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高三化学教案:《化学反应速率》教学设计

2021-11-29 04:40:42

来源:雷火app官网 作者:雷火亚洲电竞先驱

  化学反应速率和化学平衡理论的初步知识是中学化学的重要基本理论。考查的知识点应主要是:①有关反应速率的计算和比较;②条件对反应速率影响的判断;③确定某种情况是否是化学平衡状态的特征;④平衡移动原理的应用;⑤平衡常数(浓度平衡常数)的含义及其表达式⑥利用化学平衡常数计算反应物转化率或比较。

  从题型看主要是选择题和填空题,其主要形式有:⑴根据化学方程式确定各物质的反应速率;⑵根据给定条件,确定反应中各物质的 平均速率;⑶理解化学平衡特征的含义,确定某种情况下化学反应是否达到平衡状态;⑷应用有关原理解决模拟的实际生产问题;(5)平衡移动原理在各类平衡中的应用;⑹根据条件确定可逆反应中某一物质的转化率、平衡常数、消耗量、气体体积变化等。

  从考题难度分析,历年高考题中,本单元的考题中基础题、中档题、难题都有出现。因为高考中有几年出现了这方面的难题,所以各种复习资料中高难度的练习题较多。从新课标的要求来看,这部分内容试题应较基础,复习时应多关注生产实际,注重基础知识的掌握。

  1.化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的,通常用单位时间反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示,是一段时间内的平均速率。固体或纯液体(不是溶液)的浓度可视为不变的常数,故一般不用固体或纯液体表示化学反应速率。用不同物质表示同一反应的化学反应速率时,其数值可能不同(因此,必须指明具体物质)。但各种物质表示的速率比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。

  (3)温度对化学反应速率的影响:实验测得,其他条件不变时,温度每升高10℃,化学反应速率通常增加原来的2-4倍,经验公式: ;

  (4)使用催化剂,使原来难以进行的化学反应,分步进行(本身参与了反应,但反应前后化学性质不变),从而大幅度改变了化学反应速率。

  3.浓度和压强的改变仅仅改变了单位体积内活化分子的数目,温度的改变和催化剂的存在却能改变单位体积内反应物分子中活化分子所占的百分数。

  1.化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里,正反应和逆反应的速率相等,反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。

  (1)“逆”:化学平衡研究的对象是可逆反应,可逆反应不能进行到底,即反应过程中反应物、生成物,不能全部转化为生成物(反应物)。

  (3)“等”:指反应体系中的用同一种物质来表示的正反应速率和逆反应速率相等。对于不同种物质而言,速率不一定相等。

  (4)“定”:平衡混合物中各组分的物质的量、质量、物质的量浓度,各组分的百分含量(体积分数、质量分数)、转化率等不随时间变化而改变。

  2.平衡移动原理:如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度等),平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。它是浓度、压强和温度等外界条件对平衡移动影响的概括和总结,只适用于已经达到平衡状态的可逆反应,未处于平衡状态的体系不能用此原理分析,但它也适用于其他动态平衡体系,如溶解平衡、电离平衡和水解平衡等。催化剂能够同等程度地增加正反应速率和逆反应速率,因此它对化学平衡的移动没有影响。

  影响熵的因素:①同一条件下,不同物质熵不同②同一物质,聚集状态不同熵不同S(g)S(l)S(s)

  T、P一定,反应焓变和熵变共同影响反应方向,反应方向判据:△H-T△S0 反应能自发进行;△H-T△S=0 反应达到平衡状态;△H-T△S0 反应不能自发进行

  1.化学反应速率的表示方法:通常用单位时间内反应物浓度的减少或者生成物浓度的增加来表示化学反应速率。单位:mol/L?s ;mol/L?min ;mol/L?h等。

  (2)温度:其它条件不变时,升高温度,化学反应速率加快。一般来说,温度每升高10℃,反应速率增大为原来的2~4倍。

  4.活化能:对基元反应而言,活化分子的平均能量与普通反应物分子的平均能量之差叫该反应的活化能(用Ea表示,其单位为kJ/mol)。活化能越大,反应越难进行。

  催化剂能降低化学反应的活化能,增大活化分子的百分数,进而增大化学反应速率。催化剂具有选择性。

  解释化学反应速率快慢的链条思维:活化能活化分子有效碰撞化学反应速率。

  【例1】(2010福建卷,12) 化合物Bilirubin在一定波长的光照射下发生分解反应,反应物尝试随反应时间变化如右图所示,计算反应4~8 min间的平均反应速率和推测反应16 min 反应物的浓度,结果应是

  第8秒与第4秒时反应物浓度差△C为10 , 为4秒,所以在4~8 间的平均反应速率为2.5 ,可以排除CD两个答案;图中从0 开始到8 反应物浓度减低了4倍,根据这一幅度,可以推测从第8 到第16分也降低4倍,即由10 降低到2.5 ,因此推测第16 反应物的浓度为2.5 ,所以可以排除A而选B

  (15分)在溶液中,反应A+2B C分别在三种不同实验条件下进行,它们的起始浓度均为 、 及 。反应物A的浓度随时间的变化如下图所示。

  【解析】(1)②使用了(正)催化剂;理由:因为从图像可看出,两者最终的平衡浓度相同,即最终的平衡状态相同,而②比①所需要的时间短,显然反应速率加快了,故由影响反应速率和影响平衡的因素可知是加入(正)催化剂;③升高温度;理由:因为该反应是在溶液中进行的反应,所以不可能是改变压强引起速率的改变,又由于各物质起始浓度相同,故不可能是改变浓度影响反应速率,再由于③和①相比达平衡所需时间短,平衡时浓度更小,故不可能是改用催化剂,而只能是升高温度来影响反应速率的

  (2)不妨令溶液为1L,则②中达平衡时A转化了0.04mol,由反应计量数可知B转化了0.08mol,所以B转化率为 ;同样在③中A转化了0.06mol,则生成C为0.06mol,体积不变,即平衡时C(c)=0.06mol/L

  (3) ﹥0;理由:由③和①进行对比可知升高温度后A的平衡浓度减小,即A的转化率升高,平衡向正方向移动,而升温是向吸热的方向移动,所以正反应是吸热反应, ﹥0

  【命题意图】考查基本理论中的化学反应速率化学平衡部分,一些具体考点是:易通过图像分析比较得出影响化学反应速率和化学平衡的具体因素(如:浓度,压强,温度,催化剂等)、反应速率的计算、平衡转化率的计算,平衡浓度的计算, 的判断;以及计算能力,分析能力,观察能力和文字表述能力等的全方位考查。

  【点评】本题所涉及的化学知识非常基础,但是能力要求非常高,观察和分析不到位,就不能准确的表述和计算,要想此题得满分必须非常优秀才行!此题与2009年全国卷II理综第27题,及安微卷理 综第28题都极为相似,有异曲同工之妙,所以对考生不陌生!

  (1)多数能自发进行的化学反应是放热反应。如氢氧化亚铁的水溶液在空气中被氧化为氢氧化铁的反应是自发的,其△H(298K)==-444.3kJ?mol1

  (1)熵:描述大量粒子混乱度的物理量,符号为S,单位J?mol1?K1,熵值越大,体系的混乱度越大。

  ①多数熵增加的反应在常温常压下均可自发进行。产生气体的反应、气体物质的量增加的反应,熵变都是正值,为熵增加反应。

  ③个别熵减少的反应,在一定条件下也可自发进行。如铝热反应的△S== 133.8 J?mol1?K1,在点燃的条件下即可自发进行。

  4.焓变和熵变对反应方向的共同影响“四象限法”判断化学反应的方向。

  在二维平面内建立坐标系,第Ⅰ象限的符号为“+、+”,第Ⅱ象限的符号为“+、”,第Ⅲ象限的符号为“、”,第Ⅳ象限的符号为“、+”。借肋于数学坐标系四个象限的符号,联系焓变与熵变对反应方向的共同影响,可以从热力学的角度快速判断化学反应的方向。

  故△S0、△H0时,仅从符号上进行分析,无论温度如何变化,恒有△HT△S0,故化学反应的方向所有温度下反应均能自发进行。

  事实上,△S0、△H0时,仅从符号上进行分析,无论温度如何变化,恒有△HT△S0,故化学反应的方向所有温度下反应均不能自发进行。

  从以上四个象限的情况来看,交叉象限的情况相反相成,第Ⅰ象限(高温下反应自发进行)和第Ⅲ象限(低温下反应自发进行)相反相成,第Ⅱ象限(所有温度下均可自发进行)和第Ⅳ象限(所有温度下反应均不能自发进行)相反相成。分析化学反应的方向的热力学判据是△HT△S0,而这个判据是温度、压强一定的条件下反应自发进行的趋势,并不能说明反应能否实际发生,因为反应能否实际发生还涉及动力学问题。

  1.可逆反应:在相同条件下同时向正、反两个方向进行的反应称为可逆反应。在可逆反应中使用“ ”。

  (1)概念:在一定条件下可逆反应进行到一定程度时,正反应速率和逆反应速率相等,反应物和生成物的浓度不再发生变化,这种状态称为化学平衡状态,简称化学平衡。

  (1)概念:对于一定条件下的可逆反应(aA+bB cC+dD),达到化学平衡时,生成物浓度的乘幂的乘积与反应物浓度的乘幂的乘积之比为一常数,记作Kc,称为化学平衡常数(浓度平衡常数)。

  如果反应物和生成物均为气体,当达到化学平衡时,将由各物质平衡分压算得的平衡常数称为压强平衡常数。即

  (3)意义:平衡常数的大小化学反应可能进行的程度(即反应限度);平衡常数的数值越大,说明反应进行得越完全。

  (1)化学平衡移动:一定条件下的可逆反应达到平衡状态以后,反应条件改变,平衡混合物中各组分的浓度也随之发生改变而达到新的平衡状态,这种由一个平衡达到新的平衡的过程称为化学平衡移动。

  (3)勒夏特列原理:在封闭体系中,如果只改变平衡体系中的一个条件时,平衡将向减弱这个条件改变的方向移动。

  (14分)二甲醚是一 种重要的清洁燃料,也可替代氟利昂作制冷剂等,对臭氧层无破坏作用。工业上可利用煤的气化产物(水煤气)合成二甲醚。

  一定条件下的密闭容器中,该总反应达到平衡,要提高CO的转化率,可以采取的措施是__________(填字母代号)。

  ⑷ 已知反应②2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)某温度下的平衡常数为400 。此温度下,在密闭容器中加 入CH3OH ,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:

  ① 比较此时正、逆反应速率的大小:v正 ______ v逆 (填“”、“”或“=”)。

  正反应是放热反应,升高温度平衡左移,CO转化率减小;加入催化剂,平衡不移动,转化率不变;减少CO2的浓度、分离出二甲醚,平衡右移,CO转化率增大;增大CO浓度,平衡右移,但CO转化率降低;故选c、e。

  命题立意:本题是化学反应原理的综合性试题,考查了化学方程式的书写、盖斯定律的应用、化学平衡移动原理,和利用浓度商和平衡常数的关系判断平衡移动的方向、平衡常数和速率的计算等。

  反应aM(g)+bN(g) cP(g)+dQ(g)达到平衡时。M的体积分数y(M)与反应条件的关系如图所示。其中:Z表示反应开始时N的物质的量与M的物质的量之比。下列说法正确的是

  解析:本题考查了平衡移动原理的应用。A项加入催化剂只能改变反应速率,不会使平衡移动。B项由图像(1)知随着温度的升高M的体积分数降低,说明正反应吸热,所以温度升高平衡正向移动,Q的体积分数增加。C项对比(1)(2)可以看出相同温度条件,压强增大M的体积分数增大,所以正反应是体积缩小的反应,增大压强Q的体积分数减小。D项由C项可以判断D也不对。

  【巩固练习1】(福建省泉州一中2010届高三上学期期中考试)在1 L密闭容器中,把1 mol A和1 mol B混合发生如下反应:

  【巩固练习2】(贵州省巴结中学2010届高三10月月考)某体积可变的密闭容器,盛有适量的A和B的混合气体,在一定条件下发生反应: ,若维持温度和压强不变,当达到平衡时,容器的体积为VL,其中C气体的体积占10%,下列推断正确 ( )

  【巩固练习3】(重庆西南师大附中2010年上学期期末考试)T℃时,A气体与B气体反应生成C气体。反应过程中A、B、C物质的量变化如图(Ⅰ)所示;若保持其他条件不变,温度分别为T1和T2时,B的体积分数与时间的关系如图(Ⅱ)所示,则下列结论正确的是( )

  (1)选择依据:从提高反应速率的角度分析,提高反应温度、使用催化剂、适当提高氮氢比;从平衡移动的角度分析,降低温度、提高压强和适时分离反应产物氨;从实际生产的角度分析,温度和压强要与生产实际相适应。

  (2)选择原则:能加快反应速率;提高原料的利用率;提高单位时间内的产量;对设备条件要求不能太高。

  (3)合成氨的适宜条件:使用催化剂;适宜的压强:2×107~5×107Pa;适宜的温度:500℃左右;及时分离出氨和及时补充氮气和氢气。

  解析:A选项,放热反应升温平衡常数减小,错误;增大一个反应物浓度另一反应物转化率增大,B错;使用催化剂平衡不移动,D错。

  (2)加热玻璃管2一段时间后,挤压1中打气球鼓入空气,观察到2中物质呈红热状态;停止加热后仍能保持红热,该反应是_________反应(填“吸热”或“放热”).

  (3)为保证在装置4中观察到红棕色气体,装置3应装入_________;若取消3,在4中仅观察到大量白烟,原因是___________________.

  【解析】本题考查氨的催化氧化。(1) 和 氧化生成 。(2)该反应为放热,故不加热后仍能保持红热状态。(3)产物中有 和 , 会被 氧化生成 ,在于空气中的水蒸气反应生成 ,而 与 会产生白烟。(4)装置5与1均产生科产生 。 加热分解可得 和HCL,而HCL与 可生成 。

  【例3】(2008广东24)科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。曾有实验报道:在常温、常压、光照条件下,N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生反应,生成的主要产物为NH3。进一步研究NH3生成量与温度的关系,部分实验数据见下表(光照、N2压力1.0×105 Pa、反应时间3 h):

  (1)请画出上述反应在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图,并进行必要标注。

  (2)与目前广泛使用的工业合成氨方法相比,该方法中固氮反应速率慢。请提出可提高其反应速率且增大NH3生成量的建议: 。

  0.60 mol N2(g)和1.60 mol H2(g),反应在一定条件下达到平衡时,NH3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为 。计算:

  解析 (1)催化剂能降低反应的活化能,改变反应的历程,使一个高能变过程变为几个能量相对低的过程,使反应易发生。要点是有催化剂时能量低而过程阶段多了。图见答案。

  1.反应A(气)+3B(气) 2C(气)+2D(气)在四种不同情况下的反应速率分别如下,其中反应速率最大的是()

  2.将A与B的混合物15mol放人容积为2L的密闭容器里,在一定条件下发生反应:2A(气)+3B(气) C(气)+2D(气),经过15min达到平衡,达平衡时容器内的压强是反应前的 。则以B气体的浓度变化表示的反应速率是()

  5.用Al粉和碘甲烷制(CH3)3Al时,于100℃搅拌65h,产率为0,若用超声波,则室温下用2.5h,产率可达96%。有关叙述中正确的是()

  6.在一定温度下的定容密闭容器中,当下列物理量不再发生变化时,表示反应A(s)+2B(g) C(g)+D(g)已达到平衡状态的是()

  8.在一定温度下,向aL密闭容器中加入1mol X气体和2mol Y气体,发生如下反应:X(g)+2Y(g) 2Z(g),此反应达到平衡的标志是()

  9.体积相同的甲、乙两个容器中,分别都充有等物质的量的NH3,在相同温度下,发生反应:2NH3 N2+3H2,并达到平衡。在这个过程中,甲容器保持体积不变,乙容器保持压强不变,若甲容器中NH3的转化率为P%,则乙容器中NH3的转化率为()

  11.一定条件下将含1molNH3的体积不变的密闭容器加热,发生反应:2NH3 N2+3H2,一定时间后达到平衡,此时NH3的体积分数为x%。若在该容器中再加入1molNH3后密封,加热到相同温度,使反应达到平衡,设此时NH3的体积分数为y%,则x和y的关系正确的是()

  12.某容积可变的密闭容器中 放人一定量的A和B的混合气体,在一定条件下发生反应:A(气)+2B(气) 2C(气)。若维持温度和压强不变,当达到平衡时,容器的体积为V,此时C气体的体积占50%,则下列推断正确的是()

  13.一定条件下,在一密闭容器中通人一定量SO2和O2的混合气,发生如下反应:2SO2(气)+O2(气)=2SO3(气)(正反应为放热反应)。反应达平衡后SO2、O2和SO3的物质的量之比为3:4:6,保持其他条件不变,降低温度后达到新的平 衡时,O2和SO3的物质的量分别是1.1mol和2.0mol,此时容器内SO2的物质的量应是()

  14.某温度下,在一容积可变的容器中,反应2A(g)+B(s) 2C(g)达到平衡时,A、B和C的物质的量分别为4mol、2mol和4mol。保持温度和压强不变,对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整,可使平衡右移的是()

  15.一混合气体,在密闭容器中发生如下反应:xA(g)+yB(g) zC(g),达到平衡后,测得A的浓度为0.5mol/L,当在恒温下将密闭容器的容积扩大1倍再达平衡时,测得A的浓度为0.3mol/L。则下列叙述正确的是()

  16.下图曲线a表示放热反应X(g)+Y(g) Z(g)+M(g)+N(s)进行过程中X的转化率随时间变化的关系。若要改变起始条件,使反应过程按b曲线进行,可采取的措施是

  17、一定温度下,在2 L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如下图所示:

  21.合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),673K,30MPa下n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如下图所示。下列叙述正确的是

  22.在密闭容器中加入2molA和1molB发生反应2A(g)+B(g) 3C(g)+D(g),达到平衡时C的体积分数为。若保持容器体积和温度不变,以下配比作为起始物质:

  (5)若将题中“保持体积和温度不变”改为“保持压强和温度不变”,则C的体积分数为的是___________。

  (3)600℃时,在一密闭容器中,将二氧化硫和氧气混合,反应过程中SO2、O2、SO3物质的量变化如图,反应处于平衡状态的时间是________。

  (4)据图判断,反应进行至20 min时,曲线发生变化的原因是__________(用文字表达)。

  24.在某一容积为2 L的密闭容器内,加入0.8 mol的H2和0.6 mol的I2,在一定的条件下发生如下反应:

  (3)反应达到平衡后,第8分钟时:① 若升高温度,化学平衡常数K(填写增大、减小或不变)HI浓度的变化正确 ;(用图2中a~c的编号回答)② 若加入I2,H2浓度的变化正确的是 。(用图2中d~f的编号回答)

  (4)反应达到平衡后,第8分钟时,若反容器的容积扩大一倍,请在图3中画出8分钟后HI浓度的变化情况。

  25.将等物质的量的A、B、C、D四种物质混合,发生如下反应:aA+bB cC(s)+dD。当反应进行一定时间后,测得A减少了nmol,B减少了 mol,C增加了 nmol,D增加了nmol,此时达到化学平衡。

  (3)若只升高温度,反应一段时间后,测知四种物质的物质的量又达到相等,则该反应为________________(填“放热”或“吸热”)反应。

  26、热力学是专门研究能量相互转变过程中所遵循的法则的一门科学。在热力学研究中,为了明确研究的对象,人为地将所注意的一部分物质或空间与其余的物质或空间分开。被划分出来作为研究对象的这一部分称之为体系;而体系以外的其他部分则称之为环境。热化学方程式中的H实际上是热力学中的一个物理量,叫做焓,在化学上表示一个封闭体系中化学反应的能量和对环境所作的功的和。一个体系的焓(H)的绝对值到目前为止还没有办法测得,但当体系发生变化时,我们可以测得体系的焓的变化,即焓变,用“H”表示,H=H(终态)-H(始态)。

  I-浓度对反应速率的影响________________Fe3+浓度对反应速率的影响。(选填:小于、大于、等于)

  28、某化学反应2A B+D在四种不同条件下进行,B、D起始浓度为见反应物A的浓度(mol/L)随反应时间(min)的变化情况如下表:

  (2)在实验2,A的初始浓度C2= mol/L,反应经20分钟就达到平衡,可推测实验2中还隐含的条件是 。

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