【創(chuàng)新設計】高考化學一輪復習 第3節(jié) 化學平衡圖象及化學反應原理的綜合運動課件 大綱人教

第九章化學反應速率化學平衡第三節(jié)化學平衡圖象及化學反應原理的綜合應用復習目標展示1.掌握幾種典型的化學圖象及其分析方法。2.了解合成氨工業(yè)的生產流程及生產條件的選擇。3.能夠綜合利用反應速率原理和平衡原理討論有關工業(yè)生產問題。知識點1外界條件對化學平衡影響的基本圖象問題1：常見的化學平衡圖象有哪幾種類型？常見類型對于反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g),若m＋n＞p＋q,且ΔH＞0(想一想：將圖補充完整)1．V-t圖象2.c-t圖象(1)可逆反應達到平衡時，宏觀速率(從某反應物量的消耗或某生成物量的增加來計算)為零,此時各物質的濃度不一定相等、不一定與方程式的計量數(shù)成比例。3.c-p（T）圖象4.其他圖象a是在b的基礎上加入正催化劑【思維延伸】

(1)濃度—時間圖此類圖象能說明平衡體系各組分(或某一成分)在反應過程中的變化情況。如A+BAB反應情況如右圖所示，此類圖象要注意各物質曲線的折點(達平衡)時刻相同,各物質濃度變化的內在聯(lián)系及比例符合化學方程式中的化學計量數(shù)關系。(2)含量—時間—溫度(壓強)圖常見形式有如下幾種(C%指其產物的質量分數(shù)；B%指某反應

物的質量分數(shù))，如下圖所示：知識點2合成按工業(yè)問題2：怎樣選擇合成氨工業(yè)的生產條件？5．合成氨工業(yè)的簡要流程可用方框圖表示為：(2)制得的N2、H2需凈化、除雜質、再用

壓縮至高壓。(3)氨的合成：在適宜的條件下，在

中進行。(4)氨的分離：經(jīng)冷凝使氨液化，將氨分離出來，并將沒有轉化成NH3的

和

循環(huán)送入合成塔，使其充分利用，提高原料的利用率。壓縮機合成塔N2H26．適宜條件的選擇500℃2×107Pa～5×107Pa鐵觸媒【思維延伸】合成氨工業(yè)上投入原料N2和H2時，體積比一般不是1∶3，而是1∶2.6或1∶2.4，即使用過量的N2，提高H2的利用率；因為N2來自空氣，來源豐富，成本低容易得到?？键c1化學平衡圖象分析法1．不管是速率圖象還是平衡圖象,都要搞清縱、橫坐標的含義,都要與化學原理相聯(lián)系,特別是與平衡移動原理相聯(lián)系。2．三步分析法:一看反應速率是增大還是減小;二看Δv正、Δv逆的相對大??；三看化學平衡移動的方向。3．四要素分析法：看曲線的起點;看曲線的變化趨勢；看曲線的轉折點;看曲線的終點。(一定要注意可逆反應的特點。)4．先拐先先平:對于于可逆反應應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋＋qD(g),在轉化率——時間曲線線中,先出出現(xiàn)拐點的的曲線先達達到平衡。。它所對應的溫溫度高或壓壓強大。這這時如果轉轉化率也增增大，則反反應中ΔH>0，m＋n＞p＋q；若轉化率率降低，則ΔH<0，m＋n＜p＋q。5．定一議議二：圖象象中有三個個變量時，，先確定一一個量不變變，再討論另外外兩個變量量的關系。?！纠?】(2009··重慶理綜綜，13)各可逆逆反應達平平衡后，改改變反應條件，，其變化趨趨勢正確的的是()解析：本題考查化化學平衡圖圖象知識。。選項A，，CH3COOH溶溶出液中加加入CH3COONa晶體，增增大了溶液液中的c(CH3COO－)，CH3COOH電電離平衡向向左移動，，溶液中的的c(H＋)減小，pH增大，，錯誤。選選項B，加加入KCl對平衡無無影響，c(Fe3＋)不變。選選項C，恒恒溫恒壓下下加入稀有有氣體，平平衡向著氣氣體物質的的量增大的的方向(逆逆反應)移移動，H2的轉化率降降低。選項項D，該可可逆反應的的正反應為為吸熱反應應，升溫平平衡向正反反應方向移移動，CH3OCH3轉化率增大大，正確。。答案：D變式練習1．(2009··全國Ⅰ理理綜，13)下圖表示示反應X(g)4Y(g)＋Z(g),ΔH＜0,在某某溫度時X的濃度隨隨時間變化化的曲線：：下列有關該該反應的描描述正確的的是()A．第6min后后，反應就就終止了B．X的平平衡轉化率率為85%C．若升高高溫度，X的平衡轉轉化率將大大于85%D．若降低低溫度，v正和v逆將以同樣倍倍數(shù)減小解析：A項，6min時時反應達到到了平衡狀狀態(tài)，但正正、逆反應應并未停止止，；B項項,X的起起始濃度為為1.0mol··L－1,平衡時為為0.15mol·L－1，濃度變化化量為0.85mol·L－1，轉化率為為85%；；C項，正正反應放熱熱，升高溫溫度平衡向向逆反應方方向移動，，X的轉化化率將小于于85%；；D項，降降溫正、逆逆反應速率率均減小，，但逆反應應速率減小小的倍數(shù)大大于正反應應速率減小小的倍數(shù)。。答案：B考點2合合成氨工業(yè)合成氨工業(yè)的的反應原理：：N2＋3H22NH3,ΔH＝－92.4kJ/mol；正反反應為氣體體體積縮小的放放熱反應，每每有amolNH3生成，氣體總總物質的量就就減小amol?！纠?】(2009·重重慶聯(lián)考題)有關合成氨氨工業(yè)的下列列說法中,正正確的是()A．從合成塔塔出來的混合合氣體,其中中NH3只占15%，，所以生產氨氨的工廠的效率都都很低B．由于氨易易液化,N2、H2在實際生產中中是循環(huán)使用用的，所以總總體來說氨的產產率很高C．合成氨工工業(yè)的反應溫溫度控制在500℃,目目的是使化學學平衡向正反應方向移動動D．合成氨廠廠采用的壓強強是20～50MPa，因為該壓壓強下鐵觸媒媒的活性最大解析：本題考查了合合成氨工業(yè)的的基礎知識，，需要從反應應速率和化學學平衡兩個角角度理解合成成氨反應的條條件選擇。合合成氨工業(yè)中中從合成塔出出來的混合氣氣體，NH3只占15%，，但由于分離離出NH3后，N2和H2可循環(huán)環(huán)使用用，所所以總總體來來說氨氨的產產率是是很高高的，，則A說法法錯誤誤，B說法法正確確。合合成氨氨工業(yè)業(yè)的反反應溫溫度控控制在在500℃℃左右右而不不選擇擇常溫溫，是是為了了加快快反應應速率率，且且催化化劑鐵鐵觸媒媒在500℃時時催化化活性性最高高，C說法法錯誤誤。合合成氨氨的反反應為為氣體體體積積減小小的反反應，，增大大壓強強主要要是為為了使使平答案：B變式練練習2．如如下圖圖所示示是合合成氨氨的簡簡單流流程示示意圖圖：沿沿X路路線回回去的的物質是()A．N2和H2B．催催化劑劑C．N2D．H2解析：合成氨氨的工工藝流流程中中，從從合成成塔出出來的的混合合氣體體，經(jīng)過降降溫，，分離離出氨氨氣，，未反反應的的N2、H2可以循循環(huán)使使用，，以提高高原料料的利利用率率。答案：：A客觀題題以考查查讀圖圖、析析圖為主?！究碱}一】(全國高考題)右圖是溫度和壓強對X＋Y2Z反應影響的示意圖。圖中橫坐標表示溫度，縱坐標表示平衡時混合氣體中Z的體積分數(shù)。下列敘述正確的是()A．上述可逆反應的正反應為放熱反應B．X、Y、Z均為氣態(tài)C．X和Y中只有一種為氣態(tài)，Z為氣態(tài)D．上述反應的逆反應的ΔH＞0審題視視點：：圖中三三條曲曲線均均是等等壓線線———即壓壓強一一定時時的變變化線線；同同時還還可以以根據(jù)據(jù)三條條等壓壓線做做一個個等溫溫線(溫度度一定定時變變化線線平行行于縱縱軸)。思路點點撥：本題考考查考考生對對曲線線的分分析能能力。。從圖圖象可可知，，溫標準答案：C高分解解密解化學學平衡衡圖象象題三三步驟驟：(1)看看懂圖象象：看圖圖象要五(2)聯(lián)想規(guī)律：聯(lián)想外界條件對化學反應速率和化學平衡的影響規(guī)律。(3)推理判斷：結合題中給定的化學反應和圖象中的相關信息，根據(jù)有關知識規(guī)律分析作出判斷。主觀題以考查化化學反應應速率、、化學平平衡理論論在實際際生產、、生活中應用用為主。。【考題二】(12分)(2009·廣東東單科，，20)甲酸甲甲酯水解解反應方方程式為：HCOOCH3(l)＋＋H2O(l)HCOOH(l)＋CH3OH(l)ΔH>0某小組通通過實驗驗研究該該反應(反應過過程中體體積變化化忽略不不計)。反反應體系系中各組甲酸甲酯酯轉化率率在溫度度T1下隨反應應時間(t)的變化化見下圖圖：(1)根根據(jù)上述述條件，，計算不不同時請計算15～20min范范圍內甲甲酸甲酯酯的減少少量為mol，，甲酸甲甲酯的平平均反應應速率為為(2)依據(jù)以上數(shù)據(jù)，寫出該反應的反應速率在不同階段的變化規(guī)律及其原因：。0.0459.0××10－3該反應中中甲酸具具有催化化作用①①反應應初期：：雖然甲甲酸甲酯酯量較大大，但甲甲酸量很很小，催催化效果果不明顯顯，反應應速率較較慢；②②反應應中期：：甲酸量量逐漸增增多，催催化效果果顯著，，反應速速率明顯顯增大；；③反反應后期期：甲酸酸量增加加到一定定程度后后，濃度度對反應應速率的的影響成成主導因因素，特特別是逆逆反應速速率的增增大，使使總反應應速率逐逐漸減小小，直至至為零(3)上述述反應的平平衡常數(shù)表表達式為：：，則該反應應在溫度T1下的K值為。(4)其他他條件不變變，僅改變變溫度為T2(T2大于T1)，畫出溫溫度T2下甲酸甲酯酯轉化率隨隨反應時間間變化的預預期結果示示意圖。0.14點評1．溫度、、濃度、壓壓強和催化化劑對化學學反應速率率的影響在在實際化工生產中中都是為了了在單位時時間內產生生最大經(jīng)濟濟效益為目目的。而外界界條件的改改變可能不動。2．該反應中幾個表格和圖像明確表明了反應中各物質的變化情況，所以要充分利用這些圖表。點撥(1)15min時甲酸甲酯轉化率為6.7%，20min時甲酸甲酯轉化率為11.2%，則其減少量為：1.00×11.2%－1.00×6.7%＝0.045mol。平均反應速率為：(2)由表表中數(shù)據(jù)及及(1)中中計算出的的15～20min的平均均反應速率率可知，反反應前期反反應速率增增加，隨著著反應的進進行反應速速率增加更更快，反應應后期反應應速率又減減小。結合合影響反應應速率的因因素可推測測是反應中中生成的甲甲酸具有催催化作用。。反應初期期生成甲酸酸量少，催催化效果不不明顯，反反應速率較較慢，隨著著生成甲酸酸量增多，，催化效果果顯著，反反應速率明明顯增大，，到反應后后期，濃度度對反應速速率的影響(3)平衡時甲酸甲酯轉化率為24.0%，則(4)升高高溫度，反反應速率加加快，達到到平衡時間間短；該反反應是吸熱熱反應，升升高溫度時時平衡向正正反應方向向移動，故故T2比T1溫度下甲酸酸甲酯轉化化率要高；；抓住這兩兩點，則不不難畫出示示意圖。作答與批改改實錄題后反思1．不能正正確識表圖圖像，從圖圖像中獲取取有用信息息。2．根據(jù)化化學平衡常常數(shù)計算，，要注意知知識的合理理遷移。即即：濃度的的確定。*(2010··廣州模擬擬一)甲醇(CH3OH)是一一種重要的的化工原料料，合成甲醇的主要要反應為：：CO(g)＋2H2(g)CH3Ⅰ.在一定條件下，上述反應在一密閉容器中達到平衡。(1)體積不變的條件下,下列措施中有利于提高CO的轉化率的是()A．升高溫溫度B．．增大壓強強C．．通入COD．通入H2答案：BD(2)在保保證H2濃度不變的的情況下，，增大容器器的體積，，平衡(填字母)。(提示：已已知平衡常常數(shù)只只隨溫溫度改變而而改變，若若某體系中中CO、H2、CH3OH的濃度度存在上述述關系，就就說明該體A．向正反應方向移動B．向逆反應方向移動C．不移動作出此判斷的理由是。C該反應達到到平衡時，，平衡常數(shù)數(shù)。。增大容器器體積時，，等比例減小小，由于H2濃度不變，，此時的值值仍然等于于K，所以平衡衡不移動Ⅱ.原料氣氣的加工過過程中常常常混有一定定量CO2，為了研究究不同溫度度下CO2對該反應的的影響，以以CO2、CO和H2的混合氣體體為原料在在一定條件件下進行實實驗，結果果表明，原原料氣各組組分含量不不同時，反反應生成甲甲醇和副產產物甲烷的的碳轉化率率是不相同同的。實驗驗數(shù)據(jù)見下下表：(3)由上上表數(shù)據(jù)可可得出多個個結論。結論一：在在一定條件件下，反應應溫度越高高，碳轉化化率。結論二：。(4)為了了驗證結論論二，有科科學家又用用以下五組組不同組成成的原料氣氣再次進行行實驗。越高原料氣含少少量CO2有利于提高高生成甲醇醇的碳轉化化率，CO2含量過高碳碳轉化率又又降低且有有甲烷生成成進行該驗證證實驗時，，控制不變變的因素有有、、等。思路點撥：：本題考查化化學平衡，，中等題。。Ⅰ.(1)提高CO的轉化化率，則平平衡向正反反應方向移移動，注意意通入CO，平衡向向正反應方方向溫度壓強CO和H2的體積分數(shù)數(shù)之比移動，但CO的轉化化率降低。。(2)根根據(jù)平衡常常數(shù)變化分析平平衡移動方方向。Ⅱ.根據(jù)表格格提供的數(shù)數(shù)據(jù)，反應應溫度越高高，碳轉化化率越高；；CO2的含量對碳的的轉化率有影影響。高分解密首先要熟記與與速率有關的的基礎知識、、與平衡有關關的基礎知識識，要明確速速率只討論快快慢問題，而而平衡只討論論可逆反應進進行程度大小小的問題，其其次要將速率率和平衡有關關知識有機結結合在一起，，綜合討論工工業(yè)生產效益益問題。規(guī)律支持適宜生產條件件選擇的一般般原則(1)對任一一可逆反應，，增大某一反反應物濃度，，能提高反應應速率和其他他反應物的轉轉化率。故生生產中常使廉廉價易得的原原料適當過量量，以提高另另一原料的利利用率，如氮氮氣與氫氣的的配比為1.07∶3。。(2)對氣體體分子數(shù)減少少的反應，增增大總壓使平平衡向正反應應方向移動。。但壓強太大大，設備要求求成本增高,故必須綜合合考慮。(3)對放熱熱反應，升溫溫，提高反應應速率，但轉轉化率降低，，若溫度太低低，反應速率率又太慢，故故需使用適當當?shù)拇呋瘎?。對吸熱反應，，升溫，加快快反應速率，，又能提高轉轉化率，但要要避免反應物物或生成物的的過熱分解。。(4)使用催催化劑可大大大提高反應速速率且不影響響化學平衡，，但使用時必必須注意其活活性溫度范圍圍，且防止催催化劑“中毒毒”，延長使使用壽命。1．(5分)(2009·安徽理綜改動動)汽車尾氣凈凈化中的一個個反應如下:NO(g)＋＋CO(g)N2(g)＋CO2(g)ΔΔH＝－373.4kJ··mol－1在恒容的密閉閉容器中，反反應達平衡后后，改變某一一條件，下列示意圖正確的是 ()解析:因為在恒容的的密閉容器中中所有物質又又都為氣體,根據(jù)ρ＝判判斷ρ不隨隨平衡移動而而變化,A項項不正確；升升溫平衡向左移動，B項不正確，，根據(jù)M＝，，當n增大時，(m不變)M減小,C項正確；；D項中NO的轉化率應應隨n(N2)增大而減小,D項不正正確。答案：C2．(5分)(2010·福福州八中月考考題)工業(yè)上利用用焦炭與水蒸蒸氣生產H2的反應原理為為：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)；ΔH＞0,CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g);ΔH＜0。第二步生產的原原料CO來源源于第一步的的產物。為提提高原料的利利用率及H2的日產量，下下列措施中不不可取的是()①第一步產生生的混合氣體體直接作為第第二步的反應應物②第二二步生產應采采用適當?shù)臏販囟群痛呋瘎﹦鄣谝弧?、二步生產中中均充入足量量水蒸氣④④第二步應在在低溫下進行行⑤第二步步生產采用高高壓⑥第二步生產產中增大CO的濃度A．①③⑤B．②解析：第一步產生的H2使第二步的平衡逆移，故應先進行分離；第二步反應為放熱反應，溫度過低，反應速率太小而影響產量，溫度過高則對平衡不利，且要考慮催化劑的活性，故應選擇適當?shù)臏囟群痛呋瘎?，故②正確④錯；增大廉價易得的水蒸氣濃度可提高CO轉化率，③正確；壓強對第二步反應無影響，不必采取高壓，⑤錯；增大CO濃度并未提高主要原材料C的利用率，⑥錯。答案：D3．(5分)(2010·模模擬題)已知:4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)；ΔΔH＝－1025kJ/mol該反反應是一個可可逆反應。若反應物物起始物質的的量相同,下下列關于該反反應的示意圖不正確的是是()解析：該可逆反應特特點：(1)正反應放熱熱；(2)正正反應方向氣氣體分子數(shù)增增大；(3)該反應是可可逆反應，可可表示為4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)。。A項項圖象象：1200℃時時先達達到平平衡，，1000℃℃時，，達到到平衡衡時NO含含量較較高，，1200℃→1000℃：：降溫溫，平平衡向向放熱熱方向向移動動(生生成NO方方向)，NO含含量升升高，，A正正確；；B項項圖象象：10××105Pa時先先達到到平衡衡，1×105Pa下下達到到平衡衡時NO含含量較較大。。壓強強較小小時，，平衡衡體系系中NO的的含量量較高高，B對；；C項項，從從圖象象看，，溫度度較高高時先先達到到平衡衡，但但是，，溫度度越高高，NO含含量應應越低低，C項不不正確確；D項，，有無無催化化劑只只是在在到達達平衡衡的時時間有有差別別，所所以D項也也正確確。答案：：C4.(5分分)(2010··模擬擬題)在密密閉反應：H2(g)＋I2(g)2HI(g)，在溫度為T1和T2時，產物的量和時間的關系如圖所示，符合圖象的正確判斷是()A．T1＞T2，ΔH＞0B．T1＞T2，ΔH＜0C．T1＜T2，ΔH＞0D．T1＜T2，ΔH＜0解析：根據(jù)“先拐先平數(shù)值大”的原則，從圖中可以看出，反應時的溫度T1<T2，且溫度越高，HI的量越少，說明升高溫度，平衡向逆反應方向移動，即該反應的正反應屬于放熱反應，ΔH＜0。

答案：D5．(10分)(2010··山東東省實實驗中中學期期中考考題)制制取取硝圖如下

請回答下列問題：(1)合成氨的原料通常各來自何處？(2)已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)；ΔH＝－92kJ·mol－1。請解解釋釋：：①②為有效提高氨的產率，實際生產中宜采取哪些措施？(3)寫出氨催化氧化的化學方程式。鉑銠合金網(wǎng)有何作用？為什么鉑銠合金網(wǎng)未預熱也會發(fā)熱？(4)生產硝酸的過程中常會產生一些氮的氧化物，如何消除它們對大氣的污染？寫出反應方程式。(5)舉出硝酸銨的兩種主要用途。解釋為什么該用途對現(xiàn)代社會非常重要？(6)在一定溫度和壓強的密閉容器中，將平均相對分子質量為8.5的H2和N2混合，當該反應達到平衡時，測出平衡混合氣的平均相對對分分子子質質量量為為10，，此此時時N2的轉轉化化率率為為，平平衡衡混混合合氣氣體體中中NH3的體(7)請你為硝酸廠的選址提出合理化建議。解析：運用化學反應速率、化學平衡原理，結合流程圖和涉及反應的特點及化工生產的實際情況分析解答。答案：(1)N2取自于空氣，H2可來自于水煤氣。(2)①在高溫、高壓和有催化劑存在的條件下，N2與H2可以直接化合生成氨(NH3)，并放出熱量，同時，NH3也會分解成N2和H2，即在相同條件下能同時向正、逆兩個反應方向進行的反應，這樣的反應叫可逆反應。②可采取增壓，及時分離氨，并循環(huán)利用N2和H2。30%17.6%(3)4NH3＋5O24NO＋＋6H2O，，Pt－－Rh合合金金網(wǎng)網(wǎng)起起催催化化作作用用；；因因為為氨氨的的催催化化氧氧化化反反應應是是放放熱熱反反應應，，保保證證Pt——Rh合合金金網(wǎng)網(wǎng)達達到到一一定定溫溫度度而而不不必必預預熱熱。。(4)可可用堿液液吸收氮氮的氧化化物。NO＋NO2＋2NaOH2NaNO2＋H2O2NO2＋2NaOHNaNO3＋NaNO2＋H2O(5)(7)廠址的選擇應具備以下有利條件：原料和產品運輸方便，生產動力來源充足，廢物易于處理，地價較便宜等。*(2被氧化為SO3反應在不同時間各物質的濃度(mol/L)試畫出V(SO3)—t圖：時間(min)010203040506070SO210753.52111O253.52.51.7510.50.50.5SO30356.58999答案：起點、、拐點、、終點準準確，也給分。描點參考考：(2)工工業(yè)上生生產硫酸酸時，利利用催化化氧化反反應將SO2轉化為SO3是一個關鍵鍵步驟。。壓強及及溫度對對SO2轉化率的的影響如如下表(原料氣氣各成分的的體積分分數(shù)為：：SO27%，O211%，，N282%)：①如何利利用表中中