化学第七章 化学反应速率和化学平衡 学案六 化学速率平衡图表分析与数据处理

学案六化学速率平衡图表分析与数据处理学案六化学速率平衡图表分析与数据处理【教学目标】【教学目标】1.理解化学平衡图像的意义，掌握化学平衡图像题的解法。理解化学平衡图像的意义，掌握化学平衡图像题的解法。2.借助速率和平衡的图像，了解平衡在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。借助速率和平衡的图像，了解平衡在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。3.通过对通过对“化学反应速率和化学平衡化学反应速率和化学平衡”的图表以及的图表以及“化学反应的过程图像化学反应的过程图像”的分析，提的分析，提高学生对图表信息进行综合处理和加工的能力。高学生对图表信息进行综合处理和加工的能力。4.通过同学之间对图像题的解题方法的讨论分析，体会同伴间互助学习的必要性。通过同学之间对图像题的解题方法的讨论分析，体会同伴间互助学习的必要性。【教学重点】【教学重点】阅读表格数据、图像，对化学平衡的综合分析，解决实际问题。阅读表格数据、图像，对化学平衡的综合分析，解决实际问题。【教学难点】【教学难点】平衡图像解题思路、方法与技巧。平衡图像解题思路、方法与技巧。【考情分析】【考情分析】从近几年看，化学反应速率和化学平衡的考查，试题的创新性、从近几年看，化学反应速率和化学平衡的考查，试题的创新性、探究性逐年提升，如：考查问题多样化的平衡图像问题，通过设计新颖的速率、探究性逐年提升，如：考查问题多样化的平衡图像问题，通过设计新颖的速率、平衡计算以及通过图像、表格获取信息、数据等试题在情境上、取材上都有所创平衡计算以及通过图像、表格获取信息、数据等试题在情境上、取材上都有所创新，而且化学反应速率与化学平衡还与元素化合物知识相互联系，综合考查，并新，而且化学反应速率与化学平衡还与元素化合物知识相互联系，综合考查，并且两者的结合也日趋紧密。如且两者的结合也日趋紧密。如2015全国卷全国卷28，2016全国卷全国卷27，2017全国卷全国卷28等。等。1.常见速率、平衡图像常见速率、平衡图像(1)物质的量物质的量(或浓度或浓度)时间图像时间图像例如，某温度时，在定容例如，某温度时，在定容(V L)容器中，容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。曲线如图所示。(2)含量含量时间时间温度温度(压强压强)常见形式有如下几种。常见形式有如下几种。(C%指生成物的质量分数；指生成物的质量分数；B%指某反应物的质量分数指某反应物的质量分数)(3)恒压恒压(温温)的图像分析的图像分析该类图像的纵坐标为物质的平衡浓度该类图像的纵坐标为物质的平衡浓度(c)或反应物的转化率或反应物的转化率()，横坐标为温度，横坐标为温度(T)或压或压强强(p)，常见类型如下所示：，常见类型如下所示：如图如图2所示曲线是其他条件不变时，某反应物的最大转化率所示曲线是其他条件不变时，某反应物的最大转化率()与温度与温度(T)的关系曲线，的关系曲线，图中标出的图中标出的1、2、3、4四个点，表示四个点，表示v正正v逆逆的点是的点是3，表示，表示v正正v逆逆的点是的点是1，而，而2、4点表示点表示v正正v逆逆。2.解答化学平衡图像题二个原则和三个步骤解答化学平衡图像题二个原则和三个步骤(1)二个原则二个原则先拐先平。例如，在转化率先拐先平。例如，在转化率时间图上，先出现拐点的曲线先达到平衡，此时推时间图上，先出现拐点的曲线先达到平衡，此时推理可得该变化的温度高、浓度大、压强高。理可得该变化的温度高、浓度大、压强高。定一论二。当图像中有三个量时，先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。定一论二。当图像中有三个量时，先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。(1)三个步骤三个步骤看懂图像：看图像要五看。一看面，即看清横坐标和纵坐标；二看线，即看线的看懂图像：看图像要五看。一看面，即看清横坐标和纵坐标；二看线，即看线的走向、变化趋势；三看点，即看曲线的起点、终点、交点、拐点、原点、极值点等；走向、变化趋势；三看点，即看曲线的起点、终点、交点、拐点、原点、极值点等；四看要不要作辅助线、如等温线、等压线；五看定量图像中有关量的多少。四看要不要作辅助线、如等温线、等压线；五看定量图像中有关量的多少。联想联想规律：联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律。规律：联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律。推理判断：结合题推理判断：结合题中给定的化学反应和图像中的相关信息，根据有关知识规律分析作出判断。中给定的化学反应和图像中的相关信息，根据有关知识规律分析作出判断。考点指导考点指导1化学平衡中的表格数据处理化学平衡中的表格数据处理(3)该温度下，此反应的平衡常数该温度下，此反应的平衡常数K_；若在；若在2 L恒容绝热恒容绝热(与外界没有热量交换与外界没有热量交换)密闭容器中进行该反应，则该反应密闭容器中进行该反应，则该反应K将将_(填填“增大增大”、“减小减小”或或“不变不变”)。(4)保持其他条件不变，起始时向容器中充入保持其他条件不变，起始时向容器中充入1.2 mol COCl2、0.60 mol Cl2和和0.60 mol CO，反应达到平衡前的速率：，反应达到平衡前的速率：v(正正)_(填填“”、“”或或“”)v(逆逆)。(5)若起始时向该容器中充入若起始时向该容器中充入2.0 mol COCl2(g)，经过一段时间后达到平衡，经过一段时间后达到平衡，n(Cl2)_(填填“”、“”或或“”)0.8 mol。(6)保持其他条件不变，起始向容器中充入保持其他条件不变，起始向容器中充入1.0 mol Cl2和和1.2 mol CO，达到平衡时，达到平衡时，Cl2的转化率的转化率_(填填“”、“”或或“”)60%。(7)若该反应是在恒温恒压下进行，则达到平衡时反应物的转化率将若该反应是在恒温恒压下进行，则达到平衡时反应物的转化率将_(填填“”、“”或或“”)40%。答案答案(1)0.075 molL1s1(2)(3)0.133 molL1减小减小(4)(5)(6)(7)k【课堂对点训练】【课堂对点训练】1.某同学学习了化学反应速率后，联想到曾用某同学学习了化学反应速率后，联想到曾用H2O2制备氧气，于是设计了下面的实验制备氧气，于是设计了下面的实验方案并进行实验探究。方案并进行实验探究。实验编号实验编号反应物反应物催化剂催化剂甲甲试管中加入试管中加入3 mL 2% H2O2溶液和溶液和3滴蒸馏水滴蒸馏水无无乙乙试管中加入试管中加入3 mL 5% H2O2溶液和溶液和3滴蒸馏水滴蒸馏水无无丙丙试管中加入试管中加入3 mL 5% H2O2溶液和溶液和3滴蒸馏水滴蒸馏水1 mL 0.1 molL1 FeCl3溶液溶液丁丁试管中加入试管中加入3 mL 5% H2O2溶液和溶液和3滴稀盐酸溶液滴稀盐酸溶液1 mL 0.1 molL1 FeCl3溶液溶液戊戊试管中加入试管中加入3 mL 5% H2O2溶液和溶液和3滴滴NaOH溶液溶液1 mL 0.1 molL1 FeCl3溶液溶液(1)上述实验发生反应的化学方程式为上述实验发生反应的化学方程式为_。(2)实验甲和实验乙的实验目的是实验甲和实验乙的实验目的是_；实验丙、实验丁和实验戊的实验目的是实验丙、实验丁和实验戊的实验目的是_。(3)分析分析H2O2的性质，解释实验甲和实验乙能否达到实验目的：的性质，解释实验甲和实验乙能否达到实验目的：_。(4)实验过程中该同学对实验丙、丁、戊中产生的气体进行收集，并在实验过程中该同学对实验丙、丁、戊中产生的气体进行收集，并在2 min内内6个时间个时间点对注射器内气体进行读数，记录数据如表。点对注射器内气体进行读数，记录数据如表。时间时间/s20406080100120气体体气体体积积/mL实验丙实验丙9.519.529.036.546.054.5实验丁实验丁8.016.023.531.539.046.5实验戊实验戊15.530.044.558.571.583.0对实验戊，对实验戊，020 s的反应速率的反应速率v1_ mLs1，100120 s的反应速率的反应速率v2_ mLs1。不考虑实验测量误差，二者速率存在差异的主要原因是。不考虑实验测量误差，二者速率存在差异的主要原因是_。如图是根据实验收集到最大体积的气体时所用时间绘制的图像。曲线如图是根据实验收集到最大体积的气体时所用时间绘制的图像。曲线c表示的是实表示的是实验验_(填填“丙丙”、“丁丁”或或“戊戊”)。解析解析(1)过氧化氢在催化剂作用下分解生成氧气和水。过氧化氢在催化剂作用下分解生成氧气和水。(2)对比实验甲和乙，可知不同对比实验甲和乙，可知不同的是过氧化氢的浓度；对比实验丙、丁、戊，可知不同的是的是过氧化氢的浓度；对比实验丙、丁、戊，可知不同的是H2O2溶液的酸碱性。溶液的酸碱性。(3)过过氧化氢在不加热且没有催化剂作用的条件下性质比较稳定，故实验甲和乙尽管氧化氢在不加热且没有催化剂作用的条件下性质比较稳定，故实验甲和乙尽管H2O2浓浓度不同，但度不同，但H2O2均不会分解生成氧气。均不会分解生成氧气。(4)由于实验戊产生氧气的速率最快，实验丁产由于实验戊产生氧气的速率最快，实验丁产生氧气的速率最慢，可推知图像中曲线生氧气的速率最慢，可推知图像中曲线a、b、c对应的分别为实验戊、丙、丁。对应的分别为实验戊、丙、丁。考点指导考点指导2速率、平衡图像分析速率、平衡图像分析温度温度/K反应反应反应反应已知：已知：K2K1K2K1298K1K2398K1K2(1)推测反应推测反应是是_反应反应(填填“吸热吸热”或或“放热放热”)(2)相同条件下，反应相同条件下，反应在在2 L密闭容器内，选用不同的催化剂，反应产生密闭容器内，选用不同的催化剂，反应产生N2的量随时的量随时间变化如图所示。间变化如图所示。计算计算04分钟在分钟在A催化剂作用下，反应速率催化剂作用下，反应速率v(NO)_。下列说法正确的是下列说法正确的是_。A.该反应的活化能大小顺序是：该反应的活化能大小顺序是：Ea(A)Ea(B)Ea(C)B.增大压强能使反应速率加快，是因为增加了活化分子百分数增大压强能使反应速率加快，是因为增加了活化分子百分数C.单位时间内单位时间内HO键与键与NH键断裂的数目相等时，说明反应已经达到平衡键断裂的数目相等时，说明反应已经达到平衡D.若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当K值不变时，说明反应已达到平衡值不变时，说明反应已达到平衡(3)一定条件下，反应一定条件下，反应达到平衡时体系中达到平衡时体系中n(NO)n(O2)n(NO2)212。在其。在其他条件不变时，再充入他条件不变时，再充入NO2气体，分析气体，分析NO2体积分数体积分数(NO2)的变化情况：恒温恒的变化情况：恒温恒压容器，压容器，(NO2)_；恒温恒容容器，；恒温恒容容器，(NO2)_(填填“变大变大”、“变小变小”或或“不变不变”)。(4)一定温度下，反应一定温度下，反应在容积可变的密闭容器中达到平衡，此时容积为在容积可变的密闭容器中达到平衡，此时容积为3 L，c(N2)与反应时间与反应时间t变化曲线变化曲线X如图所示，若在如图所示，若在t1时刻改变一个条件，曲线时刻改变一个条件，曲线X变为曲线变为曲线Y或曲或曲线线Z。则：。则：变为曲线变为曲线Y改变的条件是改变的条件是_。变为曲线变为曲线Z改变的条件是改变的条件是_。若若t2时降低温度，时降低温度，t3时达到平衡，请在图中画出曲线时达到平衡，请在图中画出曲线X在在t2t4内内c(N2)的变化曲线。的变化曲线。(3)恒温恒压容器中的平衡是等效平衡，恒温恒压容器中的平衡是等效平衡，(NO2)不变；恒温恒容容器，再充入不变；恒温恒容容器，再充入NO2气体，等效于增大压强，平衡正向移动，气体，等效于增大压强，平衡正向移动，(NO2)变大。变大。(4)曲线曲线Y比曲线比曲线X先达到先达到平衡，但平衡状态相同，改变的条件是加入催化剂；曲线平衡，但平衡状态相同，改变的条件是加入催化剂；曲线Z条件下，条件下，N2的浓度由的浓度由2 molL1瞬间增大到瞬间增大到3 molL1，容器体积应由，容器体积应由3 L减小到减小到2 L，改变的条件是：将容，改变的条件是：将容器的体积快速压缩至器的体积快速压缩至2 L。该反应是吸热反应，降低温度时，平衡逆向移动，该反应是吸热反应，降低温度时，平衡逆向移动，c(N2)在原有基础上逐渐减小，直到达到新的平衡。在原有基础上逐渐减小，直到达到新的平衡。答案答案(1)吸热吸热(2)0.375 molL1min1CD(3)不变变大不变变大(4)加入催化剂将容器的体积快速压缩至加入催化剂将容器的体积快速压缩至2 L图像如图图像如图(2)600 时，在时，在1 L的密闭容器中，将二氧化硫和氧气混合，反应过程中的密闭容器中，将二氧化硫和氧气混合，反应过程中SO2、O2、SO3物质的量变化如图所示。据图判断：物质的量变化如图所示。据图判断：010 min，v(O2)_。10 min到到15 min内曲线变化的原因可能是内曲线变化的原因可能是_(填写编号填写编号)。a.使用了催化剂使用了催化剂b.缩小容器体积缩小容器体积c.降低温度降低温度d.增加增加SO3的物质的量的物质的量答案答案(1)1 600 Lmol1减小减小(2)0.000 5 molL1min1ab考点指导考点指导3平衡图表题综合应用平衡图表题综合应用回答下列问题：回答下列问题：(1)物质的标准生成热是常用的化学热力学数据，可以用来计算化学反应热。即化学物质的标准生成热是常用的化学热力学数据，可以用来计算化学反应热。即化学反应热：反应热：H生成物标准生成热总和反应物标准生成热总和。生成物标准生成热总和反应物标准生成热总和。已知四种物质的标准生成热如下表：已知四种物质的标准生成热如下表：物质物质COCO2H2CH3OH(g)标准生成标准生成热热(kJ/ mol )110.52393.510201.25A.计算计算H1_kJ/ molB.H3_0(填填“”“”)下列说法正确的是下列说法正确的是_。A.该反应的正反应为放热反应该反应的正反应为放热反应B.达到平衡时，容器达到平衡时，容器a中的中的CH3OH体积分数比容器体积分数比容器b中的小中的小C.容器容器a中反应到达平衡所需时间比容器中反应到达平衡所需时间比容器c中的长中的长D.若起始时向容器若起始时向容器a中充入中充入CH3OH 0.15 mol 、CH3OCH3 0.15 mol 和和H2O 0.10 mol，则反应将向正反应方向进行则反应将向正反应方向进行(3)合成气的组成合成气的组成n(H2)/n(COCO2)2.60时，体系中的时，体系中的CO平衡转化率平衡转化率()与温度和与温度和压强的关系如图所示。压强的关系如图所示。(CO)值随温度升高而值随温度升高而_(填填“增大增大”或或“减小减小”)，其原因是，其原因是_。图中图中p1、p2、p3的大小关系为的大小关系为_，其判断理由是，其判断理由是_。(4)甲醇可以制成燃料电池，与合成气制成燃料电池相比优点是甲醇可以制成燃料电池，与合成气制成燃料电池相比优点是_；若以硫酸；若以硫酸作为电解质其负极反应为作为电解质其负极反应为_。解析解析(1)利用标准生成热可计算反应的焓变利用标准生成热可计算反应的焓变H1(-201.25)(-110.52)20kJ/ mol90.73 kJ/ mol ；利用盖斯定律；利用盖斯定律即可得到即可得到，所以，所以H3H2H1 58 kJ/ mol(90.73 kJ/ mol)32.73 kJ/ mol 0。(2)容器容器a、c中中CH3OH的物质的的物质的量相同，而容器量相同，而容器a的温度比容器的温度比容器c高，平衡时高，平衡时CH3OCH3的物质的量：的物质的量：ac, 所以升高温所以升高温度，平衡逆向移动，正反应为放热反应，度，平衡逆向移动，正反应为放热反应，A项正确；比较容器项正确；比较容器a、b中数据，温度不中数据，温度不变，初始量成倍数，而该反应是气体体积不变的反应，初始量加倍相当于加压，平变，初始量成倍数，而该反应是气体体积不变的反应，初始量加倍相当于加压，平衡不移动，故达到平衡时，容器衡不移动，故达到平衡时，容器a中的中的CH3OH体积分数与容器体积分数与容器b中的相等；容器中的相等；容器a比比容器容器c温度高，反应快，达到平衡所需时间短，温度高，反应快，达到平衡所需时间短，C项错误；利用容器项错误；利用容器a中的数据可求得中的数据可求得该温度下的化学平衡常数该温度下的化学平衡常数K4，然后通过比较选项，然后通过比较选项D中数据计算出的浓度熵中数据计算出的浓度熵Qc0.67K，所以反应将向正反应方向进行，所以反应将向正反应方向进行，D项正确。项正确。(3)由图像可知由图像可知(CO)值随温度升高而减小，可通过温度升高对反应值随温度升高而减小，可通过温度升高对反应和反应和反应的的影响进行分析，升高温度时，反应影响进行分析，升高温度时，反应为放热反应，平衡向左移动，使得体系中为放热反应，平衡向左移动，使得体系中CO的的量增大；反应量增大；反应为吸热反应，平衡向右移动，为吸热反应，平衡向右移动，CO产生的量也增大；总结果，随温度产生的量也增大；总结果，随温度升高，使升高，使CO的转化率降低。的转化率降低。相同温度下，反应相同温度下，反应前后气体分子数不变，压强改变前后气体分子数不变，压强改变不影响其平衡移动，反应不影响其平衡移动，反应正反应为气体分子数减小的反应，增大压强，有利于平正反应为气体分子数减小的反应，增大压强，有利于平衡向正反应方向移动，从而引起衡向正反应方向移动，从而引起CO的转化率增大，所以增大压强有利于的转化率增大，所以增大压强有利于CO的转化的转化率升高，故压强：率升高，故压强：p1p2p3。(4)甲醇可以制成燃料电池，与合成气制成燃料电池相甲醇可以制成燃料电池，与合成气制成燃料电池相比优点是装置简单，减小了电池的体积。若以硫酸作为电解质其负极区比优点是装置简单，减小了电池的体积。若以硫酸作为电解质其负极区CH3OH失去失去电子生成电子生成CO2，电极反应式为，电极反应式为CH3OH6eH2O=CO26H。答案答案(1)90.73 (2)AD(3) 减小升高温度时，反应减小升高温度时，反应为放热反应，平衡向左移动，使得体系中为放热反应，平衡向左移动，使得体系中CO的量的量增大；反应增大；反应为吸热反应，平衡向右移动，为吸热反应，平衡向右移动，CO产生的量也增大；总结果，随温度产生的量也增大；总结果，随温度升高，使升高，使CO的转化率降低的转化率降低 p3p2p1 相同温度下，由于反应相同温度下，由于反应为气体分子数减小的反应，加压有利于提为气体分子数减小的反应，加压有利于提升升CO的转化率；而反应的转化率；而反应为气体分子数不变的反应，产生为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响；的量不受压强影响；故增大压强，故增大压强，CO的转化率升高的转化率升高(4)装置简单，减小了电池的体积装置简单，减小了电池的体积CH3OH6eH2O=CO26H某科研小组用某科研小组用Fe2O3作催化剂。在作催化剂。在380 时，分别研究了时，分别研究了n(CO)n(SO2)为为11、31时时SO2转化率的变化情况转化率的变化情况(图图2)。则图。则图2中表示中表示n(CO)n(SO2)31的变化曲线的变化曲线为为_。(2)目前，科学家正在研究一种以乙烯作为还原剂的脱硝目前，科学家正在研究一种以乙烯作为还原剂的脱硝(NO)原理，其脱硝机理示意原理，其脱硝机理示意图如下图图如下图1，脱硝率与温度、负载率，脱硝率与温度、负载率(分子筛中催化剂的质量分数分子筛中催化剂的质量分数)的关系如图的关系如图2所示。所示。写出该脱硝原理总反应的化学方程式：写出该脱硝原理总反应的化学方程式：_。为达到最佳脱硝效果，应采取的条件是为达到最佳脱硝效果，应采取的条件是_。【课堂总结】【课堂总结】“断平衡图像断平衡图像”认知模型构建认知模型构建