1、第8讲 化学反应速率和化学平衡,一 化学反应速率 1.表示方法 用单位时间内反应物或生成物的 物质的量浓度 的变化来表示, 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。不管用哪种物质表示,均为正值。 2.计算公式: v= 。 3.常用单位: mol/(Ls) 或mol/(Lmin)。,知识清单,考点一 化学反应速率,4.同一反应中用不同物质表示的化学反应速率之间的关系 对于反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),在同一时间段内化学反应速率v (A)v(B)v(C)v(D)= abcd 。 二 影响化学反应速率的因素 1.内因: 物质的结构和性质 是决定化学反应
2、速率的重要因素。 2.外因:对于同一化学反应,改变外界条件可以改变化学反应速率。 (1)浓度:在其他条件不变时,增大反应物的浓度,化学反应速率 加快 ;减小反应物的浓度,化学反应速率 减慢 。 (2)压强:对于有气体参加的反应,在其他条件不变时,增大压强会加快 化学反应速率;减小压强会 减慢 化学反应速率。 (3)温度:在其他条件不变时,升温,化学反应速率 加快 ;降温,化学 反应速率 减慢 。,(4)催化剂:使用催化剂能 改变 化学反应速率。 (5)其他因素:光、电磁波、超声波、反应物颗粒的大小、溶剂的性质等。,外界条件的变化对可逆反应中v正、v逆的影响 1.温度的影响 对于可逆反应,改变温
3、度时,吸热反应的速率受到的影响程度大。升温 时,吸热反应速率增大的程度大;降温时,吸热反应速率减小的程度大。 如下图所示。,2.压强的影响 (1)对于反应前后气体体积可变的反应,化学方程式中气态物质化学计 量数大的一侧,其反应速率受压强的影响程度大。加压时,它增大的程 度大;减压时,它减小的程度大。如下图所示。,(2)对于反应前后气体体积不变的反应,改变压强时,正、逆反应速率会 同等程度地改变。 3.浓度的影响 增大反应物的浓度,正反应速率急剧增大,然后逐渐减小,逆反应速率逐 渐增大,最终v正=v逆,重新建立平衡。 4.催化剂的影响,催化剂同等程度地改变正、逆反应速率,与反应物或生成物的状态无
4、关。,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 相等 时,反应混合物中各组分的浓度 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。,考点二 化学平衡 化学反应进行的方向,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
5、衡向着 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 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 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 同等程度 地改变正、逆反应速率,即 正、逆
6、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(H)、熵变(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H、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:,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H-TS0的方向进行,直到达到平衡状态。,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
7、,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 molL-1、c(H2)=0.3 molL-1、c(NH3)=0.2 molL-1,当浓度同时增大一倍时,即让c(N2)=0.2 molL-1、c(H2)=0.6 molL-1、 c(NH3)=0.4 molL-1,此时相当于压强增大一倍,平衡向生成
8、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)
9、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。 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。,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= 。对于该化学反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)的任意状态
10、,浓度商Qc= 。若QcK,则该反应 向 逆反应 方向进行;若Qc=K,则该反应达到平衡;若QcK,则该反,考点三 化学平衡的相关计算,应向 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aA+bB cC+dD,反应物A的转 化率可以表示为: (A)= 100%,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,与反应物或生成物的浓度无关。 (2)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时,由于其浓度可看作“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
11、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。,方法1 化学反应速率和化学平衡图像问题的处理方法 1.速率-时间图 此类图像定性揭示了v正、v逆随时间(含条件改变对速率的影响)变化的 规律,体现了平衡的“动、等、定、变”的基本特征,以及平衡移动的 方向等。如N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H0,建立平衡后,加热对反应 速率的影响如图A。,方法技巧,3.全程速率-时间图如Zn 与足量盐酸的反应,反应速率随时间的变化情况如右图所示,解释 原因:AB段(v渐增),因反应为放热反应,随反应的进行,温度渐升,导致反,应速率渐增;
12、BC段(v渐小),则主要因为随反应的进行,溶液中c(H+)渐小, 导致反应速率渐小。分析时要抓住各阶段的主要因素,认真分析。 4.含量-时间-温度(压强)图 常见的形式有下图所示的几种(C%指某产物百分含量,B%指某反应物 百分含量。在其他条件不变时,改变任一条件,如使用催化剂或升高温 度或增大压强,都能缩短达到平衡的时间),这种图像中的折点表示达到 平衡的时间,曲线的斜率反映了反应速率的大小,可以确定T(p)的高低 (大小),水平线的高低反映了平衡移动的方向。,5.恒压(温)线 该类图像的纵坐标为生成物的平衡浓度(c)或反应物的转化率(),横坐 标为温度(T)或压强(p),常见类型如下图:,
13、小结 1.图像分析应注意“三看” (1)看两轴:认清两轴所表示的含义。 (2)看起点:从图像纵轴上的起点,一般可判断谁为反应物,谁为生成物,以,及平衡前反应进行的方向。 (3)看拐点:一般图像拐点后平行于横轴则表示反应达到平衡,若横轴为 时间,由拐点可判断反应速率。 2.对于有3个变量的图像,一般采用“定一议二”的方法进行分析。,例1 (2017山东陵城一中月考,13)已知:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6 H2O(g) H=-1 025 kJ/mol,若反应起始物质的量相同,下列关于该反应 的示意图不正确的是 ( ),解题导引 解析 由于该反应的正反应为放热反应,温度升高平衡逆
14、向移动,NO 的含量降低,故A项正确,C项错误;该反应的正反应是气体体积增大的反 应,压强减小平衡正向移动,NO的含量增大,故B项正确;催化剂的使用只 能改变反应速率,不能使平衡发生移动,NO的含量不变,故D正确。答案 C,方法2 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。,续表,方法3 化学平衡的相关计算“三段式” 有关化学平衡问
15、题的计算,可按下列步骤建立模式,确定关系进行计 算。例如,可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),假定反应物A、B的 起始加入量分别为a mol、b mol,达到平衡时,设A物质转化的物质的量 为mx mol。 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:n(平)=n(始)-n(变)。 对于生成物:n(平)=n(始)+n(变)。,2.基本步骤 (1)确定反应物或生成物的起始加入量; (2)确定反应过程的变化量; (3)确定平衡量。,例2 (2017江苏单科,15
16、,4分)温度为T1时,在三个容积均为1 L 的恒容密 闭容器中仅发生反应:2NO2(g) 2NO(g)+O2(g)(正反应吸热)。实验 测得:v正=v(NO2)消耗=k正c2(NO2),v逆=v(NO)消耗=2v(O2)消耗=k逆c2(NO)c(O2),k正、 k逆为速率常数,受温度影响。下列说法正确的是(双选) ( ),A.达平衡时,容器与容器中的总压强之比为45 B.达平衡时,容器中 比容器中的大 C.达平衡时,容器中NO的体积分数小于50% D.当温度改变为T2时,若k正=k逆,则T2T1解析 A项,根据题表中的数据,2NO2(g) 2NO(g)+O2(g) c(始)/molL-1 0.
17、6 0 0 c(转)/molL-1 0.4 0.4 0.2 c(平)/molL-1 0.2 0.4 0.2 算出中平衡时K=0.8,采用代入法利用A项数据,根据阿伏加德罗定律 得出中平衡时n(总)=1 mol,据此算出中平衡时K0.8,故A项错误。,B项,设中NO2转化了x molL-1,2NO2(g) 2NO(g) + O2(g)始: 0.3 molL-1 0.5 molL-1 0.2 molL-1转: x molL-1 x molL-1 0.5x molL-1平:(0.3-x) molL-1 (0.5+x) molL-1 (0.2+0.5 x) molL-1 若平衡时 =1,则 =1,x=
18、 , 此时c(NO2)= molL-1,c(NO)= molL-1,c(O2)= molL-1,将数据代入 平衡常数表达式可得 1.40.8,说明平衡时 1,因为,1.40.8,说明平衡时c(O2) molL-1, 应小于 1,B不正确。C项,假设某状态时中NO的体积分数为50%,计算可得此 时Qc=4.8K,则反应逆向进行,观察方程式中各物质的化学计量数可知n (总)每减少a mol,n(NO)必减少2a mol,故平衡时NO体积分数必小于5 0%,故C项正确。D项,中平衡时v正=k正0.22,v逆=k逆0.420.2,当温度改 变为T2时,v正=0.04k正v逆=0.032k正,平衡向正反应方向移动,因为正反应为 吸热方向,所以外界温度改变应为升温,即T2T1,故D项正确。答案 CD,
