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1、第九章化学反应速率 化学平衡,第三节 化学平衡图象及化学反应 原理的综合应用,复习目标展示 1.掌握几种典型的化学图象及其分析方法。 2.了解合成氨工业的生产流程及生产条件的选择。 3.能够综合利用反应速率原理和平衡原理讨论有关工业生产问题。,知识点1 外界条件对化学平衡影响的基本图象 问题1：常见的化学平衡图象有哪几种类型？ 常见类型 对于反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g),若mnp q, 且H0(想一想：将图补充完整) 1V-t图象,2.c-t图象 (1)可逆反应达到平衡时，宏观速率(从某反应物量的消耗或某 生成物量的增加来计算)为零,此时各物质的浓度不一定相等、 不一定与方程式
2、的计量数成比例。,3.c-p（T）图象,4.其他图象,a是在b的基础上加入正催化剂,【思维延伸】 (1)浓度时间图 此类图象能说明平衡体系各组分(或某一成 分)在反应过程中的变化情况。 如A+BAB反应情况如右图所示，此类图 象要注意各物质曲线的折点(达平衡)时刻 相同,各物质浓度变化的内在联系及比例符合化学方程式中 的化学计量数关系。 (2)含量时间温度(压强)图 常见形式有如下几种(C%指其产物的质量分数；B%指某反应,物的质量分数)，如下图所示：,知识点2 合成按工业 问题2：怎样选择合成氨工业的生产条件？ 5合成氨工业的简要流程可用方框图表示为：,(2)制得的N2、H2需净化、除杂质、
3、再用 压缩至高压。 (3)氨的合成：在适宜的条件下，在 中进行。 (4)氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，并将没有转化成NH3的 和 循环送入合成塔，使其充分利用，提高原料的利用率。,压缩机,合成塔,N2,H2,6适宜条件的选择,500,2107Pa 5107Pa,铁触媒,【思维延伸】 合成氨工业上投入原料N2和H2时，体积比一般不是13，而是 12.6或12.4，即使用过量的N2，提高H2的利用率；因为N2 来自空气，来源丰富，成本低容易得到。,考点1 化学平衡图象分析法 1不管是速率图象还是平衡图象,都要搞清纵、横坐标的 含义,都要与化学原理相联系,特别是与平衡移动原理 相联系。 2
4、三步分析法:一看反应速率是增大还是减小;二看v正、 v逆的相对大小；三看化学平衡移动的方向。 3四要素分析法：看曲线的起点;看曲线的变化趋势；看 曲线的转折点;看曲线的终点。(一定要注意可逆反应的 特点。),4先拐先平:对于可逆反应mA(g)nB(g) pC(g)qD(g), 在转化率时间曲线中,先出现拐点的曲线先达到平衡。它 所对应的温度高或压强大。这时如果转化率也增大，则反应 中H0，mnpq；若转化率降低， 则H0，mnpq。 5定一议二：图象中有三个变量时，先确定一个量不变， 再讨论另外两个变量的关系。 【例1】 (2009重庆理综，13) 各可逆反应达平衡后，改变 反应条件，其变化趋
5、势正确的是(),解析：本题考查化学平衡图象知识。选项A，CH3COOH溶出液中加入CH3COONa晶体，增大了溶液中的c(CH3COO)，CH3COOH电离平衡向左移动，溶液中的c(H)减小，pH增大，错误。选项B，加入KCl对平衡无影响，c(Fe3)不变。选项C，恒温恒压下加入稀有气体，平衡向着气体物质的量增大的方向(逆反应)移动，H2的转化率降低。选项D，该可逆反应的正反应为吸热反应，升温平衡向正反应方向移动，CH3OCH3转化率增大，正确。 答案：D,变式练习,1(2009全国理综，13)下图表示反应X(g) 4Y(g) Z(g),H0,在某温度时X的浓度随时间变化的曲线：,下列有关该反
6、应的描述正确的是 (),A第6 min后，反应就终止了 BX的平衡转化率为85% C若升高温度，X的平衡转化率将大于85% D若降低温度，v正和v逆将以同样倍数减小 解析：A项，6 min时反应达到了平衡状态，但正、逆反应并未停止，；B项,X的起始浓度为1.0 molL1,平衡时为0.15 molL1，浓度变化量为0.85 molL1，转化率为85%；C项，正反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，X的转化率将小于85%；D项，降温正、逆反应速率均减小，但逆反应速率减小的倍数大于正反应速率减小的倍数。 答案：B,考点2 合成氨工业 合成氨工业的反应原理：N23H2 2NH3, H92.4 kJ
7、/mol；正反应为气体体积缩小的放热反应，每有 a mol NH3生成，气体总物质的量就减小a mol。 【例2】 (2009重庆联考题)有关合成氨工业的下列说法中,正确的 是() A从合成塔出来的混合气体,其中NH3只占15%，所以生产氨的 工厂的效率都很低 B由于氨易液化,N2、H2在实际生产中是循环使用的，所以总 体来说氨的产率很高 C合成氨工业的反应温度控制在500,目的是使化学平衡向正 反应方向移动,D合成氨厂采用的压强是2050 MPa，因为该压强下铁触媒 的活性最大 解析：本题考查了合成氨工业的基础知识，需要从反应速率和化学平衡两个角度理解合成氨反应的条件选择。合成氨工业中从合成
8、塔出来的混合气体，NH3只占15%，但由于分离出NH3后，N2和H2可循环使用，所以总体来说氨的产率是很高的，则A说法错误，B说法正确。合成氨工业的反应温度控制在500左右而不选择常温，是为了加快反应速率，且催化剂铁触媒在500时催化活性最高，C说法错误。合成氨的反应为气体体积减小的反应，增大压强主要是为了使平衡向正反应方向移动，与催化剂活性无关，D说法错误。 答案：B,变式练习 2如下图所示是合成氨的简单流程示意图：沿X路线回去的物 质是 () AN2和H2 B催化剂 CN2 DH2 解析：合成氨的工艺流程中，从合成塔出来的混合气体， 经过降温，分离出氨气，未反应的N2、H2可以循环使用，
9、以提高原料的利用率。 答案：A,客观题 以考查读图、析图能力以及图与原理相结合的知识内容 为主。 【考题一】 (全国高考题)右图是温度和压强对 XY2Z反应影响的示意图。图中横坐 标表示温度，纵坐标表示平衡时混合气体中 Z的体积分数。下列叙述正确的是() A上述可逆反应的正反应为放热反应 BX、Y、Z均为气态 CX和Y中只有一种为气态，Z为气态 D上述反应的逆反应的H0,审题视点：图中三条曲线均是等压线即压强一定时的变化线；同时还可以根据三条等压线做一个等温线(温度一定时变化线平行于纵轴)。 思路点拨：本题考查考生对曲线的分析能力。从图象可知，温度越高，Z的体积分数越大，说明升高温度，平衡正向
10、移动，正反应方向是吸热反应，A、D错；在图中所作等温线可知，压强越大，Z的体积分数越小，即增大压强，平衡逆向移动，逆反应方向是气体体积缩小的方向，所以Z必为气体，又因Z的体积分数发生了变化，说明除Z为气体外，还有其他气体，故X、Y中必有气体，且只有一种，B错，C正确。 标准答案：C,高分解密 解化学平衡图象题三步骤： (1)看懂图象：看图象要五看。一看面，即看清横坐标和纵坐标；二看线，即看线的走向、变化趋势；三看点，即看曲线的起点、终点、交点、拐点、原点、极值点等；四看要不要作辅助线，如等温线、等压线；五看定量图象中有关量的多少。 (2)联想规律：联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律
11、。 (3)推理判断：结合题中给定的化学反应和图象中的相关信息，根据有关知识规律分析作出判断。,主观题 以考查化学反应速率、化学平衡理论在实际生产、生 活中应用为主。 【考题二】 (12分)(2009广东单科，20)甲酸甲酯水解反应方程 式为： HCOOCH3(l)H2O(l) HCOOH(l) CH3OH(l)H0 某小组通过实验研究该反应(反应过程中体积变化忽略不 计)。反应体系中各组分的起始量如下表：,甲酸甲酯转化率在温度T1下随反应时间(t)的变化见下图：,(1)根据上述条件，计算不同时间范围内甲酸甲酯的平均反应速率，结果见下表：,请计算1520 min范围内甲酸甲酯的减少量为 mol，
12、甲酸甲酯的平均反应速率为 molmin1(不要求写出计算过程)。 (2)依据以上数据，写出该反应的反应速率在不同阶段的变化 规律及其原因： 。,0.045,9.0103,该反应中甲酸具有催化作用反应初期：虽然甲酸甲酯量较大，但甲酸量很小，催化效果不明显，反应速率较慢；反应中期：甲酸量逐渐增多，催化效果显著，反应速率明显增大；反应后期：甲酸量增加到一定程度后，浓度对反应速率的影响成主导因素，特别是逆反应速率的增大，使总反应速率逐渐减小，直至为零,(3)上述反应的平衡常数表达式为： ，则该反应在温度T1下的K值 为 。 (4)其他条件不变，仅改变温度为T2(T2大于T1)，画出温度T2下甲酸甲酯转
13、化率随反应时间变化的预期结果示意图。,0.14,点评 1温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响在实际 化工生产中都是为了在单位时间内产生最大经济效益为目 的。而外界条件的改变可能不利于平衡向生成物的方向移 动。 2该反应中几个表格和图像明确表明了反应中各物质的变化 情况，所以要充分利用这些图表。 点拨 (1)15 min时甲酸甲酯转化率为6.7%，20 min时甲酸甲酯转化率为11.2%，则其减少量为：1.0011.2%1.006.7%0.045 mol。平均反应速率为：,(2)由表中数据及(1)中计算出的1520 min的平均反应速率可知，反应前期反应速率增加，随着反应的进行反应速率增
14、加更快，反应后期反应速率又减小。结合影响反应速率的因素可推测是反应中生成的甲酸具有催化作用。反应初期生成甲酸量少，催化效果不明显，反应速率较慢，随着生成甲酸量增多，催化效果显著，反应速率明显增大，到反应后期，浓度对反应速率的影响起主导作用，使反应速率减小。 (3)平衡时甲酸甲酯转化率为24.0%，则,(4)升高温度，反应速率加快，达到平衡时间短；该反应是吸热反应，升高温度时平衡向正反应方向移动，故T2比T1温度下甲酸甲酯转化率要高；抓住这两点，则不难画出示意图。 作答与批改实录,题后反思 1不能正确识表图像，从图像中获取有用信息。 2根据化学平衡常数计算，要注意知识的合理迁移。即：浓度的确定。
15、 *(2010广州模拟一)甲醇(CH3OH)是一种重要的化工原料，合成 甲醇的主要反应为： CO(g)2H2(g) CH3OH(g)；H0。 .在一定条件下，上述反应在一密闭容器中达到平衡。 (1)体积不变的条件下,下列措施中有利于提高CO的转化率的是( ),A升高温度 B增大压强 C通入CO D通入H2 答案：BD (2)在保证H2浓度不变的情况下，增大容器的体积，平衡 (填字 母)。 (提示：已知平衡常数 只随温度改变而改变，若某体系中CO、H2、CH3OH的浓度存在上述关系，就说明该体系是平衡体系) A向正反应方向移动B向逆反应方向移动C不移动 作出此判断的理由是 。,C,该反应达到平衡时，平衡常数 。增大容器体积时， 等比例减小，由于H2浓度不变，此时的值仍然等于K，所以平衡不移动,.原料气的加工过程中常常混有一定量CO2，为了研究不同温度下CO2对该反应的影响，以CO2、CO和H2的混合气体为原料在一定条件下进行实验，结果表明，原料气各组分含量不同时，反应生成甲醇和副产物甲烷的碳转化率是不相同的。实验数据见下表：,(3)由上表数据可得出多个结论。 结论一：在一定条件下，反应温度越高，碳转化率 。 结论二： 。 (4)为了验证结论二，有科学家又用以下五组不同组成的原料气再次进行实验。,越高,原料气含少量CO2有利于提高生成甲醇的碳转化率，C
