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文檔簡介
專題07化學反應(yīng)的速率和限度
【知識串講】
一'化學反應(yīng)速率
1.正確理解化學反應(yīng)速率
⑴在同一化學反應(yīng)里,用不同的物質(zhì)
-----------表示的反應(yīng)速率可能不同,但意義相同,
故描述反應(yīng)速率時必須指明具體的物質(zhì)。
AC(A)I(2)固體或純液體的濃度記為常數(shù),Ac=O,
U(A)=?--因此不用固體或純液體表示化學反應(yīng)速率。
—(3)化學反應(yīng)速率是一段時間內(nèi)的平均
反應(yīng)速率,而不是瞬時速率。
(4)用不同反應(yīng)物表示化學反應(yīng)速率時:
----------化學反應(yīng)速率之比=物質(zhì)的量濃度變化之比
=物質(zhì)的量變化之比=化學計量數(shù)之比。
2.化學反應(yīng)速率的比較方法
不
同
情
況
下
化
學
反
應(yīng)
速
率
快
慢
的
判
斷
⑴歸一法:
(2)比值法:
比較化學反應(yīng)速率與化學計量數(shù)的比值。如反應(yīng)?A+6B?,要比較V(A)與V(B)的相對大小:
若普一>v(A)>v(B)
3.化學反應(yīng)速率的計算:
⑴公式法:
/A、ΔcAΔMA
V(A)=H=西7
(2)“三段式”法:
①寫出有關(guān)反應(yīng)的化學方程式。
②找出各物質(zhì)的起始量、轉(zhuǎn)化量、某時刻量。
③根據(jù)已知條件列方程式計算。
例如,反應(yīng)mA+〃B====pC
tos∕mol?L1ah0
nx
轉(zhuǎn)化∕mol?L」x空
mm
nx莊
t↑s∕mol?L^1cι-χh1——
mm
m,lAX1?I-↑
火∣J:U(AJmoι?L?S、
h~to
,一、mr]一1
U(B)=mol?L?S、
)fnt↑-to
心PX1-1
v(C)-mol?L?Sλo
mt?-to
二'化學反應(yīng)速率的影響因素
1.內(nèi)因
內(nèi)容:反應(yīng)物本身的性質(zhì)是影響化學反應(yīng)速
率的決定因素。
規(guī)律:反應(yīng)物的化學性質(zhì)越活潑,化學反應(yīng)速
率越快;反之.化學反應(yīng)速率越慢.
實例:表面積相同的饅片和鐵片分別與同濃
度的拄酸反應(yīng)時,前者反應(yīng)速率更快.
2.外因
在其他條件相同時,改變某一條件:
影響因素影響結(jié)果
增大反應(yīng)物的濃度,速率加快;
濃度
減小反應(yīng)物的濃度,速率減慢
升高溫度,速率加快;
溫度
降低溫度,速率減慢
增大氣態(tài)反應(yīng)物的壓強,速率加快;
壓強
減小氣態(tài)反應(yīng)物的壓強,速率減慢
催化劑使用催化劑能極大地加快反應(yīng)速率
增大固體反應(yīng)物的表面積,化學反應(yīng)速率加快;減小固體反應(yīng)物
固體反應(yīng)物的表面積
的表面積,化學反應(yīng)速率減慢
其他形成原電池、使用合適的溶劑等也影響化學反應(yīng)速率
點撥:(1)由于增大反應(yīng)物濃度造成的反應(yīng)速率減慢,此時要考慮常溫下鐵和鋁在濃硫酸和濃硝酸中的鈍化。
例如,鐵和稀硫酸生成氫氣的反應(yīng),若將稀硫酸換成濃硫酸,發(fā)生鈍化,反應(yīng)不進行。
(2)中學階段一般只討論其他條件相同時,改變一個條件對化學反應(yīng)速率的影響。
3.稀有氣體對反應(yīng)速率的影響
A(g)+B(g)=C(g),恒溫恒容,充入氨氣,對反應(yīng)速率有何影響?恒溫恒壓,充入氨氣,對反應(yīng)速率又有何
影響?
"、V均不變,c不
變,速率不變
n不變,V變大,c
減小,速率減小
4.“控制變量法”探究影響化學反應(yīng)速率的因素
常見變量外界因素主要有:濃度、壓強、溫度、催化劑、固體表面積等
確定變量根據(jù)實驗?zāi)康?,研究某個變量對反應(yīng)速率的影響,需要控制其它外界因素不變,再
進行實驗
定多變一探究時,先確定一種變量,保證其它外界因素不變,看這個變量與探究的問題之間
存在什么關(guān)系,這樣依次進行,從而得出每種因素改變的影響結(jié)論
數(shù)據(jù)統(tǒng)一要注意控制數(shù)據(jù),使變量統(tǒng)一,才能得出正確結(jié)論
【特別提醒】多個因素影響反應(yīng)速率變化要看主要因素:
例如:鋅與稀硫酸反應(yīng)的圖像如下圖,由圖像可知氧氣的生成速率隨時間先由慢到快,然后又由快到慢。
反應(yīng)體系中硫酸所提供的氫離子濃度是由高到低,若氫氣的生成速率由其決定,速率的變化趨勢也應(yīng)由快
到慢,反應(yīng)前半程的原因只能是溫度所致,鋅與硫酸反應(yīng)時放熱,體系溫度逐漸升高,溫度對反應(yīng)速率的
影響占主導地位,一定時間后,硫酸的濃度下降占據(jù)主導地位,因而氫氣的生成速率隨時間先由慢到快,
然后又由快到慢。
三、可逆反應(yīng)
L概念:在相同條件下,既能向正反應(yīng)方向進行,同時又能向逆反應(yīng)方向進行的反應(yīng)。
2.特征:三同:相同條件,正、逆反應(yīng)同時進行,反應(yīng)物、生成物同時存在;
反應(yīng)不能進行完全,即任一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率均」hjioo%。
3.表示:化學方程式中用表示。
4.很多化學反應(yīng)在進行時都有一定的可逆性,不同反應(yīng)的可逆性不同,有些化學反應(yīng)在同一條件下可逆程
度很小,如2Na+2H2O===2NaOH+H2↑.視為“不可逆”反應(yīng)。
典型的可逆反應(yīng)有:Hz+L≠2HI,2SO2+C?w2SO3,
SO2+H2OH2SO3,NH3+H2ONH3?H2O等。
四、化學反應(yīng)(限度)平衡狀態(tài)的建立和理解
1.化學平衡狀態(tài)的建立
(1)化學平衡狀態(tài):在一定條件下,當一個可逆反應(yīng)進行到正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時,反應(yīng)物的濃度和
生成物的濃度不再變化,達到一種表面靜止的狀態(tài)。
(2)化學平衡狀態(tài)的建立過程
物質(zhì)濃度反應(yīng)過程反應(yīng)速率
反應(yīng)物濃度最大反應(yīng)
生成物濃度最小開始
反應(yīng)物濃度逐漸減小,
過程中
生成物濃度逐漸增大
反應(yīng)體系中各組
平衡時
分濃度不再改變
(3)化學平衡建立過程中化學反應(yīng)速率的變化圖像
從正反應(yīng)開始建立從逆反應(yīng)開始建立
2.化學平衡狀態(tài)的特征——“五字訣”
化學平衡狀態(tài)的特征概括為逆、等、動、定、變,即:
逆一化學平衡研究的對象是可逆反應(yīng)
等一達到化學平衡狀態(tài)時,正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等
動一化學平衡是一種表面靜止狀態(tài),反應(yīng)并未停止,是一種動態(tài)平衡
定一達到化學平衡狀態(tài)后,各組分濃度保持不變,不隨時間變化而變化
變一外界條件發(fā)生改變時,原平衡狀態(tài)將被打破,再在新條件下建立新的平衡狀態(tài)
五、化學平衡狀態(tài)的判斷
1.直接標志
(I)VJE=V逆。
①同一種物質(zhì)的生成速率等于消耗速率;
②在化學方程式同一邊的不同物質(zhì)的生成速率與消耗速率之比等于化學計量數(shù)之比;
③在化學方程式兩邊的不同物質(zhì)的生成(或消耗)速率之比等于化學計量數(shù)之比。
(2)各組分的濃度保持一定。
①各組分的濃度不隨時間的改變而改變;
②各組分的質(zhì)量分數(shù)、物質(zhì)的量分數(shù)、體積分數(shù)不隨時間的改變而改變。
2.間接標志
(1)反應(yīng)體系中的總壓強不隨時間的改變而變化(適用于反應(yīng)前后氣體體積不等的反應(yīng))。
(2)對于反應(yīng)混合物中存在有顏色變化的物質(zhì)的可逆反應(yīng),若體系中顏色不再改變,則反應(yīng)達到平衡狀態(tài)。
(3)全是氣體參加的反應(yīng)前后化學計量數(shù)改變的可逆反應(yīng),平均相對分子質(zhì)量保持不變。
(4)對同一物質(zhì)而言,斷裂化學鍵的物質(zhì)的量與形成化學鍵的物質(zhì)的量相等。
3.化學平衡狀態(tài)判斷“三關(guān)注”“一等一不變”
(1)三關(guān)注:
①關(guān)注反應(yīng)條件,是恒溫恒容,恒溫恒壓,還是絕熱恒容容器;
②關(guān)注反應(yīng)特點,是等體積反應(yīng),還是非等體積反應(yīng);
③關(guān)注特殊情況,是否有固體參加或生成,或固體的分解反應(yīng)。
(2)一等一不變:
,一.∣速率必須一個是正反應(yīng)速率,一個是逆反應(yīng)速率,且經(jīng)過換算后
?≡H?∣-同一物質(zhì)的消耗速率和生成速率相等
心」才M如果一個物理量隨著反應(yīng)的進行而改變,當其不變時為平衡狀態(tài);
父典小刈一隨反應(yīng)的進行保持不變的物理量,不能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)
4.反應(yīng)類型分析(如下表所示)
化學反應(yīng)mA(g)+“B(g)'pC(g)+qD(g)是否平衡
①各物質(zhì)的物質(zhì)的量或物質(zhì)的量分數(shù)一定平衡
混合物體
②各物質(zhì)的質(zhì)量或質(zhì)量分數(shù)一定平衡
系中各成
③各氣體的體積或體積分數(shù)一定平衡
分的含量
④總體積、總壓強、總物質(zhì)的量一定不一定平衡
①單位時間內(nèi)消耗了巾molA,同時也生成了〃?molA平衡
正、逆反應(yīng)
②單位時間內(nèi)消耗了nmolB,同時也消耗了pmolC平衡
速率之間
③V(A):v(B):V(C):v(D)=w:n:p:q不一定平衡
的關(guān)系
④單位時間內(nèi)生成了nmolB,同時也消耗了qmolD不一定平衡
①其他條件一定、總壓強一定,且,"+”≠p+q平衡
壓強
②其他條件一定、總壓強一定,且根+"=p+q不一定平衡
混合氣體①平均相對分子質(zhì)量一定,且膽+"τ%+q平衡
的平均相
②平均相對分子質(zhì)量一定,且m+"=p+q不一定平衡
對分子質(zhì)量
溫度任何化學反應(yīng)都伴隨著能量變化,當體系溫度一定時平衡
氣體的密度密度一定不一定平衡
顏色反應(yīng)體系內(nèi)有色物質(zhì)的顏色穩(wěn)定不變平衡
六、化學反應(yīng)條件的控制
1.目的:
'減慢有害反應(yīng)一速率
加快反應(yīng)速率_抑制有
目的——促進有利反應(yīng)一<減少甚至消除有害物質(zhì)產(chǎn)生
提高原料利用率.害反應(yīng).
.控制一副反應(yīng)一的發(fā)生
2.化工生產(chǎn)中反應(yīng)條件的調(diào)控:
(1)考慮因素:
化工生產(chǎn)中調(diào)控反應(yīng)條件時,需要考慮控制反應(yīng)條件的_成本一和一實際可能性_。
(2)實例——合成氨生產(chǎn)條件的選擇:
溫度越低氨的產(chǎn)率越高
合成氨溫度低反應(yīng)速率小,達到
生產(chǎn)條——400~500℃—*
平衡需要的時間很長,生
件選擇
產(chǎn)成本高
'壓強越大,氨的產(chǎn)率越高
一10?30MPa—,壓強越大,對動力和生產(chǎn)
.設(shè)備的要求越高
七、化學反應(yīng)速率與限度的圖像題解題通法
化學反應(yīng)速率與化學反應(yīng)限度問題常以圖像的形式出現(xiàn)在平面直角坐標系中,可能出現(xiàn)反應(yīng)物的物質(zhì)的量、
濃度、壓強、時間等因素。這類問題要按照“一看、二想、三判斷”這三步來分析。
(1)“一看”——看圖像
①看面,弄清楚橫、縱軸所表示的含義;
②看線,弄清楚線的走向和變化趨勢;
③看點,弄清楚曲線上點的含義,特別是曲線上的折點、交點、最高點、最低點等;
④看輔助線,作橫軸或縱軸的垂直線(如等溫線、等壓線、平衡線等);
⑤看量的變化,弄清楚是物質(zhì)的量的變化、濃度的變化,還是轉(zhuǎn)化率的變化。
(2)“二想”——想規(guī)律
如各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化量之比與化學計量數(shù)之比的關(guān)系,各物質(zhì)的化學反應(yīng)速率之比與化學計量數(shù)之比的關(guān)系,
外界條件的改變對化學反應(yīng)速率的影響規(guī)律以及反應(yīng)達到平衡時,外界條件的改變對正、逆反應(yīng)速率的影
響規(guī)律等。
⑶“三判斷”
利用有關(guān)規(guī)律,結(jié)合圖像,通過對比分析,作出正確判斷。
1.化學平衡建立過程中反應(yīng)速率變化圖像
反
應(yīng)
速M正)
率7”(正)R(逆)
助(逆):
時商
根據(jù)圖像可進行如下分析:
[≡≡1口(反應(yīng)物)最大T(E)最大
l—C(生成物)=OTr(逆)=0
反應(yīng)物)減小T,,(止)減小
反應(yīng)過程中I
生成物)增大一>『(逆)增大
-c(反應(yīng)物)與c(生成物)均不變
I反應(yīng)正衡時Ig
—r(∣E)="(逆)
2.化學平衡建立過程中物質(zhì)的量變化圖像
例如:某溫度時,在定容(VL)容器中,X、Y、Z三種物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時間的變化曲線如圖所示。
(1)由圖像得出的信息
①X、Y是反應(yīng)物,乙是生成物。
②hS時反應(yīng)達到平衡狀態(tài),X、Y并沒有全部反應(yīng),該反應(yīng)是可逆反應(yīng)。
③0~"s時間段:A"(X)="ι-"3mol,A"(Y)="2-"3mol,Azj(Z)=Hjmolo
(2)根據(jù)圖像可進行如下計算
①某物質(zhì)的平均速率、轉(zhuǎn)化率,如
n?~∏3
υ(X)=-77;—molL'?s;
V?13
Y的轉(zhuǎn)化率="*X100%O
∏2
②確定化學方程式中的化學計量數(shù)之比,X、Y、Z三種物質(zhì)的化學計量數(shù)之比為(犯一〃3):(世一〃3):這。
3.瞬時速率一時間圖像
(1)當可逆反應(yīng)達到一種平衡后,若某一時刻外界條件發(fā)生改變,都可能使速率一時間圖像的曲線出現(xiàn)不連
續(xù)的情況,根據(jù)出現(xiàn)“斷點”前后的速率大小,即可對外界條件的變化情況作出判斷。如圖:
Z1時刻改變的條件可能是使用了催化劑或增大壓強(僅適用于反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變的反應(yīng))。
(2)常見含“斷點”的速率一時間圖像分析
V
I
圖像次修
OO“IgtO0八t
溫升高降低升高降低
r?時刻
度正反應(yīng)為放熱反應(yīng)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)
所改變
壓增大減小增大減小
的條件
強正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)
4
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