化学反应的方向限度与速率复习正本.docx

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化学反应的方向限度与速率复习正本

化学反应的方向、限度与速率（复习）

一、化学反应的方向

1、温度、压强一定时：

判据△H-T△S＜0说明反应自发进行

例1、对于判据△H-T△S，下列说法正确的是（）

A、在任何条件下均适用B、仅适用于恒温恒容条件

C、仅适用于恒温恒压条件D、在规定条件下，△H-T△S＜0的反应一定发生

2、固体NH4NO3的溶解是吸热过程，NaOH的溶解是放热过程，而NaCl、蔗糖的溶解过程的焓变微乎其微。

3、熵值（S）越大，混乱度越大

例2、在298K时，NaCl在水中的溶解度为26g,如将1molNaCl溶解在1L水中，此溶解过程中，体系的△H－T△S和熵的变化情况是：

A.△H－T△S>0,△S<0B.△H－T△S<0,△S>0

C.△H－T△S>0,△S>0D.△H－T△S<0,△S<0

4、固体的溶解过程、水的汽化过程、以及墨水的扩散过程和气体的扩散过程都是熵增的过程。

例3、已知反应：

2NO（g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g）在298K、101kpa的条件下，

△H＝－113KJ/mol,△S=－145.3J（mol.K）-1请通过计算说明该反应是否可以消除汽车尾气中的NO?

（△H－T△S<0，故可自发进行）

二、基元反应、复杂反应、简单反应

基元反应：

能够一步完成的反应称为基元反应

复杂反应：

由几个基元反应组成的总反应是复杂反应

简单反应：

总反应就是基元反应的称为简单反应

注意：

自由原子或自由基非常活泼，寿命极短

三、化学反应速率及表示方法

1）化学反应速率的单位为mol·L—1·S—1或mol·L—1·min—1

其中1mol·L—1·S—1=60mol·L—1·min—1，考试中曾经有一半的同学虽然计算正确，但因单位写错而扣分，注意单位的规范书写

（2）有关浓度变化的计算：

若反应从左向右进行，

反应物的平衡浓度=起始浓度-转化浓度；产物的平衡浓度=起始浓度+转化浓度

始、转、平三行中各物质的转化量之比等于化学计量数之比

例4、根据化学反应N2+3H22NH3，试填充下表里的空白：

N2

H2

NH3

浓度

反应开始时

1.5mol/L

4.5mol/L

0

10分钟后

4.2mol/L

反应速率

（3）同一反应里，用不同物质浓度变化来表示反应速率时，其数值不一定相等，故应标明是用哪种物质表示的化学反应速率，但这些数值表示的意义是相同的，均表示该化学反应的快慢。

（4）固体或纯液体（不是溶液）的浓度可视为不变的常数，因此不用固体或纯液体表示化学反应速率。

例5、某温度时，在2L容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间变化曲线如图所示。

由图中数据分析，该反应的化学方程式为：

3X+Y

2Z。

反应开始至2min，Z的平均反应速为0.05mol·L—1·min—1。

（2）X、Y、Z三种气体在密闭容器中反应时浓度的变化，只从图上分析不能得出的结论是B

A、X是反应物B、若升高温度，X的转化率增大

C、前2分钟，Z的反应速率是0.05mol/（L·min）

D、增大压强，X的转化率增大

三、影响化学反应速率的因素

1、内因：

反应物的性质即反应物的分子结构、原子结构决定——主要因素

2、外因：

（1）浓度：

（注意化学反应速率常数）

速率方程：

v==k×C（A）m×C（B）n，m、n不一定是系数次方，是实验室测定结果

反应速率常数：

k表示单位浓度下的化学反应速率

注意——增大固体反应物的量，化学反应速率不变，

对固体来说，将块状固体变成粉末状，才能加快反应速率，但平衡不移动。

增大反应物的浓度→活化分子数增多→有效碰撞次数增多→化学反应速率增大

（2）压强：

对有气体参与的化学反应，温度一定时，增大压强，体积缩小，浓度增大，加快反应速率

（3）温度：

（注意阿伦尼乌斯公式）

反应速率常数：

k=Ae—Ea/RT，Ea值越大，改变温度对反应速率的影响程度越大

活化分子：

能发生有效碰撞的分子，活化分子比一般分子具有较高的能量

活化能：

Ea=活化分子的平均能量-反应物分子的平均能量

其他条件不变无论正反应是吸热反应还是放热反应，升温速率加快

v高温=v低温×2（T高—T低）/10

升高温度，反应物分子的能量增加，使一部分原来能量较低的分子变成活化分子→活化分子百分数增加→有效碰撞次数增多→化学反应速率增大

一般地，温度对化学反应速率的影响比浓度、压强对化学反应速率的影响要大，也更易于控制，是实验室最常用的增大化学反应速率的方法。

（4）催化剂：

——使用催化剂能同等程度地改变正、逆反应的速率，不影响化学平衡

在实际应用中，如不特别说明，凡是说催化剂都是指正催化剂

使用催化剂→降低活化能→使更多的反应物分子成为活化分子→大大增加单位体积内的活化分子百分数→成千成万倍的增大化学反应速率

几点注意：

约85%的化学反应需要使用催化剂，在使用催化剂时应防止催化剂中毒（原料需要净化的原因）

5、其他因素：

如溶剂的性质、光、超声波、磁场等也会影响化学反应速率

6、联系前后：

①形成原电池时能加快活泼金属的腐蚀

②向强酸加入一种强碱弱酸盐，反应生成不完全电离的弱酸，从而减小了C（H+），速率减慢

练习1、下列事实能说明影响化学反应速率的决定性因素是反应物本身性质的是（）

A、Cu能与浓硝酸反应，而不能与浓HCl反应B、Cu与浓硝酸反应比与稀硝酸快

C、N2、O2在常温常压下不反应，放电时可反应

D、Cu与浓硫酸能反应，与稀硫酸不反应

2、升高温度能加快反应速率的主要原因是（）

A、活化分子能量明显增加B、降低活化分子的能量

C、增加活化分子百分数D、降低反应所需的能量

3、下列四个数据都表示合成氨的反应速率，其中速率代表同一反应中的是（）

①V（N2）=0.3mol/L·min　②V（NH3）=0.9mol/L·min

③V（H2）=0.6mol/L·min　④V（H2）=0.0225mol/L·s

A．①②　B．①③　C．③④D．②④

4．一定量的盐酸跟过量的铁粉反应时，为了减缓反应速率，且不影响生成氢气的总量，可向盐酸中加入适量的（）

A．.NaOH固体B．H2OC．NH4Cl固体D．CH3COONa固体E、少量CuSO4

四、化学平衡

1、可逆反应和不可逆反应：

可逆反应：

在同一条件下，能同时向正、逆两个方向进行的反应。

如：

N2+3H22NH3+QN2O42NO2-Q

不可逆反应：

在同一条件下，不能同时向两个方向进行的反应。

可看成正、逆反应的趋势差别很在，反应“一边倒”。

正、逆反应是相对的：

N2+3H22NH3

2NH3N2+3H2

问：

点燃氢气和氧气的混合物可剧烈地化合生成水，电解水时又可生成氢气和氧气，这是不是一个可逆反应？

为什么？

问：

可逆反应能否进行到底？

（不能），因而对于任何一个可逆反应都存在一个反应进行到什么程度的问题。

2、化学平衡状态：

定义：

在一定条件下，可逆反应中正反应速率与逆反应速率相等，反应混合物中各组成成分的含量保持不变的状态，叫做化学平衡状态。

特点：

“动、定、变”

①反应物与生成物处于动态平衡，V正=V逆

②反应物与生成物浓度保持一定，百分组成保持一定；（或说反应物与生成物的含量保持一定）

③影响平衡的外界条件改变，平衡状态即被破坏，发生平衡移动。

为了使学生较好地理解动态平衡的含义，还可以引用适当的比喻。

例如：

当水槽中进水和出水的速度相等时，槽内水量保持不变；当商场在一定时间里进出人数相同时，商场内人数保持不变等。

例1.在一定条件下的恒温、恒容容器中，当下列物理量不再发生变化时，反应：

A（g）+3B（g）

2C（g）+D（g）表明已达平衡状态的是（）

A、混合气体的压强B、混合气体的密度

C、B的物质的量浓度D、气体总物质的量

总结：

对于一般的反应：

mA（g）+nB（g）

pC（g）+qD（g）△H＜0（B为有色气体）

T、V不变，且m+n=p+q。

以下表明化学反应已经达到平衡状态的是（）

①单位时间内生成pmolC同时消耗nmolB②单位时间内生成pmolC同时生成nmolB

③pV正（A）=mV逆（C）④pV正（A）=mV正（C）⑤B的物质的量浓度不变

⑥混合气体的颜色不变⑦混合气体的压强不变⑧混合气体的密度不变

⑨气体总物质的量不变⑩混合气体的体积不变

请思考：

若条件变为T、V不变，且m+n=p+q或者将T、V不变改为T、P不变，又该怎样回答呢？

例2、可逆反应aA（g）＋bB（g）

cC（g）的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。

下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是

A．av正（A）＝bv正（B）B．bv正（A）＝av逆（B）

C．av正（C）＝cv正（A）D．av正（A）＝bv逆（B）

3.化学平衡的移动（勒沙特列原理=平衡移动原理）

例2．在一定条件下，xA＋yB

zC的反应达到平衡。

（1）已知A、B、C都是气体，在减压后平衡向逆反应方向移动，则x、y、z之间的关系是__________________；

（2）已知C是气体，且x＋y＝z，在增大压强时，如果平衡发生移动，则平衡一定向_____________移动；

（3）已知B、C是气体，当其他条件不变，增大A的物质的量时，平衡不发生移动，则A是_____________态物质。

（4）若加热后C的质量分数减少，则正反应是_________（填“放热”或“吸热”）反应。

若降低温度，平衡向移动，导致A的含量（体积分数），A的转化率。

4.等效平衡

例3.在一密闭的容器中充入2molA和1molB发生反应：

2A（g）＋B（g）

xC（g），达到平衡后，C的体积分数为w％；若维持容器的容积和温度不变，按起始物质的量A：

0.6mol、B：

0.3mol、C：

1.4mol充入容器，达到平衡后，C的体积分数仍为w％，则x的值为

A．只能为2B．只能为3

C．可能为2，也可能为3D．无法确定

练习1、在一个加定体积的密闭容器中，保持一定温度，进行以下反应：

H2（气）+Br2（气）2HBr（气）

已知加入1摩H2和2摩Br2时，达到平衡后生成a摩HBr（见右表“已知”项）。

在相同条件下，仍保持平衡时各组分的百分含量不变，对下列编号

（1）~（3）的状态，填写表中的空白：

（1996年高考科研试测题）

解：

（1）因为题干中有nH2:

nBr2:

nHBr平衡=1:

2:

a，所以有2:

4:

2a；故n（HBr）平衡=2a

（2）起始状态时，有1molHBr，则相当于入分别为0.5mol和0.5mol，按1:

2:

a可得0.5:

1.0:

0.5a，故H2和Br2原有物质的量为0.5-0.5=0和1.0-0.5=0.5（mol）

（3）设HBr为xmol，则有：

x=2（n-2m）

设平衡时HBr为ymol，则有：

y=（n-m）a

练习2、在一定温度下，把2molSO2和1molO2通入一个定容的密闭容器里，发生如下反应：

2SO2+O2（气）

2SO3

当此反应进行到一定程度时，反应混合物就处于化学平衡状态，现在该容器中，维持温度不变，令a、b、c分别代表初始加入的SO2、O2和SO3的物质的量（mol），如果a、b、c取不同的数值，它们成长须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡时，反应混合物中三种气体的质量分数仍跟上述平衡时的完全相同。

请填写下列空白：

（1）若a=0、b=0，则c=2；

（2）若a=0.5，则b=0.25和c=1.5；

（3）a、b、c必须满足的一般条件是（用两个方程式表示，其中一个只含a和c，另一个只含b和c）：

a+c=2

2b+c=2。

知识总结：

等效平衡

（1）定温、定容条件下的等效平衡

a、反应前后气体体积变化（两边气体总系数不等）的可逆反应：

对某一可逆反应，在一定T、V条件下，只要反应物和生成物的量相当（即根据方程式中物质的系数比换算成生成物或反应物时与原起始量相同），则无论从反应物开始，还是从生成物开始，二平衡等效。

（即等温、等容，量相等）

b、反应前后气体体积不变（两边气体总系数相等）的可逆反应：

在一定T、V条件下，只要反应物（或生成物）的量的比例与起始状态相同，则二者平衡等效。

（2）定温、定压条件下的等效平衡

在一定的T、P条件下，改变起始加入量，只要按方程式中物质的系数换算成左右两边同一物质的量之比与原状态相同，则达到平衡后与原平衡等效（即等温、等压，比相等）

例4.体积相同的甲、乙两个容器中，分别充有等物质的量的SO2和O2，在相同温度下发生反应：

2SO2＋O2

2SO3并达到平衡。

在这过程中，甲容器保持体积不变，乙容器保持压强不变，若甲容器中SO2的转化率为p%，则乙容器中SO2的转化率为

A．等于p%B．大于p%

C．小于p%D．无法判断

例5、在一个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），达到平衡时，C的浓度为wmol/L。

若维持容器体积和温度不变，按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+2molB

B、2molA+1molB+3molC+1molD

C、1molB+3molC+1molD

D、3molC+1molD

5.化学平衡图象题

例6．可逆反应：

mA（g）+nB（g）

pC（g）+qD（g）；△H=Q，在温度T1、T2，压强

P1、P2下，产物D的物质的量n（D）与反应时间t的关系如图所示，下列各项中不正确的是

A、T1

C、Q<0D、m+n

 有关图象分析方法：

（1）认清坐标系，横纵坐标所代表的饿意义，并与勒夏特列原理联系；

（2）紧扣可逆反应特征，弄清正反应是吸热还是放热、气体体积变化情况等；

（3）看清速率变化及变化量的大小，与反应的条件联系；

（4）看清起点、拐点、终点及曲线的变化趋势；

（5）先拐先平，温高压大。

先出现拐点的曲线先达到平衡，该变化的温度高、压强大、浓度高。

（6）定一议二。

当图象中有三个量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系。

6.化学平衡计算题

例7.在一个容积为500mL的密闭容器中,充入5molH2和2molCO.在一定温度、一定压强下，发生如下反应：

2H2（g）+CO（g）

CH3OH（g）,经5min后达到平衡状态。

若此时测得CH3OH蒸气的浓度为2mol/L，求:

（1）以H2的浓度变化表示的该的反应的速率？

（2）达平衡时CO的转化率？

（3）平衡混合气的密度与相同状况下的氢气密度之比？

规律总结：

1..反应物用量的改变对平衡转化率的影响规律

（1）若反应物只有一种时，如：

aＡ（g）

bＢ（g）＋cC（g），增加A的量，平衡向正反应方向移动，但该反应物A的转化率的变化与气体物质的计量数有关：

（用放缩法分析）

①若a＝b＋c，Ａ的转化率不变；②若a＞b＋c，A的转化率增大；③若a＜b＋c，A的转化率减小

（2）若反应物不止一种时，如：

aＡ（g）＋bＢ（g）

cC（g）＋dＤ（g）

①若只增加A的量，平衡向正反应方向移动，而A的转化率减小，B的转化率增大。

②若按原比例同倍数地增加反应物A和B的量，则平衡向正反应方向移动，而反应物转化率与气体反应物计量数有关。

如a＋b＝c＋d，A、B的转化率都不变；如a＋b＜c＋d，A、B的转化率都减小；如a＋b＞c＋d，Ａ、Ｂ的转化率都增大。

（用放缩法分析）

2.解答化学平衡问题的重要思维方法

（1）可逆反应“不为零”原则

可逆性是化学平衡的前提，达到平衡时应是反应物和生成物共存的状态，每种物质的物质的量不为零。

一般可用极限分析法推断：

假设反应不可逆，则最多生成产物多少，有无反应物剩余，余多少。

这样的极值点是不可能达到的，故可用确定某些范围或在范围中选择合适的量。

（2）“过渡态”方法思路：

各种反应物的浓度增加相同倍数，相当于增大体系压强，根据平衡移动方向来确定转化率的变化情况。

（3）“放缩法”（4）“分段思考法”

五、合成氨工业

1、合成氨的适宜条件：

工业上用N2和H2合成氨：

N2+3H22NH3+Q

从反应速率和化学平衡两方面看，选择什么样的操作条件才有利于提高生产效率和降低成本呢？

从速率看，温度高、压强大（即N2、H2浓度大）都会提高反应速率；

从化学平衡看，温度低、压强大都有利于提高N2和H2的转化率。

可见，压强增大，从反应速率和化学平衡看都是有利于合成氨的。

但从生产实际考虑，压强越大，需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，将使成本增大。

故一般合成氨厂采用的压强是20~50MPa帕斯卡。

而温度升高，有利于反应速率但不利于N2和H2的转化率。

如何在较低的温度下保持较大转化率的情况下，尽可能加快反应速率呢？

选用合适的催化剂能达到这个目的。

那么，较低的温度是低到什么限度呢？

不能低于所用催化剂的活性温度。

目前使用的催化剂是以铁为主体的多成分催化剂——又称铁触媒。

其活性温度为450℃~550℃，即温度应在450~550℃为宜。

将来如制出活性温度更低、活性也很在的新型催化剂时，合成氨使用的温度当然比现在要低，转化率就能更高了。

小结：

合成氨的适宜条件：

压强：

20~50MPa帕斯卡温度：

500℃左右

催化剂：

铁触媒N2：

H2=1：

2.8

巩固练习：

1.在相同温度下，有相同体积的甲、乙两容器，甲容器中充入1gN2和1gH2，乙容器中充入2gN2和2gH2。

下列叙述中，错误的是

A．化学反应速率：

乙＞甲B．平衡后N2的浓度：

乙＞甲

C．H2的转化率：

乙＞甲D．平衡混合气中H2的体积分数：

乙＞甲

2、在一个固定体积的密闭容器中，保持一定温度，进行以下反应：

H２（g）＋I２（g）

2HI（g）已知起始时加入1molH２和2molI２（g），当达到平衡时HI的体积分数为φ。

下列四种情况分别投入上述容器，且始终保持原温度，平衡时HI的体积分数也为φ的是（　）

A．2molＨ２和1molI２（g）B．3molHI

C．2molH２和4molI２（ｇ）　　　D．1molI２（g）和2molHI（g）

3．一定温度下，在一个固定容积的密闭容器中，可逆反应：

A（g）＋2B（g）

C（g）达到平衡时，（A）＝2mol·L-1，

（B）＝7mol·L-1，（C）＝3mol·L-1。

试确定B的起始浓度（B）的取值范围是______________；若往容器中继续注入一定量的氦气（不参加反应），足够长的时间后，体系中B的物质的量浓度_________（填“大”、“减小”或“不变”，下同），混合气体的密度_________。

4.（2004全国1－29）恒温下，将amolN2与bmolH2的混合气体通入一个固定容积的密闭容器中，发生如下反应：

N2（g）+3H2（g）

2NH3（g）。

⑴若反应达平衡时某时刻t时，nt（N2）=13mol，nt（NH3）=6mol，计算a的值。

⑵反应达平衡时，混合气体的体积为726.8L（标况下），其中NH3的含量（体积分数）为25%。

计算平移时NH3的物质的量。

⑶原混合气体与平衡混合气体的总物质的量之比（写出最简整数比，下同），n（始）∶n（平）=。

⑷原混合气体中，a∶b=。

⑸达到平衡时，N2和H2的转化率之比，α（N2）∶α（H2）=。

⑹平衡混合气体中，n（N2）∶n（H2）∶n（NH3）= 

化学反应速率与化学平衡专题

1、在恒温、恒容的密闭容器中进行反应A（g）

B（g）+C（g），若A的浓度从2.0mol/L降低到1.5mol/L时需要20s，那么A浓度有1.5mol/L降低到1.0mol/L时所需的时间为：

（）

A、20sB、大于20sC、小于20sD、无法判断

2、在一定条件下，将1molCO和1mol水蒸气混合后发生如下变化：

CO（g）＋H2O（g）

CO2（g）＋H2（g）若反应达平衡时测得CO转化率为21.75％，则平衡混合气体的密度为相同条件下H2密度的：

（）

A、5.75倍B、11.5倍C、30.67倍D、46倍

3、将1molCO和1molH2Og充入某固定容积的反应器中，在某条件下达到平衡：

CO（g）+H2O（g）

CO2（g）+H2（g），此时有

CO转化为CO2。

在相同条件下，若将1molCO2、1molH2和1molH2O（g）充入同一反应器中，当反应达到平衡后，混合气体中CO2的体积分数可能为：

（）

A、22.2%B、27.5%C、33.3%D、36.8%

4、在一定条件下，测得2CO2

2CO+O2平衡体系的平均相对分子质量为M。

在此条件下，CO2的分解率是：

（）

A、

B、

C、

D、

5、在一个密闭容器中，可逆反应aA（g）

bB（g）达到平衡后，保持温度不变，将容器体积增大一倍，当达到新的平衡时，B的浓度是原来的60%，则：

（）

A、平衡向正反应方向移动了B、物质A的转化率减小了

C、物质B的质量分数增加了D、a>b

6、在容积固定的4L密闭容器中进行可逆反应X（g）+2Y（g）

2Z（g），并达到平衡，在此过程中以Y的浓度改变表示的反应速率V（正）、V（逆）与时间t的关系如下图。

图中阴影部分的面积表示：

（）

A、X的浓度的减少B、Y的物质的量的减少

C、Z的浓度的增加D、X的物质的量的减少

7、在5L的密闭容器中充入2molA气体和1molB气体，在一定条件下发生反应：

2A（g）+B（g）

2C（g），达到平衡时，在相同温度下测得容器内混合气体的压强是反应前的5/6，则A的转化率为：

（）

A、67%B、50%C、25%D、5%

8、1molA气体与1molB气体在密闭容器中反应：

A（g）＋nB（g）

mC（g），反应进行一段时间后，测得A的转化率为50%。

同温同压下，还测得反应前混合气体的密度是反应后混合气体密度的3/4，则n和m的数值可能是：

（）

A、n=4，m=4B、n=3，m=3C、n=2，m=2D、n=1，m=1

9、16mL由NO与NH3组成的混合气体在催化剂作用下于400℃左右发生反应：

6NO+4NH3

5N2+6H2O（g），达平衡后在相同条件下混合气体的体积变为17mL。

原混合气体中NO与NH3的物质的量之比可能是①3：

1②3：

2③3：

4④3：

5：

（）

A、①②        B、①④        Ｃ、②③        Ｄ、③④

10、在一密闭容器中进行以下反应：

C（s）＋H2O（g）

CO（g）＋H2（g）达到平衡后当温度不变，增大压强，混合气的平均相对分子质量的变化趋