1、微型专题二 化学反应速率和化学平衡,第二章 化学反应速率和化学平衡,学习目标定位 1.熟知外界条件对化学反应速率影响的规律。 2.学会化学平衡状态及其移动方向的判断。 3.学会化学平衡的计算方法。 4.掌握图像题与等效平衡的分析方法。,1.控制变量思想在比较反应速率中的应用 例1 某探究小组用HNO3与大理石反应过程中质量减小的方法，研究影响反应速率的因素，所用HNO3浓度为1.00 molL1、2.00 molL1，大理石有细颗粒与粗颗粒两种规格，实验温度为298 K、308 K。 请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填出对应的实验编号：,一、化学反应速率的影响因素,298,粗颗粒,1.
2、00,308,2.00,298,细颗粒,2.00,答案,解析,解析 考查影响反应速率的因素的实验设计。实验和探究HNO3浓度对反应速率的影响，故大理石规格和反应温度应相同，而HNO3浓度不同；同理，和应选择不同的温度、和应选择不同的规格，而另外2个条件相同。,规律方法,当分析多个因素对化学反应速率的影响时，注意“求同存异”，确定相同的因素，研究某一因素的不同所导致的结果的变化，从而得到相应的结论。,相关链接 控制变量法分析化学反应速率影响因素的解题策略 影响化学反应速率的因素有多种，在探究相关规律时，需要控制其他因素不变，只改变某一因素，探究这一因素对反应速率的影响。故解答此类问题的策略：首先
3、确定变量，通过认真分析，理清影响实验探究结果的因素有哪些；然后采取“定多变一”法，在探究时，应该首先确定其他因素不变，只改变一种因素，看这种因素与探究的问题存在怎样的关系，这样确定一种以后，再确定另一种，通过分析每种因素与所探究问题之间的关系，得出所有因素与探究问题之间的关系。此外，在解答过程中应确保数据有效且变量要统一。,教师用书独具,2.充入“惰性气体”对化学反应速率的影响 例2 已知N2(g)3H2(g)2NH3(g) H0，反应速率为v1； 2HI(g)H2(g)I2(g) H0，反应速率为v2。 对于上述两个可逆反应，当改变条件时，试判断v1、v2的变化(填“增大”“减小”或“不变”
4、) (1)保持压强不变，反应通入“He”气，v1_，v2_。 (2)反应、反应均压缩体积，v1_，v2_。 (3)保持体积不变，反应通入“He”气，v1_，v2_。,减小,减小,答案,增大,增大,不变,不变,误区警示,分析充入气体对反应速率影响时，不能只看表面上压强的变化，关键是充入气体后，反应体系中相关物质的浓度是否发生了变化。要注意如下事项：(1)充入的气体是否真的是“无关”气体，是否与某种成分发生反应。(2)反应容器是恒压容器还是恒容容器。,相关链接 充入“惰性气体”对化学反应速率的影响 改变压强，对化学反应速率产生影响的根本原因是引起浓度的改变。对于有气体参加的反应体系，有以下几种情况
5、： (1)恒温时：增大压强体积缩小，浓度增大，反应速率增大。 (2)恒容时 充入气体反应物浓度增大，总压强增大，反应速率增大。 充入“稀有气体”总压强增大，但各物质的浓度不变，反应速率不变。 (3)恒压时：充入“稀有气体”体积增大，各物质的浓度减小，反应速率减小。,教师用书独具,1.化学平衡状态的判断 例3 在一定温度下的定容容器中，当下列哪些物理量不再发生变化时，表明反应A(g)2B(g)C(g)D(g)已达到平衡状态的是 混合气体的压强 混合气体的密度 B的物质的量浓度 混合气体的总物质的量 混合气体的平均相对分子质量 v(C)与v(D)的比值 混合气体的总质量 混合气体的总体积 C、D的
6、分子数之比为11 A. B. C. D.,二、化学平衡及其移动,答案,解析,解析 要理解化学平衡状态的特点“等、动、定”的含义，在判断化学平衡状态时还要注意反应前后气体体积是否相等。题给反应是一个反应前后气体体积不相等的反应，因此在定容容器中，若混合气体的压强、B的物质的量浓度、混合气体的总物质的量、混合气体的平均相对分子质量不再变化，均能证明该反应达到化学平衡状态。而中 始终不变化，中没指明反应进行的方向，m(g)始终不变化，在定容容器中，混合气体的总体积不能作为判断依据，反应未达到平衡时，C、D气体的分子数之比也为11。,规律方法,判断化学平衡状态的基本思路 (1)分析反应容器的特点：恒温
7、恒压、恒温恒容。 (2)分析反应方程式的特点：反应物的状态、反应前后气态物质化学计量数的相对大小。 (3)采用“变量不变”法判断所给物理量是否能作为化学平衡状态的判断依据。,相关链接 化学平衡状态的判断方法 (1)“两审” 一审题干条件，是恒温恒容还是恒温恒压； 二审反应特点：全部是气体参与的等体积反应还是非等体积反应；有固体或液体参与的等体积反应还是非等体积反应。 (2)“两标志” 本质标志 v正v逆0。对于某一可逆反应来说，正反应消耗掉某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率。,教师用书独具,等价标志 a.全部由气体参加的反应前后非等体积反应，体系的压强、平均相对分子质量不再随时间而变化
8、。 b.体系中各组分的物质的量浓度、体积分数、物质的量(或质量)分数保持不变。 c.对同一物质而言，相同时间内断裂的化学键的物质的量与形成的化学键的物质的量相等。 d.对于有色物质参加或生成的可逆反应，体系的颜色不再随时间而变化。 e.体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化。,2.化学平衡移动方向的分析及判断 例4 利用反应：2NO(g)2CO(g)2CO2(g)N2(g) H746.8 kJmol1，可净化汽车尾气，如果要同时提高该反应的速率和NO的转化率，采取的措施是 A.降低温度 B.增大压强同时加催化剂 C.升高温度同时充入N2 D.及时将CO2和N2从反应
9、体系中移走,答案,解析,解析 该反应具备气体分子数减少、向外释放热量的特征，降温，平衡右移，NO的转化率提高，但反应速率降低，A项错误； 增大压强，平衡右移，NO的转化率提高，加入催化剂可大幅度加快反应速率，B项正确； 升温和充入N2，平衡都左移，NO的转化率降低，C项错误； 移走CO2和N2，平衡右移，但反应速率降低，D项错误。,规律方法,若将外界条件对反应速率的影响等同于对平衡移动的影响，则会导致错选。外界条件的改变可能会使正、逆反应速率都发生变化或只有一方发生变化，而平衡移动的方向由v正和v逆的相对大小决定，条件改变时平衡有可能不发生移动。,相关链接 化学平衡移动的判断方法 (1)根据勒
10、夏特列原理判断 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。 (2)根据图示中v正、v逆的相对大小判断 若v正v逆，则平衡向正反应方向移动(注意v正增大，平衡不一定向正反应方向移动)； 若v正v逆，则平衡向逆反应方向移动； 若v正v逆，则平衡不移动。,教师用书独具,(3)根据平衡常数与浓度商的相对大小判断 若KQ，则平衡向正反应方向移动； 若KQ，则平衡向逆反应方向移动； 若KQ，则平衡不移动。,3.平衡转化率的判断 例5 反应X(g)Y(g)2Z(g) H0，达到平衡时，下列说法不正确的是 A.减小容器体积，平衡不移动，X的转化率不变 B.增大c(X
11、)，X的转化率减小 C.保持容器体积不变，同时充入0.1 mol X和0.1 mol Y，X的转化率不变 D.加入催化剂，正反应速率增大，Z的产率增大,答案,解析,解析 该反应为反应前后气体物质的量不变的反应，平衡不受压强影响，减小容器体积，平衡不移动，X的转化率不变，A项正确； 增大c(X)，平衡正向移动，Y的转化率增大，X的转化率减小，B项正确； 同温同体，体积不变的反应，X、Y的初始物质的量之比为11，再充入0.1 mol X和0.1 mol Y，相当于增大压强，X的转化率不变，C正确； 催化剂不能使平衡移动，不改变产物的产率，D项错误。,误区警示,根据平衡移动分析平衡转化率的变化时常见
12、错误有：(1)误认为平衡正向移动转化率一定增大，如果通过加入一种反应物而使平衡正向移动，该物质的转化率减小，其他反应物的转化率增大。(2)若反应物或生成物只有一种物质，改变该物质的浓度，不能根据浓度变化去分析，而应该根据压强的变化去分析。,相关链接 平衡转化率的变化规律 (1)反应物不止一种时，如mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)只增大一种反应物的浓度，该物质本身转化率减小，其他反应物转化率增大。如增大c(A)，则平衡正向移动，(A)减小，(B)增大。 (2)反应物只有一种时，如aA(g)bB(g)cC(g)，增大c(A)则平衡正向进行，其影响结果相当于增大压强，若abc，(A)不变；若
13、abc，(A)增大；若abc，(A)减小。,教师用书独具,4.等效平衡的理解和应用 例6 已知H2(g)I2(g)2HI(g) H0，有相同容积的定容密闭容器甲和乙，甲中加入H2和I2各0.1 mol，乙中加入HI 0.2 mol，相同温度下分别达到平衡。欲使甲中HI的平衡浓度大于乙中HI的平衡浓度，应采取的措施是 A.甲、乙提高相同温度 B.甲中加入0.1 mol He，乙不改变 C.甲降低温度，乙不变 D.甲增加0.1 mol H2，乙增加0.1 mol I2,答案,解析,解析 本题考查化学平衡移动和恒温恒容条件下的等效平衡原理。根据化学平衡只与始、终态有关，与路径无关，甲、乙能达到同一平
14、衡状态，HI浓度相等。升高温度HI浓度都减小，不能使甲中HI的平衡浓度大于乙中HI的平衡浓度，A选项错误； 向甲中充入氦气，因为容积不变，各物质浓度不变，平衡不移动，甲、乙中HI的平衡浓度相等，B选项错误； 对甲降温，平衡向右移动，HI浓度增大，乙中HI浓度不变，C选项正确； 甲增加0.1 mol H2，乙增加0.1 mol I2，甲、乙中HI浓度增大程度相等，使甲、乙中HI的平衡浓度相等，D选项错误。,规律方法,化学平衡与起始反应物投料有关，与路径无关。采用“一边倒法”，将产物全部转化成反应物，在等温等容条件下，只要起始物质浓度相等，都能达到同一平衡状态。,相关链接 运用“化归思想”理解等效
15、平衡原理 (1)等效平衡的概念 在相同条件下(恒温、恒容或恒温、恒压)，同一可逆反应体系，不管是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，只要按化学方程式中各物质的化学计量数之比投入反应物或生成物，在达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量(体积分数、物质的量分数等)均相同，这样的化学平衡互称为等效平衡。,教师用书独具,(2)等效平衡与等同平衡的异同,1.化学反应速率的计算与比较 例7 对于反应A2(g)3B2(g)2AB3(g)来说，下列反应速率中表示该反应进行得最快的是 A.v(A2)0.6 molL1s1 B.v(B2)2.7 molL1min1 C.v(AB3)12 molL1min1
16、 D.v(A2)6 molL1min1,答案,解析,三、化学反应速率、化学平衡的有关计算,答案,解析 A项，可表示为v(A2)36 molL1min1； B项，经转化可表示为v(A2)0.9 molL1min1； C项，经转化可表示为v(A2)6 molL1min1，故A项符合要求。,规律方法,根据各物质表示的反应速率之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比，首先将不同物质表示的反应速率统一转化成同一物质的反应速率，然后看反应速率的单位是否统一，最后再比较数值的大小。,相关链接 化学反应速率大小比较的注意事项 由于同一反应的化学反应速率用不同的物质表示数值可能不同，所以比较反应的快慢不能只
17、看数值的大小，而要进行一定的转化。 (1)单位是否统一，若不统一，换算成相同的单位。 (2)换算成同一物质表示的反应速率，再比较数值的大小。,教师用书独具,2.有关化学平衡常数的计算 例8 将CO2在一定条件下与H2反应转化为甲醇(CH3OH)是变废为宝的好方法，一定条件下，每转化 1 kg CO2放出的热量为1 113.64 kJ，CO2转化为甲醇过程中浓度随时间的变化曲线如图所示(已知反应物和生成物在此条件下均为气体)，下列叙述中正确的是,A.03 min内，CO2和H2所表达的平均反应速率相等，均为0.5 molL1min1 B.此反应的热化学方程式为CO2(g)3H2(g) CH3OH
18、(g)H2O(g) H49.0 kJmol1 C.此条件下反应的平衡常数K D.降低温度，此反应的平衡常数可能为0.8,答案,解析,答案,降低温度，平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，会大于1.07，不可能为0.8，D项错误。,误区警示,(1)不能把反应体系中的固体、纯液体及稀溶液中的水写入平衡常数的表达式中，而在非水溶液的反应体系中有水存在则需把水写入平衡常数的表达式中。(2)平衡常数只受温度的影响，与压强、浓度变化无关，与平衡的移动方向也没有必然联系。,3.有关平衡转化率的计算 例9 已知可逆反应：M(g)N(g)P(g)Q(g) H0，请回答下列问题。 (1)某温度下，反应物的起始浓度分
19、别为c(M)1 molL1，c(N)2.4 molL1；达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为_。,答案,解析,25%,解析 用“平衡三段式法”，借助平衡常数来串联计算：M(g)N(g)P(g)Q(g) 起始(molL1) 1 2.4 0 0 变化(molL1) 0.6 0.6 0.6 0.6 平衡(molL1) 0.4 1.8 0.6 0.6,(2)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c(M)4 molL1，c(N)a molL1； 达到平衡后，c(P)2 molL1，则a_。,答案,解析,6,(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度为c(M)c(N)b molL1，达到平衡后，M
20、的转化率为_。,答案,解析,41.4%,相关链接 化学反应速率、化学平衡计算模式与公式 (1)计算模式 化学平衡计算的最基本的方法模式是“平衡三段式法”。具体步骤是在化学方程式下写出有关物质起始时的物质的量、发生转化的物质的量、平衡时的物质的量(也可以是物质的量浓度或同温同压下气体的体积)，再根据题意列式求解。,教师用书独具,mA(g)nB(g)pC(g)qD(g) n(起始)/mol a b 0 0 n(转化)/mol mx nx px qx n(平衡)/mol amx bnx px qx 起始、转化、平衡是化学平衡计算的“三步曲”。,(2)计算公式 v(A)v(B)v(C)v(D)mnpq
21、(未达到平衡时，用于确定化学方程式中未知的化学计量数)。,若用任意状态的生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值称为浓度商，用Q表示。则其与K比较，当QK，v正v逆。,1.化学平衡图像题的分析 例10 对于反应：2A(g)B(g)2C(g) H0，下列图像正确的是,四、速率、平衡图像题的分析,答案,解析,解析 首先分析该反应的特点是气态物质分子数目减小的放热反应，此反应的平衡体系受压强的影响：增大压强，平衡向正反应方向移动，A的转化率增大，B的含量减小，C的物质的量分数增大； 升高温度，平衡向逆反应方向移动，A的转化率减小，B的物质的量分数增大，C的物质的量分数减小。A项图像表示B的含量随温度
22、升高而增加，符合此反应。另外，从反应开始到建立平衡，温度越高，到达平衡的时间越短，A项正确； 同理推知B、C、D项图像不符合题意。,规律方法,解答图像题三步曲：第一步，分析纵坐标、横坐标表示什么，起点、拐点、平台、斜线的含义；第二步，根据“先拐先平，数值大”判断压强的大小、温度的高低；第三步，联系化学反应速率和化学平衡的影响因素。,2.速率、平衡图像题的综合分析 例11 臭氧是理想的烟气脱硝试剂，其脱硝反应为2NO2(g)O3(g) N2O5(g)O2(g)，若反应在恒容密闭容器中进行，下列由该反应相关图像作出的判断正确的是,答案,解析,解析 从能量变化的图像分析，该反应为放热反应，升高温度，
23、平衡逆向移动，平衡常数减小，A项正确；,催化剂会同等程度地改变正、逆反应速率，所以加入催化剂，平衡不移动，C项错误； 增大c(O2)，平衡逆向移动，NO2的转化率降低，D项错误。,相关链接 1.常见的图像类型 (1)全程速率时间图,教师用书独具,(2)浓度时间图,(3)反应速率时间图,(4)反应速率温度(压强)图,(5)含量时间温度图,(6)含量时间压强图,(7)含量时间催化剂图,(8)恒压(或恒温)线图,(9)特殊图像 对于反应aA(g)bB(g)cC(g)dD(g) H0，M点前，表示化学反应从反应开始到建立平衡的过程，则v正v逆，M点为平衡点，M点后为平衡受温度的影响情况。,如图所示曲线是其他条件不变时，某反应物的平衡转化率与温度的关系曲线。图中标出的1、2、3、4四个点，表示v正v逆的是点3，表示v正v逆的是点1，而点2、4表示v正v逆。,2.速率、平衡图像题的解题思路及方法 (1)解题思路与步骤,(2)解题技巧与方法 先拐先平数值大：即在含量(转化率)时间曲线中，先出现拐点的则先达到平衡，说明该曲线表示的反应速率快，表示温度较高、压强较大或有催化剂等。 定一议二：即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，有时还需要作辅助线(等温线、等压线)。 三步分析法：一看反应速率是增大还是减小；二看v正、v逆的相对大小；三看化学平衡移动的方向。,
