1、高中化学人教版步步高选修4化学反应原理第二章 高中化学人教版步步高选修4化学反应原理章末总结章末总结学习目标定位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。一外界条件对化学反应速率的影响规律影响化学反应速率的因素包括内因和外因。内因是指反应物本身的性质；外因包括浓度、温度、压强、催化剂、反应物颗粒大小等。这些外界条件对化学反应速率影响的规律和原理如下:1浓度(1)浓度增大,单位体积内活化分子数增多(活化分子百分数不变),有效碰撞的几率增加,化学反应速率增大。(2)浓度改变,可使气体间或溶液中的
2、化学反应速率发生改变。固体或纯液体的浓度可视为常数,它们的物质的量的变化不会引起反应速率的变化,但固体颗粒的大小会导致接触面积的变化,故影响化学反应速率。2压强改变压强,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:(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”体积增大各物质浓度减小反应速率减小。3温度(1)温度升高,活化分子百分数提高,分子间的碰撞频率提高,化学反应速率增大。(2)温度升
3、高,吸热反应和放热反应的速率都增大。实验测得,温度每升高10 ,化学反应速率通常增大为原来的24倍。4催化剂(1)催化剂对反应过程的影响通常可用下图表示(加入催化剂,B点降低)。催化剂能改变反应路径、降低活化能、增大活化分子百分数、加快反应速率,但不影响反应的H。(2)催化剂只有在适宜的温度下活性最大,反应速率才达到最大。(3)对于可逆反应,催化剂能够同等程度地改变正、逆反应速率,对化学平衡状态无影响,生产过程中使用催化剂主要是为了提高生产效率。特别提示在分析多个因素(如浓度、温度、反应物颗粒大小、催化剂、压强等)对反应速率的影响规律时,逐一改变一个因素而保证其他因素相同,通过实验分析得出该因
4、素影响反应速率的结论,这种方法叫变量控制法。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:实验编号T(K)大理石规格HNO3浓度(molL1)实验目的298粗颗粒2.00()实验和探究HNO3浓度对该反应速率的影响()实验和_探究温度对该反应速率的影响()实验和_探究大理石规格(粗、细)对该反应速率的影响粗颗粒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
5、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。答案298粗颗粒1.003082.00298细颗粒2.00()()二化学平衡状态的特征及其判断方法1化学平衡状态具有的“五大特征”(1)逆:指化学平衡状态只适用于可逆反应,同一可逆反应,在同一条件下,无论反应从正反应方向开始还是从逆反应方向开始,或同时从正、逆反应方向开始,以一定的配比投入反应物或生成物,则可以达到相同的平衡状态。(2)动:指动态平衡,即化学反应处于平衡状态时,正、逆反应并未停止,仍在进行,只是正、逆反应速率相等。(3)等:指“v正v逆0”。即某一物
6、质在单位时间内消耗的物质的量浓度和生成的物质的量浓度相等,也可以用不同物质的化学反应速率表示该反应的正、逆反应速率相等。(4)定:指参加反应的各组分的含量保持不变,即各组分的浓度、质量分数、体积分数(有气体参加的可逆反应)、反应物的转化率等均保持不变。(5)变:指平衡移动。可逆反应的平衡状态是相对的、暂时的,当外界某一条件改变时,原平衡被破坏,化学平衡向着减弱这种改变的方向移动,在新的条件下达到新的平衡状态。理解感悟“一定条件”“可逆反应”是前提,“相等”是实质,“保持不变”是标志。例2一定温度下,向某容积恒定的密闭容器中充入1 mol N2、3 mol H2,经充分反应后达到如下平衡:N2(
7、g)3H2(g)2NH3(g),下列有关说法中正确的是()A达平衡后再加入一定量的N2,体系内各物质含量不变BN2、H2、NH3的浓度一定相等C反应没有达到平衡时,NH3会不断地分解,达到平衡时则不会再分解D平衡时,N2、H2物质的量之比为13解析化学平衡是一种相对平衡,条件改变后原来的平衡状态就会被破坏,A错；化学平衡又是一种动态平衡,平衡时正、逆反应仍在进行,C错；平衡时体系内各物质浓度或百分含量保持不变(不是相等),B错；D中因反应中消耗N2、H2的物质的量之比为13,而N2、H2的起始量之比是13,故平衡时仍是13。答案D2化学平衡状态判断的“四大依据”(1)对于普通可逆反应,以2SO
8、2(g)O2(g)2SO3(g)为例:若各组分的物质的量、浓度不发生变化,则反应已达到平衡状态。若用反应速率关系表示化学平衡状态,式中既要有正反应速率,又要有逆反应速率,且两者之比等于化学计量数之比,就达到化学平衡状态。(2)对于有有色气体存在的反应体系,如2NO2(g) N2O4(g)等,若体系的颜色不再发生改变,则反应已达平衡状态。(3)对于有气体存在且反应前后气体的物质的量发生改变的反应,如N2(g)3H2(g)2NH3(g),若反应体系的压强不再发生变化、平均相对分子质量不再变化,则说明反应已达平衡状态。对有气体存在且反应前后气体物质的量不发生改变的反应,反应过程中的任何时刻体系的压强
9、、气体的总物质的量、平均相对分子质量都不变,故压强、气体的总物质的量、平均相对分子质量不变均不能说明反应已达平衡状态。(4)从微观的角度分析,如反应N2(g)3H2(g)2NH3(g),下列各项均可说明该反应达到了平衡状态。断裂1 mol NN键的同时生成1 mol NN键。断裂1 mol NN键的同时生成3 mol HH键。断裂1 mol NN键的同时断裂6 mol NH键。生成1 mol NN键的同时生成6 mol NH键。特别提示(1)从反应速率的角度来判断反应是否达到平衡时,速率必须是一正一逆(不能同是v正或v逆),且反应速率之比等于化学计量数之比。(2)在可逆反应过程中,能发生变化的
10、物理量(如各组分的浓度、反应物的转化率、混合气体密度、颜色、平均摩尔质量等),若保持不变,说明可逆反应达到了平衡状态。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的分子数之比为11ABCD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
11、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。答案B三化学平衡移动及其移动方向的判断1化学平衡移动的分析判断方法应用上述规律分析问题时应注意:(1)不要把v正增大与平衡向正反应方向移动等同,只有v正v逆时,才使平衡向正反应方向移动。(2)不要把平衡向正反应方向移动与原料转化率的提高等同。当反应物总量不变时,平衡向正反应方向移动,反应物转化率才提高；当增大一种反应物的浓度
12、,使平衡向正反应方向移动,会使另一种反应物的转化率提高。2化学平衡移动原理(移动方向的判断方法)外界条件对化学平衡的影响可根据勒夏特列原理:如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度等),平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。(1)对原理中“减弱这种改变”的正确理解应当是升高温度时,平衡向吸热反应方向移动；增加反应物,平衡向反应物减少的方向移动；增大压强,平衡向压强减小的方向移动。(2)移动的结果只是减弱了外界条件的变化,而不能完全抵消外界条件的变化,达到新平衡时此物理量更靠近改变的方向。如增大反应物A的浓度,平衡正移,但达到新平衡时,A的浓度仍比原平衡时大；同理,若改变温度、压强等,其变
13、化也相似。3实例分析反应实例条件变化与平衡移动方向达到新平衡时转化率变化情况2SO2(g)O2(g) 2SO3(g)HK,v正v逆；Qv逆。(3)c(A)平。(4)(A)100%100%。(5)(A)100%。(6)平衡时与起始时的压强比(同T、V时),混合气体的密度比(同T、p时),(同质量的气体时)等。(7)混合气体的密度(混)(gL1)(T、V不变时,不变)。(8)混合气体的平均摩尔质量(gmol1)。例5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别为c(M)1 molL1,c(N)2.4 molL1；达到平衡后,M的转化率为
14、60%,此时N的转化率为_。(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_。(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的转化率为_。解析用“平衡三段式法”,借助平衡常数来串联计算:(1)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(N)100%25%,K0.5。(2)由K0.5,解得a6。(3)由K0.5,解得x41.4%。答案(1)25
15、%(2)6(3)41.4%例6在2 L的密闭容器中,放入0.4 mol A和0.6 mol B,在一定温度下,压强为p,加入催化剂(体积忽略),发生反应:2A(g)3B(g)xC(g)2D(g),保持温度不变,在a min后反应达到平衡状态,容器中c(D)0.1 molL1,容器内压强变为0.9p,则:(1)物质B的转化率是_。(2)化学反应速率v(C)是_。(3)x为_。解析2A(g)3B(g) xC(g)2D(g)起始(mol): 0.4 0.6 0 0转化(mol): 0.2 0.3 0.1x 0.2平衡(mol): 0.2 0.3 0.1x 0.2(B)100%50%。同温同体积下气体
16、的压强之比等于气体的物质的量之比,即(0.40.6)(0.20.30.1x0.2)10.9,解得x2,v(C)0.2 mol/(2 La min)0.1/a molL1min1。答案(1)50%(2)0.1/a molL1min1(3)2五化学反应速率和化学平衡图像题型与分析方法1主要题型(1)分析条件对化学反应速率及平衡的影响；(2)由反应判断图像的正误；(3)由图像判断反应特征(确定反应中各物质的化学计量数、判断热效应或气体物质化学计量数间的关系)；(4)由反应和图像判断图像或曲线的物理意义；(5)由图像判断指定意义的化学反应；(6)由反应和图像判断符合图像变化的外界条件等。化学反应速率和
17、化学平衡图像,若按其图像特点、纵坐标与横坐标表示的意义可分为全程速率时间图浓度时间图含量时间温度图含量时间压强图含量时间催化剂图恒压(或恒温)线图2分析方法分析解答化学反应速率和化学平衡图像题目的方法技巧可概括为9字步骤:看图像,想规律,作判断；8字技巧:定一议二,先拐先平。(1)看图像一看“面”(即看清横坐标和纵坐标)；二看“线”(即看线的走向、变化的趋势)；三看“点”(即起点、终点、转折点、拐点、交叉点)；四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线等)；五看定量图像中有关量的多少。(2)想规律即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)作判断依题意仔细分析,作出正确判断。特别值
18、得注意的是:图像中有三个量时,应确定一个量不变,再讨论另两个量的关系,即“定一议二”。曲线中先出现拐点的,该曲线在所示条件下先出现平衡,该曲线所示的温度较高或压强较大或使用了催化剂,即“先拐先平”。如果曲线反映为达到平衡的时间不同但平衡状态相同,则可能是加入催化剂或对气体体积不变的反应改变压强使其速率发生变化但平衡不移动,或是几种等效平衡的曲线。化学反应速率在平衡图像中往往隐含出现,曲线斜率大的表示速率快,相应的条件可能是温度较高或压强较大或使用了催化剂。例7已知某可逆反应mA(g)nB(g) qC(g)H在密闭容器中进行。如图表示在不同时刻t、温度T和压强p下B物质在混合气体中的体积分数(B
19、)的变化情况。下列推断中正确的是()Ap1p2,T1q,H0Bp1T2,mnq,H0Cp1p2,T1T2,mnq,H0Dp1T2,mn0解析比较温度或压强的大小,就是要比较达到平衡所用的时间,时间越短,则温度或压强越高。比较T2、p1和T1、p1可知T1T2,由T1T2,T降低,(B)增大,平衡左移,则正反应为吸热反应,H0；比较T1、p1和T1、p2可知p2p1,由p1p2,p升高,(B)增大,平衡左移,则mnq。答案D六运用“化归思想”理解等效平衡原理1用“化归思想”理解不同条件下等效平衡原理(1)恒温恒容条件恒温恒容时,对一般可逆反应,不同的投料方式如果根据化学方程式中化学计量数之比换算
20、到同一边时,反应物(或生成物)中同一组分的物质的量完全相同,即互为等效平衡。恒温恒容时,对于反应前后气体分子数不变的可逆反应,不同的投料方式如果根据化学方程式中化学计量数的比例换算到同一边时,只要反应物(或生成物)中各组分的物质的量的比例相同,即互为等效平衡。(2)恒温恒压条件在恒温恒压时,可逆反应以不同的投料方式进行反应,如果根据化学方程式中化学计量数比换算到同一边时,只要反应物(或生成物)中各组分的物质的量的比例相同,即互为等效平衡。此时计算的关键是换算到一边后只需比例相同即可。条件等效条件结果恒温恒容:反应前后气体分子数不等的可逆反应投料换算成相同物质表示的物质的量相同两次平衡时各组分百
21、分含量、n、c均相同恒温恒容:反应前后等气体分子数的可逆反应投料换算成相同物质表示的物质的量等比例两次平衡时各组分百分含量相同,n、c同比例变化恒温恒压:所有可逆反应投料换算成相同物质表示的物质的量等比例两次平衡时各组分百分含量相同,n、c同比例变化2.利用“一边倒法”判断等效平衡判断等效平衡四步曲:第一步,看。观察可逆反应特点(物质状态、气体分子数),判断反应前后等气体分子数的可逆反应和反应前后不等气体分子数的可逆反应。第二步,挖。挖掘题目条件,区分恒温恒容和恒温恒压,注意密闭容器不等于恒容容器。第三步,倒。采用一边倒法,将起始物质转化成一边的物质。第四步,联。联系等效平衡判断依据,结合题目
22、条件判断是否达到等效平衡。理解感悟抓住题目所给条件,从化学平衡与路径无关出发,结合平衡移动原理,将各种情况转化成“同组成浓度是否相等”(化归思想),从而判断是否达到等效平衡状态。例8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
23、理。根据化学平衡只与始、终态有关,与路径无关。甲、乙能达到同一平衡状态,HI浓度相等。升高温度HI浓度都减小,不能判断甲中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。答案C理解感悟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。
