2020-2021學(xué)年魯科版選修4第2章第3節(jié)化學(xué)反應(yīng)的速率第3課時學(xué)案

第3節(jié)化學(xué)反響的速率第三課時探究任務(wù)，形成圖像分析的思維模式，形成識圖能力。培養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析的化學(xué)核心素養(yǎng)。2．掌握各類與化學(xué)平衡有關(guān)的圖像的分析方法，能夠遷移應(yīng)用圖像分析思維模型。培養(yǎng)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、變化觀念與平衡思想的化學(xué)核心素養(yǎng)。1．速率—時間圖像反響mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，m＋n＞p＋q，且ΔH＞0(1)t1時增大反響物的濃度，正反響速率瞬間增大，然后逐漸減小，而逆反響速率逐漸增大。(2)t2時升高溫度，正反響和逆反響速率均增大，吸熱反響的反響速率增大得快。(3)t3時減小壓強(qiáng)，容器容積增大，濃度變小，正反響速率和逆反響速率均減小，正反響的反響速率減小得多。(4)t4時使用催化劑，正反響速率和逆反響速率均瞬間增大但仍相等。2．轉(zhuǎn)化率(或含量)—時間圖像反響mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，m＋n＞p＋q，且ΔH＞0甲乙丙(1)圖甲表示壓強(qiáng)對反響物轉(zhuǎn)化率的影響，對于氣體反響物系數(shù)之和大于氣體反響產(chǎn)物系數(shù)之和的反響，壓強(qiáng)越大，反響物的轉(zhuǎn)化率越大。(2)圖乙表示溫度對反響物轉(zhuǎn)化率的影響，對于吸熱反響，溫度越高，反響物的轉(zhuǎn)化率越大。(3)圖丙表示催化劑對反響物轉(zhuǎn)化率的影響，催化劑只能改變化學(xué)反響速率，不能改變反響物的轉(zhuǎn)化率。3．恒壓(溫)線反響mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，m＋n＞p＋q，且ΔH＞0分析時可沿橫軸作一條平行于縱軸的虛線，即為等壓線或等溫線，然后分析另一條件變化對該反響的影響。4．特殊類型圖像(1)對于化學(xué)反響mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，如下圖，M點前，表示從反響物開始，v(正)>v(逆)；M點為剛到達(dá)平衡點；M點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，故正反響ΔH<0。(2)對于化學(xué)反響mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，如下圖，L線上所有的點都是平衡點。L線的左上方(E點)，A的百分含量大于此壓強(qiáng)時平衡體系的A的百分含量，所以E點v(正)>v(逆)；那么L線的右下方(F點)，v(正)<v(逆)。【例題】某密閉容器中充入等物質(zhì)的量的氣體A和B，一定溫度下發(fā)生反響A(g)＋xB(g)2C(g)，到達(dá)平衡后，只改變一個反響條件，測得容器中各物質(zhì)的濃度、反響速率隨時間的變化曲線如下圖。以下說法正確的選項是()圖1圖2A.30min時降低溫度，40min時升高溫度～8min內(nèi)A的平均反響速率為0.16mol·L－1·min－1C.化學(xué)方程式中的x＝1，正反響為吸熱反響～40min內(nèi)該反響的平衡常數(shù)值恒為4D[由圖1可知，30min時A、B、C的濃度均減小，即此時擴(kuò)大容器體積，而平衡沒有發(fā)生移動，故x＝1，A項錯誤；由圖2可知，40min時正、逆反響速率均大于原平衡速率，且v(逆)＞v(正)，故40min時溫度升高，且正反響為放熱反響，C項錯誤；0～8min內(nèi)Δc(A)＝(2.0－1.36)mol·L－1＝0.64mol·L－1，所以v(A)＝eq\f(0.64mol·L－1,8min)＝0.08mol·L－1·min－1，B項錯誤；20～40min內(nèi)溫度不變，故K＝eq\f(〔2.0mol·L－1〕2,1.0mol·L－1×1.0mol·L－1)＝4，D項正確。]解答化學(xué)平衡圖像題的四步驟1．T℃時，將6molCO2和8molH2充入2L密閉容器中，發(fā)生反響CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，容器中H2的物質(zhì)的量隨時間的變化如圖中實線所示，圖中虛線表示僅改變某一反響條件時，H2的物質(zhì)的量隨時間的變化，以下說法正確的選項是()A.曲線Ⅱ?qū)?yīng)的條件改變是減小壓強(qiáng)B.假設(shè)曲線Ⅰ對應(yīng)的條件改變是升溫，那么該反響的ΔH>0C.反響開始至a點時v(H2)＝1mol·L－1·min－1D.T℃時，該反響的化學(xué)平衡常數(shù)為0.125mol－2·L2C[圖中曲線Ⅱ?qū)?yīng)的反響速率較大，到達(dá)平衡所用的時間較短，假設(shè)減小壓強(qiáng)，反響速率減小，到達(dá)平衡所用的時間較長，與圖像不符，故A錯誤；假設(shè)該反響的ΔH>0，升高溫度，平衡應(yīng)向正反響方向移動，那么平衡時H2的物質(zhì)的量應(yīng)小于T℃時的，與圖像不符，故B錯誤；v(H2)＝eq\f(|Δc〔H2〕|,Δt)＝eq\f(\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(6mol－8mol,2L))),1min)＝1mol·L－1·min－1，故C正確；T℃時，到達(dá)平衡時，H2的物質(zhì)的量為2mol，可知參與反響的H2的物質(zhì)的量為6mol，根據(jù)反響CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)可知，平衡時，c(CO2)＝eq\f(6mol－2mol,2L)＝2mol·L－1，c(H2)＝eq\f(2mol,2L)＝1mol·L－1，c(CH3OH)＝eq\f(2mol,2L)＝1mol·L－1，c(H2O)＝eq\f(2mol,2L)＝1mol·L－1，那么K＝eq\f(c〔CH3OH〕·c〔H2O〕,c〔CO2〕·c3〔H2〕)＝eq\f(1mol·L－1×1mol·L－1,2mol·L－1×〔1mol·L－1〕3)＝0.5mol－2·L2，故D錯誤。]2．恒溫密閉容器中發(fā)生可逆反響：Z(？)＋W(？)X(g)＋Y(？)ΔH，在t1時刻反響到達(dá)平衡，在t2時刻縮小容器容積，t3時刻再次到達(dá)平衡狀態(tài)后不再改變條件。以下有關(guān)說法中正確的選項是()和W在該條件下有一種可能為氣態(tài)B.t1～t2時間段與t3時刻后，兩時間段內(nèi)反響體系中氣體的平均摩爾質(zhì)量不可能相等C.假設(shè)該反響的ΔH>0，那么該反響的平衡常數(shù)K隨溫度升高而增大D.假設(shè)在該溫度下此反響的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝c(X)，那么t1～t2時間段與t3時刻后的X濃度不相等C[根據(jù)圖像可知，正反響速率不隨反響時間和壓強(qiáng)的改變而改變，所以Z和W都不是氣體，A錯誤。結(jié)合圖像可知，X是氣體，Y可能不是氣體，也可能是氣體。假設(shè)Y不為氣體，那么反響過程中氣體的摩爾質(zhì)量始終不變，所以t1～t2時間段與t3時刻后，兩時間段內(nèi)反響體系中氣體的平均摩爾質(zhì)量可能相等，B錯誤。假設(shè)該反響的ΔH>0，那么該反響正反響是吸熱反響，升高溫度平衡右移，平衡常數(shù)K增大，C正確。平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，假設(shè)該溫度下平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝c(X)，說明反響只有X為氣體，溫度不變，平衡常數(shù)不變，即c(X)為定值，所以t1～t2時間段與t3時刻后的X濃度相等，D錯誤。]3．用CO合成甲醇(CH3OH)的熱化學(xué)方程式為CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH<0，按照相同的物質(zhì)的量投料，測得CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖。以下說法正確的選項是()A.溫度：T1＞T2＞T3B.正反響速率：v(a)>v(c)、v(b)>v(d)C.平衡常數(shù)：K(a)>K(c)、K(b)＝K(d)D.平均摩爾質(zhì)量：M(a)<M(c)、M(b)>M(d)C[反響CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)是反響前后氣體體積減小的放熱反響，在其他條件不變時，升高溫度，平衡向吸熱的逆反響方向移動，使反響物CO的平衡轉(zhuǎn)化率減小，故溫度：T1＜T2＜T3，A錯誤。在壓強(qiáng)相同時，溫度升高，化學(xué)反響速率增大，由于溫度：T3>T1，故正反響速率：v(a)<v(c)；在溫度不變時，增大壓強(qiáng)，化學(xué)反響速率增大，所以正反響速率：v(b)>v(d)，B錯誤。正反響放熱，升高溫度，平衡常數(shù)減小；溫度不變，平衡常數(shù)不變，所以平衡常數(shù)：K(a)>K(c)、K(b)＝K(d)，C正確。該反響前后氣體的總質(zhì)量不變，氣體的總物質(zhì)的量減小，升高溫度，平衡逆向移動，氣體的總物質(zhì)的量增大，所以氣體的平均摩爾質(zhì)量減小，所以M(a)>M(c)；在溫度不變時，增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積減小的正反響方向移動，氣體的總物質(zhì)的量減小，所以氣體的平均摩爾質(zhì)量增大，M(b)>M(d)，D錯誤。]探究外界條件對實驗室用鋅和稀硫酸反響制取H2時反響速率的影響。實驗用品：錐形瓶、雙孔塞、分液漏斗、直角導(dǎo)氣管、50mL注射器、鐵架臺、秒表、鋅粒、鋅粉、1mol·L－1的H2SO4溶液、4mol·L－1的H2SO4溶液、CuSO4溶液、熱水。實驗要求：測量收集10mLH2所需時間。實驗方案：設(shè)計如下表。實驗編號T/K鋅的規(guī)格H2SO4溶液的濃度①298鋅粒1mol·L－1H2SO4溶液②298鋅粒4mol·L－1H2SO4溶液③298鋅粉1mol·L－1H2SO4溶液④298鋅粒1mol·L－1H2SO4與少量CuSO4混合液⑤348鋅粒1mol·L－1H2SO4溶液考前須知：(1)鋅粒的質(zhì)量和外表積力求相同。(2)每次實驗取用20mLH2SO4溶液。1．該實驗方案主要探究哪些外界條件對化學(xué)反響速率的影響？提示：濃度、溫度、固體反響物的外表積、Zn－Cu原電池。2．該實驗方案中哪一方面最難做到？提示：鋅粒的外表積相同。通過本情境素材中對實驗室用鋅和稀硫酸制氫氣反響速率的影響因素的探究，提升了“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識〞的學(xué)科素養(yǎng)。培養(yǎng)了利用“控制變量法〞探究問題的能力。1．T℃時，在2L的密閉容器中，氣體X、Y和Z三種物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時間變化的曲線如下圖，以下描述正確的選項是()A．容器中發(fā)生反響的化學(xué)方程式為X(g)＋Y(g)Z(g)B．0～10s內(nèi)，X表示的平均化學(xué)反響速率為0.04mol·L－1·s－1C．使用催化劑只能加快0～10s內(nèi)的反響速率D．0～4s內(nèi)的平均反響速率小于0～10s內(nèi)的平均反響速率B[由題圖可知，反響在10s時到達(dá)化學(xué)平衡，此時X、Y分別減少了0.8mol、0.8mol，Z增加了1.6mol，所以反響的化學(xué)方程式為X(g)＋Y(g)2Z(g)，A錯誤；0～10s內(nèi)，X表示的平均化學(xué)反響速率為eq\f(0.8mol,2L×10s)＝0.04mol·L－1·s－1，B正確；使用催化劑不僅加快平衡前的反響速率，平衡后的反響速率也加快，C錯誤；隨著反響的進(jìn)行，反響物濃度減小，反響速率減小，所以0～4s內(nèi)的平均反響速率大于0～10s內(nèi)平均反響速率，D錯誤。]2．對于到達(dá)平衡的可逆反響：X＋YW＋Z，其他條件不變時，增大壓強(qiáng)，正、逆反響速率變化的情況如下圖。以下對X、Y、W、Z四種物質(zhì)狀態(tài)的描述正確的選項是()A．W、Z均為氣體，X、Y中只有一種為氣體B．X、Y均為氣體，W、Z中只有一種為氣體C．X、Y或W、Z中均只有一種為氣體D．X、Y均為氣體，W、Z均為液體或固體B[由圖像可知，增大壓強(qiáng)，正、逆反響速率都加快，但正反響速率增大的程度大于逆反響速率增大的程度，可見化學(xué)平衡向正反響方向移動，即正反響是一個體積縮小的反響。A項，假設(shè)W、Z均為氣體，X、Y中只有一種為氣體，不符合圖像；B項，X、Y均為氣體，W、Z中只有一種是氣體，符合圖像；C項，X、Y或W、Z中均只有一種為氣體，那么加壓平衡不移動，不符合圖像；D項，假設(shè)反響產(chǎn)物均為液體或固體，那么加壓時逆反響速率不發(fā)生變化，不符合圖像。]3．對于反響N2O4(g)2NO2(g)在溫度一定時，平衡體系中NO2的體積分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)的變化關(guān)系如下圖。以下說法正確的選項是()A．A、C兩點對應(yīng)的正反響速率的關(guān)系：v(A)>v(C)B．A、B、C、D、E各點對應(yīng)的狀態(tài)中，v正<v逆的是E點C．維持p1不變，E→A所需時間為x，維持p2不變，D→C所需時間為y，那么x<yD．使E點從水平方向到達(dá)C點，從理論上來講，可選用的條件是從p1突然加壓至p2D[增大壓強(qiáng)，正、逆反響速率均增大，C點對應(yīng)的壓強(qiáng)大于A點，所以正反響速率：v(A)<v(C)，A錯誤；處于曲線上的點為平衡狀態(tài)，對應(yīng)的v正＝v逆，E點NO2的體積分?jǐn)?shù)小于相同狀況下平衡狀態(tài)時的體積分?jǐn)?shù)，反響向生成NO2的正反響方向移動，那么此時v正>v逆，D點NO2的體積分?jǐn)?shù)大于平衡狀態(tài)時的體積分?jǐn)?shù)，反響向消耗NO2的逆反響方向移動，此時v正<v逆，B錯誤；壓強(qiáng)越大，反響速率越大，到達(dá)平衡狀態(tài)時所用的時間越少，所以相同體積分?jǐn)?shù)的NO2參加反響，所用時間：x>y，C錯誤；從p1突然加壓至p2，NO2的體積分?jǐn)?shù)保持不變，剛好到達(dá)C點對應(yīng)的平衡狀態(tài)，理論上可行，D正確。]4．用Na2FeO4溶液氧化廢水中的復(fù)原性污染物M，為研究降解效果，設(shè)計如下比照實驗探究溫度、濃度、pH、催化劑對降解速率和效果的影響，實驗測得M的濃度與時間的關(guān)系如下圖：以下說法正確的選項是()A．實驗①×10－2mol·L－1·min－1B．假設(shè)其他條件相同，實驗①②證明升高溫度，M的降解速率增大C．假設(shè)其他條件相同，實驗①③證明pH越大，越有利于M的降解D．實驗②④說明M的濃度越小，M的