反应速率与平衡

【知识梳理】一、化学反应速率。1.概念：化学反应速率是用来衡量化学反应的物理量,通常用来表示。表达式：。其常用的单位是或。▲注意：①表示化学反应速率时，必须指明以何种物质的浓度变化表示。②化学反应速率实际是一段时间内的平均速率，而不是瞬时速率。③不能用固体和纯液体来表示反应速率。④化学反应速率都是正值。⑤对于同一化学反应，用不同的物质表示其化学反应速率数值可能不相同，但其化学反应速率之比等于其计量数之比。如：aA+bB=cC+dD则：v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=a∶b∶c∶d或v(A)/a=v(B)/b=v(C)/c=v(D)/d3.不同物质表示的化学反应速率的比较同一化学反应速率用参与反应的不同物质的浓度变化表示时，其数值可能不同，但意义相同，在比较不同情况下的反应速率大小时不能只看数值大小，要把二者换算成用同一物质表示，再进行比较。比较化学反应速率时要注意：①仅限于同一反应的各种速率（不同条件或不同时段）之间进行比较。②比较时要注意换算成同一物质表示③比较时反应速率的单位要统一。【例1】将4molA气体和2molB气体在2L容器中混合并在一定条件下发生如下反应：2A(g)+B(g)=2C(g)若经2s后测得C的浓度为0.6mol•Ｌ－1，现有下列几种说法，其中正确的是①用物质A表示的反应的平均速率为0.3mol•Ｌ－1•ｓ－1②用物质B表示的反应的平均速率为0.6mol•Ｌ－1•ｓ－1③2s时物质A的转化率为70%④2s时物质B的浓度为0.7mol•Ｌ－1A.①③B.①④C.②③D.③④二、影响化学反应速率的因素内因影响反应速率的外因主要有（一）浓度对化学反应速率的影响1.在其他条件不变的条件下，增大反应物的浓度，单位体积内的数目增多，次数增多，化学反应速率。反之，减小反应物的浓度，化学反应速率。2.对纯固体或液体，其浓度视为常数。例1.下列四种X溶液,分别放入盛有10mL2mol/LHCl烧杯中,加水稀释至50mL,X和HCl和缓进行反应,其中反应速率最大的是A.20mL3mol/LX溶液B.20mL2mol/LX溶液C.10mL4mol/LX溶液D.10mL2mol/LX溶液（二）温度对化学反应速率的影响1.在其他条件不变的情况下，温度升高,反应物分子的增加，使一部分原来能量较低的分子变成，从而增加了反应物分子中的百分数，使的次数增多，因而是化学反应速率。反之，则化学反应速率。2.不管是放热反应还是吸热反应，只要其他条件不变，升高温度，则速率增大，降低温度，速率减小。（三）压强对化学反应速率的影响1.对气体参与的反应，在一定的温度下，一定质量的气体所占的体积与压强成反比。也就是说，在相同的温度下，压强越大，一定质量的体积就越小，单位体积内气体的分子数越多，对于气体反应来说，增大压强相当于增大反应物的，反应速率加快;减小压强相当于减小反应物反应速率。2.参加反应的物质是固体,液体或溶液时,压强对反应速率___影响?(填有,无)[思考1]2L密闭容器中,投入5molN2,8molH2,在催化剂存在的条件下发生反应,2min时,测得容器内生成NH34mol,若将容器的体积减小为原来的一半,其他条件不变,同样生成4molNH3所花费的时间___2min(,=,,),为什么?[探讨]N2+3H2==2NH3反应在密闭容器中进行1.容器若为恒定容器,在容器内充入惰性气体,则化学反应速率_____(加快,不变,减慢)，原因是___2.容器若为恒压容器,在容器内充入惰性气体,则反应速率(加快,不变,减慢)_____,原因是________。（四）催化剂1.在其他条件不变的情况下，使用催化剂，能够反应所需的能量，这样就会使更多的反应物分子成为，大大单位体积内反应物分子中所占的百分数，从而化学反应速率。2.能加快反应速率的催化剂叫做正催化剂；能够减慢化学反应速率的催化剂叫负催化剂。一般情况下所说的催化剂指正催化剂。例2.一定条件反应N2+3H2=2NH3达平衡,当单独改变下述条件后有关叙述错误的是（）A.加催化剂,V(正)和V(逆)都发生变化,且变化的倍数相等B.加压,V(正)和V(逆)都增,且V(正)增加倍数大V(逆)增加倍数C.降温,V(正)和V(逆)都减少,且V(正)减少倍数大V(逆)减少倍数D.增加[N2],V(正)和V(逆)都增大,且V(正)增加倍数大V(逆)增加倍数例3.下图为将Zn投入一定浓度一定体积的H2SO4中,解释图象的成因.(纵坐标为H2的生成速率)v（H2）t1时间三、达到平衡的标志：以mA(g)+nB(g)pC(g)为例直接标志：①速率关系：正反应速率与逆反应速率相等：A消耗速率与A的生成速率相等，A的消耗速率与C的消耗速率之比等于m：p，B生成速率与C的生成速率之比等于n：p。②各物质的百分含量保持不变。间接标志：①混合气体的总压强、总体积、总物质的量不随时间的改变而改变。（注：m+n≠p）②各物质的浓度不随时间的改变而改变。③各物质的物质的量不随时间的改变而改变。④各气体的体积、各气体的分压不随时间的改变而改变。对于密闭容器中的可逆反应：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，根据对化学平衡概念的理解，判断下列各情况下，是否达到平衡。可能的情况举例是否能判断已达平衡1、混合物体系中各成分的含量①各物质的物质的量或各物质的量的分数一定②各物质的质量或各物质的质量分数一定③各气体的体积或体积分数一定④总体积、总压强、总物质的量一定2、正、逆反应速率的关系①单位时间内消耗了mmolA，同时生成mmolA②单位时间内消耗了nmolB，同时消耗了pmolC③v(A)：v(B)：v(C)：v(D)=m：n：p：q④单位时间内生成nmolB，同时消耗qmolD3、压强①其他条件不变，m+n≠p+q时，总压强一定②其他条件不变，m+n=p+q时，总压强一定4、平均相对分子质量M①当m+n≠p+q时，M一定②当m+n=p+q时，M一定5、温度其他条件一定时，体系温度一定6、体系密度其他条件一定时，密度一定7、其他组成成分有颜色时，体系颜色不再变化四、影响平衡的因素1、浓度对化学平衡的影响结论是在其他条件不变的情况下，增大反应物浓度，或减小生成物浓度,化学平衡向移动。减小反应物浓度，或增大生成物浓度,化学平衡向移动。注意：固体物质和纯液体无所谓浓度，其量改变，不影响平衡。[例1]已知氯水中存在如下平衡：Cl2+H2OHCl+HClO。常温下，在一个体积为50ml的针筒内吸入40mL氯气后，再吸入10mL的水。写出针筒中可能观察到的现象。若将此针筒长时间放置，又可以看到何种变化？试用平衡的观点加以解释。2、压强对化学平衡移动的影响对于有气体参加的可逆反应来说，气体的压强改变，也能引起化学平衡的移动。对于3H2（g）+N2(g)2NH3(g)在反应中1体积的N2与3体积的H2反应生成2体积的NH3，即反应前后气态物质的总体积发生了变化，反应后气体总体积了。下表列入的是450℃时，N2与H2反应生成NH3的实验数据。压强/MPa15103060100NH3/%2.09.216.435.553.669.4由上表实验数据可以算出：对反应前后气体总体积发生变化的化学反应，在其他条件不变的情况下，增大压强，会使化学平衡向着移动。减小压强，会使化学平衡向着移动。[例2]在一定的温度和压强下，合成氨反应3H2+N22NH3达到平衡时，下列操作平衡不发生移动的是（）（A）恒温恒压充入氨气（B）恒温恒压充入氮气（C）恒温恒容充入氦气（D）恒温恒压充入氦气注意：1.对于有些可逆反应，反应前后气态物质的总体积没有发生变化，如2HI(g)H2(g)+I2(g)在这种情况下，增大或减小压强都不能使化学平衡移动。2.固态物质或液态物质的体积，受压强的影响很小，可以忽略不计。因此，如果平衡混合物都是固体或液体，可以认为改变压强不能使化学平衡移动。3.加入惰性气体后平衡体系是否发生移动，取决于平衡体系所占据的体积是否发生变化。若在恒容的条件下加入惰性气体，它并不能引起体系中其它物质的浓度改变，所以平衡不移动；若在恒压情况下加入惰性气体，必然引起平衡体系占据的体积增大，体系中其它物质的浓度发生变化，使平衡发生移动。思考：对平衡N2+3H22NH3（1）如果在恒温恒容下加入氮气，平衡向移动。（2）如果在恒温恒容下加入氨气呢？加入氩气又怎么样呢？（3）如果需要增加氢气的转化率，可以有什么办法？（4）如果增大压强，正反应速率，逆反应速率，氮气的转化率。3、温度对化学平衡的影响任何反应都伴随着能量的变化，通常表现为放热或吸热；所以温度对化学平衡移动也有影响。观察试验2-7，得出结论：如果升高温度，平衡向的方向移动；降低温度平衡向的方向移动。总结：（1）什么是平衡移动？（2）化学平衡移动的实质是外界条件改变时，正、逆反应速率变化的程度，从而导致正逆反应速率，破坏了原平衡状态，使平衡移动。(3)浓度、压强、温度对化学平衡的影响可以概括为平衡移动的原理，也叫勒夏特列原理：(4)催化剂能够的改变正逆反应的速率，所以使用催化剂使平衡发生移动，但是可以达到平衡所需要的时间。化学平衡常数：1、化学平衡常数的表示方法对于一般的可逆反应：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)。其中m、n、p、q分别表示化学方程式中反应物和生成物的化学计量数。当在一定温度下达到化学平衡时，这个反应的平衡常数可以表示为：k=在一定温度下，可逆反应达到化学平衡时，生成物的浓度，反应物的浓度的关系依上述规律，其常数（用K表示）叫该反应的化学平衡常数注意：反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，其浓度可看作是“1”而不代入公式。2、化学平衡常数的意义（1）平衡常数的大小不随而改变，只随改变而改变。即，K=f（T）。（2）平衡常数表示的意义：可以推断反应进行的程度。K很大，反应进行的程度很大，转化率大K的意义K居中，典型的可逆反应，改变条件反应的方向变化。K很小，反应进行的程度小，转化率小[例3]对于一般的可逆反应mA+nBpC+qD，在一定温度下达平衡时反应物及生成物浓度满足下面关系：nmqpBADC][][][][=K，式中K为常数，在1L密闭容器中给CO和水蒸气的混合物加热到800℃时，有下列平衡：CO+H20C02+H2且K=1，若用2molCO和10molH20(气)相互混合并加热到800℃，达平衡时CO的转化率约为A.16.7％B.50％C.66.7％D.83％五、等效平衡规律根据反应条件(定温、定压或定温、定容)以及可逆反应的特点(反应前后气体分子数是否相等)，可将等效平衡问题分成三类：I.在恒温、恒容条件下，对于反应前后气体分子数改变的可逆反应只改变起始时加入物质的物质的量，如通过可逆反应的化学计量数比换算成同一半边的物质的物质的量与原平衡相同，则两平衡等效。例1．在一固定体积的密闭容器中，加入2molA和1molB发生反应2A(g)+B(g)3C(g)+D(g)，达到平衡，c的浓度为wmol/L。若维持容器体积和温度不变，下列四种配比作为起始物质，达平衡后，c的浓度仍为wmol/L的是A.4molA+2molBB.1molA+0.5molB+1.5molC+0.5molDC.3molC+1molD+1molBD.3molC+1molD解题规律：此种条件下，只要改变起始加入物质的物质的量，若通过可逆反应的化学计量数之比换算成同一半边的物质的物质的量与原平衡相同，则两平衡等效(此种情况下又称等同平衡，此法又称极限法)。II.在恒温、恒容条件下，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，只要反应物(或生成物)的物质的量之比与原平衡相同，则两平衡等效。例2．恒温恒容下，可逆反应2HIH2+I2（气）达平衡。下列四种投料量均能达到同一平衡，请填写：起始状态物质的量n/mol平衡时HI的物质的量n/molH2I2HI120a①240②10.5a③mg(g≥2m)解题规律：此条件下，只要换算到同一半边时，反应物(或生成物)的物质的量的比例与原平衡相等，则两平衡等效。III