高考化学二轮复习专题6化学反应速率与化学平衡(含解析)课件PPT

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12 化学反应速率 化学平衡
13 化学平衡图像分析 及相关计算
化学反应速率 化学平衡
1.对化学反应速率计算公式的剖析(1)公式:v(B)= = 。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,而不是瞬时速率,且计算时取正值。③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。同一化学反应中用不同物质表示的反应速率之比等于其化学计量数之比。④对于可逆反应,反应进行的净速率是正、逆反应速率之差,当达到平衡时,净速率为零(注:总反应速率也可理解为净速率)。
(2)比值法:同一化学反应,各物质的反应速率之比等于方程式中的化学计量数之比。对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),有 = = = 。　　2.气体反应体系中充入惰性气体(或无关气体)时,对反应速率的影响　　(1)恒容:充入“惰性气体” 总压增大 物质浓度不变(活化分子浓度不变) 反应速率不变。 (2)恒压:充入“惰性气体” 体积增大 物质浓度减小(活化分子浓度减小) 反应速率减慢。
3.外界条件对可逆反应的正、逆反应速率的影响方向是一致的,但影响程度不一定相同　　(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,气体分子数减少的方向的反应速率变化程度更大。 (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更大。 (5)使用催化剂,能同等程度地改变正、逆反应速率。
1.化学平衡常数(1)代入化学平衡常数表达式的各物质的浓度为平衡浓度,而不是初始浓度。(2)K越大,说明平衡体系中生成物所占的比例越大,反应正向进行的程度越大,即反应进行得越完全,反应物的转化率越大;反之,反应进行得越不完全,反应物的转化率越小。(3)化学平衡常数只与温度有关,与浓度、压强无关。若反应的ΔH0,升温,化学平衡正向移动,K增大。(4)若反应物或生成物中有固体或纯液体,其浓度可以看作“1”,不用代入化学平衡常数表达式。(5)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,化学平衡常数也要发生变化;当化学反应逆向进行时,其平衡常数为原平衡常数的倒数。
2.化学平衡移动方向的判断(1)根据勒夏特列原理判断。(2)根据图像中正、逆反应速率的相对大小判断:若v正>v逆,则平衡向正反应方向移动;反之,平衡向逆反应方向移动。(3)根据变化过程中速率变化的性质判断:若平衡移动过程中,正反应速率增大(或减小),则平衡向逆(或正)反应方向移动。(4)根据浓度商(Qc)规则判断:若某温度下QcK,反应向逆反应方向进行。
四、分析化学平衡移动的一般思路
1.比较同一物质的正、逆反应速率的相对大小
2.惰性气体对化学平衡的影响
五、解答化学平衡移动问题的步骤
1.(2019年全国Ⅱ卷,27节选)环戊二烯( )是重要的有机化工原料,广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题:环戊二烯容易发生聚合生成二聚体,该反应为可逆反应。不同温度下,溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示,
A.T1>T2B.a点的反应速率小于c点的反应速率C.a点的正反应速率大于b点的逆反应速率D.b点时二聚体的浓度为0.45 ml·L-1
解析▶　由图可知T,2温度下的反应速率更大,根据其他条件相同,温度越高,反应速率越大可知T,2T>1,A项错误;分别经a、c两点作曲线切线,可知a点的斜率更大,故a点的反应速率更大,B项错误;a点的浓度大于b点的浓度,所以a点的正反应速率大于b点的正反应速率,b点未达到平衡,所以b点的正反应速率大于b点的逆反应速率,故a点的正反应速率大于b点的逆反应速率,C项正确;b点时环戊二烯的浓度为0.6 ml·L-1,起始为1.5 ml·L-1,转化0.9 ml·L-1,因为环戊二烯与二聚体的化学计量数之比为2∶1,所以二聚体的浓度为0.45 ml·L-1,D项正确。
下列说法正确的是______________(填标号)。
1.不同条件下,用O2氧化a ml·L-1 FeCl2溶液过程中所测的实验数据如图所示。下列分析或推测合理的是(　　)。
A.由①②可知,pH越大,Fe2+越易被氧化B.由②③推测,若pH>7,Fe2+更难被氧化C.由①③推测,FeCl2被O2氧化的反应为放热反应D.60 ℃、pH=2.5时,4 h内Fe2+的平均消耗速率大于 0.15a ml·L-1·h-1
解析▶　由②③可知,pH越小,Fe2+被氧化的速率越快,故A项错误;若pH>7,Fe2+易发生水解生成Fe(OH)2,Fe(OH)2非常容易被氧化成Fe(OH)3,故B项错误;由①③可知,升高温度,Fe2+的氧化率变大,则FeCl2被O2氧化的反应为吸热反应,故C项错误;50 ℃、pH=2.5时,4 h内Fe2+的氧化率是60%,即4 h内Fe2+的平均消耗速率等于0.15a ml·L-1·h-1,pH不变,温度升高到60 ℃时,Fe2+的氧化速率加快,4 h内Fe2+的平均消耗速率大于0.15a ml·L-1·h-1,D项正确。
1.化学反应速率是某一段时间内的平均速率,而不是瞬时速率。2.进行化学反应速率的相关计算时,不能用某物质的物质的量代替其物质的量浓度;比较速率大小时易忽视各物质的反应速率的单位是否一致,单位书写是否正确。3.一般不用纯固体或纯液体物质的变化来表示化学反应速率,但若将固体颗粒变小(增大固体的接触面积),化学反应速率会加快。4.增大压强,化学反应速率不一定增大。若反应在恒容密闭容器中进行,充入氦气(或不参与反应的气体),压强增大,但参与反应的各物质的浓度不变,反应速率不变。5.正确区分外界条件对可逆反应的正、逆反应速率的影响。如对ΔH”或“A,结合ⅰ、ⅱ反应速率解释原因:___________________________________________。　　　　 　　　　　　　　
(3)探究ⅰ、ⅱ反应速率与SO2歧化反应速率的关系,实验如下:分别将18 mL SO2饱和溶液加入2 mL下列试剂中,密闭放置观察现象。(已知:I2易溶解在KI溶液中)
大于I-是SO2歧化反应的催化剂,H+单独
存在时不具有催化作用,但H+可以加快歧化反应速率
反应ⅱ比ⅰ快;D中由反应ⅱ产生的H+使反应ⅰ加快
解析▶　(1)在横坐标上任取一点,作纵坐标的平行线,可见温度相同时p,2对应的H2SO4的物质的量分数大于p1,反应Ⅱ是气体分子数减小的反应,增大压强使平衡向正反应方向移动,H2SO4的物质的量增加,体系总物质的量减小,H2SO4的物质的量分数增大,所以p2>p1。(2)反应Ⅱ的总反应为3SO2+2H2O 2H2SO4+S↓,I—可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂,催化剂在反应前后质量和化学性质不变,(总反应-反应ⅰ)÷2得反应ⅱ的离子方程式为I2+2H2O+SO2 4H++SO42-+2I-。
解析▶　 (3)①B是A的对比实验,采用控制变量法,B比A中H2SO4的浓度大了0.2 ml·L-1,A与B中KI浓度应相等,则a=0.4。②对比A与B,加入H+可以加快SO2歧化反应的速率;对比B与C,H+单独存在时不能催化SO2的歧化反应;比较A、B、C,可得出的结论是I-是SO2歧化反应的催化剂,H+单独存在时不具有催化作用,但H+可以加快歧化反应速率。③对比D和A,D中加入的KI的浓度小于A,且D中多加了I2,反应ⅰ消耗H+和I-,反应ⅱ中消耗I2,D中“溶液由棕褐色很快褪色,变成黄色,出现浑浊较A快”,反应速率D>A,由此可见,反应ⅱ比反应ⅰ速率快,反应ⅱ产生H+使c(H+)增大,从而使反应ⅰ加快。
2.资料显示:自催化作用是指反应产物之一使该反应速率加快的作用。用稀硫酸酸化的KMnO4溶液进行下列三组实验,一段时间后溶液均褪色。
下列说法不正确的是(　　)。A.实验①中发生氧化还原反应,H2C2O4是还原剂,产物MnSO4能起自催化作用B.实验②褪色比①快,是因为MnSO4的催化作用加快了反应速率C.实验③褪色比①快,是因为Cl-的催化作用加快了反应速率D.若用1 mL 0.2 ml·L-1 H2C2O4溶液做实验①,推测比实验①褪色快
一、解题关键——变量的控制在研究影响化学反应速率的因素时,由于外界因素较多,若要探究某个因素的影响,需控制其他因素相同或不变,才能进行实验,即控制变量。命题角度主要有:(1)探究浓度对化学反应速率的影响;(2)探究溶液的酸碱性对化学反应速率的影响;(3)探究原电池反应对化学反应速率的影响;(4)探究温度及催化剂对化学反应速率的影响;(5)探究综合因素对化学反应速率的影响。二、常见的答题必备1.定多变一。在探究时,应先确定其他因素不变,只变化一种因素,看这种因素与探究的问题存在怎样的关系。确定一种因素的影响结果后,再确定另一种因素的影响结果,通过分析每种因素与所探究问题之间的关系,得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。2.数据有效。解答时注意选择的数据(或设置实验)要有效,且变量统一,对于与平均值相差较大的数据在计算时要舍弃。3.影响化学反应速率的“8”个重要因素:①浓度;②温度;③压强;④催化剂;⑤固体表面积;⑥原电池反应;⑦酸碱度;⑧光照强度。
解析▶　v(NH3)=2v(CO2),未体现正逆的关系,反应不一定达到平衡状态,A项错误;由题可知,化学平衡常数Kc=2(NH3)·c(CO2),达到平衡后c(NH3)=2c(CO2),则K=c43(CO2),由于温度恒定,K的值一定,所以缩小容器体积,重新达到平衡后c(CO2)不变,c(NH3)也不变,B项错误,C项正确;因反应为可逆反应,不能反应彻底,若开始时向容器中加入2 ml NH3和1 ml CO2,则达到平衡时放出的热量小于a kJ,D项错误。
解析▶　C的生成速率与C的分解速率相等,正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,①正确;单位时间内生成a ml A,同时消耗3a ml B,说明正反应速率等于逆反应速率,反应达到平衡状态,②正确;A、B、C的浓度不再变化时,正、逆反应速率相等,该反应达到平衡状态,③正确;反应前后气体的质量不变,容器的体积不变,则密度始终不变,所以不能证明该反应达到平衡状态,④错误;该反应为气体分子数减小的反应,当混合气体的总压强不再变化时,各物质的物质的量不变,反应达到平衡状态,⑤正确;若C为固体,容器的体积不变,所以在反应过程中和平衡状态下A的体积分数都不变,不能说明该反应达到平衡状态,⑥错误。
4.如图所示为工业合成氨的流程图。下列有关说法错误的是(　　)。
A.正催化剂一般可降低反应的活化能B.步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率,又可以加快反应速率C.步骤③④⑤均有利于提高原料的转化率D.产品液氨除可生产化肥外,还可用作制冷剂
解析▶　催化剂能有效降低反应的活化能,加快反应速率,A项正确;步骤②中“加压”,可增大氮气、氢气浓度,既可以加快合成氨反应速率又能使平衡右移,提高原料转化率,B项正确;合成氨反应放热,步骤③使用较高温度不利于提高原料转化率,同时使用催化剂也不能使平衡移动,步骤④⑤有利于提高原料的转化率,C项错误;产品液氨可用酸吸收生成铵态氮肥,液氨汽化时会吸收大量热,可用作制冷剂,D项正确。
4.某电路板生产企业的水质情况及国家允许排放的污水标准如表所示。为研究废水中Cu2+处理的最佳pH,取5份等量的废水,分别用30%的NaOH溶液调节pH至8.5、9、9.5、10、11,静置后,分析上层清液中铜元素的含量,实验结果如图所示。
下列说法不正确的是(　　)。A.废水中Cu2+处理的最佳pH约为9B.b~c段:随pH升高,Cu(OH)2的量增加,平衡Ⅰ正向移动,铜元素含量上升C.c~d段:随pH升高,c(OH-)增大,平衡Ⅰ逆向移动,铜元素含量下降D.d点以后,随c(OH-)增大,铜元素含量可能上升
解析▶　根据图像可知,在pH=9时,Cu元素的含量最小,即废水中Cu2+处理的最佳pH约为9,A项正确;b~c段随着pH增大,c(OH-)增大,根据勒夏特列原理,平衡Ⅰ逆向移动,B项错误;c~d段pH增大,c(OH-)增大,平衡Ⅰ向逆反应方向进行,铜元素含量下降,C项正确;d点以后,c(OH-)增大,平衡Ⅱ向正反应方向进行,生成[Cu(OH)4]2-,铜元素含量可能增大,D项正确。
反应物浓度的改变对化学平衡的影响
化学平衡图像分析及相关计算
一、化学反应速率、化学平衡图像
二、“三段式法”解答化学平衡计算题
下列分析正确的是(　　)。A.图Ⅰ研究的是t1时刻增大O2的浓度对反应速率的影响B.图Ⅱ研究的是t1时刻加入催化剂后对反应速率的影响C.图Ⅲ研究的是催化剂对平衡的影响,且甲的催化速率比乙高D.图Ⅲ研究的是温度对化学平衡的影响,且乙的温度较低
2.根据有关图像,判断下列说法正确的是(　　)。
A.由图Ⅰ知,该反应的ΔH>0B.由图Ⅱ知,该反应为放热反应C.由图Ⅲ知,t3时一定是采取降低反应温度的措施D.由图Ⅲ知,反应在t6时,NH3的体积分数最大
A.L12,A项错误;X代表温度,B项错误;M、N对应的温度不同,所以两点对应的平衡常数不相同,C项错误;温度越高,反应速率越快,所以M点的v正小于N点的v逆,D项正确。
化学反应速率和化学平衡图像题解法思路
1.两个原则(1)先拐先平。例如,在转化率-时间图像上,先出现拐点的曲线先达到平衡,此时逆向推理可得该曲线对应的温度高、浓度大或压强大。(2)定一议二。当图像中有三个量时,先确定一个量不变,再讨论另外两个量的关系。
(1)下表所列数据是各化学键键能,该反应的ΔH=　 　　　(用含字母的代数式表示)。
(2a+b-3c-d-e) kJ·ml-1
(2)某科研小组用Pd/C作催化剂,在450 ℃时,研究了n(H)∶n(CO)分别为2∶1、3∶1时CO转化率的变化情况(如图),则图中表示n(H2)∶n(CO)=3∶1的变化曲线为　　　　(填“曲线a”或“曲线b”)。
(2)n(H2)∶n(CO)越大,CO的转化率越大,故曲线a表示n(H2)∶n(CO)=3∶1的变化曲线。
(3)某化学研究性学习小组模拟工业合成甲醇的反应,在2 L的恒容密闭容器内充入1 ml CO和2 ml H2,加入合适催化剂后在某温度下开始反应,并用压力计监测容器内压强的变化如下:
则从反应开始到20 min时,v(CO)=　　　 　,该温度下的平衡常数K为　　　　。
0.0125 ml·L-1·min-1
T1、T2、T3由大到小的关系是　　　 　,判断理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
压强越大,CO的体积分数越小,T1、T2、T3对应的CO的体积分数逐渐增大,该反应向左移动,则T3>T2>T1
一、化学平衡相关计算中的2种思维路径
1.化学平衡相关计算的解题思维路径
2.化学平衡常数解题思维路径
二、与化学平衡有关的计算