届高三化学复习速率平衡.docx
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届高三化学复习速率平衡
2019届高中三年级化学复习——(化学基本理论)编辑:
孟昭君审核:
叶梁2019、11
第十二讲化学反应速率化学平衡
一、化学反应速率
1.表示方法
当体系为气态或溶液时,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。
2.计算式
v(B)=
=
(一定为正值)
3.单位
mol/(L•min)或或注意:
带括号。
或写成:
mol·L-1·min-1或或。
4.意义
衡量化学反应实行的快慢水准,通常指某段时间内的平均速率。
【特别提醒】
(1)表示化学反应速率时,必须注明详细物质。
(2)用不同物质表示同一个化学反应的速率时,数值可能不同,但意义是一致的。
对于反应
来说,则有VA:
VB:
VC:
VD=
(3)计算速率时易忽略体积,错误的用物质的量变化值除以时间。
(4)化学反应速率大小的比较方法
因为同一化学反应的反应速率用不同物质表示时数值可能不同,所以比较反应的快慢不能只看数值的大小,而要实行一定的转化。
①看单位是否统一,若不统一,换算成相同的单位。
②换算成同一物质表示的速率,再比较数值的大小。
(5)v(B)=
表示的是平均反应速率,与
的υ(正)、υ(逆)不同,
υ(正)、υ(逆)表示的是瞬时反应速率,某一时间内,V(B)=υ(正)-υ(逆)。
可逆反应达到平衡后,υ(正)=υ(逆)≠0,V(B)=0
(6)某些实验反应速率的表示与计算公式不同。
如《选修4》P18—“实验2-1”
二、化学反应速率的测量
化学反应速率是通过测定的。
测量化学反应速率时,可通过观察或测量在一定时间内。
三、影响反应速率大小的因素
(一)内因:
反应物的结构、性质、反应的历程是决定化学反应速率的主要因素。
如金属与盐酸反应的速率:
Na>Mg>Al。
化学反应的实质是旧化学键的断裂,新化学键的生成。
若在同样的条件下,反应物分子中化学键越牢固,化学键的断裂就越难,其反应速率就越小
(二)外因:
1.浓度:
在其它条件不变时,增大浓度,反应速率,浓度减少,则。
2.压强:
对于有参加的反应,如果缩小体积增大压强,反应速率,如果增大体积降低压强,则反应速率。
对于有气体参加的反应,其他条件不变时,增大压强,实质是增大了气体的,反应速率增大。
只有固体或液体参加的反应,能够忽略改变压强对反应速率的影响。
3.温度:
其它条件不变时,升高温度反应速率,降低温度反应速率。
4.催化剂:
使用催化剂能化学反应速率,催化具有性。
5.其他:
光、超声波、放射线、固体颗粒大小、溶剂等对化学反应速率也有影响。
6、外因对化学反应速率影响的微观解释
影响因素
分子总数
活化分子百分数
活化分子数
单位体积活化分子数
增大浓度
增大压强
升高温度
正催化剂
【特别提醒】
1、化学反应速率的大小是由单位体积内活化分子数(相当于活化分子浓度)决定的,而不是由活化分子数的多少决定的。
2、惰性气体对化学反应速率的影响
惰性气体和其他不参加反应的气体,充入反应容器中,分以下两种情况讨论:
(1)恒温、恒容容器,则充入的稀有气体或其他不参加反应的气体,虽改变了容器内气体的压强,但却没有改变反应体系的分压,即并没有改变反应物的浓度,不影响化学反应速率。
(2)恒温、恒压容器,则充入的稀有气体或其他不参加反应的气体,就会使容器的容积扩大,虽未减小容器气体的压强,但却减少了反应体系的分压,即降低了反应物的浓度,故能使反应速率降低。
3.外界条件改变对化学反应速率的影响,要注意以下几点:
(1)当正反应速率增大时,逆反应速率也必然随之增大,不可能一个增大,一个减小,比如增大反应物浓度,正逆反应速率都增大。
(2)固体或纯液体量的变化不会引起其浓度的改变,所以改变固体或纯液体的量不会引起化学反应速率的变化。
(3)对于没有气体参加的反应,压强改变,一般不会引起体积的变化,对浓度也没有影响,所以压强改变不会影响其化学反应速率;压强对有气体参加的化学反应速率的影响,实质上是指压强变化引起容器体积的改变,从而引起气体浓度的改变,影响反应速率,不要误认为只要体系压强增大,反应速率一定增大。
(三)有效碰撞理论:
能发生化学反应的碰撞叫做有效碰撞,能够发生有效碰撞的分子叫做分子。
活化分子的平均能量与反应物的平均能量之差叫做能。
活化分子越多化学反应实行的速率就。
1.有效碰撞理论
①活化分子:
能够发生有效碰撞的分子。
②活化能:
如表1、图1所示。
表1
反应的活化能
使用催化剂时的活化能
反应热
③有效碰撞:
活化分子之间采取合理取向,并能够引发化学反应的碰撞。
2.活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
四、化学反应速率的实验测定
化学反应速率是通过实验测定的。
因为化学更直中发生变化的是体系中的化学物质(包括反应物和生成物),所以与其中任何一种化学物质的浓度(或质量)相关的性质在测量反应速率时都能够加以利用。
特别是在溶液中,当反应物或产物本身有比较明显的颜色时,常利用颜色深浅和显色物质浓度间的正比关系来跟踪反应的过程和测量反应速率。
影响化学反应速率的因素有多种,在探究相关规律时,必须采用控制变量法,控制其他条件不变,只改变某一个条件,探究这个条件对反应速率的影响。
【例题1】
(1)请写出H2C2O4溶液与酸性KMnO4溶液反应的化学方程式:
(2)若要测定此反应的化学反应速率,最方便的测定方法是测定;基于此,在实验时,H2C2O4与KMnO4初始的物质的量需要满足的关系为
n(H2C2O4):
n(KMnO4)≥。
(3)为研究温度、浓度对此反应速率的影响,
请完成以下表格:
编号
0.10mol•L-1H2C2O4溶液的体积/mL
0.01mol•L-1酸性KMnO4溶液的体积/mL
蒸馏水的体积/mL
温度/℃
①
2
4
2
25
②
3
③
50
(4)已知50℃时c(MnO
)~反应时间t的变化曲线如图。
若保持其他条件不变,请在坐标图中,画出25℃时c(MnO
)~t的变化曲线示意图。
【例题2】把除去氧化膜的镁条投入到盛有盐酸的敞口容
器里,产生H2的速率可由右图表示。
其中在时间t以前反应速率变化的主要原因是:
;
在时间t以后反应速率变化的主要原因是:
。
【练习】
1.在2A+B
3C+4D反应中,表示该反应速率最快的是
A.v(A)=0.5mol·L-1·s-1B.v(B)=0.3mol·L-1·s-1
C.v(C)=0.8mol·L-1·s-1D.v(D)=1mol·L-1·s-1
2.在密闭容器中实行可逆反应,A与B反应生成C,其反应速率分别用υ(A)、υ(B)、υ(C)(mol·L-1·s-1)表示,且υ(A)、υ(B)、υ(C)之间有如下所示的关系:
υ(B)=3υ(A);3υ(C)=2υ(B)。
则此反应可表示为
A.2A+3B=2CB.A+3B=2CC.3A+B=2CD.A+3B=C
3.用纯净的CaCO3与100mL稀盐酸反应制取CO2,实验过程记录如图所示(CO2的体积已折算为标准状况下的体积)。
下列分析准确的是
A.OE段表示的平均速率最快
B.EF段,用盐酸表示该反应的平均反应速率为0.4mol/(L·min)
C.OE、EF、FG三段中,该反应用二氧化碳
表示的平均反应速率之比为2:
6:
7
D.G点表示收集的CO2的量最多
4.在一定温度下,容器内某一反应中M、N的物质的量随
反应时间变化的曲线如下图,下列表述中准确的是
A.反应的化学方程式为:
2M
N
B.t2时,正逆反应速率相等,达到平衡
C.t3时,正反应速率大于逆反应速率
D.t1时,N的浓度是M浓度的2倍
5.(2019年福建卷改)化合物Bilirubin在一定波长的光照射下发生分解反应,反应物浓度随反应时间的变化如图所示,反应4~8min时间内的平均反应速率是
A.2.0μmol•L-l•min-1B.2.5μmol•L-1•min-1
C.3.0μmol•L-l•min-1D.5.0μmol•L-l•min-1
6.(2019年全国卷)已知分解1molH2O2放出热量98kJ。
在含少量I-的溶液中,H2O2分解的机理为:
H2O2+I-=H2O+IO-慢H2O2+IO-=H2O+O2+I-快
下列相关该反应的说法准确的是
A.反应速率与I-浓度相关B.IO-也是该反应的催化剂
C.反应活化能等于98kJ•mol-lD.v(H2O2)=v(H2O)=v(O2)
7.(2019年福建卷)NaHSO3溶液在不同温度下均可被过量KIO3氧化,当NaHSO3完全消耗即有I2析出,依据I2析出所需时间能够求得NaHSO3的反应速率。
将浓度均为0.020mol•L-1的NaHSO3溶液(含少量淀粉)10.0mL、KIO3(过量)酸性溶液40.0mL混合,记录10~55℃间溶液变蓝时间,55℃时未观察到溶液变蓝,实验结果如图。
据图分析,下列判断不准确的是
A.40℃之前与40℃之后溶液变蓝的时间随温度的变化趋势相反
B.图中b、c两点对应的NaHSO3反应速率相等
C.图中a点对应的NaHSO3反应速率为
5.0×10-5mol•L-l•s-l
D.温度高于40℃时,淀粉不宜用作该实验的指示剂
8.(2019年北京卷)在一定温度下,10mL0.40mol/LH2O2发生催化分解。
不同时刻测定生成O2的体积(已折算为标准状况)如下表。
t/min
0
2
4
6
8
10
V(O2)/mL
0.0
9.9
17.2
22.4
26.5
29.9
下列叙述中不准确的是(溶液体积变化忽略不计)
A.0~6min的平衡反应速率:
V(H2O2)≈3.3×10-2mol/(L•min)
B.6~10min的平均反应速率:
V(H2O2)<3.3×l0-2mol/(L•min)
C.反应到6min时,c(H2O2)=0.30mol/L
D.反应到6min时,H2O2分解了50%
9.由下列生产或实验事实得出的相对应结论不准确的是
事实
结论
A
其他条件相同,Na2S2O3溶液和H2SO4溶液反应,升高溶液的温度,析出硫沉淀所需时间缩短
当其他条件不变时,升高反应温度,化学反应速率加快
B
工业制硫酸中,在SO3的吸收阶段,吸收塔里要装填瓷环
增大气液接触面积,使SO3的吸收速率增大
C
在容积可变的密闭容器中发生反应:
2NH3(g)
N2H4
(1)+H2(g),把容积的体积缩小一半
正反应速率加快,逆反应速率减慢
D
向A、B两支试管中分别加入等体积5%的H2O2溶液,在B试管中加入2~3滴FeC13溶液,B试管中产生气泡快
当其他条件不交时,催化剂能够改变化学反应速率
10.(2019年广东卷)碘在科研与生活中有着重要作用。
某兴趣小组用0.50mol•L-1KI溶液、0.2%淀粉溶液、0.20mol•L-1K2S2O8溶液、0.10mol•L-1Na2S2O3溶液等试剂,探究反应条件对化学反应速率的影响。
已知:
S2O82-+2I-=2SO42-+I2(慢)I2+2S2O32-=2I-+S4O62-(快)
(1)向KI、Na2S2O3与淀粉的混合溶液中加入一定量的K2S2O8溶液,当溶液中的一耗尽后,溶液颜色由无色变为蓝色,为确保能观察到蓝色,S2O32-与S2O82-初始的物质的量需满足的关系为:
n(S2O32-):
n(S2O82-)。
(2)为探究反应物浓度对化学反应速率的影响,设计的实验方案如表所示。
实验序号
体积V/mL
K2S2O8溶液
水
KI溶液
Na2S2O3溶液
淀粉溶液
①
10.0
0.0
4.0
4.0
2.0
②
9.0
1.0
4.0
4.0
2.0
③
8.0
Vx
4.0
4.0
2.0
表中VxmL,理由是。
(3)已知某条件下,浓度c(S2O82-)与反应时间t的变化曲线如图所示,若保持其他条件不变,请在图中分别画出降低反应温度和加入催化剂时c(S2O82-)与反应时间t的变化曲线示意图(实行相对应的标注)。
11.(2019年安徽卷)某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。
光照下,草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2O72-转化为Cr3+。
某课题组研究发现,少量铁明矾[Al2Fe(SO4)4•24H2O]即可对该反应起催化作用。
为进一步研究相关因素对该反应速率的影响,探究如下:
(1)在25℃下,控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同,调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量,做对比实验,完成以下实验设计表(表中不要留空格)。
实验序号
初始pH
废水样品体积/mL
草酸溶液体积/mL
蒸馏水体积/mL
①
4
60
10
30
②
5
60
10
30
③
5
60
测得实验①和②溶液中的Cr2O72-浓度随时间变化关系如图所示。
(2)上述反应后草酸被氧化为(填化学式)。
(3)实验①和②的结果表明;实验①中0~t1时间段反应速率v(Cr3+)=mol•L-l•min-1(用代数式表示)。
(4)该课题组对铁明矾[A12Fe(SO4)4•24H2O]中起催化作用的成分提出如下假设,请你完成假设二和假设三:
假设一:
Fe2+起催化作用;
假设二:
;
假设三:
;
(5)请你设计实验验证上述假设一,完成下表中内容。
[除了上述实验提供的试剂外,可供选择的药品有K2SO4、FeSO4、K2SO4•Al2(SO4)•24H2O、A12(SO4)。
等。
溶液中Cr2O72-的浓度可用仪器测定]
实验方案(不要求写详细操作过程)
预期实验结果和结论
第二部分:
化学平衡状态
【知识要点】
一、可逆反应
在同一条件下,既能实行,又能向实行的反应的反应称为可逆反应。
强调:
可逆反应“不为零”原则
该法适用于确定改变条件,平衡移动后,某些物质的浓度范围。
比如在一定温度下,将1molCO和1mol水蒸气通入密闭容器中反应:
CO+H2O
CO2+H2,达平衡后测得CO2为0.6mol,再通入4mol水蒸气,达新平衡后CO2的物质的量可能为多少?
加入水蒸气平衡右移,故新平衡时CO2的物质的量大于0.6mol,增大了水蒸气的量,提升CO的转化率,即使CO完全转化,最多生成CO21mol,根据可逆反应平衡时各物质的量“不为零”原则,所以0.6mol 二、化学平衡状态及其特点 1.在一定条件下,可逆反应中的相等,反应混合物中各组分的保持不变的状态叫化学平衡状态。 2.化学平衡状态有以下几个特点: ①逆: 。 ②动: 。 ③等: 。 ④定: 。 ⑤变: 。 【考点1】可逆反应达到平衡状态的标志的判断方法 (1)直接标志: ①正反应速率等于逆反应速率 ②各组分的百分含量不随时间的改变而改变 (2)间接标志 ①各组分的物质的量、浓度、体积分数不随时间的改变而改变 ②对于有颜色气体参加的反应,混合气体颜色不随时间改变而改变 ③对于反应前后总体积不等的反应,当恒温、恒容时,压强不变、混合气体的平均式量不变 ④对于反应前后总体积不等的反应,当恒温、恒压时,体积不变、混合气体的密度不变. ⑤对于吸热或放热反应,绝热体系的温度不随时间的改变而改变 υ正=υ逆≠0,其含义是反应体系中同一物质的消耗速率和生成速率相等。 而各组分含量“不变”是指各组分的物质的量、浓度、体积分数等均保持不变,千万不能理解为相等。 另外在使用压强、密度、平均式量作为判断是否到达化学平衡状态的标志时,一定要注意该反应中各物质的状态,如果均为气体,要注意反应前后气体总体积是否变化,若△V=0,无论到达平衡与否,容器内的压强、混合气体的密度、平均式量均不改变。 【特别提醒】实质: 由“变”→“不变” 判断可逆反应是否达到平衡状态的依据和方法 反应中的因素特征 mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 是否达到平衡状态 混合体系中各成分的含量 (1)各物质的物质的量或物质的量分数保持不变时 (2)各物质的质量或质量分数保持不变时 (3)各气体的体积或体积分数保持不变时 (4)总体积、总物质的量、总质量保持不变时 (讨论: 当A是固态时情况又如何? ) 正、逆反应速率的关系 (1)单位时间内消耗了mmolA,同时生成了mmolA (2)单位时间内消耗了nmolB,同时生成了pmolC (3)单位时间内生成了nmolB,同时生成了qmolD (规律: ) (4)υ(A): υ(B): υ(C): υ(D)==m: n: p: q时 (5)υ(A正)/υ(C逆)=m/p时 (6)υ(B正)/υ(D正)=n/q时 压强 (1)m+n=p+q,总压强不变时 (2)m+n≠p+q,总压强不变时 混合气体的平均相对分子质量(Mr) (1)m+n=p+q,Mr保持不变时 (讨论: n=p+q,当A是固态时情况又如何? ) (2)m+n≠p+q,Mr保持不变时 (讨论: n≠p+q,当A是固态时情况又如何? ) 温度 当体系温度保持不变时(或△H保持不变时) 密度 当混合气体的密度保持不变时 颜色 当体系中物质的颜色保持不变时 转化率、产率 当反应物的转化率或生成物的产率保持不变时 【例题1】在一定温度下的定容容器中,当下列物理量不再发生变化时: ①混合气体的压强,②混合气体的密度,③混合气体的总物质的量,④混合气体的平均相对分子质量,⑤混合气体的颜色,⑥各反应物或生成物的浓度之比等于系数之比,⑦某种气体的百分含量 (1)能说明2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)达到平衡状态的是________。 (2)能说明I2(g)+H2(g) 2HI(g)达到平衡状态的是________。 (3)能说明2NO2(g) N2O4(g)达到平衡状态的是________。 (4)能说明C(s)+CO2(g) 2CO(g)达到平衡状态的是________。 (5)能说明A(s)+2B(g) C(g)+D(g)达到平衡状态的是________。 (6)能说明NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)达到平衡状态的是________。 (7)能说明5CO(g)+I2O5(s) 5CO2(g)+I2(s)达到平衡状态的是________。 若上述题目改成一定温度下的恒压密闭容器,结果又如何? (1)能说明2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)达到平衡状态的是________。 (2)能说明I2(g)+H2(g) 2HI(g)达到平衡状态的是________。 (3)能说明2NO2(g) N2O4(g)达到平衡状态的是________。 (4)能说明C(s)+CO2(g) 2CO(g)达到平衡状态的是________。 (5)能说明A(s)+2B(g) C(g)+D(g)达到平衡状态的是________。 (6)能说明NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)达到平衡状态的是________。 (7)能说明5CO(g)+I2O5(s) 5CO2(g)+I2(s)达到平衡状态的是________。 【知识要点】 三、化学平衡的移动 1.化学平衡移动的本质: 当反应条件改变后使v正v逆,引起各组分百分含量与原平衡比较均发生。 当v(正)v(逆)时,平衡向右(正向)移,当v(正)v(逆)时,平衡向左(逆向)移 2.对于某一可逆反应mA(气)+nB(气) pC(气)+qD(气)达平衡时,条件变化与速率、平衡移动的关系可归纳如下: 条件变化 反应特征 化学反应速率 υ(正)与 υ(逆)的关系 平衡移动的方向 备注 υ(正) υ(逆) 增大A 浓度 可逆反应 ①固态物质的增加或减小,对平衡移动无影响 ②生产中一般采用增大廉价原料浓度提升高价原料利用率 增大C 浓度 减小A 浓度 可逆反应 减小C 浓度 增大压强 m+n=p+q ①恒温下,增容等于减压,否 则反之 ②恒温恒容下,加入惰性气体,平衡不移动 ③恒温恒压下,加入惰性气体,平衡向气体总体积增大的方向移动 m+n>p+q m+n 减小压强 m+n=p+q m+n>p+q m+n 升高温度 △H<0 ①温度的变化对反应速率影响较大 ②改变温度,反应物的转化率一定升高(或降低),生成物的含量一定增大(或降低) △H>0 降低温度 △H<0 △H>0 正催化剂 任何反应 使用催化剂不能使化学平衡发生移动,但可改变到达平衡的时间 负催化剂 3.利用图象理解化学平衡与化学反应速率之间的内在联系 (1)改变反应物浓度 增大反应物浓度 减小生成物浓度 (2-1)改变气体反应体系的压强(N2+3H2 2NH3) 增大压强 减小压强 (2-2)改变气体反应体系的压强(H2+I2(g) 2HI) (3)改变温度(对于正反应放热的反应) 升高温度 降低温度 (4)加入催化剂 4、稀有气体对反应速率、化学平衡移动的影响 (1)恒温、恒容时,充入稀有气体或其他不反应的气体,虽改变了容器内的气体压强,但却没有改变反应气体产生的分压,即没有改变反应物的浓度,不影响正逆反应速率,化学平衡不移动。 (2)恒温、恒压时,充入稀有气体或其他不反应的气体,使容器体积扩大,虽未减小容器内气体压强,但却降低了反应物,生成物浓度,故降低正逆反应速率,化学平衡发生移动。 若正反应是气体总体积减小的反应,充入惰性气体或其他不反应的气体,平衡向逆反应方向移动,反之,平衡向正反应方向移动。 5、“虚拟容器”法 该法适用于在定温、定容条件下,各种反应物、或生成物、或反应物和生成物同时增大(减小)相同倍数,可虚拟一个容器,容器的体积扩大(缩小)相对应的倍数,此时两容器中创建的平衡完全等效,然后将虚拟的容器压缩(扩大)至原容器大小,相当于增大(减小)压强,再根据压强对平衡移动的影响来确定转化率等的变化情况。 【例题2】现有可逆反应2NO2=N2O4,△H<0,试根据下列图象判断t2、t3、t4时刻采取的措施。 t2、 t3、 t4、 5.化学平衡常数 (1)定义: 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,简称平衡常数,用符号K表示。 (2)表达式:
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