化学苏教版 (2019)第一单元 化学反应速率与反应限度导学案
展开化学反应速率与化学反应限度问题常以图像题的形式出现,在相关图像的平面直角坐标系中,可能出现的物理量有物质的量、浓度、压强、时间等。这类问题要按照“一看、二想、三判断”这三个步骤来分析解答。
(1)“一看”——看图像
①看面:理解各坐标轴所代表量的意义及曲线所表示的是哪些量之间的关系。
②看线:分清正反应和逆反应,分清突变和渐变、小变和大变;理解曲线“平”与“陡”即斜率大小的意义;理解曲线的变化趋势并归纳出规律。若图中有拐点,可按照先拐先平的规律,即较早出现拐点的曲线所表示的反应先达到平衡,对应的温度高、压强大。
③看点:理解曲线上点的意义,特别是某些特殊点,如坐标轴的交点、几条曲线的交叉点、极值点、转折点等。分清反应物和生成物,浓度减小的是反应物,浓度增大的是生成物。
④看辅助线:做横轴或纵轴的垂直线(如等温线、等压线、平衡线等)。
⑤看量的变化:弄清楚是物质的量的变化、浓度的变化还是转化率的变化。
(2)“二想”——想规律
如各物质的转化量之比与化学计量数之比的关系、各物质的化学反应速率之比与化学计量数之比的关系、外界条件的改变对化学反应的影响以及对正、逆反应速率的影响规律等。
(3)“三判断”——利用有关规律,结合图像,通过对比分析,做出正确判断。
【例题】 在温度和容积不变的密闭容器中,A气体与B气体反应生成C气体。反应过程中,反应物与生成物的浓度随时间变化的曲线如图所示,则下列叙述正确的是( )
A.该反应的化学方程式为A(g)+3B(g)2C(g)
B.到达t1 s时刻该反应停止
C.(t1+10) s时,升高温度,正、逆反应速率加快
D.若该反应在绝热容器中进行,也在t1时刻达到平衡
C [A项,从开始到t1 s,A的浓度减小了(0.8-0.2) ml·L-1=0.6 ml·L-1,B的浓度减小了(0.5-0.3) ml·L-1=0.2 ml·L-1,C的浓度增大了(0.4-0) ml·L-1=0.4 ml·L-1,所以该反应的化学方程式为3A(g)+B(g)2C(g),错误;B项,在t1 s 时,反应达到平衡状态,但是反应仍在进行,错误;C项,升高温度,正、逆反应速率均加快,正确;D项,若该反应在绝热容器中进行,随反应的进行温度会发生变化,反应速率也会发生变化,不会在t1时刻达到平衡,错误。]
1.甲:在试管中加入1 g粉末状大理石,加入4 ml·L-1盐酸20 mL(过量);乙:在试管中加入2 g颗粒状大理石,加入4 ml·L-1盐酸20 mL(过量);下列CO2生成体积(折算成标准状况)V(CO2)同反应时间t的关系曲线图合理的是( )
A B C D
D [甲、乙试管中大理石的状态和质量不同,甲中为1 g粉末状的大理石,乙中为2 g颗粒状的大理石,产生气体的速率甲比乙快,产生气体的量乙是甲的2倍,因此甲曲线比乙曲线斜率大,乙曲线比甲曲线气体体积大,甲比乙先反应完,分析比较可知D项正确。]
2.在某容积为2 L的密闭容器中,A、B、C、D四种气体物质发生可逆反应,其物质的量n(ml)随时间t(min)的变化曲线如图所示:
下列说法正确的是( )
A.前2 min内,v(A)=0.2 ml·L-1·min-1
B.在2 min时,图像发生改变的原因只可能是增加压强
C.其他条件不变,4 min时体系的压强不再发生变化
D.增加气体D的浓度,A的反应速率随之降低
C [从前2 min看,A、B、C、D改变的物质的量分别为0.4 ml、0.5 ml、0.6 ml、0.4 ml,且A、B的物质的量减少,应为反应物;C、D的物质的量增加,应为生成物。故反应方程式为4A(g)+5B(g)6C(g)+4D(g)。选项A,前2 min内,v(A)=eq \f(0.4 ml,2 L×2 min)=0.1 ml·L-1·min-1;选项B,从图像看,2~3 min时的图像斜率变大,说明化学反应速率变快,增大压强、升高温度、加入催化剂等均可;选项C,4 min时反应达到平衡状态,体系压强不再改变;选项D,增加生成物D的浓度,A的浓度随之增大,故A的反应速率加快。]
《黄帝内经》:“静则神藏,躁则消亡。”养金鱼可以平静心灵,使忙碌的现代人平静下来,减少躁动,从而得以养生。
鱼浮灵是一种化学增氧剂,主要成分为过氧碳酸钠(2Na2CO3·3H2O2),分别在等体积双氧水中加入少量Na2CO3、NaCl和NaOH固体探究鱼浮灵增氧原理,实验结果如图所示。
图1
图2 图3
1.图1说明了什么问题?
提示:双氧水中加入Na2CO3固体后,随时间的变化,溶解氧不断增加溶液pH不断增大。
2.对比三个图,pH影响双氧水的分解吗?怎样影响的?
提示:由图3对比可知,pH增大,H2O2的分解速率增大,但pH过大时H2O2的分解速率反而减小。
3.以下叙述正确的是________(填序号)。
①Na2CO3对H2O2的分解有促进作用
②加入NaCl后溶液溶解氧变化不明显
③H2O2分解随pH增大而持续加快
④鱼浮灵使用时应根据pH控制投放量
提示:①②④
通过本实验素材提升了“变化观念与平衡思想”“宏观辨识与微观探析”的核心素养。
1.在溶液中可进行反应A+BC+D,其中A、B在一定条件下反应,并测定反应中生成物C的浓度随反应时间的变化情况,绘制出如图所示的图线。(O~t1、t1~t2、t2~t3各时间段相同)下列说法不正确的是( )
A.该反应是吸热反应
B.反应速率最大的时间段是在t1~t2
C.四个时间段内生成C的量最多的是t1~t2
D.反应速率后来减慢主要是受反应物浓度变化的影响
A [根据图像无法判断反应是放热反应还是吸热反应,A项错误;斜率越大,反应速率越快,因此反应速率最大的时间段是在t1~t2,B项正确;根据纵坐标数据可知四个时间段内生成C的量最多的是t1~t2,C项正确;反应后阶段,反应物浓度减小,因此反应速率后来减慢主要是受反应物浓度变化的影响,D项正确。]
2.(2021·天津期中联考)一定温度下,在2 L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列描述正确的是( )
A.t min时该反应达到化学平衡状态
B.反应开始到10 min,用X表示的反应速率为0.079 ml·L-1·min-1
C.反应开始到10 min时,Y的转化率为79%
D.反应的化学方程式为X(g)+2Y(g)3Z(g)
C [到10 min时该反应达到化学平衡状态,A错误;反应进行到10 min时,X、Y均减少了0.79 ml,Z增加了1.58 ml,用X表示的反应速率为eq \f(0.79 ml,2 L×10 min)=0.039 5 ml·L-1·min-1,反应的化学方程式为X(g)+Y(g)2Z(g),B、D错误;反应开始到10 min时Y的转化率为eq \f(0.79 ml,1.00 ml)×100%=79%,C正确。]
3.向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2,使反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)在一定条件下达到平衡,正反应速率随时间变化的曲线如图所示。由图可得出的正确结论是( )
A.反应在c点达到平衡状态
B.反应物浓度:a点小于b点
C.反应物的总能量低于生成物的总能量
D.Δt1=Δt2时,SO2的转化率:a~b段小于b~c段
D [A.化学平衡时各物质浓度不再改变,正、逆反应速率相等且不再改变,c点时正反应速率仍在变化,故c点没达到化学平衡,故A错误;B.a点到b点时,正反应速率增大,反应物浓度不断减小,反应物浓度a点大于b点,故B错误;C.随着反应进行,反应物浓度不断减小,而正反应速率增大,说明反应放出热量,即正反应为放热反应,反应物总能量高于生成物总能量,故C错误;D.a到c的过程中,反应一直正向进行,且正反应速率一直增大,若Δt1=Δt2,二氧化硫的转化率a~b段小于b~c段,故D正确。]
4.(2021·金华一中高一月考)氯酸钾和亚硫酸氢钾溶液能发生氧化还原反应:ClOeq \\al(-,3)+3HSOeq \\al(-,3)===3SOeq \\al(2-,4)+Cl-+3H+。已知该反应的速率随c(H+)的增大而加快。如图为用ClOeq \\al(-,3)在单位时间内物质的量浓度变化表示的该反应vt图。下列说法中不正确的是( )
A.图中阴影部分的面积表示t1~t2时间内ClOeq \\al(-,3)的物质的量的减少量
B.纵坐标为v(Cl-)的vt曲线与图中曲线完全重合
C.反应开始时速率增大可能是c(H+)所致
D.后期反应速率下降的主要原因是反应物浓度减小
A [图像为ClOeq \\al(-,3)在单位时间内物质的量浓度变化表示的该反应vt图,则阴影部分的面积表示t1~t2时间内ClOeq \\al(-,3)的物质的量浓度的减少量,故A错误;化学方程式为ClOeq \\al(-,3)+3HSOeq \\al(-,3)===3SOeq \\al(2-,4)+Cl-+3H+,v(ClOeq \\al(-,3))∶v(Cl-)=1∶1,纵坐标为v(Cl-)的vt曲线与图中曲线重合,故B正确;由化学方程式为ClOeq \\al(-,3)+3HSOeq \\al(-,3)===3SOeq \\al(2-,4)+Cl-+3H+可知,反应开始时随着反应的进行,c(H+)不断增大,反应的速率加快由题目信息可知反应的速率随c(H+)的增大而加快,故C正确;随着反应的进行,反应物的浓度减少,反应速率减小,所以后期反应速率下降的主要原因是反应物浓度减小,故D正确。]
5.一定条件下铁可以和CO2发生反应:Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)。一定温度下,向某密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO2气体,反应过程中CO2气体和CO气体的浓度与时间的关系如图所示。
(1)t1 min时,正、逆反应速率的大小关系为v正________v逆(填“>”“<”或“=”)。
(2)4 min内,CO2的转化率为________;CO的平均反应速率v(CO)=________。
(3)下列条件的改变能减慢其反应速率的是________(填序号,下同)。
①降低温度
②减少铁粉的质量
③保持压强不变,充入He使容器的体积增大
④保持容积不变,充入He使体系压强增大
(4)下列描述能说明上述反应已达平衡状态的是________。
①v(CO2)=v(CO)
②单位时间内生成n ml CO2的同时生成n ml CO
③容器中气体的压强不随时间变化而变化
④容器中气体的平均相对分子质量不随时间变化而变化
[解析] (1)因为t1 min时化学反应没有达到平衡,反应仍然向正反应方向进行,所以正反应速率大于逆反应速率,即v正>v逆。(2)根据图像分析4 min内CO2的变化量为0.7 ml·L-1-0.2 ml·L-1=0.5 ml·L-1,转化率为eq \f(0.5 ml·L-1,0.7 ml·L-1)×100%≈71.4%;CO在4 min内的变化量为0.5 ml·L-1,则4 min内的平均反应速率为v(CO)=eq \f(0.5 ml·L-1,4 min)=0.125 ml·L-1·min-1。(3)降低温度,化学反应速率降低,故①正确;因为铁粉是固体,减少铁粉的质量不影响化学反应速率,故②错误;保持压强不变,充入He使容器的体积增大,相当于减小反应物和生成物的浓度,化学反应速率减慢,故③正确;保持容积不变,充入He使体系压强增大,但不影响反应物和生成物的浓度,所以化学反应速率不变,故④错误。(4)当v正(CO2)=v逆(CO)时,说明化学反应达到平衡状态,而v(CO2)=v(CO)不代表正、逆反应速率的关系,不能由此确定化学反应是否达到平衡,故①错误;单位时间内生成n ml CO2的同时生成n ml CO,说明化学反应的正、逆反应速率相等,故②正确;由反应Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)知,该反应是反应前后气体体积相等的反应,压强始终不变,故③错误;因为气体的平均相对分子质量与气体的质量和气体的物质的量有关,该反应气体的物质的量不变,质量变化,当容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化时,说明化学反应达到平衡状态,故④正确。
[答案] (1)> (2)71.4% 0.125 ml·L-1·min-1 (3)①③ (4)②④探 究
任 务
1.认识常见的图像类型,掌握分析化学反应速率和反应限度图像题的分析思路。
2.通过对图像的分析,进一步提升基础知识的应用能力。
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