2019版高考化学大一轮复习 第7章 化学反应的方向、限度与速率 学案六 化学速率平衡图表分析与数据处理课件 鲁科版.ppt

学案六化学速率平衡图表分析与数据处理 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 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 3 通过对 化学反应速率和化学平衡 的图表以及 化学反应的过程图像 的分析 提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 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 教学难点 平衡图像解题思路 方法与技巧 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 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2015 全国卷 28 2016 全国卷 27 2017 全国卷 28等 1 常见速率 平衡图像 1 物质的量 或浓度 时间图像例如 某温度时 在定容 VL 容器中 X Y Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示 2 含量 时间 温度 压强 常见形式有如下几种 C 指生成物的质量分数 B 指某反应物的质量分数 3 恒压 温 的图像分析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 横坐标为温度 T 或压强 p 常见类型如下所示 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 与温度 T 的关系曲线 图中标出的1 2 3 4四个点 表示v正 v逆的点是3 表示v正 v逆的点是1 而2 4点表示v正 v逆 2 解答化学平衡图像题二个原则和三个步骤 1 二个原则 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 2 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 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 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 典例1 某温度下进行反应 COCl2 g Cl2 g CO g 向2 0L恒容密闭容器中充入1 0molCOCl2 g 经过一段时间后达到平衡 反应过程中测得的有关数据见下表 考点指导1化学平衡中的表格数据处理 1 0 2s内 v Cl2 2 保持其他条件不变 升高温度 平衡时 Cl2 0 22mol L 1 则反应的 H 填 或 0 3 该温度下 此反应的平衡常数K 若在2L恒容绝热 与外界没有热量交换 密闭容器中进行该反应 则该反应K将 填 增大 减小 或 不变 4 保持其他条件不变 起始时向容器中充入1 2molCOCl2 0 60molCl2和0 60molCO 反应达到平衡前的速率 v 正 填 或 v 逆 5 若起始时向该容器中充入2 0molCOCl2 g 经过一段时间后达到平衡 n Cl2 填 或 0 8mol 6 保持其他条件不变 起始向容器中充入1 0molCl2和1 2molCO 达到平衡时 Cl2的转化率 填 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 填 或 40 5 若起始充入2 0molCOCl2 g 体积扩大2倍 则达到平衡时n Cl2 0 8mol 压回原体积 即增大压强 平衡逆向移动 n Cl2 减小 6 若充入1 0molCl2和1 0molCO 则与原平衡等效 达到平衡时 Cl2的转化率等于60 现在是充了1 0molCl2和1 2molCO 多充入CO 则Cl2的转化率增大 7 恒温恒容的容器中 随着反应的进行 压强增大 平衡逆向移动 转化率减小 所以恒温恒压的容器中转化率大些 答案 1 0 075mol L 1 s 1 2 3 0 133mol L 1减小 4 5 6 7 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H2O2制备氧气 于是设计了下面的实验方案并进行实验探究 1 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 实验丙 实验丁和实验戊的实验目的是 3 分析H2O2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2min内6个时间点对注射器内气体进行读数 记录数据如表 对实验戊 0 20s的反应速率v1 mL s 1 100 120s的反应速率v2 mL s 1 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c表示的是实验 填 丙 丁 或 戊 解析 1 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 3 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H2O2浓度不同 但H2O2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 典例2 用NH3催化还原NxOy可以消除氮氧化物的污染 考点指导2速率 平衡图像分析 1 推测反应 是 反应 填 吸热 或 放热 2 相同条件下 反应 在2L密闭容器内 选用不同的催化剂 反应产生N2的量随时间变化如图所示 计算0 4分钟在A催化剂作用下 反应速率v NO 下列说法正确的是 A 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C 单位时间内H O键与N H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K值不变时 说明反应已达到平衡 3 一定条件下 反应 达到平衡时体系中n NO n O2 n NO2 2 1 2 在其他条件不变时 再充入NO2气体 分析NO2体积分数 NO2 的变化情况 恒温恒压容器 NO2 恒温恒容容器 NO2 填 变大 变小 或 不变 4 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3L N2 与反应时间t变化曲线X如图所示 若在t1时刻改变一个条件 曲线X变为曲线Y或曲线Z 则 变为曲线Y改变的条件是 变为曲线Z改变的条件是 若t2时降低温度 t3时达到平衡 请在图中画出曲线X在t2 t4内 N2 的变化曲线 3 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NO2气体 等效于增大压强 平衡正向移动 NO2 变大 4 曲线Y比曲线X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Z条件下 N2的浓度由2mol L 1瞬间增大到3mol L 1 容器体积应由3L减小到2L 改变的条件是 将容器的体积快速压缩至2L 该反应是吸热反应 降低温度时 平衡逆向移动 N2 在原有基础上逐渐减小 直到达到新的平衡 答案 1 吸热 2 0 375mol L 1 min 1 CD 3 不变变大 4 加入催化剂将容器的体积快速压缩至2L 图像如图 课堂对点训练 2 1 将0 05molSO2 g 和0 03molO2 g 放入容积为1L的密闭容器中发生反应 反应2SO2 g O2 g 2SO3 g 的能量变化如图所示 在一定条件下达到平衡 测得 SO3 0 04mol L 1 则该条件下反应的平衡常数K为 若温度升高 K将 填 增大 或 减小 2 600 时 在1L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 0 10min v O2 10min到15min内曲线变化的原因可能是 填写编号 a 使用了催化剂b 缩小容器体积c 降低温度d 增加SO3的物质的量答案 1 1600L mol 1减小 2 0 0005mol L 1 min 1 ab 典例3 甲醇是重要的化工原料 又可做为燃料 利用合成气 主要成分为CO CO2和H2 在催化剂的作用下合成甲醇 发生的主反应如下 考点指导3平衡图表题综合应用 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 即化学反应热 H 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 A 计算 H1 kJ molB H3 0 填 2 由甲醇在一定条件下制备甲醚 一定温度下 在三个体积均为1 0L的恒容密闭容器中发生反应 2CH3OH g CH3OCH3 g H2O g 实验数据见下表 下列说法正确的是 A 该反应的正反应为放热反应B 达到平衡时 容器a中的CH3OH体积分数比容器b中的小C 容器a中反应到达平衡所需时间比容器c中的长D 若起始时向容器a中充入CH3OH0 15mol CH3OCH30 15mol和H2O0 10mol 则反应将向正反应方向进行 3 合成气的组成n H2 n CO CO2 2 60时 体系中的CO平衡转化率 与温度和压强的关系如图所示 CO 值随温度升高而 填 增大 或 减小 其原因是 图中p1 p2 p3的大小关系为 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 若以硫酸作为电解质其负极反应为 解析 1 利用标准生成热可计算反应的焓变 H1 201 25 110 52 2 0 kJ mol 90 73kJ mol 利用盖斯定律 即可得到 所以 H3 H2 H1 58kJ mol 90 73kJ mol 32 73kJ mol 0 2 容器a c中CH3OH的物质的量相同 而容器a的温度比容器c高 平衡时CH3OCH3的物质的量 a c 所以升高温度 平衡逆向移动 正反应为放热反应 A项正确 比较容器a b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 平衡不移动 故达到平衡时 容器a中的CH3OH体积分数与容器b中的相等 容器a比容器c温度高 反应快 达到平衡所需时间短 C项错误 利用容器a中的数据可求得该温度下的化学平衡常数K 4 然后通过比较选项D中数据计算出的浓度熵Qc 0 67 K 所以反应将向正反应方向进行 D项正确 3 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 和反应 的影响进行分析 升高温度时 反应 为放热反应 平衡向左移动 使得体系中CO的量增大 反应 为吸热反应 平衡向右移动 CO产生的量也增大 总结果 随温度升高 使CO的转化率降低 相同温度下 反应 前后气体分子数不变 压强改变不影响其平衡移动 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CO的转化率升高 故压强 p1 p2 p3 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失去电子生成CO2 电极反应式为CH3OH 6e H2O CO2 6H 答案 1 90 73 2 AD 3 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CO的量增大 反应 为吸热反应 平衡向右移动 CO产生的量也增大 总结果 随温度升高 使CO的转化率降低 p3 p2 p1相同温度下 由于反应 为气体分子数减小的反应 加压有利于提升CO的转化率 而反应 为气体分子数不变的反应 产生CO的量不受压强影响 故增大压强 CO的转化率升高 4 装置简单 减小了电池的体积CH3OH 6e H2O CO2 6H 课堂对点训练 3 废物回收及污染处理图像 1 一定条件下 用Fe2O3 NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气回收 反应为2CO g SO2 g 2CO2 g S l H 270kJ mol 1 其他条件相同 催化剂不同 SO2的转化率随反应温度的变化如图1 Fe2O3和NiO作催化剂均能使SO2的转化率达到最高 不考虑催化剂价格因素 选择Fe2O3的主要优点是 某科研小组用Fe2O3作催化剂 在380 时 分别研究了 n CO n SO2 为1 1 3 1时SO2转化率的变化情况 图2 则图2中表示n CO n SO2 3 1的变化曲线为 2 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 其脱硝机理示意图如下图1 脱硝率与温度 负载率 分子筛中催化剂的质量分数 的关系如图2所示 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 课堂总结 断平衡图像 认知模型构建