1、學案六化學速率平衡圖表分析與數據處理學案六化學速率平衡圖表分析與數據處理【教學目標】【教學目標】1.理解化學平衡圖像的意義，掌握化學平衡圖像題的解法。理解化學平衡圖像的意義，掌握化學平衡圖像題的解法。2.借助速率和平衡的圖像，了解平衡在生活、生產和科學研究領域中的重要作用。借助速率和平衡的圖像，了解平衡在生活、生產和科學研究領域中的重要作用。3.通過對通過對“化學反應速率和化學平衡化學反應速率和化學平衡”的圖表以及的圖表以及“化學反應的過程圖像化學反應的過程圖像”的分析，的分析，提高學生對圖表信息進行綜合處理和加工的能力。提高學生對圖表信息進行綜合處理和加工的能力。4.通過同學之間對圖像題的解

2、題方法的討論分析，體會同伴間互助學習的必要性。通過同學之間對圖像題的解題方法的討論分析，體會同伴間互助學習的必要性。【教學重點】【教學重點】閱讀表格數據、圖像，對化學平衡的綜合分析，解決實際問題。閱讀表格數據、圖像，對化學平衡的綜合分析，解決實際問題。【教學難點】【教學難點】平衡圖像解題思路、方法與技巧。平衡圖像解題思路、方法與技巧。【考情分析】【考情分析】從近幾年看，化學反應速率和化學平衡的考查，試題的創新性、探從近幾年看，化學反應速率和化學平衡的考查，試題的創新性、探究性逐年提升，如：考查問題多樣化的平衡圖像問題，通過設計新穎的速率、平衡究性逐年提升，如：考查問題多樣化的平衡圖像問題，通過

3、設計新穎的速率、平衡計算以及通過圖像、表格獲取信息、數據等試題在情境上、取材上都有所創新，而計算以及通過圖像、表格獲取信息、數據等試題在情境上、取材上都有所創新，而且化學反應速率與化學平衡還與元素化合物知識相互聯系，綜合考查，并且兩者的且化學反應速率與化學平衡還與元素化合物知識相互聯系，綜合考查，并且兩者的結合也日趨緊密。如結合也日趨緊密。如2015全國卷全國卷28，2016全國卷全國卷27，2017全國卷全國卷28等。等。1.常見速率、平衡圖像常見速率、平衡圖像(1)物質的量物質的量(或濃度或濃度)時間圖像時間圖像例如，某溫度時，在定容例如，某溫度時，在定容(V L)容器中，容器中，X、Y、

4、Z三種物質的物質的量隨時間的變化三種物質的物質的量隨時間的變化曲線如圖所示。曲線如圖所示。(2)含量含量時間時間溫度溫度(壓強壓強)常見形式有如下幾種。常見形式有如下幾種。(C%指生成物的質量分數；指生成物的質量分數；B%指某反應物的質量分數指某反應物的質量分數)(3)恒壓恒壓(溫溫)的圖像分析的圖像分析該類圖像的縱坐標為物質的平衡濃度該類圖像的縱坐標為物質的平衡濃度(c)或反應物的轉化率或反應物的轉化率()，橫坐標為溫度，橫坐標為溫度(T)或壓或壓強強(p)，常見類型如下所示：，常見類型如下所示：如圖如圖2所示曲線是其他條件不變時，某反應物的最大轉化率所示曲線是其他條件不變時，某反應物的最大

5、轉化率()與溫度與溫度(T)的關系曲線，的關系曲線，圖中標出的圖中標出的1、2、3、4四個點，表示四個點，表示v正正v逆逆的點是的點是3，表示，表示v正正v逆逆的點是的點是1，而，而2、4點表示點表示v正正v逆逆。2.解答化學平衡圖像題二個原則和三個步驟解答化學平衡圖像題二個原則和三個步驟(1)二個原則二個原則先拐先平。例如，在轉化率先拐先平。例如，在轉化率時間圖上，先出現拐點的曲線先達到平衡，此時推時間圖上，先出現拐點的曲線先達到平衡，此時推理可得該變化的溫度高、濃度大、壓強高。理可得該變化的溫度高、濃度大、壓強高。定一論二。當圖像中有三個量時，先確定一個量不變再討論另外兩個量的關系。定一論

6、二。當圖像中有三個量時，先確定一個量不變再討論另外兩個量的關系。(2)三個步驟三個步驟看懂圖像：看圖像要五看。一看面，即看清橫坐標和縱坐標；二看線，即看線的看懂圖像：看圖像要五看。一看面，即看清橫坐標和縱坐標；二看線，即看線的走向、變化趨勢；三看點，即看曲線的起點、終點、交點、拐點、原點、極值點等；走向、變化趨勢；三看點，即看曲線的起點、終點、交點、拐點、原點、極值點等；四看要不要作輔助線、如等溫線、等壓線；五看定量圖像中有關量的多少。四看要不要作輔助線、如等溫線、等壓線；五看定量圖像中有關量的多少。聯想聯想規律：聯想外界條件對化學反應速率和化學平衡的影響規律。規律：聯想外界條件對化學反應速率

7、和化學平衡的影響規律。推理判斷：結合題推理判斷：結合題中給定的化學反應和圖像中的相關信息，根據有關知識規律分析作出判斷。中給定的化學反應和圖像中的相關信息，根據有關知識規律分析作出判斷。【典例典例1】某溫度下進行反應：某溫度下進行反應：COCl2(g) Cl2(g)CO(g)，向，向2.0 L恒容密閉容器中充恒容密閉容器中充入入1.0 mol COCl2(g)，經過一段時間后達到平衡。反應過程中測得的有關數據見下，經過一段時間后達到平衡。反應過程中測得的有關數據見下表：表：考點指導考點指導1化學平衡中的表格數據處理化學平衡中的表格數據處理t/s02468n(Cl2)/mol00.300.390

8、.400.40(1)02 s內，內，v(Cl2)_。(2)保持其他條件不變，升高溫度，平衡時保持其他條件不變，升高溫度，平衡時Cl20.22 molL1，則反應的，則反應的H_(填填“”、“”或或“”)0。(3)該溫度下，此反應的平衡常數該溫度下，此反應的平衡常數K_；若在；若在2 L恒容絕熱恒容絕熱(與外界沒有熱量交與外界沒有熱量交換換)密閉容器中進行該反應，則該反應密閉容器中進行該反應，則該反應K將將_(填填“增大增大”、“減小減小”或或“不不變變”)。(4)保持其他條件不變，起始時向容器中充入保持其他條件不變，起始時向容器中充入1.2 mol COCl2、0.60 mol Cl2和和0.

9、60 mol CO，反應達到平衡前的速率：，反應達到平衡前的速率：v(正正)_(填填“”、“”或或“”)v(逆逆)。(5)若起始時向該容器中充入若起始時向該容器中充入2.0 mol COCl2(g)，經過一段時間后達到平衡，經過一段時間后達到平衡，n(Cl2)_(填填“”、“”或或“”)0.8 mol。(6)保持其他條件不變，起始向容器中充入保持其他條件不變，起始向容器中充入1.0 mol Cl2和和1.2 mol CO，達到平衡時，達到平衡時，Cl2的轉化率的轉化率_(填填“”、“”或或“”)60%。(7)若該反應是在恒溫恒壓下進行，則達到平衡時反應物的轉化率將若該反應是在恒溫恒壓下進行，則

10、達到平衡時反應物的轉化率將_(填填“”、“”或或“”)40%。(5)若起始充入若起始充入2.0 mol COCl2(g)，體積擴大，體積擴大2倍，則達到平衡時倍，則達到平衡時n(Cl2)0.8 mol，壓回，壓回原體積，即增大壓強，平衡逆向移動，原體積，即增大壓強，平衡逆向移動，n(Cl2)減小。減小。(6)若充入若充入1.0 mol Cl2和和1.0 mol CO，則與原平衡等效，達到平衡時，則與原平衡等效，達到平衡時，Cl2的轉化率等于的轉化率等于60%，現在是充了，現在是充了1.0 mol Cl2和和1.2 mol CO，多充入，多充入CO，則，則Cl2的轉化率增大。的轉化率增大。(7)

11、恒溫恒容的容器中，隨著反應恒溫恒容的容器中，隨著反應的進行，壓強增大，平衡逆向移動，轉化率減小。所以恒溫恒壓的容器中轉化率大的進行，壓強增大，平衡逆向移動，轉化率減小。所以恒溫恒壓的容器中轉化率大些。些。答案答案(1)0.075 molL1s1(2)(3)0.133 molL1減小減小(4)(5)(6)(7)【課堂對點訓練課堂對點訓練】1.某同學學習了化學反應速率后，聯想到曾用某同學學習了化學反應速率后，聯想到曾用H2O2制備氧氣，于是設計了下面的實驗制備氧氣，于是設計了下面的實驗方案并進行實驗探究。方案并進行實驗探究。實驗編號實驗編號反應物反應物催化劑催化劑甲甲試管中加入試管中加入3 mL

12、2% H2O2溶液和溶液和3滴蒸餾水滴蒸餾水無無乙乙試管中加入試管中加入3 mL 5% H2O2溶液和溶液和3滴蒸餾水滴蒸餾水無無丙丙試管中加入試管中加入3 mL 5% H2O2溶液和溶液和3滴蒸餾水滴蒸餾水1 mL 0.1 molL1 FeCl3溶液溶液丁丁試管中加入試管中加入3 mL 5% H2O2溶液和溶液和3滴稀鹽酸溶液滴稀鹽酸溶液1 mL 0.1 molL1 FeCl3溶液溶液戊戊試管中加入試管中加入3 mL 5% H2O2溶液和溶液和3滴滴NaOH溶液溶液1 mL 0.1 molL1 FeCl3溶液溶液(1)上述實驗發生反應的化學方程式為上述實驗發生反應的化學方程式為_。(2)實驗

13、甲和實驗乙的實驗目的是實驗甲和實驗乙的實驗目的是_；實驗丙、實驗丁和實驗戊的實驗目的是實驗丙、實驗丁和實驗戊的實驗目的是_。( 3 ) 分 析分 析 H2O2的 性 質 ， 解 釋 實 驗 甲 和 實 驗 乙 能 否 達 到 實 驗 目 的 ：的 性 質 ， 解 釋 實 驗 甲 和 實 驗 乙 能 否 達 到 實 驗 目 的 ：_。(4)實驗過程中該同學對實驗丙、丁、戊中產生的氣體進行收集，并在實驗過程中該同學對實驗丙、丁、戊中產生的氣體進行收集，并在2 min內內6個時個時間點對注射器內氣體進行讀數，記錄數據如表。間點對注射器內氣體進行讀數，記錄數據如表。時間時間/s204060801001

14、20氣體體積氣體體積/mL實驗丙實驗丙9.519.529.036.546.054.5實驗丁實驗丁8.016.023.531.539.046.5實驗戊實驗戊15.530.044.558.571.583.0對實驗戊，對實驗戊，020 s的反應速率的反應速率v1_ mLs1，100120 s的反應速率的反應速率v2_ mLs1。不考慮實驗測量誤差，二者速率存在差異的主要原因是。不考慮實驗測量誤差，二者速率存在差異的主要原因是_。如圖是根據實驗收集到最大體積的氣體時所用時間繪制的圖像。曲線如圖是根據實驗收集到最大體積的氣體時所用時間繪制的圖像。曲線c表示的是實表示的是實驗驗_(填填“丙丙”、“丁丁”或

15、或“戊戊”)。解析解析(1)過氧化氫在催化劑作用下分解生成氧氣和水。過氧化氫在催化劑作用下分解生成氧氣和水。(2)對比實驗甲和乙，可知不對比實驗甲和乙，可知不同的是過氧化氫的濃度；對比實驗丙、丁、戊，可知不同的是同的是過氧化氫的濃度；對比實驗丙、丁、戊，可知不同的是H2O2溶液的酸堿性。溶液的酸堿性。(3)過氧化氫在不加熱且沒有催化劑作用的條件下性質比較穩定，故實驗甲和乙盡管過氧化氫在不加熱且沒有催化劑作用的條件下性質比較穩定，故實驗甲和乙盡管H2O2濃度不同，但濃度不同，但H2O2均不會分解生成氧氣。均不會分解生成氧氣。(4)由于實驗戊產生氧氣的速率最快，由于實驗戊產生氧氣的速率最快，實驗丁

16、產生氧氣的速率最慢，可推知圖像中曲線實驗丁產生氧氣的速率最慢，可推知圖像中曲線a、b、c對應的分別為實驗戊、丙、對應的分別為實驗戊、丙、丁。丁。【典例典例2】用用NH3催化還原催化還原NxOy可以消除氮氧化物的污染。可以消除氮氧化物的污染。考點指導考點指導2速率、平衡圖像分析速率、平衡圖像分析溫度溫度/K反應反應反應反應已知：已知：K2K1K2K1298K1K2398K1K2(1)推測反應推測反應是是_反應反應(填填“吸熱吸熱”或或“放熱放熱”)(2)相同條件下，反應相同條件下，反應在在2 L密閉容器內，選用不同的催化劑，反應產生密閉容器內，選用不同的催化劑，反應產生N2的量隨時的量隨時間變化

17、如圖所示。間變化如圖所示。計算計算04分鐘在分鐘在A催化劑作用下，反應速率催化劑作用下，反應速率v(NO)_。下列說法正確的是下列說法正確的是_。A.該反應的活化能大小順序是：該反應的活化能大小順序是：Ea(A)Ea(B)Ea(C)B.增大壓強能使反應速率加快，是因為增加了活化分子百分數增大壓強能使反應速率加快，是因為增加了活化分子百分數C.單位時間內單位時間內HO鍵與鍵與NH鍵斷裂的數目相等時，說明反應已經達到平衡鍵斷裂的數目相等時，說明反應已經達到平衡D.若在恒容絕熱的密閉容器中發生反應，當若在恒容絕熱的密閉容器中發生反應，當K值不變時，說明反應已達到平衡值不變時，說明反應已達到平衡(3)

18、一定條件下，反應一定條件下，反應達到平衡時體系中達到平衡時體系中n(NO)n(O2)n(NO2)212。在其。在其他條件不變時，再充入他條件不變時，再充入NO2氣體，分析氣體，分析NO2體積分數體積分數(NO2)的變化情況：恒溫恒的變化情況：恒溫恒壓容器，壓容器，(NO2)_；恒溫恒容容器，；恒溫恒容容器，(NO2)_(填填“變大變大”、“變小變小”或或“不變不變”)。(4)一定溫度下，反應一定溫度下，反應在容積可變的密閉容器中達到平衡，此時容積為在容積可變的密閉容器中達到平衡，此時容積為3 L，N2與與反應時間反應時間t變化曲線變化曲線X如圖所示，若在如圖所示，若在t1時刻改變一個條件，曲線

19、時刻改變一個條件，曲線X變為曲線變為曲線Y或曲線或曲線Z。則：則：變為曲線變為曲線Y改變的條件是改變的條件是_。變為曲線變為曲線Z改變的條件是改變的條件是_。若若t2時降低溫度，時降低溫度，t3時達到平衡，請在圖中畫出曲線時達到平衡，請在圖中畫出曲線X在在t2t4內內N2的變化曲線。的變化曲線。(3)恒溫恒壓容器中的平衡是等效平衡，恒溫恒壓容器中的平衡是等效平衡，(NO2)不變；恒溫恒容容器，再充入不變；恒溫恒容容器，再充入NO2氣氣體，等效于增大壓強，平衡正向移動，體，等效于增大壓強，平衡正向移動，(NO2)變大。變大。(4)曲線曲線Y比曲線比曲線X先達到平衡，但平衡狀態相同，改變的條件是加

20、入催化劑；曲線先達到平衡，但平衡狀態相同，改變的條件是加入催化劑；曲線Z條件下，條件下，N2的濃度由的濃度由2 molL1瞬間增大到瞬間增大到3 molL1，容器體積應由，容器體積應由3 L減小到減小到2 L，改變的條件是：將容器的體積快速壓縮至改變的條件是：將容器的體積快速壓縮至2 L。該反應是吸熱反應，降低溫度時，該反應是吸熱反應，降低溫度時，平衡逆向移動，平衡逆向移動，N2在原有基礎上逐漸減小，直到達到新的平衡。在原有基礎上逐漸減小，直到達到新的平衡。答案答案(1)吸熱吸熱(2)0.375 molL1min1CD(3)不變變大不變變大(4)加入催化劑將容器的體積快速壓縮至加入催化劑將容器

21、的體積快速壓縮至2 L圖像如圖圖像如圖【課堂對點訓練課堂對點訓練】2.(1)將將0.05 mol SO2(g)和和0.03 mol O2(g)放入容積為放入容積為1 L的密閉容器中發生反應，反應的密閉容器中發生反應，反應2SO2(g)O2(g) 2SO3(g)的能量變化如圖所示，在一定條件下達到平衡，測得的能量變化如圖所示，在一定條件下達到平衡，測得SO30.04 molL1，則該條件下反應的平衡常數，則該條件下反應的平衡常數K為為_，若溫度升高，若溫度升高，K將將_(填填“增大增大”或或“減小減小”)。(2)600 時，在時，在1 L的密閉容器中，將二氧化硫和氧氣混合，反應過程中的密閉容器中

22、，將二氧化硫和氧氣混合，反應過程中SO2、O2、SO3物質的量變化如圖所示。據圖判斷：物質的量變化如圖所示。據圖判斷：010 min，v(O2)_。10 min到到15 min內曲線變化的原因可能是內曲線變化的原因可能是_(填寫編號填寫編號)。a.使用了催化劑使用了催化劑 b.b.縮小容器體積縮小容器體積c.降低溫度降低溫度 d.d.增加增加SO3的物質的量的物質的量答案答案(1)1 600 Lmol1減小減小(2)0.000 5 molL1min1ab【典例典例3】甲醇是重要的化工原料，又可做為燃料。利用合成氣甲醇是重要的化工原料，又可做為燃料。利用合成氣(主要成分為主要成分為CO、CO2和

23、和H2)在催化劑的作用下合成甲醇，發生的主反應如下：在催化劑的作用下合成甲醇，發生的主反應如下：考點指導考點指導3平衡圖表題綜合應用平衡圖表題綜合應用回答下列問題：回答下列問題：(1)物質的標準生成熱是常用的化學熱力學數據，可以用來計算化學反應熱。即化學物質的標準生成熱是常用的化學熱力學數據，可以用來計算化學反應熱。即化學反應熱：反應熱：H生成物標準生成熱總和反應物標準生成熱總和。生成物標準生成熱總和反應物標準生成熱總和。已知四種物質的標準生成熱如下表：已知四種物質的標準生成熱如下表：物質物質COCO2H2CH3OH(g)標準生成熱標準生成熱(kJ/ mol )110.52393.510201

24、.25A.計算計算H1_kJ/ molB.H3_0(填填“”“”)(2)由甲醇在一定條件下制備甲醚。一定溫度下，在三個體積均為由甲醇在一定條件下制備甲醚。一定溫度下，在三個體積均為1.0L的恒容密閉容的恒容密閉容器中發生反應：器中發生反應：2CH3OH(g) CH3OCH3(g)H2O(g)。實驗數據見下表：。實驗數據見下表：容器容器編號編號溫度溫度()起始物質的量起始物質的量(mol)平衡物質的量平衡物質的量(mol)CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)CH3OCH3(g)H2O(g)a3870.20000.0800.080b3870.4000 c2070.20000.0900.

25、090下列說法正確的是下列說法正確的是_。A.該反應的正反應為放熱反應該反應的正反應為放熱反應B.達到平衡時，容器達到平衡時，容器a中的中的CH3OH體積分數比容器體積分數比容器b中的小中的小C.容器容器a中反應到達平衡所需時間比容器中反應到達平衡所需時間比容器c中的長中的長D.若起始時向容器若起始時向容器a中充入中充入CH3OH 0.15 mol 、CH3OCH3 0.15 mol 和和H2O 0.10 mol，則反應將向正反應方向進行則反應將向正反應方向進行(3)合成氣的組成合成氣的組成n(H2)/n(COCO2)2.60時，體系中的時，體系中的CO平衡轉化率平衡轉化率()與溫度和與溫度和

26、壓強的關系如圖所示。壓強的關系如圖所示。(CO)值隨溫度升高而值隨溫度升高而_(填填“增大增大”或或“減小減小”)，其原因是，其原因是_。圖中圖中p1、p2、p3的大小關系為的大小關系為_，其判斷理由是，其判斷理由是_。(4)甲醇可以制成燃料電池，與合成氣制成燃料電池相比優點是甲醇可以制成燃料電池，與合成氣制成燃料電池相比優點是_；若以硫酸；若以硫酸作為電解質其負極反應為作為電解質其負極反應為_。解析解析(1)利用標準生成熱可計算反應的焓變利用標準生成熱可計算反應的焓變H1(201.25)(110.52)20kJ/ mol90.73 kJ/ mol ；利用蓋斯定律；利用蓋斯定律即可得到即可得到

27、，所以，所以H3H2H1 58 kJ/ mol(90.73 kJ/ mol)32.73 kJ/ mol 0。(2)容器容器a、c中中CH3OH的物質的量相同，而容器的物質的量相同，而容器a的溫度比容器的溫度比容器c高，平衡時高，平衡時CH3OCH3的物質的量：的物質的量：ac, 所所以升高溫度，平衡逆向移動，正反應為放熱反應，以升高溫度，平衡逆向移動，正反應為放熱反應，A項正確；比較容器項正確；比較容器a、b中數據，中數據，溫度不變，初始量成倍數，而該反應是氣體體積不變的反應，初始量加倍相當于加溫度不變，初始量成倍數，而該反應是氣體體積不變的反應，初始量加倍相當于加壓，平衡不移動，故達到平衡時

28、，容器壓，平衡不移動，故達到平衡時，容器a中的中的CH3OH體積分數與容器體積分數與容器b中的相等；容中的相等；容器器a比容器比容器c溫度高，反應快，達到平衡所需時間短，溫度高，反應快，達到平衡所需時間短，C項錯誤；利用容器項錯誤；利用容器a中的數據中的數據可求得該溫度下的化學平衡常數可求得該溫度下的化學平衡常數K4，然后通過比較選項，然后通過比較選項D中數據計算出的濃度熵中數據計算出的濃度熵Qc0.67K，所以反應將向正反應方向進行，所以反應將向正反應方向進行，D項正確。項正確。(3)由圖像可知由圖像可知(CO)值隨溫度升高而減小，可通過溫度升高對反應值隨溫度升高而減小，可通過溫度升高對反應

29、和反應和反應的的影響進行分析，升高溫度時，反應影響進行分析，升高溫度時，反應為放熱反應，平衡向左移動，使得體系中為放熱反應，平衡向左移動，使得體系中CO的的量增大；反應量增大；反應為吸熱反應，平衡向右移動，為吸熱反應，平衡向右移動，CO產生的量也增大；總結果，隨溫度產生的量也增大；總結果，隨溫度升高，使升高，使CO的轉化率降低。的轉化率降低。相同溫度下，反應相同溫度下，反應前后氣體分子數不變，壓強改變前后氣體分子數不變，壓強改變不影響其平衡移動，反應不影響其平衡移動，反應正反應為氣體分子數減小的反應，增大壓強，有利于平正反應為氣體分子數減小的反應，增大壓強，有利于平衡向正反應方向移動，從而引起衡向正反應方向移動，從而引起CO的轉化率增大，所以增大壓強有利于的轉化率增大，所以增大壓強有利于CO的轉化的轉化率升高，故壓強：率升高，故壓強：p1p2p3。(4)甲醇可以制成燃料電池，與合成氣制成燃料電池相甲醇可以制成燃料電池，與合成氣制成燃料電池相比優點是裝置簡單，減小了電池的體積。若以硫酸作為電解質其負極區比優點是裝置簡單，減小了電池的體積。若以硫酸作為電解質其負極區CH3OH失去失去電子生成電子生成CO2，電極反應式為，電極反應式為CH3OH6eH2O=CO26H。答案答案(1)90.73 (2)AD(3) 減小升高溫度時，反應減小升高溫度時，反應為放熱反應，平衡