第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨
1．了解合成氨反应的特点以及外部条件对合成氨反应的影响。(重点)
2．了解工业生产条件选择的依据和原则。
3．知道化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域的重要作用。
授课提示：对应学生用书第39页
知识点一 合成氨反应的限度
1．反应原理
合成氨反应的化学方程式为：
N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g) ΔH<0，ΔS<0。
2．影响因素
(1)结合化学平衡移动规律可知，降低温度、增大压强，有利于化学平衡向生成氨的方向移动。
(2)在一定的温度和压强下，反应物中氮气和氢气的体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。
[自我诊断]
在298
K时，合成氨反应的ΔH＝－92.2
kJ·mol－1，ΔS＝－198.2
J·K－1·mol－1，该温度下，合成氨反应能否自发进行？
[提示] ΔG＝ΔH－TΔS
＝－92.2
kJ·mol－1＋298
K×0.198
2
kJ·K－1·mol－1
＝－33.1
kJ·mol－1<0，故能自发进行。
知识点二 外界因素对合成氨反应速率的影响
1．浓度
在特定条件下，合成氨反应的速率与参加反应的物质的浓度的关系式为v＝kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)，由关系式可知，增大N2或H2的浓度，降低NH3的浓度，都有利于提高合成氨的速率。
2．温度
温度越高，反应进行得越快。
3．催化剂
加入适宜的催化剂能降低合成氨反应的活化能，使化学反应速率提高上万亿倍。
4．压强
压强越大，反应速率越快。
[自我诊断]
(1)工业合成氨压强越高越好。(×)
(2)合成氨反应加入催化剂能增大产率。(×)
知识点三 合成氨的适宜条件
1．合成氨反应条件的选择依据
工业生产中，必须从反应速率和反应限度两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。
提高反应的平衡转化率
提高化学反应速率
性质
措施
性质
措施
放热
低温
活化能高
适当提高N2的比例
分子数减小
高压
低温时反应速率低
高温
反应可逆
原料循环使用
原料气浓度增加能提高反应速率
增大原料气浓度
氨气浓度增加能降低反应速率
分离氨
2.实际生产中合成氨的适宜条件
(1)压强：加压有利于提高反应速率和原料的转化率，但要考虑设备和技术条件等，实际选择压强为1×107_Pa～1×108_Pa。
(2)温度：高温有利于提高反应速率，低温有利于提高原料的转化率，还要考虑催化剂的活性，实际选择温度为700
K左右。
(3)催化剂：铁。
(4)浓度：①及时补充N2和H2，增大反应物浓度。
②及时分离出NH3，减小生成物浓度。
[自我诊断]
即使采用高压合成氨反应，平衡后的混合气体中，NH3的体积分数也仅占到14%～17%，那工业上是如何提高原料转化率的？
[提示] 一方面把已平衡的混合气体降温，使氨液化分离出来；另一方面把分离出NH3后的N2、H2重新输送入合成氨塔，进行循环使用，以提高原料利用率。
授课提示：对应学生用书第40页
要点一 合成氨的工业流程及反应条件的分析与选择
[典例1] 有关合成氨工业的说法中，正确的是( )
A．从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占15%，所以生产氨的工厂的效率都很低
B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中是循环使用，所以总体来说氨的产率较高
C．合成氨工业的反应温度控制在700
K左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动
D．合成氨厂采用的压强是2×107
Pa～5×107
Pa，因为该压强下铁的活性最大
解析：合成氨的反应在适宜的生产条件下达到平衡时，原料的平衡转化率并不高，但生成的NH3分离出后，再将未反应的N2、H2循环利用，这样处理后，可使氨的产率较高，据此可知A项错误，B项正确；合成氨工业选择700
K左右的温度，是综合了多方面的因素而确定的。因合成氨的反应是放热反应，低温才有利于平衡向正反应方向移动，故C项错误；不论从反应速率还是化学平衡考虑，高压更有利于合成氨，但压强太大，对设备、动力的要求更高，基于此选择了20
MPa～50
MPa的压强，该选择与催化剂活性无关，故D项错误。
答案：B
1．合成氨工业的流程
—净化—压缩—合成—分离—
原料气的制取
N2：液化空气，蒸发分离出氮气
H2：用水和燃料在高温下制取。如
C＋H2O(g)CO＋H2，CO＋H2O(g)CO2＋H2
2．氨的合成
(1)主要设备：合成氨塔。
(2)反应原理：N2＋3H22NH3。
(3)反应条件：
反应条件
对反应速率的影响
对平衡时混合物中氨含量的影响
合成氨条件的选择
增大压强
有利于提高反应速率
有利于提高平衡时混合物中氨含量
压强越大，对设备、材料、技术的要求就越高，生产成本也越高，综合考虑，工业上采用的压强为1×107
Pa～1×108
Pa
升高温度
有利于提高反应速率
不利于提高平衡时混合物中氨含量
工业上一般采用700
K左右的温度，在这个温度时，铁催化剂的活性也最大
增大反应物浓度
有利于提高反应速率
N2和H2的浓度之比为1∶3时，平衡转化率最高
但实验表明，N2和H2的浓度比为1∶2.8时，更能促进合成氨反应的进行。工业上通常采用1∶2.8的比例投料，并且及时分离出NH3，促使平衡正向移动
催化剂
有利于提高反应速率
没有影响
工业上一般采用铁催化剂，使反应在较低的温度下较快地进行
1．下列有关合成氨工业的叙述，不能用平衡移动原理来解释的是( )
A．使用铁触媒有利于合成氨的反应
B．高压比常压更加有利于合成氨的反应
C．温度过高不利于氨的生成
D．使反应混合物中的氨液化有利于合成氨的反应
解析：使用铁触媒，能同等程度的加快正逆反应的速率，但正逆反应速率仍相等，因而平衡不发生移动，只是可以缩短达到平衡所需的时间，不能用平衡移动原理来解释。由于合成氨的正反应是一个气体分子数减小的反应，所以增大压强可以使平衡向着生成氨的方向移动，可以用平衡移动原理解释。合成氨反应是放热反应，高温平衡逆向移动，不利于氨的生成，可以用平衡移动原理来解释。将生成物氨气液化分离，降低了生成物的浓度，将使平衡向生成氨的方向移动，有利于氨的生成，可以用平衡移动原理来解释。
答案：A
要点二 工业生产中选择适宜生产条件的思考
[典例2] 在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－198
kJ·mol－1。下表为不同温度和压强下SO2的转化率(%)
压强/Pa温度/℃
1×105
5×105
1×106
5×106
1×107
450
97.5
98.9
99.2
99.6
99.7
550
85.6
92.9
94.9
97.7
98.3
(1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫，可控制的条件是________。
(2)实际生产中，选定400～500
℃作为操作温度其原因是________。
(3)实际生产中，采用的压强为常压，其原因是_______________________________。
(4)在生产中，通入过量空气的目的是__________________________________________。
(5)尾气中有SO2必须回收是为了__________________________________________。
解析：(1)观察反应的特点可以得出要想使平衡正向移动，可以采取的措施为低温、高压。
(2)由于400～500
℃是较高温度，而升高温度虽然会使反应速率加快，但是通过上表分析对生成物的产率影响不大，所以主要原因是此温度时催化剂的活性最大。
(3)因为在常压下400～500
℃时SO2的转化率已经很高了，若再加压，对设备及动力系统要求高，加大了成本和能量消耗，故采用常压。
(4)增大氧气的浓度，相当于增大了反应物的浓度，使平衡向生成SO3的方向移动，提高二氧化硫的转化率。
(5)尾气是一种污染性气体，所以在反应结束后需对其进行尾气处理，以减少对环境的污染。
答案：(1)低温，高压
(2)该温度是催化剂的活性最大的温度，选择此温度可提高反应速率，缩短反应达到平衡所需要的时间
(3)因为在常压下400～500
℃时SO2的转化率已经很高了，若再加压，对设备及动力系统要求高，加大了成本和能量消耗，不适宜
(4)增大氧气的浓度，使平衡向生成SO3的方向移动，提高二氧化硫的转化率
(5)减少对环境的污染
(1)从可逆性、反应前后气体化学计量数的变化、焓变三个角度分析化学反应的特点。
(2)根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响；从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况，选出适宜的外界条件。
外界条件
有利于加快速率的条件控制
有利于平衡正向移动的条件控制
综合分析结果
浓度
增大反应物的浓度
增大反应物的浓度、减小生成物的浓度
不断地补充反应物、及时地分离出生成物
催化剂
加合适的催化剂
不需要
加合适的催化剂
温度
高温
ΔH<0
低温
兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度
ΔH>0
高温
在设备条件允许的前提下，尽量采取高温并考虑催化剂的活性
压强
高压(有气体参加)
ΔV(g)<0
高压
在设备条件允许的前提下，尽量采取高压
ΔV(g)>0
低压
兼顾速率和平衡，选取适宜的压强
2.合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨生产示意图如图所示。
(1)X的化学式为________；
(2)图中条件选定的主要原因是________(填字母编号)；
A．温度、压强对化学平衡的影响
B．铁触媒在该温度时活性大
C．工业生产受动力、材料、设备等条件的限制
(3)改变反应条件，会使平衡发生移动。如图表示随条件改变，氨气的百分含量的变化趋势。当横坐标为压强时，变化趋势正确的是________，当横坐标为温度时，变化趋势正确的是________。(填字母编号)
解析：(1)原料气N2和H2经一定条件下的反应，最后生成液态NH3(X)从设备中分离出来，同时尾气中含有的N2(Y)和H2(Y)进行循环利用。(2)中A温度选择在500
℃并不是从化学平衡的影响分析的，而是因为催化剂在此温度时活性大，而且还可以适当提高化学反应速率，压强选择20
MPa～50
MPa是从化学平衡理论分析的压强越大，平衡向生成NH3的方向移动，但不能过大，因为压强过大，对设备、材料的要求高，投资大，这样就不经济。(3)中考查压强、温度对化学平衡的影响。
答案：(1)NH3 (2)B、C (3)c a
速率、平衡理论在工业生产中的指导作用
[典例] 工业上合成氨是在一定条件下进行如下反应：N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)
ΔH＝－92.4
kJ·mol－1，其部分工艺流程如图所示：
反应体系中各组分的部分性质见下表：
气体
氮气
氢气
氨
熔点/℃
－210.01
－252.77
－77.74
沸点/℃
－195.79
－259.23
－33.42
回答下列问题：
(1)写出该反应的化学平衡常数表达式：K＝________。随着温度升高，K值__________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)K值越大，表明________(填字母)。
A．其他条件相同时N2的转化率越高
B．其他条件相同时NH3的产率越大
C．原料中N2的含量越高
D．化学反应速率越快
(3)在工业上采取气体循环的流程，即反应后通过把混合气体的温度降低到________使________分离出来；继续循环的气体是________。
解析：(1)由化学方程式N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)可写出：K＝，此反应ΔH<0，说明正反应为放热反应，升高温度，平衡向吸热的方向移动，即向左移动，[NH3]减小，[N2]和[H2]增大，故K减小。
(2)K值越大，说明[NH3]越大，[N2]和[H2]就越小，反应进行的程度越大，故其他条件相同时N2的转化率越高，NH3的产率越大。
(3)根据气体的熔、沸点可知，氨气容易液化，使其分离可使平衡正向移动，剩余N2和H2循环使用，以提高产率。
答案：(1) 减小 (2)AB (3)－33.42
℃ 氨 N2和H2
PAGE
-
8
-第2课时 外界条件对化学反应速率的影响
1．掌握外界条件对化学反应速率的影响。(重点)
2．能从活化分子角度解释外界条件对化学反应速率的影响。
3．了解化学反应速率常数、活化能的含义及应用。
授课提示：对应学生用书第35页
知识点一 浓度对化学反应速率的影响
1．基本规律
当其他条件不变时，增大反应物的浓度可以加快化学反应速率；减小反应物的浓度可以减慢化学反应速率。
2．化学反应速率与反应物浓度的定量关系
(1)速率方程：对于任意一个化学反应aA＋bB===cC＋dD，其反应速率方程为v＝kcm(A)·cn(B)，式子中m、n、k都由实验测得，与化学方程式中的化学计量数无关。
(2)反应速率常数：速率方程中的比例系数k称为反应速率常数，它表示单位浓度下的化学反应速率。它具备以下特点：
①与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。升高温度，k值通常越大。
②通常情况下，k值越大，反应进行得越快。
3．压强对化学反应速率的影响(温度、体积一定)
(1)对于气体反应，压强与浓度成正比。增大压强，化学反应速率加快；减小压强，化学反应速率减慢。
(2)对于只涉及液体和固体的反应，压强改变对反应速率几乎没有影响。
(3)压强对化学反应速率的影响实质是压强的改变引起浓度的改变而影响反应速率。
[自我诊断]
改变固体或纯液体的用量对化学反应速率有何影响？改变溶液的用量对化学反应速率有何影响？
[提示] 对于固体或纯液体物质，一般情况下其浓度可视为常数，因此改变固体或纯液体的用量对化学反应速率无影响。但固体物质表面积的大小会影响化学反应速率，一般地，固体的颗粒越小，表面积越大，反应速率就越快，改变溶液的用量时，由于浓度不变，因此对化学反应速率无影响。
知识点二 温度对化学反应速率的影响
1．基本规律
当其他条件不变时，升高温度可以加快化学反应速率，降低温度可以减慢化学反应速率。
2．经验规律
对于在溶液中发生的反应，温度每升高10
K，反应速率增加到原来的2～4倍。利用此经验规律可以对一些反应的化学反应速率做粗略估计，但适用范围有限。
3．影响实质
(1)活化能：如图是基元反应H2＋Cl===HCl＋H的活化能示意图。
活化能Ea是过渡态的能量与反应物的能量之差。
(2)活化能对反应速率的影响：①活化能越高，反应越难进行，反应速率越小。
②升高温度，可以提高反应物分子的能量，增大反应物间的碰撞频率，增大反应物分子形成过渡态的比例，加快反应速率。
[自我诊断]
(1)温度是决定反应速率的最主要因素。(×)
(2)升高温度，吸热反应速率加快，放热反应速率减慢。(×)
(3)活化能越高，反应越容易进行。(×)
知识点三 催化剂对化学反应速率的影响
1．催化剂
能加快化学反应速率而在反应前后本身的质量和化学性质不变的物质。
2．催化原理
通过参与反应改变反应历程、降低反应的活化能来提高化学反应速率。
3．催化剂的特点
(1)选择性
只对某一反应或某类反应起催化作用。
(2)高效性
可以大幅度降低反应的活化能，从而有效地提高化学反应速率。
(3)催化剂不能改变化学反应的平衡常数，不能改变平衡转化率。
[自我诊断]
(1)催化剂是决定反应速率的最主要因素。(×)
(2)催化剂在反应历程中不发生任何变化。(×)
(3)催化剂能有效提高化学反应速率是因为其增大了反应的活化能。(×)
授课提示：对应学生用书第36页
要点一 压强对化学反应速率的影响
[典例1] 反应C(s)＋H2O(g)??CO(g)＋H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行，下列条件的改变使其反应速率增大的是( )
A．增加C(s)的量
B．将容器的体积缩小一半
C．保持体积不变，充入N2使体系压强增大
D．保持压强不变，充入N2使容器体积变大
解析：A项，C为固体，增加其用量，不影响反应速率；B项，加压能使反应速率增大；C项，保持体积不变，充入N2后各反应物的浓度不变，不影响反应速率；D项，保持压强不变充入N2，容器体积增大，反应物浓度减小，使反应速率减小。
答案：B
压强对速率的影响，是通过改变气体的浓度来实现的，故一般意义上的增大压强是指压缩气体的体积(特别注明除外)。对于气体反应体系要注意以下几个问题。
(1)总体影响规律及图像分析：在其他条件不变时，只要有气体参加的反应，当增大压强时，速率都增大，当降低压强时，速率都减小。当增大压强时，气体系数大的一侧的反应速率增大的倍数>气体系数小的一侧的反应速率增大的倍数，故加压化学平衡向气体系数小的一侧移动；当减小压强时，气体系数大的一侧的反应速率减小的倍数>气体系数小的一侧的反应速率减小的倍数，故减压化学平衡向气体系数大的一侧移动。
①如对于气体体积增大的反应A(g)＋2B(s)===3C(g)，如果在t1时增大压强，在t2时减小压强，其v
?t图像如图所示：
②对于反应前后气体体积不变的反应3A(g)＋2B(s)===3C(g)，如果在t1时增大压强，在t2时减小压强，其v
?t图像如图所示：
(2)恒温时：压缩容器容积压强增大气体浓度增大反应速率增大。
(3)恒温恒容时：充入惰性气体容器内气体总压增大，但反应物浓度不变，反应速率不变。
(4)恒温恒压时：充入惰性气体容器容积增大气体反应物浓度减小反应速率减小。
1．试分析下列可逆反应2A(g)＋B(g)??2C(g)的反应速率随压强变化的曲线图，正确的是( )
解析：增大压强，正、逆反应的反应速率均增大，选项A、B、D错误。
答案：C
要点二 化学反应速率图像
[典例2] 某密闭容器中发生如下反应：X(g)＋3Y(g)??2Z(g) ΔH<0。如图表示该反应的速率(v)随时间(t)变化的关系，t2、t3、t5时刻外界条件有所改变，但都没有改变各物质的初始加入量。下列说法中正确的是( )
A．t2时加入了催化剂
B．t3时降低了温度
C．t5时增大了压强
D．t3～t4时间内转化率最低
解析：由图像知，在t1时刻化学反应达到平衡，t2～t3化学平衡没有移动，可能是加入了催化剂或增大压强，但该反应是一个气体体积发生变化的反应，压强的改变是不可能的，只能是加入了催化剂；t3～t4平衡逆向移动，并且化学反应速率都减小，是减小了压强；t5～t6平衡逆向移动，反应物的转化率最小，t5是升高了温度，不是压强的影响。
答案：A
化学反应速率图像是将化学反应速率变化的情况在直角坐标系中以图的形式表达的结果，是化学反应速率变化规律的反映。认识和应用化学反应速率图像时，要立足化学方程式，应用化学反应速率变化的规律，分析图像的涵义。
1．化学反应速率图像的种类
(1)例如，化学反应CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O。
①其他条件一定时，反应速率随着c(HCl)的增大而增大，如图1所示。
②其他条件一定时，反应速率随着温度的升高而增大，如图2所示。
③随着反应时间的延长，c(HCl)逐渐减小，化学反应速率逐渐减小，如图3所示。
(2)例如，化学反应2H2S(g)＋SO2(g)===3S(s)＋2H2O(l)
①其他条件一定时，增大气态反应物的压强(缩小气体容器的容积)，反应速率随着压强的增大而增大，如图4。
②其他条件一定时，减小气态反应物的压强(扩大气体容器的容积)，反应速率随着容积的增大而减小，如图5。
③温度、气体容器的容积都一定时，随着时间的增加，SO2、H2S物质的量逐渐减少，气体的压强逐渐减小，反应速率逐渐减小，如图6。
④分别在较低温度T1和较高温度T2下反应，气态反应物的压强都是逐渐增大(缩小气体容器的容积)，反应速率随着压强的增大而增大及随着温度的升高而增大，如图7。
2．速率—时间图像
速率—时间图像定性揭示了v(正)、v(逆)随时间(含条件改变对速率的影响)而变化的规律，体现了外界条件改变对可逆反应速率的影响，以及由此引发的平衡移动。
平衡体系
条件变化
速率变化
平衡变化
速率变化曲线
任一平衡体系
①增大反应物浓度
v(正)、v(逆)均增大，且v(正)>v(逆)
正向移动
②减小反应物浓度
v(正)、v(逆)均减小，且v(逆)>v(正)
逆向移动
③增大生成物浓度
v(正)、v(逆)均增大，且v(逆)>v(正)
逆向移动
④减小生成物浓度
v(正)、v(逆)均减小，且v(正)>v(逆)
正向移动
正反应方向为气体体积增大的放热反应
⑤增大压强或升高温度
v(正)、v(逆)均增大，且v(逆)>v(正),
逆向移动
⑥减小压强或降低温度
v(正)、v(逆)均减小，且v(正)>v(逆)
正向移动
任一平衡或有气体参加的平衡
⑦加入催化剂
v(正)、v(逆)均增大相同倍数
平衡不移动
2．可逆反应2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g) ΔH<0；在一定条件下达到平衡状态，时间为t1时改变条件。化学反应速率与反应时间关系如图。下列说法正确的是( )
A．维持温度、反应体系体积不变，t1时充入SO3(g)
B．维持压强不变，t1时升高反应体系温度
C．维持温度不变，t1时扩大反应体系体积
D．维持温度、压强不变，t1时充入SO3(g)
解析：观察原反应的特点可知，原反应是一个气体体积减小的放热反应，根据图像可知该反应在t1时改变了某个条件使正反应速率减小，而使逆反应速率增大，只能是在该时刻增大了生成物的浓度而减小了反应物的浓度，所以只有D选项合适。D选项在温度、压强不变的情况下加入SO3(g)，则使SO3(g)的浓度增大，但是由于压强不变可以导致体积变大，所以导致反应物的浓度减小。
答案：D
实验探究外界条件对化学反应速率的影响
[典例] 某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂、溶液酸碱性对反应速率的影响。在常温下按照如下方案完成实验。
实验编号
反应物
催化剂
①
10
mL
2%
H2O2溶液
无
②
10
mL
5%
H2O2溶液
无
③
10
mL
5%
H2O2溶液
1
mL
0.1
mol/L
FeCl3溶液
④
10
mL
5%
H2O2溶液＋少量HCl溶液
1
mL
0.1
mol/LFeCl3溶液
⑤
10
mL
5%
H2O2溶液＋少量NaOH溶液
1
mL
0.1
mol/LFeCl3溶液
(1)催化剂能加快化学反应速率的原因是______________________________________。
(2)实验①和②的目的是________________________________________________。
实验时由于没有观察到明显现象而无法得出结论；资料显示，通常条件下H2O2较稳定，不易分解，为了达到实验目的，你对原实验方案的改进是_____________________。
(3)实验③、④、⑤中，测得生成氧气的体积随时间变化的关系如下图：
分析上图能够得出什么实验结论？
解析：(1)加入催化剂能使化学反应速率加快，其原因是加入催化剂降低了反应的活化能，使更多的普通分子变为活化分子，增大了活化分子的碰撞几率，使活化分子的有效碰撞增多，从而加快反应速率。
(2)实验①和②的区别是①中H2O2的浓度小，②中H2O2的浓度大，所以实验①和②的目的是探究浓度对化学反应速率的影响。为了能够通过实验①和②探究浓度对反应速率的影响，对原实验方案进行改进，可向反应物中加入等量同种催化剂或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中观察实验现象。
(3)由图像知实验⑤反应速率最快，实验④反应速率最慢，说明碱性环境能增大H2O2分解的速率，酸性环境能减慢H2O2分解的速率。
答案：(1)降低了反应的活化能
(2)探究浓度对反应速率的影响 向反应物中加入等量同种催化剂(或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中)
(3)碱性环境能增大H2O2分解的速率，酸性环境能减慢H2O2分解的速率。
PAGE
-
8
-第1课时 化学反应速率
1．了解化学反应速率的概念及表示方法。
2．掌握化学反应速率的简单计算及计算规律。(重点)
3．会利用化学反应速率解决简单的图像问题。
授课提示：对应学生用书第33页
知识点一 化学反应速率
1．概念
描述化学反应进行快慢的物理量。
2．表示方法
(1)对于反应体系体积不变的化学反应，用单位时间内某反应物浓度(或质量、物质的量等)的减小或某生成物浓度(或质量、物质的量等)的增大来表示。
(2)表达式：v＝。
3．常用单位
mol·L－1·s－1、mol·L－1·min－1或mol·L－1·h－1。
4．用不同物质表示的反应速率之间的关系
在同一化学反应中，若用不同物质的浓度变化来表示化学反应速率，其数值之比等于反应方程式中相应物质的系数之比。如对于化学反应aA(g)＋bB(g)===cC(g)＋dD(g)，有下列恒等式：v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝a∶b∶c∶d。
[自我诊断]
(1)在化学反应中，一般不用固体表示反应速率。(√)
(2)在同一化学反应中，用不同物质表示的反应速率是相等的。(×)
(3)在反应N2＋3H2??2NH3中，3v(H2)＝2v(NH3)。(×)
知识点二 化学反应速率的测定
1．测定原理
测定化学反应速率的关键是测定某一时间间隔内反应体系中某物质浓度的变化，由于物质的某些物理性质(如压强、体积、吸光度、电导率等)与其物质的量或浓度存在函数关系，因此常用物理方法准确而快速地测定反应物或生成物浓度的变化来确定化学反应速率。
2．测定方法
(1)量气法；(2)比色法；(3)电导法。
[自我诊断]
用如图装置来测量锌与2
mol·L－1硫酸的反应速率，A中盛放____________，B中盛放______，在做实验时还需要的测量仪器为______，需要读取的数据是______和______________________。
答案：2
mol·L－1硫酸 锌粒 秒表 时间 注射器活塞移动的距离
授课提示：对应学生用书第33页
要点一 化学反应速率的特点与比较
[典例1] 反应A(g)＋3B(g)??2C(g)＋2D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为
①v(A)＝0.15
mol·L－1·s－1
②v(B)＝0.6
mol·L－1·s－1
③v(C)＝0.4
mol·L－1·s－1
④v(D)＝0.45
mol·L－1·s－1
则该反应进行的快慢顺序为( )
A．④>③＝②>①
B．①>③＝②>④
C．④>③>①>②
D．④>③>②>①
解析：v(A)/1∶v(B)/3∶v(C)/2∶v(D)/2＝0.15∶0.2∶0.2∶0.225，反应进行的快慢顺序为④>③＝②>①。
答案：A
1．化学反应速率的特点
(1)在某一个化学反应中无论是用反应物还是用生成物表示化学反应速率，其值均为正值。
(2)化学反应速率表示的均是某一段时间内的化学反应的平均速率，而不是某一时刻的化学反应的瞬时速率。
(3)一个确定的化学反应涉及反应物、生成物多种物质，因而定量表示一个化学反应的反应速率时，必须指明是用哪一种物质来表示的。
(4)在同一反应中，用不同的物质表示的化学反应速率，数值可能不同，但表示的实际意义却完全相同。
(5)固体或纯液体(注意：不是溶液)的物质的量浓度可视为不变的常数，因此，一般不用固体或纯液体表示化学反应速率。
例如：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑。则一般不用钠或水表示化学反应速率。
2．化学反应速率的比较
对于化学反应aA＋bB??cC＋dD
(1)换算成同一物质、同一单位表示，再比较数值大小。
(2)比较化学反应速率与系数的比值。即比较v(A)/a与v(B)/b，若v(A)/a>v(B)/b，则A表示的反应的反应速率比B表示的反应的反应速率大。
1．在不同条件下分别测得反应2SO2＋O2??2SO3的化学反应速率，其中表示该反应进行的最快的是( )
A．v(SO2)＝4
mol·L－1·min－1
B．v(O2)＝3
mol·L－1·min－1
C．v(SO2)＝0.15
mol·L－1·s－1
D．v(O2)＝0.1
mol·L－1·s－1
解析：均以SO2的反应速率为标准，
B项：v(SO2)＝2v(O2)＝6
mol·L－1·min－1
C项：v(SO2)＝0.15
mol·L－1·s－1×60
s·min－1＝9
mol·L－1·min－1
D项：v(SO2)＝2v(O2)＝2×0.1
mol·L－1·s－1×60
s·min－1＝12
mol·L－1·min－1。
答案：D
要点二 化学反应速率的计算方法
[典例2] 将4
mol
A气体和2
mol
B气体在2
L的容器中混合，并在一定条件下发生如下反应2A(g)＋B(g)??2C(g)，若2
s后测得C的浓度为0.6
mol·L－1，现有下列几种说法，其中正确的是( )
①用物质A表示反应的平均速率为0.3
mol·L－1·s－1
②用物质B表示反应的平均速率为0.6
mol·L－1·s－1
③2
s时物质A的转化率为70%
④2
s时物质B的浓度为0.7
mol·L－1
A．①③
B．①④
C．②③
D．③④
解析：v(C)＝＝0.3
mol·L－1·s－1
v(C)＝v(A)，①正确；v(B)＝0.15
mol·L－1·s－1，②不正确。
由题意可以列出：
2A(g)＋B(g)??2C(g)
起始浓度
2
1
0
转化浓度
0.6
0.3
0.6
平衡浓度
1.4
0.7
0.6
所以A的转化率为×100%＝30%；
③错误；④正确。
答案：B
1．化学反应速率的数学表达式v＝＝。
2．根据化学方程式的系数进行换算。
3．采用“三段式”，一般步骤如下：
(1)写出有关反应的化学方程式。
(2)找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。
(3)根据已知条件列方程式计算。
例如：反应
mA ＋ nB ?? pC
起始浓度
a
b
c
转化浓度
x
某时刻浓度
a－x
b－
c＋
计算中注意以下关系：
①对反应物：c(起始)－c(转化)＝c(某时刻)；
②对生成物：c(起始)＋c(转化)＝c(某时刻)；
③平衡转化率＝c(转化)/c(起始)×100%。
2．在2
L容器中发生3A(g)＋B(g)===2C(g)的反应，最初加入的A、B都是4
mol，A的反应速率为0.12
mol·L－1·s－1，10
s后容器内的总物质的量为( )
A．1.6
mol
B．2.8
mol
C．6.4
mol
D．3.6
mol
解析：v(A)＝0.12
mol·L－1·s－1,10
s内，A转化了0.12
mol·L－1·s－1×10
s×2
L＝2.4
mol，则B转化了0.8
mol，生成C为1.6
mol，总物质的量n＝(4
mol－2.4
mol)＋(4
mol－0.8
mol)＋1.6
mol＝6.4
mol。
答案：C
实验探究反应速率的测定和比较
[典例] 某化学兴趣小组设计实验探究反应速率的测定和比较
【实验目的】 测定锌和稀硫酸反应的速率。
【实验用品】 锥形瓶、双孔塞、分液漏斗、直角导管、50
mL注射器、铁架台、秒表、锌粒、1
mol·L－1硫酸、4
mol·L－1硫酸。
【实验步骤】
(1)取一套装置(装置如图所示)，加入40
mL
1
mol·L－1的硫酸，测量收集10
mL
H2所需的时间。
(2)取另一套装置，加入40
mL
4
mol·L－1的硫酸，测量收集10
mL
H2所需的时间。
【实验现象】 锌跟硫酸反应________，收集10
mL气体，(2)所用时间比(1)所用时间________。
【实验结果】
加入试剂
反应时间
反应速率
40
mL
1
mol/L硫酸
40
mL
4
mol/L硫酸
【实验结论】 4
mol·L－1硫酸与锌反应比1
mol·L－1硫酸与锌反应速率________。
【注意事项】 (1)锌粒的颗粒(即表面积)大小________；
(2)40
mL硫酸要迅速加入；
(3)装置________，且计时要迅速准确；
(4)气体收集可以用排水量气装置代替。
【实验讨论】 除本实验测定反应速率的方法外，可行的方案还有(至少填两条)：
①________________________________________________________________________，
②________________________________________________________________________，
③________________________________________________________________________。
解析：Zn与稀H2SO4反应生成H2，故看到有气泡产生，因反应物浓度越大，反应越快，故实验(2)比(1)所用时间少，此时要保证Zn粒的表面积相同，同时该实验装置气密性良好。测定该实验的反应速率还可有如下方法：
①测定单位时间内产生H2的体积；
②测一段时间内H＋的浓度变化；
③测一段时间内Zn粒质量的变化。
答案：实验现象：产生气泡 短
实验结果：长 小 短 大
实验结论：大
注意事项：(1)基本相同 (3)气密性良好
实验讨论：①测定单位时间内产生H2的体积
②测定一段时间内H＋的浓度变化
③测定一段时间内Zn粒质量变化(答两条即可)
PAGE
-
6
-第2课时 反应条件对化学平衡的影响
1．了解化学平衡移动的概念和影响平衡移动的因素。
2．了解温度、浓度、压强等因素的改变对化学平衡移动的影响，并能够利用这些因素的影响正确判断化学平衡移动的方向。(重点)
3．掌握平衡移动原理及其应用。
授课提示：对应学生用书第29页
知识点一 化学平衡移动
1．定义
由于温度、压强、浓度的变化而使可逆反应由一个平衡状态变为另一个平衡状态的过程。
2．化学平衡移动的原因
3．平衡移动方向的判断
(1)根据速率判断
①若v(正)>v(逆)，则平衡向正反应方向移动。
②若v(正)＝v(逆)，则平衡不移动。
③若v(正)
(2)根据体系中各组分含量的变化判断
平衡移动的结果，如果使体系中产物含量(如物质的量浓度或百分含量等)增大，则平衡正向移动；反之则逆向移动。
[自我诊断]
某一可逆反应，一定条件下达到了平衡，若化学反应速率改变，化学平衡是否一定发生移动？若平衡发生移动，化学反应速率是否一定发生改变？
[提示] 可逆反应达到平衡后，若化学反应速率改变，平衡不一定移动：若速率改变后，v(正)＝v(逆)，平衡不移动，若v(正)≠v(逆)，则平衡移动；若平衡发生移动，说明v(正)≠v(逆)，即化学反应速率一定发生改变。
知识点二 外界条件对化学平衡的影响
1．外界条件对化学平衡的影响
外界条件
影响
原因
温度
升高温度，向吸热反应方向移动
温度改变化学平衡常数
降低温度，向放热反应方向移动
浓度
增大反应物浓度或减小生成物浓度，平衡正向移动
浓度改变，浓度商Q改变，使Q≠K
减小反应物浓度或增大生成物浓度，平衡逆向移动
压强
增大压强，平衡向气态物质化学计量数减小的方向移动
压强改变，浓度改变，浓度商Q改变，使Q≠K
减小压强，平衡向气态物质化学计量数增大的方向移动
2.平衡移动原理(勒·夏特列原理)
(1)内容：在封闭体系中，如果仅改变平衡体系的一个条件(如浓度、温度或压强)，平衡将向着减弱这个改变的方向移动。
(2)说明
①研究对象一定是处于平衡状态的可逆反应；
②只适用于改变影响平衡的一个条件；
③平衡的移动结果只能“减弱”而不能“消除”这种改变。
[自我诊断]
改变压强，化学平衡一定会发生移动吗？讨论压强对化学平衡移动影响时应注意什么？
[提示] 压强对化学平衡的影响是通过改变体系中各成分的浓度来实现的。若压强改变不能引起成分浓度变化(如无气体参加的反应)，则平衡不移动；若反应前后气体物质的系数不变，则改变压强时Q仍等于K，平衡也不移动。
压强只对有气体物质参加且反应后气体物质系数和发生变化的可逆反应的平衡移动产生影响。
授课提示：对应学生用书第30页
要点一 外界条件对化学平衡移动的影响
[典例1] 低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物，发生的化学反应为2NH3(g)＋NO(g)＋NO2(g)2N2(g)＋3H2O(g) ΔH<0；在恒容的密闭容器中，下列有关说法正确的是( )
A．平衡时，其他条件不变，升高温度可使该反应的平衡常数增大
B．平衡时，其他条件不变，增加NH3的浓度，废气中氮氧化物的转化率减小
C．平衡时，其他条件不变，向上述平衡体系中加入氦，氮氧化物的浓度不变
D．其他条件不变，使用高效催化剂，废气中氮氧化物的转化率增大
解析：A项，因该反应为放热反应，故升高温度，平衡常数减小，A项错；B项，增大一种反应物浓度，其余反应物的转化率必增大，B项错；使用催化剂，化学平衡不移动，D项错。
答案：C
1．温度对化学平衡的影响
以2NO2(g)??N2O4(g) ΔH<0为例：
温度改变
现象
K的变化
Q与K的关系
平衡移动方向
升高温度
反应体系颜色加深
K减小
Q>K
向逆反应方向(吸热方向)移动
降低温度
反应体系颜色变浅
K增大
Q向正反应方向(放热方向)移动
2.浓度对化学平衡的影响
以Fe3＋＋3SCN－??Fe(SCN)3为例：
浓度的变化
现象
Q值的变化
Q与K的关系
平衡移动方向
增大反应物浓度
颜色加深
减小
Q向正反应方向移动减
小反应物浓度
颜色变浅
增大
Q>K
向逆反应方向移动
增大生成物浓度
颜色加深后又逐渐变浅(较原来颜色还是加深)
增大
Q>K
向逆反应方向移动
减小生成物浓度
颜色变浅后又逐渐变深(较原来颜色还是变浅)
减小
Q向正反应方向移动
3.压强对化学平衡的影响
方程式中气态物质系数变化
压强变化
Q值变化
Q与K关系
平衡移动方向
增大
增大
增大
Q>K
逆向移动
减小
减小
Q正向移动
减小
增大
减小
Q正向移动
减小
增大
Q>K
逆向移动
不变
增大
不变
Q＝K
不移动
减小
4.“惰性”气体对化学平衡的影响
对于反应N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g) ΔH<0为例：
(1)若体系内的压强保持恒定(容器体积是可变的)时，加入氦气，体系内压强恒定，体积必增大，这相当于对原体系中各组分起了稀释作用，因而引起c(N2)、c(H2)、c(NH3)变小，平衡向左移动(相当于减压)。
(2)在恒温、恒容下，加入氦气时，平衡不发生移动。这种条件下加入“惰性”气体，虽平衡体系内的压强增加，但因容器的体积不变，c(N2)、c(H2)、c(NH3)不变，所以平衡不发生移动。
(3)如果方程式中生成物和反应物的系数相等时，当一种“惰性”气体或不与反应中各物质发生反应的气体，加入已达平衡的化学体系中，不论什么情况都不会使平衡移动。
1．COCl2(g)??CO(g)＋Cl2(g) ΔH>0，当反应达到平衡时，下列措施：①升温 ②恒容通入惰性气体 ③增加CO的浓度 ④减压 ⑤加催化剂 ⑥恒压通入惰性气体，能提高COCl2转化率的是( )
A．①②④
B．①④⑥
C．②③⑥
D．③⑤⑥
解析：要提高COCl2的转化率，平衡需正向移动。已知可逆反应的正反应是一个气体系数之和增大、吸热的反应。故①升温符合。②恒容通入惰性气体平衡不移动，不符合要求。③增加CO浓度，平衡逆向移动。④减压平衡正向移动。⑤催化剂不影响化学平衡。⑥恒压下通入惰性气体相当于减压，平移正移，故正确答案为B。
答案：B
要点二 化学平衡图像题的分析方法和思路
[典例2] 对于可逆反应：
2A(g)＋B(g)??2C(g) ΔH<0，下列各图中正确的是( )
解析：A项，该反应正向为放热反应，温度升高，化学平衡逆向移动，生成物C的浓度减小，正确；B项，该反应正向为气态物质系数减小的反应，增大压强时，平衡正向移动，错误；C项，催化剂不会影响平衡移动，错误；D项，压强恒定时，升高温度，平衡逆向移动，A的转化率减小，错误。
答案：A
1．解答步骤
看图像
一看面——即横坐标、纵坐标代表的量。
二看线——即线的斜率大小、平与陡的含义、函数的增减性。
三看点——即起点、终点、转折点、交叉点等。
四看辅助线——等温线、等压线、平衡线等。
五看量——浓度、温度等因素的改变量。
2．化学平衡图像问题的解答方法
(1)三步分析法
一看反应速率是增大还是减小；二看Δv(正)、Δv(逆)的相对大小；三看化学平衡移动的方向。
(2)四要素分析法
看曲线的起点；看曲线的变化趋势；看曲线的转折点；看曲线的终点。
(3)“定一议二”原则
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。
(4)“先拐先平，数值大”原则
在化学平衡图像中，先出现拐点的反应则先达到平衡状态，先出现拐点的曲线所代表的反应温度较高(如图A)或压强较大(如图B)。
对于反应aA(g)＋bB(g)??cC(g)
图A表示T2>T1，由T2→T1，φ(C)增大，平衡右移，即降低温度平衡正向移动，故正反应是放热反应。
图B表示p1c。
2．已知某可逆反应mA(g)＋nB(g)??pC(g)在密闭容器中进行，如图表示不同反应时间t时，温度和压强与反应物B在混合气体中的体积分数B%的关系曲线，由曲线分析，下列判断正确的是( )
A．T1p2 m＋n>p ΔH<0
B．T1>T2 p1p ΔH>0
C．T1p2 m＋nD．T1>T2 p10
解析：从①、②曲线可知，当压强相同(为p2)时，②先达平衡，说明T1>T2，又因为T2低，B%大，即降低温度，平衡逆向移动，说明逆向放热，正向吸热。从②、③曲线可知，当温度相同(为T1)时，②先达平衡，说明p2>p1；又因为p2大，B%大，即增大压强，平衡逆向移动，说明逆方向为气体的物质的量减小的反应，则有m＋n答案：D
实验探究外界条件对化学平衡移动的影响
[典例] 以下是关于“外界因素对化学平衡移动影响的实验研究”的课题，回答问题：
(1)影响化学平衡因素的界定：化学平衡发生移动的本质原因是________，所以影响化学平衡的因素可以从分析影响该原因的因素入手。
(2)研究的思路与方法
①研究对象的选择
现有以下可逆反应：
A．2NO2(g)??N2O4(g) ΔH<0
B．FeCl3＋3KSCN??Fe(SCN)3＋3KCl
其中，A适合于研究________对平衡的影响，B适合于研究________对平衡的影响。(填序号)
a．浓度 b．温度 c．压强
②研究方法：采用控制其他因素不变，改变其中一个因素的方法，并进行对比实验。
(3)单一因素对化学平衡移动影响的实验研究
①浓度：将FeCl3与KSCN反应后所得的混合液分为3等份，分别加入浓FeCl3溶液、浓KSCN溶液和NaOH固体，观察现象。
现象：加入浓FeCl3溶液后的混合溶液红色________；加入浓KSCN溶液后混合溶液红色________；加入NaOH固体后，混合溶液红色________。
②温度：将密封并不相互连通的盛有NO2的两个玻璃球，一个放入热水中，另一个放入冷水中。
现象：放入热水中的球内红棕色________；放入冷水中的球内红棕色________。
(4)综合(3)中研究结果，请总结外界因素对化学平衡影响的规律。
解析：(1)平衡移动的原因是外界条件改变引起v正≠v逆。(2)反应A中NO2为红棕色，N2O4为无色，可借助颜色的变化来研究温度以及压强对平衡的影响；而B为溶液中进行的反应，适合研究浓度对平衡的影响。(3)①加入浓FeCl3溶液后，平衡正向移动，使Fe(SCN)3浓度增大，红色加深；加入浓KSCN溶液后，同样平衡向正反应方向移动，引起混合物颜色加深；加入NaOH固体后，与FeCl3反应，引起平衡逆向移动，颜色变浅。②2NO2(g)??N2O4(g) ΔH<0，放入热水中平衡逆向移动，c(NO2)增大，颜色加深，放入冷水中平衡正向移动，c(NO2)减小，颜色变浅。(4)由实验得出平衡移动原理。
答案：(1)v正≠v逆(或正反应速率与逆反应速率不相等) (2)bc a (3)①变深 变深 变浅 ②变深 变浅 (4)如果改变任一个影响平衡的条件(如浓度、压强、温度)，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。
PAGE
-
7
-第1课时 化学平衡常数 平衡转化率
1．掌握化学平衡状态的特征及标志。
2．了解化学平衡常数的含义及影响因素，并能利用化学平衡常数判断反应进行的方向。(重点)
3．了解平衡转化率的含义，能够进行有关平衡转化率的计算。
授课提示：对应学生用书第24页
知识点一 化学平衡常数
1．定义
在温度一定时，当一个可逆反应达到化学平衡状态后，生成物浓度系数次幂之积与反应物浓度系数次幂之积的比值为一个常数，此常数称为化学平衡常数，简称平衡常数。
2．符号与表达式
(1)符号：K。
(2)表达式。
以化学反应aA(g)＋bB(g)??cC(g)＋dD(g)为例：
K＝。
3．影响因素
(1)内因：反应物的本身性质。
(2)外因：反应体系的温度。
4．应用
(1)判断反应的限度。
①K的大小反映了化学反应可能进行的程度(即反应限度)。
②K越大，说明正反应可以进行得越完全。
K值
<10－5
10－5～105
>105
反应程度
很难进行
反应可逆
进行完全
(2)判断反应是否达到平衡状态。
对化学反应aA(g)＋bB(g)??cC(g)＋dD(g)的任意状态有：
浓度商：Q＝。
①若Q>K，说明反应逆向进行；
②若Q＝K，说明反应达到平衡状态；
③若Q[自我诊断]
(1)化学平衡常数与反应物和生成物的浓度有关。(×)
(2)化学平衡常数K越大表示反应进行得越彻底。(√)
(3)化学平衡常数仅是温度的函数。(√)
知识点二 平衡转化率
1．概念
可逆反应达到平衡时某种反应物转化的物质的量浓度(或物质的量)与该物质起始浓度(或起始物质的量)的百分比。
2．表达式
对于可逆反应：mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)，反应物A的平衡转化率(该条件最大转化率)可表示为：
α(A)＝×100%＝×100%
或α(A)＝×100%
说明：
c0(A)：反应物A的起始浓度，[A]：平衡时A的浓度
n0(A)：反应物A的起始物质的量
[自我诊断]
将2.00
mol
SO2和2.00
mol
O2通入1.00
L的密闭容器中，在1
500
K时反应达到平衡，测得SO3的物质的量浓度为0.64
mol·L－1，平衡时SO2的转化率为________。
解析：生成SO3，n(SO3)＝0.64
mol·L－1×1
L＝0.64
mol，则有0.64
mol
SO2发生转化。根据平衡转化率的定义式：α(SO2)＝×100%＝32%。
答案：32%
授课提示：对应学生用书第25页
要点一 化学平衡状态的判断
[典例1] 在一定温度下的容积不变的密闭容器中，当下列物理量不再改变时，表明反应：A(s)＋2B(g)??C(g)＋D(g)已达平衡的是( )
A．每生成1
mol
A时，消耗1
mol
D
B．混合气体的密度不变
C．C与D的物质的量相等
D．气体的总物质的量不变
解析：A的生成与D的消耗都表示逆反应速率，不能表示反应达平衡状态；容积不变时，混合气体的密度不变表示混合气体的质量不变，即固体A的质量不变，表示反应已达平衡；无论反应是否处于平衡状态，C与D的物质的量都相等；A是固态，反应前后气体的总物质的量不变化。
答案：B
可逆反应达到化学平衡状态时有两个主要的特征：一是正反应速率和逆反应速率相等；二是反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变。
以容积不变的密闭容器中的反应mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)为例：
在一定条件下，若符合下列条件之一，则反应达到平衡状态。
1．v(正)＝v(逆)
(1)同一物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率，如有m
mol
A消耗同时生成m
mol
A。
(2)不同的物质：速率之比等于方程式中的系数比，但必须是不同方向的速率。即必须是一个v(正)一个是v(逆)，且两者之比等于系数比，如有m
mol
A—A键断裂就有n
mol
B—B键生成。
2．对于体系中的各组成成分
体系中的各组成成分
质量或质量分数不变
平衡
物质的量不变或物质的量分数不变或体积分数不变
各反应物的转化率不变各产物的产率保持不变
3．对于体系中的混合物
体系中各成分的总含量
总质量、总物质的量一定
不一定
压强一定
m＋n≠p＋q
平衡
m＋n＝p＋q
不一定
平均相对分子质量一定
m＋n≠p＋q,
平衡
m＋n＝p＋q
不一定
气体密度
密度保持一定
不一定
1．一定条件下，反应2NO(g)＋O2(g)??2NO2(g)在容积不变的密闭容器中发生，下列对该反应达到平衡状态的标志的描述中错误的是( )
A．混合气体的总分子数不再变化
B．混合气体的颜色不再变化
C．容器的总压强不再变化
D．混合气体的总质量不再变化
解析：该反应为气体分子数改变的反应，恒容条件下，该可逆反应在建立平衡的过程中会有压强的改变、气体总分子数的改变、颜色的改变，一旦这些可变量不变了，则证明反应达到平衡了，而混合气体的总质量在任何情况下都不发生变化。
答案：D
要点二 化学平衡常数与转化率
[典例2] 某温度下，在一个2
L的密闭容器中，加入4
mol
A和2
mol
B进行如下反应：3A(g)＋2B(g)??4C(s)＋2D(g)，反应一段时间后达到平衡，测得生成1.6
mol
C，则下列说法正确的是( )
A．该反应的化学平衡常数表达式是K＝
B．此时，B的平衡转化率是40%
C．增大该体系的压强，化学平衡常数增大
D．增加B的物质的量，B的平衡转化率增大
解析：C是固体，不出现在平衡常数的表达式中；生成1.6
mol
C时，消耗了0.8
mol
B，B的平衡转化率是40%；增大该体系的压强，化学平衡常数不变；
增加B的物质的量，B的平衡转化率减小。
答案：B
1．化学平衡常数
(1)平衡常数的表达式
①书写形式与化学方程式的书写有关。
同一个化学反应，化学方程式书写形式不同，平衡常数表达式不同。对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为例数，即K正·K逆＝1。如：
2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)，K1＝
2SO3(g)??2SO2(g)＋O2(g)，K2＝
SO2(g)＋O2(g)??SO3(g)，K3＝
②平衡常数中的浓度专指气体或溶液的物质的量的浓度，单位为mol·L－1，固体和纯液体的浓度可看作常数，不列入表达式。
如Fe2O3(s)＋3CO(g)??2Fe(s)＋3CO2(g)，
K＝。
(2)平衡常数的单位
化学平衡常数可能有单位，也可能没有单位，视具体的反应而定。
如：K1＝，则K1的单位为(mol·L－1)－1；
K2＝，则K2的单位为mol·L－1。
(3)化学平衡常数的影响因素
虽然化学平衡常数可用各组分的平衡浓度计算得到，但化学平衡常数只与温度有关，与各组分的浓度无关。当温度一定时，可逆反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，又无论反应物起始浓度是多少，K是一个常数；若温度发生变化，K值有可能变大也有可能变小，若温度变化使得化学平衡正向移动时，平衡常数增大，使化学平衡逆向移动时，则平衡常数减小。
(4)平衡常数的计算
平衡常数是用化学反应中各组分的平衡浓度计算的，表达式中各物质的浓度必须是平衡状态下的值，不能是任一时刻的浓度值。
2．转化率
(1)转化率的表达式。
反应物A的平衡转化率(该条件最大转化率)可表示为：
α(A)＝×100%＝×100%
或α(A)＝×100%。
(2)转化率的影响因素
①化学平衡发生移动时，反应物的平衡转化率也会发生变化。
②对于容积不变的密闭容器中的反应mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)，向上述反应的平衡体系中再加入A，会增大B的转化率，会使A的转化率变小。
2．在25
℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表：
物质
X
Y
Z
初始浓度/(mol·L－1)
0.1
0.2
0
平衡浓度/(mol·L－1)
0.05
0.05
0.1
下列说法错误的是( )
A．反应达到平衡时，X的转化率为50%
B．反应可表示为X＋3Y??2Z，其平衡常数为1
600
mol－2·L2
C．增大压强使平衡向生成Z的方向移动，平衡常数增大
D．改变温度可以改变此反应的平衡常数
解析：解题时可根据表中数据推断出反应方程式，然后再具体计算。
X、Y反应后浓度降低，为反应物，Z浓度升高，为生成物，设反应方程式为：
aX ＋ bY ?? cZ
起始：
0.1
0.2
0
转化：
0.05
0.15
0.1
平衡：
0.05
0.05
0.1
则a∶b∶c＝1∶3∶2，即反应为X＋3Y??2Z。
A项：X的转化率α(X)＝×100%＝50%；
B项：K＝
＝
＝1
600
mol－2·L2。
答案：C
要点三 化学平衡的计算——三段式法
[典例3] 已知可逆反应：M(g)＋N(g)??P(g)＋Q(g) ΔH>0，请回答下列问题：
(1)在某温度下，反应物的初始浓度分别为：c(M)＝1
mol·L－1，c(N)＝2.4
mol·L－1；达到平衡后，M的平衡转化率为60%，此时N的平衡转化率为________；
(2)若反应温度升高，M的平衡转化率________(填“增大”“减小”或“不变”)；
(3)若反应温度不变，反应物的初始浓度分别为c(M)＝4
mol·L－1，c(N)＝a
mol·L－1；达到平衡后，[P]＝2
mol·L－1，a＝________；
(4)若反应温度不变，反应物的初始浓度为：c(M)＝c(N)＝b
mol·L－1，达到平衡后，M的平衡转化率为________。
解析：根据题意：
M(g) ＋ N(g)??P(g)＋Q(g)
初始浓度
1
mol·L－1
2.4
mol·L－1
转化浓度
1
mol·L－1×60%
1
mol·L－1×60%
N的平衡转化率为×100%＝25%，化学平衡常数
K＝＝。
(2)该反应正向反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，M的平衡转化率增大。
(3)由于温度不变，因而化学平衡常数不变，即
K＝＝，得a＝6。
(4)由于温度不变，则化学平衡常数值不变，设平衡时，M的转化浓度为x
mol·L－1。
M(g)＋N(g)??P(g)＋Q(g)
初始浓度
b
b
转化浓度
x
x
x
x
平衡浓度
b－x
b－x
x
x
K＝＝，
解得＝0.41，故M的平衡转化率为41%。
答案：(1)25% (2)增大 (3)6 (4)41%
1．模式
mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)
起始量
a
b
0
0
变化量
mx
nx
px
qx
平衡量
a－mx
b－nx
px
qx
对于反应物：平衡时的相关量＝起始量－变化量，c(平)＝c(始)－c(变)
对于生成物：平衡时的相关量＝起始量＋变化量，c(平)＝c(始)＋c(变)
2．基本解题思路
(1)设未知数
具体题目要具体分析，灵活设立，一般设某物质的转化量为x。
(2)确定三个量
根据反应物、生成物及变化量的三者关系代入未知数确定平衡体系中各物质的起始量、变化量、平衡量，并按(1)中“模式”列表。
(3)解答题设问题
明确了“始”“变”“平”三个量的具体数值，再根据相应关系求反应物转化率、各物质的平衡浓度、平衡常数等。
3．X、Y、Z为三种气体。把a
mol
X和b
mol
Y充入一密闭容器中，发生反应X＋2Y??2Z，达到平衡时，若它们的物质的量满足：n(X)＋n(Y)＝n(Z)，则Y的转化率为( )
A．[a＋b/5]×100%
B．[2(a＋b)/5b]×100%
C．[2(a＋b)/5]×100%
D．[(a＋b)/5a]×100%
解析：
X ＋ 2Y ?? 2Z
起始：
a
b
0
变化：
x
2x
2x
平衡：
a－x
b－2x
2x
由：n(X)＋n(Y)＝n(Z)得：
(a－x)＋(b－2x)＝2x
解之得x＝(a＋b)/5
α(Y)＝[2(a＋b)/5b]×100%。
答案：B
探究平衡常数在工业生产中的指导作用
[典例] 硫酸生产中，SO2催化氧化生成SO3：2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)，某温度下SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。
请填写下列空白：
(1)图中转化率A________B；平衡常数A________B。
(2)将2.0
mol
SO2和1.0
mol
O2置于10
L密闭容器中反应达平衡后，体积总压强为0.10
MPa，平衡时容器中SO3的体积分数为________。
(3)该温度下此反应的平衡常数为________。
(4)下列各项能表示体积不变的密闭容器中发生的该反应达到平衡状态的是________。
A．消耗SO2的物质的量与生成O2的物质的量之比为2∶1
B．容器中SO2、O2的物质的量之比为2∶1
C．气体的平均相对分子质量不再变化
D．压强不再变化
E．气体密度不再变化
解析：(1)转化率A(2)体系压强为0.10
MPa时SO2的转化率为80%。
2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)
起始浓度/
(mol·L－1)
0.2
0.1
0
转化浓度/
(mol·L－1)
0.16
0.08
0.16
平衡浓度/
(mol·L－1)
0.04
0.02
0.16
平衡时容器中SO3的体积分数为0.16/0.22＝0.73。
(3)根据化学平衡常数的表达式K＝求得相关数值，将数值代入，可求得K。
K＝＝800
L·mol－1
(4)消耗SO2的物质的量与生成O2的物质的量之比为2∶1，表示正反应速率和逆反应速率相等，可表示反应达平衡；该反应前后气体的物质的量变化，气体的平均相对分子质量不再变化、压强不再变化都可表示反应达平衡。
答案：(1)< ＝ (2)0.73
(3)800
L·mol－1 (4)ACD
PAGE
-
9
-第1节
化学反应的方向
1．理解焓变与反应方向的关系。
2．了解熵和熵变的概念，理解熵变与反应方向的关系。
3．能综合运用焓变和熵变判断反应进行的方向。(重点)
授课提示：对应学生用书第22页
知识点一 反应焓变与反应方向
1．自发过程
(1)含义：在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程称为自发过程；反之称为非自发过程。
(2)实例：水由高处流向低处的过程、热由高温物体传向低温物体的过程都属于自发过程。
2．反应焓变与反应方向
(1)多数能自发进行的化学反应是放热反应。
(2)有些吸热反应也能自发进行。
(3)反应的焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。
[自我诊断]
(1)凡是焓变小于零的反应都能自发进行。(×)
(2)自发反应在任何条件下都能实现。(×)
(3)凡是需要加热的反应都不能自发进行。(×)
知识点二 反应熵变与反应方向
1．熵
(1)概念：描述体系混乱度的一个物理量。
(2)符号：S。
(3)单位：J·mol－1·K－1。
(4)特点：混乱度越大，体系越无序，体系的熵值越大。
(5)影响因素：
2．反应熵变
(1)概念：反应产物总熵与反应物总熵之差。
(2)符号：ΔS。
(3)熵增加和熵减小的判断：
①固体的溶解、水的汽化、墨水在水中的扩散以及气体的扩散过程都是熵增加的过程。
②产生气体的反应、气体的物质的量增大的反应，为熵增加的反应。
3．熵变与反应方向
(1)熵增加有利于反应的自发进行。
(2)某些熵减小的反应在一定条件下也能自发进行。
(3)熵变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。
[自我诊断]
(1)一定条件下，水结成冰是熵减小的过程。(√)
(2)熵增加的反应一定能自发进行。(×)
(3)在一定条件下，正反应能自发进行，则在该条件下其逆反应必定不能自发进行。(√)
知识点三 焓变与熵变对反应方向的共同影响
在温度、压强一定的条件下，化学反应的方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果。
1．反应方向的判据
2．文字描述
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，直至达到平衡状态。
3．一般规律
(1)放热、熵增加的反应一定能自发进行。
(2)吸热、熵减小的反应一定不能自发进行。
(3)当反应焓变和熵变的影响相反时：
①如果二者相差悬殊，则某一因素可能占主导地位。
②如果二者相差不大时，则温度可能对反应方向起决定性作用。
[自我诊断]
(1)ΔH>0、ΔS>0在一定温度下能够自发进行。(√)
(2)反应2CO(g)===2C(s)＋O2(g)在一定条件下能自发进行。(×)
(3)能自发进行的反应一定能实际发生。(×)
授课提示：对应学生用书第23页
要点 化学反应方向的判断
[典例] 下列说法中正确的是( )
A．凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的
B．自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变
C．熵增加且放热的反应一定是自发反应
D．化学反应能否自发进行，与反应焓变和熵变有关。当ΔH－TΔS<0时，反应非自发，非自发反应在任何条件下都不能实现
解析：放热反应常常是容易进行的过程，吸热反应有些也是自发反应；自发反应的熵不一定增加，可能减小，也可能不变；反应能否自发进行取决于ΔH－TΔS，当ΔS>0、ΔH<0时，ΔH－TΔS<0反应一定能自发进行，非自发的反应在高温下有可能为自发反应。
答案：C
体系能量降低和混乱度增大都有促使反应自发进行的倾向。因此，要正确判断一个化学反应是否能自发进行，必须综合考虑反应的焓变(ΔH)和熵变(ΔS)。
1．一个判据
反应方向的判据为ΔH－TΔS：
ΔH－TΔS<0 反应能自发进行
ΔH－TΔS＝0 反应达到平衡状态
ΔH－TΔS>0 反应不能自发进行
可以用下列象限法进行判断(如图)：
2．四点说明
(1)ΔH－TΔS只适用于温度、压强一定的条件下的化学反应的判断，不能用于其他条件(如温度、体积一定)的反应的判断。
(2)判据指出的是在温度、压强一定的条件下反应自动发生的趋势，即反应发生的可能性，它并不能说明在该条件下可能自发进行的反应能否实际发生，因为反应能否实际发生还涉及反应速率问题，如涂有防锈漆和未涂防锈漆的铁制器件，其发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现。
(3)在讨论过程的方向时，我们指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用，就可能实现相反的结果。例如，高温可以使石灰石分解；高温高压可以使石墨转化为金刚石。实现这些转化的条件是要向体系中输入能量，但该过程的本质仍然是非自发性的。
(4)反应的自发性也受外界条件的影响，如石灰石分解成生石灰和二氧化碳是非自发的，但在1
273
K时，这一反应就是自发反应。
ΔH－TΔS作为判断化学反应自发性的判据，它的适用条件是( )
A．温度、压强一定
B．压强一定
C．温度、体积一定
D．体系中物质的状态一定
解析：ΔH－TΔS只能用于在温度、压强一定的条件下的化学反应自发性的判断。
答案：A
汽车尾气处理原理的探究
[典例] 城市中越来越多的汽车造成严重的空气污染，为了减轻大气污染，人们提出用以下反应来处理汽车尾气：
2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)
已知在298
K、100
kPa下，该反应的ΔH＝－113.0
kJ·mol－1，ΔS＝－145.3
J·mol－1·K－1，探究以下问题：
(1)这一反应在室温下能否自发进行？
(2)如果假定该反应的ΔH随温度的变化忽略不计，那么该反应能够自发进行的最高温度是多少？
(3)能否设计一个方案使该反应在发动机中进行。
(4)试想现在这一方案未能大面积实施的原因是什么？
解析：(1)室温下该反应的ΔH－TΔS≈－69.7
kJ·mol－1<0，反应能自发进行。
(2)要使反应自发进行，ΔH－TΔS<0。
代入数据T<≈777.7
K
(3)不能，因为该反应能够自发进行的最高温度为777.7
K，而汽车发动机内的温度高于2
000
K。
(4)未找到合适的催化剂，反应速率太慢，难以实施。
答案：(1)能 (2)777.7
K (3)否 (4)未找到合适的催化剂，反应速率太慢
PAGE
-
4
-