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(biāo) 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 VL 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?jǐn)?shù) B 指某反應(yīng)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 3 恒壓 溫 的圖像分析該類圖像的縱坐標(biāo)為物質(zhì)的平衡濃度 c 或反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率 橫坐標(biāo)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(biāo)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(dāng)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(biāo)和縱坐標(biāo) 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2L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 2molCOCl2 0 60molCl2和0 60molCO 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 0molCOCl2 g 經(jīng)過一段時間后達到平衡 n Cl2 填 或 0 8mol 6 保持其他條件不變 起始向容器中充入1 0molCl2和1 2molCO 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 075mol L 1 s 1 2 3 0 133mol L 1減小 4 5 6 7 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?實驗丙 實驗丁和實驗戊的實驗?zāi)康氖?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?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2min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 0 20s的反應(yīng)速率v1 mL s 1 100 120s的反應(yīng)速率v2 mL s 1 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2L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0 4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?jǐn)?shù)C 單位時間內(nèi)H O鍵與N H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(dāng)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 2 1 2 在其他條件不變時 再充入NO2氣體 分析NO2體積分?jǐn)?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3L 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t2 t4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2mol L 1瞬間增大到3mol L 1 容器體積應(yīng)由3L減小到2L 改變的條件是 將容器的體積快速壓縮至2L 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 375mol L 1 min 1 CD 3 不變變大 4 加入催化劑將容器的體積快速壓縮至2L 圖像如圖 2 600 時 在1L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 0 10min v O2 10min到15min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 1600L mol 1減小 2 0 0005mol L 1 min 1 ab 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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)生成熱總和 反應(yīng)物標(biāo)準(zhǔn)生成熱總和 已知四種物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)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?jǐn)?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CH3OH0 15mol CH3OCH30 15mol和H2O0 10mol 則反應(yīng)將向正反應(yīng)方向進行 3 合成氣的組成n H2 n CO CO2 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(biāo)準(zhǔn)生成熱可計算反應(yīng)的焓變 H1 201 25 110 52 2 0 kJ mol 90 73kJ mol 利用蓋斯定律 即可得到 所以 H3 H2 H1 58kJ mol 90 73kJ mol 32 73kJ 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(dāng)于加壓 平衡不移動 故達到平衡時 容器a中的CH3OH體積分?jǐn)?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)K 4 然后通過比較選項D中數(shù)據(jù)計算出的濃度熵Qc 0 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CH3OH 6e H2O CO2 6H 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 p3 p2 p1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CH3OH 6e H2O CO2 6H 某科研小組用Fe2O3作催化劑 在380 時 分別研究了 n CO n SO2 為1 1 3 1時SO2轉(zhuǎn)化率的變化情況 圖2 則圖2中表示n CO n SO2 3 1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?jǐn)?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