2021高考化学专题讲解 专题七 化学反应速率和化学平衡(讲解部分)课件
展开基础知识一、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。
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(ΔH)、熵变(ΔS)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ΔH、ΔS和T这三个因素。在恒温 恒压时,有如下判据: 具体可表示为:
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ΔH-TΔS<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H2(g)+I2(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(N2)=0.1 ml·L-1、c(H2)=0.3 ml·L-1、c(NH3)=0.2 ml·L-1,
当浓度同时增大一倍时,即让c(N2)=0.2 ml·L-1、c(H2)=0.6 ml·L-1、c(NH3) =0.4 ml·L-1,此时相当于压强增大一倍,平衡向生成NH3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 2NO2(g) N2O4(g),平衡后,若向容器中再通入反应物NO2,使c(NO2)增大,平衡正向移动;若向容器中再通入生成物N2O4,则使c(N2O4)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,NO2 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mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(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。
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aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),在一定温度下达到化学平衡时有K=① 。对于该化学反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)的任意状态,浓度商Qc= 。若Qc>K,则该反应向② 逆反应 方向进行;若Qc=K,则该反应达到平衡;若Qc
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
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)+xB(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 ml/(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 ml/L,v(C)=2.0 ml/L÷20 min=0.1 ml/(L·min), 根据v(A)∶v(C)=1∶2,可知v(A)=0.1 ml/(L·min)÷2=0.05 ml/(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。
二、化学平衡的计算方法——“三段式”法1.计算模式反应:mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),令A、B起始的物质的量分别为a ml、b ml,达到平衡后,A的消耗量为mx ml,容器容积为V L。 mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)起始(ml) a b 0 0变化(ml) mx nx px qx平衡(ml) 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)= ml·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·ml-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 ml M(g)和2 ml N(g)置于2 L的密 闭容器中,发生反应:M(g)+2N(g) P(g)+Q(g) ΔH。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t1下,反应从开始到恰好平衡:v(Q)=0.05 ml·L-1·min-1B.在温度t1下,平衡时N的转化率为50%C.该反应的ΔH<0D.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 t1温度下: M(g) + 2N(g) P(g) + Q(g) 始 1 ml 2 ml 0 ml 0 ml 转 x ml 2x ml x ml x ml 平 (1-x) ml (2-2x) ml x ml x ml由图中信息可知 ×100%=20%,解得x=0.5。v(Q)= =0.05 ml·L-1·min-1,A正确;在温度t1下,平衡时N的转化率为 ×100%=50%,B正确;由图中信息可知t1
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。
例 (2019江苏单科,15,4分)在恒压、NO和O2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NO2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)+O2(g) 2NO2(g)的ΔH>0B.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O2的浓度不能提高NO转化率D.380 ℃下,c起始(O2)=5.0×10-4 ml·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ΔH<0。Y点为平衡点,增大O2的 浓度可以提高NO转化率。
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