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2013-2014学年高中化学(苏教版)选修4课件:专题归纳提升2专题2+化学反应与化学平衡(共54张PPT)


SJ ·化学 选修4

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化学平衡图象分析
1.解题步骤 (1)看图象:一看面 (即纵坐标与横坐标的意义 );二看线 (即线

的走向和变化趋势 );三看点 (即起点、折点、交点、终 点 );四看辅助线 (如等温线、等压线、平衡线等 );五看量的 变化 (如浓度变化、温度变化等 )。

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(2)想规律:联想外界条件的改变对化学反应速率和化学 平衡的影响规律。 (3) 作判断:根据图象中所表现的关系与所学规律相对 比,作出符合题目要求的判断。

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2.思考原则 (1)“定一议二”原则 在化学平衡图象中,了解纵坐标、横坐标和曲线所表示 的三个量的意义。在确定横坐标所表示的量后,讨论纵坐标 与曲线的关系,或在确定纵坐标所表示的量后,讨论横坐标 与曲线的关系。

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例如,反应 2A(g)+B(g)

2C(g)达到平衡,A 的平衡转

化率与压强和温度的关系如图:

定压看温度变化,升温曲线走势降低,说明 A 的转化率 降低,平衡向左移动,正反应是放热反应。 定温看压强变化,因为此反应是反应后气体体积减小的 反应,压强增大,平衡向右移动,A 的转化率增大,故 p2>p1。

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(2)“先拐先平,数值大”原则 对于同一化学反应在化学平衡图象中,先出现拐点的反 应先达到平衡,先出现拐点的曲线表示的温度较高 (如下图 甲, α 表示反应物的转化率 )或表示的压强较大[如下图乙, φ(A) 表示反应物的体积分数 ]。

甲 甲:① T2>T1,②正反应放热。



乙:① p1<p2,②正反应为气体总体积缩小的反应。

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(2012· 重庆高考节选)

尿素 [CO(NH2)2]是首个由无机物人工合成的有机物。

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(1)工业上尿素由 CO2 和 NH3 在一定条件下合成, 其反应 方程式为 _________________________________________。 n? NH3? (2)当氨碳比 = 4, CO2 的转化率随时间的变化关 n? CO2? 系如图所示。 ① A 点的逆反应速率 v 逆(CO2)________B 点的正反应速 率 v 正 (CO2)(填“大于”、“小于”或“等于”)。 ② NH3 的平衡转化率为 ________。

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【解析】

(1)由原子守恒配平。

(2)① 由图知:B 点为平衡状态:v 正 =v 逆 ,v 逆为最大点, 故 A 点 v 逆 (CO2)小于 B 点 v 正 (CO2)。 ② B 点: CO2 + 开始: 1 mol 一定条件 2NH3 CO(NH2)2+ H2O 4 mol 1.2 mol 0 0.6 mol 0 0.6 mol

变化: 0.6 mol

1.2 mol NH3 的平衡转化率= × 100%= 30%。 4 mol

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一定条件 【答案】 (1)2NH3+CO2 CO(NH2)2+H2O (2)①小于 ②30%

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解化学平衡题的几种思维方法

1.平衡模式思维法(或三段思维法) 化学平衡计算中,依据化学方程式列出“起始”、“变 化”、“平衡”时三段各物质的量 (或体积、或浓度 ),然后 根据已知条件建立代数等式而进行解题的一种方法。

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如反应 mA(g)+ nB(g)

pC(g)+qD(g),令 A、B 的起始

量为 a mol、 b mol,达到平衡后 A 的转化率为 x。 mA(g)+nB(g) n(起始)/mol n(变化)/mol n(平衡)/mol a ax b nax m pC(g)+ qD(g) 0 pax m pax m 0 qax m qax m

nax a-ax b- m

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注意:有些计算型选择题,若用常规方法求解 (思维过程 简单 )需要比较复杂的计算才能得出正确结论, 但如果依据其 化学背景从有关概念、原理入手,充分利用边界条件 (或选项 特点 )通过估计、推断、排除,近似处理 (“似算非算”、“半 推半算”或“只推不算”)便可迅速准确得出结论, 这是解决 选择题的一种实用技巧。

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2. 差量法 (或差值法)利用化学反应 (或物理变化 )中某化 学量从始态到终态的差量 (或差值 ),作为已知量或未知量的 对应关系列比例式进行计算的一种常用方法。 3.极限思维法(极值法)极值法是将可逆反应看成是处于 完全反应和完全不反应之间的中间状态,解题时用这两个极 端点,根据题目巧妙假设某一种物质 100%消耗(推向极端), 求出另一方的最大值 (或最小值 ),从而得出可逆反应达到某 一平衡状态时的取值(或取值范围)的方法。

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4.“虚拟”思维法 (构造法 ) “虚拟”思维法是指在分析或解决问题时,根据需要和 可能,虚拟出能方便解决问题的对象,并以此为中介,实现 由条件向结论转化的方法。如虚拟反应结果、虚拟数据、虚 拟解题需要的条件、虚拟反应过程及虚拟某混合物的化学式 等。

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5.守恒思维法 在任何化学反应中,均存在某些守恒关系,在化学平衡 中有时运用某种量守恒能够快速得出正确答案。 研究的化学平衡体系绝大多数为气体体系,而对于反应 物和生成物全部为气体的反应而言, 前后质量肯定是相等的, 有的总体积不变,运用这些知识点来分析平衡体系,可巧妙 解答。因此,在进行化学平衡计算时,应树立“守恒意识”。

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6.假设思维法 在解题中, 要把一种状态与另一种状态平衡时的情况 (如 转化率、物质的量浓度及含量等)进行比较时,可以假设一个 中间转换过程,有利于顺利比较。 7.等效平衡的思想 等效平衡的实质是在同可逆反应、同条件下,起始投入 反应物浓度相等时, 达到平衡状态各对应组分百分含量相等。 抓住条件,从化学平衡与路径无关出发,结合平衡移动原理, 将各种情况转化成“同组成浓度是否相等”(化归思想 ),从 而判断是否达到等效平衡状态。

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(2012· 天津高考 )已知 2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)

ΔH=- 197 kJ· mol-1。向同温、同体积的三个密闭容器中分 别充入气体: (甲 )2 mol SO2 和 1 mol O2; (乙 ) 1 mol SO2 和 0.5 mol O2;(丙) 2 mol SO3 。恒温、恒容下反应达平衡时,下列 关系一定正确的是 ( )

A.容器内压强 p:p 甲= p 丙> 2p 乙 B. SO3 的质量 m:m 甲= m 丙 >2m 乙 C. c(SO2)与 c(O2)之比为 k: k 甲=k 丙>k 乙 D.反应放出或吸收热量的数值 Q: Q 甲 =Q 丙> 2Q 乙

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【解析】

因为反应 2SO2(g)+ O2(g)

2SO3(g)在恒温、

恒容的条件下进行。根据等效平衡的原理可知,甲与丙最后 达到平衡时 SO2、O2、SO3 的物质的量、容器内的压强、SO2 与 O2 的比值都相同;乙相当于在甲容器达到平衡后,将容器 的体积瞬间扩大为原来的 2 倍。设甲达到平衡时容器内的压 强为 p 甲,此时容器内瞬间压强减小为 p 甲 /2,此时平衡向逆 反应方向移动,气体的物质的量增加, SO3 的质量减小,所 以容器内气体的压强增大,则 p 乙 >p 甲 /2,则 2p 乙>p 甲= p 丙, SO3 的质量, m 甲= m 丙 >2m 乙, A 错、B 对;

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将甲容器达到平衡后瞬间将容器体积扩大 2 倍,平衡向 逆反应方向移动,但是生成的 SO2 与 O2 的物质的量之比为 2∶1,这与开始两者加入的物质的量之比相同,所以在此过 程中 SO2 与 O2 的物质的量之比一直是 2∶1 不变,C 错;甲 与丙为等效平衡,但达到平衡时,甲容器中 SO2 的转化率与 丙容器中 SO3 的转化率不一定相等,即 Q 甲不一定等于 Q 丙, D 错。
【答案】 B

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1 . (2012· 山 东 高 考 节 选 )( 双 选 ) 一 定 温 度 下 , 反 应 N2O4(g) 2NO2(g)的焓变为 ΔH。现将 1 mol N2O4 充入一恒

压密闭容器中,下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态 的是( )

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【解析】

密度不变时为平衡状态,A 对;对于给定的

反应,ΔH 一直保持不变,故不能说明反应达到平衡状态,B 错;N2O4 的正反应速率逐渐减小,最后保持不变,NO2 的反 应速率应从零开始,逐渐增大,最后保持不变,C 错;转化 率一定时达到平衡,D 对。
【答案】 AD

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2.在密闭容器中充入 4 mol X,在一定温度下发生反应 4X(g) 3Y(g)+ Z(g),达到平衡时,有 30%的 X 发生分解, )

则平衡时混合气体总的物质的量是 ( A. 3.4 mol C. 2.8 mol
【解析】

B. 4 mol D. 1.2 mol
该反应是一个等物质的量的反应,无论有多

少 X 发生分解,体系中总物质的量守恒,所以答案选 B。
【答案】 B

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3.一定量混合气体在密闭容器中发生如下反应: xA(g) + yB(g)


zC(g)。该反应达到平衡后,测得 A 气体的浓度为

0.5 mol· L 1。在恒温下将密闭容器体积扩大到原来的 2 倍, 再次达到平衡后,测得 A 的浓度为 0.3 mol· L- 1,则下列叙述 正确的是( )

A.平衡向正反应方向移动 B. x+ y<z C. C 的体积分数降低 D. B 的转化率提高

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【解析】 假设容积扩大到原来的 2 倍时,平衡不移动, 则此时 A 的浓度为 0.25 mol· L-1,但平衡时 A 的浓度为 0.3 mol· L 1,说明平衡向生成 A 的方向移动,即压强减小,平衡


向逆反应方向移动,因而 x+ y>z, C 的体积分数降低, B 的 转化率降低。
【答案】 C

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4.在一恒容密闭容器中充入 1 mol NO2,建立如下平衡 2NO2(g) N2O4(g),测得 NO2 的转化率为 a%,在其他条件

不变下再充入 1 mol NO2,待新平衡建立时, NO2 的转化率 为 b%,则 a 与 b 的关系为 ( A. a>b C. a= b ) B. a<b D.无法确定

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【解析】

直接判断 a 与 b 的关系较难,但可以虚拟假

设一个中间过程Ⅱ。

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易知,Ⅰ与Ⅱ两过程等效,NO2 的转化率为 a%,若将 容器Ⅱ加压,使容器减小到原来的一半,即与Ⅰ容器相等, 因 2NO2 N2O4,加压时平衡向正反应方向移动,故达到新

平衡后 NO2 的转化率 b%必大于 a%。
【答案】 B

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5. (2010· 四川高考 )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下图 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( )

(1)1.4 MPa

(2)2.1 MPa

平衡时 M 的体积分数与反应条件的关系图

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A.同温同压同 z 时,加入催化剂,平衡时 Q 的体积分 数增加 B.同压同 z 时,升高温度,平衡时 Q 的体积分数增加 C.同温同 z 时,增加压强,平衡时 Q 的体积分数增加 D.同温同压时,增加 z,平衡时 Q 的体积分数增加

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【解析】 催化剂对平衡无影响,A 错误;升高温度, 平衡右移,M 的体积分数降低,Q 的体积分数增大,B 正确; 650 ℃时,观察图(1)和图(2),图(2)压强较大,平衡时 M 的 体积分数增大,Q 的体积分数减小,C 错误;z 表示反应开 始时 N 的物质的量与 M 的物质的量之比, 所以增加 z 相当于 增大 N 的量,平衡右移,但 Q 的体积分数不一定增大(如无 限制地加入 N,最后 M 的量很小),D 错误。
【答案】 B

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6.(2011· 天津高考)向绝热恒容密闭容器中通入 SO2 和 NO2,一定条件下使反应 SO2(g)+NO2(g) SO3(g)+NO(g)

达到平衡,正反应速率随时间变化的示意图如下所示。

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由图可得出的正确结论是( A.反应在 c 点达到平衡状态

)

B.反应物浓度:a 点小于 b 点 C.反应物的总能量低于生成物的总能量 D. Δt1= Δt2 时, SO2 的转化率: a~b 段小于 b~c 段

【解析】 A 项反应在 c 点时 v 正最大,随后减小,并非 保持不变,故 c 点时反应不是平衡状态,故 A 项错误;随着 正反应的进行,未达到平衡状态时反应物的浓度应随时间的 延长而减小,因此反应物浓度:a 点大于 b 点,故 B 项错误;

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化学反应速率随反应物浓度的增大而增大,随温度的升 高而增大,分析曲线 a→ c,从浓度方面考虑 v 正应减小,而 v


是增大的,说明该反应是放热的,且温度变化对 v 正的影响

在 a→ c 段大于反应物浓度变化对 v 正的影响, 因此 a→ c 段反 应混合物的温度是升高的,该反应的正反应为放热反应,反 应物的总能量大于生成物的总能量, 故 C 项错误; 若 Δt1= Δt2, 分析图中曲线可知: a~ b 段的正反应速率的平均值小于 b~ c 段,所以 b~ c 段转化的 SO2 的量比 a~b 段转化的 SO2 的量 多,而 a 点浓度比 b 点大,所以 SO2 的转化率:b~ c 段大于 a~ b 段,故 D 项正确。

【答案】

D

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7. 在一个固定体积的密闭容器中, 加入 2 mol A 和 1 mol B 发生反应: 2A(g)+ B(g) 的浓度为 n mol· L- 1。 (1)若维持容器体积和温度不变,按下列各种配比为起始 物质,达到平衡后, C 的浓度仍为 n mol· L-1 的是 ________。 A. 4 mol A+ 2 mol B B. 2 mol A+ 1 mol B+ 3 mol C+ 1 mol D C. 3 mol A+ 1 mol B D. 3 mol C+ 1 mol D E. 1 mol A+ 0.5 mol B+ 1.5 mol C+ 0.5 mol D 3C(g)+ D(g),达到平衡时, C

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(2)C 的浓度大于 n mol· L- 1 的是 ________。 (3)将可逆反应中 A(g)改为 A(s), 则 C 的浓度仍为 n mol· L
-1

的是 ________。 (4) 若将题中“维持容器体积和温度不变”改为“维持

容器压强和温度不变”,则 C 的浓度仍为 n mol· L-1 的是 ________。

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【解析】

恒温恒容下把加入的物质转化成起始状态形

式,与起始状态时各物质的物质的量分别相同,即建立相同 的平衡状态。恒温恒压下,则为比例相同即可建立相同的平 衡状态。
【答案】 (1)DE (2)ABC (3)CDE (4)ABDE

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8.(2012· 浙江高考)甲烷自热重整是先进的制氢方法,包 含甲烷氧化和蒸气重整。向反应系统同时通入甲烷、氧气和 水蒸气,发生的主要化学反应有:
化学方程式 甲 烷 氧 化 蒸 气 重 整 CH4(g)+2O2(g)===CO2(g) +2H2O(g) CH4(g)+O2(g)===CO2(g)+ 2H2(g) CH4(g)+H2O(g)===CO(g) +3H2(g) CH4(g)+ 2H2O(g)===CO2(g)+4H2(g)

焓变 ΔH/kJ·mol-1 -802.6 -322.0 206.2
165.0

活化能 Ea/kJ·mol-1 125.6 172.5 240.1
243.9

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回答下列问题: (1) 反 应 CO(g) + H2O(g)===CO2(g) + H2(g) 的 ΔH = ________kJ· mol 1。


(2)在初始阶段,甲烷蒸气重整的反应速率 ________甲烷 氧化的反应速率 (填“大于”、“小于”或“等于” )。 (3)对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强 (pB )代替物质 的量浓度(cB )也可表示平衡常数 (记作 Kp),则反应 CH4(g)+ H2O(g) CO(g)+ 3H2(g)的 Kp= ________; 随着温度的升高,

该平衡常数 ________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

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(4)从能量角度分析,甲烷自热重整方法的先进之处在于 ________。 (5)在某一给定进料比的情况下,温度、压强对 H2 和 CO 物质的量分数的影响如下图:

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①若要达到 H2 物质的量分数> 65%、CO 物质的量分数 < 10%,以下条件中最合适的是 ________。 A. 600 ℃, 0.9 MPa C. 800 ℃, 1.5 MPa B. 700 ℃, 0.9 MPa D. 1 000 ℃, 1.5 MPa

②画出 600 ℃,0.1 MPa 条件下,系统中 H2 物质的量分 数随反应时间 (从常温进料开始计时)的变化趋势示意图:

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(6)如果进料中氧气量过大,最终导致 H2 物质的量分数 降低,原因是________。

【 解 析 】

(1) 由 题 给 信 息 知 : ① CH4(g) + ΔH=+ 206.2 kJ· mol 1;


H2O(g)===CO(g)+ 3H2(g)

② CH4(g) + 2H2O(g)===CO2(g) + 4H2(g) kJ· mol


ΔH =+ 165.0

1

。 根 据 盖 斯 定 律 , 由 ② - ① 可 得 CO(g) + ΔH = ( + 165.0 kJ· mol - 1) - ( +

H2O(g)===CO2(g) + H2(g)

206.2 kJ· mol- 1)=- 41.2 kJ· mol- 1。

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(2)甲烷氧化的反应为放热反应,甲烷蒸汽重整的反应为 吸热反应,初始阶段,甲烷氧化反应的活化能低于甲烷蒸汽 重整反应的活化能,故前者反应速率较后者快。 p3? H2? · p? CO? (3)据题中 Kp 的描述可知, Kp= 。温度升 p? CH4? · p?H2O? 高,平衡正向移动,Kp 增大。 (4)分析表中反应的焓变可知,甲烷氧化放出热量,为甲 烷蒸汽重整提供所需能量。

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(5)①由图可知:

达到H2物质的量分数>65%时 压强 0.1 MPa 0.9 MPa 1.5 MPa

温度

≥530 ℃

≥675 ℃

≥720 ℃

达到CO物质的量分数<10%时 压强 温度 0.1 MPa ≤670 ℃ 0.9 MPa ≤710 ℃ 1.5 MPa ≤750 ℃

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综合分析可知,同时满足 H2 物质的量分数>65%,CO 物质的量分数<10%时,可选择 0.1 MPa 时 530~670 ℃或 0.9 MPa 时 675~710 ℃,但前者压强小,温度低,反应速率 慢,所以 B 项最符合要求。

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②刚开始常温进料时,n(H2)为 0, 则 H2 物质的量分数为 0;随着反应的进行, H2 物质的量分数逐渐增大,达到平衡 时, H2 物质的量分数为 70%,如下图所示:

(6)进料中 O2 量过大,甲烷氧化反应的程度增大,或 H2 与 O2 发生反应等因素,都可能引起 H2 物质的量分数降低。

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【答案】 (1)-41.2 (2)小于 增大

p3? H2? · p? CO? (3) p? CH4? · p?H2O?

(4) 系统内强放热的甲烷氧化反应为强吸热的蒸气重整 反应提供了所需的能量(其他合理答案均可 )

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(5)①B ②如下图所示

(6)甲烷氧化程度过高, 氢气和氧气反应(其他合理答案均 可)


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