化学第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 鲁科版.ppt

学案六化学速率平衡学案六化学速率平衡图图表分析与数据表分析与数据处处理理【教学目标】【教学目标】1.理解化学平衡理解化学平衡图图像的意像的意义义，掌握化学平衡，掌握化学平衡图图像像题题的解法。的解法。2.借助速率和平衡的借助速率和平衡的图图像，了解平衡在生活、生像，了解平衡在生活、生产产和科学研究和科学研究领领域中的重要作用。域中的重要作用。3.通通过过对对“化化学学反反应应速速率率和和化化学学平平衡衡”的的图图表表以以及及“化化学学反反应应的的过过程程图图像像”的的分分析析，提高学生提高学生对图对图表信息表信息进进行行综综合合处处理和加工的能力。理和加工的能力。4.通通过过同学之同学之间对图间对图像像题题的解的解题题方法的方法的讨论讨论分析，体会同伴分析，体会同伴间间互助学互助学习习的必要性。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】平衡平衡图图像解像解题题思路、方法与技巧。思路、方法与技巧。【考考情情分分析析】从从近近几几年年看看，化化学学反反应应速速率率和和化化学学平平衡衡的的考考查查，试试题题的的创创新新性性、探探究究性性逐逐年年提提升升，如如：考考查查问问题题多多样样化化的的平平衡衡图图像像问问题题，通通过过设设计计新新颖颖的的速速率率、平平衡衡计计算算以以及及通通过过图图像像、表表格格获获取取信信息息、数数据据等等试试题题在在情情境境上上、取取材材上上都都有有所所创创新新，而而且且化化学学反反应应速速率率与与化化学学平平衡衡还还与与元元素素化化合合物物知知识识相相互互联联系系，综综合合考考查查，并并且且两两者者的的结结合也日合也日趋紧趋紧密。如密。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)物物质质的量的量(或或浓浓度度)时间图时间图像像例例如如，某某温温度度时时，在在定定容容(VL)容容器器中中，X、Y、Z三三种种物物质质的的物物质质的的量量随随时时间间的的变变化化曲曲线线如如图图所示。所示。(2)含量含量时间时间温度温度(压压强强)常常见见形式有如下几种。形式有如下几种。(C%指生成物的指生成物的质质量分数；量分数；B%指某反指某反应应物的物的质质量分数量分数)(3)恒恒压压(温温)的的图图像分析像分析该该类类图图像像的的纵纵坐坐标标为为物物质质的的平平衡衡浓浓度度(c)或或反反应应物物的的转转化化率率()，横横坐坐标标为为温温度度(T)或或压压强强(p)，常，常见类见类型如下所示：型如下所示：如如图图2所所示示曲曲线线是是其其他他条条件件不不变变时时，某某反反应应物物的的最最大大转转化化率率()与与温温度度(T)的的关关系系曲曲线线，图图中中标标出出的的1、2、3、4四四个个点点，表表示示v正正v逆逆的的点点是是3，表表示示v正正v逆逆的的点点是是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)二个原二个原则则先先拐拐先先平平。例例如如，在在转转化化率率时时间间图图上上，先先出出现现拐拐点点的的曲曲线线先先达达到到平平衡衡，此此时时推推理可得理可得该变该变化的温度高、化的温度高、浓浓度大、度大、压压强强高。高。定一定一论论二。当二。当图图像中有三个量像中有三个量时时，先确定一个量不，先确定一个量不变变再再讨论讨论另外两个量的关系。另外两个量的关系。(2)三个步三个步骤骤看看懂懂图图像像：看看图图像像要要五五看看。一一看看面面，即即看看清清横横坐坐标标和和纵纵坐坐标标；二二看看线线，即即看看线线的的走走向向、变变化化趋趋势势；三三看看点点，即即看看曲曲线线的的起起点点、终终点点、交交点点、拐拐点点、原原点点、极极值值点点等等；四四看看要要不不要要作作辅辅助助线线、如如等等温温线线、等等压压线线；五五看看定定量量图图像像中中有有关关量量的的多多少少。联联想想规规律律：联联想想外外界界条条件件对对化化学学反反应应速速率率和和化化学学平平衡衡的的影影响响规规律律。推推理理判判断断：结结合合题题中中给给定的化学反定的化学反应应和和图图像中的相关信息，根据有关知像中的相关信息，根据有关知识规识规律分析作出判断。律分析作出判断。【典典例例1】某某温温度度下下进进行行反反应应：COCl2(g)Cl2(g)CO(g)，向向2.0L恒恒容容密密闭闭容容器器中中充充入入1.0molCOCl2(g)，经过经过一段一段时间时间后达到平衡。反后达到平衡。反应过应过程中程中测测得的有关数据得的有关数据见见下表：下表：考点指考点指导导1化学平衡中的表格数据化学平衡中的表格数据处处理理t/s02468n(Cl2)/mol00.300.390.400.40(1)02s内，内，v(Cl2)_。(2)保保持持其其他他条条件件不不变变，升升高高温温度度，平平衡衡时时Cl20.22 molL 1，则则反反应应的的H_(填填“”、“”或或“”)0。(3)该该温温度度下下，此此反反应应的的平平衡衡常常数数K_；若若在在2L恒恒容容绝绝热热(与与外外界界没没有有热热量量交交换换)密密闭闭容容器器中中进进行行该该反反应应，则则该该反反应应K将将_(填填“增增大大”、“减减小小”或或“不不变变”)。(4)保保持持其其他他条条件件不不变变，起起始始时时向向容容器器中中充充入入1.2molCOCl2、0.60molCl2和和0.60molCO，反，反应应达到平衡前的速率：达到平衡前的速率：v(正正)_(填填“”、“”或或“”)v(逆逆)。(5)若若起起始始时时向向该该容容器器中中充充入入2.0 mol COCl2(g)，经经过过一一段段时时间间后后达达到到平平衡衡，n(Cl2)_(填填“”、“”或或“”)0.8mol。(6)保保持持其其他他条条件件不不变变，起起始始向向容容器器中中充充入入1.0molCl2和和1.2molCO，达达到到平平衡衡时时，Cl2的的转转化率化率_(填填“”、“”或或“”)60%。(7)若若该该反反应应是是在在恒恒温温恒恒压压下下进进行行，则则达达到到平平衡衡时时反反应应物物的的转转化化率率将将_(填填“”、“”或或“”)40%。(5)若若起起始始充充入入2.0molCOCl2(g)，体体积积扩扩大大2倍倍，则则达达到到平平衡衡时时n(Cl2)0.8mol，压压回回原原体体积积，即即增增大大压压强强，平平衡衡逆逆向向移移动动，n(Cl2)减减小小。(6)若若充充入入1.0molCl2和和1.0molCO，则则与与原原平平衡衡等等效效，达达到到平平衡衡时时，Cl2的的转转化化率率等等于于60%，现现在在是是充充了了1.0molCl2和和1.2molCO，多多充充入入CO，则则Cl2的的转转化化率率增增大大。(7)恒恒温温恒恒容容的的容容器器中中，随随着着反反应应的的进行，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。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。答答案案(1)0.075molL1s1(2)(3)0.133molL1减减小小(4)(5)(6)(7)【课堂对点训练课堂对点训练】1.某某同同学学学学习习了了化化学学反反应应速速率率后后，联联想想到到曾曾用用H2O2制制备备氧氧气气，于于是是设设计计了了下下面面的的实实验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试管中加入管中加入3mL2%H2O2溶液和溶液和3滴蒸滴蒸馏馏水水无无乙乙试试管中加入管中加入3mL5%H2O2溶液和溶液和3滴蒸滴蒸馏馏水水无无丙丙试试管中加入管中加入3mL5%H2O2溶液和溶液和3滴蒸滴蒸馏馏水水1mL0.1molL1FeCl3溶液溶液丁丁试试管中加入管中加入3mL5%H2O2溶液和溶液和3滴稀滴稀盐盐酸溶液酸溶液1mL0.1molL1FeCl3溶液溶液戊戊试试管中加入管中加入3mL5%H2O2溶液和溶液和3滴滴NaOH溶液溶液1mL0.1molL1FeCl3溶液溶液(1)上述上述实验发实验发生反生反应应的化学方程式的化学方程式为为_。(2)实验实验甲和甲和实验实验乙的乙的实验实验目的是目的是_；实验实验丙、丙、实验实验丁和丁和实验实验戊的戊的实验实验目的是目的是_。(3)分分 析析 H2O2的的 性性 质质，解解 释释 实实 验验 甲甲 和和 实实 验验 乙乙 能能 否否 达达 到到 实实 验验 目目 的的：_。(4)实实验验过过程程中中该该同同学学对对实实验验丙丙、丁丁、戊戊中中产产生生的的气气体体进进行行收收集集，并并在在2min内内6个个时时间间点点对对注射器内气体注射器内气体进进行行读读数，数，记录记录数据如表。数据如表。时间时间/s20406080100120气体体积气体体积/mL实验实验丙丙9.519.529.036.546.054.5实验实验丁丁8.016.023.531.539.046.5实验实验戊戊15.530.044.558.571.583.0对对实实验验戊戊，020s的的反反应应速速率率v1_mLs1，100120s的的反反应应速速率率v2_ mLs 1。不不考考虑虑实实验验测测量量误误差差，二二者者速速率率存存在在差差异异的的主主要要原原因因是是_。如如图图是是根根据据实实验验收收集集到到最最大大体体积积的的气气体体时时所所用用时时间间绘绘制制的的图图像像。曲曲线线c表表示示的的是是实实验验_(填填“丙丙”、“丁丁”或或“戊戊”)。解解析析(1)过过氧氧化化氢氢在在催催化化剂剂作作用用下下分分解解生生成成氧氧气气和和水水。(2)对对比比实实验验甲甲和和乙乙，可可知知不不同同的的是是过过氧氧化化氢氢的的浓浓度度；对对比比实实验验丙丙、丁丁、戊戊，可可知知不不同同的的是是H2O2溶溶液液的的酸酸碱碱性性。(3)过过氧氧化化氢氢在在不不加加热热且且没没有有催催化化剂剂作作用用的的条条件件下下性性质质比比较较稳稳定定，故故实实验验甲甲和和乙乙尽尽管管H2O2浓浓度度不不同同，但但H2O2均均不不会会分分解解生生成成氧氧气气。(4)由由于于实实验验戊戊产产生生氧氧气气的的速速率率最最快快，实实验验丁丁产产生生氧氧气气的的速速率率最最慢慢，可可推推知知图图像像中中曲曲线线a、b、c对对应应的的分分别别为为实实验验戊戊、丙丙、丁。丁。【典例典例2】用用NH3催化催化还还原原NxOy可以消除氮氧化物的可以消除氮氧化物的污污染。染。考点指考点指导导2速率、平衡速率、平衡图图像分析像分析温度温度/K反应反应反应反应已知：已知：K2K1K2K1298K1K2398K1K2(1)推推测测反反应应是是_反反应应(填填“吸吸热热”或或“放放热热”)(2)相相同同条条件件下下，反反应应在在2L密密闭闭容容器器内内，选选用用不不同同的的催催化化剂剂，反反应应产产生生N2的的量量随随时时间变间变化如化如图图所示。所示。计计算算04分分钟钟在在A催化催化剂剂作用下，反作用下，反应应速率速率v(NO)_。下列下列说说法正确的是法正确的是_。A.该该反反应应的活化能大小的活化能大小顺顺序是：序是：Ea(A)Ea(B)Ea(C)B.增大增大压压强强能使反能使反应应速率加快，是因速率加快，是因为为增加了活化分子百分数增加了活化分子百分数C.单单位位时间时间内内HO键键与与NH键键断裂的数目相等断裂的数目相等时时，说说明反明反应应已已经经达到平衡达到平衡D.若在恒容若在恒容绝热绝热的密的密闭闭容器中容器中发发生反生反应应，当，当K值值不不变时变时，说说明反明反应应已达到平衡已达到平衡(3)一一定定条条件件下下，反反应应达达到到平平衡衡时时体体系系中中n(NO)n(O2)n(NO2)212。在在其其他他条条件件不不变变时时，再再充充入入NO2气气体体，分分析析NO2体体积积分分数数(NO2)的的变变化化情情况况：恒恒温温恒恒压压容容器器，(NO2)_；恒恒温温恒恒容容容容器器，(NO2)_(填填“变变大大”、“变变小小”或或“不不变变”)。(4)一一定定温温度度下下，反反应应在在容容积积可可变变的的密密闭闭容容器器中中达达到到平平衡衡，此此时时容容积积为为3L，N2与与反反应应时时间间t变变化化曲曲线线X如如图图所所示示，若若在在t1时时刻刻改改变变一一个个条条件件，曲曲线线X变变为为曲曲线线Y或或曲曲线线Z。则则：变为变为曲曲线线Y改改变变的条件是的条件是_。变为变为曲曲线线Z改改变变的条件是的条件是_。若若t2时时降低温度，降低温度，t3时时达到平衡，达到平衡，请请在在图图中画出曲中画出曲线线X在在t2t4内内N2的的变变化曲化曲线线。(3)恒恒温温恒恒压压容容器器中中的的平平衡衡是是等等效效平平衡衡，(NO2)不不变变；恒恒温温恒恒容容容容器器，再再充充入入NO2气气体，等效于增大压强，平衡正向移动，体，等效于增大压强，平衡正向移动，(NO2)变大。变大。(4)曲曲线线Y比比曲曲线线X先先达达到到平平衡衡，但但平平衡衡状状态态相相同同，改改变变的的条条件件是是加加入入催催化化剂剂；曲曲线线Z条条件件下下，N2的的浓浓度度由由2molL1瞬瞬间间增增大大到到3molL1，容容器器体体积积应应由由3L减减小小到到2L，改改变变的的条条件件是是：将将容容器器的的体体积积快快速速压压缩缩至至2L。该该反反应应是是吸吸热热反反应应，降降低低温温度度时时，平衡逆向移动，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。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)0.375molL1min1CD(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2L图像如图图像如图【课堂对点训练课堂对点训练】2.(1)将将0.05molSO2(g)和和0.03molO2(g)放放入入容容积积为为1L的的密密闭闭容容器器中中发发生生反反应应，反反应应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)的的能能量量变变化化如如图图所所示示，在在一一定定条条件件下下达达到到平平衡衡，测测得得SO30.04 molL 1，则则该该条条件件下下反反应应的的平平衡衡常常数数K为为_，若若温温度度升升高高，K将将_(填填“增大增大”或或“减小减小”)。(2)600时时，在在1L的的密密闭闭容容器器中中，将将二二氧氧化化硫硫和和氧氧气气混混合合，反反应应过过程程中中SO2、O2、SO3物物质质的量的量变变化如化如图图所示。据所示。据图图判断：判断：010min，v(O2)_。10min到到15min内曲内曲线变线变化的原因可能是化的原因可能是_(填写填写编编号号)。a.使用了催化使用了催化剂剂 b.b.缩缩小容器体小容器体积积c.降低温度降低温度 d.d.增加增加SO3的物的物质质的量的量答案答案(1)1600Lmol1减小减小(2)0.0005molL1min1ab【典典例例3】甲甲醇醇是是重重要要的的化化工工原原料料，又又可可做做为为燃燃料料。利利用用合合成成气气(主主要要成成分分为为CO、CO2和和H2)在催化在催化剂剂的作用下合成甲醇，的作用下合成甲醇，发发生的主反生的主反应应如下：如下：考点指考点指导导3平衡平衡图图表表题综题综合合应应用用回答下列回答下列问题问题：(1)物物质质的的标标准准生生成成热热是是常常用用的的化化学学热热力力学学数数据据，可可以以用用来来计计算算化化学学反反应应热热。即即化化学学反反应热应热：H生成物生成物标标准生成准生成热总热总和反和反应应物物标标准生成准生成热总热总和。和。已知四种物已知四种物质质的的标标准生成准生成热热如下表：如下表：物质物质COCO2H2CH3OH(g)标准生成热标准生成热(kJ/mol)110.52393.510201.25A.计计算算H1_kJ/molB.H3_0(填填“”“”)(2)由由甲甲醇醇在在一一定定条条件件下下制制备备甲甲醚醚。一一定定温温度度下下，在在三三个个体体积积均均为为1.0L的的恒恒容容密密闭闭容容器中器中发发生反生反应应：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)。实验实验数据数据见见下表：下表：容器容器编号编号温度温度()起始物质的量起始物质的量(mol)平衡物质的量平衡物质的量(mol)CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)CH3OCH3(g)H2O(g)a3870.20000.0800.080b3870.4000c2070.20000.0900.090下列下列说说法正确的是法正确的是_。A.该该反反应应的正反的正反应为应为放放热热反反应应B.达到平衡达到平衡时时，容器，容器a中的中的CH3OH体体积积分数比容器分数比容器b中的小中的小C.容器容器a中反中反应应到达平衡所需到达平衡所需时间时间比容器比容器c中的中的长长D.若若起起始始时时向向容容器器a中中充充入入CH3OH0.15mol、CH3OCH30.15mol和和H2O0.10mol，则则反反应应将向正反将向正反应应方向方向进进行行(3)合合成成气气的的组组成成n(H2)/n(COCO2)2.60时时，体体系系中中的的CO平平衡衡转转化化率率()与与温温度度和和压压强强的关系如的关系如图图所示。所示。(CO)值值 随随 温温 度度 升升 高高 而而 _(填填“增增 大大”或或“减减 小小”)，其其 原原 因因 是是_。图图中中p1、p2、p3的大小关系的大小关系为为_，其判断理由是，其判断理由是_。(4)甲甲醇醇可可以以制制成成燃燃料料电电池池，与与合合成成气气制制成成燃燃料料电电池池相相比比优优点点是是_；若若以以硫硫酸酸作作为电为电解解质质其其负负极反极反应为应为_。解解析析(1)利利用用标标准准生生成成热热可可计计算算反反应应的的焓焓变变 H1(201.25)(110.52)20kJ/mol90.73kJ/mol；利利用用盖盖斯斯定定律律即即可可得得到到，所所以以H3H2H158kJ/mol(90.73kJ/mol)32.73kJ/mol0。(2)容容器器a、c中中CH3OH的的物物质质的的量量相相同同，而而容容器器a的的温温度度比比容容器器c高高，平平衡衡时时CH3OCH3的的物物质质的的量量：ac,所所以以升升高高温温度度，平平衡衡逆逆向向移移动动，正正反反应应为为放放热热反反应应，A项项正正确确；比比较较容容器器a、b中中数数据据，温温度度不不变变，初初始始量量成成倍倍数数，而而该该反反应应是是气气体体体体积积不不变变的的反反应应，初初始始量量加加倍倍相相当当于于加加压压，平平衡衡不不移移动动，故故达达到到平平衡衡时时，容容器器a中中的的CH3OH体体积积分分数数与与容容器器b中中的的相相等等；容容器器a比比容容器器c温温度度高高，反反应应快快，达达到到平平衡衡所所需需时时间间短短，C项项错错误误；利利用用容容器器a中中的的数数据据可可求求得得该该温温度度下下的的化化学学平平衡衡常常数数K4，然然后后通通过过比比较较选选项项D中中数数据据计计算算出出的的浓浓度度熵熵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)由由图图像像可可知知(CO)值值随随温温度度升升高高而而减减小小，可可通通过过温温度度升升高高对对反反应应和和反反应应的的影影响响进进行行分分析析，升升高高温温度度时时，反反应应为为放放热热反反应应，平平衡衡向向左左移移动动，使使得得体体系系中中CO的的量量增增大大；反反应应为为吸吸热热反反应应，平平衡衡向向右右移移动动，CO产产生生的的量量也也增增大大；总总结结果果，随随温温度度升升高高，使使CO的的转转化化率率降降低低。相相同同温温度度下下，反反应应前前后后气气体体分分子子数数不不变变，压压强强改改变变不不影影响响其其平平衡衡移移动动，反反应应正正反反应应为为气气体体分分子子数数减减小小的的反反应应，增增大大压压强强，有有利利于于平平衡衡向向正正反反应应方方向向移移动动，从从而而引引起起CO的的转转化化率率增增大大，所所以以增增大大压压强强有有利利于于CO的的转转化化率率升升高高，故故压压强强：p1p2p3。(4)甲甲醇醇可可以以制制成成燃燃料料电电池池，与与合合成成气气制制成成燃燃料料电电池池相相比比优优点点是是装装置置简简单单，减减小小了了电电池池的的体体积积。若若以以硫硫酸酸作作为为电电解解质质其其负负极极区区CH3OH失失去去电电子生成子生成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)减减小小升升高高温温度度时时，反反应应为为放放热热反反应应，平平衡衡向向左左移移动动，使使得得体体系系中中CO的的量量增增大大；反反应应为为吸吸热热反反应应，平平衡衡向向右右移移动动，CO产产生生的的量量也也增增大大；总总结结果果，随随温温度度升升高，使高，使CO的转化率降低的转化率降低p3p2p1 相相同同温温度度下下，由由于于反反应应为为气气体体分分子子数数减减小小的的反反应应，加加压压有有利利于于提提升升CO的的转转化化率率；而而反反应应为为气气体体分分子子数数不不变变的的反反应应，产产生生CO的的量量不不受受压压强强影影响响；故增大故增大压压强强，CO的的转转化率升高化率升高(4)装置装置简单简单，减小了，减小了电电池的体池的体积积CH3OH6eH2O=CO26H【课堂对点训练课堂对点训练】3.废物回收及污染处理图像废物回收及污染处理图像(1)一定条件下，用一定条件下，用Fe2O3、NiO或或Cr2O3作催化作催化剂对剂对燃煤烟气回收。反燃煤烟气回收。反应为应为2CO(g)SO2(g)2CO2(g)S(l)H270kJmol1其其他他条条件件相相同同、催催化化剂剂不不同同，SO2的的转转化化率率随随反反应应温温度度的的变变化化如如图图1，Fe2O3和和NiO作作催催化化剂剂均均能能使使SO2的的转转化化率率达达到到最最高高，不不考考虑虑催催化化剂剂价价格格因因素素，选选择择Fe2O3的的主主要要优优点是：点是：_。某某科科研研小小组组用用Fe2O3作作催催化化剂剂。在在380时时，分分别别研研究究了了n(CO)n(SO2)为为11、31时时SO2转转化化率率的的变变化化情情况况(图图2)。则则图图2中中表表示示n(CO)n(SO2)31的的变变化化曲曲线线为为_。(2)目目前前，科科学学家家正正在在研研究究一一种种以以乙乙烯烯作作为为还还原原剂剂的的脱脱硝硝(NO)原原理理，其其脱脱硝硝机机理理示示意意图图如下如下图图1，脱硝率与温度、，脱硝率与温度、负载负载率率(分子分子筛筛中催化中催化剂剂的的质质量分数量分数)的关系如的关系如图图2所示。所示。写出写出该该脱硝原理脱硝原理总总反反应应的化学方程式：的化学方程式：_。为为达到最佳脱硝效果，达到最佳脱硝效果，应应采取的条件是采取的条件是_。【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