第51講 化學反應速率和化學平衡簡答題 課件(共38張PPT)-2024年高考化學一輪復習(新教材新高考)

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第51講

化學反應速率和化學平衡簡答題

2024

高考化學一輪復習

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(考查前兩個角度居多)，實際上就是效益最大化的問題。

1.條件選擇類

(1)實驗最佳條件的選擇或控制就是為了又“快”又“好”地生產(chǎn)，即主要是從反應速率與轉(zhuǎn)化率(化學平衡)兩個角度來分析?！翱臁本褪翘岣叻磻俾?，“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、壓強與催化劑，其中溫度與壓強是試題中經(jīng)?？疾榈囊蛩?。

(2)從速率、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率、純度等角度分析，選擇最佳條件。如針對反應速率時，思考方向為如何提高浸出速率、如何提高反應速率等；針對平衡轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率時，可運用平衡移動原理解釋(其他條件不變的情況下，改變××條件，可逆反應平衡向××方向移動，導致××發(fā)生變化)；針對綜合生產(chǎn)效益時，可從原料成本，原料來源是否廣泛、是否可再生，能源成本，對設(shè)備的要求，環(huán)境保護，綠色化學等方面作答。

(3)選擇當前條件的優(yōu)勢，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，壓強過小或過大，也要進行分析。

2.原因分析類

(1)依據(jù)化學反應速率和平衡移動原理，分析造成圖像曲線變化的原因。

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

(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的分析

1.用(NH4)2CO3捕碳的反應：(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)2NH4HCO3(aq)。為研究溫度對(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，保持其他初始實驗條件不變，分別在不同溫度下，經(jīng)過相同時間測得CO2氣體濃度，得到趨勢圖：

(1)c點的逆反應速率和d點的正反應速率

的大小關(guān)系為v逆(c)____(填“＞”“＝”

或“＜”)v正(d)。

＜

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

解析

(2)b、c、d三點的平衡常數(shù)Kb、Kc、Kd從大到小的順序為____________。

Kb＞Kc＞Kd

根據(jù)圖像，溫度為T3時反應達平衡，此后溫度升高，c(CO2)增大，平衡逆向移動，說明正反應是放熱反應。升高溫度，平衡逆向移動，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，其原因是__________

_________________________________________________________________________

________________________。

T3～T4溫度

區(qū)間，化學反應已達到平衡，由于正反應是放熱反應，溫度升高平衡向逆反應方向移動，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，該反應在無分子篩膜時甲醇的平衡產(chǎn)率和有分子篩膜時甲醇的產(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為______

____________________________________________

_________。

該反應

為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動(或平衡常數(shù)減小)

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

解析

②P點甲醇產(chǎn)率高于T點的原因為_____________________________________________

___________________________。

分子篩膜從反應體系中不斷分離出H2O，有利于反

應正向進行，甲醇產(chǎn)率升高

P點有分子篩膜，T點無分子篩膜，而分子篩膜能選擇性分離出H2O，使平衡正向移動，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的最佳反應溫度為______℃。

210

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

解析

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

不同壓強下，按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3

投料，實驗測定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。

其中縱坐標表示CO2平衡轉(zhuǎn)化率的是圖

______(填“甲”或“乙”)；壓強p1、p2、

p3由大到小的順序為__________；圖乙中

T1溫度時，三條曲線幾乎交于一點的原因是___________________________________

__________________________________。

乙

p1＞p2＞p3

T1時以反應Ⅲ為主，反應Ⅲ前后氣體分

子數(shù)相等，壓強改變對平衡沒有影響

由反應Ⅰ、Ⅱ可知，隨著溫度的升高，甲醇的平衡產(chǎn)率逐漸降低，因此圖甲的縱坐標表示的是甲醇的平衡產(chǎn)率，圖乙的縱坐標表示的是CO2的平衡轉(zhuǎn)化率。同溫度下，隨著壓強的增大，甲醇的平衡產(chǎn)率應增大，因此壓強由大到小的順序為p1＞p2＞p3。圖乙中，當升溫到T1時，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強的大小無關(guān)，說明以反應Ⅲ為主，因為反應Ⅲ前后氣體分子數(shù)相等。

解析

(1)對于化學反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，M點前，表示從反應物開始，v正>v逆；M點為剛達到平衡點(如圖)；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ΔH＜0。

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

題組二曲線變化趨勢的分析

4.乙烯氣相水合反應的熱化學方程式為

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、

壓強的關(guān)系[其中n(H2O)∶n(C2H4)＝

1∶1]。圖中壓強(p1、p2、p3、p4)的大小順序為____________，理由是______________________________________________________________________。

p4>p3>p2>p1

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

5.汽車使用乙醇汽油并不能減少NOx的排放，某研究小組在實驗室以耐高溫試劑Ag-ZSW-5催化，測得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，其可能的原因為_________

_____________________________________。

(3)用平衡移動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)

該反應放

熱，升高溫度，反應向逆反應方向進行

加入的CO會與

NO的分解產(chǎn)物O2發(fā)生反應，促進NO分解

平衡向生成N2的方向移動，導致NO的轉(zhuǎn)化率增大

6.下圖是在一定時間內(nèi)，使用不同催化劑Mn和Cr在不同溫度下對應的脫氮率，由圖可知工業(yè)使用的最佳催化劑為______，相應溫度為_______；使用Mn作催化劑時，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，脫氮反應速率較慢，反應還沒達到化學平衡，隨著溫度升高反應速率變大，一定時間參與反應的氮氧化物變多，導致脫氮率逐漸增大

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，主要反應過程如下：

在盛有催化劑TiO2、壓強為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，通過實驗測得平衡體系中含碳物質(zhì)(乙

醇除外)的物質(zhì)的量分數(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)的量分數(shù)

先增大后減小的原因為__________________________

______________________________________________

______________________________________________

______________，N點對應反應Ⅱ的平衡常數(shù)Kx＝_____(x代表物質(zhì)的量分數(shù))。

溫度較低時，反應Ⅰ進行的

程度大，(g)的物質(zhì)的量分數(shù)增大；溫度

較高時反應Ⅱ進行的程度增大，(g)的物質(zhì)

的量分數(shù)減小

根據(jù)圖像可知，溫度較低時，(g)的物質(zhì)

的量分數(shù)很小，隨溫度升高(g)的物質(zhì)

的量分數(shù)增大，(g)是反應Ⅰ的生成物、

反應Ⅱ的反應物，故隨著溫度的升高，(g)

的平衡物質(zhì)的量分數(shù)先增大后減小的原因為溫度較低時，反應Ⅰ進行的程度大，

(g)的物質(zhì)的量分數(shù)增大；溫度較高時反應Ⅱ進行的程度增大，

(g)的物質(zhì)的量分數(shù)減小。

解析

N點時，(g)的物質(zhì)的量分數(shù)為0，

(g)完全消耗，(g)和

(g)的物質(zhì)的量分數(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(g)物質(zhì)的量為xmol，

反應Ⅰ生成的(g)和H2O(g)的物質(zhì)的量均

為2mol，則反應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(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，K1＝0，原因是___________________________。

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

____________(寫一條)。

未達到自發(fā)進行反應的溫度

等合理答案)

解析

④T℃時，向密閉容器中充入1molCO(g)和3molH2O(g)，只發(fā)生反應Ⅱ，此時該反應的平衡常數(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)境保護角度分析，該制氫工藝中設(shè)計反應Ⅲ的優(yōu)點是____________________

_______。

減少溫室氣體(CO2)的

排放

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

解析

(3)起始時在氣化爐中加入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，CH4的量不斷減少的

原因是