2021高考化学一轮复习专题七化学反应速率和化学平衡课件

2021高考化学一轮复习专题七化学反应速率和化学平衡课件

考点一　化学反应速率 考点清单 基础知识 一、化学反应速率   二、影响化学反应速率的因素 (1)内因:反应物本身的性质。 (2)外因: 影响因素 速率变化 浓度 增大反应物的浓度 增大 减小反应物的浓度 减小 压强(有气体参加的反应) 增大压强 增大 减小压强 减小 温度 升高温度 增大 降低温度 减小 使用催化剂 一般可加快反应速率 其他影响因素:固体反应物的表面积、超声波、溶剂、放射线辐照、电弧、强磁场、高速研磨等。 (3)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系   考点二　化学平衡　化学反应进行的方向 基础知识 一、化学平衡 1.化学平衡状态 在一定条件下的可逆反应里,当正反应速率与逆反应速率① 　相等     时,反 应混合物中各组分的浓度② 　保持一定      的状态,叫化学平衡状态,简称化 学平衡。 2.化学平衡的移动 一个可逆反应达到平衡状态以后,反应条件(如温度、浓度、压强等)改变 了,原平衡体系中各组分的含量也随着改变而达到新的平衡状态,这个过程 叫化学平衡的移动。 平衡移动的原因:条件改变,引起 v (正)、 v (逆)发生不等量改变,即 v (正) ≠ v (逆)时平衡才能移动。 二、外界条件对化学平衡移动的影响 1.浓度:在其他条件不变时,增大反应物的浓度或减小生成物的浓度可使平 衡向着③ 　正反应方向     移动。 2.压强:在有气体参加的可逆反应里,其他条件不变时,增大压强(压缩容器 体积),平衡向气体总体积④ 　减小     的方向移动。 压强对平衡的影响,实际上就是浓度对平衡的影响,只有当压强的改变能改 变反应物或生成物的浓度时,平衡才可能移动。由于压强对固态、液态物 质的体积影响非常小,压强的改变几乎不影响这类体系的平衡,因此在考虑 压强对不均匀体系平衡的影响时,只需考虑对参加反应的气态物质的影响 即可。 3.温度:在其他条件不变的情况下,升高温度,平衡向⑤ 　吸热     反应方向 移动;降低温度,平衡向放热反应方向移动。 4.催化剂:使用催化剂能⑥ 　同等程度     地改变正、逆反应速率,即正、逆 反应速率相对不变,所以催化剂对平衡移动无影响。 三、化学反应进行的方向 影响反应自发性的因素是焓变(Δ H )、熵变(Δ S )和温度( T )。要正确判断一 个化学反应能否自发进行,必须综合考虑Δ H 、Δ S 和 T 这三个因素。在恒温 恒压时,有如下判据:   具体可表示为: 类型 Δ H Δ S 反应的自发性 1 <0 >0 一定能自发进行(Δ H - T Δ S <0) 2 >0 <0 一定不能自发进行(Δ H - T Δ S >0) 3 <0 <0 反应的自发性随温度的变化而改变。Δ H <0、Δ S <0的反应通常在低温下自发进行(此时Δ H - T Δ S <0);Δ H >0、Δ S >0的反应通常在高温下自发进行(此时Δ H - T Δ S <0) 4 >0 >0 这个判据用文字可表述为:在温度、压强一定的条件下,自发反应总是 向Δ H - T Δ S <0的方向进行,直到达到平衡状态。 核心精讲 一、浓度、压强影响化学平衡的几种特殊情况 1.当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或纯液体物质时,由于 其“浓度”是恒定的,不随其量的增减而变化,故改变这些固体或纯液体的 量,对平衡基本无影响。 2.压强的变化对非气态物质的浓度基本无影响,因此,当反应混合物中不存 在气态物质时,压强的变化对平衡无影响。 3.对于气体分子数无变化的反应,如H 2 (g)+I 2 (g)   2HI(g),压强的变化对 其平衡无影响。因为在这种情况下,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。 4.同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度,应视为压强对平衡的影响, 如某平衡体系中, c (N 2 )=0.1 mol·L -1 、 c (H 2 )=0.3 mol·L -1 、 c (NH 3 )=0.2 mol·L -1 , 当浓度同时增大一倍时,即让 c (N 2 )=0.2 mol·L -1 、 c (H 2 )=0.6 mol·L -1 、 c (NH 3 ) =0.4 mol·L -1 ,此时相当于压强增大一倍,平衡向生成NH 3 的方向移动。 5.在恒容的密闭容器中,当改变其中一种气体的浓度时,必然同时引起压强 改变,但判断平衡移动的方向时,仍应从浓度对平衡的影响角度去考虑。如 2NO 2 (g)   N 2 O 4 (g),平衡后,若向容器中再通入反应物NO 2 ,使 c (NO 2 )增大, 平衡正向移动;若向容器中再通入生成物N 2 O 4 ,则使 c (N 2 O 4 )增大,平衡逆向 移动。但由于上述两种情况下,容器内的压强都增大,重新达到平衡后,NO 2 的百分含量都比原平衡时要小。 6.惰性气体对化学平衡的影响 (1)若容器恒温、恒容,充入惰性气体虽改变了容器内气体的总压强,但却 没有改变各反应气体的浓度,化学反应速率不变,故平衡不移动; (2)若容器恒温、恒压,充入惰性气体就会使容器的容积增大,虽未减小容 器内气体的总压强,但却降低了各反应气体的分压和浓度,正、逆反应速率 均减小,化学平衡会向气体体积增大的方向移动。 可见,改变容器内气体的压强,能否使平衡发生移动,取决于是否改变了气 体物质的浓度。 二、判断可逆反应达到化学平衡状态的标志 1. v 正 = v 逆 (指的是同一物质的正反应速率与逆反应速率相等)。 2.反应混合物中各组分的含量(如质量分数、体积分数、物质的量分数)保 持不变。 3.对于密闭容器中的反应 m A(g)+ n B(g)   p C(g)+ q D(g),根据对化学平衡 概念的理解,判断下列各情况是否达到平衡。 可能的情况举例 是否达到平衡 混合物体 系中各成 分的含量 各物质的物质的量或各物质的 物质的量分数一定 平衡 各物质的质量或各物质的质量 分数一定 平衡 各气体的体积或体积分数一定 平衡 总压强、总体积、总物质的量 一定 不一定平衡 正、逆反 应速率 的关系 在单位时间内消耗了 m mol A的 同时生成了 m mol A,即 v 正 = v 逆 平衡 在单位时间内消耗了 n mol B的 同时生成了 p mol C 不一定平衡 v (A)∶ v (B)∶ v (C)∶ v (D) = m ∶ n ∶ p ∶ q 不一定平衡 在单位时间内生成了 n mol B,同 时消耗了 q mol D 不一定平衡 压强 压强不再变化,当 m + n ≠ p + q 时 平衡 压强不再变化,当 m + n = p + q 时 不一定平衡 可能的情况举例 是否达到平衡 可能的情况举例 是否达到平衡 混合气体的平均相对分子质量   一定,当 m + n ≠ p + q 时 平衡   一定,当 m + n = p + q 时 不一定平衡 气体的密度 密度一定 不一定平衡 颜色 反应体系的颜色不变,即有色物质的浓度不变 平衡 考点三　化学平衡的相关计算 基础知识 1.化学平衡常数 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,用 符号 K 表示。 对于一般的可逆反应 a A(g)+ b B(g)   c C(g)+ d D(g),在一定温度下达到化 学平衡时有 K =①              。对于该化学反应 a A(g)+ b B(g)   c C(g) + d D(g)的任意状态,浓度商 Q c =   。若 Q c > K ,则该反应向② 　逆反 应     方向进行;若 Q c = K ,则该反应达到平衡;若 Q c < K ,则该反应向③ 　正反 应 方向进行。 2.平衡转化率 平衡转化率是指平衡时已转化了的某反应物的量与转化前该反应物的量 之比,用来表示反应限度。对于反应 a A+ b B   c C+ d D,反应物A的平衡转 化率可以表示为: α (A)=   × 100% 3.生成物的产率 生成物的产率是实际产量占理论产量的百分数。一般来说,转化率越高,原 料利用率越高,产率越高。 产率=   × 100% 核心精讲 使用化学平衡常数时应注意的问题 (1)化学平衡常数只与温度有关,与反应物、生成物的浓度无关。 (2)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时,其浓度可看作“1”而不代 入化学平衡常数的计算公式中。 (3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变,则平衡 常数改变;若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小,尽管是同 一反应,平衡常数也会改变。 一、化学反应速率及化学平衡图像的分析方法 1.图像类型及特点 (1)速率—压强(或温度)图像   知能拓展 特点 : 曲线表示的是外界条件 ( 如温度、压强等 ) 对正、逆反应速率的影 响。图中交点是平衡状态 , 压强 ( 或温度 ) 增大后正反应速率增大的程度大 , 平衡正向移动。 (2)平衡转化率(或质量分数等)—压强—温度图像   特点:表示两个外界条件同时变化时,A的平衡转化率的变化规律。解决这 类图像题,采用“定一议二法”,即把自变量(温度、压强)之一设为恒量,讨 论另外两个变量的关系。   特点:曲线上的点表示平衡状态,而X、Y点未达平衡状态,使反应由X点达到平衡状态,反应需向B的百分含量减小的方向进行;要使反应由Y点达到平衡状态,反应需向B的百分含量增大的方向进行。 (3)质量分数—时间图像   特点:表示不同条件下反应速率的快慢以及平衡混合物中D的质量分数大小。解题方法是“先拐先平数值大”,即曲线先拐的首先达到平衡,反应速率快,以此判断温度或压强的高低,再依据外界条件对平衡的影响进行分析。 2.一般解题思路——“四看” 一看面:即看清坐标所代表的意义。 二看线:看准线的走向、变化趋势及量的变化(需作辅助线、等温线、等压线等)。 三看点:弄懂曲线上点的意义,特别是一些特殊点(如起点、交点、转折点、极值点等)。 四看量:看横坐标和纵坐标所表示的物理量的变化。 例1    (2019安徽铜陵一中月考,3)某密闭容器中充入等物质的量的气体A 和B,一定温度下发生反应:A(g)+ x B(g)   2C(g),达到平衡后,只改变反应 的一个条件,测得容器中物质的浓度、反应速率随时间变化如图所示。下 列说法中正确的是(　　)     A.8 min时表示正反应速率等于逆反应速率 B.前20 min A的反应速率为1.00 mol/(L·min ) C.反应方程式中的 x =1,30 min时表示增大压强 D.40 min时改变的条件是升高温度,且正反应为放热反应 解题导引　解读图像,探究外界条件对速率的影响。对于有气体参加的反 应,改变压强平衡不移动,说明反应前后气体的物质的量不变。 解析　A项,由图像可知反应从正反应方向开始,在20 min时反应达到平衡 状态,故8 min时正反应速率大于逆反应速率,A错误;B项,由图像可知在前 20 min内C的浓度变化了2.0 mol/L, v (C)=2.0 mol/L ÷ 20 min=0.1 mol/(L·min), 根据 v (A)∶ v (C)=1∶2,可知 v (A)=0.1 mol/(L·min) ÷ 2=0.05 mol/(L·min),B错 误;C项,30~40 min内反应物、生成物的浓度都减小,说明扩大了容器的容 积,减小了体系的压强, v (正)、 v (逆)都减小,但减小后的 v (正)= v (逆),说明减 小了压强,平衡不移动,则1+ x =2, x =1,C错误;D项,根据图像可知,40 min时 正、逆反应速率都增大,由于该反应是气体体积不变的反应,所以改变的外 界条件只能是升高温度,升高温度后,逆反应速率大于正反应速率,说明逆 反应为吸热反应,则该反应的正反应为放热反应,D正确。 答案    D 二、化学平衡的计算方法——“三段式”法 1.计算模式 反应: m A(g)+ n B(g)   p C(g)+ q D(g),令A、B起始的物质的量分别为 a mol、 b mol,达到平衡后,A的消耗量为 mx mol,容器容积为 V L。 m A(g)　+     n B(g)   p C(g)　+     q D(g) 起始(mol)　     a 　　 b 　　 0　　 0 变化(mol)　     mx 　　 nx 　　 px 　　 qx 平衡(mol)　  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)平衡时A的物质的量浓度: c 平 (A)=   mol·L -1 。 (4)A的转化率: α 平 (A)=   × 100%,A、B的转化率之比 α (A)∶ α (B)=   ∶   。 (5)平衡时A的体积分数: φ 平 (A)=   × 100%。 (6)若反应在恒温恒容条件下进行,平衡时和开始时的压强比:   =   。 (7)混合气体的密度: ρ (混)=   g·L -1 。 (8)混合气体的平均摩尔质量:   =   g·mol -1 。 2.基本步骤 ①写出有关化学平衡的化学反应方程式。 ②确定反应物或生成物的起始加入量。 ③确定反应过程的变化量。 ④确定平衡量。 ⑤列比例式求解。 例2    (2019河南顶级名校二测,12)将1 mol M(g)和2 mol N(g)置于2 L的密 闭容器中,发生反应:M(g)+2N(g)   P(g)+Q(g)    Δ H 。反应过程中测得P 的体积分数在不同温度下随时间的变化如图所示。下列说法不正确的是   (　　)   A.在温度 t 1 下,反应从开始到恰好平衡: v (Q)=0.05 mol·L -1 ·min -1 B.在温度 t 1 下,平衡时N的转化率为50% C.该反应的Δ H <0 D.X、Y两点的逆反应速率 v (X)> v (Y) 解题导引　①“三段式”的应用;②“先拐先平数值大”。 解析     t 1 温度下: M(g)　+　2N(g)   　P(g)　+　Q(g) 　　始　　1 mol　　2 mol　　 0 mol　　0 mol 　　转　     x mol　　2 x mol　     x mol　     x mol 　　平　(1- x ) mol　(2-2 x ) mol　    x mol　     x mol 由图中信息可知   × 100%=20%,解得 x =0.5。 v (Q)=   =0.05 mol·L -1 ·min -1 ,A正确;在温度 t 1 下,平衡时N的转化率为   × 100%=50%,B正确;由图中信息可知 t 1 < t 2 ,降温,P的体积分数增大, 说明平衡正向移动,Δ H <0,C正确;温度越高,反应速率越大, t 2 > t 1 ,且P的体积 分数Y点大于X点,故Y点逆反应速率大于X点逆反应速率,D不正确。 答案    D 结合生产实例考查反应条件的选择与优化,促使学生形成从限度、速率、 能耗等多角度综合调控化学反应的基本思路,能用一定的理论模型说明外 界条件改变对化学反应速率的影响。 实践探究 例    (2019江苏单科,15,4分)在恒压、NO和O 2 的起始浓度一定的条件下,催 化反应相同时间,测得不同温度下NO转化为NO 2 的转化率如图中实线所示 (图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正 确的是   (　　)   A.反应2NO(g)+O 2 (g)   2NO 2 (g)的Δ H >0 B.图中X点所示条件下,延长反应时间能提高NO转化率 C图中Y点所示条件下,增加O 2 的浓度不能提高NO转化率 D.380 ℃下, c 起始 (O 2 )=5.0 × 10 -4 mol·L -1 ,NO平衡转化率为50%,则平衡常数 K > 2 000 思路分析    图中虚线表示的是该反应NO的平衡转化率随温度的变化,升 高温度,NO的平衡转化率降低,说明正反应Δ H <0。Y点为平衡点,增大O 2 的 浓度可以提高NO转化率。 答案    BD 题目价值　利用化学图像来考查化学平衡原理,这是考查的常见形式。分 析图像时要注意横、纵坐标的意义以及曲线的变化情况,对图像上的点进 行定性与定量相结合的分析。