1、学案六化学速率平衡图表分析与数据处理【教学目标】1.理解化学平衡图像的意义，掌握化学平衡图像题的解法。2.借助速率和平衡的图像，了解平衡在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。3.通过对“化学反应速率和化学平衡”的图表以及“化学反应的过程图像”的分析，提高学生对图表信息进行综合处理和加工的能力。4.通过同学之间对图像题的解题方法的讨论分析，体会同伴间互助学习的必要性。【教学重点】阅读表格数据、图像，对化学平衡的综合分析，解决实际问题。【教学难点】平衡图像解题思路、方法与技巧。【考情分析】从近几年看，化学反应速率和化学平衡的考查，试题的创新性、探究性逐年提升，如：考查问题多样化的平衡图像问题，通
2、过设计新颖的速率、平衡计算以及通过图像、表格获取信息、数据等试题在情境上、取材上都有所创新，而且化学反应速率与化学平衡还与元素化合物知识相互联系，综合考查，并且两者的结合也日趋紧密。如2015全国卷28，2016全国卷27，2017全国卷28等。1.常见速率、平衡图像(1)物质的量(或浓度)时间图像例如，某温度时，在定容(V L)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。(2)含量时间温度(压强)常见形式有如下几种。(C%指生成物的质量分数；B%指某反应物的质量分数)(3)恒压(温)的图像分析该类图像的纵坐标为物质的平衡浓度(c)或反应物的转化率()，横坐标为温度(T)或压
3、强(p)，常见类型如下所示：如图2所示曲线是其他条件不变时，某反应物的最大转化率()与温度(T)的关系曲线，图中标出的1、2、3、4四个点，表示v正v逆的点是3，表示v正v逆的点是1，而2、4点表示v正v逆。2.解答化学平衡图像题二个原则和三个步骤(1)二个原则先拐先平。例如，在转化率时间图上，先出现拐点的曲线先达到平衡，此时推理可得该变化的温度高、浓度大、压强高。定一论二。当图像中有三个量时，先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。(2)三个步骤看懂图像：看图像要五看。一看面，即看清横坐标和纵坐标；二看线，即看线的走向、变化趋势；三看点，即看曲线的起点、终点、交点、拐点、原点、极值点等；四看
4、要不要作辅助线、如等温线、等压线；五看定量图像中有关量的多少。联想规律：联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律。推理判断：结合题中给定的化学反应和图像中的相关信息，根据有关知识规律分析作出判断。考点指导1化学平衡中的表格数据处理典例1某温度下进行反应：COCl2(g)Cl2(g)CO(g)，向2.0 L恒容密闭容器中充入1.0 mol COCl2(g)，经过一段时间后达到平衡。反应过程中测得的有关数据见下表：t/s02468n(Cl2)/mol00.300.390.400.40(1)02 s内，v(Cl2)_。(2)保持其他条件不变，升高温度，平衡时Cl20.22 molL1，则反应的
5、H_(填“”、“”或“”)0。(3)该温度下，此反应的平衡常数K_；若在2 L恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器中进行该反应，则该反应K将_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(4)保持其他条件不变，起始时向容器中充入1.2 mol COCl2、0.60 mol Cl2和0.60 mol CO，反应达到平衡前的速率：v(正)_(填“”、“”或“”)v(逆)。(5)若起始时向该容器中充入2.0 mol COCl2(g)，经过一段时间后达到平衡，n(Cl2)_(填“”、“”或“”)0.8 mol。(6)保持其他条件不变，起始向容器中充入1.0 mol Cl2和1.2 mol CO，达到平衡时，
6、Cl2的转化率_(填“”、“”或“”)60%。(7)若该反应是在恒温恒压下进行，则达到平衡时反应物的转化率将_(填“”、“”或“”)40%。解析(1)v(Cl2)0.075 molL1s1。(2)对于题中原平衡，Cl20.2 molL1，温度升高，Cl20.22 molL1，说明平衡正向移动，正反应吸热。K0.133 (molL1)。因为正反应是吸热反应，随着反应的进行，温度降低，平衡逆向移动，K减小。(4)Q0.15K，反应逆向进行。(5)若起始充入2.0 mol COCl2(g)，体积扩大2倍，则达到平衡时n(Cl2)0.8 mol，压回原体积，即增大压强，平衡逆向移动，n(Cl2)减小。
7、(6)若充入1.0 mol Cl2和1.0 mol CO，则与原平衡等效，达到平衡时，Cl2的转化率等于60%，现在是充了1.0 mol Cl2和1.2 mol CO，多充入CO，则Cl2的转化率增大。(7)恒温恒容的容器中，随着反应的进行，压强增大，平衡逆向移动，转化率减小。所以恒温恒压的容器中转化率大些。答案(1)0.075 molL1s1(2)(3)0.133 molL1减小(4)(5)(6)(7)课堂对点训练1.某同学学习了化学反应速率后，联想到曾用H2O2制备氧气，于是设计了下面的实验方案并进行实验探究。实验编号反应物催化剂甲试管中加入3 mL 2% H2O2溶液和3滴蒸馏水无乙试管
8、中加入3 mL 5% H2O2溶液和3滴蒸馏水无丙试管中加入3 mL 5% H2O2溶液和3滴蒸馏水1 mL 0.1 molL1 FeCl3溶液丁试管中加入3 mL 5% H2O2溶液和3滴稀盐酸溶液1 mL 0.1 molL1 FeCl3溶液戊试管中加入3 mL 5% H2O2溶液和3滴NaOH溶液1 mL 0.1 molL1 FeCl3溶液(1)上述实验发生反应的化学方程式为_。(2)实验甲和实验乙的实验目的是_；实验丙、实验丁和实验戊的实验目的是_。(3)分析H2O2的性质，解释实验甲和实验乙能否达到实验目的：_。(4)实验过程中该同学对实验丙、丁、戊中产生的气体进行收集，并在2 min
9、内6个时间点对注射器内气体进行读数，记录数据如表。时间/s20406080100120气体体积/mL实验丙9.519.529.036.546.054.5实验丁8.016.023.531.539.046.5实验戊15.530.044.558.571.583.0对实验戊，020 s的反应速率v1_ mLs1，100120 s的反应速率v2_ mLs1。不考虑实验测量误差，二者速率存在差异的主要原因是_。如图是根据实验收集到最大体积的气体时所用时间绘制的图像。曲线c表示的是实验_(填“丙”、“丁”或“戊”)。解析(1)过氧化氢在催化剂作用下分解生成氧气和水。(2)对比实验甲和乙，可知不同的是过氧化氢
10、的浓度；对比实验丙、丁、戊，可知不同的是H2O2溶液的酸碱性。(3)过氧化氢在不加热且没有催化剂作用的条件下性质比较稳定，故实验甲和乙尽管H2O2浓度不同，但H2O2均不会分解生成氧气。(4)由于实验戊产生氧气的速率最快，实验丁产生氧气的速率最慢，可推知图像中曲线a、b、c对应的分别为实验戊、丙、丁。答案(1)2H2O22H2OO2(2)反应物浓度不同对反应速率的影响不同酸碱性条件下，催化剂对反应速率的影响(3)实验甲和实验乙不能达到实验目的，因H2O2在常温且无催化剂作用的条件下比较稳定(4)0.7750.575随反应的不断进行，H2O2浓度逐渐降低，反应速率减小丁考点指导2速率、平衡图像分
11、析典例2用NH3催化还原NxOy可以消除氮氧化物的污染。已知：反应：4NH3(g)6NO(g)5N2(g)6H2O(l)H1反应：2NO(g)O2(g)2NO2(g)H2(且|H1|2|H2|)反应：4NH3(g)6NO2(g)5N2(g)3O2(g)6H2O(l)H3反应和反应在不同温度时的平衡常数及其大小关系如下表：温度/K反应反应已知：K2K1K2K1298K1K2398K1K2(1)推测反应是_反应(填“吸热”或“放热”)(2)相同条件下，反应在2 L密闭容器内，选用不同的催化剂，反应产生N2的量随时间变化如图所示。计算04分钟在A催化剂作用下，反应速率v(NO)_。下列说法正确的是_
12、。A.该反应的活化能大小顺序是：Ea(A)Ea(B)Ea(C)B.增大压强能使反应速率加快，是因为增加了活化分子百分数C.单位时间内HO键与NH键断裂的数目相等时，说明反应已经达到平衡D.若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当K值不变时，说明反应已达到平衡(3)一定条件下，反应达到平衡时体系中n(NO)n(O2)n(NO2)212。在其他条件不变时，再充入NO2气体，分析NO2体积分数(NO2)的变化情况：恒温恒压容器，(NO2)_；恒温恒容容器，(NO2)_(填“变大”、“变小”或“不变”)。(4)一定温度下，反应在容积可变的密闭容器中达到平衡，此时容积为3 L，N2与反应时间t变化曲线X如图
13、所示，若在t1时刻改变一个条件，曲线X变为曲线Y或曲线Z。则：变为曲线Y改变的条件是_。变为曲线Z改变的条件是_。若t2时降低温度，t3时达到平衡，请在图中画出曲线X在t2t4内N2的变化曲线。解析(1)分析表中数据可知，对于反应和反应，温度升高时，K值减小，平衡逆向移动，故两个反应都是放热反应，焓变小于0。将反应反应3得反应，则H3H13H22H23H2H2，因为H20，反应是吸热反应。(2)v(NO)v(N2)0.375 molL1min1。单位时间内生成的N2越多，则活化分子越多，活化能越低，A错误；增大压强能使反应速率加快，是因为增加了活化分子的浓度，活化分子的百分数不变，B错误；单位
14、时间内HO键与NH键断裂的数目相等时，说明正反应速率等于逆反应速率，反应已经达到平衡，C正确；若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当K值不变时，说明反应已经达到平衡，D正确。(3)恒温恒压容器中的平衡是等效平衡，(NO2)不变；恒温恒容容器，再充入NO2气体，等效于增大压强，平衡正向移动，(NO2)变大。(4)曲线Y比曲线X先达到平衡，但平衡状态相同，改变的条件是加入催化剂；曲线Z条件下，N2的浓度由2 molL1瞬间增大到3 molL1，容器体积应由3 L减小到2 L，改变的条件是：将容器的体积快速压缩至2 L。该反应是吸热反应，降低温度时，平衡逆向移动，N2在原有基础上逐渐减小，直到达到新的
15、平衡。答案(1)吸热(2)0.375 molL1min1CD(3)不变变大(4)加入催化剂将容器的体积快速压缩至2 L图像如图课堂对点训练2.(1)将0.05 mol SO2(g)和0.03 mol O2(g)放入容积为1 L的密闭容器中发生反应，反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)的能量变化如图所示，在一定条件下达到平衡，测得SO30.04 molL1，则该条件下反应的平衡常数K为_，若温度升高，K将_(填“增大”或“减小”)。(2)600 时，在1 L的密闭容器中，将二氧化硫和氧气混合，反应过程中SO2、O2、SO3物质的量变化如图所示。据图判断：010 min，v(O2)_。10
16、min到15 min内曲线变化的原因可能是_(填写编号)。a.使用了催化剂 b.缩小容器体积c.降低温度 d.增加SO3的物质的量答案(1)1 600 Lmol1减小(2)0.000 5 molL1min1ab考点指导3平衡图表题综合应用典例3甲醇是重要的化工原料，又可做为燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下：.CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H1.CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H258 kJ/ mol .CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H3回答下列问题：(1)物质的标准生成热是常用的化学热力学数据，
17、可以用来计算化学反应热。即化学反应热：H生成物标准生成热总和反应物标准生成热总和。已知四种物质的标准生成热如下表：物质COCO2H2CH3OH(g)标准生成热(kJ/ mol )110.52393.510201.25A.计算H1_kJ/ molB.H3_0(填“”“”)(2)由甲醇在一定条件下制备甲醚。一定温度下，在三个体积均为1.0L的恒容密闭容器中发生反应：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)。实验数据见下表：容器编号温度()起始物质的量(mol)平衡物质的量(mol)CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)CH3OCH3(g)H2O(g)a3870.20000.08
18、00.080b3870.4000c2070.20000.0900.090下列说法正确的是_。A.该反应的正反应为放热反应B.达到平衡时，容器a中的CH3OH体积分数比容器b中的小C.容器a中反应到达平衡所需时间比容器c中的长D.若起始时向容器a中充入CH3OH 0.15 mol 、CH3OCH3 0.15 mol 和H2O 0.10 mol，则反应将向正反应方向进行(3)合成气的组成n(H2)/n(COCO2)2.60时，体系中的CO平衡转化率()与温度和压强的关系如图所示。(CO)值随温度升高而_(填“增大”或“减小”)，其原因是_。图中p1、p2、p3的大小关系为_，其判断理由是_。(4)
19、甲醇可以制成燃料电池，与合成气制成燃料电池相比优点是_；若以硫酸作为电解质其负极反应为_。解析(1)利用标准生成热可计算反应的焓变H1(201.25)(110.52)20kJ/ mol90.73 kJ/ mol ；利用盖斯定律即可得到，所以H3H2H1 58 kJ/ mol(90.73 kJ/ mol)32.73 kJ/ mol 0。(2)容器a、c中CH3OH的物质的量相同，而容器a的温度比容器c高，平衡时CH3OCH3的物质的量：ac, 所以升高温度，平衡逆向移动，正反应为放热反应，A项正确；比较容器a、b中数据，温度不变，初始量成倍数，而该反应是气体体积不变的反应，初始量加倍相当于加压，
20、平衡不移动，故达到平衡时，容器a中的CH3OH体积分数与容器b中的相等；容器a比容器c温度高，反应快，达到平衡所需时间短，C项错误；利用容器a中的数据可求得该温度下的化学平衡常数K4，然后通过比较选项D中数据计算出的浓度熵Qc0.67K，所以反应将向正反应方向进行，D项正确。(3)由图像可知(CO)值随温度升高而减小，可通过温度升高对反应和反应的影响进行分析，升高温度时，反应为放热反应，平衡向左移动，使得体系中CO的量增大；反应为吸热反应，平衡向右移动，CO产生的量也增大；总结果，随温度升高，使CO的转化率降低。相同温度下，反应前后气体分子数不变，压强改变不影响其平衡移动，反应正反应为气体分子
21、数减小的反应，增大压强，有利于平衡向正反应方向移动，从而引起CO的转化率增大，所以增大压强有利于CO的转化率升高，故压强：p1p2p3。(4)甲醇可以制成燃料电池，与合成气制成燃料电池相比优点是装置简单，减小了电池的体积。若以硫酸作为电解质其负极区CH3OH失去电子生成CO2，电极反应式为CH3OH6eH2O=CO26H。答案(1)90.73 (2)AD(3) 减小升高温度时，反应为放热反应，平衡向左移动，使得体系中CO的量增大；反应为吸热反应，平衡向右移动，CO产生的量也增大；总结果，随温度升高，使CO的转化率降低 p3p2p1 相同温度下，由于反应为气体分子数减小的反应，加压有利于提升CO
22、的转化率；而反应为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响；故增大压强，CO的转化率升高(4)装置简单，减小了电池的体积CH3OH6eH2O=CO26H课堂对点训练3.废物回收及污染处理图像(1)一定条件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气回收。反应为2CO(g)SO2(g) 2CO2(g)S(l)H270 kJmol1其他条件相同、催化剂不同，SO2的转化率随反应温度的变化如图1，Fe2O3和NiO作催化剂均能使SO2的转化率达到最高，不考虑催化剂价格因素，选择Fe2O3的主要优点是：_。某科研小组用Fe2O3作催化剂。在380 时，分别研究了n(CO)n(SO2)为11、31时SO2转化率的变化情况(图2)。则图2中表示n(CO)n(SO2)31的变化曲线为_。(2)目前，科学家正在研究一种以乙烯作为还原剂的脱硝(NO)原理，其脱硝机理示意图如下图1，脱硝率与温度、负载率(分子筛中催化剂的质量分数)的关系如图2所示。写出该脱硝原理总反应的化学方程式：_。为达到最佳脱硝效果，应采取的条件是_。答案(1)Fe2O3作催化剂时，在相对较低温度可获得较高的SO2转化率，从而节约能源a(2)6NO3O22C2H43N24CO24H2O350 、负载率3.0%课堂总结“断平衡图像”认知模型构建
