【创新设计】高考化学一轮复习 第3节 化学平衡图象及化学反应原理的综合运动课件 大纲人教

第九章化学反应速率化学平衡第三节化学平衡图象及化学反应原理的综合应用复习目标展示1.掌握几种典型的化学图象及其分析方法。2.了解合成氨工业的生产流程及生产条件的选择。3.能够综合利用反应速率原理和平衡原理讨论有关工业生产问题。知识点1外界条件对化学平衡影响的基本图象问题1：常见的化学平衡图象有哪几种类型？常见类型对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g),若m＋n＞p＋q,且ΔH＞0(想一想：将图补充完整)1．V-t图象2.c-t图象(1)可逆反应达到平衡时，宏观速率(从某反应物量的消耗或某生成物量的增加来计算)为零,此时各物质的浓度不一定相等、不一定与方程式的计量数成比例。3.c-p（T）图象4.其他图象a是在b的基础上加入正催化剂【思维延伸】

(1)浓度—时间图此类图象能说明平衡体系各组分(或某一成分)在反应过程中的变化情况。如A+BAB反应情况如右图所示，此类图象要注意各物质曲线的折点(达平衡)时刻相同,各物质浓度变化的内在联系及比例符合化学方程式中的化学计量数关系。(2)含量—时间—温度(压强)图常见形式有如下几种(C%指其产物的质量分数；B%指某反应

物的质量分数)，如下图所示：知识点2合成按工业问题2：怎样选择合成氨工业的生产条件？5．合成氨工业的简要流程可用方框图表示为：(2)制得的N2、H2需净化、除杂质、再用

压缩至高压。(3)氨的合成：在适宜的条件下，在

中进行。(4)氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，并将没有转化成NH3的

和

循环送入合成塔，使其充分利用，提高原料的利用率。压缩机合成塔N2H26．适宜条件的选择500℃2×107Pa～5×107Pa铁触媒【思维延伸】合成氨工业上投入原料N2和H2时，体积比一般不是1∶3，而是1∶2.6或1∶2.4，即使用过量的N2，提高H2的利用率；因为N2来自空气，来源丰富，成本低容易得到。考点1化学平衡图象分析法1．不管是速率图象还是平衡图象,都要搞清纵、横坐标的含义,都要与化学原理相联系,特别是与平衡移动原理相联系。2．三步分析法:一看反应速率是增大还是减小;二看Δv正、Δv逆的相对大小；三看化学平衡移动的方向。3．四要素分析法：看曲线的起点;看曲线的变化趋势；看曲线的转折点;看曲线的终点。(一定要注意可逆反应的特点。)4．先拐先先平:对于于可逆反应应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋＋qD(g),在转化率——时间曲线线中,先出出现拐点的的曲线先达达到平衡。。它所对应的温温度高或压压强大。这这时如果转转化率也增增大，则反反应中ΔH>0，m＋n＞p＋q；若转化率率降低，则ΔH<0，m＋n＜p＋q。5．定一议议二：图象象中有三个个变量时，，先确定一一个量不变变，再讨论另外外两个变量量的关系。。【例1】(2009··重庆理综综，13)各可逆逆反应达平平衡后，改改变反应条件，，其变化趋趋势正确的的是()解析：本题考查化化学平衡图图象知识。。选项A，，CH3COOH溶溶出液中加加入CH3COONa晶体，增增大了溶液液中的c(CH3COO－)，CH3COOH电电离平衡向向左移动，，溶液中的的c(H＋)减小，pH增大，，错误。选选项B，加加入KCl对平衡无无影响，c(Fe3＋)不变。选选项C，恒恒温恒压下下加入稀有有气体，平平衡向着气气体物质的的量增大的的方向(逆逆反应)移移动，H2的转化率降降低。选项项D，该可可逆反应的的正反应为为吸热反应应，升温平平衡向正反反应方向移移动，CH3OCH3转化率增大大，正确。。答案：D变式练习1．(2009··全国Ⅰ理理综，13)下图表示示反应X(g)4Y(g)＋Z(g),ΔH＜0,在某某温度时X的浓度随随时间变化化的曲线：：下列有关该该反应的描描述正确的的是()A．第6min后后，反应就就终止了B．X的平平衡转化率率为85%C．若升高高温度，X的平衡转转化率将大大于85%D．若降低低温度，v正和v逆将以同样倍倍数减小解析：A项，6min时时反应达到到了平衡状状态，但正正、逆反应应并未停止止，；B项项,X的起起始浓度为为1.0mol··L－1,平衡时为为0.15mol·L－1，浓度变化化量为0.85mol·L－1，转化率为为85%；；C项，正正反应放热热，升高温温度平衡向向逆反应方方向移动，，X的转化化率将小于于85%；；D项，降降温正、逆逆反应速率率均减小，，但逆反应应速率减小小的倍数大大于正反应应速率减小小的倍数。。答案：B考点2合合成氨工业合成氨工业的的反应原理：：N2＋3H22NH3,ΔH＝－92.4kJ/mol；正反反应为气体体体积缩小的放放热反应，每每有amolNH3生成，气体总总物质的量就就减小amol。【例2】(2009·重重庆联考题)有关合成氨氨工业的下列列说法中,正正确的是()A．从合成塔塔出来的混合合气体,其中中NH3只占15%，，所以生产氨氨的工厂的效率都都很低B．由于氨易易液化,N2、H2在实际生产中中是循环使用用的，所以总总体来说氨的产产率很高C．合成氨工工业的反应温温度控制在500℃,目目的是使化学学平衡向正反应方向移动动D．合成氨厂厂采用的压强强是20～50MPa，因为该压压强下铁触媒媒的活性最大解析：本题考查了合合成氨工业的的基础知识，，需要从反应应速率和化学学平衡两个角角度理解合成成氨反应的条条件选择。合合成氨工业中中从合成塔出出来的混合气气体，NH3只占15%，，但由于分离离出NH3后，N2和H2可循环环使用用，所所以总总体来来说氨氨的产产率是是很高高的，，则A说法法错误误，B说法法正确确。合合成氨氨工业业的反反应温温度控控制在在500℃℃左右右而不不选择择常温温，是是为了了加快快反应应速率率，且且催化化剂铁铁触媒媒在500℃时时催化化活性性最高高，C说法法错误误。合合成氨氨的反反应为为气体体体积积减小小的反反应，，增大大压强强主要要是为为了使使平答案：B变式练练习2．如如下图图所示示是合合成氨氨的简简单流流程示示意图图：沿沿X路路线回回去的的物质是()A．N2和H2B．催催化剂剂C．N2D．H2解析：合成氨氨的工工艺流流程中中，从从合成成塔出出来的的混合合气体体，经过降降温，，分离离出氨氨气，，未反反应的的N2、H2可以循循环使使用，，以提高高原料料的利利用率率。答案：：A客观题题以考查查读图图、析析图为主。【考题一】(全国高考题)右图是温度和压强对X＋Y2Z反应影响的示意图。图中横坐标表示温度，纵坐标表示平衡时混合气体中Z的体积分数。下列叙述正确的是()A．上述可逆反应的正反应为放热反应B．X、Y、Z均为气态C．X和Y中只有一种为气态，Z为气态D．上述反应的逆反应的ΔH＞0审题视视点：：图中三三条曲曲线均均是等等压线线———即压压强一一定时时的变变化线线；同同时还还可以以根据据三条条等压压线做做一个个等温温线(温度度一定定时变变化线线平行行于纵纵轴)。思路点点拨：本题考考查考考生对对曲线线的分分析能能力。。从图图象可可知，，温标准答案：C高分解解密解化学学平衡衡图象象题三三步骤骤：(1)看看懂图象象：看图图象要五(2)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。(3)推理判断：结合题中给定的化学反应和图象中的相关信息，根据有关知识规律分析作出判断。主观题以考查化化学反应应速率、、化学平平衡理论论在实际际生产、、生活中应用用为主。。【考题二】(12分)(2009·广东东单科，，20)甲酸甲甲酯水解解反应方方程式为：HCOOCH3(l)＋＋H2O(l)HCOOH(l)＋CH3OH(l)ΔH>0某小组通通过实验验研究该该反应(反应过过程中体体积变化化忽略不不计)。反反应体系系中各组甲酸甲酯酯转化率率在温度度T1下随反应应时间(t)的变化化见下图图：(1)根根据上述述条件，，计算不不同时请计算15～20min范范围内甲甲酸甲酯酯的减少少量为mol，，甲酸甲甲酯的平平均反应应速率为为(2)依据以上数据，写出该反应的反应速率在不同阶段的变化规律及其原因：。0.0459.0××10－3该反应中中甲酸具具有催化化作用①①反应应初期：：虽然甲甲酸甲酯酯量较大大，但甲甲酸量很很小，催催化效果果不明显显，反应应速率较较慢；②②反应应中期：：甲酸量量逐渐增增多，催催化效果果显著，，反应速速率明显显增大；；③反反应后期期：甲酸酸量增加加到一定定程度后后，浓度度对反应应速率的的影响成成主导因因素，特特别是逆逆反应速速率的增增大，使使总反应应速率逐逐渐减小小，直至至为零(3)上述述反应的平平衡常数表表达式为：：，则该反应应在温度T1下的K值为。(4)其他他条件不变变，仅改变变温度为T2(T2大于T1)，画出温温度T2下甲酸甲酯酯转化率随随反应时间间变化的预预期结果示示意图。0.14点评1．温度、、浓度、压压强和催化化剂对化学学反应速率率的影响在在实际化工生产中中都是为了了在单位时时间内产生生最大经济济效益为目目的。而外界界条件的改改变可能不动。2．该反应中几个表格和图像明确表明了反应中各物质的变化情况，所以要充分利用这些图表。点拨(1)15min时甲酸甲酯转化率为6.7%，20min时甲酸甲酯转化率为11.2%，则其减少量为：1.00×11.2%－1.00×6.7%＝0.045mol。平均反应速率为：(2)由表表中数据及及(1)中中计算出的的15～20min的平均均反应速率率可知，反反应前期反反应速率增增加，随着着反应的进进行反应速速率增加更更快，反应应后期反应应速率又减减小。结合合影响反应应速率的因因素可推测测是反应中中生成的甲甲酸具有催催化作用。。反应初期期生成甲酸酸量少，催催化效果不不明显，反反应速率较较慢，随着着生成甲酸酸量增多，，催化效果果显著，反反应速率明明显增大，，到反应后后期，浓度度对反应速速率的影响(3)平衡时甲酸甲酯转化率为24.0%，则(4)升高高温度，反反应速率加加快，达到到平衡时间间短；该反反应是吸热热反应，升升高温度时时平衡向正正反应方向向移动，故故T2比T1温度下甲酸酸甲酯转化化率要高；；抓住这两两点，则不不难画出示示意图。作答与批改改实录题后反思1．不能正正确识表图图像，从图图像中获取取有用信息息。2．根据化化学平衡常常数计算，，要注意知知识的合理理迁移。即即：浓度的的确定。*(2010··广州模拟拟一)甲醇(CH3OH)是一一种重要的的化工原料料，合成甲醇的主要要反应为：：CO(g)＋2H2(g)CH3Ⅰ.在一定条件下，上述反应在一密闭容器中达到平衡。(1)体积不变的条件下,下列措施中有利于提高CO的转化率的是()A．升高温温度B．．增大压强强C．．通入COD．通入H2答案：BD(2)在保保证H2浓度不变的的情况下，，增大容器器的体积，，平衡(填字母)。(提示：已已知平衡常常数只只随温温度改变而而改变，若若某体系中中CO、H2、CH3OH的浓度度存在上述述关系，就就说明该体A．向正反应方向移动B．向逆反应方向移动C．不移动作出此判断的理由是。C该反应达到到平衡时，，平衡常数数。。增大容器器体积时，，等比例减小小，由于H2浓度不变，，此时的值值仍然等于于K，所以平衡衡不移动Ⅱ.原料气气的加工过过程中常常常混有一定定量CO2，为了研究究不同温度度下CO2对该反应的的影响，以以CO2、CO和H2的混合气体体为原料在在一定条件件下进行实实验，结果果表明，原原料气各组组分含量不不同时，反反应生成甲甲醇和副产产物甲烷的的碳转化率率是不相同同的。实验验数据见下下表：(3)由上上表数据可可得出多个个结论。结论一：在在一定条件件下，反应应温度越高高，碳转化化率。结论二：。(4)为了了验证结论论二，有科科学家又用用以下五组组不同组成成的原料气气再次进行行实验。越高原料气含少少量CO2有利于提高高生成甲醇醇的碳转化化率，CO2含量过高碳碳转化率又又降低且有有甲烷生成成进行该验证证实验时，，控制不变变的因素有有、、等。思路点拨：：本题考查化化学平衡，，中等题。。Ⅰ.(1)提高CO的转化化率，则平平衡向正反反应方向移移动，注意意通入CO，平衡向向正反应方方向温度压强CO和H2的体积分数数之比移动，但CO的转化化率降低。。(2)根根据平衡常常数变化分析平平衡移动方方向。Ⅱ.根据表格格提供的数数据，反应应温度越高高，碳转化化率越高；；CO2的含量对碳的的转化率有影影响。高分解密首先要熟记与与速率有关的的基础知识、、与平衡有关关的基础知识识，要明确速速率只讨论快快慢问题，而而平衡只讨论论可逆反应进进行程度大小小的问题，其其次要将速率率和平衡有关关知识有机结结合在一起，，综合讨论工工业生产效益益问题。规律支持适宜生产条件件选择的一般般原则(1)对任一一可逆反应，，增大某一反反应物浓度，，能提高反应应速率和其他他反应物的转转化率。故生生产中常使廉廉价易得的原原料适当过量量，以提高另另一原料的利利用率，如氮氮气与氢气的的配比为1.07∶3。。(2)对气体体分子数减少少的反应，增增大总压使平平衡向正反应应方向移动。。但压强太大大，设备要求求成本增高,故必须综合合考虑。(3)对放热热反应，升温温，提高反应应速率，但转转化率降低，，若温度太低低，反应速率率又太慢，故故需使用适当当的催化剂。。对吸热反应，，升温，加快快反应速率，，又能提高转转化率，但要要避免反应物物或生成物的的过热分解。。(4)使用催催化剂可大大大提高反应速速率且不影响响化学平衡，，但使用时必必须注意其活活性温度范围围，且防止催催化剂“中毒毒”，延长使使用寿命。1．(5分)(2009·安徽理综改动动)汽车尾气净净化中的一个个反应如下:NO(g)＋＋CO(g)N2(g)＋CO2(g)ΔΔH＝－373.4kJ··mol－1在恒容的密闭闭容器中，反反应达平衡后后，改变某一一条件，下列示意图正确的是 ()解析:因为在恒容的的密闭容器中中所有物质又又都为气体,根据ρ＝判判断ρ不随随平衡移动而而变化,A项项不正确；升升温平衡向左移动，B项不正确，，根据M＝，，当n增大时，(m不变)M减小,C项正确；；D项中NO的转化率应应随n(N2)增大而减小,D项不正正确。答案：C2．(5分)(2010·福福州八中月考考题)工业上利用用焦炭与水蒸蒸气生产H2的反应原理为为：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)；ΔH＞0,CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g);ΔH＜0。第二步生产的原原料CO来源源于第一步的的产物。为提提高原料的利利用率及H2的日产量，下下列措施中不不可取的是()①第一步产生生的混合气体体直接作为第第二步的反应应物②第二二步生产应采采用适当的温温度和催化剂剂③第一、、二步生产中中均充入足量量水蒸气④④第二步应在在低温下进行行⑤第二步步生产采用高高压⑥第二步生产产中增大CO的浓度A．①③⑤B．②解析：第一步产生的H2使第二步的平衡逆移，故应先进行分离；第二步反应为放热反应，温度过低，反应速率太小而影响产量，温度过高则对平衡不利，且要考虑催化剂的活性，故应选择适当的温度和催化剂，故②正确④错；增大廉价易得的水蒸气浓度可提高CO转化率，③正确；压强对第二步反应无影响，不必采取高压，⑤错；增大CO浓度并未提高主要原材料C的利用率，⑥错。答案：D3．(5分)(2010·模模拟题)已知:4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)；ΔΔH＝－1025kJ/mol该反反应是一个可可逆反应。若反应物物起始物质的的量相同,下下列关于该反反应的示意图不正确的是是()解析：该可逆反应特特点：(1)正反应放热热；(2)正正反应方向气气体分子数增增大；(3)该反应是可可逆反应，可可表示为4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)。。A项项图象象：1200℃时时先达达到平平衡，，1000℃℃时，，达到到平衡衡时NO含含量较较高，，1200℃→1000℃：：降温温，平平衡向向放热热方向向移动动(生生成NO方方向)，NO含含量升升高，，A正正确；；B项项图象象：10××105Pa时先先达到到平衡衡，1×105Pa下下达到到平衡衡时NO含含量较较大。。压强强较小小时，，平衡衡体系系中NO的的含量量较高高，B对；；C项项，从从图象象看，，温度度较高高时先先达到到平衡衡，但但是，，温度度越高高，NO含含量应应越低低，C项不不正确确；D项，，有无无催化化剂只只是在在到达达平衡衡的时时间有有差别别，所所以D项也也正确确。答案：：C4.(5分分)(2010··模拟拟题)在密密闭反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)，在温度为T1和T2时，产物的量和时间的关系如图所示，符合图象的正确判断是()A．T1＞T2，ΔH＞0B．T1＞T2，ΔH＜0C．T1＜T2，ΔH＞0D．T1＜T2，ΔH＜0解析：根据“先拐先平数值大”的原则，从图中可以看出，反应时的温度T1<T2，且温度越高，HI的量越少，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，即该反应的正反应属于放热反应，ΔH＜0。

答案：D5．(10分)(2010··山东东省实实验中中学期期中考考题)制制取取硝图如下

请回答下列问题：(1)合成氨的原料通常各来自何处？(2)已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)；ΔH＝－92kJ·mol－1。请解解释释：：①②为有效提高氨的产率，实际生产中宜采取哪些措施？(3)写出氨催化氧化的化学方程式。铂铑合金网有何作用？为什么铂铑合金网未预热也会发热？(4)生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物，如何消除它们对大气的污染？写出反应方程式。(5)举出硝酸铵的两种主要用途。解释为什么该用途对现代社会非常重要？(6)在一定温度和压强的密闭容器中，将平均相对分子质量为8.5的H2和N2混合，当该反应达到平衡时，测出平衡混合气的平均相对对分分子子质质量量为为10，，此此时时N2的转转化化率率为为，平平衡衡混混合合气气体体中中NH3的体(7)请你为硝酸厂的选址提出合理化建议。解析：运用化学反应速率、化学平衡原理，结合流程图和涉及反应的特点及化工生产的实际情况分析解答。答案：(1)N2取自于空气，H2可来自于水煤气。(2)①在高温、高压和有催化剂存在的条件下，N2与H2可以直接化合生成氨(NH3)，并放出热量，同时，NH3也会分解成N2和H2，即在相同条件下能同时向正、逆两个反应方向进行的反应，这样的反应叫可逆反应。②可采取增压，及时分离氨，并循环利用N2和H2。30%17.6%(3)4NH3＋5O24NO＋＋6H2O，，Pt－－Rh合合金金网网起起催催化化作作用用；；因因为为氨氨的的催催化化氧氧化化反反应应是是放放热热反反应应，，保保证证Pt——Rh合合金金网网达达到到一一定定温温度度而而不不必必预预热热。。(4)可可用碱液液吸收氮氮的氧化化物。NO＋NO2＋2NaOH2NaNO2＋H2O2NO2＋2NaOHNaNO3＋NaNO2＋H2O(5)(7)厂址的选择应具备以下有利条件：原料和产品运输方便，生产动力来源充足，废物易于处理，地价较便宜等。*(2被氧化为SO3反应在不同时间各物质的浓度(mol/L)试画出V(SO3)—t图：时间(min)010203040506070SO210753.52111O253.52.51.7510.50.50.5SO30356.58999答案：起点、、拐点、、终点准准确，也给分。描点参考考：(2)工工业上生生产硫酸酸时，利利用催化化氧化反反应将SO2转化为SO3是一个关键键步骤。。压强及及温度对对SO2转化率的的影响如如下表(原料气气各成分的的体积分分数为：：SO27%，O211%，，N282%)：①如何利利用表中中