化学反应速率和化学平衡[上学期]

化学反应速率和化学平衡
内容要求：1、化学反应速率的概念、表示方法及简单计算
2、影响化学反应速率的因素
3、可逆反应的特点
4、化学平衡的特征、概念及标志。
5、化学平衡和化学反应速率之间的内在联系
6、外界条件对化学平衡的影响
（一）化学反应速率
一、化学反应速率的概念及简单计算：
1、化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的，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。
表达式：
单位：mol/(L S) mol/(L min) mol/(L h)
注意
１、上述速率为某一阶段的平均速率。
２、同一反应在同一时间阶段内用不同反应物的浓度表示，数值不一定相同，但表示的意义是相同的。
３、同一反应中各物质的反应速率之比等于其化学方程式中化学计量系数之比。
二、外界条件的变化对υ(正)、 υ(逆)的影响
内因：:物质本身的性质
影响因素
外因：: 浓度、压强、温度、催化剂
１、浓度：改变固体和纯液体的量,浓度不变.
增大反应物浓度，υ(正)急剧增大，υ(逆)逐渐增大
２、压强：压强是通过改变浓度而起作用的；压强只对气体起作用
①若通过增大浓度而增大压强，则υ(正) 、υ(逆)均增大，如缩小体积。
②若恒温恒容充入无关气体，则浓度不变、速率不变。
若恒温恒压充入无关气体，则浓度减小、速率减小。
３、温度
升温：υ(正) 、υ(逆)均增大。
降温：υ(正) 、υ(逆)均减小。
实验测得，温度每升高10℃，速率增大到原速率的２－４倍
４、催化剂：
在大多数反应中使用催化剂能使反应速率加快。（无特别说明，均指正催化剂）
５、其他：
光、超声波、激光、放射线、电磁波、反应物颗粒大小、溶剂等也对反应速率有影响。
三、运用有效碰撞理论解释浓度、压强、温度、催化剂对化学反应速率的影响
变化结果条件变化 活化能 单位体积分子总数 活化分子百分数 单位体积活化分子数 有效碰撞次数 反应速率
增加反应物的浓度 不变 增多 不变 增多 增多 加快
增大压强 不变 增多 不变 增多 增多 加快
升高温度 不变 不变 增多 增多 增多 加快
使用催化剂 降低 不变 增多 增多 增多 加快
相互关系 单位体积活化分子数＝单位体积活化分子数×活化分子百分数
本部分考查的内容
1、根据化学方程式或给定条件，确定各物质的反应速率及它们之间的关系。
对于反应：nA+mB pC+qD有如下关系
υ(A):：υ(B):：υ(C):：υ(D)= n：:m：p：:q
变形为： υ(A)/ n=υ(B)/ m =υ(C) =υ(D)/ q
例１、Ａ(g)+3Ｂ(g) 2Ｃ(g)＋２Ｄ（g），在四种不同情况下用不同物质表示的反应速率分别如下，其中速率最快的是( )
A. υ(A)=0.15mol/(L min)
B. υ(B)=0.6mol/(L min)
C. υ(C)=0.04mol/(L h)
D. υ(D)=0.01mol/(L h)
2、外界条件对化学反应速率的影响
例2、Ａ(g)+3Ｂ(g) 2Ｃ(g)＋２Ｄ（g），在恒温恒容条件下，能使正反应速率增大的措施有（ ）
A、减小C或D的浓度
B、增大D的浓度
C、减小B的浓度
D、增大A或B的浓度
3、通过测定化学反应速率的方法考查数据处理能力。
例3、将4molA气体和2molB气体在2L的容器中混合并
在一定条件下反应2Ａ(g)+Ｂ(g) 2Ｃ(g)，若经2秒
后测得C的浓度为0.6mol/L，现有下列几种说法
①、用物质A表示的反应的平均速率为0.3mol/(L S)
②、用物质B表示的反应的平均速率为0.6mol/(L S)
③、2s时物质A的转化率为70%
④、2s时物质B的浓度为0.7mol/L
其中正确的是：A.①③ B.①④ C.②③ D.③④
4、有关速率的图象问题
例4、某温度时，在2L容器中X、Y、Z三种物质的量随时间
的变化曲线如图所示。由图中数据分析。该反应的化学方程式： 。反应开始至2min，Z的平均反应速率为：
（二）化学平衡
定义： 在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
化学平衡的特征
（1）逆：化学平衡的研究对象是可逆反应
（2）动：化学平衡是动态平衡。υ≠0
（3）等：处于平衡态时υ(正)=υ(逆)≠0
（4）定：处于平衡态时反应混合物中各组分的浓度一定、含量一定（体积分数、物质的量分数、转化率、产率）
（5）变：外界条件改变，平衡改变
（6）同：等效平衡（殊途同归）
化学平衡的标志微观标志：υ(正)=υ(逆)≠0
宏观标志：处于平衡态时反应混合物中各组分的浓度一定、含量一定（体积分数、物质的量分数、转化率、产率
练习：
nA(g)+mB(g) pC(g)+qD(g)
1、各组分的物质的量或物质的量分数一定
2、各组分的物质的质量或物质的质量分数一定
3、各组分的体积或物质的体积分数一定
4、总体积、总压强、总物质的量
5、单位时间消耗了m摩A，同时也生成了m摩Ｂ。
6、单位时间消耗了n摩B，同时也生成了p摩C。
7、 υ(A): υ(B): υ(C): υ(D=n:m:p:q
８、m+n≠p+q时，总压强不变
９、m+n=p+q时，总压强不变
１０、m+n≠p+q时，平均摩尔质量不变
１１、m+n=p+q时，平均摩尔质量不变
１２、在其他条件不变时，体系温度不变
１３、当体系有色时，颜色不变。
等效平衡
在同一条件下，对同一可逆反应，虽然起始时加入各组分的物质的量不同，但只要达到化学平衡时，同种物质的含量相同，这样的平衡就称为等效平衡。
如：常温常压下，可逆反应的起始条件如下
2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g
1） 2 mol 1 mol 0 mol
2） 0 mol 0 mol 2 mol
3）0.5 mol 0.25 mol 1.5 mol
以上三个反应最终将达到等效平衡。
等效平衡的考查方式：
1、判断是否为等效平衡；
2、用等效平衡的方法解决非等效平衡的问题。
等效平衡的解题方法
1、极端思维法—“归零”　
2、比例法
在一定条件下，可逆反应A2 + B2 ?? 2C达到了化学平衡状态，经测定得平衡时c(A2) = 0.5 mol/L， c(B2) = 0.1 mol/L ， c(C) =1.6 mol/L ，若A2 、 B2 、C的起始浓度分别以
a mol/L，b mol/L，c mol/L表示，请回答：
1）a、b满足的关系是＿＿＿＿＿ ＿＿；
2）a 的取值范围是＿＿＿＿＿＿＿＿。
△n（气）≠0 、
恒温恒容：归零后物质的量对应相等 等同平衡
平衡后各组分的含量、n、c均相同
等效平衡 △n（气）= 0
“归零”后，物质的量之比相同
平衡后各组分的含量相同n、c均按相应倍数改变
等效
恒温恒压：“归零”后，物质的量之比相同
平衡后各组分的含量和c均相同n按相应倍数改变
1、恒温恒容下，对于反应前后体积变化即△n（气）≠0的反应，“归零”后起始组分的物质的量相等即是等效平衡。此时，各组分的体积或物质的量分数不仅相同而且各组分的浓度也相同。（等同平衡）
例5、某温度下在1升的密闭容器中加入1molN2和3molH2，使反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 达平衡，测得平衡混合物中N2、H2、NH3的物质的量分别为m、n、g(mol)，如果改变初始各物质的加入量，而要求m、n、g总保持不变，则N2、H2、NH3的加入量用x、y表示，应满足的条件是：
（1） x=0 y=0 z= _____
（2）x=0.75 y=_____ z= _____
（3） x、y、z应满足的一般条件_____________________(用含的方程式表示)
2、恒温恒容下，对于反应前后体积不变即△n（气）=0的反应，“归零”后起始组分的物质的量之比相等即是等效平衡。此时，各组分的体积(物质的量)分数相同但各组分的物质的量和物质的量浓度却按相应比例改变。(与化学计量系数是否匹配无关）
例：CO(g)+H2O(g) CO(g)+H2 (g)
起始量：2mol 2mol 0mol 0mol
等效于：1mol 1mol 1mol 1mol
等效于：0mol 0mol 2mol 2mol
等效于：5mol 5mol 0mol 0mol
等效于：amol amol 0mol 0mol
等效于：amol amol bmol bmol
例6、在一个体积不变的密闭容器中，保持一定的温度进行以下反应： 当充入3molH2和2molBr2蒸汽时，生成amolHBr，在相同的条件下且保持平衡时各组分的百分含量不变，将下表中的编号①-⑤相应状态，填写在空白处：
起始状态 平衡状态HBr(mol)
H2 Br2 HBr
已知 3 2 0 a
⑴ 1.5 1 0 ①
⑵ ② ③ 2 2a
⑶ m(m=1.5n) n ④ ⑤
3、恒温恒压下， “归零”后起始组分的物质的量之比相等即是等效平衡(与化学计量系数是否匹配无关）。此时，各组分的体积或物质的量分数、各组分的浓度均相同，但各组分的物质的量将按相应倍数改变。即“恒压比值等”。
例7、N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 单位：mol
初 始： 0 1 2
归 零： 1 4 0
等效于： 1.5 6 0
等效于： a 4a 0
恒温恒压下,在一个可变容积的密闭容器中,发生如下反应:
(1)若开始时放入1molA和1molB到达平衡后,生成amolC,这时A的物质的量为____mol.
(2)若开始时放入3molA和3molB,到达平衡后,生成C的物质的量为______mol.
(3)若开始时放入xmolA、2molB、1molC，到达平衡后，A和C的物质的量分别为ymol和3amol，则 x= ___ mol y=___ _mol
（三）化学平衡移动
条件改变
旧的化学平衡
(1)当V正＞ V逆时，化学平衡向正方向移动。
(2)当V正(3)当V正=V逆时，平衡不移动。
浓度对化学平衡的影响
v-t（速率— 时间） 图象：V正或V逆曲线中，有一条是在原平衡点发生变化。
C反↑平衡向正方向移动 C生↓平衡向正方向移动
C生↑平衡向逆方向移动 C反↓平衡向逆方向移动
固体和纯液体的浓度视为常数，反应速率与其用量无关，与平衡的移动无关。
压强对化学平衡的影响（1）
例：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g); H<0
P↑平衡向正方向移动 P↓平衡向逆方向移动
V正或V逆曲线均脱离原平衡点发生变化。
压强对化学平衡的影响（2）
[注意] 对于反应前后气体总体积相等的反应，改变压强对平衡无影响；
例：对如下平衡
A(g) ＋ B (g) 2C (g) ＋ D (s)
加压对化学平衡的影响 减压对化学平衡的影响
请注意：
1）压强的影响仅适用于有气体参加的反应；对固体和液体不起作用。
2）压强的影响是通过改变气体的浓度而起作用的； （压强不变若浓度改变则平衡移动，如恒温恒压充入惰性气体）
3）若压强变化之后，气体的浓度未变，则化学平衡 不移动 ；（如恒温恒容充入惰性气体）
4）对于反应前后气体总体积相等的反应，改变压强对平衡无影响。（但影响反应速率，改变达平衡所需时间）
温度对化学平衡的影响
升温平衡向逆方向移动 降温平衡向正方向移动
勒沙特列原理（平衡移动原理）：如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强或温度等），平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。
催化剂不影响化学平衡的移动，但可以缩短达平衡所需的时间
练习1、反应NH4HS(S)　　　NH3(g) + H2S(g) 在某一温度下达到平衡，下列各种情况中，能使平衡发生移动的是（ ）
　A. 减少部分NH4HS固体
　B. 压强、温度不变充入少量Ar
　C. 容积、温度一定、充入He
　D. 温度、压强、容积一定充入SO2
练习2、反应NH4HS(S)　　　NH3(g) + H2S(g) 在某一温度下达到平衡，下列各种情况中，能使平衡发生移动的是（ ）
　A. 减少部分NH4HS固体
　B. 压强、温度不变充入少量Ar
　C. 容积、温度一定、充入He
　D. 温度、压强、容积一定充入SO2
图像题解题方法
1．步骤
(1). 看图象：
①.看面(即纵坐标与横坐标的意义)，
②.看线(即线的走向和变化趋势)，
③.看点(即起点、折点、交点、终点)，
④.看辅助线(如等温线、等压线、平衡线等)，
⑤.看量的变化(如浓度变化、温度变化等)。
(2).想规律:联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律。
(3). 作判断：根据图象中表现的关系与所学规律相对比，作出符合题目要求的判断。
2．原则
(1) “定一议二”原则
在化学平衡图象中，包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的三个量，确定横坐标所示的量后，讨论纵坐标与曲线的关系或确定纵坐标所示的量后，讨论横坐标与曲线的关系。
(2) “先拐先平，数值大”原则
在化学平衡图象中，先出现拐点的反应则先达到平衡，先出现拐点的曲线表示的温度较高或表示的压强较大。
练习3
反应2X（g）+Y（g） 2Z （g）；△H<0 在不同温度（T1和T2）及压强（P1和P2）下，产物Z的物质的量（nZ）与反应时间的关系如图所示。
下述判断正确的是 （ ）
A . T1B. T1P2
C. T1>T2 ,P1>P2
D. T1>T2 ,P1练习4
在某容积一定的密闭容器中，可逆反应 A(g)+B (g) xC (g)符合下例图像（1）所示关系，由此推断对图象（2）的正确说法是（ ）
A. P3>P4 Y轴表示A的转化率
B. P3>P4 Y轴表示B的百分含量
C. P3>P4 Y轴表示混合气体的密度
D. P3>P4 Y轴表示混合气体的平均相对分子质量
(四)合成氨条件的选择
反应特点:(1)可逆反应;
(2)正反应放热
(3)正反应为体积缩小的反应
适宜条件:
(1)增大反应物浓度,及时分离出氨气
(2)增大压强,一般为20MPa-50MPa
(3) 升高温度,一般为500℃左右,此时催化剂活性最好
(4)使用催化剂:铁触媒
附：参考答案
例1、C、 例2、D、 例3、B、 例4、3X+Y 2Z 0.05mol/(L min)
练习1：1、2、3、5、8、10、12、13平
例5、2；2.25; 0.5 x+z/2=1; y+3z/2=3
例6、a/2; 5; 3; 4m-6n (m-n)a
例7、1-a 3a 2 3-3a
练习2、BD 练习3、C 练习4、AD
=
正
逆
t
c(B)
υ(B)=
V
V
≠
V
V
正
逆
v
向着气体体积(或物质的量)增大的方向移动
减小压强
新的化学平衡
Z
Y
X
0.2
0.7
4
3
2
1
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
一定时间
原平衡被破坏
向着气体体积(或物质的量)缩小的方向移动
增大压强
t
v
V/正
V/逆
v逆
v正
V/逆
v逆
V/正
v正
t
v
V/逆
平衡朝正反应方向移动
增大反应物浓度
减小生成物浓度
t
V/逆
V/正
v逆
v正
V/正
v逆
V/逆
v正
t
v
平衡朝逆反应方向移动
增大生成物浓度
减小反应物浓度
V/正
t
v
v逆
v正
V/正
V/逆
t
v
v正
v逆
t1
0
V逆
V正
V正’= V逆’
t2
t3
t3
V正’= V逆’
t2
t1
0
V逆
V正
向着放热方向移动
降低温度
向着吸热方向移动
升高温度
V逆
V正
t2
t1
0
t3
V正= V逆
V逆’
V正’
V正’= V逆’
T2P1
T1P2
t3
t2
t1
0
V逆
V正
V正= V逆
V逆’
V正’
V正’= V逆’
T1P1
t
n(Z)
O
（nZ）
图1
T2P2
T1P2
T1P1
t
C%
O
P4
P3
Y
T