高三化学一轮复习 第7单元 化学反应的方向、限度与速率 第2节 化学反应速率 工业合成氨课件 鲁科版.ppt

第2节化学反应速率工业合成氨 2 考纲要求 1 了解化学反应速率的概念 化学反应速率的定量表示方法 2 了解催化剂在生产 生活和科学研究领域中的重要作用 3 理解外界条件 浓度 温度 压强 催化剂等 对反应速率的影响 认识其一般规律 4 了解化学反应速率的调控在生产 生活和科学研究领域中的重要作用 3 基础梳理 考点突破 化学反应速率1 表示方法通常用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增大来表示 2 数学表达式及单位 4 基础梳理 考点突破 自主巩固判断正误 正确的画 错误的画 1 对于任何化学反应来说 反应速率越大 反应现象就越明显 2 由计算平均速率 用反应物表示为正值 用生成物表示为负值 3 同一化学反应 相同条件下用不同物质表示的反应速率 数值越大 表示化学反应速率越快 4 工业合成氨中 压强越大 温度越高 产物中氨的质量分数越高 5 基础梳理 考点突破 化学反应速率计算 比较的方法1 公式法 2 同一反应速率 用不同的物质表示时 反应速率之比等于各物质的化学计量数之比 2 三段式 法 1 写出有关反应的化学方程式 2 找出各物质的起始量 转化量 某时刻量 3 根据已知条件列化学方程式计算 6 基础梳理 考点突破 7 基础梳理 考点突破 例1 2014北京理综 在一定温度下 10mL0 40mol L 1H2O2溶液发生催化分解 不同时刻测得生成O2的体积 已折算为标准状况 如下表 下列叙述不正确的是 溶液体积变化忽略不计 A 0 6min的平均反应速率 v H2O2 3 3 10 2mol L min 1B 6 10min的平均反应速率 v H2O2 3 3 10 2mol L min 1C 反应至6min时 c H2O2 0 30mol L 1D 反应至6min时 H2O2分解了50 答案 解析 8 基础梳理 考点突破 技巧点拨 1 由于固体 纯液体的浓度视为常数 所以一般不计算它们的化学反应速率 某些情况下可以用它们的物质的量或质量的变化来表示 2 对于mA g nB g pC g 单位相同时 不同物质的反应速率数值之比等于这些物质在化学方程式中的化学计量数之比 同时它们的物质的量浓度变化量 物质的量的变化量之比也等于这些物质在化学方程式中的化学计量数之比 即v A v B v C n A n B n C c A c B c C m n p 3 由求出的反应速率为一段时间内的平均反应速率 而不是即时反应速率 若反应保持温度不变 随反应进行 反应物的浓度逐渐减小 反应速率逐渐减慢 9 基础梳理 考点突破 答案 解析 10 基础梳理 考点突破 解析 11 基础梳理 考点突破 影响反应速率的因素工业合成氨1 内因 主要因素 反应物本身的性质 2 外因 其他条件不变 只改变一个条件 12 基础梳理 考点突破 3 从活化分子角度的理论解释 1 有效碰撞 活化分子和活化能 有效碰撞 能发生反应的分子之间的碰撞 活化分子 能够发生有效碰撞的分子 活化能 如图所示 E1表示活化能 使用催化剂时的活化能为E3 E2表示活化分子变成生成物分子放出的能量 反应热为E1 E2 13 基础梳理 考点突破 2 活化分子 有效碰撞与反应速率的关系 14 基础梳理 考点突破 2 合成氨适宜条件的选择 降低温度 有利于合成氨反应正向移动 但温度越低 反应速率越慢 且催化剂的活性有一个适宜的温度 工业合成氨选用温度以700K左右为宜 增大压强 有利于合成氨反应正向移动 但压强越大 对设备的要求越高 成本越大 工业合成氨的压强大致可分为低压 1 107Pa 中压 2 107 3 107Pa 和高压 8 5 107 1 108Pa 三种类型 使用催化剂 能大幅度提高反应速率 工业合成氨用铁做催化剂 按N2与H2的物质的量之比为1 2 8投料并及时分离出NH3 15 基础梳理 考点突破 自主巩固判断正误 正确的画 错误的画 1 化学反应速率一定随着时间的延长而减小 2 决定化学反应速率快慢的根本因素是温度 浓度和催化剂 3 表面积相同的镁片和铁片与0 1mol L 1的盐酸反应速率相同 4 大理石块与大理石粉分别与0 1mol L 1的盐酸反应的速率相同 5 升高温度 增大压强可以增加活化分子百分数 使反应速率加快 6 改变反应物的用量反应速率一定发生改变 7 温度越高工业合成氨反应的速率越快 16 基础梳理 考点突破 分析外界条件改变对反应速率影响的4注意1 对于固体和纯液体物质 可认为其浓度是一个常数 改变它们的用量不会影响化学反应速率 2 温度改变 化学反应速率一定改变 3 压强对反应速率的影响是通过改变浓度来实现的 浓度不变 速率不变 1 压强改变时 对固体 液体或溶液的体积影响很小 因而它们的浓度变化也很小 因此可以认为改变压强对无气体参与的化学反应的反应速率无影响 2 气体反应体系中充入稀有气体 不参与反应 时 在恒温条件下对反应速率的影响 17 基础梳理 考点突破 4 催化剂是通过改变反应历程 降低反应的活化能而加快反应速率 催化剂能等程度加快正逆反应速率 对化学平衡常数和反应热无影响 催化剂的活性往往因接触少量杂质而明显下降 甚至遭到破坏 这种现象称为催化剂中毒 为防止催化剂中毒 工业上需要把原料净化除杂 催化剂的活性还受温度影响 使用时应选择适宜的温度 催化剂具有专一性 应根据具体反应选择合适的催化剂 18 基础梳理 考点突破 例2 2015福建理综 在不同浓度 c 温度 T 条件下 蔗糖水解的瞬时速率 v 如下表 下列判断不正确的是 A a 6 00B 同时改变反应温度和蔗糖的浓度 v可能不变C b 318 2D 不同温度时 蔗糖浓度减少一半所需的时间相同 答案 解析 19 基础梳理 考点突破 跟踪训练1 下列说法正确的是 答案 解析 20 基础梳理 考点突破 答案 解析 21 基础梳理 考点突破 答案 解析 22 基础梳理 考点突破 化学反应速率图像及应用1 全程速率 时间图像 如Zn与足量盐酸的反应 反应速率随时间的变化出现如图情况 解释原因 AB段 v渐大 因为是放热反应 随反应的进行 温度渐高 导致反应速率的渐大 BC段 v渐小 则主要因为随反应的进行 溶液中c H 渐小 导致反应速率渐小 23 基础梳理 2 物质的量 或浓度 时间图像 考点突破 24 基础梳理 考点突破 25 基础梳理 续表 考点突破 26 基础梳理 考点突破 27 基础梳理 考点突破 28 基础梳理 考点突破 29 基础梳理 考点突破 分析速率 时间图像的方法一看起点 看速率变化有无从原点开始 从原点开始改变 一定是改变了反应物或生成物的浓度 若未从原点开始 发生跳跃式变化 则改变的是温度 压强或使用了催化剂 二看变化 若v 正 和v 逆 加快 说明增大浓度 压强 升高温度或使用催化剂 反之 为减小浓度 压强 或降低温度 三看 v 正 和v 逆 的相对大小 结合反应特点 联系外界条件对化学平衡的影响规律判断改变的条件 30 基础梳理 考点突破 例3某恒温密闭容器发生可逆反应 H 在t1时刻反应达到平衡 在t2时刻缩小容器体积 t3时刻再次达到平衡状态后未再改变条件 下列有关说法中正确的是 A Z和W在该条件下至少有一个为气态B t1 t2时间段与t3时刻后 两时间段反应体系中气体的平均摩尔质量不可能相等C 若在该温度下此反应平衡常数表达式为K c X 则t1 t2时间段与t3时刻后的X浓度不相等D 若该反应只在某温度T0以上自发进行 则该反应的平衡常数K随温度升高而增大 答案 解析 31 技巧点拨 1 温度或压强的改变对正 逆反应速率的影响是一致的 改变条件的瞬间即要增大都增大 要减小都减小 当对v 正 和v 逆 的影响程度不同时 v 正 v 逆 平衡发生移动 在平衡移动的过程中v 正 和v 逆 的变化趋势相反 直至达到新的平衡状态 2 分析外界条件对反应速率的影响时 只能分析达到平衡之后化学反应速率的变化情况 考点突破 基础梳理 32 跟踪训练 变化的情况如图所示 下列对X Y W Z四种物质状态的描述正确的是 A W Z均为气体 X Y中只有一种为气体B X Y均为气体 W Z中只有一种为气体C X Y或W Z中均只有一种为气体D X Y均为气体 W Z均为液体或固体 考点突破 基础梳理 答案 解析 33 考点突破 基础梳理 答案 解析 34 可见在t1 t3 t5 t7时反应都达到平衡 如果t2 t4 t6 t8时都只改变了一个反应条件 则下列对t2 t4 t6 t8时改变条件的判断正确的是 A 使用了催化剂 增大压强 减小反应物浓度 降低温度B 升高温度 减小压强 减小反应物浓度 使用了催化剂C 增大反应物浓度 使用了催化剂 减小压强 升高温度D 升高温度 减小压强 增大反应物浓度 使用了催化剂 考点突破 基础梳理 答案 解析 35 实验探究 外界条件对反应速率的影响在研究影响化学反应速率的因素时 由于外界影响因素较多 故为搞清某个因素的影响均需控制其他因素相同或不变时 再进行实验 因此 常用变量控制思想解决该类问题 1 常见考查形式 以表格的形式给出多组实验数据 让考生找出每组数据的变化对反应的影响 给出影响化学反应的几种因素 让考生设计实验分析各因素对反应的影响 36 2 解题策略 确定变量 解答这类题目时首先要认真审题 理清影响实验探究结果的因素有哪些 定多变一 在探究时 应该先确定其他的因素不变 只变化一种因素 看这种因素与探究的问题存在怎样的关系 这样确定一种以后 再确定另一种 通过分析每种因素与所探究问题之间的关系 得出所有影响因素与所探究问题之间的关系 数据有效 解答时注意选择数据 或设置实验 要有效 且变量统一 否则无法作出正确判断 37 典例 2014广东理综节选 H2O2是一种绿色氧化还原试剂 在化学研究中应用广泛 某小组拟在同浓度Fe3 的催化下 探究H2O2浓度对H2O2分解反应速率的影响 限选试剂与仪器 30 H2O2溶液 0 1mol L 1Fe2 SO4 3溶液 蒸馏水 锥形瓶 双孔塞 水槽 胶管 玻璃导管 量筒 秒表 恒温水浴槽 注射器 1 设计实验方案 在不同H2O2浓度下 测定 要求所测得的数据能直接体现反应速率大小 2 设计实验装置 完成如图装置示意图 38 39 40 41 42 答案 解析 43 2 Fenton法常用于处理含难降解有机物的工业废水 通常是在调节好pH和Fe2 浓度的废水中加入H2O2 所产生的羟基自由基能氧化降解污染物 现运用该方法降解有机污染物p CP 探究有关因素对该降解反应速率的影响 实验设计 控制p CP的初始浓度相同 恒定实验温度在298K或313K 其余实验条件见下表 设计如下对比实验 1 请完成以下实验设计表 表中不要留空格 44 数据处理 实验测得p CP的浓度随时间变化的关系如上图 2 请根据上图实验 曲线 计算降解反应在50 150s内的反应速率 v p CP mol L 1 s 1 45 解释与结论 3 实验 表明温度升高 降解反应速率增大 但温度过高时反而导致降解反应速率减小 请从Fenton法所用试剂H2O2的角度分析原因 4 实验 得出的结论是 pH等于10时 思考与交流 5 实验时需在不同时间从反应器中取样 并使所取样品中的反应立即停止下来 根据上图中的信息 给出一种迅速停止反应的方法 46 47 2 8 0 10 6 3 过氧化氢在温度过高时迅速分解 4 反应速率趋向于零 或该降解反应趋于停止 5 将所取样品迅速加入到一定量的NaOH溶液中 使pH约为10 或将所取样品骤冷等其他合理答案均可 48 解析 1 实验 是参照实验 所以与实验 相比 实验 和 只能改变一个条件 这样才能起到对比实验的目的 实验 是探究温度对反应速率的影响 则T 313K pH 3 c H2O2 6 0mol L 1 c Fe2 0 30mol L 1 实验 显然是探究pH的大小对反应速率的影响 2 在50 150s内 c p CP 0 8 10 3mol L 1 则v p CP 8 0 10 6mol L 1 s 1 3 温度过高时 H2O2分解 c H2O2 浓度减小 导致反应速率减小 4 从图中看出 pH 10时 c p CP 不变 即反应速率为零 说明碱性条件下 有机物p CP不能降解 5 从第 4 问可以得出 将反应液加入到NaOH溶液中 使溶液的pH迅速增大 反应停止 49 考情分析 解题策略 专题突破七巧解化学反应速率和化学平衡图像题考情分析化学反应速率和化学平衡的图像类试题是一种特殊题型 其特点是 图像是题目的主要组成部分 把所要考查的化学知识寓于图中曲线上 具有简明 直观 形象的特点 因为图像是用二维坐标表示的 所以该类试题包含的信息量比较大 随着高考的不断改革以及对学科能力要求的不断提高 这种数形结合的试题将频频出现 常见的命题角度有 1 以物质的量 或浓度 随时间的变化图像为载体 考查化学反应速率的表示方法及其相关计算 跟踪训练 50 考情分析 解题策略 2 以反应过程速率随时间的变化图像为载体 考查反应速率的影响因素及相关分析 3 以物质的含量随时间的变化图像为载体 考查外界条件对化学平衡的影响以及平衡移动过程中相关量的变化分析 4 以反应速率随温度 压强等的变化图像为载体 考查化学平衡移动的规律及化学反应方向的判断 跟踪训练 51 考情分析 解题策略 1 解题思路 2 解题步骤 跟踪训练 52 考情分析 解题策略 跟踪训练 53 考情分析 解题策略 跟踪训练 54 考情分析 解题策略 跟踪训练 55 考情分析 解题策略 跟踪训练 56 考情分析 解题策略 跟踪训练 答案 解析 57 考情分析 解题策略 跟踪训练 58 考情分析 解题策略 跟踪训练 A 是其他条件一定时 反应速率随温度变化的图像 正反应 Hp2 答案 解析 59 考情分析 解题策略 跟踪训练 3 在稀硫酸与锌反应制取氢气的实验中 探究加入硫酸铜溶液的量对氢气生成速率的影响 实验中Zn粒过量且颗粒大小相同 饱和硫酸铜溶液用量0 4 0mL 保持溶液总体积为100 0mL 记录获得相同体积 336mL 的气体所需时间 实验结果如图所示 气体体积均转化为标准状况下 据图分析 下列说法不正确的是 60 考情分析 解题策略 跟踪训练 A 饱和硫酸铜溶液用量过多不利于更快收集氢气B A C两点对应的氢气生成速率相等C B点对应的反应速率为v H2SO4 1 0 10 3mol L 1 s 1D D点没有构成原电池 反应速率减慢 答案 解析 61 考情分析 解题策略 跟踪训练 62 考情分析 解题策略 跟踪训练 A 反应 若p1 p2 则此反应只能在高温下自发进行B 反应 此反应的 H0且T2 T1或 H 0且T2 T1D 反应 T1 T2 则该反应不易自发进行 答案 解析 63 考情分析 解题策略 跟踪训练 64 考情分析 解题策略 跟踪训练 解析 65 考情分析 解题策略 跟踪训练 66 考情分析 解题策略 跟踪训练 在不同催化剂存在下 H2O2分解反应的活化能大小顺序是Ea TiO2 Ea Cu Ea Pt Ea Ag 括号内填写催化剂的化学式 金属Pt催化下 H2O2分解的反应速率v O2 8 9 10 7mol s 1 67 考情分析 解题策略 跟踪训练 3 为研究温度对H2O2分解速率的影响 不加催化剂 可将一定浓度和体积的H2O2置于密闭容器中 在某温度下 经过一定的时间t 测定生成O2的体积V 然后保持其他初始条件不变 改变温度T 重复上述实验 获得V O2 T关系曲线 下列趋势图最可能符合实测V O2 T关系曲线的是C 填字母 原因是该反应是不可逆反应 不考虑温度对平衡移动的影响 温度升高反应速率加快 因而经过相同反应时间后测得的O2体积随温度升高而增大 68 考情分析 解题策略 跟踪训练 解析