慢。

有关解释：

当温度一定时，一定物质的量的气体的体积与其所受的压强成反比。

若气体的压强增大到原来的2倍，体积就缩小到原来的一半，单位体积内的分子数就增大到原来的2倍。

故增大压强，就是增加单位体积里反应物的物质的量，即增大反应物的浓度，反应速率相应增大；相反，减小压强，气体的体积就扩大，反应物浓度减小，反应速率随之减小。

说明：

①若参加反应的物质为固体、液体或溶液，由于压强的变化对它们的浓度几乎无影响，可以认为反应速率不变。

②与化学反应无关的气体对化学反应速率是否有影响，要分情况而定。

在一定温度下于密闭容器中进行的化学反应N2（g）+3H2（g）

2NH3（g）：

a、充入He并保持容器的容积不变时，虽容器内气体的总压增大，但由于气体的容积不变，反应物气体的物质的量浓度不变，化学反应速率不变，平衡不移动。

b、充入He并保持容器内的总压不变时，必然是容器的容积增大。

而气体容积的增大，引起反应物浓度的减小，化学反应速率减小，平衡左移。

3）温度：

当其他条件不变时，升高温度反应速率增大；降低温度反应速率减小。

经验规律：

一般来说，温度每升高10℃，反应速率增大2～4倍。

有关解释：

在浓度一定时，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，从而增加了反应物分子中活化分子的百分数，使有效碰撞次数增多，反应速率增大。

温度升高，分子的运动加快，单位时间里反应物分子间碰撞次数增加，反应也相应地加快，前者是反应速率加快的主要原因。

说明：

温度对反应速率的影响规律，对吸热、放热反应都适用，且不受反应物状态的限制。

4）催化剂：

催化剂能参与反应，改变反应历程，降低活化能，也就等于提高了活化分子的百分数，从而提高了有效碰撞频率，加快了反应速率。

5）其他因素对化学反应速率的影响

例如，通过光辐照、放射线辐照、超声波、电弧、强磁场、高速研磨等等。

总之，向反应体系输入能量，都有可能改变化学反应速率。

二、化学平衡移动原理（勒夏特列原理）：

如果改变影响化学平衡的一个条件（如浓度、温度、压强等），平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。

1、浓度：

增大反应物浓度或减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动。

减小反应物浓度或增大生成物浓度，平衡向逆反应方向移动。

2、压强：

对于有气体参加的反应，增大压强平衡向气体体积减小的方向移动，减小压强平衡向气体体积增大的方向移动。

　（对于没有气体参加的可逆反应及反应前后气体体积不变的反应，改变压强化学平衡不移动。

）

3、温度：

升高温度平衡向吸热方向移动，降低温度平衡向放热方向移动。

　无论是吸热反应还是放热反应，升高温度反应速率都加快；降低温度反应速率则减慢。

三、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，任何相同组分的分数（体积、物质的量）均相同，这样的化学平衡互称为等效平衡。

（1）定温、定容：

①反应前后气体体积改变：

转化成平衡式同一边物质物质的量与原平衡数值相同。

②反应前后气体体积不变：

转化成平衡式同一边物质物质的量与原平衡比值相同。

（2）定温、定压：

转化成平衡式同一边物质物质的量与原平衡比值相同。

四、化学平衡常数

1、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。

如：

mA（g）+nB（g）

pC（g）+qD（g）

（注意：

①对于有固体或纯液体参加的反应，它们的浓度不列入K的表达式。

②K值与浓度无关，只受温度影响。

不指明温度，K值无意义。

③对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数。

）

应用：

①判断反应进行的程度：

K值越大，反应进行的程度越大，反应物转化率越高。

②判断反应热效应：

T升高，K值增大，则正反应为吸热反应。

T降低，K值减小，则正反应为放热反应。

五、化学反应自发进行的方向的判断

根据体系存在着力图使自己的能量趋于“最低”和“有序”的自然规律，由焓变和熵变判据组合的复合判据适合于所有的过程。

即

ΔG=ΔH－TΔS<0，反应能自发进行

ΔG=ΔH－TΔS＝0，反应处于平衡状态

ΔG=ΔH－TΔS<0，反应不能自发进行

反应热ΔH

混乱度ΔS

ΔG=ΔH－TΔS

自发性

>0

>0

低温>0，高温<0

较高温度能自发

>0

<0

>0

任何温度都不能自发

<0

>0

<0

任何温度都能自发

<0

<0

高温>0，低温<0

较低温度能自发

【课时建议】

第一节   化学反应速率      1课时

第二节   影响反应速率的条件   2课时

第三节   化学平衡      5课时

第四节   化学反应进行的方向   1课时

复习机动      2课时

小计      11课时

高考中的经典运用

知识点：

在化学反应中物质的变化必经过三态，即起始态、变化态和最终态。

对于化学反应速率、化学平衡及其它化学反应方面的计算，如能根据反应方程式，对应地列出三态的变化，哪么便可使分析、解题变得一目了然。

此方面的试题的题型及方法与技巧主要有：

1．化学平衡状态的判断

化学反应是否达到平衡状态，关键是要看正反应速率和逆反应速率是否相等及反应混合物中各组分百分含量是否还随时间发生变化。

2．化学反应速率的计算与分析

要充分利用速率之比等于化学方程式中的计量数之比。

3．化学平衡移动的分析

影响因素主要有：

浓度、压强、温度，其移动可通过勒沙特列原理进行分析。

化学平衡移动的实质是浓度、温度、压强等客观因素对正、逆反应速率变化产生不同的影响，使V正≠V逆，原平衡状态发生移动。

4．等效平衡的分析

主要有等温等容和等温等压两种情况。

5．速率与平衡的图象分析

主要要抓住三点，即起点、拐点和终点。

经典题：

例题1：

（2001年全国高考）在一定温度下，容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图，下列表述中正确的是（）

A．反应的化学方程式为：

2M

N

B．t2时，正逆反应速率相等，达到平衡

C．t3时，正反应速率大于逆反应速率

D．t1时，N的浓度是M浓度的2倍

方法：

图象分析法。

捷径：

从图中得到N为反应物，M为生成物。

从0→t2min，M增加2mol，N消耗4mol，且到达t3min，M、N的浓度保持不变，即反应为可逆反应，反应式为2N

M。

t2时反应物和生成物物质的量相等，此时不是正、逆反应速率相等。

当t3时正逆反应的速率相等。

t1时n（N）=6mol，n（M）=3mol，由于在同一容器中，所以c（N）=2c（M）。

因此此题正确答案为D。

总结：

选项B最容易被误认为正确说法。

造成错判的原因有三：

①没有看清纵坐标的物理量；②概念错误，认为物质的量相等时，化学反应速率就相等；③没有读懂图。

例题2：

（1998年全国高考）体积相同的甲、乙两个容器中，分别都充有等物质的量的SO2和O2，在相同温度下发生反应：

2SO2+O2

2SO3，并达到平衡。

在这过程中，甲容器保持体积不变，乙容器保持压强不变，若甲容器中SO2的转化率为p%，则乙容器中SO2的转化率（　）

A．等于p%B．大于p%C．小于p%D．无法判断

方法：

平衡中的等效转化分析法。

捷径：

设乙容器压强保持1.01×105Pa，因甲容器中体积保持不变，2SO2+O2

2SO3的正反应是个气体体积缩小的反应，达到平衡时，混合气体的总压强小于1.01×105Pa。

又减小压强，平衡向逆反应方向移动，则甲容器中SO2转化率低，乙容器中（定压）SO2的转化率高。

以此得答案为B。

总结：

将两平衡态先相联系，再依据平衡移动原理相互转化，便能快速方便获得结果。

例题3：

（2002年全国高考）在一定温度下，向aL密闭容器中加入1molX气体和2molY气体，发生如下反应：

X（g）+2Y（g）

2Z（g）。

此反应达到平衡的标志是（　）

A．容器内压强不随时间变化

B．容器内各物质的浓度不随时间变化

C．容器内X、Y、Z的浓度之比为l:

2:

2

D．单位时间消耗0.1molX的同时生成0.2molZ

方法：

从平衡状态下正逆反应速率相等分析。

捷径：

此反应为一气体分子数减小的反应，故容器内压强不随时间变化，说明巳达平衡。

各物质的浓度不随时间变化而变化，说明正逆反应速率相等，巳达平衡状态。

浓度为一固定比值不能说明巳达平衡。

D项中的所述均为正反应，未提到逆反应，故不能判断。

以此得答案为AB。

总结：

平衡状态的判断，是高考中的重点内容，也是平衡中的重点。

此类试题只要抓住平衡状态下速率相等，各成分的百分含量保持不变，即可求解。

例题4：

（1998年全国高考）在一定体积的密闭容器中放入3L气体R和5L气体Q，在一定条件下发生反应：

2R（g）+5Q（g）=4X（g）+nY（g）。

反应完全后，容器温度不变，混和气体的压强是原来的87.5%，则化学方程式中的n值是（　）

A．2B．3C．4D．5

方法：

根据化学反应直接分析判断，属过量计算。

捷径：

本题所述及的反应不是可逆反应。

3L气体R和5L气体Q反应时，R过量1L，

同时生成4LX气体和nLX气体，根据题意，所以n=2。

总结：

本题若看成是可逆反应，似乎也可以得到相同的答案，但它们之间有严格区别的，若看成是可逆反应，n只能等于1，因为Q气体不能全部参加反应，而Q气体完全反应。

该题中n只能等于2。

我们把本题安排在可逆反应这一部分中，目的是希望大家能很好地比较两者之间的差异，不能混为一谈。

例题5：

（1997年全国高考）反应2X（g）+Y（g）2Z（g）+热量，在不同温度（T1和T2）及压强（P1和P2）下，产物Z的物质的量（nz）与反应时间（t）的关系如图所示。

下列判断正确的是（C）

A．T1P2

C．T1>T2，P1>P2D．T1>T2，P1

方法：

充分利用关系图，采取淘汰法解题。

捷径：

压强相同（P2），达到平衡所用的时间T1小，说明T1反应速率快，所以可知T1﹥T2，C、D可能正确；相同温度时（T2）时，达平衡后Z的物质的量P1大，说明压强为P1时，平衡向生成Z的方向移动。

而生成Z的方向是气体体积减小的方法，所以P1﹥P2，所以C项正确。

总结：

在图象分析时，既要看清平衡时的直线，又要考虑到非平衡状态下曲线的变化趋势，只有将两者结合起来分析，才能获得正确结果。

例题6：

（1993年全国高考）在一定温度下,把2molSO2和1molO2通入一个一定容积的密闭的容器里,发生如下反应：

当此反应进行到一定程度时,反应混和物就处于化学平衡状态。

现在该容器中维持温度不变,令a、b、c分别代表初始加入的SO2、O2和SO3的物质的量（mol）。

如果a、b、c取不同的数值,它们必须满足一定的相互关系,才能保证达到平衡时,反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡时的完全相同。

请填写下列空白：

（1）若a=0,b=0,则c=.

（2）若a=0.5,则b=和c=.

（3）a、b、c取值必须满足的一般条件是（请用两个方程式表示,其中一个只含a和c,另一个只含b和c）：

。

方法：

此题属等温等容的等效平衡，因两边的气体分子数不等，故要达到等效，必须满足SO2为2mol和O2为1mol（或通过逆向转换产生）。

捷径：

（1）2molSO3相当于2molSO2和1molO2

（2）0.5molSO2与0.25molO2反应生成0.5molSO3，再加上1.5molSO3，其SO3的量是2mol，同

（1）

（3）若SO2与SO3物质的量之和等于2，相当于原来加入2molSO2。

cmolSO3分解

得molO2，若+b=1，两者之和等于初始氧气的量就符合题意。

以此得

（1）c=2；

（2）b=0.25，c=1.5。

（3）a+c=2，2b+c=2。

总结：

此题的类型为：

在其他条件不变时，改变平衡体系中有关物质的量，使之平衡状态相同。

其解题思路是：

有关物质的量不论取何值，都把它转化成最初给定的物质的量。

若其值与题干给出的量相同，则符合题意。

我们把这一类问题称作等效平衡，“等效”是指改变加入的物质与原来加入的物质，在数量上“等效”。

例题7：

（2001年上海高考）某化学反应2A

B＋D在四种不同条件下进行，B、D起始浓度为0，反应物A的浓度（mol/L）随反应时间（min）的变化情况如下表：

根据上述数据，完成下列填空：

（1）在实验1，反应在10至20分钟时间内平均速率为mol/（L·min）。

（2）在实验2，A的初始浓度C2＝mol/L，反应经20分钟就达到平衡，可推测实验2中还隐含的条件是。

（3）设实验3的反应速率为V3，实验1的反应速率为V1，则V3V1（填＞、＝、＜），且C31.0mol/L（填＞、＝、＜）

（4）比较实验4和实验1，可推测该反应是反应（选填吸热、放热）。

理由是

方法：

图表分析法。

捷径：

（1）实验1中，反应在10min到20min内的平均反应速率为（0.80—0.67）mol·L—1÷10min=0.013mol·L—1·min—1。

（2）实验1与实验2相比，平衡时的组成保持不变，温度保持不变，所以起始时A的浓度与实验1相同，即1.0mol·L—1，由于实验2的反应速率大于实验1，所以实验2中隐含的反应条件是使用了催化剂。

（3）实验3中，平衡时A的浓度大于实验1，所以C3应大于1.0mol/L，在其他条件不变时V3﹥V1

（4）升高温度（从800℃变成820℃）平衡时，A的浓度下降，表明平衡向正反应方向移动，因此正反应为吸热反应。

总结：

本题是利用不同时间或不同条件下A的浓度变化值考查化学平衡移动原理，题目设计新颖，尤其是第2问更具特色，利用图象、表格考查化学基础知识是上海试题的特色，也代表当前命题方向和趋势。

例题8：

（1997年上海高考）牙齿表面由一层硬的、组成为Ca5（PO4）3OH的物质保护着，它在唾液中存在下列平衡：

Ca5（PO4）3OH（S）5Ca2++3PO43—+OH—

进食后，细菌和酶作用于食物，产生有机酸，这时牙齿受腐蚀，其原因是。

已知Ca5（PO4）3F（S）的溶解度比上面的矿化产物更小，质地更坚固。

请用离子方程式表示，当牙膏中配有氟化物添加剂后能防止龋齿的原因。

根据以上原理，请你提出一种其他促进矿化的办法：

。

方法：

根据题示信息，从平衡移动的角度进行分析。

捷径：

细菌和酶作用于食物，生成的有机酸，能中和OH—，使平衡向脱矿方向移动，所以加速腐蚀牙齿。

当加入Ca2+或PO43—时，因为Ca5（PO4）3F的溶解度比Ca5（PO4）3OH更小，所以当F—存在时，有利于Ca5（PO4）3F的生成，其反应方程式为：

5Ca2+　+　3PO43—+F—==Ca5（PO4）3F↓，又由于它的质地坚固，所以能达到保护牙齿的目的。

若增大Ca2+或PO43—的浓度均有利平衡向矿化方向移动。

总结：

这是一个贴近生活健康知识的试题。

一方面考查化学知识，同时提供了爱护牙齿的方法。

这种结合生产，贴近生活。

问题是命题的方向。

总结：

1．判断某一可逆反应达到化学平衡状态，关键要抓住：

①v正=v逆，即反应混合物中有某种物质，在同一时段内消耗的物质的量等于生成的物质的量；②各物质的浓度或质量分数、体积分数不变。

题给其他条件都可转化到这两点上来考虑。

只要具备这两点之一，便一定是平衡状态；否则，不能确定为平衡状态。

2．对同一可逆反应，在一定条件下，无论反应是从正反应开始还是从逆反应开始，或从正、逆反应两个方向开始，最终都能达到完全相同的平衡状态。

达到相同平衡时，与起始时反应物及生成物的物质的量配比有关。

抓住这一点，有关气体的物质的量无论取何值，都把它转化为最初给定气体的物质的量，若其值与题干给出的量相同，则符合题意。

3．在一定条件下（等温等容或等温等压），对同一可逆反应，只要起始时加入物质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质的含量相同，这样的平衡称为等效平衡。

考生可在理解的基础上记住以下规律：

（1）等温等容时，只改变起始时加入物质的物质的量，如果通过可逆反应的化学计量数比，换算成同一半边的物质的物质的量与原平衡相同，则两平衡等效。

（2）等温等容时，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，只要反应物（或生成物）的物质的量比值与原平衡相同，则两平衡等效。

（3）等温等压时，改变起始时加入物质的物质的量，只要按化学计量数换算成同一半边的物质的物质的量之比与原平衡相同，则两平衡等效。

4．化学方程式中各物质的化学计量数之比应等于各物质的物质的量的改变量之比。

常有同学因忽视“改变量”而发生错误。

确定化学方程式的步骤：

（1）确定反应物和生成物。

关注其物质的量、浓度或质量等物理量的变化趋势。

（2）确定化学方程式中各物质的化学计量数。

紧扣化学计量数之比=物质的量的变化量之比=物质的量浓度的变化量之比=反应速率之比。

理解题意是正确解题的前提，有的学生在解题时，没有认真仔细地读题、审题，而是另起炉灶，根据以往的经验析题、解题，从而造成错误。

【针对训练】

1．在一个密闭容器中,放入3LX（g）和2LY（g），在一定条件下发生下列反应：

4X（g）+3Y（g）2Q（g）+nR（g），达到平衡时，容器内压强比原来增加5%，X的浓度减小1/3，但温度不变。

则该反应方程式中的n值为（）

A．3B．4C．5D．6

2．在CuCl2水溶液中存在下列平衡，

[Cu（H2O）4]2＋＋4Cl－

[CuCl4]2－＋4H2O

蓝色黄绿色

能使黄绿色CuCl2溶液向蓝色转化的方法是（）

A．蒸发浓缩B．加水稀释

C．加入AgNO3溶液D．加入NaCl晶体

3．可逆反应mA（固）＋nB（气）

PC（气）＋Q，在恒温的条件下，B%与压强的关系如图所示，有关叙述正确的是（）

A．mnp

C．X点时反应的V正>V逆

D．X点比Y点混和物反应速率慢（指正反应或逆反应的速率）

4．在一个6L的密闭容器中，盛入3LX和2LY，在一定条件下，发生反应：

4X（气）＋3Y（气）==2Q（气）＋3R（气）若开始时加热，当反应进行到一定阶段后，采取绝热措施，容器里的温度不再随时间改变，这说明（）

A．正反应为放热反应B．正反应为吸热反应

C．该反应中正反应吸热和逆反应放热相等，表现为既不吸热也不放热

D．该可逆反应达到了平衡状态

5．mA＋nB

pC＋qD，该反应在其它条件不变的情况下，以T1和T2表示不同温度，Ⅰ表示T1时的平衡状态，Ⅱ表示T2时的平衡状态，则下列叙述符合图示的是（）

A．正反应是吸热反应B．T1＞T2

C．逆反应是吸热反应D．T2＞T1

6．在一定温度下，将等物质的量A和B充入一密闭容器中，发生如下反应：

A（气）+2B（气）===2C（气），反应达到平衡时，若A和B的物质的量之和与C相等，则此时A的转化率为（）

A．50%　　B．60%　　C．40%　　D．70%

7．将等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量CuSO4溶液，下列各图产生H2的体积V（L）与时间t（min）的关系，其中正确的是（）

8．对于可逆反应2SO2+O2

2SO3+Q，下面有4个图，已知（A）图是正确的。

分析B、C、D图错误的原因分别是：

（B）_____________________________________________________________

（C）_____________________________________________________________

（D）_____________________________________________________________

9．在密闭容器内进行以下反应：

3A（g）+B（g）2C（g）

（1）正反应是气体体积____的反应，增大压强，平衡向____反应方向移动。

C的质量分数____。

（2）压强不变，升高温度，C的质量分数随温度变化的曲线如右图所示。

则上述的正反应是____反应，要提高B的转化率，应该采取____温度。

（3）若反应开始时，A与B的体积比为3：

1，平衡时B的转化率为50%，则各组分的质量分数分别为A____、B____、C____。

10．将等物质的量的A、B、C、D四种物质混合，发生反应：

aA+bB

cC（固）+dD。

当反应进行一定时间后，测得A减少了nmol，B减少了n/2mol，C增加了3n/2mol，D增加了nmol，此时达到化学平衡。

（1）该化学方程式中各物质的系数为：

a=_____,b=_____,c=_____,d=_____

（2）若只改变压强，反应速度发生变化，但平衡不发生移动，该反应中各物质的聚集状态为：

A________，B________，C________

（3）若只升高温度，反应一段时间后测知四种物质的量又相等，则该反应为________（填“放热”或“吸热”）反应。

11．在一定温度下，把0.5molN2O4充入体积为5L的密闭容器中，2s后，NO2的浓度为0.02mol/L，60s时达到平衡。

此时容器内的压强是开始时的1.6倍。

（1）2s时用N2O4浓度的变化表示反应速度是__