高中化学必修1化学反应速率和化学平衡（4）教学设计

高中化学必修 1 化学反应速率和化学平衡（4）教学设计 授课人：董 xx ① 了解化学反应速率的概念，化学反应速率的表示方法。 教学目标： ② 理解外界条件对化学反应速率的影响。 ③ 理解化学平衡的涵义及化学反应速率之间的内在联系。 教学重点： 浓度、温度、压强等条件对化学平衡移动的影响 教学难点： 平衡状态的比较(等效平衡的应用)；化学平衡的计算 教学方法： 教学过程： 第四课时 基础知识精析 四、化学平衡的应用 1．正确识别速率与平衡图像 （1）图像类型： ①速率－时间图像： ②转化率（浓度）－时间图像： ③浓度－温度（压强）图像： （2）常见图像：对于反应 A（g）+ 3B（g） 2C（?）+ 3D（g）有以下图像， 通过分析每一幅图像，确定 C 的状态或△H 大小。 （1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8） （9） （10） （11） （12） （13） （14） （15） （16） （17） （18） （3）解题方法： 改变外界条件对化学反应速率及化学平衡的影响，可用各种图象来表示，解 答图象题的方法与思路是：①看懂图象：一看面(即看清横坐标和纵坐标)，二看线(即看线的走向、变化 的趋势)，三看点(即看线是否通过原点，两条线的交点及线的拐点)，四看要不要 作辅助线(如等温线、等压线)，五看定量图象中有关量的多少。 ②联想规律：即联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律，且熟 练准确。 ③作出判断：依题意仔细分析并作出正确判断。 解答图象题常用的几条重要规律： ①控制变量：固定某一条件，观察另一条件的改变对反应的影响。 ②同压强时：温度越高到达平衡所需时间就越短; ③同温度时：压强越大到达平衡所需时间就越短; ④同温同压：使用催化剂到达平衡所需时间就越短。 2．化学平衡的计算 有关化学平衡的计算有：浓度（起始浓度、转化浓度、平衡浓度）、转化率、 产率、组分的质量分数以及气体的平均分子量、气体体积、密度、压强等。其计 算关系有： （1）物质浓度的变化关系 ① 反应物：平衡浓度=起始浓度－转化浓度； 生成物：平衡浓度=起始浓度+转化浓度。 ②各物质的变化量之比等于其在方程式中的计量数之比。 （2）反应物的转化率： （3）产品的产率： （4）化学平衡计算的思路： 建立模式、确定关系、列出方程、进行计算 （5）计算模式： ①列三行：起始物质的量（mol） m n 0 0 转化物质的量（mol） ax bx cx dx 平衡物质的量（mol） m-ax n-bx cx dx ②差量法：利用反应达到平衡前后变化的差量，列式求解。 【拓展知识】平衡平衡的工业应用 1、适宜生产条件选择的一般原则 ①浓度：对任一可逆反应，增大反应物浓度，能提高反应速率和转化率。故 生产中常使廉价易得的原料适当过量，以提高另一原料的利用率。 ②压强：对气体分子数减少的反应，增大总压使平衡向增大生成物的方向移 动，反应加快；但压强太大，动力消耗大．设备要求高，成本增高，故必须综合 考虑。 ③温度：对放热反应，升温提高反应速率，但转化率降低，若温度太低，反 应速率太慢，故需使用适当的催化剂。对于吸热反应，升温加快反应速率，又能 提高转化率，但要避免反应物或生成物的过热分解，同时要考虑设备和成本的要 求。 ④催化剂：使用催化剂可大大提高反应速率且不影响化学平衡，但使用时必 须注意其活性温度范围，且防止催化剂“中毒”，延长使用寿命。 2.合成氨工业 （1）合成氨适宜条件选择 ①温度：化学反应速率分析,温度越高越好;从反应平衡分析,温度越低越好。 综合考虑 500℃左右为宜，且在此温度下催化剂活性最大。 ②压强：从反应速率和化学平衡考虑，压强越大越有利于合成氨。但压强越 大，对设备的制造和材料的强度要求越高，结合生产实际选 2×107～5×107Pa 为宜。 （20Mpa-50Mpa） ③催化剂：虽不影响平衡但可加快反应速率，提高单位时间氨的产量，目前 工业上以铁触媒为催化剂。④浓度：从速率和平衡角度分析，应增大氢气和氮气浓度，降低氨的浓度。 （2）合成氨工业简述 ①原料气的制备、净化和压缩：制取氢气和氮气 ②氨的合成：在高温、高压、催化剂作用下合成氨 ③氨的分离：通过冷凝嚣将氨液化，然后将氨分离，分离出的混合气体经循 环操作继续合成氨。 〖教后记〗 题组一　有关转化率、反应速率等的基本计算 1．在 100 ℃时，把 0.5 mol N2O4 通入体积为 5 L 的真空密闭容器中，立即出现红棕色。反应 进行到 2 s 时，NO2 的浓度为 0.02 mol·L－1。在 60 s 时，体系已达平衡，此时容器内压强为开始时 的 1.6 倍。下列说法正确的是 (　　) A．前 2 s 以 N2O4 的浓度变化表示的反应速率为 0.01 mol·L－1·s－1 B．在 2 s 时体系内的压强为开始时的 1.1 倍 C．在平衡时体系内含 N2O4 0.25 mol D．平衡时，N2O4 的转化率为 40% 答案　B 2．某温度下，H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)的平衡常数 K＝9/4，该温度下在甲、乙、丙三 个恒容密闭容器中，投入 H2(g)和 CO2(g)，其起始浓度如表所示： 起始浓度 甲 乙 丙c(H2)/mol·L－1 0.010 0.020 0.020 c(CO2)/mol·L－1 0.010 0.010 0.020 下列判断不正确的是 (　　) A．平衡时，乙中 CO2 的转化率大于 60% B．平衡时，甲中和丙中 H2 的转化率均是 60% C．平衡时，丙中 c(CO2)是甲中的 2 倍，是 0.012 mol·L－1 D．反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢 答案　C 题组二　综合应用 3．煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及产率等问题。 已知 CO(g)＋H2O(g)=H2(g)＋CO2(g)的平衡常数随温度的变化如下表： 温度/℃ 400 500 830 1 000 平衡常数 K 10 9 1 0.6 试回答下列问题： (1)上述反应的正反应是________反应(填“放热”或“吸热”)。 (2)某温度下，上述反应达到平衡后，保持容器体积不变升高温度，正反应速率________(填 “增大”、“减小”或“不变”)，容器内混合气体的压强________(填“增大”、“减小”或“不 变”)。 (3)830 ℃时，在恒容反应器中发生上述反应，按下表中的物质的量投入反应混合物，其中 向正反应方向进行的有______(选填字母) 投料 A B C D n(CO2)/mol 3 1 0 1 n(H2)/mol 2 1 0 1 n(CO)/mol 1 2 3 0.5 n(H2O)/mol 5 2 3 2 (4)在 830 ℃时，在 2 L 的密闭容器中加入 4 mol CO(g)和 6 mol H2O(g)达到平衡时，CO 的转化率 是__________。 答案　(1)放热　(2)增大　增大　(3)BC　(4)60% 4．在一固定容积的密闭容器中，保持一定温度，在一定条件下进行反应：A(g)＋ 2B(g)=3C(g)，已知加入 1 mol A 和 3 mol B 且达到平衡后生成了 a mol C，请填写下列空白： (1)平衡时 C 在反应混合气体中的体积分数是______________________________ (用字母 a 表示)。 (2)在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入 2 mol A 和 6 mol B，达到平衡后，C 的物质 的量为______ mol(用字母 a 表示)。此时 C 在反应混合气体中的体积分数______(填“增大”、“减 少”或“不变”)。 (3)在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入 2 mol A 和 8 mol B，若要求平衡后 C 在反 应混合气体中的体积分数不变，则还应加入 C________ mol。 (4)在同一容器中加入 n mol A 和 3n mol B，达到平衡时 C 的物质的量为 m mol，若改变实验条 件，可以使 C 的物质的量在 m mol～2m mol 之间变化，那么 n 与 m 的关系应是____________(用字 母“m”、“n”表示)。 答案　(1)a/4　(2)2a　不变　(3)6　(4)n>2m/3