高考化学大一轮复习 专题7 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 苏教版.doc

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(v l)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。(1)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。考点指导1化学平衡中的表格数据处理【典例1】某温度下进行反应：cocl2(g)cl2(g)co(g)，向2.0 l恒容密闭容器中充入1.0 mol cocl2(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：t/s02468n(cl2)/mol00.300.390.400.40(1)02 s内，v(cl2)_。(2)保持其他条件不变，升高温度，平衡时c(cl2)0.22 moll1，则反应的h_(填“”、“”或“”)0。(3)该温度下，此反应的平衡常数k_；若在2 l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1.2 mol cocl2、0.60 mol cl2和0.60 mol co，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2.0 mol cocl2(g)，经过一段时间后达到平衡，n(cl2)_(填“”、“”或“”)0.8 mol。(6)保持其他条件不变，起始向容器中充入1.0 mol cl2和1.2 mol co，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%。解析(1)v(cl2)0.075 moll1s1。(2)对于题中原平衡，c(cl2)0.2 moll1，温度升高，c(cl2)0.22 moll1，说明平衡正向移动，正反应吸热。k0.133 (moll1)。因为正反应是吸热反应，随着反应的进行，温度降低，平衡逆向移动，k减小。(4)q0.15k，反应逆向进行。(5)若起始充入2.0 mol cocl2(g)，体积扩大2倍，则达到平衡时n(cl2)0.8 mol，压回原体积，即增大压强，平衡逆向移动，n(cl2)减小。(6)若充入1.0 mol cl2和1.0 mol co，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1.0 mol cl2和1.2 mol co，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)0.075 moll1s1(2)(3)0.133 moll1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。实验编号反应物催化剂甲试管中加入3 ml 2% h2o2溶液和3滴蒸馏水无乙试管中加入3 ml 5% h2o2溶液和3滴蒸馏水无丙试管中加入3 ml 5% h2o2溶液和3滴蒸馏水1 ml 0.1 moll1 fecl3溶液丁试管中加入3 ml 5% h2o2溶液和3滴稀盐酸溶液1 ml 0.1 moll1 fecl3溶液戊试管中加入3 ml 5% h2o2溶液和3滴naoh溶液1 ml 0.1 moll1 fecl3溶液(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2 min内6个时间点对注射器内气体进行读数，记录数据如表。时间/s20406080100120气体体积/ml实验丙9.519.529.036.546.054.5实验丁8.016.023.531.539.046.5实验戊15.530.044.558.571.583.0对实验戊，020 s的反应速率v1_ mls1，100120 s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_。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。答案(1)2h2o22h2oo2(2)反应物浓度不同对反应速率的影响不同酸碱性条件下，催化剂对反应速率的影响(3)实验甲和实验乙不能达到实验目的，因h2o2在常温且无催化剂作用的条件下比较稳定(4)0.7750.575随反应的不断进行，h2o2浓度逐渐降低，反应速率减小丁考点指导2速率、平衡图像分析【典例2】用nh3催化还原nxoy可以消除氮氧化物的污染。已知：反应：4nh3(g)6no(g)5n2(g)6h2o(l)h1反应：2no(g)o2(g)2no2(g)h2(且|h1|2|h2|)反应：4nh3(g)6no2(g)5n2(g)3o2(g)6h2o(l)h3反应和反应在不同温度时的平衡常数及其大小关系如下表：温度/k反应反应已知：k2k1k2k1298k1k2398k1k2(1)推测反应是_反应(填“吸热”或“放热”)(2)相同条件下，反应在2 l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04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ho键与nh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)212。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3 l，c(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t2t4内c(n2)的变化曲线。解析(1)分析表中数据可知，对于反应和反应，温度升高时，k值减小，平衡逆向移动，故两个反应都是放热反应，焓变小于0。将反应反应3得反应，则h3h13h22h23h2h2，因为h20，反应是吸热反应。(2)v(no)v(n2)0.375 moll1min1。单位时间内生成的n2越多，则活化分子越多，活化能越低，a错误；增大压强能使反应速率加快，是因为增加了活化分子的浓度，活化分子的百分数不变，b错误；单位时间内ho键与nh键断裂的数目相等时，说明正反应速率等于逆反应速率，反应已经达到平衡，c正确；若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当k值不变时，说明反应已经达到平衡，d正确。(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2 moll1瞬间增大到3 moll1，容器体积应由3 l减小到2 l，改变的条件是：将容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，c(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)0.375 moll1min1cd(3)不变变大(4)加入催化剂将容器的体积快速压缩至2 l图像如图【课堂对点训练】2(1)将0.05 mol so2(g)和0.03 mol o2(g)放入容积为1 l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c(so3)0.04 moll1，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1 l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：010 min，v(o2)_。10 min到15 min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)1 600 lmol1减小(2)0.000 5 moll1min1ab考点指导3平衡图表题综合应用【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：.co(g)2h2(g)ch3oh(g)h1.co2(g)3h2(g)ch3oh(g)h2o(g)h258 kj/ mol .co2(g)h2(g)co(g)h2o(g)h3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：物质coco2h2ch3oh(g)标准生成热(kj/ mol )110.52393.510201.25a.计算h1_kj/ molbh3_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：容器编号温度()起始物质的量(mol)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ch3oh 0.15 mol 、ch3och3 0.15 mol 和h2o 0.10 mol，则反应将向正反应方向进行(3)合成气的组成n(h2)/n(coco2)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)20kj/ mol90.73 kj/ mol ；利用盖斯定律即可得到，所以h3h2h1 58 kj/ mol(90.73 kj/ mol)32.73 kj/ 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：ac, 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k4，然后通过比较选项d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，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：p1p2p3。(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ch3oh6eh2o=co26h。答案(1)90.73 (2)ad(3