（全國通用版）2022年高考化學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 第七章 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 學(xué)案六 化學(xué)速率平衡圖表分析與數(shù)據(jù)處理學(xué)案

（全國通用版）2022年高考化學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 第七章 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 學(xué)案六 化學(xué)速率平衡圖表分析與數(shù)據(jù)處理學(xué)案【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?！究记榉治觥繌慕鼛啄昕?，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?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?？键c指導(dǎo)1化學(xué)平衡中的表格數(shù)據(jù)處理【典例1】某溫度下進行反應(yīng)：COCl2(g)Cl2(g)CO(g)，向2.0 L恒容密閉容器中充入1.0 mol COCl2(g)，經(jīng)過一段時間后達到平衡。反應(yīng)過程中測得的有關(guān)數(shù)據(jù)見下表：t/s02468n(Cl2)/mol00.300.390.400.40(1)02 s內(nèi)，v(Cl2)_。(2)保持其他條件不變，升高溫度，平衡時c(Cl2)0.22 mol·L1，則反應(yīng)的H_(填“”、“”或“”)0。(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%。解析(1)v(Cl2)0.075 mol·L1·s1。(2)對于題中原平衡，c(Cl2)0.2 mol·L1，溫度升高，c(Cl2)0.22 mol·L1，說明平衡正向移動，正反應(yīng)吸熱。K0.133 (mol·L1)。因為正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進行，溫度降低，平衡逆向移動，K減小。(4)Q0.15K，反應(yīng)逆向進行。(5)若起始充入2.0 mol COCl2(g)，體積擴大2倍，則達到平衡時n(Cl2)0.8 mol，壓回原體積，即增大壓強，平衡逆向移動，n(Cl2)減小。(6)若充入1.0 mol Cl2和1.0 mol CO，則與原平衡等效，達到平衡時，Cl2的轉(zhuǎn)化率等于60%，現(xiàn)在是充了1.0 mol Cl2和1.2 mol CO，多充入CO，則Cl2的轉(zhuǎn)化率增大。(7)恒溫恒容的容器中，隨著反應(yīng)的進行，壓強增大，平衡逆向移動，轉(zhuǎn)化率減小。所以恒溫恒壓的容器中轉(zhuǎn)化率大些。答案(1)0.075 mol·L1·s1(2)(3)0.133 mol·L1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。實驗編號反應(yīng)物催化劑甲試管中加入3 mL 2% H2O2溶液和3滴蒸餾水無乙試管中加入3 mL 5% H2O2溶液和3滴蒸餾水無丙試管中加入3 mL 5% H2O2溶液和3滴蒸餾水1 mL 0.1 mol·L1 FeCl3溶液丁試管中加入3 mL 5% H2O2溶液和3滴稀鹽酸溶液1 mL 0.1 mol·L1 FeCl3溶液戊試管中加入3 mL 5% H2O2溶液和3滴NaOH溶液1 mL 0.1 mol·L1 FeCl3溶液(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。時間/s20406080100120氣體體積/mL實驗丙9.519.529.036.546.054.5實驗丁8.016.023.531.539.046.5實驗戊15.530.044.558.571.583.0對實驗戊，020 s的反應(yīng)速率v1_ mL·s1，100120 s的反應(yīng)速率v2_ mL·s1。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。答案(1)2H2O22H2OO2(2)反應(yīng)物濃度不同對反應(yīng)速率的影響不同酸堿性條件下，催化劑對反應(yīng)速率的影響(3)實驗甲和實驗乙不能達到實驗?zāi)康?，因H2O2在常溫且無催化劑作用的條件下比較穩(wěn)定(4)0.7750.575隨反應(yīng)的不斷進行，H2O2濃度逐漸降低，反應(yīng)速率減小丁考點指導(dǎo)2速率、平衡圖像分析【典例2】用NH3催化還原NxOy可以消除氮氧化物的污染。已知：反應(yīng)：4NH3(g)6NO(g)5N2(g)6H2O(l)H1反應(yīng)：2NO(g)O2(g)2NO2(g)H2(且|H1|2|H2|)反應(yīng)：4NH3(g)6NO2(g)5N2(g)3O2(g)6H2O(l)H3反應(yīng)和反應(yīng)在不同溫度時的平衡常數(shù)及其大小關(guān)系如下表：溫度/K反應(yīng)反應(yīng)已知：K2>K1>K2>K1298K1K2398K1K2(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?jǐn)?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(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)212。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。解析(1)分析表中數(shù)據(jù)可知，對于反應(yīng)和反應(yīng)，溫度升高時，K值減小，平衡逆向移動，故兩個反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，焓變小于0。將反應(yīng)反應(yīng)×3得反應(yīng)，則H3H13H22H23H2H2，因為H2<0，所以H3>0，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。(2)v(NO)v(N2)×0.375 mol·L1·min1。單位時間內(nèi)生成的N2越多，則活化分子越多，活化能越低，A錯誤；增大壓強能使反應(yīng)速率加快，是因為增加了活化分子的濃度，活化分子的百分?jǐn)?shù)不變，B錯誤；單位時間內(nèi)HO鍵與NH鍵斷裂的數(shù)目相等時，說明正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，反應(yīng)已經(jīng)達到平衡，C正確；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)已經(jīng)達到平衡，D正確。(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 mol·L1瞬間增大到3 mol·L1，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 mol·L1·min1CD(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【課堂對點訓(xùn)練】2(1)將0.05 mol SO2(g)和0.03 mol O2(g)放入容積為1 L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)2SO2(g)O2(g)2SO3(g)的能量變化如圖所示，在一定條件下達到平衡，測得c(SO3)0.04 mol·L1，則該條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)K為_，若溫度升高，K將_(填“增大”或“減小”)。(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 L·mol1減小(2)0.000 5 mol·L1·min1ab考點指導(dǎo)3平衡圖表題綜合應(yīng)用【典例3】甲醇是重要的化工原料，又可做為燃料。利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的主反應(yīng)如下：.CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H1.CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H258 kJ/ mol .CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H3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：物質(zhì)COCO2H2CH3OH(g)標(biāo)準(zhǔn)生成熱(kJ/ mol )110.52393.510201.25A.計算H1_kJ/ molBH3_0(填“”“<”或“>”)(2)由甲醇在一定條件下制備甲醚。一定溫度下，在三個體積均為1.0L的恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)。實驗數(shù)據(jù)見下表：容器編號溫度()起始物質(zhì)的量(mol)平衡物質(zhì)的量(mol)CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)CH3OCH3(g)H2O(g)a3870.20000.0800.080b3870.4000c2070.20000.0900.090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(biāo)準(zhǔn)生成熱可計算反應(yīng)的焓變H1(-201.25)(-110.52)2×0kJ/ 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(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)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【課堂對點訓(xùn)練】3廢物回收及污染處理圖像(1)一定條件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化劑對燃煤煙氣回收。反應(yīng)為2CO(g)SO2(g)2CO2(g)S(l)H270 kJ·mol1其他條件相同、催化劑不同，SO2的轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度的變化如圖1，F(xiàn)e2O3和NiO作催化劑均能使SO2的轉(zhuǎn)化率達到最高，不考慮催化劑價格因素，選擇Fe2O3的主要優(yōu)點是：_。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?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_。答案(1)Fe2O3作催化劑時，在相對較低溫度可獲得較高的SO2轉(zhuǎn)化率，從而節(jié)約能源a(2)6NO3O22C2H43N24CO24H2O350 、負載率3.0%【課堂總結(jié)】“斷平衡圖像”認知模型構(gòu)建