高中化学苏教版 (2019)选择性必修1第一单元 化学反应速率导学案

这是一份高中化学苏教版 (2019)选择性必修1第一单元 化学反应速率导学案，共6页。


本专题充分体现了化学核心素养中的“变化观念与平衡思想”。化学反应在达到平衡前，体系中的相关物质的量一直存在着趋向于达到平衡的变化过程，即使是达到平衡状态后，体系中的物质相互之间仍然存在着各种变化。例如，向密闭容器中通入一定量的SO2(g)和O2(g)，在催化剂作用下生成SO3(g)，该反应过程中SO2(g)、O2(g)的体积分数逐渐减小，而SO3(g)的体积分数逐渐增大，这体现了化学反应中的“变化观念”；而反应达到平衡后，SO2(g)、O2(g)、SO3(g)的体积分数保持不变，但反应仍在进行，这体现了化学反应中的“平衡思想”。因此，在学习过程中要抓住本质，即应用“变化观念与平衡思想”，从不同视角对纷繁复杂的化学变化进行分类研究，逐步揭示各类化学变化的特征和规律；能用对立统一、联系发展和动态平衡的观点分析化学平衡。
在学习过程中，还应注意通过分析探究外界因素对化学反应速率和化学平衡的影响，理清证据与结论之间的关系，并能根据化学反应速率和化学平衡的知识规律构建模型，建立分析解决各种相关问题的思维框架，促进“证据推理与模型认知”等化学核心素养的发展。
例1 利用传感技术可以探究压强对2NO2(g)N2O4(g)化学平衡移动的影响。在室温、100 kPa条件下，往针筒中充入一定体积的NO2气体后密封并保持活塞位置不变。分别在t1、t2时刻迅速移动活塞并保持活塞位置不变，测定针筒内气体压强变化如图所示。下列说法正确的是( )
A．B点处NO2的转化率为3%
B．E点到H点的过程中，NO2的物质的量先增大后减小
C．E、H两点对应的正反应速率大小为vHD．B、E两点气体的平均相对分子质量大小为MB＞ME
答案 D
解析 由图可知B点处压强为97 kPa，设起始二氧化氮为1 ml，转化率为α，由题意建立如下三段式：
2NO2(g)N2O4(g)
起/ml 1 0
变/ml α 0.5α
平/ml 1－α 0.5α
由eq \f(p1,p2)＝eq \f(n1,n2)可得eq \f(100,97)＝eq \f(1,1－0.5α)，解得α＝0.06，即二氧化氮的转化率为6%，故A错误；对于有气体参加的反应，压强越大反应速率越大，由图可知，H点压强大于E点，则正反应速率vH＞vE，故C错误；由图可知，B到E的过程为压强减小的过程，减小压强平衡向生成二氧化氮的方向移动，气体的物质的量增大，由质量守恒定律可知气体质量不变，则混合气体的平均相对分子质量减小，即MB＞ME，故D正确。
例2 甲醛在木材加工、医药等方面有重要用途。甲醇直接脱氢是工业上合成甲醛的新方法，制备过程涉及的主要反应如下：
反应Ⅰ：CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g) ΔH1＝85.2 kJ·ml－1
反应Ⅱ：CH3OH(g)＋eq \f(1,2)O2(g)HCHO(g)＋H2O(g) ΔH2
反应Ⅲ：H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)H2O(g) ΔH3＝－241.8 kJ·ml－1
副反应：
反应Ⅳ：CH3OH(g)＋O2(g)CO(g)＋2H2O(g) ΔH4＝－393.0 kJ·ml－1
(1)计算反应Ⅱ的反应热ΔH2＝____________。
(2)750 K下，在恒容密闭容器中，发生反应CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g)，若起始压强为p0，达到平衡时转化率为α，则平衡时的总压强p平＝____________(用含p0和α的式子表示)；当p0＝101 kPa，测得α＝50.0%，计算反应平衡常数Kp＝________kPa(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数，忽略其他反应)。
(3)Na2CO3是甲醇脱氢制甲醛的催化剂，有研究指出，催化反应的部分机理如下：
历程i：CH3OH―→·H＋·CH2OH
历程ⅱ：·CH2OH―→·H＋HCHO
历程ⅲ：·CH2OH―→3·H＋CO
历程ⅳ：·H＋·H―→H2
下图表示一定条件下温度对碳酸钠催化脱氢性能的影响，回答下列问题：
①从平衡角度解析550～650 ℃甲醇生成甲醛的转化率随温度升高的原因__________。
②反应历程i的活化能____(填“>”“<”或“＝”)CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g)的活化能。
③650～750 ℃，反应历程ii的速率____(填“>”“<”或“＝”)反应历程ⅲ的速率。
答案 (1)－156.6 kJ·ml－1 (2)p0(1＋α) 50.5 (3)①甲醇脱氢反应为吸热反应，升高温度，有利于脱氢反应向正反应方向进行 ②< ③<
解析 (1)根据盖斯定律计算：
计算反应Ⅱ的反应热ΔH2＝ΔH1＋ΔH3＝85.2 kJ·ml－1－241.8 kJ·ml－1＝－156.6 kJ·ml－1。
(2)若起始压强为p0，达到平衡时转化率为α，
CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g)
起始量/ml 1 0 0
变化量/ml α α α
平衡时/ml 1－α α α
压强之比等于物质的量之比，则p0∶p平＝1∶(1＋α)，p平＝p0(1＋α)；当p0＝101 kPa，测得α＝50.0%，计算反应平衡常数Kp＝eq \f(\f(α,1＋α)p平2,\f(1－α,1＋α)p平)＝eq \f(\f(0.5,1＋0.5)2×101×1＋0.5,\f(1－0.5,1＋0.5)) kPa＝50.5 kPa。(3)①从平衡角度可知，550～650 ℃甲醇生成甲醛的转化率随温度升高的原因是：甲醇脱氢反应为吸热反应，升高温度，有利于脱氢反应向正反应方向进行；③由图可知650～750 ℃，甲醇的转化率变大，但甲醛的选择性变小，反应历程ii的速率小于反应历程ⅲ的速率。
例3 在恒容密闭容器中通入CH4与CO2，使其物质的量浓度均为1.0 ml·L－1，在一定条件下发生反应：CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)。测得平衡时CH4的体积分数与温度及压强的关系如图1所示。回答下列问题：
(1)该反应的ΔH________(填“＜”“＞”或“＝”)0。
(2)压强p1、p2、p3由大到小的顺序为____________；压强为p2时，b点处v正________(填“＜”“＞”或“＝”)v逆。
(3)a点时CH4的转化率为________。
(4)为探究速率与浓度的关系，根据相关实验数据，粗略地绘制出了两条速率—浓度关系曲线：v正～c(CH4)和v逆～c(CO)，如图2。
①与曲线v正～c(CH4)相对应的是图中曲线________(填“甲”或“乙”)。
②降低温度，反应重新达到平衡时，v正、v逆相应的平衡点分别为________(填字母)。
答案 (1)＞ (2)p3＞p2＞p1 ＞ (3)80%
(4)①乙 ②B、F
解析 (1)由图1可知，压强不变时，升高温度，CH4的体积分数减小，平衡右移，说明正反应为吸热反应，则ΔH＞0。(2)经三条等压线作一条垂线，会有三个交点，如图，交点分别为m、n、p；由p点→n点→m点，甲烷的体积分数依次增大，根据反应体系特征，说明体系压强逐渐增大，则p1＜p2＜p3。b点→a点需要使CH4的体积分数减小，才能建立平衡，故反应正向进行，v正＞v逆。
(4)由于反应开始只加入了反应物，结合平衡建立的过程可知，甲曲线为v逆～c(CO)，乙曲线为v正～c(CH4)，降温后平衡逆向移动，正、逆反应速率都要减小，而c(CH4)要增大，c(CO)要减小，综合考虑，只有B、F符合题意。