化学反应速率和化学平衡

第七章化学反应速率和化学平衡第一节化学反应速率及影响因素一、化学反应速率1.定义单位时间内___________________________________。2.表达式v=Δc/Δt,单位:____________________________,如密闭容器中,合成氨的反应N2+3H22NH3,开始时c(N2)=8mol·L-1,2min后c(N2)=4mol·L-1,则用N2表示的反应速率为________________。反应物浓度的减少或生成物浓度的增加mol·L-1·s-1或mol·L-1·min-12mol·L-1·min-13.化学反应速率与化学计量数关系对于已知反应mA(g)+nB(g)====pC(g)+qD(g),其化学反应速率可用不同的反应物或生成物来表示,当单位相同时,化学反应速率的数值之比等于___________之比,即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=___________。如在一个2L的容器中发生反应:3A(g)+B(g)====2C(g),加入2molA,1s后剩余1.4mol,则v(A)=________________,v(B)=________________,v(C)=________________。化学计量数m∶n∶p∶q0.3mol·L-1·s-10.1mol·L-1·s-10.2mol·L-1·s-1二、影响化学反应速率的因素1.内因反应物本身的性质是主要因素。如相同条件下Mg、Al与稀盐酸反应的速率大小关系为______。MgAl2.外因增大减小增大减小增大减小增大增大固体表面积如黄铁矿煅烧时要粉碎成细小的矿粒,_________________,加快反应速率;熔化的KClO3放出气泡很慢,撒入少量MnO2很快产生气体,是因为MnO2的_________;夏天的食品易变霉,冬天就不易发生该现象,是因为夏天_______。增大了固体表面积催化作用温度高3.理论解释——有效碰撞理论(1)活化分子、活化能、有效碰撞:①活化分子:能够发生有效碰撞的分子。②活化能:如图图中:E1为_____________,使用催化剂时的活化能为__,反应热为_____。③有效碰撞:活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。反应的活化能E3E1-E2(2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系:分子总数不变增加分子总数增加增加【思考辨析】1.化学反应速率一定随着时间的延长而减小。()【分析】大多数反应的反应速率是随着时间的延长而减小,但是对于一些放热反应,如活泼金属与酸的反应,反应速率是先增大后减小。2.决定化学反应速率快慢的根本因素是温度、浓度和催化剂。()【分析】化学反应速率的决定因素是反应物自身的性质。××3.(2012·江苏高考)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH0,其他条件不变时升高温度,反应速率v(H2)和H2的平衡转化率均增大。()【分析】升高温度可以使反应速率加快,但因该反应为放热反应,升温时平衡逆向移动,H2的转化率减小。4.(2010·福建高考)同时改变两个变量来研究反应速率的变化,能更快得出有关规律。()【分析】同时改变两个变量研究反应速率的因素,难以判断影响反应速率的主导因素,无法得出相关规律。应仅改变一个条件固定其他条件不变来研究化学反应速率的规律。××5.二氧化锰能加快所有化学反应的速率。()【分析】催化剂都有选择性,二氧化锰并不是“万能”催化剂,它只能催化某些反应。6.锌与硫酸反应时,硫酸的浓度越大,产生H2的速率越快。()【分析】当硫酸浓度增大为浓硫酸时,Zn与浓硫酸反应不产生H2。7.恒压,增加惰性气体的量,原化学反应速率减慢。()【分析】恒压时增加惰性气体的量会使体积增大,反应物浓度减小,反应速率减慢。××√8.增大反应物的浓度,能够增大活化分子的百分含量,所以反应速率增大。()【分析】增大反应物的浓度,不能增大活化分子的百分含量,只能增大单位体积内活化分子的个数。×考点1化学反应速率的计算及大小比较1.计算化学反应速率的基本模式只要列出了平衡建立过程中三个阶段的量,不论是计算反应速率、转化率还是平衡常数,都能迎刃而解,堪称万能模式。解题模式可表示如下,其中的a、b可以是物质的量、浓度或体积等。mA+nBpC+qD起始量:ab00转化量:mxnxpxqx平衡量:a-mxb-nxpxqx2.计算化学反应速率的常用依据——“速率之比等于化学计量数之比”同一个反应的速率,用不同物质表示时,数值之比等于方程式的计量数之比,即对于反应:aA+bB====cC+dD,有v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=a∶b∶c∶d或;可利用此比例关系计算用不同物质表示的反应速率或计算方程式中各物质的化学计量数。1111vAvBvCvDabcd3.比较反应速率大小的方法——“一看二转三比较”比较用不同物质表示的反应速率相对大小时:第一步看单位是否统一;第二步是若单位不统一,转化成同一单位,不同物质表示时转化成用同一物质表示;第三步是比较数值的大小。【高考警示】(1)由于固体、纯液体的浓度视为常数,所以不计算它们的化学反应速率。(2)单位时间内反应物或生成物的物质的量变化大,反应速率不一定快,因为化学反应速率是用单位时间内反应物或生成物的浓度变化量来表示的。【典例1】(2013·太原模拟)一定温度下,向容积为2L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应,反应中各物质的物质的量变化如图所示,对该反应的推断合理的是()A.该反应的化学方程式为3B+4D6A+2CB.反应进行到1s时,v(A)=v(D)C.反应进行到6s时,B的平均反应速率为0.05mol·L-1·s-1D.反应进行到6s时,各物质的反应速率相等【解题指南】解答该题应该注意以下2点:(1)根据物质的量随时间的变化确定反应物与生成物。(2)根据相同时间段内各物质的物质的量变化确定化学计量数与反应速率之间的关系。【解析】选C。根据各物质的物质的量随时间的变化图像可知,A、D为生成物,B、C为反应物,在6s时反应达到平衡,A、B、C、D的物质的量变化分别为1.2mol、0.6mol、0.8mol、0.4mol。根据化学计量数之比等于变化的物质的量之比可知A、B、C、D的化学计量数之比为6∶3∶4∶2,所以反应方程式为3B+4C6A+2D,A错;反应过程中和反应达到平衡时各物质的反应速率之比等于化学计量数之比,B、D错;反应进行到6s时,B的平均反应速率为0.6mol/(2L×6s)=0.05mol·L-1·s-1,C对。【互动探究】(1)用A、B、C、D四种物质表示的该反应的反应速率,数值最大的是哪种物质?提示:A,根据反应速率之比等于化学计量数之比可知,化学计量数越大,表示的反应速率越大。(2)反应进行到1s时,C的反应速率为多少?提示:1s时D的反应速率为0.2mol/(2L×1s)=0.1mol·L-1·s-1,所以C的反应速率为v(C)=2v(D)=0.2mol·L-1·s-1。考点2化学反应速率图像及其应用1.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出现如图情况。解释原因:AB段(v渐大),因反应为放热反应,随反应的进行,温度渐高,导致反应速率的渐大;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。2.物质的量(或浓度)—时间图像例如:某温度时,在定容(VL)容器中,X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。(1)由图像得出的信息是:①X、Y是反应物,Z是产物;②t3时反应达平衡,X、Y没有全部反应。(2)根据图像可进行如下计算:①某物质的平均速率、转化率,如v(X)=mol·L-1·s-1,Y的转化率=×100%。②确定化学方程式中的化学计量数之比如X、Y、Z三种物质的化学计量数之比为(n1-n3)∶(n2-n3)∶n2。133nnVt232nnn3.化学平衡移动与速率的关系图像以aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)ΔH0(a+bc+d)为例:条件变化速率变化速率曲线增大反应物的浓度v(正)、v(逆)均增大,且v′(正)v′(逆)增大生成物的浓度v(正)、v(逆)均增大,且v′(逆)v′(正)增大压强v(正)、v(逆)均增大,且v′(正)v′(逆)条件变化速率变化速率曲线升高温度v(正)、v(逆)均增大,且v′(逆)v′(正)减小反应物的浓度v(正)、v(逆)均减小,且v′(逆)v′(正)条件变化速率变化速率曲线减小压强v(正)、v(逆)均减小,且v′(逆)v′(正)降低温度v(正)、v(逆)均减小,且v′(正)v′(逆)使用催化剂v(正)、v(逆)均增大,且v′(正)=v′(逆)(1)条件增强,曲线在原图像的上方;条件减弱,曲线在原图像的下方。(2)浓度改变时,图像曲线一条连续,一条不连续,其他条件改变,图像曲线不连续。【高考警示】(1)压强对反应速率的影响,实质是体积的改变导致反应物浓度的改变而影响反应速率。若改变压强不影响反应物浓度,则不影响反应速率。(2)只有压强的改变同等程度的引起反应物和生成物浓度的改变时,才能考虑压强的影响。只是改变一种物质的浓度而引起的压强改变,不应该从压强角度分析,应该从浓度角度分析。【典例2】(2013·成都模拟)可逆反应N2+3H22NH3是工业上合成氨的重要反应。(1)根据图1请写出合成氨的热化学方程式______________________________________(热量用E1、E2或E3表示)。(2)图1中虚线部分是通过改变化学反应中的___________条件,该条件的改变与图2中哪一时刻条件的改变相同_________(用“t1…t6”表示)。(3)图2中t3时刻改变的条件是_______________,t5时刻改变的条件是___________。答案:(1)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-2(E3-E1)kJ·mol-1(2)催化剂t2…t3(3)减小压强升高温度【变式训练】如图表示在密闭容器中进行的反应:2SO2+O22SO3ΔH0达到平衡时,由于条件改变而引起反应速度和化学平衡的变化情况,a时刻改变的条件可能是___________________________________________________________________;b时刻改变的条件可能是______________________________。答案:升高温度减少SO3的浓度1.在铝与稀硫酸的反应中,已知10s末硫酸的浓度减少了0.6mol·L-1,若不考虑反应过程中溶液体积的变化,则10s内生成硫酸铝的平均反应速率是()A.0.02mol·L-1·min-1B.1.8mol·L-1·min-1C.1.2mol·L-1·min-1D.0.18mol·L-1·min-1【解析】选C。v(H2SO4)==0.06mol·L-1·s-1,由于反应3H2SO4+2Al====Al2(SO4)3+3H2↑中v(H2SO4)∶v[Al2(SO4)3]=3∶1,故v[Al2(SO4)3]=0.02mol·L-1·s-1=1.2mol·L-1·min-1。124cHSO0.6molLt10s2.在甲、乙、丙、丁四种不同条件下,对于某反应X+3Y2Z+2W,分别测得反应速率,甲:v(X)=0.3mol·L-1·min-1,乙:v(Y)=1.2mol·L-1·min-1,丙:v(Z)=0.8mol·L-1·min-1,丁:v(W)=0.02mol·L-1·s-1,则反应最快的是()A.甲B.乙C.丙D.丁【解析】选D。首先要将丁的反应速率单位换算成mol·L-1·min-1,然后以X物质的反应速率为标准,把乙、丙、丁情况下其他物质表示的反应速率换算为同情况下的用X物质表示的反应速率;乙:v(X)=1/3v(Y)=0.4mol·L-1·min-1,丙:v(X)=1/2v(Z)=0.4mol·L-1·min-1,丁:v(X)=1/