化学反应速率 化学平衡
【高考分析】 化学反应速率和化学平衡是中学化学里有重要意义的基本理论,而且化学反应速率和化学平衡与物质的量,物质的浓度等基本概念关系密切.所以近年来的考题中常将这些概念与理论结合在一起考查,诸如化学反应速率的表示与计算;影响反应速率的因素;化学平衡状态的判断及其计算;有关平衡移动及转化率的计算等连年出现,体现了高考的稳定性.也出现了一些考查考生科学思维素质和心理素质,灵活性强,难度大的试题.
高考试题内容的改革是向综合运用,提高能力试题和应用型试题发展.高考各科目中,化学是与自然和生活联系最紧密,在生产和生活中应用最广泛,最直接的学科之一.
化学反应速率与化学平衡这部分基本理论在化工生产中的应用,是科学技术与社会的紧密结合.因而涉及此内容的高考试题将以中学化学知识为落点,紧贴社会生产,日常生活,环境,能源,材料,健康等实际命题,既全面考查学生的知识,技能,又充分利用高考这一特殊手段展开素质教育.
【知识讲解】
一,化学反应速率
1.意义
表示化学反应进行快慢的量,常依据反应物消耗或生成物产生的快慢来粗略比较反应速率的大小.
2.表示方法
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.
注意事项:①单位:mol·(L·min)-1或mo1. (L·s)-1.
②同一反应速率用不同物质的浓度变化表示时,数值之比等于方程式化学计量数之比.
③一般不能用固体物质表示.
④对于没有达到化学平衡状态的可逆反应:v正≠v逆
3.影响因素
①内因(主要因素):参加反应物质的性质
②a.浓度:对气体参加的反应或溶液中发生的反应速率产生影响,在其它条件不变时,增大反应物浓度,可以增大反应速率,而与反应物总量无关.
b.压强:只影响有气体参加的化学反应速率.增大压强,气体体积缩小,浓度增大.反应速度增大.当改变容器内压强而有关反应的气体浓度无变化时,则反应速率不变.
c.温度:对任何反应的速率都有影响,一般温度每升高10℃,反应速率增大2～4倍,有些反应只有在一定温度范围内升温才能加快.
d.催化剂:具有选择性,即它对某一反应或某种反应起催化作用,催化剂参与反应过程,只是反应前后质量与组成不变.
e.其它因素:光,颗粒大小,溶剂等.
说明:在上述影响化学反应速率的外界条件中,升温和使用催化剂增大反应速率,具有较好的实际应用价值.
当温度对反应速率的影响与浓度对反应速率的影响相冲突时,一般以温度对速率的影响为准.
二, 化学平衡与平衡标志
(一).可逆反应
在同一条件下,既能向正反应方向进行,同时又能向逆反应方向进行的反应,叫做可逆反应.
学习可逆反应这一概念时应注意:
必须强调"在同一条件下".在不同条件下能向两个方向进行的反应,不能叫做可逆反应.
如:浓硫酸能氧化HBr和HI生成二氧化硫和单质溴或碘;而二氧化硫通入溴水或碘水中,又能生成稀硫酸和氢溴酸或氢碘酸,前后两种反应是在不同浓度下进行的,不能叫做可逆反应.只有当它们的浓度达到某一特定值时,才可能是可逆反应.
可逆反应中的气体产物不写"↑",原因是它不能从体系中逸出.
(二).化学平衡是动态平衡
1.化学平衡状态的概念
在一定条件下的可逆反应里,正反应速率和逆反应速率相等,反应混合物中各组分的百分含量保持不变的状态.
注意:
(1)可逆反应是前提,速率相等是实质,百分含量保持不变是标志.
(2)V正=V逆≠0,正反应和逆反应仍在进行.
(3)百分含量指各组分的质量百分含量,物质的量百分含量,气体物质的体积百分含量;也可以是在一定的条件下,起始物质的量(或物质的量浓度)一定的情况下,指各物质的质量,气体的分体积,物质的量(或物质的量浓度)等.
(4)各组分是指平衡体系中的每一组分(除纯固体,纯液体外).当某一组分的百分含量发生变化时,一定未达到平衡;当某一组分的百分含量不随时间变化时,不一定达到了平衡,当每一组分的百分含量都不随时间变化时,一定达到了平衡.
(5)保持不变指保持一定,但不一定相等,相对量即百分含量是保持相等的关系;绝对量即质量,体积,物质的量和物质的量浓度则跟起始量和浓度有关,起始量和浓度相等或等效相等,则绝对量相等,起始量和浓度不相等但比例一定量时,绝对量也不相等但保持固定不变的比例.
(6)满足①V正=V逆 ,②各组分百分含量保持不变这两个条件中的任意一个,都标志着一个可逆反应在一定条件下已经达到了平衡状态.
2.化学平衡状态的特点:
化学平衡状态的特点可以概括为:逆,动,等,定,变,同.
(1)逆:研究的对象是可逆反应.
(2)动:平衡状态是动态平衡,反应达到平衡状态,反应并没有停止.
(3)等:平衡时正反应速率和逆反应速率相等,但不等于零.
(4)定:平衡体系中反应混合物各组分的百分含量保持一定,不再随时间的改变而改变.同时,还包括有一定的平衡浓度,有一定的转化率,有一定的产率.
(5)变:外界条件改变,原平衡被破坏,建立新的平衡.
(6)同:外界条件相同时,可逆反应不论从正反应开始,还是从逆反应开始,还是正反应和逆反应同时开始,途径虽然不同,只要起始浓度相当,所建立的平衡是等效平衡,可以达到相同的平衡状态.
(三).化学反应达到平衡状态的标志专题分析
1.判断可逆反应达到平衡状态的方法:
(1)V正=V逆(第一特征)为标志:
规律:①同一物质的生成速率等于消耗速率;
②在方程式同一边的不同物质生成速率与消耗速率之比(或消耗速率与生成速率之比,前后比较项必须相反)等于方程式系数之比;
③方程式不同一边的不同物质生成速率与生成速率之比(或消耗速率与消耗速率之比,前后比较项必须相同)等于方程式系数之比;
④反应放出的热量与吸收的热量相等,即体系温度不变.
(2)各组成成分的百分含量保持不变(第二特征)为标志:
规律:①各组分的质量分数不变;
②各气体组分的体积分数不变;
③各组分的物质的量分数不变;
④各组分的分子数之比不变;
⑤各组分的物质的量浓度不变时一定平衡(变化时不一定);
⑥各组分的转化率或产率不变;⑦若某组分有色,体系的颜色不再改变时一定平衡(变化时不一定).
2.反应类型分析:
(1)对于反应:mA2(气) nB2(气) pC(气) Q,下述特征标志均表示可逆反应达到了平衡状态:
①生成A2的速率与消耗A2的速率相等;
生成B2的速率与消耗B2的速率相等;
生成C的速率与分解C的速率相等;
单位时间内,生成C的分子数与分解C的分子数相等;
生成A2的速率:消耗B2的速率= m:n
消耗A2的速率:生成B2的速率=m:n
消耗A2的速率:消耗C的速率=m:p
消耗B2的速率:消耗C的速率=n:p
生成A2的速率:生成C的速率=m:p
生成B2的速率:生成C的速率=n:p
单位时间内,每生成pmolC的同时生成了mmolA2和n molB2;
单位时间内,每消耗pmolC的同时消耗了mmolA2和n molB2
②A2,B2,C的 (质量,体积,物质的量)百分组成,分子数之比不变;
③A2,B2,C的 物质的量浓度不变;
④A2,B2的转化率不变;
⑤C的产率不变;
⑥气体的颜色不变;
⑦隔热条件下,体系温度不变;
(2)当反应前后气体的体积相等时,即m n = p时:
⑧A2,B2,C的物质的量浓度不变或物质的量浓度之比不变,也标志反应达到了平衡状态;
但物质的量浓度大小,气体颜色深浅因外界压强改变而改变,平衡不移动,平衡状态不变.故这两项发生改变时,不能作为判断反应是否达到了平衡状态或平衡是否发生了移动的标志.
⑨气体的总物质的量,总压强,总体积,单位体积内分子总数,气体密度,平均分子量大小因反应前后始终不变,有的或随外加压强改变而变化但平衡不移动.故不能判断反应是否达到了平衡状态或平衡是否发生了移动.因而通常不作为平衡标志.
