2018-2019版高中化學 第2章 化學反應的方向、限度與速率 第3節(jié) 化學反應的速率 第3課時學案 魯科版選修4.doc
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第3課時 化學反應速率和化學平衡圖像 [學習目標定位] 認識化學反應速率、化學平衡典型圖像,學會化學平衡圖像題的分析解答方法。 一、化學反應速率圖像(v-t圖像) 1.“漸變”類v-t圖——濃度對化學反應速率的影響 (1)圖像Ⅰ中,v′正突變,而v′逆漸變,t1時刻圖像中有一條線是連續(xù)的,且v′正>v′逆,說明t1時刻改變的條件是增大了反應物的濃度,使v′正突變,平衡正向移動。 (2)圖像Ⅱ中,v′正漸變,v′逆突變,t1時刻圖像中有一條線是連續(xù)的,且v′正>v′逆,說明t1時刻改變的條件是減小了生成物的濃度,使v′逆突變,平衡正向移動。 2.“斷點”類v-t圖——溫度(或壓強)對化學反應速率的影響 (1)圖像Ⅰ中,v′正、v′逆都是突然增大的,t1時刻,圖像中出現(xiàn)了“斷點”,且v′正>v′逆,平衡正向移動。改變的條件是升高溫度或增大壓強。 (2)圖像Ⅱ中,v′正、v′逆都是突然變小的,t1時刻,圖像中出現(xiàn)了“斷點”,且v′正>v′逆,平衡正向移動,說明該反應改變的條件是降低溫度(或減小壓強)。 3.“平臺”類v-t圖——催化劑(或壓強)對化學反應速率的影響 圖像中v′正、v′逆都是突然增大,且增大的程度相同,t1時刻,圖像中出現(xiàn)了“平臺”,化學平衡不移動,改變的條件可能是使用了催化劑或?qū)Ψ磻昂髿怏w總體積不發(fā)生變化的反應增大了壓強。 v-t圖像中,若v正和v逆中有一個在原平衡點連續(xù)漸變,則一定為改變反應物或生成物之一濃度引起的速率變化;若v正和v逆都在原平衡點向平衡線同側(cè)突變,則一定為改變溫度或壓強引起反應速率的變化。 例1 某密閉容器中發(fā)生如下反應:X(g)+Y(g)2Z(g) ΔH<0。下圖表示該反應的速率(v)隨時間(t)變化的關(guān)系,t2、t3、t5時刻外界條件有所改變,但都沒有改變各物質(zhì)的初始加入量。下列說法中正確的是( ) A.t2時一定加入了催化劑 B.t3時減小了壓強 C.t5時可能升高了溫度 D.t4~t5時間內(nèi)轉(zhuǎn)化率最低 答案 C 解析 A項,由圖可知,t2時刻改變條件,正逆反應速率增大且相等,若增大壓強平衡也不發(fā)生移動,則t2時不一定加入了催化劑,錯誤;B項,t3時刻改變條件,正逆反應速率均減小,且正反應速率大于逆反應速率,若減小壓強,平衡不發(fā)生移動,與圖像不符,錯誤; C項,t5時刻改變條件,正逆反應速率增大,且逆反應速率大于正反應速率,若升高溫度,平衡逆向移動,與圖像符合,正確;D項,催化劑對平衡移動無影響,t3~t4時間內(nèi)平衡逆向移動,轉(zhuǎn)化率減小,t5~t6時間內(nèi)平衡逆向移動,轉(zhuǎn)化率繼續(xù)減小,顯然t5~t6時間內(nèi)轉(zhuǎn)化率比t4~t5時間內(nèi)轉(zhuǎn)化率低,錯誤。 考點 化學反應速率與化學平衡圖像 題點 速率-時間(v-t)圖像 方法總結(jié) (1)看清化學方程式(ΔH符號及氣體系數(shù)變化)。 (2)分析圖像含義(v正、v逆的漸變或突變和v正、v逆的相對大小)。 (3)聯(lián)想外界條件對反應速率的影響規(guī)律。 例2 可逆反應2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0在一定條件下達到平衡狀態(tài),時間為t1時改變條件。化學反應速率與反應時間關(guān)系如圖。下列說法正確的是( ) A.維持溫度、反應體系體積不變,t1時充入SO3(g) B.維持壓強不變,t1時升高反應體系溫度 C.維持溫度不變,t1時擴大反應體系體積 D.維持溫度、壓強不變,t1時充入SO3(g) 答案 D 解析 先觀察原反應的特點可知,原反應是一個氣體體積減小的放熱反應,根據(jù)圖像可知該反應在t1時改變了某個條件使正反應速率減小,而使逆反應速率增大,只能是在該時刻增大了生成物的濃度而減小了反應物的濃度,所以只有D選項符合。D選項在溫度、壓強不變的情況下充入SO3(g),使體積變大,所以導致反應物的濃度減小。 考點 化學反應速率與化學平衡圖像 題點 速率-時間(v-t)圖像 方法總結(jié) v-t圖像中,若v正和v逆在原平衡點反方向突變,視為改變濃度條件,反應物和生成物一方濃度增大,另一方濃度減小。 二、化學平衡圖像 1.百分含量(或轉(zhuǎn)化率)—時間—溫度(或壓強)圖像 在化學平衡圖像中,先出現(xiàn)拐點的反應則先達到平衡,先出現(xiàn)拐點的曲線表示的溫度較高(如圖1)或表示的壓強較大(如圖2)[仍以aA(g)+bB(g)cC(g)為例]。 根據(jù)圖像回答下列問題: (1)圖1中,溫度T1、T2的大小關(guān)系是T2>T1,溫度升高,C%(C的含量)減小,化學平衡逆向移動,正反應是放熱反應。 (2)圖2中,壓強p1、p2的大小關(guān)系是p1>p2,壓強增大,A%(A的含量)減小,化學平衡正向移動,a+b>c。 2.百分含量(或轉(zhuǎn)化率)—壓強—溫度圖像 在化學平衡圖像中,包括縱坐標、橫坐標和曲線,所表示的意義共三個量。確定橫坐標所表示的量后,討論縱坐標與曲線的關(guān)系;或者確定縱坐標所表示的量,討論橫坐標與曲線的關(guān)系。即“定一議二”原則。解題過程中,可以作輔助線幫助分析。例如反應aA(g)+bB(g)cC(g)在不同溫度下(T1T2,p1p+q B.正反應是吸熱反應;m+n p+q 答案 D 解析 圖像中有三個量,應定一個量來分別討論另外兩個量之間的關(guān)系。定壓強,討論T與A的轉(zhuǎn)化率的關(guān)系:同一壓強下,溫度越高,A的轉(zhuǎn)化率越高,說明正反應是吸熱反應;定溫度,討論壓強與A的轉(zhuǎn)化率的關(guān)系:同一溫度下,壓強越大,A的轉(zhuǎn)化率越高,說明正反應是體積縮小的反應,即m+n>p+q。 考點 化學反應速率和化學平衡圖像 題點 “定一議二”分析化學平衡圖像 8.對于反應A(s)+2B(g)3C(g) ΔH>0,C%跟外界條件X、Y的關(guān)系如圖所示,下列結(jié)論正確的是( ) A.X表示溫度,Y表示壓強,且Y1>Y2>Y3 B.Y表示壓強,X表示溫度,且Y3>Y2>Y1 C.X表示壓強,Y表示溫度,且Y1>Y2>Y3 D.Y表示溫度,X表示壓強,且Y3>Y2>Y1 答案 D 解析 根據(jù)曲線走向,隨溫度的升高C%降低,說明隨溫度升高,平衡向逆反應方向移動,逆反應為吸熱反應,A、B項錯誤;根據(jù)曲線走向,隨壓強增大,C%降低,說明平衡向逆反應方向移動,然后作等壓線,隨溫度的升高,平衡應向正反應方向移動,C%應增大,C項錯誤,D項正確。 考點 化學反應速率和化學平衡圖像 題點 “定一議二”分析化學平衡圖像 題組4 化學平衡圖像的綜合 9.可逆反應aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g) ΔH,同時符合下列兩圖中各曲線的是( ) A.a+b>c+d T1>T2 ΔH>0 B.a+b>c+d T1
T2 ΔH>0 D.a+b T1,T2→T1時,生成物濃度增大,說明溫度降低平衡向正反應方向移動,則正反應為放熱反應,ΔH<0;圖2中達平衡(v正=v逆)后增大壓強,v正>v逆,說明平衡向正反應方向移動,則該反應的正反應為氣體分子數(shù)減小的反應,a+b>c+d,B對。 考點 化學反應速率和化學平衡圖像 題點 化學平衡圖像的綜合 10.下列圖示與對應的敘述相符的是( ) A.圖Ⅰ:反應H2+I22HI達平衡后,升高溫度時反應速率隨時間的變化 B.圖Ⅱ:反應2SO2+O22SO3達平衡后,縮小容器體積時各成分的物質(zhì)的量隨時間的變化 C.圖Ⅲ:反應N2+3H22NH3在恒溫情況下,反應速率與壓強的關(guān)系 D.圖Ⅳ:反應CO(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH>0,水蒸氣含量隨時間的變化 答案 B 解析 A項,升高溫度,平衡發(fā)生移動,正、逆速率變化不相等,圖像與實際不相符;B項,縮小容器體積,壓強增大,平衡向正反應方向移動,SO3的物質(zhì)的量增大,SO2與O2的物質(zhì)的量減小,圖像與實際相符合;C項,增大壓強,正、逆反應速率都增大,平衡向正反應方向移動,正反應速率增大更多,圖像中逆反應速率增大更多,圖像與實際不相符;D項,由圖可知,溫度T2先到達平衡,則溫度T2>T1,升高溫度,平衡向正反應方向移動,水蒸氣的含量增大,圖像中溫度越高,水蒸氣的含量越低,圖像與實際不相符。 考點 化學反應速率和化學平衡圖像 題點 化學平衡圖像的綜合 [綜合強化] 11.在密閉容器中,反應2X(g)+Y2(g)2XY(g) ΔH<0達到甲平衡。在僅改變某一條件后,達到乙平衡,下列分析正確的是( ) A.圖Ⅰ中,甲、乙的平衡常數(shù)分別為K1、K2,則K1 p2,增大壓強平衡正向移動,NH3的體積分數(shù)增加,錯誤;B項,ΔH<0,說明正向反應是放熱反應,升溫平衡逆向移動,N2的轉(zhuǎn)化率降低,錯誤;C項,平衡體系中增加N2,則反應物濃度增加,正反應速率增加,逆反應速率瞬間不變,然后前者減小,后者增大,正確;D項,使用催化劑反應速率加快,達到平衡所需時間減小,錯誤。 考點 化學反應速率和化學平衡圖像 題點 化學平衡圖像的綜合 13.在恒容密閉容器中通入X并發(fā)生反應:2X(g)Y(g),溫度T1、T2下,X的物質(zhì)的量濃度c(X)隨時間t變化的曲線如圖所示: (1)該反應進行到M點放出的熱量________(填“>”或“<”)進行到W點放出的熱量。 (2)T2下,在0~t1時間內(nèi),v(Y)=________molL-1min-1。 (3)M點的正反應速率________(填“>”或“<”)N點的逆反應速率。 (4)M點時再加入一定量X,平衡后X的轉(zhuǎn)化率________(填“增大”“減小”或“不變”)。 答案 (1)< (2) (3)> (4)增大 解析 (1)根據(jù)圖像可知W點消耗的X的物質(zhì)的量比M點消耗的X的物質(zhì)的量大,因此反應進行到W點放熱多些。(2)0~t1時間內(nèi)X的濃度減小了(a-b) molL-1,則Y濃度增加0.5 (a-b) molL-1,因此v(Y)= molL-1min-1。(3)根據(jù)先拐先平知T1>T2,M點的反應速率大于W點的反應速率,N點沒有達到平衡,此時反應正向進行程度大,即N點的正反應速率大于逆反應速率,W點的正反應速率大于N點的逆反應速率,因此M點的正反應速率大于N點的逆反應速率。(4)M點時,再加入一定量的X,則相當于增大壓強,平衡正向移動,X的轉(zhuǎn)化率增大。 考點 化學反應速率和化學平衡圖像 題點 “先拐先平”分析化學平衡圖像 14.某溫度時,在一個容積為 2 L 的密閉容器中,X、Y、Z三種物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時間的變化曲線如圖所示。根據(jù)圖中數(shù)據(jù),試填寫下列空白: (1)該反應的化學方程式為________________________________________________________。 (2)反應開始至2 min,氣體Z的平均反應速率為_____________________________。 (3)若X、Y、Z均為氣體,反應達到平衡時: ①壓強是開始時的________倍; ②若此時將容器的體積縮小為原來的倍,達到平衡時,容器內(nèi)溫度將升高(容器不與外界進行熱交換),則該反應的正反應為________(填“放熱”或“吸熱”)反應。 (4)若上述反應在2 min后的t1~t6內(nèi)反應速率與反應時間的關(guān)系圖像如下,在每一時刻均改變一個影響反應速率的因素,則________(填字母)。 A.在t1時增大了壓強 B.在t3時加入了催化劑 C.在t4時降低了溫度 D.t2~t3時X的轉(zhuǎn)化率最高 答案 (1)3X+Y2Z (2)0.05 molL-1min-1 (3)①0.9?、诜艧帷?4)B 解析 (1)由圖像知平衡時,Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)=0.3 mol∶0.1 mol∶0.2 mol=3∶1∶2,又由于該反應不能進行徹底,所以化學方程式為3X+Y2Z。 (2)v(Z)==0.05 molL-1min-1。 (3)①X、Y、Z均為氣體時,反應前n(總)=2.0 mol,平衡時n(總)=0.7 mol+0.9 mol+0.2 mol=1.8 mol,所以p(平)∶p(始)=n(平)∶n(始)=1.8 mol∶2.0 mol=0.9。 ②將容器體積縮小,相當于增壓,達平衡時,溫度升高,根據(jù)勒夏特列原理,該反應的正反應為放熱反應。 (4)在t1時如果增大壓強,則正、逆反應速率都增大,A錯誤;在t3時應該是加入了催化劑,正、逆反應速率都增大,并且增大的倍數(shù)相同,平衡不移動,B正確;在t4時如果是降低了溫度,則平衡正向移動,正反應速率大于逆反應速率,C錯誤;由圖可以看出,從t1~t2,平衡向逆反應方向移動,X的轉(zhuǎn)化率降低,從t2~t4,平衡不移動,X的轉(zhuǎn)化率不變,從t4~t5,平衡繼續(xù)向逆反應方向移動,X的轉(zhuǎn)化率又降低,因此,t0~t1時X的轉(zhuǎn)化率最高,D錯誤。 考點 化學反應速率和化學平衡圖像 題點 化學平衡圖像的綜合
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