化学选择性必修1第1节 化学反应的方向学案设计

章末总结

体系构建

模型构建

一、控制变量思想在比较反应速率大小中的应用

例1臭氧 在水中易分解，一定条件下， 的浓度减少一半所需的时间 如下表所示。

已知： 的起始浓度为 。

（1） 增大能加速 分解，表明对 分解起催化作用的是  。

（2）在 条件下， 的分解速率为 。

（3）据表中的递变规律，推测 在下列条件下分解速率依次增大的顺序为  （填字母）。

答案：（1）  （2）  （3）

解析：（1）根据题表中数据可知， 增大， 的分解速率加快，则对 分解起催化作用的是 。（2） 。（3）分析题表中数据知，a项中反应时间 ，同理 ， ，故可判断 的分解速率的大小顺序是 。

模型构建

控制变量法分析化学反应速率的影响因素的流程：

迁移应用1等质量的铁与过量盐酸在不同的实验条件下进行反应（实验数据见下表）， 为盐酸的浓度 ，测定反应相同时间后产生氢气的体积 。则 值最大的是(     )

A. B. C. D.

答案：

解析： 温度最高，且D使用的是铁粉，故D反应最快，相同时间内产生 的量最多。

迁移应用2某探究小组用计算 与大理石反应过程中质量减小的方法，研究影响反应速率的因素，所用硝酸浓度分别为 ，大理石有细颗粒与粗颗粒两种规格，实验温度为 。请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填出对应的实验编号：

答案：②298; 粗颗粒; 1.00; ③308; 2.00; ④298; 细颗粒; 2.00; （Ⅱ）实验③; （Ⅲ）实验④

解析：本题考查影响反应速率的因素的实验设计。实验①和②探究硝酸浓度对反应速率的影响，故大理石规格和反应温度应相同，而硝酸浓度不同；同理，实验①和实验③应选择不同的温度、实验①和实验④应选择不同的大理石规格，而另外2个条件相同。

二、化学反应速率常数及其应用

例2对于反应 ，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在 和 时 的转化率随时间变化的结果如图所示。

（1）在 下，要提高 转化率，可采取的措施是  ；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有  、  。

（2）比较 处反应速率大小: （填“大于”“小于”或“等于”） 。反应速率 ， 分别为正、逆向反应速率常数， 为物质的量分数，计算 处的 =  （保留1位小数）。

答案：（1）及时移去产物; 改进催化剂; 提高反应物压强（浓度）

（2）大于; 1.3

解析：（1）温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短，曲线 达到平衡的时间短，则曲线 代表 时 的转化率变化曲线，曲线 代表 时 的转化率变化曲线。在 时，要提高 转化率，可采取的措施是及时移去产物，使平衡向正反应方向移动；要缩短反应达到平衡的时间，需加快化学反应速率，可采取的措施有提高反应物压强或浓度、改进催化剂等。（2）温度越高，反应速率越快， 点温度为 ， 点温度为 ，故反应速率: 大于 。反应速率 ，则有 ， 下反应达到平衡状态时 ，即 ，此时 的平衡转化率 ，经计算可得 的物质的量分数分别为 ，则有 。 处 的平衡转化率 ，此时 的物质的量分数分别为0.8、0.1、0.1，则有 。

模型构建

有关化学反应速率常数的问题的解题步骤：

迁移应用3反应 中，每生成 ，放出 的热量，该反应的速率表达式为 （ 待测），其反应包含下列两步：

① （慢）

（快）

时测得有关实验数据如下：

下列说法错误的是(     )

A.整个反应速率由第①步反应决定

B.正反应的活化能一定是①＜②

C.该反应速率表达式：

D.该反应的热化学方程式为

答案：

解析：A项，由①、②两反应知，反应过程中反应慢的反应决定反应速率，整个反应速率由第①步反应决定，正确；B项，反应①慢，说明反应①的活化能高，正反应的活化能一定是①＞②，错误；C项，比较实验Ⅰ、Ⅱ数据可知， 浓度不变，氢气浓度增大一倍，反应速率增大一倍，比较实验Ⅲ、Ⅳ数据可知， 浓度不变， 浓度增大一倍，反应速率增大四倍，据此得到速率方程： ，依据实验Ⅰ中数据计算 ，则速率表达式为 ，正确；D项，反应 中，每生成 放出 的热量，生成 放热 ，热化学方程式为 ，正确。

迁移应用4碘及其化合物在合成杀菌剂、药物等方面具有广泛用途。Bodensteins研究了反应： ，在 时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数 与反应时间 的关系如下表：

回答下列问题：

（1）根据上述实验结果，该反应的平衡常数 的计算式为  。

（2）上述反应中，正反应速率为 ，逆反应速率为 ，其中 为速率常数，则 为  （以 表示）。若 ，在 时， 。

答案：（1）  （2） ;

解析：（1） 是反应前后气体体积不变的反应。反应后 ，则 ， 。（2）达到平衡时， ，即 ， ，在 时， ， 。

高考体验

1.（不定项）（2020山东，14，4分）1，3-丁二烯与 发生加成反应分两步:第一步 进攻1，3-丁二烯生成碳正离子（）；第二步 进攻碳正离子完成1，2-加成或1，4-加成。反应进程中的能量变化如下图所示。已知在 和 时，1，2-加成产物与1，4-加成产物的比例分别为70:30和15:85。下列说法正确的是(     )

A.1，4-加成产物比1，2-加成产物稳定

B.与 相比， 时1，3-丁二烯的转化率增大

C.从 升至 ，1，2-加成正反应速率增大，1，4-加成正反应速率减小

D.从 升至 ，1，2-加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度

答案： ;

解析：根据题给反应进程中的能量关系，1，3-丁二烯与 的加成反应为放热反应，两种温度下，1，4-加成产物比1，2-加成产物的能量低，所以1，4-加成产物更稳定，A项正确；1，3-丁二烯与 的加成反应为放热反应，升温，平衡向逆反应方向移动，1，3-丁二烯的转化率降低，且说明正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度，B项错误，D项正确；升温时，1，2-加成正反应速率和1，4-加成正反应速率都增大，C项错误。

2.（2020浙江7月选考，20，2分）一定条件下： 。在测定 的相对分子质量时，下列条件中，测定结果误差最小的是(      )

A.温度 、压强

B.温度 、压强

C.温度 、压强

D.温度 、压强

答案：

解析：测定 的相对分子质量时，由于存在可逆反应 ，气体中必然存在 ，混合气体的平均相对分子质量偏大，欲让误差最小，应使可逆反应平衡逆向移动，减少 的含量。该反应是放热反应，升温有利于平衡逆向移动；该反应是气体分子数减少的反应，减压有利于平衡逆向移动，故适宜的条件应为高温、低压，D项符合题意。

3.（2020课标Ⅰ，28，14分）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 的催化氧化： 。回答下列问题：

（1）钒催化剂参与反应的能量变化如图（a）所示， 与 反应生成 和 的热化学方程式为  。

                    图（ ）

                        图（ ）

（2）当 、 和 起始的物质的量分数分别为 、 和 时，在 、 和 压强下， 平衡转化率 随温度的变化如图（ ）所示。反应在 、 时的 ，判断的依据是  。影响 的因素有  。

（3）将组成（物质的量分数）为 和 的气体通入反应器，在温度 、压强 条件下进行反应。平衡时，若 转化率为 ，则 压强为  ，平衡常数 （以分压表示，分压=总压×物质的量分数）。

（4）研究表明， 催化氧化的反应速率方程为：

式中： 为反应速率常数，随温度 升高而增大； 为 平衡转化率， 为某时刻 转化率， 为常数。在 时，将一系列温度下的 、 值代入上述速率方程，得到 曲线，如图（ ）所示。

                       图（c）

曲线上 最大值所对应温度称为该 下反应的最适宜温度 。 时， 逐渐提高； 后， 逐渐下降。原因是  。

答案：（1）

（2）0.975; 该反应气体分子数减少，增大压强， 提高。 ，所以  ; 温度、压强和反应物的起始浓度（组成）

（3） ;

（4）升高温度， 增大使 逐渐提高，但 降低使 逐渐下降。 时， 增大对 的提高大于 引起的降低； 后， 增大对 的提高小于 引起的降低

解析：（1） 和 反应生成 和 的化学方程式为 。由题图可得以下两个热化学方程式：① ，② ，将①-2×②可得： 。（2）该反应的正反应是气体分子数减少的反应，压强增大，平衡正向移动， 的平衡转化率变大，故在相同温度下，压强越大， 的平衡转化率越高，则 ，由题图可知在 时， ；由该反应的正反应是气体分子数减少的放热反应可知，影响 的因素有压强、温度和反应物的起始浓度等。

（3）设充入气体的总物质的量为 ，则 为 ， 为 ， 为 ， 的转化率为 ，列三段式为：

故平衡时容器中的气体的总物质的量为 。各物质的分压分别为 ， ， ，故 。（4）由反应的速率方程可知，当 时， 是常数，温度大于 后，温度升高， 增大，而 逐渐下降，原因是 是放热反应，升高温度时平衡逆向移动， 减小， 减小， 增大对 的提高小于 引起的降低。

4.（2020课标Ⅱ，28，14分）天然气的主要成分为 ，一般还含有 等烃类，是重要的燃料和化工原料。

（1）乙烷在一定条件可发生如下反应： ，相关物质的燃烧热数据如下表所示：

① 。

②提高该反应平衡转化率的方法有  、  。

③容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压下 发生上述反应，乙烷的平衡转化率为 。反应的平衡常数 （用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）。

（2）高温下，甲烷生成乙烷的反应如下： 。反应在初期阶段的速率方程为： ，其中 为反应速率常数。

①设反应开始时的反应速率为 ，甲烷的转化率为 时的反应速率为 ，则 。

②对于处于初期阶段的该反应，下列说法正确的是  。

.增加甲烷浓度， 增大

.增加 浓度， 增大

.乙烷的生成速率逐渐增大

.降低反应温度， 减小

（3） 和 都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如下图所示：

①阴极上的反应式为  。

②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2:1，则消耗的 和 体积比为  。

答案：（1）①137 ; ②升高温度; 减小压强（增大体积）;

③  （2）①  ; ②

（3）①  ; ②6:5

解析：（1）①根据题意可知：

ⅰ.

ⅱ.

ⅲ.

ⅳ.

根据盖斯定律，反应 ，则 。

②由①及反应方程式知，该反应为气体分子数增大的吸热反应，温度升高，平衡正向移动；减小压强或增大体积，平衡正向移动。

③假设起始 为 ，则 的转化量为 。根据题意，列三段式：

平衡时气体总物质的量 ，故 ， ， ，则 。

（2）①设反应开始时甲烷的浓度为 ，则：

则 ， 。②对于初期阶段，增加反应物甲烷浓度，反应速率增大，而增加生成物浓度，对反应速率影响不大，A项正确，B项错误；随着反应的进行，反应物浓度越来越小，故乙烷的生成速率越来越小，C项错误；根据速率方程，结合化学反应速率影响因素，降低反应温度，化学反应速率减小， 减小，D项正确。

（3）①根据图示， 极上 转化为 ，固体电解质可传导 ，故电极反应式为 。

②根据题图， 为阳极， （ 元素化合价为-4）转化为 （ 元素化合价为-3）和 （ 元素化合价为-2），若生成 和 ，消耗 甲烷，转移电子的物质的量为 ，则阴极上反应的 的物质的量为 ，故消耗的 和 体积之比即物质的量之比为6:5。

5.（2020山东，18，12分）探究 合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高 的产率。以 为原料合成 涉及的主要反应如下：

Ⅰ.

Ⅱ.

Ⅲ.

回答下列问题：

（1） 。

（2）一定条件下，向体积为 的恒容密闭容器中通入 和 发生上述反应，达到平衡时，容器中 为 ， 为 ，此时 的浓度为 （用含 的代数式表示，下同），反应Ⅲ的平衡常数为  。

（3）不同压强下，按照 投料，实验测定 的平衡转化率和 的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。

已知： 的平衡转化率

的平衡产率

其中纵坐标表示 平衡转化率的是图  （填“甲”或“乙”）；压强 由大到小的顺序为  ；图乙中 温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是  。

（4）为同时提高 的平衡转化率和 的平衡产率，应选择的反应条件为  （填标号）。

A.低温、高压B.高温、低压

C.低温、低压D.高温、高压

答案：（1）+40.9

（2） ;

（3）乙; ; 时以反应Ⅲ为主，反应Ⅲ前后气体分子数相等，压强改变对平衡没有影响

（4）

解析：（1）由盖斯定律知，反应Ⅲ=反应Ⅰ-反应Ⅱ，则 。（2）结合题意，假设反应Ⅱ中， 反应了 ，则反应Ⅱ生成的 为 ，反应Ⅰ生成的 为 ，反应Ⅲ生成的 为 ，则

 $\begin{array}{cccccccc}\mathrm{反应}Ⅰ:&\mathrm{C}\mathrm{O_{2}}(\mathrm{g})&+&3\,\mathrm{H_{2}}(\mathrm{g})&\rightleftharpoons&\mathrm{CH}_{3}\mathrm{OH}(\mathrm{g})&+&\mathrm{H_{2}O}(\mathrm{g})\\mathrm{变化}(\mathrm{mol·L^{-1}}):&\frac{a-x}\mathrm{V}&&\frac{3(a-x)}\mathrm{V}&&\frac{a-x}\mathrm{V}&&\frac{a-x}\mathrm{V}\end{array}$

$\begin{array}{cccccc}\mathrm{反应}Ⅱ:&\mathrm{CO}(\mathrm{g})&+&2\,\mathrm{H_{2}}(\mathrm{g})&\rightleftharpoons&\mathrm{CH}_{3}\mathrm{OH}(\mathrm{g})\\mathrm{变化}(\mathrm{mol·L^{-1}}):&\frac{x}{\mathrm{V}}&&\frac{2x}\mathrm{V}&&\frac{x}{\mathrm{V}}\end{array}$

$\begin{array}{cccccccc}\mathrm{反应}Ⅲ:\;&\mathrm{C}\mathrm{O_{2}}(\mathrm{g})&+&\mathrm{H_{2}}(\mathrm{g})&\rightleftharpoons&\mathrm{CO}(\mathrm{g})&+&\mathrm{H_{2}O}(\mathrm{g})\\mathrm{变化}(\mathrm{mol·L^{-1}}):&\frac{b+x}\mathrm{V}&&\frac{b+x}\mathrm{V}&&\frac{b+x}\mathrm{V}&&\frac{b+x}\mathrm{V}\end{array}$

达到平衡时， 的浓度分别为 、 、 、 ；反应Ⅲ的平衡常数 。（3）反应Ⅰ和反应Ⅱ均为放热反应，升高温度，平衡逆向移动， 的平衡产率降低，则题图甲表示 的平衡产率随温度的变化关系；反应Ⅰ放热，开始时升高温度， 的平衡转化率降低，反应Ⅲ为吸热反应，升高温度，平衡正向移动， 的平衡转化率增大，升高一定温度后以反应Ⅲ为主，所以 的平衡转化率先降低后升高，则题图乙表示 的平衡转化率随温度的变化关系。结合反应Ⅰ、Ⅱ知，增大压强， 的平衡产率增大，则 。题图乙中， 温度时以反应Ⅲ为主，反应Ⅲ是一个反应前后气体分子数不变的反应，改变压强，平衡不移动，故三条曲线几乎交于一点。（4）观察已知反应，提高 的平衡产率应使反应Ⅰ、Ⅱ的平衡正向移动，即低温、高压有利；提高 的平衡转化率应使反应Ⅰ、Ⅲ的平衡正向移动，综合考虑，应选择的反应条件为低温、高压。