2025届高三化学三轮冲刺 用反应势能图理解多重平衡体系 课件

29题（反应原理）难点专题突破 用反应势能图理解多重平衡体系 1 18 五月 2025 4 多重平衡体系 相互关联的多个可逆反应 29 (2020.7浙江选考)研究CO2氧化C2H6制C2H4对资源综合利用有重要意义。相关的主要化学反应有： Ⅰ　C2H6(g)⇌C2H4(g)＋H2(g)　 ΔH1＝136 kJ·mol−1 Ⅱ　C2H6(g)＋CO2(g)⇌C2H4(g)＋H2O(g)＋CO(g)　 ΔH2＝177 kJ·mol−1 Ⅲ　C2H6(g)＋2CO2(g)⇌4CO(g)＋3H2(g)　 ΔH3 Ⅳ　CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g)　 ΔH4＝41 kJ·mol−1 二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为： CO2(g)+3H2(g) ⇌ CH3OH(g) +H2O(g) ΔH=- 49.4 kJ·mol-1 该反应一般认为通过如下步骤来实现： 反应 I：CO2(g)+ H2(g) ⇌ CO(g) +H2O(g) ΔH1=+41.1 kJ·mol-1 反应Ⅱ：CO(g) +2H2(g) ⇌ CH3OH(g) ΔH2 过渡态理论 过渡态理论认为由反应物分子变成生成物分子,中间一定要 经过一个能量较高的过渡态,形成这个过渡态必须吸收一定的能 量，这个过渡态也称为活化络合物（用M表示），所以又称为 活化络合物理论。 一、过渡态理论与反应势能图 ⇌ 反应原理p38 活化能是活化分子的平均能量与反应物分子的平均能量之差。 过渡态理论下的反应势能图 p38 注意区别分步反应与总反应活化能 波峰是过渡态能量，波谷是中间体能量，终点是生成物能量 活化能低相对活化能高的反应有什么优势？ 依据反应自发性，ΔH小(放热多)相对ΔH大（放热少）的反应 有什么优势？ 结论1： 结论2： 活化能越低反应速率越快 在两个反应的熵变接近的前提下，ΔH越小平衡常数越大 连续反应模型 二、连续反应与势能图 A+B⇌C⇌D 1 2 NO氧化反应： 2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)分两步进行, Ⅰ 2NO(g) +O2(g) N2O4(g ) △H1 Ⅱ N2O4(g) 2NO2(g) △H2 慢 快 慢 快 1.两种经典连续反应模型 A+B⇌C⇌D A+B⇌C⇌D 2.快+慢 1.慢+快 1.这两个连续反应分别对应哪种模型？ 2.反应的热效应？ 2.连续反应的势能图 研究CO2氧化C2H6制C2H4对资源综合利用有重要意义。相关的主要化学反应有： Ⅱ　C2H6(g)＋CO2(g)⇌C2H4(g)＋H2O(g)＋CO(g)　ΔH2＝177 kJ·mol−1 Ⅳ　CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g)　ΔH4＝41 kJ·mol−1 ③有研究表明，在催化剂存在下，反应Ⅱ分两步进行，过程如下：[C2H6(g)＋CO2(g)]→[C2H4(g)＋H2(g)＋CO2(g)]→[C2H4(g)＋CO(g)＋H2O(g)]， 且第二步速率较慢(反应活化能为210 kJ·mol−1)。根据相关物质的相对能量，画出反应Ⅱ分两步进行的“能量−反应过程图”，起点从[C2H6(g)＋CO2(g)]的能量−477 kJ·mol−1开始(如图2)。 例题1 画反应势能图步骤（要点） 1.标明反应物、中间体、生成物的能量高低 3.考虑过渡态峰的相对高低 4.连线 2.标明反应物中间体生成物状态及量 2.快+慢 1.慢+快 请画出中间产物浓度随时间变化图? 3.连续反应中间体浓度随时间变化 18 五月 2025 1.快+慢 2.慢+快 18 五月 2025 结论3：快+慢 中间产物浓度先快升后慢降， 慢+快 中间产物浓度一直维持低水平 3.连续反应中间体浓度随时间变化 十氢萘是具有高储氢密度的氢能载体，经历“十氢萘（C10H18）→四氢萘（C10H12）→萘（C10H8）”的脱氢过程释放氢气。已知： C10H18(l) ⇌ C10H12(l)＋3H2(g) △H1 C10H12(l) ⇌ C10H8(l)＋2H2(g) △H2 △H1＞△H2＞0；C10H18→C10H12的活化能为Ea1，C10H12→C10H8的活化能为Ea2，请回答： （3）温度335℃，在恒容密闭反应器中进行高压液态十氢萘（1.00 mol）催化脱氢实验，测得C10H12和C10H8的产率x1和x2（以物质的量分数计）随时间变化关系如图1所示。 x1显著低于x2的原因是________________________________________。 例题2 催化剂显著降低了C10H12到C10H8的活化能，反应生成C10H12迅速转变为C10H8，使C10H12不能积累。 慢 快 慢 快 A+B⇌C⇌D A+B⇌C⇌D 模型中，反应1正向移动对反应2施加何种影响？ 4.两个分步反应的相互影响 吸热 放热 升温平衡1如何移动？ A+B⇌C⇌D 1 2 4.两个分步反应的相互影响 (2) NO氧化反应：2NO(g)＋O2(g)=2NO2(g)分两步进行，反应过程能量变化示意图如图。 Ⅰ 2NO(g) ⇌ N2O2(g) ΔH1 Ⅱ N2O2(g)＋O2(g) ⇌ 2NO2(g) ΔH2 ①决定NO氧化反应速率的步骤是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。 ②在恒容的密闭容器中充入一定量的NO和O2气体，保持其它条件不变，控制反应温度分别为T3和T4(T4＞T3)，测得c(NO)随t(时间)的变化曲线如图。转化相同量的NO，在温度_____(填“T3”或“T4”)下消耗的时间较长，试结合反应过程能量图分析其原因____。 例题3 Ⅱ T4 ΔH1＜0，温度升高，反应Ⅰ平衡逆移，c(N2O2)减小； 浓度降低的影响大于温度对反应Ⅱ速率的影响。 1.并行反应模型 三、并行反应与势能图 A+B C D 用CO2直接加氢合成二甲醚包括以下二个相互关联的反应： 1.2CO2(g) + 6H2 (g) ⇌ CH3OCH3 (g) + 3H2O (g) ΔH1= -73.3kJ/mol 2.CO2 (g) + H2 (g) ⇌ CO (g) + H2O (g) ΔH2 =20.6 kJ/mol 2.并行反应势能图 1.哪个反应速率快？ 2.哪个反应平衡常数大？ 各有优势，D动力学优势产物，C热力学优势产物 反应进程 能量 一种经典并行反应势能图 18 五月 2025 萘与浓硫酸发生取代反应可以生成2种取代产物，反应进程中能量变化如图所示。其中相同投料，经历相同时间，不同反应温度时产物的比例不同，在40 °C和160°C时，得到1-取代产物与2-取代产物的比例分别为96：4和15 ：85，下列说法正确的是   A.1-取代产物比2-取代产物更稳定 B. 与40 °C相比，160°C时萘的平衡转化率更大 C.选择合适的催化剂同样可以提高2-取代产物比率 D.延长反应时间，最终以1-取代产物为主 C 例题4 B 2.并行反应势能图 例题4 25 加压平衡1如何移动？ 多重平衡体系中的平衡移动是相互影响的！ 多重平衡体系中的平衡是同时平衡 A（g）+B （g） 2C （g） 3D （g） 1 2 3.并行反应的相互影响 例题5 用CO2直接加氢合成二甲醚包括以下二个相互关联的反应： 1.2CO2(g) + 6H2 (g) ⇌ CH3OCH3 (g) + 3H2O (g) ΔH1= -73.3kJ/mol 2.CO2 (g) + H2 (g) ⇌ CO (g) + H2O (g) ΔH2 =20.6 kJ/mol 温度、压强对反应CO2中平衡转化率和二甲醚的选择性的影响如图1、图2： 图1 CO2转化率随温度升高先降后升？ 3.并行反应的相互影响 3.并行反应的产物选择性 如何控制（压强）条件提高D的选择性？ 如何控制（温度）条件提高D的选择性？ 吸热 放热 A（g）+B （g） 2C （g） 3D （g） 1 2 反应进程 能量 A+B 2C 3D 3.并行反应的产物选择性 (2)在一定反应时间内（未达平衡），升高温度对C的选择性有何影响？ 结论4：一般情况下反应时间短（未达平衡）动力学产物有利， 反应时间长（平衡）热力学产物有利 (1)如何控制时间提高D的选择性？ v逆 t1 t2 t v v正 A+B 2C 放热 结论：升高温度活化能大的反应速率增加的多 结论5：一定反应时间内反应未达平衡前提下，高温对活化能高的热力产物更有利 反应速率时间图：升高温度 图2 二甲醚的选择性随压强升高而升高？ 4.并行反应的产物选择性 例题5 用CO2直接加氢合成二甲醚包括以下二个相互关联的反应： 1.2CO2(g) + 6H2 (g) ⇌ CH3OCH3 (g) + 3H2O (g) ΔH1= -73.3kJ/mol 2.CO2 (g) + H2 (g) ⇌ CO (g) + H2O (g) ΔH2 =20.6 kJ/mol 温度、压强对反应CO2中平衡转化率和二甲醚的选择性的影响如图1、图2： 在一定温度下，以I2为催化剂，氯苯和Cl2在CS2中发生平行反应， 分别生成邻二氯苯和对二氯苯，两产物浓度之比与反应时间无关。 反应物起始浓度均为0.5 mol·L-1，反应30 min测得氯苯15%转化为 邻二氯苯，25%转化为对二氯苯。保持其他条件不变，若要提高 产物中邻二氯苯的比例，可采用的措施是______。 A.适当提高反应温度 B.改变催化剂 C.适当降低反应温度 D.改变反应物浓度 4.并行反应的产物选择性 速率之比决定浓度之比 生成邻二氯苯的反应活化能高 升高温度两个反应速率都升高，哪个速率增加的多？ 结论：升高温度活化能大的反应速率增加的多 AB 观点1：活化能越低反应速率越快 观点2：在两个反应的熵变接近的前提下， ΔH越小平衡常数越大 观点3：快+慢 中间产物浓度先快升后慢降， 慢+快 中间产物浓度一直维持低水平 观点4：一般情况下反应时间短（未达平衡）动力学产物有利， 反应时间长（平衡）热力学产物有利 观点5：一定反应时间内反应未达平衡前提下， 高温对活化能大的热力产物更有利 几个重要观点 小结： 升高温度活化能大的反应速率增加的多 小结： 一、过渡态理论与反应势能图 二、连续反应与势能图 1.两种经典连续反应模型 2.连续反应的势能图 3.连续反应中间体浓度随时间变化 4.两个分步反应的相互影响 三、并行反应与势能图 1.并行反应模型 2.并行反应势能图 3.并行反应的相互影响 4.并行反应的产物选择性 $$