Resumen de las velocidades de reacción química y las reglas de conocimiento del equilibrio químico

1. Velocidad de reacción química

1. Concepto: magnitud física utilizada para medir la velocidad de una reacción química, generalmente medida por la disminución de la concentración de reactivos o el aumento de la concentración de productos por unidad de tiempo,

2. Método de representación:

3. Unidad: mol/(L·s); p>

4. Igual Cuando una reacción química está representada por diferentes sustancias, la velocidad de reacción química de la reacción puede ser diferente. La relación de números estequiométricos es igual a la relación de velocidades de reacción química de las sustancias correspondientes.

Ejemplo:

ν(A):ν(B):ν(C):ν(D) = 2:3:1:4

5. La concentración inicial no es necesariamente proporcional, pero la concentración de conversión debe ser proporcional.

6. Las concentraciones de sólidos y líquidos puros se consideran constantes (permaneciendo sin cambios), por lo tanto, sus velocidades de reacción química también se consideran constantes.

Pregunta tipo 1: Calcular la velocidad de reacción basándose en la relación de números estequiométricos

Ejemplo 1 Reacción 4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g) en Se lleva a cabo en un recipiente cerrado de 10 litros. Después de medio minuto, la cantidad de vapor de agua ha aumentado en 0,45 moles, luego la velocidad promedio v(X) de esta reacción (la tasa de consumo de reactivos o la tasa de producción de productos). ) se puede expresar como ( )

A. v(NH3)?0,010mol/(L?s) B． v(O2)?0,001mol/(L?s)

C． v(NO)?0,001mol/(L?s)D. v(H2O)?0,045mol/(L?s)

La respuesta correcta es C.

Resumen de reglas Cuando te encuentres con este tipo de problemas, debes hacer pleno uso de la regla de que la relación de las velocidades de reacción de varias sustancias en reacciones químicas es igual a la relación de sus números estequiométricos para el cálculo.

Pregunta tipo 2: Da condiciones en forma de imágenes y calcula la velocidad de reacción

Ejemplo 2 A una determinada temperatura, en un recipiente de 2 L, las tres sustancias X, Y y Z son La curva de la cantidad que cambia con el tiempo se muestra en la figura. Análisis de los datos de la figura: La ecuación química de esta reacción es _______________. Desde el inicio de la reacción hasta los 2 minutos, la velocidad de reacción promedio expresada como Z es ____________.

Se puede ver en la figura que las cantidades de sustancias X e Y disminuyen a medida que avanza la reacción, y la cantidad de sustancia Z aumenta a medida que avanza la reacción, entonces X e Y son reactivos, y Z es producto.

　∵?n(X)?1.0mol?0.7mol?0.3mol

　?n(Y)?1.0mol?0.9mol?0.1mol

?n(Z)?0.2mol?0mol?0.2mol

　∴La ecuación de reacción es: 3X+Y=2Z.

v(Z)?0.2mol?2L

2min?0.05mol/(L?min)

2. Factores que afectan la velocidad de la reacción química

p>

1． Factores internos:

Las propiedades de los propios reactivos (por ejemplo: la velocidad de combustión del azufre en el aire y en el oxígeno es significativamente diferente).

2． Factores externos:

(1) Concentración: cuando la concentración es alta, aumenta la posibilidad de colisión entre moléculas, aumenta la probabilidad de reacción química y la velocidad de la reacción química es más rápida, por lo tanto, la velocidad de reacción química es mayor. La reacción química está estrechamente relacionada con la concentración, cuanto mayor es la concentración, más rápida es la velocidad de la reacción química. Al aumentar la concentración de reactivos, aumenta la velocidad de las reacciones directas.

(2) Temperatura: Cuanto mayor es la temperatura, más rápida es la velocidad de reacción (se aceleran tanto la velocidad de reacción directa como la inversa).

(3) Presión: Para reacciones químicas que involucran gas, la presión del sistema de reacción aumenta y la velocidad de reacción aumenta (tanto la velocidad de reacción directa como la inversa aumentan).

Explicación:

El cambio de presión funciona cambiando la concentración del sistema de reacción, como por ejemplo: ① reducir o aumentar el volumen del sistema de reacción ② mantener el volumen constante mientras; la reacción continúa. Agregue reactivos o reduzca los reactivos al sistema, etc. Sin embargo: si el volumen del sistema se mantiene constante, la velocidad de la reacción química no cambia cuando se agrega un gas inerte al sistema de reacción.

(4) Catalizador: cambia la velocidad de la reacción química (para reacciones reversibles, el uso de un catalizador puede cambiar la velocidad de las reacciones directas e inversas en la misma medida).

Ejemplo 3 Agregue las siguientes cuatro soluciones de La más rápida es ( )

A． 20 ml de solución B de 3 mol/L X a 10 ℃. 30 ml de solución X de 2 mol/L a 20 ℃

C. 10 ml de solución D de 4 mol/L X a 20 ℃. 10 ℃ 10 ml 2 mol/L solución de X

Si no comprende claramente la esencia de esta pregunta y solo juzga la velocidad de la reacción observando la concentración de X y la temperatura de reacción de la superficie del opciones, tomará la decisión equivocada C. B tiene la velocidad de reacción más rápida

3. El concepto de equilibrio químico

Para una reacción reversible bajo ciertas condiciones, las velocidades de la reacción directa y la reacción inversa son iguales, y la La concentración de cada componente en la mezcla de reacción permanece. El estado invariable se llama estado de equilibrio químico.

El proceso de destruir el antiguo equilibrio químico y establecer un nuevo equilibrio químico en una reacción reversible se llama movimiento del equilibrio químico.

Debemos entender el equilibrio químico desde los siguientes aspectos:

1. Inversión: El objeto de la investigación del equilibrio químico son las reacciones reversibles.

2. Etc.: Para una reacción reversible en un sistema cerrado, la condición para establecer un estado de equilibrio químico es que la velocidad de reacción directa y la velocidad de reacción inversa sean iguales, es decir, v (directa) = v (inversa) ≠ 0. Ésta es la esencia de una reacción reversible que alcanza el equilibrio.

3. Determinación: Cuando una reacción reversible alcanza el equilibrio (la reacción reversible avanza al máximo) bajo ciertas condiciones, en la mezcla del sistema en equilibrio, se determina el contenido de cada componente (es decir, reactivos y productos). La cantidad de sustancia, la cantidad, la concentración de la sustancia, la fracción de masa, la fracción de volumen, etc.) permanecen sin cambios (es decir, no cambian con el tiempo). Esta es una característica importante para determinar si un sistema está en equilibrio químico.

4. Dinámica: cuando una reacción química alcanza un estado de equilibrio químico, la reacción no se detiene. De hecho, la reacción directa y la reacción inversa siempre continúan y la velocidad de la reacción directa es igual a. la velocidad de reacción inversa, por lo que el estado de equilibrio químico es un estado de equilibrio dinámico.

5. Cambio: Cualquier estado de equilibrio químico es temporal, relativo y condicional (relacionado con la concentración, presión, temperatura, etc.), y no tiene nada que ver con el proceso de alcanzar el equilibrio (el equilibrio químico). El estado puede ser comenzando desde la dirección de reacción directa para alcanzar el equilibrio, también puede comenzar desde la dirección de reacción inversa para alcanzar el equilibrio). Cuando las condiciones externas cambian, el equilibrio químico original se rompe y se establece un nuevo equilibrio químico en nuevas condiciones.

6. Ruta: El establecimiento de un estado de equilibrio químico no tiene nada que ver con la ruta. Independientemente de si se establece a partir de la reacción directa o inversa, siempre que las condiciones sean las mismas, se puede alcanzar el mismo estado de equilibrio (equilibrio equivalente).

IV. Signo de equilibrio:

1. Cómo entender V (adelante) = V (inversa)

Por ejemplo, bajo ciertas condiciones, la reacción reversible N2 + 3H2

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La velocidad se puede expresar como N2 o H2 o NH3:

(1) En unidad de tiempo, 1molN2 reacciona y 1molN2 se genera al mismo tiempo. tiempo

(2) Unidad Dentro de un tiempo determinado, reaccionan 3molH2 y 2molNH3 al mismo tiempo

(3) En unidad de tiempo, se genera 1molN2 y se generan 2molNH3 en al mismo tiempo

Lo anterior significa V (positivo) = V (inverso)

2. Un signo para juzgar el estado de equilibrio químico:

(1 ) Puede utilizarse como signo en cualquier circunstancia:

①υpositivo=υ Inverso (misma sustancia);

② La tasa de consumo (o generación) de un determinado reactivo: el consumo; tasa (o generación) de un determinado producto = la proporción del número estequiométrico; ③El contenido de cada componente (cientos) El contenido, la cantidad, la calidad de la sustancia, etc.) no cambian con el tiempo.

(2) Puede usarse como signo bajo ciertas condiciones:

① Para reacciones reversibles en las que participan o se generan sustancias coloreadas, el color ya no cambiará

② Para reacciones reversibles en las que participan o se generan sustancias gaseosas, si el cambio en la cantidad de sustancias gaseosas antes y después de la reacción no es 0, la masa molecular relativa promedio M y la presión total p del gas mezclado permanecer sin cambios a temperatura constante y volumen constante

③ Para un sistema adiabático, la temperatura del sistema no cambia;

(3) Lo que no se puede utilizar como marca de juicio:

① La relación del cambio de cantidad o concentración de cada sustancia o la velocidad de reacción = la relación de números estequiométricos;

② Para una reacción reversible en la que participan o se generan sustancias gaseosas, si la cantidad de sustancias gaseosas antes y después de la reacción cambia a 0, la temperatura y el volumen son constantes, la masa molecular relativa promedio M y el total La presión p del gas mezclado permanece sin cambios.

2N3, para esta reacción reversible, representa las velocidades de reacción directa e inversa.

H2(g)+I2(g) ha alcanzado el estado de equilibrio: Ejemplo 4 El siguiente método puede probar 2HI (g)

① Cuando se generan n moles de H2 por unidad de tiempo, se generan n moles de HI al mismo tiempo

② Cuando se rompe un enlace H-H, se rompen dos enlaces H-I roto al mismo tiempo

p>

　③Composición porcentual HI%=I2%

　④Velocidad de reacción V(H2)=V(I2)=1/2V(HI)

　⑤〔 HI〕∶〔H2〕∶〔I2〕=2∶2∶1

⑥Cuando la temperatura y el volumen son constantes, la concentración de un determinado producto ya no cambiará

⑦La temperatura y Cuando el volumen es constante, la presión dentro del recipiente ya no cambia

⑧Cuando las condiciones son constantes, la masa molecular relativa promedio del gas mezclado no cambia

⑨Cuando la temperatura y el volumen son constantes, el color del gas mezclado ya no cambia Cambiar

　⑩Cuando la temperatura y la presión son constantes, la densidad del gas mezclado ya no cambia

Análisis: ① No se puede demostrar que V positivo = V error inverso.

② Demuestre que V positivo = V inverso, correcto.

③La composición porcentual indica la concentración, de la que solo se puede decir que no ha cambiado, no es igual, lo cual es incorrecto.

④ No se puede demostrar que las velocidades de reacción directa e inversa sean iguales, lo cual es incorrecto.

⑤Se debe decir que la concentración no cambia, no es igual, lo cual es incorrecto.

⑥La concentración sin cambios indica que se ha alcanzado el equilibrio, lo cual es correcto.

⑦Los volúmenes antes y después de esta reacción son iguales. Cuando la temperatura y el volumen son constantes y la presión permanece sin cambios, la concentración de un determinado componente puede cambiar, lo cual es incorrecto.

⑧Los volúmenes antes y después de esta reacción son iguales, la masa se conserva y la masa molecular relativa permanece sin cambios, lo que no puede indicar equilibrio.

⑨El color y la concentración del gas mezclado permanecen sin cambios, lo que demuestra que se ha alcanzado el equilibrio

p>

⑩El volumen antes y después de la reacción es igual, y cuando la temperatura y la presión son constantes, el volumen permanece sin cambios, la masa se conserva y la densidad permanece sin cambios, lo que no significa que se haya alcanzado el equilibrio.

Respuesta: ②⑥⑨

La afirmación ⑥-⑩ anterior puede explicar el 2NO2

Respuesta: ⑥⑦⑧⑨⑩

El estado de equilibrio del N2O4 es:

5. Cálculos relevantes del equilibrio químico

1. Fórmula básica:

①m=ρV; ②m=nM; ③Ecuación del gas: pV=nRT. (Donde: m es la masa, V es el volumen, ρ es la densidad, n es la cantidad de sustancia, M es la masa molar, p es la presión del gas, T es la temperatura absoluta y R es la constante )

Derive la fórmula ：pM＝ρRT

Tasa de conversión (solo para reactivo):

Tasa de conversión del reactivo = la cantidad (o volumen, concentración) de la sustancia convertida por el reactivo/ La cantidad (o volumen, concentración) del material de partida del reactivo × 100%

　2. Constante de equilibrio químico:

Para reacción reversible mA(g)+nB(g)

Expresión:

Nota: ①La concentración de sólido puro o líquido puro es una cierto valor y no está incluido en la expresión de la constante de equilibrio.

②Cualquier expresión de constante de equilibrio debe coincidir con la ecuación de reacción química específica. Para la misma reacción química, debido a las diferentes formas de escritura de las ecuaciones, la expresión de la constante de equilibrio también cambiará en consecuencia.

Aunque las constantes de equilibrio en diferentes formas escritas tienen diferentes valores numéricos, sus significados reales son los mismos.

El significado del valor K: indica el límite de una reacción reversible. Cuanto mayor es el valor K, mayor es la proporción del producto en el sistema de equilibrio y mayor es el alcance de su reacción directa. es decir, la reacción cuanto más completa es, mayor es la tasa de conversión de los reactivos; por el contrario, cuanto más incompleta es, menor es la tasa de conversión; Generalmente se cree que cuando K>105, la reacción transcurre casi por completo.

El único factor externo que afecta al valor de K es la temperatura, y no tiene nada que ver con cambios en la concentración de reactivos o productos.

El método de las tres líneas (iniciación, conversión, equilibrio) se suele utilizar para calcular tasas de conversión y constantes de equilibrio.

(1) El método básico de cálculo del equilibrio químico es el método de análisis de tres etapas: "inicial", "cambio" y "plano". Por ejemplo:

A partir de ab0 0 pC(g)+qD(g), alcanzando el equilibrio a una determinada temperatura, la tabla de sus constantes de equilibrio

Cambio—x

Equilibrio a-x

Explicación:

a y b representan la cantidad de reactivos o la concentración de reactivos o el volumen de gas a la misma temperatura y presión

(2) Relaciones y leyes básicas utilizadas en los cálculos del equilibrio químico:

① La relación de las concentraciones cambiantes de cada sustancia = la relación de los números estequiométricos en la ecuación

② Tasa de conversión del reactivo = la relación entre su concentración de consumo y la concentración inicial;

③La fracción en volumen de un componente en equilibrio = la fracción de la cantidad del componente en la mezcla en equilibrio

(3) Una misma sustancia participa en el cálculo de dos equilibrios químicos:

Es necesario utilizar la relación entre la concentración inicial de la "misma sustancia" en la reacción ② = Para determinar la concentración de equilibrio en la reacción ①, realice dos análisis de tres segmentos o realice un cálculo inverso.