2018-2019版高中化學 第2章 化學反應的方向、限度與速率 第3節(jié) 化學反應的速率 第3課時學案 魯科版選修4.doc

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第3課時　化學反應速率和化學平衡圖像 [學習目標定位]　認識化學反應速率、化學平衡典型圖像，學會化學平衡圖像題的分析解答方法。 一、化學反應速率圖像(v－t圖像) 1.“漸變”類v－t圖——濃度對化學反應速率的影響 (1)圖像Ⅰ中，v′正突變，而v′逆漸變，t1時刻圖像中有一條線是連續(xù)的，且v′正>v′逆，說明t1時刻改變的條件是增大了反應物的濃度，使v′正突變，平衡正向移動。 (2)圖像Ⅱ中，v′正漸變，v′逆突變，t1時刻圖像中有一條線是連續(xù)的，且v′正>v′逆，說明t1時刻改變的條件是減小了生成物的濃度，使v′逆突變，平衡正向移動。 2.“斷點”類v－t圖——溫度(或壓強)對化學反應速率的影響 (1)圖像Ⅰ中，v′正、v′逆都是突然增大的，t1時刻，圖像中出現(xiàn)了“斷點”，且v′正>v′逆，平衡正向移動。改變的條件是升高溫度或增大壓強。 (2)圖像Ⅱ中，v′正、v′逆都是突然變小的，t1時刻，圖像中出現(xiàn)了“斷點”，且v′正>v′逆，平衡正向移動，說明該反應改變的條件是降低溫度(或減小壓強)。 3.“平臺”類v－t圖——催化劑(或壓強)對化學反應速率的影響 圖像中v′正、v′逆都是突然增大，且增大的程度相同，t1時刻，圖像中出現(xiàn)了“平臺”，化學平衡不移動，改變的條件可能是使用了催化劑或對反應前后氣體總體積不發(fā)生變化的反應增大了壓強。 v－t圖像中，若v正和v逆中有一個在原平衡點連續(xù)漸變，則一定為改變反應物或生成物之一濃度引起的速率變化；若v正和v逆都在原平衡點向平衡線同側突變，則一定為改變溫度或壓強引起反應速率的變化。 例1　某密閉容器中發(fā)生如下反應：X(g)＋Y(g)2Z(g)　ΔH<0。下圖表示該反應的速率(v)隨時間(t)變化的關系，t2、t3、t5時刻外界條件有所改變，但都沒有改變各物質的初始加入量。下列說法中正確的是(　　) A.t2時一定加入了催化劑 B.t3時減小了壓強 C.t5時可能升高了溫度 D.t4～t5時間內轉化率最低 答案　C 解析　A項，由圖可知，t2時刻改變條件，正逆反應速率增大且相等，若增大壓強平衡也不發(fā)生移動，則t2時不一定加入了催化劑，錯誤；B項，t3時刻改變條件，正逆反應速率均減小，且正反應速率大于逆反應速率，若減小壓強，平衡不發(fā)生移動，與圖像不符，錯誤； C項，t5時刻改變條件，正逆反應速率增大，且逆反應速率大于正反應速率，若升高溫度，平衡逆向移動，與圖像符合，正確；D項，催化劑對平衡移動無影響，t3～t4時間內平衡逆向移動，轉化率減小，t5～t6時間內平衡逆向移動，轉化率繼續(xù)減小，顯然t5～t6時間內轉化率比t4～t5時間內轉化率低，錯誤。 考點　化學反應速率與化學平衡圖像 題點　速率－時間(v－t)圖像 方法總結　(1)看清化學方程式(ΔH符號及氣體系數(shù)變化)。 (2)分析圖像含義(v正、v逆的漸變或突變和v正、v逆的相對大小)。 (3)聯(lián)想外界條件對反應速率的影響規(guī)律。 例2　可逆反應2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH<0在一定條件下達到平衡狀態(tài)，時間為t1時改變條件。化學反應速率與反應時間關系如圖。下列說法正確的是(　　) A.維持溫度、反應體系體積不變，t1時充入SO3(g) B.維持壓強不變，t1時升高反應體系溫度 C.維持溫度不變，t1時擴大反應體系體積 D.維持溫度、壓強不變，t1時充入SO3(g) 答案　D 解析　先觀察原反應的特點可知，原反應是一個氣體體積減小的放熱反應，根據(jù)圖像可知該反應在t1時改變了某個條件使正反應速率減小，而使逆反應速率增大，只能是在該時刻增大了生成物的濃度而減小了反應物的濃度，所以只有D選項符合。D選項在溫度、壓強不變的情況下充入SO3(g)，使體積變大，所以導致反應物的濃度減小。 考點　化學反應速率與化學平衡圖像 題點　速率－時間(v－t)圖像 方法總結　v－t圖像中，若v正和v逆在原平衡點反方向突變，視為改變濃度條件，反應物和生成物一方濃度增大，另一方濃度減小。 二、化學平衡圖像 1.百分含量(或轉化率)—時間—溫度(或壓強)圖像 在化學平衡圖像中，先出現(xiàn)拐點的反應則先達到平衡，先出現(xiàn)拐點的曲線表示的溫度較高(如圖1)或表示的壓強較大(如圖2)[仍以aA(g)＋bB(g)cC(g)為例]。 根據(jù)圖像回答下列問題： (1)圖1中，溫度T1、T2的大小關系是T2>T1，溫度升高，C%(C的含量)減小，化學平衡逆向移動，正反應是放熱反應。 (2)圖2中，壓強p1、p2的大小關系是p1>p2，壓強增大，A%(A的含量)減小，化學平衡正向移動，a＋b>c。 2.百分含量(或轉化率)—壓強—溫度圖像 在化學平衡圖像中，包括縱坐標、橫坐標和曲線，所表示的意義共三個量。確定橫坐標所表示的量后，討論縱坐標與曲線的關系；或者確定縱坐標所表示的量，討論橫坐標與曲線的關系。即“定一議二”原則。解題過程中，可以作輔助線幫助分析。例如反應aA(g)＋bB(g)cC(g)在不同溫度下(T1v正，說明平衡左移，SO3的百分含量減小，t2～t3、t3～t4、t5～t6平衡不移動，SO3的百分含量不變，所以SO3的百分含量較高的一段時間應該是t0～t1。 考點　化學反應速率和化學平衡圖像 題點　速率－時間(v－t)圖像 2.反應L(s)＋aG(g)bR(g)達到平衡時，溫度和壓強對該反應的影響如圖所示，圖中，壓強p1>p2，x軸表示溫度，y軸表示平衡混合氣體中G的體積分數(shù)。據(jù)此可判斷(　　) A.上述反應正方向是吸熱反應 B.上述反應正方向是放熱反應 C.a>b D.a＋1n，Q>0 B.m>n＋p，Q>0 C.m>n，Q<0 D.mv正，即平衡逆向移動，正反應為放熱反應，ΔH<0；由右圖知，增大壓強v正>v逆，平衡正向移動，則正反應為氣體系數(shù)減小的反應，即m>n。 考點　化學反應速率和化學平衡圖像 題點　速率－壓強(或溫度)圖像 5.如圖所示曲線表示其他條件一定時，反應2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH<0。NO的轉化率與溫度的關系曲線，圖中標有a、b、c、d四點，其中表示未達到平衡狀態(tài)，且v正>v逆的點是(　　) A.a點 B.b點 C.c點 D.d點 答案　C 解析　線上的點為平衡點，所以a、b點是平衡點，c點對應的平衡點在c點上方，說明NO的轉化率變大才能達到平衡，反應應正向進行，正反應速率大于逆反應速率，正確；d點反應應逆向進行，正反應速率小于逆反應速率。 考點　化學反應速率和化學平衡圖像 題點　轉化率－溫度圖像 6.某化學科研小組研究在其他條件不變時，改變某一條件對化學平衡的影響，得到如下變化規(guī)律(下圖中，p表示壓強，T表示溫度，n表示物質的量，t表示反應時間)： 根據(jù)以上規(guī)律判斷(填“>”“＝”或“<”)： (1)反應Ⅰ：p2________p1，ΔH________0。 (2)反應Ⅱ：T1________T2，ΔH________0。 (3)反應Ⅲ：若T2________T1，ΔH________0。 (4)反應Ⅳ：若T2________T1，ΔH________0。 答案　(1)>　<　(2)>　<　(3)>　>(或<　<) (4)>　>(或<　<) 解析　(1)對反應Ⅰ而言，增大壓強，平衡向右移動，A的轉化率α(A)增大，所以p2>p1；圖(a)表示隨溫度升高，α(A)減小，平衡向左移動，則正反應是放熱反應，ΔH<0。 (2)圖(b)表示在兩種不同溫度下，C的物質的量逐漸增大至達到平衡的過程。T1溫度下n(C)增加得快，且先達到平衡，說明T1>T2，由T1→T2，降低溫度，n(C)增大，說明平衡向右移動，ΔH<0。 (3)圖(c)表示隨起始時n(B)的增大，在兩種不同溫度下C的體積分數(shù)φ(C)先增大后減小的變化曲線。T2時φ(C)高于T1時的φ(C)，可能有兩種情況：若T2>T1，即升溫平衡右移，ΔH>0；若T2T1，則升溫平衡右移，ΔH>0；若T1>T2，則升溫平衡左移，ΔH<0。 考點　化學反應速率和化學平衡圖像 題點　化學平衡圖像的綜合 [對點訓練] 題組1　速率—時間圖像 1.可逆反應2X(g)＋Y(s)2Z(g)在t1時刻達到平衡狀態(tài)。當增大平衡體系壓強(減小容器體積)時，下列有關正、逆反應速率(v)隨時間變化的圖像正確的是(　　) 答案　C 解析　此可逆反應是等體積反應，達到平衡狀態(tài)后，增大平衡體系的壓強，正、逆反應速率仍相等，但由于壓強增大，所以反應速率都增大。 考點　化學反應速率和化學平衡圖像 題點　速率—時間(v－t圖像) 2.如圖為某化學反應的反應速率與時間的關系示意圖。在t1時刻升高溫度或增大壓強，反應速率的變化都符合示意圖中表示的反應是(　　) A.2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH<0 B.4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH<0 C.H2(g)＋I2(g)2HI(g)　ΔH>0 D.2A(g)＋B(g)2C(g)　ΔH>0 答案　B 解析　由圖像知增大壓強或升高溫度后，v正、v逆都增大，由于v逆增大的多，平衡逆向移動。A項，該反應的正反應為氣體體積減小的放熱反應，增大壓強，平衡正向移動，升高溫度，平衡逆向移動，錯誤；B項，該反應的正反應為氣體體積增大的放熱反應，增大壓強，化學平衡逆向移動，升高溫度，化學平衡逆向移動，正確；C項，該反應是反應前后氣體體積相等的可逆反應，增大壓強，平衡不移動，升高溫度，平衡正向移動，錯誤；D項，該反應的正反應為氣體體積減小的吸熱反應，增大壓強，平衡正向移動，升高溫度，平衡正向移動，錯誤。 考點　化學反應速率和化學平衡圖像 題點　速率—時間(v－t)圖像 3.合成氨反應：N2(g) ＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH ＝－92.4 kJmol－1，在反應過程中，正反應速率的變化如圖所示。下列說法正確的是(　　) A.t1時增大了壓強 B.t2時充入了稀有氣體 C.t3時升高了溫度 D.t4時降低了溫度 答案　A 解析　A項，t1時正反應速率增大，且大于逆反應速率，應為增大壓強，正確；B項，t2時正、逆反應速率同等程度增大，使用了催化劑，錯誤；C項，t3時正反應速率減小，且逆反應速率大于正反應速率，為減小壓強，錯誤；D項，t4時反應速率瞬間不變，然后減小，應為減小生成物濃度，錯誤。 考點　化學反應速率和化學平衡圖像 題點　速率—時間(v－t)圖像 4.可逆反應aX＋2Y(g)2Z(g)在一定條件下達到平衡后，t1和t2時各改變某一種外界條件，化學反應速率(v)—時間(t)圖像如圖。則下列說法中正確的是(　　) A.若X是固體，則t1時一定是增大了容器的壓強 B.若X是氣體，則t2時不可能是減小容器壓強 C.若X是固體，則t1時可能是增大了X的質量 D.若t2時采用了降溫措施，則該反應的正反應方向ΔH>0 答案　B 解析　A項，若X為固體，增大壓強，平衡不移動，若使用催化劑，平衡也不移動，錯誤；B項，若X為氣體，t2時正、逆反應速率都減小，不可能是減小容器壓強，因為減小壓強，平衡逆向移動，而圖像中是正向移動，正確；C項，若X為固體，t1時若增大了X的質量，平衡不移動，反應速率不變，錯誤；D項，t2時若采用降溫，正、逆反應速率都減小，平衡正向移動，說明正反應為放熱反應，ΔH小于0，錯誤。 考點　化學反應速率和化學平衡圖像 題點　速率—時間(v－t)圖像 題組2　“先拐先平”分析化學平衡圖像 5.對于可逆反應mA(g)＋nB(g)pC(s)＋qD(g)反應過程中，其他條件不變時，產物D的質量分數(shù)D%與溫度T或壓強p的關系如圖所示，請判斷下列說法正確的是(　　) A.降溫，化學平衡向正反應方向移動 B.使用催化劑可使D%有所增加 C.化學方程式中氣體的化學計量數(shù)m＋n>q D.C的顆粒越小，正反應速率越快，有利于平衡向正反應方向移動 答案　A 解析　由“先拐先平，數(shù)值大”可知，T2>T1、p2>p1；升高溫度，D%減小，平衡逆向移動，正反應放熱，A項正確；催化劑不能使平衡發(fā)生移動，B項錯誤；增大壓強，D%減小，平衡逆向移動，m＋nT2，p1p＋q B.正反應是吸熱反應；m＋np＋q 答案　D 解析　圖像中有三個量，應定一個量來分別討論另外兩個量之間的關系。定壓強，討論T與A的轉化率的關系：同一壓強下，溫度越高，A的轉化率越高，說明正反應是吸熱反應；定溫度，討論壓強與A的轉化率的關系：同一溫度下，壓強越大，A的轉化率越高，說明正反應是體積縮小的反應，即m＋n>p＋q。 考點　化學反應速率和化學平衡圖像 題點　“定一議二”分析化學平衡圖像 8.對于反應A(s)＋2B(g)3C(g)　ΔH>0，C%跟外界條件X、Y的關系如圖所示，下列結論正確的是(　　) A.X表示溫度，Y表示壓強，且Y1>Y2>Y3 B.Y表示壓強，X表示溫度，且Y3>Y2>Y1 C.X表示壓強，Y表示溫度，且Y1>Y2>Y3 D.Y表示溫度，X表示壓強，且Y3>Y2>Y1 答案　D 解析　根據(jù)曲線走向，隨溫度的升高C%降低，說明隨溫度升高，平衡向逆反應方向移動，逆反應為吸熱反應，A、B項錯誤；根據(jù)曲線走向，隨壓強增大，C%降低，說明平衡向逆反應方向移動，然后作等壓線，隨溫度的升高，平衡應向正反應方向移動，C%應增大，C項錯誤，D項正確。 考點　化學反應速率和化學平衡圖像 題點　“定一議二”分析化學平衡圖像 題組4　化學平衡圖像的綜合 9.可逆反應aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)　ΔH，同時符合下列兩圖中各曲線的是(　　) A.a＋b>c＋d　T1>T2　ΔH>0 B.a＋b>c＋d　T1T2　ΔH>0 D.a＋bT1，T2→T1時，生成物濃度增大，說明溫度降低平衡向正反應方向移動，則正反應為放熱反應，ΔH<0；圖2中達平衡(v正＝v逆)后增大壓強，v正>v逆，說明平衡向正反應方向移動，則該反應的正反應為氣體分子數(shù)減小的反應，a＋b>c＋d，B對。 考點　化學反應速率和化學平衡圖像 題點　化學平衡圖像的綜合 10.下列圖示與對應的敘述相符的是(　　) A.圖Ⅰ：反應H2＋I22HI達平衡后，升高溫度時反應速率隨時間的變化 B.圖Ⅱ：反應2SO2＋O22SO3達平衡后，縮小容器體積時各成分的物質的量隨時間的變化 C.圖Ⅲ：反應N2＋3H22NH3在恒溫情況下，反應速率與壓強的關系 D.圖Ⅳ：反應CO(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH>0，水蒸氣含量隨時間的變化 答案　B 解析　A項，升高溫度，平衡發(fā)生移動，正、逆速率變化不相等，圖像與實際不相符；B項，縮小容器體積，壓強增大，平衡向正反應方向移動，SO3的物質的量增大，SO2與O2的物質的量減小，圖像與實際相符合；C項，增大壓強，正、逆反應速率都增大，平衡向正反應方向移動，正反應速率增大更多，圖像中逆反應速率增大更多，圖像與實際不相符；D項，由圖可知，溫度T2先到達平衡，則溫度T2>T1，升高溫度，平衡向正反應方向移動，水蒸氣的含量增大，圖像中溫度越高，水蒸氣的含量越低，圖像與實際不相符。 考點　化學反應速率和化學平衡圖像 題點　化學平衡圖像的綜合 [綜合強化] 11.在密閉容器中，反應2X(g)＋Y2(g)2XY(g)　ΔH<0達到甲平衡。在僅改變某一條件后，達到乙平衡，下列分析正確的是(　　) A.圖Ⅰ中，甲、乙的平衡常數(shù)分別為K1、K2，則K1p2，增大壓強平衡正向移動，NH3的體積分數(shù)增加，錯誤；B項，ΔH<0，說明正向反應是放熱反應，升溫平衡逆向移動，N2的轉化率降低，錯誤；C項，平衡體系中增加N2，則反應物濃度增加，正反應速率增加，逆反應速率瞬間不變，然后前者減小，后者增大，正確；D項，使用催化劑反應速率加快，達到平衡所需時間減小，錯誤。 考點　化學反應速率和化學平衡圖像 題點　化學平衡圖像的綜合 13.在恒容密閉容器中通入X并發(fā)生反應：2X(g)Y(g)，溫度T1、T2下，X的物質的量濃度c(X)隨時間t變化的曲線如圖所示： (1)該反應進行到M點放出的熱量________(填“>”或“<”)進行到W點放出的熱量。 (2)T2下，在0～t1時間內，v(Y)＝________molL－1min－1。 (3)M點的正反應速率________(填“>”或“<”)N點的逆反應速率。 (4)M點時再加入一定量X，平衡后X的轉化率________(填“增大”“減小”或“不變”)。 答案　(1)<　(2)　(3)>　(4)增大 解析　(1)根據(jù)圖像可知W點消耗的X的物質的量比M點消耗的X的物質的量大，因此反應進行到W點放熱多些。(2)0～t1時間內X的濃度減小了(a－b) molL－1，則Y濃度增加0.5 (a－b) molL－1，因此v(Y)＝ molL－1min－1。(3)根據(jù)先拐先平知T1>T2，M點的反應速率大于W點的反應速率，N點沒有達到平衡，此時反應正向進行程度大，即N點的正反應速率大于逆反應速率，W點的正反應速率大于N點的逆反應速率，因此M點的正反應速率大于N點的逆反應速率。(4)M點時，再加入一定量的X，則相當于增大壓強，平衡正向移動，X的轉化率增大。 考點　化學反應速率和化學平衡圖像 題點　“先拐先平”分析化學平衡圖像 14.某溫度時，在一個容積為 2 L 的密閉容器中，X、Y、Z三種物質的物質的量隨時間的變化曲線如圖所示。根據(jù)圖中數(shù)據(jù)，試填寫下列空白： (1)該反應的化學方程式為________________________________________________________。 (2)反應開始至2 min，氣體Z的平均反應速率為_____________________________。 (3)若X、Y、Z均為氣體，反應達到平衡時： ①壓強是開始時的________倍； ②若此時將容器的體積縮小為原來的倍，達到平衡時，容器內溫度將升高(容器不與外界進行熱交換)，則該反應的正反應為________(填“放熱”或“吸熱”)反應。 (4)若上述反應在2 min后的t1～t6內反應速率與反應時間的關系圖像如下，在每一時刻均改變一個影響反應速率的因素，則________(填字母)。 A.在t1時增大了壓強 B.在t3時加入了催化劑 C.在t4時降低了溫度 D.t2～t3時X的轉化率最高 答案　(1)3X＋Y2Z　(2)0.05 molL－1min－1 (3)①0.9　②放熱　(4)B 解析　(1)由圖像知平衡時，Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)＝0.3 mol∶0.1 mol∶0.2 mol＝3∶1∶2，又由于該反應不能進行徹底，所以化學方程式為3X＋Y2Z。 (2)v(Z)＝＝0.05 molL－1min－1。 (3)①X、Y、Z均為氣體時，反應前n(總)＝2.0 mol，平衡時n(總)＝0.7 mol＋0.9 mol＋0.2 mol＝1.8 mol，所以p(平)∶p(始)＝n(平)∶n(始)＝1.8 mol∶2.0 mol＝0.9。 ②將容器體積縮小，相當于增壓，達平衡時，溫度升高，根據(jù)勒夏特列原理，該反應的正反應為放熱反應。 (4)在t1時如果增大壓強，則正、逆反應速率都增大，A錯誤；在t3時應該是加入了催化劑，正、逆反應速率都增大，并且增大的倍數(shù)相同，平衡不移動，B正確；在t4時如果是降低了溫度，則平衡正向移動，正反應速率大于逆反應速率，C錯誤；由圖可以看出，從t1～t2，平衡向逆反應方向移動，X的轉化率降低，從t2～t4，平衡不移動，X的轉化率不變，從t4～t5，平衡繼續(xù)向逆反應方向移動，X的轉化率又降低，因此，t0～t1時X的轉化率最高，D錯誤。 考點　化學反應速率和化學平衡圖像 題點　化學平衡圖像的綜合