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【人教版】高中化学选修4知识点总结:第二章化学反应速率和化学平衡.doc

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1第二章化学反应速率和化学平衡一、化学反应速率(1 )化学反应速率的概念化学反应速率是用来衡量化学反应进行的快慢程度的物理量。(2 )化学反应速率的表示方法对于反应体系体积不变的化学反应,通常用单位时间内反应物或生成物的物质的量浓度的变化值表示。某一物质 A 的化学反应速率的表达式为式中 某物质 A 的浓度变化,常用单位为 mol·L-1。某段时间间隔,常用单位为 s,min,h。υ 物质 A 的反应速率,常用单位是 mol·L-1·s-1,mol·L -1·s-1 等。(3 )化学反应速率的计算规律①同一反应中不同物质的化学反应速率间的关系同一时间内,用不同的物质表示的同一反应的反应速率数值之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。②化学反应速率的计算规律同一化学反应,用不同物质的浓度变化表示的化学反应速率之比等于反应方程式中相应的物质的化学计量数之比,这是有关化学反应速率的计算或换算的依据。(4 )化学反应速率的特点①反应速率不取负值,用任何一种物质的变化来表示反应速率都不取负值。②同一化学反应选用不同物质表示反应速率时,可能有不同的速率数值,但速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。③化学反应速率是指 时间内的“平均”反应速率。小贴士①化学反应速率通常指的是某物质在某一段时间内化学反应的平均速率,而不是在某一时刻的瞬时速率。②由于在反应中纯固体和纯液体的浓度是恒定不变的,因此对于有纯液体或纯固体参加的反应一般不用纯液体或纯固体来表示化学反应速率。其化学反应速率与其表面积大小有关,而与其物质的量的多少无关。通常是通过增大该物质的表面积(如粉碎成细小颗粒、 充分搅拌、 振荡等)来加快反应速率。③对于同一化学反应,在相同的反应时间内,用不同的物质来表示其反应速率,其数值可能不同,但这些不同的数值表示的都是同一个反应的速率。因此,表示化学反应的速率时,必须指明是用反应体系中的哪种物质做标准。2、化学反应速率的测量2(1 )基本思路化学反应速率是通过实验测定的。因为化学反应中发生变化的是体系中的化学物质(包括反应物和生成物),所以与其中任何一种化学物质的浓度(或质量)相关的性质在测量反应速率时都可以加以利用。(2 )测定方法①直接可观察的性质,如释放出气体的体积和体系的压强。②依靠科学仪器才能测量的性质,如颜色的深浅、光的吸收、光的发射、导电能力等。③在溶液中,当反应物或产物本身有比较明显的颜色时,常常利用颜色深浅和显色物质浓度间的正比关系来跟踪反应的过程和测量反应速率。二、影响化学反应速率的因素1、 发生化学反应的前提有效碰撞理论(1 )有效碰撞能够发生化学反应的碰撞。化学反应发生的先决条件是反应物分子之间必须发生碰撞。反应物分子之间的碰撞只有少数碰撞能导致化学反应的发生,多数碰撞并不能导致反应的发生,是无效碰撞。碰撞的频率越高,则化学反应速率就越大。(2 )活化能和活化分子①活化分子在化学反应中,能量较高,有可能发生有效碰撞的分子。活化分子之间之所以能够发生有效碰撞,是由于它们的能量高,发生碰撞时,能够克服相撞分子之间的排斥力,破坏分子内部原子之间的“结合力” ,从而导致反应物分子破坏,重新组合成生成物分子,发生化学反应。②活化能活化分子所多出的那部分能量(或普通分子转化成活化分子所需的最低能量)。③活化能与化学反应速率活化分子数目的多少决定了有效碰撞发生的次数。在分子数确定时,活化分子百分数增大,有效碰撞的次数增多,反应速率加快。2、 决定化学反应速率的内部因素不同的化学反应具有不同的反应速率,影响反应速率的主要因素是内因,即参加反应的物质本身的性质。内因参加反应的物质的性质和反应的历程,是决定化学反应速率的主要因素。3、 影响化学反应速率的外部因素当物质确定时 (即内因固定),在同一反应中,影响反应速率的因素是外因,即外界条件,主要有温度、浓度、压强、催化剂等。3(1 ) 浓度对化学反应速率的影响①规律其他条件不变时,增大反应物的浓度,可以加快反应速率;减小反应物的浓度,可以减慢化学反应的速率。②理论解释在其他条件不变时,对某一反应来说,活化分子百分数是一定的,即单位体积内的活化分子数与反应物的浓度成正比。(2 ) 压强对反应速率的影响① 影响对象 压强只影响有气体参与的反应的反应速率对于没有气体参与的反应,压强对它的反应速率没有任何影响。注压强影响,只适用于讨论有气体参加的反应,当然并不一定参加反应的物质全部是气体,只要有气体参与,压强即会影响反应的反应速率。② 规律对于有气体参加的反应,若其他条件不变,增大压强,反应速率加快;减小压强,反应速率减慢。③ 理论解释对气体来说,若其他条件不变,增大压强,是增大了浓度 单位体积内活化分子数增多 有效碰撞次数增多 化学反应速率增大。因此,增大压强,可以增大化学反应速率。(3 ) 温度对反应速率的影响①规律其他条件不变时,升高温度,可以增大反应速率,降低温度,可以减慢反应速率。②理论解释温度是分子平均动能的反映,温度升高,使得整个体系中分子的能量升高,分子运动速率加快。(4 ) 催化剂对反应速率的影响①规律催化剂可以改变化学反应的速率。在不加说明时,催化剂一般指使反应速率加快的正催化剂。②催化剂影响化学反应速率的原因在其他条件不变时, 使用催化剂可以大大降低反应所需要的能量,会使更多的反应物分子成为活化分子,大大增加活化分子百分数,因而使反应速率加快。同一催化剂能同等程度地改变正、逆反应的速率。三、化学平衡1、化学平衡状态(1 )溶解平衡状态的建立当溶液中固体溶质溶解和溶液中溶质分子聚集到固体表面的结晶过程的速率相等时,饱和溶液的浓度和固体溶质的质量都保持不变,达到溶解平衡。溶解平衡是一种动态平衡状态。小贴士①固体溶解过程中,固体的溶解和溶质分子回到固体溶质表面这两个过程一直存在,只不过二者速率不同,在宏观上表现为固体溶质的减少。当固体全部溶解后仍未达4到饱和时,这两个过程都不存在了。②当溶液达到饱和后,溶液中的固体溶解和溶液中的溶质回到固体表面的结晶过程一直在进行,并且两个过程的速率相等,宏观上饱和溶液的浓度和固体溶质的质量都保持不变,达到溶解平衡状态。(2 )可逆反应与不可逆反应①可逆反应在同一条件下,同时向正、 反两个方向进行的化学反应称为可逆反应。前提反应物和产物必须同时存在于同一反应体系中,而且在相同条件下,正、逆反应都能自动进行。②不可逆反应在一定条件下,几乎只能向一定方向(向生成物方向)进行的反应。(3 )化学平衡状态的概念化学平衡状态指的是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浓度保持不变的状态。理解化学平衡状态应注意以下三点①前提是“一定条件下的可逆反应” , “一定条件” 通常是指一定的温度和压强。②实质是“正反应速率和逆反应速率相等” ,由于速率受外界条件的影响,所以速率相等基于外界条件不变。③标志是“反应混合物中各组分的浓度保持不变” 。浓度没有变化,并不是各种物质的浓度相同。对于一种物质来说,由于单位时间内的生成量与消耗量相等,就表现出物质的多少不再随时间的改变而改变。2、化学平衡移动可逆反应的平衡状态是在一定外界条件下(浓度、温度、压强)建立起来的,当外界条件发生变化时,就会影响到化学反应速率,当正反应速率不再等于逆反应速率时,原平衡状态被破坏,并在新条件下建立起新的平衡。此过程可表示为(1 )化学平衡移动可逆反应中旧化学平衡的破坏、新化学平衡的建立过程。(2 )化学平衡移动的原因反应条件的改变,使正、逆反。应速率发生变化,并且正、逆反应速率的改变程度不同,导致正、逆反应速率不相等,平衡受到破坏,平衡混合物中各组分的含量发生相应的变化。5①若外界条件改变,引起 υ 正 ν 逆 时,正反应占优势,化学平衡向正反应方向移动,各组分的含量发生变化;②若外界条件改变,引起 υ 正 ν 逆 时,逆反应占优势,化学平衡向逆反应方向移动,各组分的含量发生变化;③若外界条件改变,引起 υ 正 和 ν 逆 都发生变化,如果 υ 正 和 ν 逆 仍保持相等,化学平衡就没有发生移动,各组分的含量从保持一定到条件改变时含量没有变化。(3 )浓度对化学平衡的影响在其他条件不变的情况下增大反应物的浓度,平衡向正反应方向移动,使反应物的浓度降低;减小产物的浓度,平衡向正反应方向移动,使产物的浓度增大;增大产物的浓度,平衡向逆反应方向移动,使产物的浓度降低;减小反应物的浓度,平衡向逆反应方向移动,使反应物的浓度增大。(4 )压强对化学平衡的影响在其他条件不变的情况下,对于有气体参加或者生成的反应,增大压强,会使气体的浓度增大相同的倍数,正、逆反应速率都增加,化学平衡向着气体体积缩小的反应方向移动;减小压强,会使气体的浓度减小相同的倍数,正、逆反应速率都减小,会使化学平衡向着气体体积增大的反应方向移动。(5 )温度对化学平衡的影响在其他条件不变的情况下,温度升高,化学平衡向着吸热反应方向移动;温度降低,化学平衡向着放热反应方向移动。6催化剂对化学平衡的影响使用催化剂不影响化学平衡的移动。由于催化剂可以改变化学反应速率,而且对于可逆反应来说,催化剂对正反应速率与逆反应速率影响的程度是等同的,所以平衡不移动。但应注意,虽然催化剂不使化学平衡移动,但使用催化剂可影响可逆反应达到平衡的时间。7勒夏特列原理①原理内容如果改变影响平衡的一个条件 (如温度、压强等) ,平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。外界条件对化学平衡的影响见下表。6②适用范围勒夏特列原理适用于已达平衡的体系(如溶解平衡、化学平衡、电离平衡、水解平衡等) 。勒夏特列原理不适用于未达平衡的体系。3、化学平衡常数(1 )概念在一定温度下,当一个可逆反应达到平衡状态时,生成物的平衡浓度用化学方程式中的化学计量数作为指数的乘积与反应物的平衡浓度用化学方程式中的化学计量数作为指数的乘积的比值是一个常数,这个常数叫做化学平衡常数,简称平衡常数。用符号 K 示。对于一般可逆反应mAgnBgpCgqDg,在一定温度下 K,K 为常数,只要温度不变,对于一个具体的可逆反应就对应一个具体的常数值。(2 )平衡表达式 K 的意义①判断可逆反应进行的方向②表示可逆反应进行的程度7(3 )平衡转化率含义平衡转化率是指用平衡时已转化了的某反应物的量与反应前(初始时) 该反应物的量之比来表示反应在该条件下的最大限度。 四、化学反应进行的方向化学反应的方向(1 )自发过程和自发反应自发过程 在一定条件下不借助外部力量就能自动进行的过程。自发反应在一定的条件(如温度、 压强)下,一个反应可以自发进行到显著程度,就称 非自发反应不能自发地进行,必须借助某种外力才能进行的反应。 自发反应一定属于自发过程。(2 )自发反应的能量判据自发反应的体系总是趋向于高能状态转变为低能状态 (这时体系往往会对外做功或释放热量) ,这一经验规律就是能量判断依据。注反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素,但不是唯一的因素,并且自发反应与反应的吸放热现象没有必然的关系。(3 )自发反应的熵判据①熵的含义在密闭的条件下,体系由有序自发地转变为无序的倾向,这种推动体系变化的因素称作熵。熵用来描述体系的混乱度,符号为 S。熵值越大,体系的混乱度越大。注自发的过程是熵增加的过程。熵增加的过程与能量状态的高低无关。熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素,但也不是唯一的因素。②熵增加原理自发过程的体系趋向于有序转变为无序,导致体系的熵增加,这一经验规律叫做熵增加原理,也是反应方向判断的熵依据。与有序体系相比,无序体系“更加稳定”。③反应的熵变化学反应存在着熵变。反应的熵变( 杂)为反应产物总熵与反应物总熵之差。对于确定的化学反应,在一定条件下具有确定的熵变。常见的熵增加的化学反应产生气体的反应,气体物质的量增大的反应,熵变的数值通常都是正值,为熵增加反应。常见的熵减少的化学反应有些熵减小的反应即 杂 约 园 的反应在一定条件下也可以自发进行,如铝热反应。(4 )自发反应的复合判据化学反应方向的复合判据在温度、压强一定的条件下,化学反应的方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果,反应方向的判据为 8
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