學(xué)案六化學(xué)速率平衡圖表分析與數(shù)據(jù)處理,【教學(xué)目標】 1.理解化學(xué)平衡圖像的意義，掌握化學(xué)平衡圖像題的解法。 2.借助速率和平衡的圖像，了解平衡在生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中的重要作用。 3.通過對“化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡”的圖表以及“化學(xué)反應(yīng)的過程圖像”的分析，提高學(xué)生對圖表信息進行綜合處理和加工的能力。 4.通過同學(xué)之間對圖像題的解題方法的討論分析，體會同伴間互助學(xué)習(xí)的必要性。,【教學(xué)重點】閱讀表格數(shù)據(jù)、圖像，對化學(xué)平衡的綜合分析，解決實際問題。 【教學(xué)難點】平衡圖像解題思路、方法與技巧。 【考情分析】從近幾年看，化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的考查，試題的創(chuàng)新性、探究性逐年提升，如：考查問題多樣化的平衡圖像問題，通過設(shè)計新穎的速率、平衡計算以及通過圖像、表格獲取信息、數(shù)據(jù)等試題在情境上、取材上都有所創(chuàng)新，而且化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡還與元素化合物知識相互聯(lián)系，綜合考查，并且兩者的結(jié)合也日趨緊密。如2015全國卷28，2016全國卷27，2017全國卷28等。,1.常見速率、平衡圖像,(1)物質(zhì)的量(或濃度)時間圖像 例如，某溫度時，在定容(V L)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。,(2)含量時間溫度(壓強) 常見形式有如下幾種。(C%指生成物的質(zhì)量分數(shù)；B%指某反應(yīng)物的質(zhì)量分數(shù)),(3)恒壓(溫)的圖像分析 該類圖像的縱坐標為物質(zhì)的平衡濃度(c)或反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率()，橫坐標為溫度(T)或壓強(p)，常見類型如下所示：,如圖2所示曲線是其他條件不變時，某反應(yīng)物的最大轉(zhuǎn)化率()與溫度(T)的關(guān)系曲線，圖中標出的1、2、3、4四個點，表示v正v逆的點是3，表示v正v逆的點是1，而2、4點表示v正v逆。,2.解答化學(xué)平衡圖像題二個原則和三個步驟,(1)二個原則 先拐先平。例如，在轉(zhuǎn)化率時間圖上，先出現(xiàn)拐點的曲線先達到平衡，此時推理可得該變化的溫度高、濃度大、壓強高。 定一論二。當圖像中有三個量時，先確定一個量不變再討論另外兩個量的關(guān)系。 (1)三個步驟 看懂圖像：看圖像要五看。一看面，即看清橫坐標和縱坐標；二看線，即看線的走向、變化趨勢；三看點，即看曲線的起點、終點、交點、拐點、原點、極值點等；四看要不要作輔助線、如等溫線、等壓線；五看定量圖像中有關(guān)量的多少。聯(lián)想規(guī)律：聯(lián)想外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響規(guī)律。推理判斷：結(jié)合題中給定的化學(xué)反應(yīng)和圖像中的相關(guān)信息，根據(jù)有關(guān)知識規(guī)律分析作出判斷。,考點指導(dǎo)1化學(xué)平衡中的表格數(shù)據(jù)處理,(3)該溫度下，此反應(yīng)的平衡常數(shù)K_；若在2 L恒容絕熱(與外界沒有熱量交換)密閉容器中進行該反應(yīng)，則該反應(yīng)K將_(填“增大”、“減小”或“不變”)。 (4)保持其他條件不變，起始時向容器中充入1.2 mol COCl2、0.60 mol Cl2和0.60 mol CO，反應(yīng)達到平衡前的速率：v(正)_(填“”、“”或“”)v(逆)。 (5)若起始時向該容器中充入2.0 mol COCl2(g)，經(jīng)過一段時間后達到平衡，n(Cl2)_(填“”、“”或“”)0.8 mol。 (6)保持其他條件不變，起始向容器中充入1.0 mol Cl2和1.2 mol CO，達到平衡時，Cl2的轉(zhuǎn)化率_(填“”、“”或“”)60%。 (7)若該反應(yīng)是在恒溫恒壓下進行，則達到平衡時反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率將_(填“”、“”或“”)40%。,答案(1)0.075 molL1s1(2)(3)0.133 molL1減小(4)(5)(6)(7)k,【課堂對點訓(xùn)練】 1.某同學(xué)學(xué)習(xí)了化學(xué)反應(yīng)速率后，聯(lián)想到曾用H2O2制備氧氣，于是設(shè)計了下面的實驗方案并進行實驗探究。,(1)上述實驗發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。 (2)實驗甲和實驗乙的實驗?zāi)康氖莀； 實驗丙、實驗丁和實驗戊的實驗?zāi)康氖莀。 (3)分析H2O2的性質(zhì)，解釋實驗甲和實驗乙能否達到實驗?zāi)康模篲。 (4)實驗過程中該同學(xué)對實驗丙、丁、戊中產(chǎn)生的氣體進行收集，并在2 min內(nèi)6個時間點對注射器內(nèi)氣體進行讀數(shù)，記錄數(shù)據(jù)如表。,對實驗戊，020 s的反應(yīng)速率v1_ mLs1，100120 s的反應(yīng)速率v2_ mLs1。不考慮實驗測量誤差，二者速率存在差異的主要原因是_ _。,如圖是根據(jù)實驗收集到最大體積的氣體時所用時間繪制的圖像。曲線c表示的是實驗_(填“丙”、“丁”或“戊”)。,解析(1)過氧化氫在催化劑作用下分解生成氧氣和水。(2)對比實驗甲和乙，可知不同的是過氧化氫的濃度；對比實驗丙、丁、戊，可知不同的是H2O2溶液的酸堿性。(3)過氧化氫在不加熱且沒有催化劑作用的條件下性質(zhì)比較穩(wěn)定，故實驗甲和乙盡管H2O2濃度不同，但H2O2均不會分解生成氧氣。(4)由于實驗戊產(chǎn)生氧氣的速率最快，實驗丁產(chǎn)生氧氣的速率最慢，可推知圖像中曲線a、b、c對應(yīng)的分別為實驗戊、丙、丁。,考點指導(dǎo)2速率、平衡圖像分析,(1)推測反應(yīng)是_反應(yīng)(填“吸熱”或“放熱”) (2)相同條件下，反應(yīng)在2 L密閉容器內(nèi)，選用不同的催化劑，反應(yīng)產(chǎn)生N2的量隨時間變化如圖所示。,計算04分鐘在A催化劑作用下，反應(yīng)速率v(NO)_。 下列說法正確的是_。 A.該反應(yīng)的活化能大小順序是：Ea(A)Ea(B)Ea(C) B.增大壓強能使反應(yīng)速率加快，是因為增加了活化分子百分數(shù) C.單位時間內(nèi)HO鍵與NH鍵斷裂的數(shù)目相等時，說明反應(yīng)已經(jīng)達到平衡 D.若在恒容絕熱的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，當K值不變時，說明反應(yīng)已達到平衡 (3)一定條件下，反應(yīng)達到平衡時體系中n(NO)n(O2)n(NO2)212。在其他條件不變時，再充入NO2氣體，分析NO2體積分數(shù)(NO2)的變化情況：恒溫恒壓容器，(NO2)_；恒溫恒容容器，(NO2)_(填“變大”、“變小”或“不變”)。,(4)一定溫度下，反應(yīng)在容積可變的密閉容器中達到平衡，此時容積為3 L，c(N2)與反應(yīng)時間t變化曲線X如圖所示，若在t1時刻改變一個條件，曲線X變?yōu)榍€Y或曲線Z。則：,變?yōu)榍€Y改變的條件是_。 變?yōu)榍€Z改變的條件是_。 若t2時降低溫度，t3時達到平衡，請在圖中畫出曲線X在t2t4內(nèi)c(N2)的變化曲線。,(3)恒溫恒壓容器中的平衡是等效平衡，(NO2)不變；恒溫恒容容器，再充入NO2氣體，等效于增大壓強，平衡正向移動，(NO2)變大。(4)曲線Y比曲線X先達到平衡，但平衡狀態(tài)相同，改變的條件是加入催化劑；曲線Z條件下，N2的濃度由2 molL1瞬間增大到3 molL1，容器體積應(yīng)由3 L減小到2 L，改變的條件是：將容器的體積快速壓縮至2 L。該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，降低溫度時，平衡逆向移動，c(N2)在原有基礎(chǔ)上逐漸減小，直到達到新的平衡。,答案(1)吸熱 (2)0.375 molL1min1CD (3)不變變大 (4)加入催化劑將容器的體積快速壓縮至2 L 圖像如圖,(2)600 時，在1 L的密閉容器中，將二氧化硫和氧氣混合，反應(yīng)過程中SO2、O2、SO3物質(zhì)的量變化如圖所示。據(jù)圖判斷：,010 min，v(O2)_。 10 min到15 min內(nèi)曲線變化的原因可能是_(填寫編號)。 a.使用了催化劑 b.縮小容器體積 c.降低溫度 d.增加SO3的物質(zhì)的量 答案(1)1 600 Lmol1減小 (2)0.000 5 molL1min1ab,考點指導(dǎo)3平衡圖表題綜合應(yīng)用,回答下列問題： (1)物質(zhì)的標準生成熱是常用的化學(xué)熱力學(xué)數(shù)據(jù)，可以用來計算化學(xué)反應(yīng)熱。即化學(xué)反應(yīng)熱：H生成物標準生成熱總和反應(yīng)物標準生成熱總和。 已知四種物質(zhì)的標準生成熱如下表：,A.計算H1_kJ/ molB.H3_0(填“”“”),下列說法正確的是_。 A.該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng) B.達到平衡時，容器a中的CH3OH體積分數(shù)比容器b中的小 C.容器a中反應(yīng)到達平衡所需時間比容器c中的長 D.若起始時向容器a中充入CH3OH 0.15 mol 、CH3OCH3 0.15 mol 和H2O 0.10 mol，則反應(yīng)將向正反應(yīng)方向進行,(3)合成氣的組成n(H2)/n(COCO2)2.60時，體系中的CO平衡轉(zhuǎn)化率()與溫度和壓強的關(guān)系如圖所示。,(CO)值隨溫度升高而_(填“增大”或“減小”)，其原因是_。 圖中p1、p2、p3的大小關(guān)系為_，其判斷理由是_。 (4)甲醇可以制成燃料電池，與合成氣制成燃料電池相比優(yōu)點是_；若以硫酸作為電解質(zhì)其負極反應(yīng)為_。,解析(1)利用標準生成熱可計算反應(yīng)的焓變H1(-201.25)(-110.52)20kJ/ mol90.73 kJ/ mol ；利用蓋斯定律即可得到，所以H3H2H1 58 kJ/ mol(90.73 kJ/ mol)32.73 kJ/ mol 0。(2)容器a、c中CH3OH的物質(zhì)的量相同，而容器a的溫度比容器c高，平衡時CH3OCH3的物質(zhì)的量：a<c, 所以升高溫度，平衡逆向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，A項正確；比較容器a、b中數(shù)據(jù)，溫度不變，初始量成倍數(shù)，而該反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，初始量加倍相當于加壓，平衡不移動，故達到平衡時，容器a中的CH3OH體積分數(shù)與容器b中的相等；容器a比容器c溫度高，反應(yīng)快，達到平衡所需時間短，C項錯誤；利用容器a中的數(shù)據(jù)可求得該溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)K4，然后通過比較選項D中數(shù)據(jù)計算出的濃度熵Qc0.67<K，所以反應(yīng)將向正反應(yīng)方向進行，D項正確。,(3)由圖像可知(CO)值隨溫度升高而減小，可通過溫度升高對反應(yīng)和反應(yīng)的影響進行分析，升高溫度時，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡向左移動，使得體系中CO的量增大；反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，平衡向右移動，CO產(chǎn)生的量也增大；總結(jié)果，隨溫度升高，使CO的轉(zhuǎn)化率降低。相同溫度下，反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變，壓強改變不影響其平衡移動，反應(yīng)正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強，有利于平衡向正反應(yīng)方向移動，從而引起CO的轉(zhuǎn)化率增大，所以增大壓強有利于CO的轉(zhuǎn)化率升高，故壓強：p1<p2<p3。(4)甲醇可以制成燃料電池，與合成氣制成燃料電池相比優(yōu)點是裝置簡單，減小了電池的體積。若以硫酸作為電解質(zhì)其負極區(qū)CH3OH失去電子生成CO2，電極反應(yīng)式為CH3OH6eH2O=CO26H。,答案(1)90.73 (2)AD (3) 減小升高溫度時，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡向左移動，使得體系中CO的量增大；反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，平衡向右移動，CO產(chǎn)生的量也增大；總結(jié)果，隨溫度升高，使CO的轉(zhuǎn)化率降低 p3p2p1 相同溫度下，由于反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，加壓有利于提升CO的轉(zhuǎn)化率；而反應(yīng)為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，產(chǎn)生CO的量不受壓強影響；故增大壓強，CO的轉(zhuǎn)化率升高 (4)裝置簡單，減小了電池的體積CH3OH6eH2O=CO26H,某科研小組用Fe2O3作催化劑。在380 時，分別研究了n(CO)n(SO2)為11、31時SO2轉(zhuǎn)化率的變化情況(圖2)。則圖2中表示n(CO)n(SO2)31的變化曲線為_。,(2)目前，科學(xué)家正在研究一種以乙烯作為還原劑的脫硝(NO)原理，其脫硝機理示意圖如下圖1，脫硝率與溫度、負載率(分子篩中催化劑的質(zhì)量分數(shù))的關(guān)系如圖2所示。,寫出該脫硝原理總反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。 為達到最佳脫硝效果，應(yīng)采取的條件是_。,【課堂總結(jié)】 “斷平衡圖像”認知模型構(gòu)建,