第二章 化学反应速率与平衡的分析与总结 课件-2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

第二章 化学反应速率与化学平衡的分析与总结 01 教材内容与实验分析 02 课标及学业要求 03 高考试题评价 PAPT 01 教材内容与实验分析 教材中关于浓度商及化学平衡常数 Q = K 化学平衡常数的意义 化学平衡常数的影响因素 浓度商及化学平衡常数的表达式 教材内容与实验分析—— 从定性、定量双视角 探究影响化学平衡的因素 知识回顾 知识回顾 【特别强调】判断一个化学反应的平衡，不能以某一个物理量不变作为唯一的平衡标志。还需考虑反应物和生成物同时存在。 举例：【2021年北京-16】 正反应方向 逆反应方向 知识回顾 影响化学反应速率的因素 化学平衡的移动 改变条件 一定时间 化学平 衡状态 正向移动 或逆向移动 新的化学 平衡状态 化学平衡的移动 浓度、压强、温度等如何影响化学平衡的移动？ 1.浓度对化学平衡的影响 试管b 化学反应：2Fe3++Fe=3Fe2+ 试管a 空白对照实验 c(SCN-)增大 c(Fe3+)减小 试管c c(SCN-)= ×10-3 L×4滴×1mol/L 3.33×10-3 L = 0.06mol/L 1.浓度对化学平衡的影响 空白对照 1.浓度对化学平衡的结论 mA(aq)+nB(aq) ⇌pC(aq)+qD(aq) 提醒：固体或纯溶液的浓度视为常数。 ①定量分析浓度对化学平衡的影响 Q1>K，平衡逆向移动 Q2<K，平衡正向移动 ①定量分析浓度对化学平衡的影响 ②定性分析浓度对化学平衡的影响 条件： 条件： ②定性分析浓度对化学平衡的影响 主要 次要 提醒：在化学平衡体系中，气体或溶液的浓度变化会影响平衡状态，而固体或纯溶液的浓度视为常数，其用量不影响平衡移动。 mA(aq)+nB(aq) ⇌pC(aq)+qD(aq) 2.压强对化学平衡的影响（有气体参加的可逆反应） 2.压强对化学平衡的影响（有气体参加的可逆反应） 条件改变 反应改变 条件改变 反应改变 颜色先变浅，后变深（但比一开始颜色浅） 颜色先变深，后变浅（但比一开始颜色深） 减小压强，逆向移动 增大压强，正向移动 2.压强对化学平衡的影响（有气体参加的可逆反应） 正反应 变化 移动方向 气体体积减小的反应 增大压强 正向移动 减小压强 逆向移动 气体体积增大的反应 增大压强 逆向移动 减小压强 正向移动 气体体积不变的反应 增大压强 不移动 减小压强 不移动 2.压强对化学平衡的影响（有气体参加的可逆反应） ①定量分析压强化学平衡的影响 Q1>K，平衡逆向移动 气体体积 减小的反应 条件改变 ①定量分析压强化学平衡的影响 Q2<K，平衡正向移动 条件改变 气体体积 减小的反应 ①定量分析压强化学平衡的影响 条件改变 条件改变 气体体积不变 ②定性分析压强化学平衡的影响 条件改变 条件： 气体体积 减小的反应 ②定性分析压强化学平衡的影响 条件改变 条件： 气体体积 减小的反应 ②定性分析压强化学平衡的影响 主要 次要 正反应 变化 移动方向 气体体积减小的反应 增大压强 正向移动 减小压强 逆向移动 气体体积增大的反应 增大压强 逆向移动 减小压强 正向移动 气体体积不变的反应 增大压强 不移动 减小压强 不移动 3.温度对化学平衡的影响 (红棕色) (无色) 控制变量：保证浓度和体积一致 3.温度对化学平衡的影响 (红棕色) (无色) 升高温度，逆向移动 降低温度，正向移动 3.温度对化学平衡影响的实验结论 ①定量分析温度对化学平衡的影响 (红棕色) (无色) ①定性分析温度对化学平衡的影响 (红棕色) (无色) 条件： 条件： ①定性分析温度对化学平衡的影响 主要 次要 勒夏特列原理 主要 次要 4.催化剂对化学平衡的影响 催化剂对化学平衡的移动没有影响。 不能改变反应吸放热； 不能改变转化率； 也不能改变平衡常数。 小结 影响化学平衡的因素 N2O4( l) C₂H₈N₂( l) 分析该反应的特点：ΔH < 0， ΔS > 0， 正方向为焓减且熵增的反应，自发进行。 该反应无需外部点火，偏二甲肼与四氧化二氮接触即能自燃，反应过程中会释放出大量的热量，产生巨大的推动力，可用于火箭推进。 实验的价值：火箭燃料 工业制备N₂O₄(直接法): C₂H₈N₂(l) + 2N₂O₄(l) = 2CO₂ ( g) + 4H₂O ( g) + 3N₂ ( g) ΔH= - 2550.0 kJ·mol- 1 1. NH₃的催化氧化 2. NO的氧化及氮氧化物的吸收分离 3. 粗品N2O4的制备 4. 精馏提纯：粗品N2O4进入精馏塔，多次气化和冷凝，得到高纯度产品。 实验的价值：催化剂 【2015-北京-26】氢能是一种极具发展潜力的清洁源。以太阳能为热源，热化学硫碘循环分解水是一种高效、无污染的制氢方法．其反应过程如图1所示： 调节温度改变平衡状态，进而匹配循环中不同步骤的需求，本质是用平衡方向的调控，间接实现对“氢气生成效率”和“碘循环效率”的控制。 ①升温：推动平衡正向移动，加速氢气生成； ②降温：推动平衡逆向移动，助力碘循环复用。 2HI(g)⇌H₂(g) + I₂(g) ΔH>0 关注教材实验的功能与价值，并充分挖掘与利用。 实验原理 → 实验操作 → 工业应用 “做实验” → “懂实验” → “用实验” PAPT 02 课标及学业要求 能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题，能讨论化学反应条件的选择和优化。 针对典型案例，能从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。 课程内容 结合生产实例，组织学生开展关于反应条件的选择与优化的讨论，促使学生形成从限度、速率、能耗等多角度综合调控化学反应的基本思路，发展学生“绿色化学”的观念和辩证思维的能力。 学业要求 能进行化学反应速率的简单计算，能通过实验探究分析不同组分浓度改变对化学 反应速率的影响，能用一定的理论模型说明外界条件改变对化学反应速率的影响。 能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题，能讨论化学反应条件的选择和优化。 针对典型案例，能从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。 学业要求——速率、平衡 42 课例分析—— 探究如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇 ——化学反应选择与反应条件优化 选择化学反应 设计化学反应 选择反应条件 综合优化条件 设计制备与生产 物质的一般思路 设计制备与生产物质的一般思路： 温度 化学反应平衡 化学反应速率 浓度 压强 催化剂 设计化学反应 工业上通常选择H2 、H2O作为还原剂，由CO2制备CH3OH的，请从认识物质角度元素组成、价态和类别上解释制备原理？ CO2 CH3OH CO2+2H2O ⇋CH3OH+O2 CO2+3H2 ⇋CH3OH+H2O 选择化学反应 ① CO2(g)+3H2(g) ⇋CH3OH(g)+H2O(g) ② CO2(g)+2H2O(g) ⇋CH3OH(g)+O2(g) 你认为哪个反应更适宜甲醇的工业生产？请根据焓变和熵变复合判据判断上述反应是否正向自发进行? 反应①： ΔG = ΔH－TΔS =－ 48.97 kJ·mol－1 －T× ( －0.177 16) kJ· mol－1 ·K－1 ＜0， T＞276.42 K。该反应放热熵减反应，降低温度时正向反应自发进行。 选择化学反应 反应②： 吸热熵减反应，任何温度均不能正向自发进行。 根据焓变和熵变复合判据： ① CO2(g)+3H2(g) ⇋CH3OH(g)+H2O(g) ② CO2(g)+2H2O(g) ⇋CH3OH(g)+O2(g) 反 应 可 行 反应不可行 利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇： CO2(g) + 3H2(g) ⇌CH3OH(g) +H2O(g) △H= -49.5kJ/mol 资料：研究发现，通常还伴随着以下副反应： CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g) 　ΔH=＋41.2 kJ/mol 选择反应条件 思考：类比工业合成氨，在选择适宜工业生产的反应条件时，需要考虑哪些角度? 反应限度 ：低温 反应速率 ：升温、升压、催化剂 综合优化条件——投料比 工业生产的目的是获得利润，所以我们应考虑工厂的实际，按以较高反应速率获得适当平衡转化率来选择合成甲醇的条件。 请结合资料卡片1，选择合适的投料比。 二氧化碳合成甲醇： 主反应：CO2(g) + 3H2(g) ⇌CH3OH(g) +H2O(g) △H= -49.5kJ/mol 副反应：CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g) 　ΔH=＋41.2 kJ/mol 思考：为什么CO2的转化率与甲醇的产率两条线不重合？ 综合优化条件——投料比 二氧化碳合成甲醇： 主反应：CO2(g) + 3H2(g) ⇌CH3OH(g) +H2O(g) △H= -49.5kJ/mol 副反应：CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g) 　ΔH=＋41.2 kJ/mol 综合优化条件——投料比 二氧化碳合成甲醇： 主反应：CO2(g) + 3H2(g) ⇌CH3OH(g) +H2O(g) △H= -49.5kJ/mol 副反应：CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g) 　ΔH=＋41.2 kJ/mol 综合优化条件——投料比 二氧化碳合成甲醇： 主反应：CO2(g) + 3H2(g) ⇌CH3OH(g) +H2O(g) △H= -49.5kJ/mol 副反应：CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g) 　ΔH=＋41.2 kJ/mol 转化率 /选择性% 时空产率 转化率 选择性 选择性 资料：以甲醇a为例： CH3OH的选择性=生成甲醇的二氧化碳占全部二氧化碳反应物中所占的比例 资料：时空产率： 单位质量催化剂在单位时间内所获得的产物量，常用于评价催化剂活性 52 结合资料卡片2，选择合适的压强。 二氧化碳合成甲醇： 主反应：CO2(g) + 3H2(g) ⇌CH3OH(g) +H2O(g) △H= -49.5kJ/mol 副反应：CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g) 　ΔH=＋41.2 kJ/mol 资料： 在工业生产中，综合经济性与安全性，优先选用设计压力不高于5.0MPa、且在该压力范围内运行成本低、维护便捷。 综合优化条件——压强 综合优化条件——温度 温度与相同生产时间段内甲醇的产率 思考：甲醇的产率为什么呈先升高后降低的趋势？ 产率为什么会升高？ 该生产时间内，起初未达平衡，温度高，速率快，产率高（速率角度） 产率为什么会降低？ 1、若达平衡，升温逆向移动 （平衡角度） 2、副反应增强（副反应角度） 3、催化剂活性降低（速率角度） 结合资料卡片3，选择合适的温度。 二氧化碳合成甲醇： 主反应：CO2(g) + 3H2(g) ⇌CH3OH(g) +H2O(g) △H= -49.5kJ/mol 副反应：CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g) 　ΔH=＋41.2 kJ/mol 思考：对比合成氨的催化剂优化，本项目要如何选择催化剂？ 综合优化条件——催化剂 时空收率：催化剂活性 多角度考虑各因素设计CO2制甲醇方案 压强：5MPa; 投料比：3:1； 温度：520K左右； 催化剂：CuO/ZnO/ZrO2/MnO（选择性91%） 综合优化CO2制甲醇条件 温度 化学反应平衡 化学反应速率 浓度 压强 催化剂 副反应 主反应 竞争 产率高 产速快 促主抑副 工业生产中设备、安全、技术、成本 对主反应 选择性高 情境素材 有应用价值的可逆反应体系，如镍的精制、工业合成氨、高炉炼铁、水煤气、高压氧舱治疗CO中毒等；化学平衡影响因素的证据素材，如压强对二氧化氮-四氧化二氮平衡影响的数字传感器实验，酸碱指示剂的变色； 氨氧化制一氧化氮中的催化剂选择性作用；催化剂研究与诺贝尔奖；温度改变和活化能改变对化学反应速率的影响数据；飞秒化学； 57 情景素材举例—— 工业合成氨 鲁科版 选修1 第二章化学反应的方向、限度与速率 第三节 化学反应的速率 【化学与技术】 热的N2 H2 NH3 净化：除杂，防止催化剂中毒 合成氨：氨的分离，氮气， 氢气的循环利用， 利用反应的热预热合成气 3.分离循环功能： 分理出氨气并氮氢气循环 2.反应器功能： 合适的反应条件制备氨气 高温，高压 催化剂 O2的沸点 -183℃ N2的沸点 -195.8℃ 1.预处理功能： 制备原料气氢气和分离提纯 能量循环 物质循环 情景素材举例—— 镍的精炼 羰基法精炼镍 　　 一、原料还原（预处理阶段）： 镍氧化物在 200℃条件下与合成气（通常含H2和CO）发生反应，转化为金属镍，同时原料中的铁、钴等金属氧化物也被还原为相应的金属杂质，形成粗镍。 二、羰基化反应（提纯分离阶段）： 粗镍在 50-60℃的条件下与CO接触，镍会优先反应，生成气态羰基镍 （Ni (CO)₄）；而铁、钴等杂质因与CO的反应活性较低，仍以固体形式留存，从而实现镍与大部分杂质的初步分离。 Ni (s) +4CO(g) ⇌Ni(CO)4(g) ΔH <0 （低温：50℃-60℃） 三、羰基镍分解（纯镍生成阶段）： 含有羰基镍的混合气体被加热至 220-250℃，此时气态羰基镍发生分解反应，重新转化为金属镍和CO。 Ni(CO)4(g) ⇌ Ni (s) +4CO(g) ΔH ＞0（高温：230℃以上） PAPT 03 高考试题评价 年份 2020 2021 2022 题号 10，15（1）②，18（1）① 10，13，16（1）（2）（3） 12,13,14,16(1),18(3),19(4)④ 题型 选择题，填空题 选择题，填空题 选择题、填空题 分值 7分 16分 17分 考察内容 10.情境：反应I2(g)+H2(g)⇌2HI(g)在密闭容器中达到平衡。 问题：通过化学平衡常数判断化学反应方向。 15.情境：H2O2的合成方法，问题：写出可逆反应中促进该反应正向进行的措施。 18.情境：软锰矿制备MnO2的一种工艺流程。问题：回答研磨成粉末有什么作用。 10.情境：NO2 和 N2O4 的反应平衡。问题：改变条件根据现象，判断平衡移动方向。 13.情境：锂电池负极材料，利用足量重水与含 LiH 的 Li 负极材料反应。问题：根据平衡移动判断物质的量之比大小。 16.情境：“Ag+ + Fe2+⇌Fe3+ + Ag↓”为可逆反应并测定其平衡常数。问题：采用电化学装置从平衡移动角度进行实验验证，写出操作和现象。测定平衡常数，思考K值的变化情况。 12. 情境：MOFs 多孔材料 “固定”N2O4。 问题：能否促进 2NO2⇌N2O4 平衡正向移动。 13. 情境：电解池（铁上镀铜）。 问题：推测②中溶液 c(Cu2+ )减小， Cu2+ + 4NH3⇌[Cu(NH3)4]2+平衡是否逆向移动。 14.情境：CO2 捕获和转化减少 CO2 排放并实现资源利用。 问题：通过图像和反应过程判断生成 H2 的速率。 16.（1）情境：煤中硫的存在形态，问题：回答研磨成粉末有什么作用。 18.（3）情境：利用白云石制备高纯度的碳酸钙和氧化镁流程。问题：回答从化学平衡的角度解释浸出率增大的原因。 19.（4）情境：氯气与二价锰化合物的反应。 问题：回答从反应速率的角度分析实验现象的可能原因。 核心知识 通过平衡移动预测结果； 速率的影响因素 用平衡移动解释实际问题；速率视角解释实际问题；设计实验证明平衡；计算平衡常数及误差 用平衡移动解释实际问题 核心知识分类 速率；平衡 速率；平衡 速率；平衡 2020年至2025年北京高考中 化学反应速率与化学平衡试题核心知识分布统计 年份 2023 2024 2025 题号 14.18(2),19(1)① 10，13，16（2）②，19（2）② 10，12，15（4）18（3），19（2）③，（3） 题型 填空题 选择题，填空题 选择题，填空题 分值 8分 约13分 约17分 考察内容 14.情境：一定温度下 Mg2+在不同 pH 的 Na2CO3 体系中的可能产物。问题：平衡后溶液中存在的离子数量关系。 18.（2）情境：银锰精矿和氧化锰矿为原料联合提取银和锰的流程。问题：结合平衡移动原理解释浸出剂中 Cl-、H+的作用。 19.情境：实验探究 Cu 被 I2 氧化的产物及铜元素的价态。问题：比较实验的反应速率。 　 10.情境：采用 Deacon 催化氧化法将工业副产物 HCl 制成 Cl2，实现氯资源的再利用的催化过程。问题：改变条件判断反应的平衡常数变化情况。 13.情境：苯在浓 HNO3 和浓 H2SO4 作用下，反应过程中能量变化。问题：反应速率的角度分析反应趋势。 16.情境：采用不同的氮源制备 HNO3。问题：分析反应平衡时转化率随温度的变化的图。 19. 情境：FeCl3 溶液中分别加入过量的 Cu 粉、Zn 粉和Mg 粉，探究溶液中氧化剂的微粒及其还原产物。 问题：用平衡移动原理解释红褐色沉淀生成的原因。 10.情境：　乙烯、醋酸和氧气在钯（Pd）催化下高效合成醋酸乙烯酯。问题：催化剂能否通过参与反应改变反应历程，提高反应速率。 12.情境：研究三价铁配合物性质。问题：判断促进反应正向移动的条件。 15.情境：MgCl2 和 NH3 反应过程中能量变化。问题：平衡的角度推断利于反应的条件。 18.情境：研究 Na2SO3、NaHCO3 与 SO2 的反应。问题：结合方程式解释平衡转化率的变化。 19.情境：研究测定“MnO2 + 2Br- + 4H+⇌Mn2+ + Br2 + 2H2O”平衡常数的方法。问题：平衡视角下化学平衡常数的比较。 核心知识 速率视角解释实际问题; 速率影响因素 实验平衡移动；催化机理，活化能； 多平衡体系的互相影响； 平衡移动解释说明 催化剂机理;化学平衡的移动; 活化能的解释说明;多平衡体系； 化学平衡常数的实验分析 核心知识分类 速率；平衡 速率，平衡 速率，平衡 2020年至2025年北京高考中 化学反应速率与化学平衡试题核心知识分布统计 高考试题赏析 【2024年北京-13】 √ 产物稳定性： 能量越低越稳定 √ 反应速率： 活化能:E2<E1，活化能越低反应速率越快，低温下可以更快生成产物Ⅱ √ sp2 sp3 E1 E2 选择 解释说明 【2025年北京-15（4）】 平衡答题角度： 平衡（可逆反应+描述反应特征）+影响因素（温度，浓度，压强）+移动结果 △H>0 [Mg(NH3)6]Cl2(s)⇌MgCl2(s)+6NH3(g) △H>0 反应物 生成物 也是气体分子数增加的反应 【2024年北京-16（2）②】 第Ⅱ步反应： 平衡答题角度： 平衡（可逆反应+描述反应特征）+影响因素（温度，浓度，压强）+移动结果 图像分析： 1.横纵坐标的含义 2.曲线的趋势 3.运用辅助线 【2024年北京-16（2）②】 平衡（可逆反应+描述反应特征） 该反应正向气体分子总数减小 影响因素：T p +结果 Ty>Tx，[NO转化率%]y <[NO转化率%]x 为使两点的NO的转化率相同，需提高y点NO的转化率，故需增 大压强，平衡正向移动，故y点的容积小于x点 ΔH<0 方法一：定性判断 x,y点均是平衡状态: 均满足Q= = = =K c2(NO2) c2(NO2) •c(O2) n2(NO2) v2 n2(NO2) n(O2) v2 v • n2(NO2) n2(NO2) •n(O2) •v 依据图像：2NO+O2 NO2 【2024年北京-16（2）②】 方法二：定量判断 Kx>Ky n2(NO2) n2(NO2) •n(O2) x,y点比较，达平衡时NO的转化率相同，则平衡时， 相同 Kx>Ky, 故Vx > Vy 【2021年北京-16】 【2021年北京-16】 三段式： 起始浓度(mol/L) 转化浓度(mol/L) 平衡浓度(mol/L) 0.01 0.02 0 【2021年北京-16】 感谢指导! 请各位老师批评指正! $