山东版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

山东版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 清单 考点一　化学反应速率 1.化学反应速率 2.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　化学平衡的建立与移动 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,叫做化学平衡状态,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 叫做化学平衡的移动。 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。 3.化学平衡的特征 化学平衡的特征可以概括为“逆”“等”“动”“定”“变”。 (1)“逆”:化学平衡的研究对象是可逆反应。 (2)“等”:化学平衡的本质: v (正)= v (逆) ≠ 0。 (3)“动”:化学平衡是动态平衡,即处于化学平衡状态时,化学反应并没有 停止,正反应和逆反应仍在进行。 (4)“定”:达到化学平衡状态时,反应混合物中各组分的含量保持恒定。 (5)“变”:化学平衡是有条件的,即“定”是相对的、暂时的,而“动”则 是绝对的。当改变影响化学平衡的某一个条件(如温度、压强、浓度)时, 原有的化学平衡状态会被破坏, 直至在新的条件下建立新的平衡状态。 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⑤      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。 3. 温度 :在其他条件不变的情况下,升高温度,平衡向⑥ 　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⑦ 　同等程度     地改变正、逆反应速率,即正、逆 反应速率仍然相等。所以催化剂对平衡⑧     无影响     。 特别提醒     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),压强的变化不 会导致平衡的移动。 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。 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。 6.惰性气体对化学平衡的影响 (1)若容器恒温、恒容,充入惰性气体会改变容器内气体的总压强,但不会 改变各反应气体的浓度,化学反应速率不变,平衡不移动。 (2)若容器恒温、恒压,充入惰性气体会使容器的容积增大,降低各物质的分压和浓度,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。 三、化学反应进行的方向 影响反应自发性的因素是⑨     焓变(Δ H )     、⑩     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:   四、勒夏特列原理 　　如果改变影响化学平衡的一个因素,平衡将向着       能够减弱     这种 改变的方向移动。 特别提醒    (1)化学反应速率改变,平衡不一定发生移动,如反应前后气体体积不变的反应,增大压强或使用催化剂,化学反应速率增大,但平衡不移动。 (2)化学平衡发生移动,化学反应速率一定改变,因为化学平衡移动的根本原因就是 v 正 ≠ v 逆 。 (3)压强对平衡的影响很复杂,关键是看压强的改变是否改变了反应体系中各成分的浓度,只有引起浓度改变才会导致平衡移动,否则就不移动。 五、化学平衡状态的判断 1.根据平衡特征直接判断 示例 m A(g)+ n B(g)   p C(g)+ q D(g) 体系中 各组分 的含量 ①各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定 平衡 ②各物质的质量或各物质的质量分数一定 平衡 ③各气体的体积或体积分数一定 平衡 ④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 ①在单位时间内消耗了 m mol A同时生成 m mol A,即 v (正)= v (逆) 平衡 ②在单位时间内消耗了 n mol B同时生成 p mol C,则 v (正)不一定等于 v (逆) 不一定平衡 ③ v (A)∶ v (B)∶ v (C)∶ v (D)= m ∶ n ∶ p ∶ q , v (正)不一定等于 v (逆) 不一定平衡 ④在单位时间内生成 n mol B,同时消耗 q mol D,因均指 v (逆),所以 v (正)不一定等于 v (逆) 不一定平衡 2.根据外界条件和性质间接判断 考点三　化学平衡常数及相关计算 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,①     生成物     浓度幂之积 与②     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。 K 只受③      温度     影响,与浓度④     无关     。 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 =⑤              。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⑥ 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⑦ 　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的转化率 可以表示为: α (A)=⑧        × 100%     知能拓展 一、应用“三段式”法解化学平衡的有关计算 1.化学平衡的计算一般涉及化学平衡常数、各组分的物质的量、浓度、 转化率、百分含量等,通过写出化学方程式,先列出相关量(起始量、转化 量、平衡量),然后根据已知条件建立关系式进行解题。 2.可按下列步骤建立模型,确定关系式进行计算。如可逆反应 m A(g)+ n B(g)   p C(g)+ q D(g),在体积为 V L的恒容密闭容器中,反应物A、B的初始加入量分别为 a mol、 b mol,达到化学平衡时,设A物质转化的物质的量为 mx mol。 (1)模型 m A(g)+ n B(g)   p C(g)+qD(g) 起始量/mol　     a 　     b 　　0　 　0 转化量/mol　     mx 　     nx 　     px 　     qx 平衡量/mol　     a - mx 　     b - nx 　     px 　     qx 则有: ①平衡常数: K =   。 ②平衡时A的物质的量浓度: c (A)=   mol·L -1 。 ③平衡时A的转化率: α (A)=   × 100%,A、B的转化率之比为 α (A)∶ α (B)=   ∶   。 ④平衡时A的体积分数: φ (A)=   × 100%。 ⑤平衡时和开始时的压强比:   =   。 ⑥平衡时混合气体的平均摩尔质量   =   (2)基本步骤 ①列出可逆反应化学方程式; ②确定反应物和生成物的初始加入量; ③确定反应过程的转化量; ④确定平衡量。 例1    (2019青岛期初调研,18节选)对于反应SO 2 (g)+2CO(g)   S(l)+2CO 2 (g),将1 mol SO 2 和2 mol CO充入体积为1 L的密闭容器中,在533 K和566 K 时SO 2 的转化率随时间变化如图所示:   ①566 K时SO 2 的平衡转化率 α = 　　　     %;平衡常数 K 566 K = 　　　     (保留2 位小数)。 ②保持温度不变,要提高SO 2 转化率,可采取的措施是 　　　　　　　　     　　     。 ③比较a、b处反应速率大小: v a 　     v b (填“大于”“小于”或“等于”)。 解题导引　从转化率—时间图中确定SO 2 转化率,进而确定SO 2 平衡时的浓 度,然后利用“三段式”法列式计算。 解析　根据“先拐先平,数值大”规律可知,a点所在曲线为566 K时SO 2 的 转化率曲线,且该反应为放热反应。 ①　　　SO 2 (g)　+　2CO(g)   S(l)+2CO 2 (g) 起始:　　1 mol/L　　2 mol/L　　0 转化:　　0.4 mol/L　　0.8 mol/L　　0.8 mol/L 平衡:　　0.6 mol/L　　1.2 mol/L　　0.8 mol/L K 566 K =   =   ≈ 0.74 ②该反应是气体体积减小的反应,要提高SO 2 的转化率,可采取的措施是增 大压强或增大CO的浓度。 ③a、b点对应物质浓度相等,a点温度较高,故反应速率a大于b。 答案　①40　0.74　②增大压强或增大CO浓度　③大于 二、化学平衡图像 (一)化学平衡相关图像类型 1.速率—温度(压强)图像 例如:N 2 (g)+3H 2 (g)   2NH 3 (g)    Δ H =-92.4 kJ·mol -1   图中交点是平衡状态,温度升高后逆反应速率增大得快,平衡逆向移动;压 强增大后正反应速率增大得快,平衡正向移动。 2.转化率(或百分含量)—温度(压强)—时间图像 已知不同温度或压强下,反应物的转化率 α (或百分含量)与时间的关系曲 线,推断温度的高低、反应的热效应、压强的大小及气体物质间的化学计 量数的关系。[以 m A(g)+ n B(g)   q C(g)中反应物的转化率 α A 为例说明]   解答这类图像题时应注意以下两点: (1)“先拐先平,数值大”原则 分析反应由开始(起始物质相同)达到平衡所用时间的长短可推知反应条 件的变化。 ①若为温度差别所引起的,温度较高时,反应达平衡所需时间短。如图甲中 T 2 > T 1 。 ②若为压强差别所引起的,压强较大时,反应达平衡所需时间短。如图乙中 p 1 > p 2 。 ③若使用了适宜催化剂,反应达平衡所需时间短。如图丙中曲线 a 对应反 应使用了催化剂。 (2)正确掌握图像中反应规律的判断方法 ①图甲中, T 2 > T 1 ,升高温度, α A 降低,平衡逆向移动,正反应为放热反应。 ②图乙中, p 1 > p 2 ,增大压强, α A 升高,平衡正向移动,则正反应为气体体积缩小 的反应。 ③若纵坐标表示A的百分含量,则图甲中正反应为吸热反应,图乙中正反应 为气体体积增大的反应。 3.恒温线(恒压线)图像 已知不同温度下的转化率—压强图像或不同压强下的转化率—温度图像, 推断反应的热效应或反应前后气体物质间化学计量数的关系。[以反应 m A(g)+ n B(g)   q C(g)中反应物的转化率 α A 为例说明]   解答这类图像题时应从两方面入手: (1)“定一议二”原则:可通过分析相同温度下不同压强时反应物A的转化 率大小来判断平衡移动的方向,从而确定反应方程式中反应物与产物气体 物质间的化学计量数的大小关系。如图甲中任取一条温度曲线研究,压强 增大, α A 增大,平衡正向移动,正反应为气体体积减小的反应,图乙中任取横 轴上的一点作垂线,也能得出结论。 (2)通过分析相同压强下不同温度时反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方向,从而确定反应的热效应。如利用上述分析方法,在图甲中对横轴上的一点作垂线,或在图乙中任取一曲线,即能分析出正反应为放热反应。 4.几种特殊图像 (1)对于化学反应 m A(g)+ n B(g)   p C(g)+ q D(g), M 点前,表示化学反应从反 应物开始,则 v 正 > v 逆 ;M点为刚达到的平衡点。 M 点后为平衡受温度的影响 情况,即升温,A%增大(C%减小),平衡左移,Δ H <0。   (2)对于化学反应 m A(g)+ n B(g)   p C(g)+ q D(g), L 线上所有的点都是平衡 点。左上方 E 点对应的A%大于此压强时平衡体系中的A%, E 点必须朝正 反应方向移动才能达到平衡状态,所以 E 点处 v 正 > v 逆 ;同理,右下方 F 点处 v 正 < v 逆 。 (二)化学平衡相关图像题的解题步骤 例2    (2018临沂统考,16节选)“低碳经济”备受关注,二氧化碳的回收利 用是环保和能源领域研究的热点课题。 (2)CO 2 与H 2 在催化剂作用下可以合成二甲醚,反应原理如下:2CO 2 (g)+6H 2 (g)   CH 3 OCH 3 (g)+3H 2 O(g)    Δ H 。某温度下,向体积为2 L的密闭容器中 充入CO 2 与H 2 ,发生上述反应。测得平衡混合物中CH 3 OCH 3 (g)的体积分数 [ φ (CH 3 OCH 3 )]与起始投料比 Z [ Z =   ]的关系如图1所示;CO 2 的平衡转 化率( α )与温度( T )、压强( p )的关系如图2所示。     ①当 Z =3时,CO 2 的平衡转化率为 　　　     %。 ②当 Z =4时,反应达到平衡状态后,CH 3 OCH 3 的体积分数可能是图1中的     　　     点(选填“D”“E”或“F”)。 ③由图2可知该反应的Δ H 　　　     0(选填“>”“<”或“=”),压强 p 1 、 p 2 、 p 3 由大到小的顺序为 　　　　　　     。 ④若要进一步提高H 2 的平衡转化率,除了可以适当改变反应温度和压强外,还可以采取的措施有 　　　　　　　　　　　     (任写一种)。 解析　(2)①当 Z =3时,平衡混合物中CH 3 OCH 3 (g)的体积分数为15%,设CO 2 的平衡转化率为 x ,CO 2 、H 2 的起始投料分别为2 mol、6 mol,则: 　　　　　　2CO 2 (g)+6H 2 (g)   CH 3 OCH 3 (g)+3H 2 O(g) 起始量(mol)　　　2　　　　6　　　　　0　　　　0 转化量(mol)　　　2 x 　　　　6 x 　　　　     x 　　　　3 x 平衡量(mol)　　　2-2 x 　　　6-6 x 　　　     x 　　　　3 x 则   × 100%=15%,解得 x =0.75,所以CO 2 的平衡转化率为75%。②反应物 按照化学计量数之比进行反应时二甲醚的体积分数最大,则当 Z =4时,反应达到平衡状态后CH 3 OCH 3 的体积分数可能是图1中的F点。③由图2可知压强相同时,升高温度会使CO 2 的平衡转化率降低,所以正反应是放热反应,则该反应的Δ H <0;正反应为气体体积减小的反应,温度不变时增大压强,CO 2 的平衡转化率增大,则压强 p 1 、 p 2 、 p 3 由大到小的顺序为 p 1 > p 2 > p 3 。④正 反应是气体体积减小的放热反应,要进一步提高H 2 的平衡转化率,除了可以 适当改变反应温度和压强外,还可以采取的措施有:将二甲醚从体系中分离 或增大 n (CO 2 )∶ n (H 2 )。 答案　(2)①75　②F　③<     p 1 > p 2 > p 3 　④将二甲醚从体系中分离或增大 n (CO 2 )∶ n (H 2 ) 实践探究 1.理论联系实际:利用平衡图像和平衡移动原理为工业生产作指导,例如在 NO 2 合成上的应用。 例1     (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 解析　注意图中的两条线,虚线表示的是该反应NO的平衡转化率,可知升 高温度,NO的平衡转化率降低,代表升温平衡向逆反应方向移动,逆反应为 吸热反应,故正反应Δ H <0。图中X点未达到平衡,延长时间反应继续向右 进行,NO转化率增大。Y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,这是高考的常见形式。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。 2.化学平衡中的多组反应体系的比较时,可以构建解题模型来解决。 例2    (2018江苏单科,15,4分)一定温度下,在三个容积相同的恒容密闭容器 中按不同方式投入反应物,发生反应2SO 2 (g)+O 2 (g)   2SO 3 (g)(正反应放 热),测得反应的相关数据如下: 容器1 容器2 容器3 反应温度 T /K 700 700 800 反应物投入量 2 mol SO 2 、 1 mol O 2 4 mol SO 3 2 mol SO 2 、1 mol O 2 平衡 v 正 (SO 2 )/mol·L -1 ·s -1 v 1 v 2 v 3 平衡 c (SO 3 )/mol·L -1 c 1 c 2 c 3 平衡体系总压强 p /Pa p 1 p 2 p 3 物质的平衡转化率 α α 1 (SO 2 ) α 2 (SO 3 ) α 3 (SO 2 ) 平衡常数 K K 1 K 2 K 3 下列说法正确的是   (　　) A. v 1 < v 2 , c 2 <2 c 1 B. K 1 > K 3 , p 2 >2 p 3 C. v 1 < v 3 , α 1 (SO 2 )> α 3 (SO 2 ) D. c 2 >2 c 3 , α 2 (SO 3 )+ α 3 (SO 2 )<1 解析　本题考查影响化学平衡移动的因素。容器1和容器2反应温度相同, 容器2达到的平衡相当于在容器1达到的平衡的基础上增大压强,平衡后, v 1 < v 2 , c 2 >2 c 1 。容器1和容器3起始量相同,容器3的反应温度高于容器1, v 1 < v 3 ; 正反应放热,升高温度,平衡逆向移动, K 1 > K 3 , α 1 (SO 2 )> α 3 (SO 2 )。容器2和容器 3比较,加入4 mol SO 3 相当于加入4 mol SO 2 和2 mol O 2 ,容器2的“起始量” 为容器3的2倍,容器3的反应温度高于容器2,温度升高,平衡逆向移动,容器3 内分子数增多,所以 p 2 <2 p 3 , c 2 >2 c 3 。假设容器3的起始量为4 mol SO 2 、2 mol O 2 ,极值转化后与容器2的起始量相同,且假设容器3中的反应温度也为700 K,则有 α 2 (SO 3 )+ α 3 (SO 2 )=1,现将容器3的物质的量减半,温度升高至800 K,化 学平衡逆向移动, α 3 (SO 2 )减小,所以 α 2 (SO 3 )+ α 3 (SO 2 )<1。综上所述,A、B项 错误,C、D项正确。 答案     CD 题目价值　本题考查化学平衡时各物理量之间的关系,解题时巧妙确定参 照体系,建立解题模型:容器2反应物起始量为容器1的两倍,假设容器2体积 是容器1的2倍,达到一样的平衡后,再压缩容器2的体积,各物理量分析时按 照先变(体积压缩一瞬间)再动(平衡的移动)的思路分析。