第2章 化学反应的方向、限度与速率
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一、化学反应方向的判据 1．化学反应方向的判据
焓判据：ΔH＜0||，反应一般①______自发进行 熵判据：ΔS＜0||，反应一般②______自发进行 2．化学反应方向的判断
ΔH＜0 ΔS＞0||，该反应③______自发进行 ΔH＞0 ΔS＜0||，该反应④______自发进行 ΔH＞0 ΔS＞0||，该反应在⑤______下能自发进行 ΔH＜0 ΔS＜0||，该反应在⑥______下能自发进行 [答案] ①能 ②不能 ③一定能 ④一定不能 ⑤较高温度 ⑥较低温度 二、化学反应的速率和工业合成氨
ΔcB
【答案】 ① ②mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1 ③反应物本身的性质 ④增
Δt大 ⑤产物氨
三、化学反应的限度
c0A－[A][C]p[D]q
【答案】 ①mn ②温度 ③×100% ④吸热 ⑤放热 ⑥右 ⑦
[A][B]c0A左 ⑧减小 ⑨增大
[专题总结对练]
专题一 化学平衡计算模式与公式
化学平衡的计算一般涉及各组分的物质的量、浓度、转化率、百分含量、气体混合物的密度、平均摩尔质量、压强、平衡常数等||。
1．计算模式
化学平衡计算的最基本的方法模式是“三段式法”||。具体步骤是在化学方程式下写出有关物质起始时的物质的量、发生转化的物质的量、平衡时的物质的量(也可以是物质的量浓度或同温同压下气体的体积)||，再根据题意列式求解||。
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mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
n(起始)/(mol) a b 0 0 n(转化)/(mol) mx nx px qx n(平衡)/(mol) a－mx b－nx px qx 起始、转化、平衡是化学平衡计算的“三步曲”||。 2．计算公式
(1)v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q(未达到平衡时||，用于确定化学方程式中未知的系数)||。
[C]p[D]qpx/Vpqx/Vq
(2)K＝mn＝(Q＞K||，v正＜v逆；Q＜K||，v正＞v逆)||。
[A][B][a－mx/V]m[b－nx/V]nnA
(3)c(A)平＝
VnA
(4)α(A)＝
nAnA
(5)φ(A)＝
n总
平
＝
a－mx
||。 V
mx
×100%＝×100%||。
a起始
消耗平
×100%||。
p平n平a＋b＋p＋q－m－nx＝＝(同T、V时)||，混合气体p始n始a＋b
(6)平衡时与起始时的压强比
ρ1M1ρ1V2
的密度比＝(同T、p时)||，＝(同质量的气体时)等||。
ρ2M2ρ2V1
MAma·(7)混合气体的密度ρ(混)＝＝
V(8)平衡时混合气体的平均摩尔质量 M＝
a·MA＋b·MBm＝(g·mol－1)||。 n平a＋b＋p＋q－m－nx
＋b·MB
(g·L－1)(V不变时||，ρ不变)||。
V
[考题对练]
1．在容积为1.00 L的容器中||，通入一定量的N2O4||，发生反应N2O4(g)随温度升高||，混合气体的颜色变深||。
回答下列问题：
【导学号：41722123】
(1)反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)；100 ℃时||，体系中各物质浓度随时间变化如上图所示||。在0～60 s时段||，反应速率v(N2O4)为________mol·L－1·s－1；反应的平衡常数K1为________||。
2NO2(g)||，
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(2)100 ℃时达平衡后||，改变反应温度为T||，c(N2O4)以0.002 0 mol·L－1·s－1的平均速率降低||，经10 s又达到平衡||。
a：T________100 ℃(填“大于”或“小于”)||，判断理由是
___________________________________________________________||。 b：列式计算温度T时反应的平衡常数K2________||。
(3)温度T时反应达平衡后||，将反应容器的容积减少一半||。平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动||，判断理由是_________________________||。
[解析] (1)由题意及图示知||，在1.00 L的容器中||，通入0.100 mol的N2O4||，发生反应：N2O4(g)
2NO2(g)||，随温度升高混合气体的颜色变深||，说明反应向生成NO2的方向
移动||，即向正反应方向移动||，所以正反应为吸热反应||，即ΔH>0；由图示知60 s时该反应Δc达到平衡||，消耗N2O4为0.100 mol·L－1－0.040 mol·L－1＝0.060 mol·L－1||，根据v＝可知：
Δt0.060 mol·L－1
v(N2O4)＝＝
60 s
0．001 0 mol·L－1·s－1；求平衡常数可利用三段式： N2O4(g)
2NO2(g)
起始量/(mol·L－1) 0.100 0 转化量/(mol·L－1) 0.060 0.120 平衡量/(mol·L－1) 0.040 0.120 [NO2]2K1＝＝
[N2O4]
0.12 mol·L－10.04 mol·L－1
2
＝0.36 mol·L－1||。
2NO2(g)
(2)100 ℃时达平衡后||，改变反应温度为T||，c(N2O4)降低||，说明平衡N2O4(g)
向正反应方向移动||，根据勒·夏特列原理||，温度升高||，向吸热反应方向移动||，即向正反应方向移动||，故T>100 ℃||，由c(N2O4)以0.002 0 mol·L－1·s－1的平均速率降低||，经10 s又达到平衡||，可知此阶段内消耗N2O4 0.002 0 mol·L－1·s－1×10 s＝0.020 mol·L－1||，由三段式：
N2O4(g)
2NO2(g)
起始量/(mol·L－1) 0.040 0.120 转化量/(mol·L－1) 0.020 0.040 平衡量/(mol·L－1) 0.020 0.160 [NO2]2
K2＝＝
[N2O4]
0.160 mol·L－10.020 mol·L－1
2
＝1.28 mol·L－1||。
(3)温度T时反应达到平衡后||，将反应容器的容积减少一半||，压强增大||，平衡会向气
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体体积减小的方向移动||，该反应逆反应为气体体积减小的反应||，故平衡向逆反应方向移动||。
[答案] (1)大于 0.001 0 0.36 mol·L－1
(2)大于 反应正方向吸热||，反应向吸热方向进行||，故温度升高
平衡时||，c(NO2)＝0.120 mol·L－1＋0.002 0 mol·L－1·s－1×10 s×2＝0.160 mol·L－1 c(N2O4)＝0.040 mol·L－1－0.002 0 mol·L－1·s－1×10 s＝0.020 mol·L－1 0.160 mol·L－1K2＝
0.020 mol·L－1
2
＝1.28 mol·L－1
(3)逆反应 对气体分子数增大的反应||，增大压强平衡向逆反应方向移动 专题二 外界条件对化学反应速率的影响规律
影响化学反应速率的因素包括内因和外因||。 内因是指反应物本身的性质；外因包括浓度、温度、压强、催化剂、反应物颗粒大小等||。这些外界条件对化学反应速率影响的规律和原理如下：
1．浓度
(1)浓度增大||，单位体积内活化分子数增多(活化分子百分数不变)||，有效碰撞的几率增加||，化学反应速率增大||。
(2)浓度改变||，可使气体间或溶液中的化学反应速率发生改变||。固体或纯液体的浓度可视为常数||，它们的物质的量的变化不会引起反应速率的变化||，但固体颗粒的大小会导致接触面积的变化||，故影响化学反应速率||。
2．压强
改变压强||，对化学反应速率产生影响的根本原因是引起浓度的改变||。对于有气体参加的反应体系||，有以下几种情况：
(1)恒温时 增大压强(2)恒容时 ①充入气体反应物
反应物浓度增大
总压增大
反应速率增大||。
体积缩小
浓度增大
反应速率增大||。
②充入“稀有气体”(3)恒压时
总压增大||，但各物质的浓度不变||，反应速率不变||。
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充入“稀有气体”3．温度
体积增大各物质浓度减小反应速率减小||。
(1)温度升高||，活化分子百分数提高||，分子间的碰撞频率提高||，化学反应速率增大||。 (2)温度升高||，吸热反应和放热反应的速率都增大||。实验测得||，温度每升高10 ℃||，化学反应速率通常增大为原来的2～4倍||。
4．催化剂
(1)催化剂对反应过程的影响通常可用图表示(加入催化剂||，B点降低)||。催化剂能改变反应路径、降低活化能、增大活化分子百分数、加快反应速率||，但不影响反应的ΔH||。
(2)催化剂只有在适宜的温度下活性最大||，反应速率才达到最大||。
(3)对于可逆反应||，催化剂能够同等程度地改变正、逆反应速率||，对化学平衡状态无影响||，生产过程中使用催化剂主要是为了提高生产效率||。
[特别提示] 在分析多个因素(如浓度、温度、反应物颗粒大小、催化剂、压强等)对反应速率的影响规律时||，逐一改变一个因素而保证其他因素相同||，通过实验分析得出该因素影响反应速率的结论||，这种方法叫控制变量法||。
[专题对练]
2．已知分解1 mol H2O2放出热量98 kJ||，在含少量I－的溶液中||，H2O2分解的机理为： H2O2＋I－―→H2O＋IO－ 慢 H2O2＋IO－―→H2O＋O2↑＋I－ 快 下列有关该反应的说法正确的是( ) A．反应速率与I－浓度有关 B．IO－也是该反应的催化剂 C．反应活化能等于98 kJ·mol－1 D．v(H2O2)＝v(H2O)＝v(O2)
A [A．将题给两个反应合并可得总反应为2H2O2===2H2O＋O2↑||，该反应中I－作催化剂||，其浓度的大小将影响该反应的反应速率||。
B．该反应中IO－是中间产物||，不是该反应的催化剂||。
C．反应的活化能表示一个化学反应发生所需要的最小能量||，分解1 mol H2O2放出98 kJ热量||，不能据此判断该反应的活化能||。
D．由反应速率与化学方程式中对应物质的系数的关系可知v(H2O2)＝2v(O2)||，但H2O为纯液体||，不能用其浓度变化表示反应速率||。]
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高中化学第2章化学反应的方向限度与速率章末小结与测评学案鲁科版选修
