第九单元 化学反应速率和化学平衡（4）
2015-11-20 09:44:12 来源： 撰稿：董啸 摄影摄像： ; 评论：0 点击：
第九单元 化学反应速率和化学平衡（4）
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授课人：董 啸 |
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① 了解化学反应速率的概念，化学反应速率的表示方法。 |
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教学目标： |
② 理解外界条件对化学反应速率的影响。 |
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③ 理解化学平衡的涵义及化学反应速率之间的内在联系。
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教学重点： |
浓度、温度、压强等条件对化学平衡移动的影响 |
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教学难点： |
平衡状态的比较(等效平衡的应用)；化学平衡的计算 |
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教学方法： |
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教学过程： |
第四课时 |
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基础知识精析
四、化学平衡的应用
1．正确识别速率与平衡图像
（1）图像类型：
①速率－时间图像：
②转化率（浓度）－时间图像：
③浓度－温度（压强）图像：
（2）常见图像：对于反应 A（g）+ 3B（g）
2C（?）+ 3D（g）有以下图像，通过分析每一幅图像，确定C的状态或△H大小。
（1） （2）
（3） （4）
（5） （6）
（7） （8）
（9） （10）
（11） （12）
（13） （14）
（15） （16）
（17） （18）
（3）解题方法：
改变外界条件对化学反应速率及化学平衡的影响，可用各种图象来表示，解答图象题的方法与思路是：
①看懂图象：一看面(即看清横坐标和纵坐标)，二看线(即看线的走向、变化的趋势)，三看点(即看线是否通过原点，两条线的交点及线的拐点)，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：即联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律，且熟练准确。
③作出判断：依题意仔细分析并作出正确判断。
解答图象题常用的几条重要规律：
①控制变量：固定某一条件，观察另一条件的改变对反应的影响。
②同压强时：温度越高到达平衡所需时间就越短;
③同温度时：压强越大到达平衡所需时间就越短;
④同温同压：使用催化剂到达平衡所需时间就越短。
2．化学平衡的计算
有关化学平衡的计算有：浓度（起始浓度、转化浓度、平衡浓度）、转化率、产率、组分的质量分数以及气体的平均分子量、气体体积、密度、压强等。其计算关系有：
（1）物质浓度的变化关系
① 反应物：平衡浓度=起始浓度－转化浓度；
生成物：平衡浓度=起始浓度+转化浓度。
②各物质的变化量之比等于其在方程式中的计量数之比。
（2）反应物的转化率：
（3）产品的产率：
（4）化学平衡计算的思路：
建立模式、确定关系、列出方程、进行计算
（5）计算模式：
①列三行：
起始物质的量（mol） m n 0 0
转化物质的量（mol） ax bx cx dx
平衡物质的量（mol） m-ax n-bx cx dx
②差量法：利用反应达到平衡前后变化的差量，列式求解。
【拓展知识】平衡平衡的工业应用
1、适宜生产条件选择的一般原则
①浓度：对任一可逆反应，增大反应物浓度，能提高反应速率和转化率。故生产中常使廉价易得的原料适当过量，以提高另一原料的利用率。
②压强：对气体分子数减少的反应，增大总压使平衡向增大生成物的方向移动，反应加快；但压强太大，动力消耗大．设备要求高，成本增高，故必须综合考虑。
③温度：对放热反应，升温提高反应速率，但转化率降低，若温度太低，反应速率太慢，故需使用适当的催化剂。对于吸热反应，升温加快反应速率，又能提高转化率，但要避免反应物或生成物的过热分解，同时要考虑设备和成本的要求。
④催化剂：使用催化剂可大大提高反应速率且不影响化学平衡，但使用时必须注意其活性温度范围，且防止催化剂“中毒”，延长使用寿命。
2.合成氨工业
（1）合成氨适宜条件选择
①温度：化学反应速率分析,温度越高越好;从反应平衡分析,温度越低越好。综合考虑500℃左右为宜，且在此温度下催化剂活性最大。
②压强：从反应速率和化学平衡考虑，压强越大越有利于合成氨。但压强越大，对设备的制造和材料的强度要求越高，结合生产实际选 2×107～5×107Pa为宜。（20Mpa-50Mpa）
③催化剂：虽不影响平衡但可加快反应速率，提高单位时间氨的产量，目前工业上以铁触媒为催化剂。
④浓度：从速率和平衡角度分析，应增大氢气和氮气浓度，降低氨的浓度。
（2）合成氨工业简述
①原料气的制备、净化和压缩：制取氢气和氮气
②氨的合成：在高温、高压、催化剂作用下合成氨
③氨的分离：通过冷凝嚣将氨液化，然后将氨分离，分离出的混合气体经循环操作继续合成氨。
〖教后记〗
题组一 有关转化率、反应速率等的基本计算
1．在100 ℃时，把0.5 mol N2O4通入体积为5 L的真空密闭容器中，立即出现红棕色。反应进行到2 s时，NO2的浓度为0.02 mol·L－1。在60 s时，体系已达平衡，此时容器内压强为开始时的1.6倍。下列说法正确的是 ( )
A．前2 s以N2O4的浓度变化表示的反应速率为0.01 mol·L－1·s－1
B．在2 s时体系内的压强为开始时的1.1倍
C．在平衡时体系内含N2O4 0.25 mol
D．平衡时，N2O4的转化率为40%
答案 B
2．某温度下，H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)的平衡常数K＝9/4，该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，投入H2(g)和CO2(g)，其起始浓度如表所示：
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起始浓度 |
甲 |
乙 |
丙 |
|
c(H2)/mol·L－1 |
0.010 |
0.020 |
0.020 |
|
c(CO2)/mol·L－1 |
0.010 |
0.010 |
0.020 |
下列判断不正确的是 ( )
A．平衡时，乙中CO2的转化率大于60%
B．平衡时，甲中和丙中H2的转化率均是60%
C．平衡时，丙中c(CO2)是甲中的2倍，是0.012 mol·L－1
D．反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢
答案 C
题组二 综合应用
3．煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及产率等问题。
已知CO(g)＋H2O(g)=H2(g)＋CO2(g)的平衡常数随温度的变化如下表：
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温度/℃ |
400 |
500 |
830 |
1 000 |
|
平衡常数K |
10 |
9 |
1 |
0.6 |
试回答下列问题：
(1)上述反应的正反应是________反应(填“放热”或“吸热”)。
(2)某温度下，上述反应达到平衡后，保持容器体积不变升高温度，正反应速率________(填“增大”、“减小”或“不变”)，容器内混合气体的压强________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)830 ℃时，在恒容反应器中发生上述反应，按下表中的物质的量投入反应混合物，其中向正反应方向进行的有______(选填字母)
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投料 |
A |
B |
C |
D |
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n(CO2)/mol |
3 |
1 |
0 |
1 |
|
n(H2)/mol |
2 |
1 |
0 |
1 |
|
n(CO)/mol |
1 |
2 |
3 |
0.5 |
|
n(H2O)/mol |
5 |
2 |
3 |
2 |
(4)在830 ℃时，在2 L的密闭容器中加入4 mol CO(g)和6 mol H2O(g)达到平衡时，CO的转化率是__________。
答案 (1)放热 (2)增大 增大 (3)BC (4)60%
4．在一固定容积的密闭容器中，保持一定温度，在一定条件下进行反应：A(g)＋2B(g)=3C(g)，已知加入1 mol A和3 mol B且达到平衡后生成了a mol C，请填写下列空白：
(1)平衡时C在反应混合气体中的体积分数是______________________________
(用字母a表示)。
(2)在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入2 mol A和6 mol B，达到平衡后，C的物质的量为______ mol(用字母a表示)。此时C在反应混合气体中的体积分数______(填“增大”、“减少”或“不变”)。
(3)在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入2 mol A和8 mol B，若要求平衡后C在反应混合气体中的体积分数不变，则还应加入C________ mol。
(4)在同一容器中加入n mol A和3n mol B，达到平衡时C的物质的量为m mol，若改变实验条件，可以使C的物质的量在m mol～2m mol之间变化，那么n与m的关系应是____________(用字母“m”、“n”表示)。
答案 (1)a/4 (2)2a 不变 (3)6 (4)n>2m/3
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