化学反应速率和化学平衡 标准一对一教案.docx
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化学反应速率和化学平衡标准一对一教案
化学反应速率和化学平衡
一、教学目标
1、知识传授目标:
掌握化学平衡的重要考点。
2、能力培养目标:
能用所学的所有考点灵活应对化学平衡的考题。
3、思想教育目标:
培养学生抽象思维能力,同时让学生感受由现象到本质的探索过程。
二、教材分析
1、重点:
化学反应速率及影响因素、化学平衡的移动
2、难点:
高考高频考点
3、教学过程
一,化学反应速率图像及其应用
1.物质的量(或浓度)一时间图像及应用
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。
根据图像可进行如下计算:
(1)某物质的平均速率、转化率,如:
v(X)=
mol/(L·s),Y的转化率=
¡Á100%。
(2)确定化学方程式中的化学计量数之比
如X、Y、Z三种物质的化学计量数之比为:
(n1-n3)¡Ã(n2-n3)¡Ãn2。
2.速率—时间图像
气体反应体系中充入惰性气体(不参与反应)时,对反应速率的影响:
(1)恒容:
充入“惰性气体”―→总压增大―→物质浓度不变(活化分子浓度不变),反应速率不变。
(2)恒压:
充入“惰性气体”―→体积增大―→物质浓度减小(活化分子浓度减小)―→反应速率减慢。
例题:
1.[2012·福建理综,12]一定条件下,溶液的酸碱性对TiO2光催化染料R降解反应的影响如图所示。
下列判断正确的是( )
A.在0~50min之间,pH=2和pH=7时R的降解
百分率相等
B.溶液酸性越强,R的降解速率越小
C.R的起始浓度越小,降解速率越大
D.在20~25min之间,pH=10时R的平均降解速
率为0.04mol·L-1·min-1
答案:
A
2.已知图一表示的是可逆反应CO(g)+H2(g)?
C(s)+H2O(g) ΔH>0化学反应速率(v)与时间(t)的关系,图二表示的是可逆反应2NO2(g)?
N2O4(g) ΔH<0的浓度(c)随时间(t)的变化情况。
下列说法中正确的是( )
A.图一t2时改变的条件可能是升高了温度或增大了压强
B.图一t2时改变的条件是增大了反应物的浓度
C.图二t1时改变的条件可能是升高了温度或增大了压强
D.若图二t1时改变的条件增大压强,则混合气体的平均相对分子质量将减小
答案:
A
二,化学反应速率计算、比较及“三段式”解题
1.化学反应速率的计算
(1)定义式法
v=Δc/Δt=Δn/(VΔt)
(2)化学计量数法
对于任意化学反应:
mA+nB===pC+qD,用不同反应物或生成物表示的反应速率,数值之比等于化学计量数之比。
若已知某一反应物或生成物的反应速率,可以利用此关系求解未知的某一反应物或生成物的反应速率。
如对于反应N2+3H2?
2NH3,已知v(N2)=xmol·L-1·min-1,则可以求得v(H2)、v(NH3)分别为3xmol·L-1·min-1、2xmol·L-1·min-1。
2.化学反应速率的比较方法
(1)归一法
将同一反应中的不同物质的反应速率转化成同一种物质的反应速率,再进行比较。
如:
对于反应2SO2+O2?
2SO3,如果¢Ùv(SO2)=2mol·L-1·min-1,¢Úv(O2)=3mol·L-1·min-1,¢Ûv(SO3)=4mol·L-1·min-1,比较反应速率的大小,可以将三者表示的反应速率都转化为O2表示的反应速率再作比较。
换算得出:
¢Ùv(O2)=1mol·L-1·min-1,¢Ûv(O2)=2mol·L-1·min-1,则反应速率的大小关系为:
¢Ú>¢Û>¢Ù。
(2)比值法
用各物质的量表示的反应速率除以对应各物质的化学计量数,然后再对求出的数值进行大小排序,数值大的反应速率快。
如反应mA+nB===pC+qD,若v(A)/m>v(B)/n,则反应速率A>B。
注意:
(1)比较同一反应中不同物质的化学反应速率时,要注意单位是否相同,如果单位不同,要化成相同的单位再进行比较。
(2)单位时间内反应物或生成物的物质的量变化大,反应速率不一定快,因为化学反应速率是用单位时间内反应物或生成物的浓度变化量来表示的。
3.“三段式法”的解题模式
对于反应mA+nB?
pC+qD,t0s时A的浓度为amol/L,B的浓度为bmol/L,反应进行至t1s时,A消耗了xmol/L,则反应速率可计算如下:
mA + nBpC + qD
起始浓度/mol/L a b 0 0
转化浓度/mol/L x
t1时刻浓度/mol/L a-x b-
则:
v(A)=
mol/(L·s),
v(B)=
mol/(L·s),
v(C)=
mol/(L·s),
v(D)=
mol/(L·s)。
注意:
(1)固体、纯液体的浓度为定值,所以不用固体、纯液体表示反应速率。
(2)化学反应速率一般是在一段时间内的平均速率,均取正值。
(3)“三段式”法既是求解化学反应速率计算题的一般步骤,更是一种规范的解题思路。
例题:
1、 [2012·四川理综,12]在体积恒定的密闭容器中,一定量的SO2与1.100molO2在催化剂作用下加热到600¡æ发生反应:
ΔH<0。
当气体的物质的量减少0.315mol时反应达到平衡,在相同温度下测得气体压强为反应前的82.5%。
下列有关叙述正确的是( )
A.当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时反应达到平衡
B.降低温度,正反应速率减小程度比逆反应速率减小程度大
C.将平衡混合气体通入过量BaCl2溶液中,得到沉淀的质量为161.980g
D.达到平衡时,SO2的转化率为90%
答案:
D
2、[2013·石家庄模拟]将4molA气体和2molB气体在2L的容器中混合并在一定条件下发生如下反应:
2A(g)+B(g)?
2C(g),若经2s后测得C的浓度为0.6mol/L,现有下列几种说法:
①用物质A表示反应的平均速率为0.3mol/(L·s)
②用物质B表示反应的平均速率为0.6mol/(L·s)
③2s时物质A的转化率为70%
④2s时物质B的浓度为0.7mol/L
其中正确的是( )
A.①③ B.①④
C.②③ D.③④
答案:
B
细研评分细则,规范考场答题
[2010·山东理综,28]硫-碘循环分解水制氢主要涉及下列反应:
¢ñ SO2+2H2O+I2===H2SO4+2HI
¢ò 2HI?
H2+I2
¢ó 2H2SO4===2SO2+O2+2H2O
(1)分析上述反应,下列判断正确的是________。
a.反应Ⅲ易在常温下进行
b.反应Ⅰ中SO2氧化性比HI强
c.循环过程中需补充H2O
d.循环过程中产生1molO2的同时产生1molH2
(2)一定温度下,向1L密闭容器中加入1molHI(g),发生反应Ⅱ,H2物质的量随时间的变化如图所示。
0~2min内的平均反应速率v(HI)=________。
该温度下,H2(g)+I2(g)?
2HI(g)的平衡常数K=________。
相同温度下,若开始加入HI(g)的物质的量是原来的2倍,
则________是原来的2倍。
a.平衡常数
b.HI的平衡浓度
c.达到平衡的时间
d.平衡时H2的体积分数
(3)实验室用Zn和稀硫酸制取H2,反应时溶液中水的
电离平衡________移动(填“向左”、“向右”或“不”);
若加入少量下列试剂中的______,产生H2的速率将增大。
a.NaNO3 b.CuSO4
c.Na2SO4 d.NaHSO3
(4)以H2为燃料可制作氢氧燃料电池。
已知2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)ΔH=-572kJ·mol-1
某氢氧燃料电池释放228.8kJ电能时,生成1mol液态水,该电池的能量转化率为________。
参考答案
(1)c
(2)0.1mol·L-1·min-1
或0.1mol·(L·min)-1
或0.1mol/(L·min)
或0.1mol/L·min-1
64
b
(3)向右
b
(4)80%
评分细则
(1)写成C及其他不清楚的字母(大小写)不给分
(2)数值不对、漏写单位、错写单位均不给分。
如:
0.1mol/l/min
0.1mol/min
0.1mol/l·min-1
0.1mol/(l·min)-1
不写单位不得分
易错写成B
(3)填“正向”不给分,因题目要求填“向左”、“向右”或“不”;“左”、“右”写不清,无法辨认的不给分。
写成B或CuSO4不给分。
(4)写成0.8不给分,只列算式不给分。
练习:
1、[2013·南通模拟]某密闭容器中发生如下反应:
X(g)+3Y(g)?
?
2Z(g) ΔH<0
如图表示该反应的速率(v)随时间(t)变化的关系,t2、t3、t5时刻外界条件有所改变,但都没有改变各物质的初始加入量。
下列说法中正确的是( )
A.t2时加入了催化剂 B.t3时降低了温度
C.t5时增大了压强 D.t4~t5时间内转化率最低
答案:
A
催化剂
2、[2013·重点中学冲刺卷]反应aA(g)+bB(g)?
?
cC(g)(ΔH<0)在等容条件下进行。
改变其他反应条件,在¢ñ、¢ò、¢ó阶段,体系中各物质浓度随时间变化的曲线如图所示。
下列推断合理的是( )
A.化学方程式中,a∶b∶c=1¡Ã2¡Ã3
B.物质A的平均反应速率按从大到小的排列次序为vⅠ(A)>v¢ò(A)>v¢ó(A)
C.在¢ñ、¢ò、¢ó三次平衡中,B的转化率最小的是α¢ñ(B)
D.第¢ò阶段的反应温度(T2)和第¢ó阶段的反应温度(T3)的大小关系为T2 答案: B 3、[2013·漳州模拟]在一定温度下,容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示,下列表述中正确的是( ) A.反应的化学方程式为: 2M===N B.t2时,正逆反应速率相等 C.t3时,正反应速率大于逆反应速率 D.t1时,N的浓度是M浓度的2倍 答案: D 4、[2013·西安联考]在一个容积固定的密闭容器中,发生反应: CO(g)+2H2(g)? CH3OH(g) ΔH<0。 第2min时只改变一个条件,反应情况如下表: 时间 c(CO)/mol·L-1 c(H2)/mol·L-1 c(CH3OH)/ mol·L-1 起始 1 3 0 第2min 0.8 2.6 0.2 第4min 0.4 1.8 0.6 第6min 0.4 1.8 0.6 下列说法不正确的是( ) A.第4min至第6min该化学反应处于平衡状态 B.第2min时,如果只改变某一条件,则改变的条件可能是降低温度 C.第2min时,如果只改变某一条件,则改变的条件可能是使用催化剂 D.第6min时,其他条件不变,如果升高温度,正反应速率增大 答案: B 5、[2013·浙江五校联考]如图表示反应2SO2(g)+O2(g)? ? 2SO3(g) ΔH<0的正反应速率随时间的变化情况,试根据此曲线判断下列说法可能正确的是( ) A.t1时减小了SO2的浓度,增加了SO3的浓度 B.t1时降低了温度,平衡向正反应方向移动 C.t1时减小了压强,平衡向逆反应方向移动 D.t1时增加了SO2和O2的浓度,平衡向正反应方向移动 答案: A 6、[2011·重庆高考改编]臭氧是一种强氧化剂,常用于消毒、灭菌等。 (1)O3与KI溶液反应生成的两种单质是________和________。 (填分子式) (2)O3在水中易分解,一定条件下,O3的浓度减少一半所需的时间(t)如下表所示。 已知: O3的起始浓度为0.0216mol/L。 pH t/min T/¡æ 3.0 4.0 5.0 6.0 20 301 231 169 58 30 158 108 48 15 50 31 26 15 7 ¢ÙpH增大能加速O3分解,表明对O3分解起催化作用的是________。 ¢Ú在30¡æ、pH=4.0条件下,O3的分解速率为________mol/(L·min)。 ¢Û据表中的递变规律,推测O3在下列条件下分解速率依次增大的顺序为________。 (填字母代号) a.40¡æ、pH=3.0 b.10¡æ、pH=4.0 c.30¡æ、pH=7.0 答案: (1)I2 O2 (2)¢ÙOH- ¢Ú1.00¡Á10-4 ¢Ûb、a、c 3、判断可逆反应达到化学平衡状态的标志 1.微观标志: v(正)=v(逆)。 指的是同一物质的正反应速率与逆反应速率相等;不同物质的生成速率与消耗速率之比(或消耗速率与生成速率之比,前后比较项必须相反)等于反应方程式中的化学计量数之比; 2.宏观标志: 反应混合物中各组分的含量(质量分数,体积分数,物质的量分数)保持不变。 反应类型分析(如下表所示) 注意: 解答“判断一个可逆反应是否达到平衡状态”的一类问题时,首先要认真分析可逆反应的特点(气体体积的变化情况,正反应热效应),其次判断是否具有“等和不变”的特征。 第三利用速率判断时,注意是否是两个方向的速率。 例题: [2011·山东卷,28改编]已知: 2SO2(g)+O2(g)? 2SO3(g)ΔH=-196.6kJ·mol-1 2NO(g)+O2(g)? 2NO2(g) ΔH=-113.0kJ·mol-1 则反应NO2(g)+SO2(g)? SO3(g)+NO(g)的ΔH=________kJ·mol-1。 一定条件下,将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生上述反应,下列能说明反应达到平衡状态的是________。 A.体系压强保持不变 B.混合气体颜色保持不变 C.SO3和NO的体积比保持不变 D.每消耗1molSO3的同时生成1molNO2 答案-41.8 B 2.一定温度下在容积恒定的密闭容器中,进行反应A(s)+2B(g)? C(g)+D(g),当下列物理量不发生变化时,能说明该反应已达到平衡状态的是( ) ¢Ù混合气体的密度 ¢Ú容器内气体的压强 ¢Û混合气体总物质的量 ¢ÜB物质的量浓度 A.¢Ù¢Ü B.只有¢Ú¢Û C.¢Ú¢Û¢Ü D.只有¢Ü 答案: A 4、化学平衡常数的应用 1.特点: 对于反应mA(g)+nB(g)? pC(g)+qD(g),K= 。 注意: (1)不要把反应体系中纯固体、纯液体以及稀溶液中水的浓度写进平衡常数的表达式中。 如: CaCO3(s)? CaO(s)+CO2(g),K=c(CO2) Cr2O (aq)+H2O(l)? 2CrO (aq)+2H+(aq), K=c2(CrO )·c2(H+)/c(Cr2O ) 但非水溶液中发生的反应,若有水参加或生成,则此时水的浓度不可视为常数,应写进平衡常数的表达式中。 如: C2H5OH+CH3COOH? CH3COOC2H5+H2O, K= (2)同一化学反应,化学方程式写法不同,其平衡常数表达式及数值亦不同。 如: N2O4(g)? 2NO2(g) K= =0.36 1/2N2O4(g)? NO2(g) K¡ä= = =0.60 2NO2(g)? N2O4(g) K¡å= = ¡Ö2.8 因此书写化学平衡常数表达式及数值,要与化学反应方程式相对应,否则意义就不明确。 2.应用 (1)利用K可以推测可逆反应进行的程度。 K的大小表示可逆反应进行的程度,K大说明反应进行程度大,反应物的转化率大。 K小说明反应进行的程度小,反应物的转化率小。 (2)借助平衡常数,可以判断一个化学反应是否达到化学平衡状态。 对于可逆反应aA(g)+bB(g)? cC(g)+dD(g),在一定温度下的任意时刻,反应物与生成物浓度有如下关系: Q= Q (3)利用K可判断反应的热效应 若升高温度,K值增大,则正反应为吸热反应; 若升高温度,K值减小,则正反应为放热反应。 (4)K值与温度关系 升高温度,化学平衡常数一定发生变化,当正反应是吸热反应时K值增大;反之,则减小。 例题: 1、[2012·安徽理综,9]一定条件下,通过下列反应可实现燃煤烟气中硫的回收: SO2(g)+2CO(g)? (催化剂)2CO2(g)+S(l) ΔH<0 若反应在恒容的密闭容器中进行,下列有关说法正确的是( ) A.平衡前,随着反应的进行,容器内压强始终不变 B.平衡时,其他条件不变,分离出硫,正反应速率加快 C.平衡时,其他条件不变,升高温度可提高SO2的转化率 D.其他条件不变,使用不同催化剂,该反应的平衡常数不变 答案 D 2、[2012·课标全国理综,27]光气(COCl2)在塑料、制革、制药等工业中有许多用途,工业上采用高温下CO与Cl2在活性炭催化下合成。 (1)实验室中常用来制备氯气的化学方程式为______________________; (2)实验室中可用氯仿(CHCl3)与双氧水直接反应制备光气,其反应的化学方程式为______________________; (3)COCl2的分解反应为COCl2(g)? Cl2(g)+CO(g) ΔH=+108kJ·mol-1。 反应体系达到平衡后,各物质的浓度在不同条件下的变化状况如下图所示(第10min到14min的COCl2浓度变化曲线未示出): ①计算反应在第8min时的平衡常数K=________; ②比较第2min反应温度T (2)与第8min反应温度T(8)的高低: T (2)________T(8)(填“<”“>”或“=”); ③若12min时反应于温度T(8)下重新达到平衡,则此时c(COCl2)=________mol·L-1; ④比较产物CO在2~3min、5~6min和12~13min时平均反应速率[平均反应速率分别以v(2~3)、v(5~6)、v(12~13)表示]的大小________; ⑤比较反应物COCl2在5~6min和15~16min时平均反应速率的大小: v(5~6)________v(15~16)(填“<”“>”或“=”),原因是________________________________________________________________________。 化学反应速率与化学平衡图像分析 化学图象就是将反应过程中某些量(反应速率、浓度等)的变化以曲线、直线的形式表示出来的图象。 从形式上分为单线图象题和多线图象题。 解答时关键在于读懂图象传达的信息,从平衡移动原理入手,将图象变化和平衡移动原理相结合分析问题。 对于可逆反应N2(g)+3H2(g)? 2NH3(g) ΔH<0,下列研究目的和示意图相符的是( ) 答案: C No.1 常考形式 辨析型选择题 No.2 满分策略 1.无论是反应速率图象还是平衡图象,都要清楚纵、横坐标的含义,都要与化学原理相联系,特别是与平衡移动原理相联系。 2.三步分析法: 一看反应速率是增大还是减小;二看v(正)、v(逆)的相对大小;三看化学平衡移动的方向。 3.四要素分析法: 看曲线的起点;看曲线的变化趋势;看曲线的转折点;看曲线的终点。 4.先拐先平: 在化学平衡的转化率——时间曲线中,先出现拐点的曲线先达到平衡,这表示反应体系的温度高或压强大。 练习: 1.[2013·福建福州一中二模]已知: CO2(g)+3H2(g)? ? CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0kJ·mol-1。 一定条件下,向体积为1L的密闭容器中充入1molCO2和3molH2,测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化曲线如下图所示。 下列叙述中,正确的是( ) A.升高温度能使 增大 B.反应达到平衡状态时,CO2的平衡转化率为75% C.3min时,用CO2的浓度表示的正反应速率等于用CH3OH的浓度表示的逆反应速率 D.从反应开始到平衡,H2的平均反应速率v(H2)=0.075mol·L-1·min-1 答案: B 2.[2013·河南商丘一中高三模拟]25¡æ时,在含有Pb2+、Sn2+的某溶液中,加入过量金属锡(Sn),发生反应: Sn(s)+Pb2+(aq)? ? Sn2+(aq)+Pb(s),体系中c(Pb2+)和c(Sn2+)变化关系如图所示。 下列判断正确的是( ) A.往平衡体系中加入金属铅后,c(Pb2+)增大 B.往平衡体系中加入少量Sn(NO3)2固体后,c(Pb2+)变小 C.升高温度,平衡体系中c(Pb2+)增大,说明该反应ΔH>0 D.25¡æ时,该反应的平衡常数K=2.2 答案: D 3.[2013·山东临沂模拟]一定条件下在2L的密闭容器中充入2molSO2和2molO2,发生反应2SO2(g)+O2(g)? 2SO3(g),进行到4min时,测得n(SO2)=1.2mol。 下列说法正确的是( ) A.反应进行到2min时,容器中n(SO3)可能为0.5mol B.当v(SO2)¡Ãv(O2)¡Ãv(SO3)=2¡Ã1¡Ã2时该反应达平衡状态 C.温度升高时正反应速率增大,逆反应速率减小 D.4min内氧气的平均反应速率为0.05mol·L-1·min-1 答案: AD 4.[2013·安徽安庆高三二模]某可逆反应过程能量变化如图所示,下列说法中正确的是( ) A.该反应热化学方程式为A(g)+2B(g)? ? 3C(g)+D(g) ΔH>0 B.其他条件不变,升高温度,A的转化率增大 C.其他条件不变,增大压强,释放热量减少,平衡常数K减小 D.其他条件不变,加催化剂,反应速率增大,E1和E2均减小,ΔH不变 答案: D 5.[2013·潍坊质检]某温度下,在一个2L的密闭容器中,加入4molA和2molB进行如下反应: 3A(g)+2B(g)? ? 4C(s)+2D(g),反应一段时间后达到平衡,测得生成1.6molC,则下列说法正确的是( ) A.该反应的化学平衡常数表达式是K= B.此时,B的平衡转化率是40% C.增大该体系的压强,平衡向右移动,化学平衡常数增大 D.增加B,平衡向右移动,B的平衡转化率增大 答案: B 6.[2013·厦门模拟]某密闭容器中充入等物质的量的A和B,一定温度下发生反应: A(g)+xB(g)? ? 2C(g),达到平衡后,只改变反应的一个条件,测得容器中物质的浓度、反应速率随时间变化如图所示。 下列说法中正确的是( ) A.30min时降低温度,40min时升高温度 B.反应方程式中x=1,正反应为放热反应 C.该反应在第8min时达到化学平衡状态 D.30~40min间该反应使用了催化剂 答案: B 7.[2013·辽宁省实验中学月考]在恒温恒容条件下,将一定量NO2和N2O4的混合气体通入容积为2L的密闭容器中发生反应: N2O4(g)? 2NO2(g) ΔH>0,反应过程中各物质
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