归纳与整理课时教案

化学反应速率及化学平衡的图像问题探讨

复习目标

1.

巩固反应速率和化学平衡的有关概念、计算、特征及一般规律。

2.

进一步巩固化学反应速率及化学平衡的图像题目的破题思路、解题要领、主要注意事项等。

核心知识回忆

1．常见基本图像[mA(g)＋nB(g)

⇌pC(g)＋qD(g)

ΔH>0，m＋n>p＋q] (1)速率曲线图：

图8-8 (2)转化率曲线图：恒温、恒压曲线

图8-9 2．几种特殊图像

(1)对于化学反应mA(g)＋nB(g)

⇌pC(g)＋qD(g)，如图8-10甲、乙，M点前，表示从反应物开始，v正＞v逆；M点为刚达到平衡点；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡左移，故正反应ΔH＜0。

图8-10 (2)对于化学反应mA(g)＋nB(g)

⇌pC(g)＋qD(g)，如图8-9丙，L线上所有的点都是平衡点。L线的左上方(E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量，所以，E点v正＞v逆；则L线的右下方(F点)，v正＜v逆。

典例探究

例

镓(Ga)与铝位于同一主族，金属镓的熔点是29.8 ℃，沸点是2403 ℃，是一种广泛用于电子工业和通讯领域的重要金属。

(1)工业上利用镓与NH3在1000 ℃高温下合成固体半导体材料氮化镓(GaN)，同时生成氢气，每生成1 mol H2时放出10.27 kJ热量。写出该反应的热化学方程式：____________________________________________________。

(2)在密闭容器中，充入一定量的Ga与NH3发生反应，实验测得反应平衡体系中NH3的体积分数与压强p和温度T的关系曲线如图8-11(a)所示。

图8-11 ①

图(a)中A点和C点化学平衡常数的大小关系是：KA________(填“<”“＝”或“>”)KC，理由是__________________________________________________。

②在T1和p6条件下反应至3 min时达到平衡，此时改变条件并于D点处重新达到平衡，H2的浓度随反应时间的变化趋势如图(b)所示(3～4 min的浓度变化未表示出来)，则改变的条件为________________(仅改变温度或压强中的一种)。

(3)气相平衡中用组分的平衡分压(pB)代替物质的量浓度[c(B)]也可以表示平衡常数(记作Kp)，用含p6的式子表示B点的Kp＝________________。

变式

(1)用NH3催化还原法消除氮氧化物，发生反应：4NH3(g)＋6NO(g)

⇌5N2(g)＋6H2O(l)

ΔH＜0。相同条件下，在2 L恒容密闭容器中，选用不同催化剂，产生N2的量随时间变化如图8-12所示。

图8-12 ①计算0～4 min在A催化剂作用下，

反应速率v(NO)＝________________________。

②下列说法正确的是________。

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H—O键与N—H键断裂的数目相等时，说明反应已达到平衡

D．若反应在恒容绝热的密闭容器中进行，当K值不变时，说明已达到平衡

(2)SNCR—SCR是一种新型的烟气脱硝技术(除去烟气中的NOx)，其流程如下：

图8-13 如图8-14所示，反应温度会直接影响SNCR技术的脱硝效率。

图8-14 ①

SNCR技术脱硝的最佳温度选择925 ℃的理由是_____________________。

②SNCR与SCR技术相比，SNCR技术的反应温度较高，其原因是_________________；但当烟气温度高于1000 ℃时，SNCR脱硝效率明显降低，其原因可能是________。

【解题策略】

速率、平衡图像题的分析方法

(1)认清坐标系，弄清纵、横坐标所代表的意义，并与有关原理相结合。

(2)看清起点，分清反应物、生成物，浓度减小的是反应物，浓度增

大的是生成物，一般生成物多数以原点为起点。

(3)看清曲线的变化趋势，注意渐变和突变，分清正、逆反应，从而判断反应特点。

(4)注意终点。例如，在浓度-时间图像上，一定要看清终点时反应物的消耗量、生成物的增加量，并结合有关原理进行推理判断。

(5)先拐先平数值大。例如，在转化率-时间图像上，先出现拐点的曲线先达到平衡，此时逆向推理可得该曲线对应的温度高、浓度大或压强大。

(6)定一议二。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。

命题考向追踪

历年动态

1．[2017·江苏卷]

H2O2分解速率受多种因素影响。

实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图8-15所示。

下列说法正确的是(

)

图8-15 A．图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越小，其分解速率越快

B．图乙表明，其他条件相同时，溶液pH越小，H2O2分解速率越快

＋C．图丙表明，少量Mn2存在时，溶液碱性越强，H2O2分解速率越快

＋D．图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2对H2O2分解速率的影响大

3．[2015·全国卷Ⅱ]

甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料。利用合成气(主要成分

为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇，发生的主要反应如下：

①CO(g)＋2H2(g)

⇌CH3OH(g)ΔH1

②CO2(g)＋3H2(g)

⇌CH3OH(g)＋H2O(g)

ΔH2

③CO2(g)＋H2(g)

⇌CO(g)＋H2O(g)

ΔH3

回答下列问题：

(1)已知反应①中相关的化学键键能数据如下：

化学键

E/(kJ·mol1)

－H—H 436 －C—O 343 C≡O 1076 H—O 465 －C—H

413` 由此计算ΔH1＝_______kJ·mol1；已知ΔH2＝－58 kJ·mol1，则ΔH3＝________kJ·mol－1。

(2)反应①的化学平衡常数K表达式为____________；图8-16(a)中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为________(填曲线标记字母)，其判断理由是___________________。

(a)

(b) 图8-16 (3)合成气组成n(H2)/n(CO＋CO2)＝2.60时，体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图(b)所示。α(CO)值随温度升高而________(填“增大”或“减小”)，其原因是

______________；图(b)中的压强由大到小为________，其判断理由是___________。

2018预测

4．已知：用Pt-Rh合金催化氧化NH3制NO，其反应的微观模型及含氮生成物产率随反应温度的变化曲线分别如图8-17(a)、(b)所示，下列说法中不正确的是(

)

图8-17

A．400 ℃时，生成的产物有N2、NO、H2O B．800 ℃时，反应的化学方程式是4NH3＋5O2=====4NO＋6H2O 800 ℃C．400～800 ℃间，Pt­Rh合金对N2的吸附力逐渐减弱

D．800 ℃以上，发生了反应：2NO(g)

⇌O2(g)＋N2(g)

ΔH＞0 5．氮及其化合物是科学家们一直在探究的问题，它们在工农业生产和生命活动中起着重要的作用。回答下列问题：

－(1)已知：①H2O(g)===H2O(l)

ΔH＝－44 kJ·mol1

－②N2(g)＋O2(g)2NO(g)

ΔH＝＋180.5 kJ·mol1

－③4NO(g)＋6H2O(g)4NH3(g)＋5O2(g)

ΔH＝＋1025 kJ·mol1

写出NH3(g)和O2(g)在一定条件下转化为N2(g)与液态水的热化学方程式：__________。

－(2)工业合成氨的原理为N2(g)＋3H2(g)

⇌2NH3(g)

ΔH＝－92.4 kJ·mol1。合成时反应温度控制在500 ℃，压强是2×107～5×107 Pa，铁触媒作催化剂。

①下列反应条件的控制不能用勒夏特列原理解释的是________。

A．及时分离出NH3

B．使用铁触媒作催化剂

C．反应温度控制在500 ℃左右

D．反应时压强控制在2×107～5×107 Pa ②一定温度下，将1 mol N2和3 mol H2置于一恒定容积的密闭容器中反应，一段时间后反应达到平衡状态。下列说法中正确的是________。

A．单位时间内，有3 mol H—H生成的同时有6 mol N—H断裂，说明反应达到平衡状态

B．N2和H2的物质的量之比保持不变时，说明反应达到平衡状态

C．达到平衡状态时，混合气体的平均相对分子质量变大

D．达到平衡状态后，再充入2 mol NH3，重新达到平衡后，N2的体积分数变小

(3)如图8-18表示H2的转化率与起始投料比[n(N2)∶n(H2)]、压强的变化关系，则与曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的压强p1、p2、p3

从高到低的顺序是__________；测得B(x，60)点时N2的转化率为50%，则x＝________。

Pt­Rh

图8-18 (4)一定温度下，将1 mol N2和3 mol H2置于一密闭容器中反应，测得平衡时容器的总压为p，NH3的物质的量分数为20%，列式计算出此时的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度进行计算，分压＝总压×体积分数，可不化简)。

(5)以NO为原料，通过电解的方法可以制备NH4NO3，其总反应是8NO＋7H2O===3NH4NO3＋2HNO3，写出以惰性材料作电极的阳极反应式：___________________。