2025屆高三化學(xué)三輪沖刺 用反應(yīng)勢(shì)能圖理解多重平衡體系 課件

29題（反應(yīng)原理）難點(diǎn)專題突破用反應(yīng)勢(shì)能圖理解多重平衡體系18五月20254多重平衡體系相互關(guān)聯(lián)的多個(gè)可逆反應(yīng)

29

(2020.7浙江選考)研究CO2氧化C2H6制C2H4對(duì)資源綜合利用有重要意義。相關(guān)的主要化學(xué)反應(yīng)有：Ⅰ

C2H6(g)?C2H4(g)＋H2(g)

ΔH1＝136kJ·mol?1Ⅱ

C2H6(g)＋CO2(g)?C2H4(g)＋H2O(g)＋CO(g)

ΔH2＝177kJ·mol?1Ⅲ

C2H6(g)＋2CO2(g)?4CO(g)＋3H2(g)

ΔH3Ⅳ

CO2(g)＋H2(g)?CO(g)＋H2O(g)

ΔH4＝41kJ·mol?1二氧化碳加氫制甲醇的總反應(yīng)可表示為：CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH=-49.4kJ·mol-1該反應(yīng)一般認(rèn)為通過如下步驟來實(shí)現(xiàn)：反應(yīng)I：CO2(g)+H2(g)

?CO(g)+H2O(g)

ΔH1=+41.1kJ·mol-1反應(yīng)Ⅱ：CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)

ΔH2

過渡態(tài)理論

過渡態(tài)理論認(rèn)為由反應(yīng)物分子變成生成物分子,中間一定要經(jīng)過一個(gè)能量較高的過渡態(tài),形成這個(gè)過渡態(tài)必須吸收一定的能量，這個(gè)過渡態(tài)也稱為活化絡(luò)合物（用M

表示），所以又稱為活化絡(luò)合物理論。一、過渡態(tài)理論與反應(yīng)勢(shì)能圖?反應(yīng)原理p38活化能是活化分子的平均能量與反應(yīng)物分子的平均能量之差。過渡態(tài)理論下的反應(yīng)勢(shì)能圖p38注意區(qū)別分步反應(yīng)與總反應(yīng)活化能波峰是過渡態(tài)能量，波谷是中間體能量，終點(diǎn)是生成物能量活化能低相對(duì)活化能高的反應(yīng)有什么優(yōu)勢(shì)？依據(jù)反應(yīng)自發(fā)性，ΔH小(放熱多)相對(duì)ΔH大（放熱少）的反應(yīng)有什么優(yōu)勢(shì)？結(jié)論1：結(jié)論2：活化能越低反應(yīng)速率越快在兩個(gè)反應(yīng)的熵變接近的前提下，ΔH越小平衡常數(shù)越大連續(xù)反應(yīng)模型二、連續(xù)反應(yīng)與勢(shì)能圖A+B?C?D12NO氧化反應(yīng)：2NO(g)+O2(g)2NO2(g)分兩步進(jìn)行,

Ⅰ2NO(g)+O2(g)N2O4(g)△H1ⅡN2O4(g)2NO2(g)△H2慢快慢快1.兩種經(jīng)典連續(xù)反應(yīng)模型A+B?C?DA+B?C?D2.快+慢1.慢+快1.這兩個(gè)連續(xù)反應(yīng)分別對(duì)應(yīng)哪種模型？2.反應(yīng)的熱效應(yīng)？2.連續(xù)反應(yīng)的勢(shì)能圖研究CO2氧化C2H6制C2H4對(duì)資源綜合利用有重要意義。相關(guān)的主要化學(xué)反應(yīng)有：Ⅱ

C2H6(g)＋CO2(g)?C2H4(g)＋H2O(g)＋CO(g)

ΔH2＝177kJ·mol?1Ⅳ

CO2(g)＋H2(g)?CO(g)＋H2O(g)

ΔH4＝41kJ·mol?1③有研究表明，在催化劑存在下，反應(yīng)Ⅱ分兩步進(jìn)行，過程如下：[C2H6(g)＋CO2(g)]→[C2H4(g)＋H2(g)＋CO2(g)]→[C2H4(g)＋CO(g)＋H2O(g)]，

且第二步速率較慢(反應(yīng)活化能為210kJ·mol?1)。根據(jù)相關(guān)物質(zhì)的相對(duì)能量，畫出反應(yīng)Ⅱ分兩步進(jìn)行的“能量?反應(yīng)過程圖”，起點(diǎn)從[C2H6(g)＋CO2(g)]的能量?477kJ·mol?1開始(如圖2)。例題1畫反應(yīng)勢(shì)能圖步驟（要點(diǎn)）1.標(biāo)明反應(yīng)物、中間體、生成物的能量高低3.考慮過渡態(tài)峰的相對(duì)高低4.連線2.標(biāo)明反應(yīng)物中間體生成物狀態(tài)及量2.快+慢1.慢+快請(qǐng)畫出中間產(chǎn)物濃度隨時(shí)間變化圖?3.連續(xù)反應(yīng)中間體濃度隨時(shí)間變化18五月20251.快+慢2.慢+快18五月2025結(jié)論3：快+慢

中間產(chǎn)物濃度先快升后慢降，

慢+快

中間產(chǎn)物濃度一直維持低水平3.連續(xù)反應(yīng)中間體濃度隨時(shí)間變化十氫萘是具有高儲(chǔ)氫密度的氫能載體，經(jīng)歷“十氫萘（C10H18）→四氫萘（C10H12）→萘（C10H8）”的脫氫過程釋放氫氣。已知：C10H18(l)?C10H12(l)＋3H2(g)△H1C10H12(l)?

C10H8(l)＋2H2(g)△H2△H1＞△H2＞0；C10H18→C10H12的活化能為Ea1，C10H12→C10H8的活化能為Ea2，請(qǐng)回答：（3）溫度335℃，在恒容密閉反應(yīng)器中進(jìn)行高壓液態(tài)十氫萘（1.00mol）催化脫氫實(shí)驗(yàn)，測(cè)得C10H12和C10H8的產(chǎn)率x1和x2（以物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)計(jì)）隨時(shí)間變化關(guān)系如圖1所示。x1顯著低于x2的原因是________________________________________。例題2催化劑顯著降低了C10H12到C10H8的活化能，反應(yīng)生成C10H12迅速轉(zhuǎn)變?yōu)镃10H8，使C10H12不能積累。慢快慢快A+B?C?DA+B?C?D模型中，反應(yīng)1正向移動(dòng)對(duì)反應(yīng)2施加何種影響？4.兩個(gè)分步反應(yīng)的相互影響吸熱放熱升溫平衡1如何移動(dòng)？A+B?C?D124.兩個(gè)分步反應(yīng)的相互影響(2)NO氧化反應(yīng)：2NO(g)＋O2(g)=2NO2(g)分兩步進(jìn)行，反應(yīng)過程能量變化示意圖如圖。

Ⅰ2NO(g)?N2O2(g)ΔH1ⅡN2O2(g)＋O2(g)?2NO2(g)ΔH2①?zèng)Q定NO氧化反應(yīng)速率的步驟是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。②在恒容的密閉容器中充入一定量的NO和O2氣體，保持其它條件不變，控制反應(yīng)溫度分別為T3和T4(T4＞T3)，測(cè)得c(NO)隨t(時(shí)間)的變化曲線如圖。轉(zhuǎn)化相同量的NO，在溫度_____(填“T3”或“T4”)下消耗的時(shí)間較長，試結(jié)合反應(yīng)過程能量圖分析其原因____。例題3ⅡT4ΔH1＜0，溫度升高，反應(yīng)Ⅰ平衡逆移，c(N2O2)減小；濃度降低的影響大于溫度對(duì)反應(yīng)Ⅱ速率的影響。1.并行反應(yīng)模型三、并行反應(yīng)與勢(shì)能圖A+BCD用CO2直接加氫合成二甲醚包括以下二個(gè)相互關(guān)聯(lián)的反應(yīng)：1.2CO2(g)+6H2

(g)?CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH1=-73.3kJ/mol2.CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)ΔH2=20.6kJ/mol2.并行反應(yīng)勢(shì)能圖1.哪個(gè)反應(yīng)速率快？2.哪個(gè)反應(yīng)平衡常數(shù)大？各有優(yōu)勢(shì)，D動(dòng)力學(xué)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)物，C熱力學(xué)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)物反應(yīng)進(jìn)程能量一種經(jīng)典并行反應(yīng)勢(shì)能圖18五月2025萘與濃硫酸發(fā)生取代反應(yīng)可以生成2種取代產(chǎn)物，反應(yīng)進(jìn)程中能量變化如圖所示。其中相同投料，經(jīng)歷相同時(shí)間，不同反應(yīng)溫度時(shí)產(chǎn)物的比例不同，在40°C和160°C時(shí)，得到1-取代產(chǎn)物與2-取代產(chǎn)物的比例分別為96：4和15：85，下列說法正確的是

A.1-取代產(chǎn)物比2-取代產(chǎn)物更穩(wěn)定B.與40°C相比，160°C時(shí)萘的平衡轉(zhuǎn)化率更大C.選擇合適的催化劑同樣可以提高2-取代產(chǎn)物比率D.延長反應(yīng)時(shí)間，最終以1-取代產(chǎn)物為主C例題4B2.并行反應(yīng)勢(shì)能圖例題4加壓平衡1如何移動(dòng)？多重平衡體系中的平衡移動(dòng)是相互影響的！多重平衡體系中的平衡是同時(shí)平衡A（g）+B（g）2C（g）3D（g）123.并行反應(yīng)的相互影響例題5

用CO2直接加氫合成二甲醚包括以下二個(gè)相互關(guān)聯(lián)的反應(yīng)：1.2CO2(g)+6H2

(g)?CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH1=-73.3kJ/mol2.CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)ΔH2=20.6kJ/mol溫度、壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)CO2中平衡轉(zhuǎn)化率和二甲醚的選擇性的影響如圖1、圖2：圖1CO2轉(zhuǎn)化率隨溫度升高先降后升？3.并行反應(yīng)的相互影響3.并行反應(yīng)的產(chǎn)物選擇性如何控制（壓強(qiáng)）條件提高D的選擇性？如何控制（溫度）條件提高D的選擇性？吸熱放熱A（g）+B（g）2C（g）3D（g）12反應(yīng)進(jìn)程能量A+B2C3D3.并行反應(yīng)的產(chǎn)物選擇性(2)在一定反應(yīng)時(shí)間內(nèi)（未達(dá)平衡），升高溫度對(duì)C的選擇性有何影響？結(jié)論4：一般情況下反應(yīng)時(shí)間短（未達(dá)平衡）動(dòng)力學(xué)產(chǎn)物有利，反應(yīng)時(shí)間長（平衡）熱力學(xué)產(chǎn)物有利(1)如何控制時(shí)間提高D的選擇性？v逆t1t2tvv正A+B2C放熱結(jié)論：升高溫度活化能大的反應(yīng)速率增加的多結(jié)論5：一定反應(yīng)時(shí)間內(nèi)反應(yīng)未達(dá)平衡前提下，高溫對(duì)活化能高的熱力產(chǎn)物更有利反應(yīng)速率時(shí)間圖：升高溫度圖2二甲醚的選擇性隨壓強(qiáng)升高而升高？4.并行反應(yīng)的產(chǎn)物選擇性例題5

用CO2直接加氫合成二甲醚包括以下二個(gè)相互關(guān)聯(lián)的反應(yīng)：1.2CO2(g)+6H2

(g)?CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH1=-73.3kJ/mol2.CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)ΔH2=20.6kJ/mol溫度、壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)CO2中平衡轉(zhuǎn)化率和二甲醚的選擇性的影響如圖1、圖2：在一定溫度下，以I2為催化劑，氯苯和Cl2在CS2中發(fā)生平行反應(yīng)，分別生成鄰二氯苯和對(duì)二氯苯，兩產(chǎn)物濃度之比與反應(yīng)時(shí)間無關(guān)。反應(yīng)物起始濃度均為0.5mol·L-1，反應(yīng)30min測(cè)得氯苯15%轉(zhuǎn)化為鄰二氯苯，25%轉(zhuǎn)化為對(duì)二氯苯。保持其他條件不變，若要提高產(chǎn)物中鄰二氯苯的比例，可采用的措施是______。A.適當(dāng)提高反應(yīng)溫度B.改變催化劑C.適當(dāng)降低反應(yīng)溫度D.改變反應(yīng)物濃度4.并行反應(yīng)的產(chǎn)物選擇性速率之比決定濃度之比生成鄰二氯苯的反應(yīng)活化能高升高溫度兩個(gè)反應(yīng)速率都升高，哪個(gè)速率增加的多？結(jié)論：升高溫度活化能大的反應(yīng)速率增加的多AB觀點(diǎn)1：活化能越低反應(yīng)速率越快觀點(diǎn)2：在兩個(gè)反應(yīng)的熵變接近的前提下，ΔH越小平衡常數(shù)越大觀點(diǎn)3：快+慢

中間產(chǎn)物濃度先快升后慢降，

慢+快

中