2020版高中化学 第2章 化学反应速率和化学平衡章末复习课导学案 新人教版选修4

1第2章化学反应速率和化学平衡(教师用书独具)1．2.23.化学反应速率与平衡常数的计算模板(1)列出“三段”——起始、转化、平衡①写出有关反应的化学方程式②找出各物质的起始量、转化量、平衡量。③根据已知条件列方程计算mA(g)＋nB(g)pC(g)起始浓度amol·L－1bmol·L－1cmol·L－1转化浓度xmol·L－1nxmmol·L－1pxmmol·L－1平衡浓度(a－x)mol·L－1(b－nxm)mol·L－1(c＋pxm)mol·L－1(2)计算公式①对反应物：平衡浓度＝起始浓度－转化浓度3对生成物：平衡浓度＝起始浓度＋转化浓度②化学反应速率：v＝ΔcΔt＝ΔnV·Δt③反应物转化率：ΔcAcA原×100%④平衡时的体积分数：C%＝nC平n总平×100%⑤平衡常数：K＝cpCcmA·cnB1．F．Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时N2O5(g)分解反应：2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g)2N2O4(g)其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示(t＝∞时，N2O5(g)完全分解)：t/min0408016026013001700∞p/kPa35.840.342.545.949.261.262.363.1(1)研究表明，N2O5(g)分解的反应速率v＝2×10－3×pN2O5(kPa·min－1)。t＝62min时，测得体系中pO2＝2.9kPa，则此时的pN2O5＝________kPa，v＝________kPa·min－1。(2)若提高反应温度至35℃，则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35℃)________63.1kPa(填“大于”“等于”或“小于”)，原因是________________________________________________________。(3)25℃时N2O4(g)2NO2(g)反应的平衡常数Kp＝________kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数)。[解析](1)t＝62min时，体系中pO2＝2.9kPa，根据三段式法得2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)起始35.8kPa00转化5.8kPa5.8kPa2.9kPa62min30.0kPa5.8kPa2.9kPa则62min时pN2O5＝30.0kPa，v＝2×10－3×30.0kPa·min－1＝6.0×10－2kPa·min－1。(2)刚性反应容器的体积不变，25℃N2O5(g)完全分解时体系的总压强为63.1kPa，升高温度，从两个方面分析：一方面是体积不变，升高温度，体系总压强增大；另一方面，2NO2N2O4的逆反应是吸热反应，升温，平衡向生4成NO2的方向移动，体系物质的量增大，故体系总压强增大。(3)N2O5完全分解生成N2O4和O2，起始pN2O5＝35.8kPa，其完全分解时pN2O4＝35.8kPa，pO2＝17.9kPa，设25℃平衡时N2O4转化了x，则N2O42NO2平衡35.8kPa－x2x35．8kPa－x＋2x＋17.9kPa＝63.1kPa，解得x＝9.4kPa。平衡时，pN2O4＝26.4kPa，pNO2＝18.8kPa，K＝p2NO2pN2O4＝18.8226.4kPa≈13.4kPa。[答案](1)30.06.0×10－2(2)大于温度升高，体积不变，总压强增大；NO2二聚为放热反应，温度升高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高(3)13.4教师用书独具H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)。在610K时，将0.10molCO2与0.40molH2S充入2.5L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。(1)H2S的平衡转化率α1＝________%，反应平衡常数K＝________。(2)在620K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2______α1，该反应的ΔH______0。(填“”“”或“＝”)(3)向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是________(填标号)。A．H2SB．CO2C．COSD．N2[解析](1)第一步：写方程式，列三段式H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)n(始)/mol0.400.1000Δn/molxxxxn(平)/mol0.40－x0.10－xxx第二步：列方程，求未知量x0.40mol－x＋0.10mol－x＋x＋x＝0.02解得：x＝0.01mol第三步：明确问题，规范答案H2S的平衡转化率α1＝ΔnH2SnH2S×100%＝0.01mol0.40mol×100%＝2.5%。5K＝cCOS·cH2OcH2S·cCO2＝0.012.5×0.012.50.40－0.012.5×0.10－0.012.5＝1351≈2.8×10－3。[答案](1)2.52.8×10－3(2)＞(3)B教师用书独具分压常数(Kp)简介(1)Kp的含义：在化学平衡体系中，各气体物质的分压替代浓度，计算的平衡常数叫压强平衡常数。单位与表达式有关。(2)计算技巧：第一步，根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度；第二步，计算各气体组分的物质的量分数或体积分数；第三步，求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)；第四步，根据平衡常数计算公式代入计算。例如，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp＝p2NH3pN2·p3H2。化工生产与平衡图像的关系【典例】丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题：(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1­丁烯(C4H8)的热化学方程式如下：①C4H10(g)===C4H8(g)＋H2(g)ΔH1已知：②C4H10(g)＋12O2(g)===C4H8(g)＋H2O(g)ΔH2＝－119kJ·mol－1③H2(g)＋12O2(g)===H2O(g)ΔH3＝－242kJ·mol－1反应①的ΔH1为________kJ·mol－1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x________0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是________(填标号)。A．升高温度B．降低温度C．增大压强D．降低压强6图(a)图(b)图(c)(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是____________________________________________________________。(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大的原因可能是__________、________；590℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是______________________________________________________________________________________________。[解析](1)由盖斯定律可知，①式＝②式－③式，即ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝－119kJ/mol－(－242kJ/mol)＝＋123kJ/mol。由图(a)可知，同温下，xMPa时丁烯的平衡产率高于0.1MPa时的，根据压强减小，平衡向右移动可知，x小于0.1。欲提高丁烯的平衡产率，应使平衡向右移动，该反应的正反应为吸热反应，因此可以通过升高温度的方法使平衡向右移动；该反应为气体体积增大的反应，因此可以通过降低压强的方法使平衡向右移动，所以A、D选项正确。(2)由于氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大，所以丁烯产率降低。(3)该反应的正反应为吸热反应，因此升高温度可以使平衡向右移动，使丁烯的产率增大，另外，反应速率也随温度的升高而增大。由题意知，丁烯在高温条件下能够发生裂解，因此当温度超过590℃时，参与裂解反应的丁烯增多，而使产率降低。[答案](1)＋123小于AD(2)氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大(3)升高温度有利于反应向吸热方向进行温度升高反应速率加快丁烯高温裂解生成7短链烃类2．当温度高于500K时，科学家成功利用二氧化碳和氢气合成了乙醇，这在节能减排、降低碳排放方面具有重大意义。(1)该反应的化学方程式为_____________________________________________________________________________________。(2)在一定压强下，测得由CO2制取CH3CH2OH的实验数据中，起始投料比、温度与CO2的转化率的关系如图。根据图中数据分析：①降低温度，平衡向________方向移动。②在700K、起始投料比nH2nCO2＝1.5时，H2的转化率为________。③在500K、起始投料比nH2nCO2＝2时，达到平衡后H2的浓度为amol·L－1，则达到平衡时CH3CH2OH的浓度为________。[解析](2)①由图中信息可知，其他条件不变时，升高温度，CO2的转化率降低，说明平衡向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，即降低温度，平衡将向正反应方向移动。②700K时，当氢气与二氧化碳的起始投料比nH2nCO2＝1.5时，由图像可知二氧化碳的转化率为20%，由化学方程式：2CO2＋6H2500KC2H5OH＋3H2O，可计算出氢气的转化率为40%。③设起始时c(CO2)＝xmol·L－1，则起始时c(H2)＝2xmol·L－1，有2CO2(g)＋6H2(g)500KC2H5OH(g)＋3H2O(g)起始/(mol·L－1):x2x00转化/(mol·L－1):0.6x1.8x0.3x0.9x平衡/(mol·L－1):0.4x0.2x0.3x0.9x80．2x＝amol·L－1，则0.3x＝1.5amol·L－1。[答案](1)2CO2＋6H2500KC2H5OH＋3H2O(2)①正反应(或右)②40%③1.5amol·L－1