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(共32张PPT)
微专题4　化学反应速率与平衡图像
素养·目标定位
目 标 素 养
1.认识化学反应速率、化学平衡的典型图像,学会化学平衡图像题的解题思路与方法
2.能根据具体的情境信息,分析复杂的速率平衡图像问题
课堂·要点解读
知识讲解
1.解答图像题可采用如下模式。
(1)先分析题中反应的特点。正反应是放热反应还是吸热反应;正反应是气体体积增大的反应还是气体体积缩小的反应;反应中有无非气体物质等。
(2)再分析图像所表达的各个量之间的关系。两个坐标轴各表示什么物理量;曲线的变化趋势如何;是单一曲线还是多条曲线;曲线上的关键点,如起点、拐点、交点、终点的含义是什么等。
(3)要采用单一变量法分析。图像中,当条件改变时,先明确瞬间所引起的浓度、压强、速率等的变化,再针对条件改变所引起的变化的特征进行对照分析。
2.各类图像分类分析。
(1)物质的量浓度与时间图像。
由这类图像可书写化学方程式,可计算化学反应速率等。
根据图1可知:该反应的化学方程式为2C 2A+3B。
(2)体积分数与时间、温度、压强的图像。
以化学反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)为例分析:
由图2可知,T1时反应先达到平衡,故T1 >T2;升高温度,φ(C)增大,故正向反应ΔH>0。
由图3可知,T2时反应先达到平衡,故T1由图4可知,p1时反应先达平衡,故p1 >p2;增大压强,φ(C)增大,故m+n>p+q。
由图5可知,p2时反应先达平衡,故p1 另外,还有:
由图6可知,p2>p1,且m+n=p+q。
由图7中(a)(b)两线可知,p1在上述体积分数-时间图像曲线中,先出现拐点的则该条件下反应先达到平衡,说明该曲线表示的温度较高或压强较大。
(3)体积分数与温度或压强图像。
对于化学反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(s):
由图8可知,升高温度,φ(C)增大,故正向反应ΔH>0;增大压强,φ(C)减小,故m+n由图9可知,增大压强,φ(C)增大,故m+n>p;升高温度,φ(C)减小,故正向反应ΔH<0。
在上述体积分数-温度(或压强)曲线中,图像中有三个变量,先确定其中一个量不变,再讨论另外两个量的关系(“定一议二”方法),即确定横坐标所表示的量后(通常可画一垂线),讨论纵坐标与曲线的关系或确定纵坐标所表示的量后,讨论横坐标与曲线的关系。
(4)特殊图像。
①反映正、逆反应速率(或放热、吸热反应的速率)随温度或压强的变化曲线,用于判断反应的ΔH或反应前后气体体积关系,如图10和图11。
②如图12和图13所示,对于化学反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),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的质量分数增加或C的质量分数减小,平衡左移,故正反应ΔH<0。
③如图14所示,对于化学反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g), l线上所有的点都是平衡点。l线的左上方(E点),A的质量分数大于此压强下平衡体系中A的质量分数,所以,E点v正>v逆;则l线的右下方(F点),v正典型例题
【例1】 对于可逆反应:2A(g)+B(g) 2C(g)　ΔH<0,下列各图正确的是(　　)。
A
解析:温度高的先达平衡,升高温度,平衡逆向移动,C的质量分数减小,A项正确。增大压强,v正、v逆应均增大,B项错误。催化剂只能增大反应速率,不能使平衡发生移动,平衡时C的浓度不受催化剂影响,C项错误。增大压强平衡正向移动,A的转化率增大,升高温度,平衡逆向移动,A的转化率应减小,D项错误。
【例2】 在恒压、H2和CO2的起始浓度一定的条件下,用不同Mg含量的催化剂Ni/xMg(x值越大表示Mg含量越大)催化反应相同时间,测得不同温度下反应4H2(g)+CO2(g)═CH4(g)+2H2O(g)的CO2的转化率如图所示。
下列说法正确的是(　　)。
A.反应4H2(g)+CO2(g)═CH4(g)+2H2O(g)的ΔH>0
B.延长W点的反应时间可提高CO2的转化率
C.相同条件下催化剂中Mg的含量越高催化效率越高
D.使用合适的催化剂可以提高CO2的转化率
D
解析:据图可知使用不同催化剂时,在360 ℃左右、相同时间内CO2的转化率相同,说明该温度下,该时间段内三种催化剂条件下反应都达到了平衡,继续升高温度CO2的转化率减小,说明平衡逆向移动,则正反应为放热反应,ΔH<0,A项错误。W点处反应已经达到平衡,延长W点的反应时间,平衡也不会移动,CO2的转化率不变,B项错误。据图可知温度较低反应未达到平衡时,催化剂中Mg的含量为0.05时,相同时间内CO2转化率最高,C项错误。据图可知,在温度较低反应未达到平衡时,选用合适的催化剂可以增大反应速率,提高CO2的转化率,D项正确。
D
【例4】丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题。
(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下:
①C4H10(g) ===C4H8(g)+H2(g)　ΔH1
已知:②C4H10(g)+ O2(g) ===C4H8(g)+H2O(g)　ΔH2=-119 kJ·mol-1
③H2(g)+ O2(g) ===H2O(g)　ΔH3=-242 kJ·mol-1
反应①的ΔH1为　　　 kJ·mol-1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图,x　　　　(填“大于”或“小于”)0.1;欲使丁烯的平衡产率提高,应采取的措施是　　　　。(填字母)
A.升高温度
B.降低温度
C.增大压强
D.降低压强
图(a)
+123
小于
AD
(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂),出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中 的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势,
其降低的原因是_________________
　。
图(b)
原料中过量H2会使反
应①平衡逆向移动,所以丁烯产率下降
(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线,副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是_________________________
、_______________
　 ;
590 ℃之后, 丁烯产率快速降低的
主要原因可能是_______________
_____________________________
　。
图(c)
590 ℃前升高温度,反应①
平衡正向移动
升高温度时,反应
速率增大,单位时间内产生丁烯更多
更高温度导致C4H10裂解生成更多的短碳链烃,故丁烯产率快速降低
解析:(1)根据盖斯定律,②式-③式可得①式,因此ΔH1=ΔH2-ΔH3=-119 kJ·mol-1+242 kJ·mol-1=+123 kJ·mol-1。由图(a)可以看出,温度相同时,压强由0.1 MPa 变化到x MPa,丁烷的转化率增大,即平衡正向移动,因为反应①是气体物质的量增大的反应,压强越小平衡转化率越大,所以x的压强更小,x<0.1。因为反应①为吸热反应,所以温度升高时,平衡正向移动,丁烯的平衡产率增大,A项正确,B项错误。由于反应①是气体物质的量增大的反应,加压时平衡逆向移动,丁烯的平衡产率减小,C项错误,D项正确。
(2)H2是反应①的产物,增大 会促使平衡逆向移动,从而降低丁烯的产率。
(3)590 ℃之前,随温度升高,反应速率增大,反应①是吸热反应,升高温度平衡正向移动,生成的丁烯会更多。温度超过590 ℃,更多的丁烷裂解生成短链烃类,导致丁烯产率快速降低。

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