第2章 化学反应的方向、限度与速率 本章总结-【金版教程】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1创新导学案word（鲁科版2019）

新教材·化学 选择性必修1［L］ 化学反应速率和化学平衡图像题解题方法 1.解题指导 （1）看图像：一看轴，即纵、横坐标的意义；二看点，即起点、拐点、交点、终点；三看线，即线的走向和变化趋势；四看辅助线，即等温线、等压线、平衡线等；五看量的变化，如浓度变化、温度变化、平衡转化率变化、物质的量的变化等。 （2）依据图像信息，利用平衡移动原理，分析可逆反应的特征：吸热还是放热，反应前后气体的系数和增大、减小还是不变，有无固体或纯液体参加或生成等。 （3）先拐先平：在化学平衡图像中，先出现拐点的反应先达到平衡，可能是该反应的温度高、浓度大、压强大或使用了催化剂。 （4）定一议二：勒·夏特列原理只适用于一个条件的改变，所以图像中有三个变量时，先固定一个量，再讨论另外两个量的关系。 2.分类解析 （1）速率－时间图（v­t图像） 既能表示反应速率的变化，又能表示平衡移动的速率－时间图像，如下图所示。 ①图像分析 图甲：a.t＝0时，反应由正反应开始； b.t＝t1时，在改变条件的瞬间，v正瞬间变大，v逆不变； c.t>t1时，v正′>v逆′，平衡正向移动，随后又达到新的平衡状态。改变的条件是增大反应物的浓度。 图乙：a.t＝0时，反应由正反应开始； b.t＝t1时，v正、v逆在改变条件时同时增大； c.t>t1时，v逆′>v正′，平衡逆向移动，随后又达到新的平衡状态。改变的条件可能是升高温度（正反应ΔH<0的反应）或增大压强（反应前后气体的系数和增大的反应）。 图丙：a.t＝0时，反应由正反应开始； b.t＝t1时，v正、v逆在改变条件时同等倍数地增大； c.t>t1时，v逆′＝v正′，平衡不移动。改变的条件可能是使用了催化剂或增大压强（反应前后气态物质系数之和不变的反应）。 ②规律总结 a.在分析v­t图像时，要特别注意：反应速率的变化，即v正、v逆是都增大了或都减小了（条件改变的瞬间，v正′、v逆′的起点与原平衡点不重合），还是一个增大（或减小）而另一个不变（条件改变的瞬间，v正′、v逆′中不变的那一个起点与原平衡点重合）。 b.画出v­t图像的“三步骤”：第一步，画出原平衡建立的过程；第二步，依据条件改变时的反应速率变化，确定两个起点[都在原平衡点的上（下），或一个在上（下）另一个不变]；第三步，依据平衡移动方向确定两条曲线，完成图像。 （2）浓度－时间图（c­t图像） 此类图像能说明平衡体系中各组分（或某一组分）的物质的量浓度在反应过程中的变化情况。此类图像中各物质曲线拐点的时刻相同，各物质浓度变化的内在联系及比例符合化学方程式中的系数关系，如下图所示。 （3）速率－温度（压强）图（v­T或v­p图像） 正、逆反应速率（或放热、吸热反应的速率）随温度或压强的变化曲线，可用于判断反应的ΔH或反应前后气态物质系数关系，如下图所示。 （4）恒压（温）线 该类图像的纵轴为物质的平衡浓度（c）或反应物的平衡转化率（α），横轴为温度（T）或压强（p），常见类型如下图所示。 （5）含量－时间－温度（压强）图 此类图像表示的是不同温度（或压强）下反应物（或反应产物）的物质的量（体积）分数（或平衡转化率）的变化过程，包含达到平衡所需的时间和不同温度（或压强）下平衡状态的物质的量分数比较等信息，由图像中斜率先判断T1、T2或p1、p2的大小，再判断反应的ΔH或反应前后气态物质系数关系（是吸热反应还是放热反应，是气态物质系数增大的反应还是减小的反应）。如下图所示。 （6）其他类型 如图所示是其他条件不变时，某反应物的平衡转化率（α）与温度（T）的关系曲线，图中标出的a、b、c、d四个点中，表示v正>v逆的点是c，表示v正<v逆的点是a，而b、d点表示v正＝v逆。 1.（2021·河北高考）室温下，某溶液初始时仅溶有M和N且浓度相等，同时发生以下两个反应：①M＋N===X＋Y；②M＋N===X＋Z，反应①的速率可表示为v1＝k1c2（M），反应②的速率可表示为v2＝k2c2（M） （k1、k2为速率常数）。反应体系中组分M、Z的浓度随时间变化情况如图，下列说法错误的是（　　） A.0～30 min时间段内，Y的平均反应速率为6.67×10－3 mol·L－1·min－1 B.反应开始后，体系中Y和Z的浓度之比保持不变 C.如果反应能进行到底，反应结束时62.5%的M转化为Z D.反应①的活化能比反应②的活化能大 答案　A 解析　由图中数据可知，30 min时，M、Z的浓度分别为0.300 mol·L－1和0.125 mol·L－1，则M的变化量为0.5 mol·L－1－0.300 mol·L－1＝0.200 mol·L－1，其中转化为Y的变化量为0.200 mol·L－1－0.125 mol·L－1＝0.075 mol·L－1。因此，0～30 min时间段内，Y的平均反应速率为＝0.0025 mol·L－1·min－1，A错误；由题中信息可知，反应①和反应②的速率之比为，Y和Z分别为反应①和反应②的产物，且两者与M的化学计量数相同（化学计量数均为1），因此反应开始后，体系中Y和Z的浓度之比等于，由于k1、k2为速率常数，故该比值保持不变，B正确；结合A、B的分析可知反应开始后，在相同的时间内体系中Y和Z的浓度之比等于＝＝，因此，如果反应能进行到底，反应结束时有的M转化为Z，即62.5%的M转化为Z，C正确；由以上分析可知，在相同的时间内生成Z较多、生成Y较少，因此，反应①的化学反应速率较小，在同一体系中，活化能较小的化学反应速率较快，故反应①的活化能比反应②的活化能大，D正确。 2.（2021·广东高考）反应X===2Z经历两步：①X→Y；②Y→2Z。反应体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是（　　） A.a为c（X）随t的变化曲线 B.t1时，c（X）＝c（Y）＝c（Z） C.t2时，Y的消耗速率大于生成速率 D.t3后，c（Z）＝2c0－c（Y） 答案　D 解析　由题中信息可知，反应X===2Z经历两步：①X→Y；②Y→2Z。因此，图中呈不断减小趋势的a曲线为c（X）随时间t的变化曲线，呈不断增加趋势的曲线为c（Z）随时间t的变化曲线，先增加后减小的曲线为c（Y）随时间t的变化曲线。由分析知，A正确；由图可知，分别代表3种不同物质的曲线相交于t1时刻，因此，t1时c（X）＝c（Y）＝c（Z），B正确；由图中信息可知，t2时刻以后，Y的浓度仍在不断减小，说明t2时刻两步反应仍在向正反应方向发生，而且反应①生成Y的速率小于反应②消耗Y的速率，即t2时Y的消耗速率大于生成速率，C正确；由图可知，t3时刻反应①完成，X完全转化为Y，若无反应②发生，则c（Y）＝c0，由于反应②Y→2Z的发生，t3时刻Y浓度的变化量为c0－c（Y），变化量之比等于化学计量数之比，所以Z的浓度的变化量为2[c0－c（Y）]，这种关系在t3后仍成立，D不正确。 3.（2021·全国乙卷节选）一氯化碘（ICl）是一种卤素互化物，具有强氧化性，可与金属直接反应，也可用作有机合成中的碘化剂。回答下列问题： （1）氯铂酸钡（BaPtCl6）固体加热时部分分解为BaCl2、Pt和Cl2，376.8 ℃时平衡常数Kp′＝1.0×104 Pa2。在一硬质玻璃烧瓶中加入过量BaPtCl6，抽真空后，通过一支管通入碘蒸气（然后将支管封闭）。在376.8 ℃，碘蒸气初始压强为20.0 kPa。376.8 ℃平衡时，测得烧瓶中压强为32.5 kPa，则pICl＝　　　　 kPa，反应2ICl（g）===Cl2（g）＋I2（g）的平衡常数K＝　　　　（列出计算式即可）。 （2）McMorris测定和计算了在136～180 ℃范围内下列反应的平衡常数Kp： 2NO（g）＋2ICl（g）2NOCl（g）＋I2（g）　Kp1 2NOCl（g）2NO（g）＋Cl2（g）　Kp2 得到lg Kp1～和lg Kp2～均为线性关系，如下图所示： ①由图可知，NOCl分解为NO和Cl2反应的ΔH　　　　0（填“大于”或“小于”）。 ②反应2ICl（g）===Cl2（g）＋I2（g）的K＝　　　　（用Kp1、Kp2表示）；该反应的ΔH　　　　0（填“大于”或“小于”），写出推理过程______________________________________________________________________ _________________________________________________________________。 （3）Kistiakowsky曾研究了NOCl光化学分解反应，在一定频率（ν）光的照射下机理为： NOCl＋hν―→NOCl* NOCl＋NOCl*―→2NO＋Cl2 其中hν表示一个光子能量，NOCl*表示NOCl的激发态。可知，分解1 mol的NOCl需要吸收　　　　 mol光子。 答案　（1）24.8　 （2）①大于　②Kp1·Kp2　大于 设T′＞T，即＜，由图可知： lg Kp2（T′）－lg Kp2（T）＞|lg Kp1（T′）－lg Kp1（T）|＝lg Kp1（T）－lg Kp1（T′） 则：lg [Kp2（T′）·Kp1（T′）]＞lg [Kp2（T）·Kp1（T）]，即K（T′）＞K（T）。 因此该反应正反应为吸热反应，即ΔH大于0 （3）0.5 解析　（1）由题意知376.8 ℃时玻璃烧瓶中发生两个反应：BaPtCl6（s）BaCl2（s）＋Pt（s）＋2Cl2（g）、Cl2（g）＋I2（g）2ICl（g）。BaPtCl6（s）BaCl2（s）＋Pt（s）＋2Cl2（g）的平衡常数Kp′＝1.0×104 Pa2，则平衡时p2（Cl2）＝1.0×104 Pa2，平衡时p（Cl2）＝100 Pa，设到达平衡时I2（g）的分压减小p kPa，则 　　 Cl2（g）＋I2（g）2ICl（g） 开始/kPa 20.0 0 变化/kPa p p 2p 平衡/kPa 0.1 20.0－p 2p 376.8 ℃平衡时，测得烧瓶中压强为32.5 kPa，则0.1＋20.0＋p＝32.5，解得p＝12.4，则平衡时pICl＝2p kPa＝2×12.4 kPa＝24.8 kPa；则平衡时，I2（g）的分压为（20.0－p） kPa＝（20×103－12.4×103） Pa，pICl＝24.8 kPa＝24.8×103 Pa，p（Cl2）＝0.1 kPa＝100 Pa，因此反应2ICl（g）===Cl2（g）＋I2（g）的平衡常数K＝。 （2）①结合题图可知，温度越高，越小，lg Kp2越大，即Kp2越大，说明升高温度平衡2NOCl（g）2NO（g）＋Cl2（g）正向移动，则NOCl分解为NO和Cl2反应的ΔH大于0。 ②Ⅰ.2NO（g）＋2ICl（g）2NOCl（g）＋I2（g）　Kp1 Ⅱ.2NOCl（g）2NO（g）＋Cl2（g）　Kp2 Ⅰ＋Ⅱ得2ICl（g）===Cl2（g）＋I2（g），则2ICl（g）===Cl2（g）＋I2（g）的K＝Kp1·Kp2。 （3）Ⅰ.NOCl＋hν―→NOCl* Ⅱ.NOCl＋NOCl*―→2NO＋Cl2 Ⅰ＋Ⅱ得总反应为2NOCl＋hν===2NO＋Cl2，因此2 mol NOCl分解需要吸收1 mol光子能量，则分解1 mol的NOCl需要吸收0.5 mol光子。 4.（2021·湖南高考节选）氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过氨热分解法制氢气。 相关化学键的键能数据 化学键 N≡N H—H N—H 键能E/（kJ·mol－1） 946.0 436.0 390.8 一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题： （1）反应2NH3（g）N2（g）＋3H2（g）　ΔH＝　　　　 kJ·mol－1。 （2）已知该反应的ΔS＝198.9 J·mol－1·K－1，在下列哪些温度下反应能自发进行？　　　　（填标号）。 A.25 ℃ B.125 ℃ C.225 ℃ D.325 ℃ （3）某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下，将0.1 mol NH3通入3 L的密闭容器中进行反应（此时容器内总压为200 kPa），各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。 ①若保持容器体积不变，t1时反应达到平衡，用H2的浓度变化表示0～t1时间内的反应速率v（H2）＝　　　　 mol·L－1·min－1（用含t1的代数式表示）。 ②t2时将容器体积迅速缩小至原来的一半并保持不变，图中能正确表示压缩后N2分压变化趋势的曲线是　　　　（用图中a、b、c、d表示），理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ③在该温度下，反应的标准平衡常数Kθ＝　　　　　　。（已知：分压＝总压×该组分物质的量分数，对于反应dD（g）＋eE（g）gG（g）＋hH（g），Kθ＝，其中pθ＝100 kPa，pG、pH、pD、pE为各组分的平衡分压）。 答案　（1）＋90.8　（2）CD　（3）①　②b　开始体积减半，N2分压变为原来的2倍，随后由于加压平衡逆向移动，N2分压比原来的2倍要小　③0.48 解析　（1）根据反应热＝反应物的总键能－生成物的总键能，2NH3（g）N2（g）＋3H2（g），ΔH＝390.8 kJ·mol－1×3×2－（946 kJ·mol－1＋436.0 kJ·mol－1×3）＝＋90.8 kJ·mol－1。 （2）若反应自发进行，则需ΔH－TΔS<0，T>＝≈456.5 K，即温度应高于（456.5－273） ℃＝183.5 ℃，C、D符合。 （3）①设t1时达到平衡，转化的NH3的物质的量为2x，列出三段式： 2NH3（g）N2（g）＋3H2（g） 起始/mol 0.1 0 0 转化/mol 2x x 3x 平衡/mol 0.1－2x x 3x 根据同温同体积下，混合气体的物质的量等于压强之比，＝，解得x＝0.02 mol，v（H2）＝＝ mol·L－1·min－1。 ③由图可知，平衡时，NH3、N2、H2的分压分别为120 kPa、40 kPa、120 kPa，反应的标准平衡常数Kθ＝＝0.48。 5.（2020·江苏高考节选）CO2/HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。 CO2催化加氢。在密闭容器中，向含有催化剂的KHCO3溶液（CO2与KOH溶液反应制得）中通入H2生成HCOO－，其离子方程式为　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　；其他条件不变，HCO转化为HCOO－的转化率随温度的变化如图所示。反应温度在40～80 ℃范围内，HCO催化加氢的转化率迅速上升，其主要原因是_________________________________　　　　　　　　　 　　　　　　。 答案　HCO＋H2HCOO－＋H2O　温度升高反应速率增大，温度升高催化剂的活性增强 解析　反应温度在40～80 ℃范围内时，随温度升高，活化分子增多，反应速率加快，同时温度升高催化剂的活性增强，所以HCO的催化加氢速率迅速上升。 6.（2020·全国卷Ⅰ节选）硫酸是一种重要的基本化工产品，接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2（g）＋O2（g）SO3（g）　ΔH＝－98 kJ·mol－1。回答下列问题： （1）当SO2（g）、O2（g）和N2（g）起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图所示。反应在5.0 MPa、550 ℃时的α＝　　　　，判断的依据是______________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 影响α的因素有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 （2）将组成（物质的量分数）为2m% SO2（g）、m% O2（g）和q% N2（g）的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO2转化率为α，则SO3压强为　　　　，平衡常数Kp＝　　　　（以分压表示，分压＝总压×物质的量分数）。 答案　（1）0.975　该反应为气体分子数减少的反应，在温度一定时，增大压强，α提高，p2＝2.5 MPa，所以p1＝5.0 MPa　反应物的起始浓度（组成）、温度、压强 （2）　 解析　（2）假设原气体的物质的量为100 mol，则SO2、O2和N2的物质的量分别为2m mol、m mol和q mol，则2m＋m＋q＝3m＋q＝100，SO2的平衡转化率为α，则有下列关系： 　　　　　　　　SO2　＋　O2SO3 起始量（mol） 2m m 0 变化量（mol） 2mα mα 2mα 平衡量（mol） 2m（1－α） m（1－α） 2mα 平衡时气体的总物质的量为n（总）＝[2m（1－α）＋m（1－α）＋2mα＋q] mol，则SO3的物质的量分数为×100%＝ ×100%＝×100%。该反应在恒压容器中进行，因此，SO3的分压p（SO3）＝，p（SO2）＝，p（O2）＝，在该条件下，SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）的Kp＝ ＝ ＝。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$