高三化学第一轮复习：《化学选修4》第2章化学反应方向、限度和速率第3节鲁教版

高三化学第一轮复习 高三化学第一轮复习 化学选修化学选修 4 第第 2 章化学反应方向 限度章化学反应方向 限度 和速率第和速率第 3 节鲁教版节鲁教版 本讲教育信息本讲教育信息 一 教学内容 高考第一轮复习 化学选修 4 第 2 章 化学反应方向 限度和速率 第 3 节 化学反应速率 合成氨 1 化学反应速率的概念 表示方法及简单计算 2 浓度 压强 温度及催化剂对反应速率的影响 3 反应速率常数与反应速率的关系 4 合成氨反应的特点以及外部条件对合成氨反应的影响 5 合成氨的适宜条件和生产流程 二 教学目的 1 理解化学反应速率的概念 掌握其表示方法及简单计算 2 掌握浓度 压强 温度及催化剂对化学反应速率的影响 3 理解反应速率常数与化学反应速率的关系 4 了解合成氨反应的特点以及外部条件对合成氨反应的影响 5 了解合成氨的生产流程 综合分析合成氨的适宜条件 三 重点和难点 1 反应速率的表示方法及简单计算 2 浓度 压强 温度和催化剂对化学反应速率的影响 3 反应速率常数与化学反应速率的关系 4 合成氨适宜条件的综合分析及选择 四 考点分析 本节内容在高考中的主要考查点是 1 化学反应速率的表示方法及简单计算 2 外部条件对化学反应速率的影响 3 合成氨适宜条件的综合分析及选择 五 知识要点 一 1 化学反应速率的表示方法 2 温度对反应速率的影响 阿累尼乌斯公式是 3 基元反应的概念 4 碰撞理论的基本要点是 5 过渡态理论基本要点是 6 对一般反应 常温下温度每升高 10 反应速率大约增快 倍 7 测定化学反应速率的方法有 8 什么叫活化能 反应速率表示式与反应历程有关吗 9 化学反应速率与参与反应的物质的浓度的数学关系式是什么 适用范围如何 书写时 应注意什么问题 二 1 化学平衡研究的对象是 2 可逆反应的定义是 3 化学平衡的实质是 宏观标志是 4 勒夏特列原理的含义是指 勒夏特列原理也叫 适用于 所有平衡体系 5 合成氨的适宜条件是 6 写出下列化学方程式 1 碳与水反应 2 一氧化碳与水反应 注意 一 1 基元反应 大多数化学反应都是分几步完成的 其中能够一步完成的反应称为基元反 应 2 总反应 基元反应的总和称为总反应 由几个基元反应所组成的总反应也称复杂反应 3 反应历程 反应机理 基元反应构成的反应序列称为反应历程 又叫反应机理 4 化学反应分为只有一个基元反应的简单反应和由几个基元反应组成的复杂反应 二 1 定量表示法 化学反应速率可以用单位时间内反应物的变化量或生成物的变化量来表 示 表达式为 t n v t 代表某段时间间隔 n 代表该时间间隔内反应物或生成物的物质的量的变化量 对于反应体系体积不变的反应 可以用单位时间内反应物或生成物浓度的变化量来表 示 即 t c v v 的单位可以是 mol L s 或 mol L min 或 mol L h 2 化学反应速率的特点 1 化学反应速率为平均速率 且均为正值 2 对某一个具体反应来说 在用不同物质表示化学反应速率时所得数值往往不同 3 用各物质表示的化学反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比 对于反应 mA nBpC qD 而言 q p n m D v C v B v A v 三 1 内因 化学反应速率由物质的结构和反应历程决定 2 外因 1 反应速率常数及浓度对反应速率的影响 反应速率常数表示单位浓度下的化学反应速率 通常 反应速率常数越大 反应进行 的越快 反应速率常数与浓度无关 但受温度 催化剂 固体表面性质等因素的影响 例如 在 298K 时 反应的反应速率 v 与的 2222 IOH2HI2OH HI c OH c 22 关系为 HI c OH Kcv 22 式中的比例系数 K 称为反应速率常数 必须指明的是 总反应的化学反应速率与参与反应的物质的浓度的关系式是实验测定 的结果 不能随意根据反应的化学方程式直接写出 对于气态反应 在温度 体积一定的条件下 压强与浓度成正比 因此上述关系式中 的浓度可以用分压来表示 对于只涉及液体和固体的反应 压强的改变对化学反应速率几 乎没有影响 规律 其他条件相同时 增大反应物浓度可加快反应速率 反之 浓度越小 反应速 率减慢 2 温度对化学反应速率的影响 科学家们根据实验研究总结出了大量关于温度对化学反应速率影响的经验规律 例如 范托夫 van t Hoff 曾总结出一条近似规律 温度每升高 10K 反应速率增加 2 4 倍 这 个经验规律可以对一些反应的化学反应速率做粗略的估计 但适用范围有限 1889 年 阿累尼乌斯 S Arrhenius 在长期大量实验的基础上 提出了反应速率常数 与温度关系的经验公式 RT Ea Aek 式中 k 为反应速率常数 A 为比例系数 e 为自然对数的底 R 为摩尔气体常量 为活化能 单位为 a E 11 molkJmolJ 或 该经验公式表明 当时 升高温度 反应速率常数增大 化学反应速率随之增0Ea 大 规律 I 温度对反应速率的影响规律 对吸热反应 放热反应都适用 且不受反应物 状态的限制 II 许多实验表明 温度每升高 10 反应速率通常增大到原来的 2 倍到 4 倍 若温 度为时化学反应速率为 温度升至时化学反应速率为 则温度对反应速率 1 t 1 v 2 t 2 v 影响的经验公式 10 tt 1 2 12 4 2 v v 3 压强对反应速率的影响规律 对于有气体参加的化学反应 若其他条件不变 增 大压强 反应速率加快 减小压强 反应速率缓慢 说明 I 恒温时 增大压强 体积减小 浓度增大 反应速率增大 II 恒容时 充入气体反应物 反应物浓度增大 总压增大 反应速率增大 充入 无 关气体 如 He Ne Ar 或不参与反应的等 引起总压增大 但各反应物的分压不 2 N 变 各物质的浓度不变 反应速率不变 III 恒压时 充入 无关气体 如 He Ne Ar 或不参与反应的等 引起体积 2 N 增大 各反应物浓度减小 反应速率减慢 IV 若参加反应的物质为固体或溶液发生反应有气体产生的 压强改变不影响反应的 速率 4 催化剂对反应速率的影响 能加快化学反应速率的催化剂叫正催化剂 而能减缓 化学反应速率的催化剂称负催化剂 说明 催化剂能改变化学反应的速率 但不能改变化学反应的平衡常数 不能改变平 衡转化率 若为正催化剂则可缩短达到平衡所需要的时间 四 1 合成氨反应的特点 合成氨反应是一个放热反应 同时也是气 22 H3N 3 NH2 体的物质的量减小的熵减的可逆反应 2 合成氨反应限度分析 3 1氮氢比为 提高压强 降低温度 高转化率 有利于提 3 合成氨速率分析 适当分离反应产物氨 适当提高氮氢比 使用催化剂 提高反应温度 应速率 高化学反 有利于提 4 合成氨的适宜条件 选择合成氨条件时 不能片面地追求高转化率或高反应速率 而应该寻找以较高的反 应速率获得适当的平衡转化率的条件 此外还要考虑原料的价格 未转化合成气的循环使 用 反应热的综合利用等问题 8 2 1 Pa101 Pa101 K773 87 为 氮气与氢气的投料比 选择压强在 量及综合指标 根据反应器的钢材质 左右 温度在 铁作催化剂 适宜条件 合成氨的 典型例题典型例题 例例 1 某反应在催化剂的作用下按以下两步进行 第一步为 X Y Z 第二步 Y Z M N X 此反应的总方程式是 反应的催化剂为 分析 分析 从题给两反应可以看出 X 与 Y 反应生成 Z Z 又转变为最终产物 M N 和 X 则 Z 为中间产物 而 X 开始参与反应 后又生成 其质量和化学性质均不变 即 X 为 催化剂 将题给两反应相加得 NM X Y2 答案 答案 XNM X Y2 例例 2 在一定条件下 可逆反应 正反应是放热反应 达到平衡 22 H3N 3 NH2 时 当单独改变下列条件后 有关叙述错误的是 A 加催化剂 都发生变化且变化的倍数相等 逆正 v v B 加压 都增大 且增大的倍数大于增大的倍数 逆正 v v 正 v 逆 v C 降温 都减小 且减小的倍数大于减小的倍数 逆正 v v 正 v 逆 v D 加入氩气 都增大 且增大的倍数大于增大的倍数 逆正 v v 正 v 逆 v 分析 分析 催化剂能同等程度改变 A 正确 加压 均增大 且向正反 逆正 v v 逆正 v v 应方向移动 B 正确 降温 均减小 且向正反应方向移动 逆正 vv 逆正 v v C 错误 加入氩气 如恒温 恒容 平衡不移动 均不变 D 错误 逆正 vv 逆正 v v 答案 答案 CD 例例 3 某温度下 反应 开始时 经 52O N2 22 ONO4 1 52 Lmol0408 0 ON c 1min 后测得 则该反应速率为 1 52 Lmol030 0 ON c 分析 分析 此题应先求出 1min 内的浓度变化值应为 52O N 11 Lmol030 0 Lmol0408 0 1 Lmol0108 0 然后求出用来表示的反应速率 52O N 14 1 52 sL mol108 1 s60 Lmol0108 0 ON v 再根据同一化学反应在相同时间内用不同的物质表示反应速率时 其速率之比等于化 学方程式中对应物质的化学计量数之比 得出 C 正确 答案 答案 C 例例 4 反应速率 v 和反应浓度的关系是用实验方法测定的 化学反应2HCl 22 ClH 的反应速率 v 可表示为 式中 K 为常数 m n 值可用下表中数据 n 2 m 2 Cl c H c Kv 确定之 H c 2 1 Lmol Cl c 2 1 Lmol v 21 sLmol 1 01 01 0K 2 01 02 0K 2 04 04 0K 由此可推得 m n 值正确的是 A B 2n 1m 1n 2 1 m C D 2 1 n 2 1 m 2 1 n 1m 分析 分析 用代入法即可 答案 答案 D 例例 5 反应在一可变容积的密闭容器中进行 g H4 s OFe g OH4 s Fe3 2432 高温 下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是 A 增加 Fe 的量 B 将容器的体积缩小一半 C 保持体积不变 充入使体系压强增大 2 N D 压强不变 充入使容器体积增大 2 N 分析 分析 A 中 Fe 为固体 增多其用量对反应速率无影响 B 中将体积缩小 压强增大 水蒸气和的浓度增大 反应速率加快 C 中恒容充入 不参与反应 和水蒸 2 H 2 N 2 N 2 H 气的浓度不变 因此对反应速率无影响 D 中压强不变充入 体积增大 和水蒸气 2 N 2 H 的浓度减小 故反应速率减慢 答案 答案 AC 例例 6 已知 g H3 g N 22 g O g SO2 0H g NH2 223 g SO2 3 回答下列问题 0H 1 从影响速率和平衡的因素分析 要有利于的生成 理论上应采取的 33 SONH 和 措施是 实际 上生产中采取的措施分别是 2 合成氨实际生产过程中 要分离出氨气 目的是 而 合成过程中 不需要分离出 原因是 3 SO 3 SO 分析 分析 此题主要是考查了反应速率和化学平衡原理在实际生产中的应用 难度不大 但体现了高考的命题主向 答案 答案 1 高温 高压 催化剂 合成氨 适宜温度 高压 催化剂 合成 3 SO 高温 常压 催化剂 2 减小生成物浓度 使平衡向生成方向移动 该反应向生成的方向进行 3 NH 3 SO 程度大 达到平衡后余量较少 故不需要分离 2 SO 3 SO 模拟试题模拟试题 1 一定量的混合气体在密闭容器中发生下列反应pC g 达到平 g nB g mA 衡后 温度一定时 将气体体积缩小到原来的 当达到新平衡时 C 的浓度是原来的 1 9 2 1 倍 若压缩过程中保持温度不变 则下列说法中正确的是 A B A 的转化率降低pnm C C 的浓度减小D C 的体积分数增加 2 在一恒定容积的容器中充入 4mol A 和 2mol B 发生如下反应 g B g A2 达到平衡后 C 的体积分数为 W 若维持容积和温度不变 按 1 2mol g xC A 0 6mol B 和 2 8mol C 为起始物质 达到平衡后 C 的体积分数仍为 W 则 x 的值为 A 只能为 2B 只能为 3 C 可能为 2 也可能为 3D 无法确定 3 在体积固定的密闭容器中通入各为 1mol 的 A C D 和 x mol B 发生反应 A g 4B g 2C g D g 当 x 在一定范围内变化时 均可以通过调节反应器的 温度 使反应达到平衡时保持容器中气体总物质的量为 5mol 若使起始反应向正方向进行 则 x 的取值范围是 A 1 x 2B 1 x 5C 2 x 4D 2 x 5 4 在一定条件下 可逆反应 X g 3Y g 2Z g 达到平衡时有 50 的 Y 转 化为气体 Z 若 X 的转化率为 25 则起始时充入容器的 X 与 Y 的物质的量之比应为 A 3 2B 1 2C 1 3D 2 3 5 把 3mol P 和 2 5mol Q 置于 2L 密闭容器中 发生如下反应 3P g Q g xM g 2N g 5min 后达到平衡生成 1mol N 经测定 M 的平均速率是 0 1mol L min 下列叙述错误的是 A P 的平均反应速率为 0 15mol L min B Q 的转化率为 25 C Q 的平衡浓度为 1mol L D x 是 2 6 一定条件下 可逆反应2C 达到化学平衡状态 经测定平衡时 22 BA 若的起始浓度分别以L mol6 1 C c L mol1 0 B c L mol5 0 A c 22 CBA 22 表示 请回答 L cmolL bmolL mola 1 a b 应满足的关系是 2 a 的取值范围是 7 如图 在恒压密闭容器 M 中加入 2mol A 和 2mol B 起始时容器体积为 VL 发生如 下反应并达到化学平衡状态 B A2 0H g xC 平衡时 A B C 的物质的量之比为 1 3 4 C 的物质的量为 y mol 1 根据题中数据计算 x y 2 如图 II 在体积为 VL 的恒容密闭容器 N 中发生上述反应 其它条件相同 测 得反应过程中气体的平均相对分子质量随时间变化如图 III 时达到平衡 平衡的容 0 t 器中 C 的物质的量为 z mol 由于反应物 A B 状态未知 则 z 和 y 的大小也不确定 请在 下表中填入 A B 的状态与 z y 的大小之间的关系 仿照情形 可不填满 A B 是否为气态 可能的 情形AB z 与 y 的大小关系 M B 与 M C 的大小关系 M 表示 摩尔质量 是不是z y前面的结论与此无关 8 在一定温度下 把 2 体积和 6 体积通入一个带活塞的体积可变的容器中 活 2 N 2 H 塞的一端与大气相通如图所示 容器中发生以下反应 若 22 H3N 0H NH2 3 反应达到平衡后 测得混合气体为 7 体积 据此回答下列问题 1 保证上述反应温度不变 设 a b c 分别代表初始加入的 和的体 2 N 2 H 3 NH 积 如果反应达到平衡后混合气体体积及各物质的百分含量仍与上述平衡时完全相同 那 么 若 在此情况下 反应起始时 化学平衡将向 方 b 1a 向进行 填 正 或 逆 若需规定起始时反应向逆反应方向进行 则 c 的范围是 2 在上述装置中 若使平衡后气体变为 6 5 体积 应采取措施 理由 9 在某一容积为 2L 的密闭容器内 加入 0 8 mol 的和 0 6 mol 的 在一定的条件 2 H 2 I 下发生如下反应 反应中各物质的浓度随时间变 g I g H 22 0Q Q g HI2 化情况如图 1 1 该反应的化学平衡常数表达式为 2 根据图 1 数据 反应开始至达到平衡时 平均速率 v HI 为 3 反应达到平衡后 第 8 分钟时 若升高温度 化学平衡常数 K 填写增大 减小或不变 HI 浓度的变 化正确的是 用图 2 中 a e 的编号回答 若加入浓度的变化正确的是 用图 2 中 d f 的编号回答 22 H I 4 反应达到平衡后 第 8 分钟时 若把容器的容积扩大一倍 请在图中画出 8 分钟 后 HI 浓度的变化情况 10 在一个容积固定的反应器中 有一个可左右滑动的密封隔板 两侧分别进行如图所 示的可逆反应 各物质起始加入物质的量如下 A B 和 C 均为 4 0mol D 为 6 5mol F 为 2 0mol 设 E 的物质的量为 x mol 当 x 在一定范围内变化时 均可以通过调节反应器的温度 使 两侧反应都达平衡 并且隔板恰好处于反应器的正中位置 1 若 x 4 5 则右侧反应在起始时向 填 正反应 或 逆反应 方向进行 欲使起始反应维持向该反应方向进行 则 x 的最大值应小于 2 若 x 分别为