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章末復習
第2章 化學反應的方向、限度與速率
1.能書寫平衡常數表達式，進行平衡常數、轉化率的簡單計算；能利用平衡常數和濃度商的關系判斷化學反應是否達到平衡狀態以及平衡移動的方向。
2.能運用濃度、壓強、溫度對化學平衡的影響規律，推測平衡移動方向及濃度、轉化率等相關物理量的變化，能討論化學反應條件的選擇和優化。
3.能進行化學反應速率的簡單計算。
4.能運用溫度、濃度、壓強和催化劑對化學反應速率的影響規律解釋實際問題，進行化學反應條件的選擇和優化。
1.判斷化學反應進行方向的兩種方法
知識點一：化學反應的方向
(1)利用化學反應原理判斷的幾種方法
①相對強酸(堿)可制備相對弱酸(堿)。
②強氧化性與強還原性的物質反應可生成弱氧化性與弱還原性的物質。
③穩定性弱的物質可生成穩定性強的物質。
④滿足復分解反應條件的溶液中的反應。
(2)用焓變和熵變綜合判斷反應的方向
判斷一定溫度、壓強條件下反應的方向時,應同時考慮焓變與熵變兩個因素,用ΔH-TΔS作為判據。在等溫、等壓及除了體積功以外不做其他功的條件下,反應總是向ΔH-TΔS<0的方向進行,直至達到平衡狀態。
對于一個特定的氣相反應,熵變的大小取決于反應前后的氣體物質的物質的量的多少。
ΔH ΔS ΔH-TΔS 反應情況
－ ＋
＋ －
＋ ＋
－ －
永遠是負值
低溫為負，高溫為正
在任何溫度下均能正向自發進行
在任何溫度下均不能正向自發進行
低溫時非自發，高溫時自發
永遠是正值
低溫時自發，高溫時非自發
低溫為負，高溫為正
知識點二：化學反應的限度
1.化學平衡常數
(1)表達式：
c平(A) c平(B)
K＝
c
c平(C) c平(D)
d
a
b
純固體或純液體不列入平衡常數的表達式中
對于一個反應，其平衡常數的表達式不唯一
(2)影響因素：
只受溫度影響
(3)化學平衡常數的意義
Q 與 K Q＜K Q＝K Q＞K
反應進行的方向
正向
平衡狀態
逆向
①判斷反應進行的程度
②判斷可逆反應是否達到化學平衡狀態
③預測反應進行的方向
2.平衡轉化率
(1)表達式：
α(A)＝
初始時A的物質的量－平衡時A的物質的量
初始時A的物質的量
×100%
注：對于溶液體系和恒容的氣態反應體系，可以用物質的量濃度進行計算。
a A(g)＋b B(g) c C(g)＋d D(g)
初始濃度／ (mol·L-1）
m
n
0
0
轉化濃度／ (mol·L-1)
ax
bx
cx
dx
平衡濃度／ (mol·L-1）
cx
dx
m－ax
n－bx
(2)化學平衡的計算方法——“三段式法”
多種反應物參加反應時，提高一種反應物的物質的量，可以提高其他反應物的轉化率，而該反應物本身的轉化率會降低。
(3)規律：
3.反應條件對化學平衡的影響
(1)溫度：
升高溫度，平衡向吸熱方向移動
降低溫度，平衡向放熱方向移動
(2)濃度：
增大反應物濃度，或減小反應產物濃度
減小反應物濃度，或增大反應產物濃度
平衡正向移動
平衡逆向移動
Q
Q
Q
K
K
K
QQ=K
Q>K
平衡正移
平衡逆移
(3)壓強：
①對于Δvg≠0的反應：增大壓強，化學平衡向氣體分子數減小的方向移動；減小壓強，化學平衡向氣體分子數增大的方向移動。
②對于Δvg=0的反應：壓強改變，平衡不移動。
如果改變影響平衡的條件之一（如溫度、壓強、以及參加反應的化學物質的濃度），平衡向著能夠減弱這種改變的方向移動?！铡は奶亓性?br/>知識點三：化學反應的速率
1.化學反應是有歷程的
大多數的總反應是由幾個基元反應組成的，也稱復雜反應。
一些化學反應是反應物一步直接轉化為反應產物的，其總反應就是基元反應，這類反應又稱為簡單反應。
同一反應，在不同的條件下反應歷程也可能不同。
2.化學反應速率的定量表示方法
v(A)=
(1)表達式：
(2)用不同物質表示的反應速率之間的關系：
v(A) v(B) v(C) v(D)
a b c d
＝
＝
＝
(3)化學反應速率的物理測定法：
量氣法、比色法、電導法
3.影響化學反應速率的因素
(1)濃度：
υ = k cm(A)·cn(B)
k，m，n均為實驗測定的結果
k稱為反應速率常數，與濃度無關，但受溫度、催化劑、固體表面性質等因素的影響。
(2)壓強(氣體)：
恒溫時：體積縮小
恒容時：充入氣體反應物
充入“惰性氣體”
恒壓時：充入“惰性氣體”
→壓強增大→濃度增大→反應速率加快
→總壓強增大→濃度增大→反應速率加快
→總壓強增大，但各物質的濃度不變，反應速率不變
→體積增大→各反應物的濃度減小→反應速率減慢
(3)溫度：
H2+Cl· HCl+H·
Cl·
反應物
H
H
Ea=E過渡態－E反應物
反應產物
Cl
H·
H
過渡態
Cl
H
H
升溫
提供反應物分子的能量
增大反應物之間的碰撞頻率
增大反應物分子
形成過渡態的比例
提高化學
反應速率
(4)催化劑：
催化劑改變反應歷程
降低反應活化能
加快化學反應速率
催化原理
注意：催化劑不能改變化學反應的平衡常數,不能改變平衡轉化率。
特點
①選擇性:只對某一反應或某類反應起催化作用。
②高效性:可以較大幅度降低反應的活化能,從而加快化學反應速率。
注意：催化劑活性
知識點四：化學反應速率、化學平衡圖像
1.速率—時間圖像
2.轉化率(或含量)—時間圖像
劃等壓線或等溫線,然后分析另一條件變化對該反應的影響。
3.恒壓(溫)線
(1)對于化學反應mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),如圖所示,M點前,表示從反應物開始,v(正)>v(逆);M點為剛達到平衡點;M點后為平衡受溫度的影響情況,即升溫,A的百分含量增加或C的百分含量減少,平衡左移,故正反應ΔH<0。
4.特殊類型圖像
(2)對于化學反應mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),如圖所示,L線上所有的點都是平衡點。L線的左上方(E點),A的百分含量大于此壓強時平衡體系的A的百分含量,所以E點v(正)>v(逆);則L線的右下方(F點),v(正)知識點五：化學反應條件的優化——工業合成氨
合成氨反應的限度 合成氨反應的速率
低溫
高壓
增加反應物濃度、分離氨
n(N2) : n(H2) = 1 : 3
高溫
高壓
增加反應物濃度、分離氨
n(N2) : n(H2) = 1 : 2.8
鐵催化劑
此外，還應該考慮原料的價格、未轉化的合成氣（氮氣和氫氣）的循環使用、反應熱的綜合利用等問題。
700K
【考點一】化學平衡移動
【例】反應NH4HS(s) NH3(g)+H2S(g)在某溫度下達到平衡,下列各種情況下,不會使平衡發生移動的是(　　)
A.溫度、容積不變,通入SO2氣體
B.溫度、容積不變,通入HCl氣體
C.移走一部分NH4HS固體
D.容器體積不變,通入NH3
C
化學平衡移動類判斷題的思維過程
明
確
特
點
容器特點（恒溫恒容，恒溫恒壓）
反應特點（物質狀態，反應前后氣體量的變化，ΔH的正負）
分析
條件
平衡移動原理
得出結論
【練一練】
據報道,在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氫氣合成乙醇
[2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g)]已成為現實。
下列敘述錯誤的是(　　)
A.使用催化劑可大大提高生產效率
B.反應需在300 ℃下進行可推測該反應是吸熱反應
C.充入大量CO2氣體可提高H2的轉化率
D.從平衡混合氣體中分離出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率
B
【考點二】轉化率
【例】室溫下,向圓底燒瓶中加入1 mol C2H5OH和含1 mol HBr的氫溴酸,溶液中發生反應:C2H5OH+HBr C2H5Br+H2O,充分反應后達到平衡。已知常壓下,C2H5Br和C2H5OH的沸點分別為38.4 ℃和78.5 ℃。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A.加入NaOH,可增大乙醇的物質的量
B.增大HBr濃度,有利于生成C2H5Br
C.若反應物均增大至2 mol,則兩種反應物平衡轉化率之比不變
D.若起始溫度提高至60 ℃,可縮短反應達到平衡的時間
D
轉化率大小變化分析
轉化率大小變化分析
【練一練】
1.CH4-CO2催化重整反應為CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)　ΔH=+247 kJ·mol-1。有利于提高CH4平衡轉化率的條件是(　　)
A.高溫低壓 B.低溫高壓
C.高溫高壓 D.低溫低壓
A
2.已知X(g)+Y(g) 2Z(g)　ΔH<0。反應發生后,t1時達到平衡,t2時改變條件,t3時達到新平衡,則t2時改變的條件可能是(　　)
A.升高溫度
B.減小Z的濃度
C.縮小反應容器容積
D.增大X或Y的濃度
A
【考點三】化學平衡常數(K)及轉化率(α)的計算
【例】某溫度下，等物質的量的碘和環戊烯在剛性容器內發生反應
ΔH=+89.3 kJ·mol-1,起始總壓為105 Pa,平衡時總壓增加了20%,環戊烯的轉化率為　　　　,該反應的壓強平衡常數Kp=　　　　　。達到平衡后,欲增加環戊烯的平衡轉化率,可采取的措施有_____(填標號)。
A.通入惰性氣體 B.提高溫度
C.增加環戊烯濃度 D.增加碘濃度
BD
40%
3.56×104 Pa
轉化率、分壓的計算
(1)反應物的轉化率= ×100%
(2)分壓=總壓×物質的量分數
化學平衡常數
c平(A) c平(B)
K＝
c
c平(C) c平(D)
d
a
b
(1)化學平衡常數表達式：
對于 a A(g)＋b B(g) c C(g)＋d D(g)
p平(A) p平(B)
Kp＝
c
p平(C) p平(D)
d
a
b
[p平(C)為平衡時氣體C的分壓]
化學平衡常數
(2)依據化學方程式計算平衡常數。
①同一可逆反應中,K正·K逆=1;
②同一反應方程式中的化學計量數擴大n倍或縮小到原來的1/n，則新平衡常數K'與原平衡常數K間的關系是K'=Kn或K'=；
③幾個可逆反應方程式相加,得總反應方程式,則總反應的平衡常數等于分步反應的平衡常數之積。
活性炭還原NO2的反應為2NO2(g)+2C(s) N2(g)+2CO2(g),在恒溫條件下,1 mol NO2和足量活性炭發生該反應,測得平衡時NO2和CO2的物質的量濃度與平衡總壓的關系如圖1所示,C點時該反應的平衡常數Kp=　　(Kp為以分壓表示的平衡常數,分壓=總壓×物質的量分數)。
【練一練】
4
【考點四】化學反應速率的比較
1.對于反應A(g)+3B(g) === 2C(g),下列各數據表示不同條件下的反應速率,其中反應進行得最快的是 (　　)
A.v(A)=0.01 mol·L-1·s-1 B.v(B)=0.02 mol·L-1·s-1
C.v(B)=0.60 mol·L-1·min-1 D.v(C)=1.0 mol·L-1·min-1
2.反應A+3B === 2C+2D在四種不同情況下的反應速率分別為
①v(A)=0.15 mol·L-1·s-1;②v(B)=0.6 mol·L-1·s-1;
③v(C)=0.4 mol·L-1·s-1;④v(D)=0.45 mol·L-1·s-1。
該反應進行的快慢順序為　　　　　　。
【練一練】
A
④>③=②>①
(1)歸一法:依據化學反應速率之比等于化學式前的系數之比,將同一反應中用不同物質表示的反應速率轉化成用同一種物質表示的反應速率,然后直接依據數值進行比較。
(2)比值法:用不同條件下各物質的量表示的反應速率除以對應各物質的系數,然后再對求出的數值(注意單位保持一致)進行大小排序,數值大的反應速率快。
化學反應速率的比較方法
【考點五】化學反應速率、化學平衡圖像分析
【例】(雙選)不同溫度下反應3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s) 4SiHCl3(g)　ΔH<0中SiCl4的轉化率如圖所示。下列敘述正確的是(　　)
A.B點:v(正)>v(逆)
B.v(正):A點>E點
C.反應適宜溫度:480~520 ℃
D.某一溫度下加入SiCl4可提高SiCl4的轉化率
AC
解答化學平衡圖像題的四步驟
分析已達平衡的
可逆反應的特點
①反應物和生成物的物質狀態；
②反應前后氣體的總物質的量是增大還是減??；
③反應是吸熱反應，還是放熱反應
看圖像
一看面（即縱坐標與橫坐標的意義）；
二看線（即線的走向和變化趨勢）；
三看點（即起點、折點、交點、終點）；
四看輔助線（如等溫線、等壓線、平衡線等）；
五看量的變化（如濃度變化、溫度變化等）
想規律
聯想外界條件的改變對化學反應速率和化學平衡的影響規律。
做判斷
根據圖像中所表現的關系與所學規律相對比，做出符合題目要求的判斷
【練一練】
某密閉容器中充入等物質的量的A和B,一定溫度下發生反應A(g)+xB(g) 2C(g),達到平衡后,改變反應條件,在不同的時間段內反應物的濃度隨時間的變化如圖甲所示,正、逆反應速率隨時間的變化如圖乙所示,下列說法中正確的是(　　)
A.30~40 min間該反應使用了催化劑
B.化學方程式中的x=1,正反應為吸熱反應
C.30 min時降低溫度,40 min時升高溫度
D.8 min前A的平均反應速率為0.08 mol·L-1·min-1
D
化學反應
化學反應的方向
化學反應的限度
化學反應的速率
合成氨工業的適宜條件
T、P一定，判據為ΔH－TΔS
反應放熱和熵增加都有利于反應自發進行
化學平衡常數
平衡轉化率
化學平衡狀態
化學平衡移動的外因
溫度
濃度
壓強
表示方法
影響因素
內因
外因
反應物的結構、性質
濃度
溫度
壓強
催化劑
700K、加壓、鐵催化劑、投料比n(N2):n(H2)=1:2.8

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