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选修4 化学反应原理第二章化学反应速率和化学平衡综合与测试教学设计

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这是一份选修4 化学反应原理第二章化学反应速率和化学平衡综合与测试教学设计，共9页。

(教师用书备选)

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。

(2)计算公式

①对反应物：平衡浓度＝起始浓度－转化浓度，

对生成物：平衡浓度＝起始浓度＋转化浓度。

②化学反应速率：v＝＝。

③反应物转化率：×100%。

④平衡时的体积分数：C%＝×100%。

⑤平衡常数：K＝。

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/min	0	40	80	160	260	1 300	1 700	∞
p/kPa	35.8	40.3	42.5	45.9	49.2	61.2	62.3	63.1

(1)研究表明，N2O5(g)分解的反应速率v＝2×10－3×pN2O5(kPa·min－1)。t＝62 min时，测得体系中pO2＝2.9 kPa，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 ℃)________63.1 kPa(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＝62 min时，体系中pO2＝2.9 kPa，根据三段式法得

　　　　2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)

起始　　35.8 kPa　　　0 　　　0

转化　　5.8 kPa　　5.8 kPa　　2.9 kPa

62 min　30.0 kPa　　5.8 kPa　　2.9 kPa

则62 min时pN2O5＝30.0 kPa，v＝2×10－3×30.0 kPa·min－1＝6.0×10－2 kPa·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63.1 kPa，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＝35.8 kPa，其完全分解时pN2O4＝35.8 kPa，pO2＝17.9 kPa，设25 ℃平衡时N2O4转化了x，则

　　　N2O4　　2NO2

平衡　35.8 kPa－x　　2x

35．8 kPa－x＋2x＋17.9 kPa＝63.1 kPa，解得x＝9.4 kPa。平衡时，pN2O4＝26.4 kPa，pNO2＝18.8 kPa，K＝＝ kPa≈13.4 kPa。

[答案]　(1)30.0　6.0×10－2

(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

教师用书备选

H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)。在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L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620 K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．H2S　　　　　 B．CO2

C．COS D．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)/mol 0.40 0.10 　0 　0

Δn/mol x x 　x 　x

n(平)/mol 0.40－x 0.10－x 　x 　x

第二步：列方程，求未知量

＝0.02

解得：x＝0.01 mol

第三步：明确问题，规范答案

H2S的平衡转化率α1＝×100%＝×100%＝2.5%。

K＝＝＝≈2.8×10－3。

[答案]　(1)2.5　2.8×10－3　(2)＞　>　(3)B

教师用书备选

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＝。

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)＋O2(g)===C4H8(g)＋H2O(g)　ΔH2＝－119 kJ·mol－1

③H2(g)＋O2(g)===H2O(g)

ΔH3＝－242 kJ·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

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＝－119 kJ/mol－(－242 kJ/mol)＝＋123 kJ/mol。由图(a)可知，同温下，x MPa时丁烯的平衡产率高于0.1 MPa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　丁烯高温裂解生成短链烃类

2．当温度高于500 K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700 K、起始投料比＝1.5时，H2的转化率为________。

③在500 K、起始投料比＝2时，达到平衡后H2的浓度为a mol·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。②700 K时，当氢气与二氧化碳的起始投料比＝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＋6H2C2H5OH＋3H2O，可计算出氢气的转化率为40%。③设起始时c(CO2)＝x mol·L－1，则起始时c(H2)＝2x mol·L－1，有