第51講 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡簡(jiǎn)答題 課件(共38張PPT)-2024年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)(新教材新高考)

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第51講

化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡簡(jiǎn)答題

2024

高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)

文字描述代表一種開放性思維與能力，一般從速率問題、平衡(轉(zhuǎn)化率)問題、安全問題、節(jié)能減排等角度作答(考查前兩個(gè)角度居多)，實(shí)際上就是效益最大化的問題。

1.條件選擇類

(1)實(shí)驗(yàn)最佳條件的選擇或控制就是為了又“快”又“好”地生產(chǎn)，即主要是從反應(yīng)速率與轉(zhuǎn)化率(化學(xué)平衡)兩個(gè)角度來分析?！翱臁本褪翘岣叻磻?yīng)速率，“好”就是提高轉(zhuǎn)化率，原料利用率高，而影響速率與轉(zhuǎn)化率的主要因素就是濃度、溫度、壓強(qiáng)與催化劑，其中溫度與壓強(qiáng)是試題中經(jīng)?？疾榈囊蛩亍?/p>

(2)從速率、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率、純度等角度分析，選擇最佳條件。如針對(duì)反應(yīng)速率時(shí)，思考方向?yàn)槿绾翁岣呓鏊俾省⑷绾翁岣叻磻?yīng)速率等；針對(duì)平衡轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率時(shí)，可運(yùn)用平衡移動(dòng)原理解釋(其他條件不變的情況下，改變××條件，可逆反應(yīng)平衡向××方向移動(dòng)，導(dǎo)致××發(fā)生變化)；針對(duì)綜合生產(chǎn)效益時(shí)，可從原料成本，原料來源是否廣泛、是否可再生，能源成本，對(duì)設(shè)備的要求，環(huán)境保護(hù)，綠色化學(xué)等方面作答。

(3)選擇當(dāng)前條件的優(yōu)勢(shì)，其他條件的不足，往往不足的描述比較容易疏忽，如溫度過高或過低，壓強(qiáng)過小或過大，也要進(jìn)行分析。

2.原因分析類

(1)依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率和平衡移動(dòng)原理，分析造成圖像曲線變化的原因。

(2)催化劑對(duì)反應(yīng)的影響、不同反應(yīng)的選擇性問題是這類題目的難點(diǎn)，解題時(shí)要多加關(guān)注，不同的條件會(huì)有不同的選擇性。

(3)這類題目一般都是多因素影響，需要多角度分析原因。

稀有氣體

降低

題組一曲線上特殊點(diǎn)的分析

1.用(NH4)2CO3捕碳的反應(yīng)：(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)2NH4HCO3(aq)。為研究溫度對(duì)(NH4)2CO3捕獲CO2效率的影響，將一定量的(NH4)2CO3溶液置于密閉容器中，并充入一定量的CO2氣體，保持其他初始實(shí)驗(yàn)條件不變，分別在不同溫度下，經(jīng)過相同時(shí)間測(cè)得CO2氣體濃度，得到趨勢(shì)圖：

(1)c點(diǎn)的逆反應(yīng)速率和d點(diǎn)的正反應(yīng)速率

的大小關(guān)系為v逆(c)____(填“＞”“＝”

或“＜”)v正(d)。

＜

溫度越高，反應(yīng)速率越快，d點(diǎn)溫度高，則c點(diǎn)的逆反應(yīng)速率和d點(diǎn)的正反應(yīng)速率的大小關(guān)系為v逆(c)＜v正(d)。

解析

(2)b、c、d三點(diǎn)的平衡常數(shù)Kb、Kc、Kd從大到小的順序?yàn)開___________。

Kb＞Kc＞Kd

根據(jù)圖像，溫度為T3時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡，此后溫度升高，c(CO2)增大，平衡逆向移動(dòng)，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，故Kb＞Kc＞Kd。

解析

(3)T3～T4溫度區(qū)間，容器內(nèi)CO2氣體濃度呈現(xiàn)增大的變化趨勢(shì)，其原因是__________

_________________________________________________________________________

________________________。

T3～T4溫度

區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)已達(dá)到平衡，由于正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，不利于CO2的捕獲

恒壓下，CO2和H2的起始物質(zhì)的量之比為1∶3時(shí)，該反應(yīng)在無分子篩膜時(shí)甲醇的平衡產(chǎn)率和有分子篩膜時(shí)甲醇的產(chǎn)率隨溫度的變化如圖所示，其中分子篩膜能選擇性分離出H2O。

①甲醇平衡產(chǎn)率隨溫度升高而降低的原因?yàn)開_____

____________________________________________

_________。

該反應(yīng)

為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)(或平衡常數(shù)減小)

圖中有分子篩膜時(shí)，P點(diǎn)甲醇產(chǎn)率最大，達(dá)到平衡狀態(tài)，P點(diǎn)后甲醇的產(chǎn)率降低，其原因是合成甲醇的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率降低。

解析

②P點(diǎn)甲醇產(chǎn)率高于T點(diǎn)的原因?yàn)開____________________________________________

___________________________。

分子篩膜從反應(yīng)體系中不斷分離出H2O，有利于反

應(yīng)正向進(jìn)行，甲醇產(chǎn)率升高

P點(diǎn)有分子篩膜，T點(diǎn)無分子篩膜，而分子篩膜能選擇性分離出H2O，使平衡正向移動(dòng)，提高甲醇的產(chǎn)率。

解析

③根據(jù)上圖，在此條件下采用該分子篩膜時(shí)的最佳反應(yīng)溫度為______℃。

210

由圖可知，當(dāng)有分子篩膜，溫度為210℃時(shí)，甲醇產(chǎn)率最大，故該分子篩膜的最佳反應(yīng)溫度為210℃。

解析

3.[2023·山東，18(3)]探究CH3OH合成反應(yīng)化學(xué)平衡的影響因素，有利于提高CH3OH的產(chǎn)率。以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的主要反應(yīng)如下：

不同壓強(qiáng)下，按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3

投料，實(shí)驗(yàn)測(cè)定CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和

CH3OH的平衡產(chǎn)率隨溫度的變化關(guān)系

如圖所示。

其中縱坐標(biāo)表示CO2平衡轉(zhuǎn)化率的是圖

______(填“甲”或“乙”)；壓強(qiáng)p1、p2、

p3由大到小的順序?yàn)開_________；圖乙中

T1溫度時(shí)，三條曲線幾乎交于一點(diǎn)的原因是___________________________________

__________________________________。

乙

p1＞p2＞p3

T1時(shí)以反應(yīng)Ⅲ為主，反應(yīng)Ⅲ前后氣體分

子數(shù)相等，壓強(qiáng)改變對(duì)平衡沒有影響

由反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ可知，隨著溫度的升高，甲醇的平衡產(chǎn)率逐漸降低，因此圖甲的縱坐標(biāo)表示的是甲醇的平衡產(chǎn)率，圖乙的縱坐標(biāo)表示的是CO2的平衡轉(zhuǎn)化率。同溫度下，隨著壓強(qiáng)的增大，甲醇的平衡產(chǎn)率應(yīng)增大，因此壓強(qiáng)由大到小的順序?yàn)閜1＞p2＞p3。圖乙中，當(dāng)升溫到T1時(shí)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的大小無關(guān)，說明以反應(yīng)Ⅲ為主，因?yàn)榉磻?yīng)Ⅲ前后氣體分子數(shù)相等。

解析

(1)對(duì)于化學(xué)反應(yīng)mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，M點(diǎn)前，表示從反應(yīng)物開始，v正>v逆；M點(diǎn)為剛達(dá)到平衡點(diǎn)(如圖)；M點(diǎn)后為平衡受溫度的影響情況，即升溫，A的百分含量增加或C的百分含量減少，平衡左移，故ΔH＜0。

(2)對(duì)于化學(xué)反應(yīng)mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，L線上所有的點(diǎn)都是平衡點(diǎn)(如圖)。L線的左上方(如E點(diǎn))，A的百分含量大于此壓強(qiáng)時(shí)平衡體系的A的百分含量，所以，E點(diǎn)：v正>v逆；則L線的右下方(如F點(diǎn))：v正＜v逆。

題組二曲線變化趨勢(shì)的分析

4.乙烯氣相水合反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為

C2H4(g)＋H2O(g)C2H5OH(g)ΔH＝

－45.5kJ·mol－1，如圖是乙烯氣相水合

法制乙醇中乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、

壓強(qiáng)的關(guān)系[其中n(H2O)∶n(C2H4)＝

1∶1]。圖中壓強(qiáng)(p1、p2、p3、p4)的大小順序?yàn)開___________，理由是______________________________________________________________________。

p4>p3>p2>p1

該反應(yīng)正向是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，相同溫度下，壓強(qiáng)升高乙烯轉(zhuǎn)化率升高

5.汽車使用乙醇汽油并不能減少NOx的排放，某研究小組在實(shí)驗(yàn)室以耐高溫試劑Ag-ZSW-5催化，測(cè)得NO轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如圖所示。

(2)若不使用CO，溫度超過775K，發(fā)現(xiàn)NO

的分解率降低，其可能的原因?yàn)開________

_____________________________________。

(3)用平衡移動(dòng)原理解釋為什么加入CO后NO

轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率增大：________________

______________________________________

_____________________________________________。

870K(860～880K范圍內(nèi)都可以)

該反應(yīng)放

熱，升高溫度，反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行

加入的CO會(huì)與

NO的分解產(chǎn)物O2發(fā)生反應(yīng)，促進(jìn)NO分解

平衡向生成N2的方向移動(dòng)，導(dǎo)致NO的轉(zhuǎn)化率增大

6.下圖是在一定時(shí)間內(nèi)，使用不同催化劑Mn和Cr在不同溫度下對(duì)應(yīng)的脫氮率，由圖可知工業(yè)使用的最佳催化劑為______，相應(yīng)溫度為_______；使用Mn作催化劑時(shí)，脫氮率在b～a段呈現(xiàn)如圖變化的可能原因是__________________________________

________________________________________________________________________

____________________________________________________。

Mn

200℃

b～a段，開始溫度較低，催化劑活性較低，脫氮反應(yīng)速率較慢，反應(yīng)還沒達(dá)到化學(xué)平衡，隨著溫度升高反應(yīng)速率變大，一定時(shí)間參與反應(yīng)的氮氧化物變多，導(dǎo)致脫氮率逐漸增大

7.丙烯腈()是一種重要的化工原料，廣泛應(yīng)用在合成纖維、合成橡膠及合成樹

脂等工業(yè)生產(chǎn)中。以3-羥基丙酸乙酯[(g)]為原料合成丙烯腈，主要反應(yīng)過程如下：

在盛有催化劑TiO2、壓強(qiáng)為200kPa的恒壓密閉容

器中按體積比2∶15充入(g)和NH3(g)

發(fā)生反應(yīng)，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得平衡體系中含碳物質(zhì)(乙

醇除外)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度的變化如圖所示。

隨著溫度的升高，(g)的平衡物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)

先增大后減小的原因?yàn)開_________________________

______________________________________________

______________________________________________

______________，N點(diǎn)對(duì)應(yīng)反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)Kx＝_____(x代表物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

溫度較低時(shí)，反應(yīng)Ⅰ進(jìn)行的

程度大，(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大；溫度

較高時(shí)反應(yīng)Ⅱ進(jìn)行的程度增大，(g)的物質(zhì)

的量分?jǐn)?shù)減小

根據(jù)圖像可知，溫度較低時(shí)，(g)的物質(zhì)

的量分?jǐn)?shù)很小，隨溫度升高(g)的物質(zhì)

的量分?jǐn)?shù)增大，(g)是反應(yīng)Ⅰ的生成物、

反應(yīng)Ⅱ的反應(yīng)物，故隨著溫度的升高，(g)

的平衡物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)先增大后減小的原因?yàn)闇囟容^低時(shí)，反應(yīng)Ⅰ進(jìn)行的程度大，

(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大；溫度較高時(shí)反應(yīng)Ⅱ進(jìn)行的程度增大，

(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小。

解析

N點(diǎn)時(shí)，(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0，

(g)完全消耗，(g)和

(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相等，即(g)

和(g)物質(zhì)的量相等，設(shè)起始(g)、NH3(g)物質(zhì)的量依次為

2mol、15mol，平衡時(shí)(g)物質(zhì)的量為xmol，

反應(yīng)Ⅰ生成的(g)和H2O(g)的物質(zhì)的量均

為2mol，則反應(yīng)Ⅱ消耗的(g)和NH3(g)、

生成的H2O(g)和(g)物質(zhì)的量都為xmol，

則2－x＝x，解得x＝1，平衡時(shí)(g)、NH3(g)、(g)、H2O(g)、

(g)物質(zhì)的量依次為1mol、14mol、1mol、3mol、1mol，氣體總物質(zhì)的量為20mol，

8.汽車尾氣是霧霾形成的原因之一，研究氮氧化物的處理方法可有效減少霧霾的形成，可采用氧化還原法脫硝：4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g)4N2(g)＋6H2O(g)ΔH”或“0。

解析

②溫度小于800℃時(shí)，K1＝0，原因是___________________________。

③為提高反應(yīng)Ⅱ中CO的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是____________________________

____________(寫一條)。

未達(dá)到自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)的溫度

等合理答案)

解析

④T℃時(shí)，向密閉容器中充入1molCO(g)和3molH2O(g)，只發(fā)生反應(yīng)Ⅱ，此時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K2＝1，CO的平衡轉(zhuǎn)化率為_______。

75%

設(shè)容器體積為VL，

CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)

起始/mol1300

轉(zhuǎn)化/molxxxx

平衡/mol1－x3－xxx

解析

(2)從環(huán)境保護(hù)角度分析，該制氫工藝中設(shè)計(jì)反應(yīng)Ⅲ的優(yōu)點(diǎn)是____________________

_______。

減少溫室氣體(CO2)的

排放

該制氫工藝中設(shè)計(jì)反應(yīng)Ⅲ的優(yōu)點(diǎn)是吸收二氧化碳，減少溫室氣體的排放。

解析

(3)起始時(shí)在氣化爐中加入1molC、2mol

H2O及1molCaO，在2.5MPa下，氣體的

組成與溫度的關(guān)系如圖3所示。

①200～725℃時(shí)，CH4的量不斷減少的

原因是