2019魯科版選修四《化學反應條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨》word教案3.doc

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2019魯科版選修四《化學反應條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨》word教案3 知識與技能： １.了解如何應用化學反應速率和化學平衡原理分析合成氨的適宜條件； ２.了解應用化學反應原理分析化工生產條件的思路和方法，體驗實際生產條件的選擇與理論分析的差異； ３通過對合成氨適宜條件的分析，認識化學反應速率和化學平衡的控制在工業(yè)生產中的重要作用。 過程與方法： 在化學反應的方向、限度、速率等理論為指導的基礎上帶領學生選擇適宜的反應條件，引導學生考慮合成氨生產中動力、設備、材料生產效率等因素，尋找工業(yè)合成氨生產的最佳條件。 情感態(tài)度與價值觀： 認識化學反應原理在工業(yè)生產中的重要作用，提升學生對化學反應的價值的認識，從而贊賞化學科學對個人生活和社會發(fā)展的貢獻。 教學重難點：應用化學反應速率和化學平衡原理選擇合成氨的適宜條件。 課型：新課 課時安排：１課時 教學過程： 【提問】影響化學反應速率和化學平衡的重要因素有哪些？ 【學生】回答 【注意】催化劑只能改變化學反應速率，不能改變化學平衡狀態(tài)。 【教師】今天這節(jié)課我們就看看如何利用化學反應的有關知識將一個化學反應實現(xiàn)工業(yè)化，我們以工業(yè)合成氨為例。首先我們看看合成氨的有關背景。 【投影】展示弗里茨哈伯的圖像 【投影】弗里茨哈伯與合成氨 合成氨從第一次實驗室研制到工業(yè)化投產經(jīng)歷了約150年的時間。德國科學家哈伯在10年的時間內進行了無數(shù)次的探索，單是尋找高效穩(wěn)定的催化劑，2年間他們就進行了多達6500次試驗，測試了2500種不同的配方，最后選定了一種合適的催化劑，使合成氨的設想在1913年成為工業(yè)現(xiàn)實。鑒于合成氨工業(yè)的實現(xiàn)，瑞典皇家科學院于1918年向哈伯頒發(fā)了諾貝爾化學獎。 【投影并講解】 化學熱力學 化學動力學 化學反應的方向 化學反應的限度 化學反應的速率 工藝流程 化學工藝學 高壓對設備材質、 加工制造的要求、溫度 的催化劑活性的影響等 合成氨反應能否自發(fā) 怎樣能促使化學反應向合成氨方向移動 怎樣能提高合成氨反應速率 適宜的合成氨條件 【交流研討】P65 合成氨反應是一個可逆反應: N2(g)+3H2(g)2NH3(g) 已知298K時: △H= -92.2KJmol—1 ， △S = -198.2JK—1mol—1 請根據(jù)正反應的焓變和熵變分析298K下合成氨反應能否自發(fā)進行？ 298K下合成氨反應的平衡常數(shù)K為4.1106（molL—1)—2 【學生】假設△H和△S不隨溫度變化，算得T<465.2K 。 【提問】觀察合成氨的化學反應，說明合成反應的特點： 【投影】N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) △H ＝-92.2kJ/mol (1體積) (3體積) (2體積) 【學生】①可逆反應 ②熵減小的反應 ③正反應氣態(tài)物質系數(shù)減小 ④正反應是放熱反應 【板書】第四節(jié)　　化學反應條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨 一、合成氨反應的限度 【交流研討】請利用化學平衡移動的知識分析什么條件有利于氨的合成。P65 【投影】 NH3% 0.60.50.4 0.3 0.2 0.1 1：1 1：2 1：3 1：4 1：5 1：6 n(N2):n(H2) 【學生回答】 降低 溫度、 增大 壓強有利于化學平衡向生成氨的方向移動，N2、H2體積比為 1：3 時平衡混合物中氨的含量最高。 【板書】二、合成氨反應的速率 【交流研討】P66 1、你認為可以通過控制那些反應條件來提高合成氨反應的速率？ 2、實驗研究表明，在特定條件下，合成氨反應的速率與反應的物質的濃度的關系為: ν =κC(N2)C1. 5(H2)C—1(NH3) ， 請你根據(jù)關系式分析：各物質的濃度對反應速率有哪些影響？可以采取哪些措施來提高反應速率？ 3、請你根據(jù)下表所給的數(shù)據(jù)分析催化劑對合成氨反應速率的影響： 條件 △ E /KJ/mol k(催)/k(無) 無催化劑 335 3.41012(700k) 使用Fe催化劑 167 催化劑對合成氨反應速率的影響 【學生回答】 1.升高溫度 增大壓強 增大反應物濃度 使用催化劑 2.增大N2、H2濃度,將氨及時從混合氣中分離出去 3.使用催化劑可使合成氨反應的速率提高上萬億倍。 【板書】三、合成氨的適宜條件 【投影】合成氨的適宜條件的選擇 外界條件 使NH3生產得快 使NH3生產得多 速率分析 平衡分析 壓強 高壓 高壓 溫度 高溫 低溫 催化劑 使用 無影響 反應物的濃度 增大濃度 增大濃度 生成物氨的濃度 減小濃度 減小濃度 【交流研討】 研討的內容 研討的問題 研討的結構 1、既然增大壓強既可提高反應速率，又可提高氨的產量，那么在合成氨工業(yè)中壓強是否越大越好？ 壓強怎么定？ 2、既然降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動，那么生產中是否溫度越低越好 溫度怎么選擇？ 3 、催化劑對化學平衡的移動沒有影響， 在合成氨工業(yè)中要不要使用催化劑，為什么？ 要不要用催化劑？ 【分析】1、壓強怎么選？ ①合成氨反應是氣態(tài)物質系數(shù)減小的氣體反應，增大壓強既可以增大反應速率，又能使平衡正向移動，所以理論上壓強越大越好。 ②但是壓強越大，對設備的要求高、壓縮H2和N2所需要的動力大，因此選擇壓強應符合實際科學技術。 【結論】綜合以上兩點:根據(jù)反應器可使用的鋼材質量及綜合指標來選擇壓強。 【分析】2、溫度怎么選擇？ ①因為正反應方向是放熱的反應，所以降低溫度有利于平衡正向移動。 ②可是溫度越低，反應速率越小，達到平衡所需要的時間越長，因此溫度也不宜太低。 ③催化劑要在一定溫度下催化活性最大。 【結論】綜合以上因素:實際生產中溫度一般選擇在700K左右（主要考慮催化劑的活性）。 【分析】3、用不用催化劑？ 經(jīng)濟效益和社會效益要求化學反應速度要快， 原料的利用率要高，單位時間的產量要高。 【結論】實際生產中選用鐵為主體的多成分催化劑（鐵觸媒），它在700K時活性最高。 【分析】4、濃度怎么定？ N2和H2的比例怎么定？ 增大反應物的濃度可以增大反應速率，減小生成物的濃度可以使平衡正向移動。從化學平衡的角度分析，在氮氣和氫氣的物質的量比為1：3時，平衡轉化率最大，但是實驗測得適當提高N2的濃度，即N2和H2的物質的量比為1：2.8時，更能促進氨的合成。 【結論】實際生產中的處理方法：及時將氣態(tài)氨冷卻液化分離出去；及時將氮氣和氫氣循環(huán)利用，使其保持一定的濃度。 【投影】研討的結果 外部條件 工業(yè)合成氨的適宜條件 壓強 根據(jù)反應器可使用的鋼材質量及綜合指標來選擇壓強 溫度 適宜溫度 700K左右 催化劑 使用鐵觸媒作催化劑 濃度 N2和H2的物質的量比為1：2.8的投料比, 氨及時從混合氣中分離出去 【板書】合成氨的方程式（注意條件） 【小結】 【教師小結】 工業(yè)上利用某可逆反應生產產品： 1、一般要使用催化劑：這樣可以大大加快化學反應速率，提高生產效率，也提高了經(jīng)濟效益； 2、選擇合適的溫度：該溫度是催化劑活性最大的溫度； 3、選擇合適的壓強：既要考慮化學反應速率和化學平衡，還要考慮動力、材料、設備等。 【教師】我國合成氨工業(yè)的發(fā)展情況： 解放前我國只有兩家規(guī)模不大的合成氨廠； 1949年全國氮肥產量僅0.6萬噸； 2000年達到3363.7萬噸，成為世界上產量最高的國家之一。擁有多種原料、不同流程的大、中、小合成氨廠1000多家。 【投影】合成氨的工業(yè)前景 1、催化劑 合成氨的鐵催化劑 這一類合成氨催化劑以還原鐵為催化劑主要活性成分，并摻加 各種促進劑和載體的催化劑. 促進劑：稀土金屬及其氧化物 關于稀土金屬及其氧化物的作用，我國也進行了一些研究。國外也報 道了一些含釤、鋯、鈀、銠的催化劑研究結果，發(fā)現(xiàn)稀土金屬及其氧化物是對氨合成非常有效的促進劑。我國有豐富的鈦、鋯、鈮等稀有金屬資源，因此， 以稀有金屬氧化物為促進劑，有希望成為我國改進工業(yè)合成氨的鐵催化劑的研究方向之一。 合成氨的釕催化劑 合成氨熔鐵型催化劑要在高溫、高壓和耗能高的苛刻條件下使用，且催化劑的活性并不是很高。而合成氨的釕催化劑可能是一種較好的催化劑。它在低溫低壓下活性很高，常壓下比合成氨的鐵催化劑的活性高10—20倍，且對水、CO和CO2不敏感，但合成氨的釕催化劑在高壓下未必比合成氨的鐵催化劑來得優(yōu)越。 2.化學模擬生物固氮 現(xiàn)在，世界上好多國家（包括我國）的科學家，都在研究模擬生物固氮，即尋找人工制造的有固氮活性的化合物。固氮酶由兩種蛋白質組成。一種蛋白質（二氮酶）的分子量約22萬，含有兩個鉬原子、32個鐵原子和32個活性硫原子；另一種蛋白質（二氮還原酶）是由兩個分子量為29000的相同亞基構成的，每個亞基含有4個鐵原子和4個硫原子。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些金屬有機化合物有可能作為可溶性的固氮催化劑。 3.超聲波固氮： 氮氣在通常狀態(tài)下十分穩(wěn)定，一般難以發(fā)生化學反應，但在超聲波作用下，可以使氮分子中的化學鍵削弱，從而在較溫和的條件下就可以發(fā)生化學反應。在室溫下用超聲波輻射溶有空氣的飽和水溶液后，可以測到處理過的水中含有亞硝酸、硝酸等；如果處理溶有氮氣、氫氣和一氧化碳的飽和水溶液，可以測到甲醛、氫氰酸和咪唑等物質，這些實驗對人工固氮的研究提供了一條新的途徑。 【遷移應用】P70、2 工業(yè)制造硫酸的主要反應為: 2SO2(g) + O2(g) === 2SO3(g) △H=-197.8 KJ/mol ① SO3(g) + H2O(l) === H2SO4 (aq) ② 反應①的平衡常數(shù)K隨溫度升高而減小. 所用催化劑的主要成分為V2O5(6％-12％) 、K2SO4(17％-20％) 、SiO2(50％-70％),能使催化劑中毒的物質有砷、硒、氟等. 請根據(jù)以上信息討論二氧化硫氧化反應的工藝條件(溫度 、壓強、原料氣配比等)對工業(yè)生產硫酸的影響. 【投影材料】已知2SO2(g)+O2(g)2SO3 (g) △H＜0其實驗數(shù)據(jù)見表 （1）應選用的溫度是 450℃ 。 （2）應采用的壓強是 常壓 ，理由是 因為常壓下SO2的轉化率已經(jīng)很高，若采用較大壓強，SO2的轉化率提高很少，但需要的動力更大，對設備的要求更高 。 （3）在生產中，通入過量空氣的目是 。 （4）原料氣必需凈化的原因是 。 (5)尾氣中有SO2必須回收是為了 。 【主板書】 第四節(jié)　　化學反應條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨 一、合成氨反應的限度 二、合成氨反應的速率 ν =κC(N2)C1. 5(H2)C—1(NH3) 三、合成氨的適宜條件 1、一般要使用催化劑：這樣可以大大加快化學反應速率，提高生產效率，也提高 了經(jīng)濟效益； 2、選擇合適的溫度：該溫度是催化劑活性最大的溫度； 3、選擇合適的壓強：既要考慮化學反應速率和化學平衡，還要考慮動力、材料、 設備等。 （第二課時） 【題１】對于合成氨工業(yè)，只從提高原料轉化率看，從下列條件中選擇最適宜的組合是（B） ①高溫　?、诘蜏亍　、鄣蛪骸　、芨邏骸　、荽呋瘎　、藜影薄　、叱? A.②④⑤ B.②④⑦ C. ①④⑤ D.②③⑥ 【解析】合成氨工業(yè)利用N2＋3H22NH3 ΔH< 0，因而可知升高溫度有利于反應向氨氣生成的方向進行；從氣體的系數(shù)來看，加壓有利于反應向氨氣生成的方向進行；加催化劑只會改變速率卻無法改變轉化率；減少生成物的濃度也有利于反應向氨氣生成的方向進行。故綜上所述有②④⑦。 【題２】在一定條件下，可逆反應N2＋3H22NH3 ΔH< 0達到平衡，當單獨改變下列條件后，有關敘述錯誤的是（CD） A.加入催化劑，V正、V逆都發(fā)生變化，且變化的倍數(shù)相等 B.加壓，V正、V逆都增大，且V正增大的倍數(shù)大于V逆增大的倍數(shù) C.降溫，V正、V逆都減小，且V正減少的倍數(shù)大于V逆減少的倍數(shù) D.加入氬氣，V正、V逆都增大，且V正增大的倍數(shù)大于V逆增大的倍數(shù) 【解析】催化劑只是增大或減小反應速率，即有V正、V逆都發(fā)生變化，但不會改變平衡的移動，即有V正、V逆變化的倍數(shù)相等。加壓，體系中各反應物濃度增大，V正、V逆都增大，但更有利于向氣體系數(shù)減少的方向移動，故V正增大的倍數(shù)大于V逆增大的倍數(shù)。降溫，反應速率全部下降，但有利于平衡向放熱的方向移動，而本反應ΔH< 0，所以V正減少的倍數(shù)小于V逆減少的倍數(shù)。加入稀有氣體，各組分的濃度都不會變化或者減小，所以V正、V逆不變或減小。故C、D均不正確。 【題３】合成氨所需的H2由炭和水蒸氣反應制得，其中一步反應為CO＋H2O(g)CO2＋H2　ΔH< 0，欲使CO的轉化率提高，同時提高H2的產率，可以采取的措施是（A） A.增大水蒸氣的濃度　　　B.升高溫度　　　C.增大CO濃度　　　D.增大壓強 【解析】欲使CO的轉化率提高，同時提高H2的產率，必然要求改變條件使平衡向正反應方向移動。CO＋H2O(g)CO2＋H2　ΔH< 0從中可知本反應為氣體系數(shù)不變且正反應放熱的反應，所以可以提高反應物水蒸氣的濃度。升高溫度雖然可以提高反應速率，但會使平衡向左移，如果降低溫度，可使平衡右移，卻又會降低反應速率，但會符合題目要求，可惜無此選項。增大CO濃度，雖可以提高H2的產率，但自身的轉化率卻會降低。壓強對氣體系數(shù)不變的反應無影響。 【題４】在一定溫度和壓強下，在密閉容器中充入H2、N2、NH3，開始時其物質的量之比為3 ：1 ：1，反應達平衡后，H2、N2、NH3的物質的量之比為9 ：3 ：4，則此時N2的轉化率為（A） A.10% 　　 B.20% 　　 C.15% 　 D.30% 【解析】 3H2 ＋ N2 2NH3 起始量　　　３　　?。? 1　　　　 轉化量　　 3x x 2x 平衡量　　３－３x 1－x 2x (３－x)：（1－x）：2x＝9 ：3 ：4故x=0.1 所以N2的轉化率為 【題５】在一定條件下，2NH33H2＋N2，達到平衡時，NH3的轉化率為50%，此時平衡混合氣的密度與NH3未分解時的密度之比為（B） A.１：１　　　　　　B.２：３　　　　　　C.３：２　　　　　　D.２：１ 【解析】　　　2NH33H2 ＋ N2 起始量　　x 0 0 轉化量　 50%x 0.75x 0.25x 平衡量 0.5x 0.75x 0.25x 反應前后均為氣體故總質量不變，密度，而氣體的體積又與氣體的物質的量成正比，故反應后與反應前密度之比等于物質的量的反比，即為。 【題６】在密閉容器中進行如下反應已達到平衡，N2＋3H22NH3 ΔH< 0，其他條件不變時，若將平衡混合物中各物質的濃度都增大到原來的２倍，則下列說法中正確的是（BD） A.平衡不移動　　　　　　　　　　　　　　　B.平衡向正方向移動　　 C.平衡向逆反應方向移動　　　　　　　　　　D.NH3的百分含量增加 【解析】將平衡混合物中各物質的濃度都增大到原來的２倍，則反應的速率增大，其他條件不變也就是說將氣體進行壓縮，容器體積減小，使平衡向氣體系數(shù)減小的方向移動，故平衡向正方向移動。進而使NH3的百分含量增加。 【題７】在一定條件下，進入氨合成塔的混合氣體中含N2的體積分數(shù)為22%，含H2的體積分數(shù)為78%，經(jīng)過合成反應達到平衡后，在相同的溫度和壓強下，氣體的體積縮小至原體積的95%，N2的轉化率與下面接近的數(shù)值是（B） A.12.5% B.11.4% C.10.5% D.9% 【解析】設原氣體體積為V，則平衡后體積為V－0.95V 　　　N2　?。　?H2　　　　2NH3 ΔV 1 3 2 2 轉化中　　　0.025V 0.075V 0.05V V－0.95V 所以N2的轉化率為 【題８】工業(yè)合成氨反應是700 K左右進行的，這主要原因是（D） A. 700 K 時此反應速率最快　　　　B. 700 K 時氨的平衡濃度最大 C. 700 K 時氨的轉化率最高　　　　D. 700 K 該反應的催化劑能發(fā)揮最大的作用 【解析】溫度越高反應速率越快，所以排除A選項；N2＋3H22NH3 ΔH< 0，所以溫度越高氨的平衡濃度越大，轉化率越高，所以排除B、C選項。綜合可得只有D選項最貼切。 【題９】有關合成氨工業(yè)的說法中，正確的是（B） A.從合成塔出來的混合氣體，其中NH3只占15%，所以生產氨的工廠效率都很低 B.由于氨易液化，N2、H2在實際生產中是循環(huán)使用，所以總體來說氨的產率很高C.合成氨工業(yè)的反應溫度控制在500℃左右，目的是使化學平衡向正反應方向移動D.合成氨廠采用的壓強是20～50 Mpa，因為該壓強下鐵觸媒的活性最大 【解析】本題主要是理解合成氨的過程，以及溫度、濃度、催化劑等對該反應的影響，不難選出答案。 【題10】一密封體系中發(fā)生反應：N2＋3H22NH3（正反應為放熱反應）下圖為某一段時間段反應速率與反應進程的曲線關系圖： 回答下列問題：（１）處于平衡狀態(tài)的時間段是　　　　　　　。 （２）t1、t3、t4時刻，體系中分別是什么條件發(fā)生了變化？ （３）下列時間段中，氨的百分含量最高的是（） A.０～t1 B.t2～t3 C. t3～t4 D. t5～t6 【解析】本題主要是要學會看圖，圖表達的是速率與時間的關系，只要速率不隨時間變化而變化，說明在這條件反應已經(jīng)達到平衡了。所以處于平衡狀態(tài)的時間段是０－t1，t2－t3，t3－t4，t5－t6。從圖中可得t1時刻正、逆反應速率都增大，而且v(逆)>v(正)，N2＋3H22NH3（正反應為放熱反應）故溫度升高，v(逆)>v(正)。圖中t3時刻從原來的速率增大，而且變化過程中v(逆)＝v(正)，說明平衡都未被打破。所以應該是催化劑導致的。圖中t4時刻的變化，v’(逆)、v’(正)都減小且v’(逆)>v’(正)，所以不可能是溫度的影響，應該是濃度的影響，而且是濃度減小的變化，所以是壓強減小了，使平衡向逆反應方向移動了。 （第三課時） 【題1】在一定條件下將含1 mol NH3的體積不變的密閉容器加熱，發(fā)生反應2NH33H2＋N2，一段時間后達到平衡，此時NH3的體積分數(shù)為　x %，若在容器中再加入1 mol NH3后密封，加熱到相同溫度，使反應達到平衡，設此時NH3的體積分數(shù)為 y %，則x 和 y 的關系正確的是（A） A.x y 　　　 C. x＝y(tǒng) 　　 D. x≥y 【解析】體積不變的密閉容器，多加NH3后相當于加壓，使平衡向氣體體積系數(shù)縮小的方向移動，所以NH3的體積分數(shù)會大一點，即有.x 2n 【解析】由于c＝n/V，當V變?yōu)樵瓉淼囊话霑r，如果平衡不發(fā)生移動，則n不變，c必然是原來的２倍。現(xiàn)在B和C的濃度均是原來的1.8倍，則說明B和C均減少，進而推知平衡向左移動。而物質C的質量分數(shù)等于C的質量占混合體系總質量的百分數(shù)，而總質量不變，所以C的質量分數(shù)減小，物質A的量增加，所以A的轉化率減小。而增加壓強，平衡向氣體體積減小的方向移動，所以m<2n。 【題５】可逆反應mA(g)＋nBpC(g)＋qD中，A和C都是無色氣體，達到平衡后，下列敘述正確的是(D) A.若增加B的量，平衡體系顏色加深，說明D是固體 B.增大壓強平衡不移動，說明m＋n一定等于p＋q C.升高溫度，A的轉化率減小，說明正反應是吸熱反應 D.若B是氣體，增大A的量，A、B轉化率并不都增大 【解析】由方程式可知，BD的凝聚狀態(tài)不確定選項A中增加B的量，若B是有顏色的氣體，則B的量在任何時刻都比原來大，平衡體系顏色應加深，這時D既可以是固體也可以是氣體，若D是有顏色的氣體，當平衡向右移動之后，平衡體系顏色也加深。選項B中，增大壓強平衡不移動，則說明反應物氣體計量數(shù)之和等于生成物的氣體計量數(shù)之和，而物質B和D的狀態(tài)不確定，所以m＋n和p＋q的關系也不確定。選項C中，升高溫度，A的轉化率減小，表明平衡向左移動，說明逆反應是吸熱反應，則正反應必定是放熱反應。選項D中，若物質B是氣體，增大A的量，平衡向右移動，B的轉化率增大，A的轉化率減小。 【題６】一定溫度下，在恒容密閉容器中發(fā)生如下反應2A(g)＋B(g)3C(g)，若反應開始時充入2 molA和2 molB達到平衡后，A的體積分數(shù)為a%，其他條件不變時，若按下列四種配比作為起始物質，平衡后A的體積分數(shù)大于a%的是（AB） A.2 mol C B.2 mol A、1 mol B和１mol He（不參加反應） C.1 mol B和1 mol C D.2 mol A、3 mol B和3 mol C 【解析】本題主要考查對等效平衡和平衡移動原理的理解。該反應為反應前后氣體體積不變的反應，A項中若將2 mol C全部轉化為A、B，分別得到4/3 mol A和2/3 mol B，與起始加入的2 mol A和2 mol B比較，相當于少加了B，A的轉化率減小，百分含量增加；B項中，加入He對平衡無影響，也相當于少加了B，A的含量增加；由C項的投料情況看，反應只能逆向進行，而1 mol B對逆向反應有抑制作用，致使A的含量減少；D項若按2 mol A、2 mol B和3 mol C與原來2 mol A和2 mol B等效，多余的1 mol B使A的轉化率增大，百分含量減小。 【題7】如右圖，裝有活塞的密閉容器內盛有22.4 mL一氧化氮。若通入11.2 mL氧氣（氣體體積均在標準狀況下測定），保持溫度、壓強不變，則容器內的密度為（D） A.等于1.369 g?L－１　　　　　　　　　　　　　　 B. 等于2.054 g?L－１ C.在等于1.369 g?L－１和等于2.054 g?L－１之間　　 D.大于2.054 g?L－１ 【解析】2NO＋O2＝2NO2由方程式可以看出，22.4 mL一氧化氮與11.2 mL氧氣恰好完全反應生成NO2，由于存在2NO2N2O4，所以混合氣體應該是NO2和N2O4的混合氣體，其密度應該大于NO2的而小于N2O4的。在標準狀況下，二氧化氮的密度可計算得2.054 g?L－１，N2O4等于1.369 g?L－１，分析各選項可知答案。 【題８】在一固定容積的密閉容器中充入2 mol A和1 mol B，發(fā)生反應2A(g)＋B(g)xC(g)，達到平衡后，C的體積分數(shù)為W ％。若維持容器體積和溫度不變，按0.6 mol A，0.3 mol B和1.4 mol C為起始物質，達到平衡后，C的體積分數(shù)也為W %，則x值為（BC） A.1 B.2 C.3 D.4 【解析】這樣題目屬于等效平衡的問題。一種平衡狀態(tài)的建立只與條件有關而與途徑無關。在恒容恒溫的密閉容器中，若反應前后氣體計量數(shù)和不相等，要想建立同一種平衡狀態(tài)，則兩組數(shù)據(jù)值必須完全對應相等，該題中，則有0.6 mol ＋2/x1.4mol＝2 mol ，同時必定有0.3 mol＋1/x1.4mol＝1 mol，解得x＝２，由于n(A)：n(B)＝0.6 mol：0.3 mol＝2：１，與第一次中物質A、B的物質的量相等，所以，當反應前后計量數(shù)和相等時，也符合題意，所以x也可等于3。 【題9】一定溫度下，反應2SO2＋O22SO3達到平衡時，n(SO2)：n(O2)：n(SO3)＝２：３：４?？s小體積，反應再次達到平衡時，n(O2)＝0.8 mol，n(SO3)＝1.4 mol，此時SO2的物質的量應是（A） A.0.4 mol B.0.6 mol C.0.8 mol D.1.2 mol 【解析】縮小體積時，壓強增大，平衡向右，設達新平衡時SO2轉化的物質的量是x，而原平衡中三者物質的量分別是2a，３a，4a。 2SO2　　　　＋　　　O2　　　　　2SO3 原平衡　　　?。瞐 3a 4a 轉化　　　　　x x/2 x 新平衡　　?。瞐－x 3a－x/2 4a＋x 3a－x/2＝0.8 mol 4a＋x＝1.4 mol 解得a＝0.3 mol x＝0.2 mol n(SO2)＝２0.3 mol－0.2 mol＝0.4 mol 【題10】在一個固定體積的密閉容器中，加入2 mol A和1 mol B，發(fā)生反應２A(g)＋B(g)３C(g)＋D(g)，達到平衡時，C的濃度為 a mol?L－１。若維持容器體積和溫度不變，按下列四種配比為起始物質，達到平衡后，C的濃度仍為a mol?L－１的是（） A.4 mol A＋2 mol B B.2 mol A＋1 mol B＋3 mol C＋1 mol D C.3 mol C＋1 mol D＋1 mol B D.3 mol＋1 mol D 【解析】思路方法同第８題，即由于反應前后計量數(shù)不同，只能取起始條件相同，當反應只從逆反應開始時，與2 mol A和1 mol B相當?shù)牧恐荒苁? mol C和1 mol D。 【題11】在體積固定的密閉容器中進行下列反應，達到平衡后若升高溫度，則混合氣體平均相對分子質量一定增大的是（D） A.2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　　　(正反應為放熱反應) B.2C2H2(g)＋5O2(g)4CO2(g)＋2H2O(g) （正反應為放熱反應） C.2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g) （正反應為吸熱反應） D.4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) （正反應為放熱反應） 【解析】M＝m(總)／n(總)，A選項中，升高溫度，平衡向左移動，m(總)不變，但n(總)減少，所以，M減??；同理，B選項也如此；C選項中，升高溫度，平衡向右移動，由于有固體物質生成，所以混合氣體的總質量和總物質的量均減少，不能再依據(jù)公式判斷M的變化，應該采用極限法。由數(shù)值可知，平衡右移時，M減小；D選項中，平衡左移，n(總)減小，所以M增大。 【題12】決定化學反應速率的主要因素是（B） ①溫度　?、趬簭姟　、鄞呋瘎　、軡舛取　、莘磻锉旧淼男再| A.①②③④⑤ B.⑤ C.①④ D. ①②③④ 【解析】決定化學反應速率的主要因素，也就是內因就是反應物本身的結構和性質。 【題13】下圖表示某反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－a kJmol－１（a>0）在某一時間段t0～t6中反應速率與反應過程的曲線圖，則氨的百分含量最高的一段時間是（A） A.０～t1 B.t2～t3 C. t3～t4 D. t5～t6 【解析】這是一個v～t圖分析題。圖中：０～t1，是原平衡狀態(tài)，t1～t2為平衡左移過程，所以氨的百分含量下降，t2又達平衡狀態(tài)，t2～t3保持平衡；t3～t4為加入催化劑，平衡不移動，正、逆反應速率同等程度增大，氨的百分含量不變，t4～t 5為平衡左移過程，氨的百分含量下降，t5～t為又一新平衡階段，整個過程中，氨的百分含量間斷性地下降，所以整個過程中只有在開始階段氨的百分含量最高。 【題14】反應 aX(g)＋bY(g)cZ(g)＋dW(g)?。祄in后達到平衡時，X減少 n molL－１，Y減少n/3 molL－１。若體系壓強增大，W的百分含量不發(fā)生變化，則反應物質分子式的化學計量數(shù)比a：b：c：d為（D） A.１：３：１：２　B.１：３：２：２　C.３：１：２：１　D.３：１：２：２ 【解析】由題意知：n molL－１：n/3 molL－１＝a：b，所以a：b=3：1，由于體系增大壓強時，物質W百分含量不變，可知平衡不發(fā)生移動，可知反應前后氣體計量數(shù)和相等，所以a：b：c：d＝３：１：２：２或３：１：１：３或３：１：３：１，分析選項，只有D符合。 （第五課時） 【題15】A、B、C、D四種物質皆易溶于水，且在水溶液中存在如下化學平衡，加入水稀釋后，平衡向正反應方向移動的是（B） A.A＋BC＋D B.A＋H2OC＋D C.A＋BC＋H2O D.A＋2B＋H2OC 【解析】選項A中：加水稀釋后，A、B、C、D四種物質被同等程度稀釋，所以平衡不移動；選項B中，加水稀釋后，A、C、D三種物質的濃度均減小，但水并未變，所以C和D的有效碰撞幾率顯著下降，A與水的卻不顯著。（對于該反應，也可作如下分析，加水后，水在混合體系中的百分含量增加，相當于水的“濃度”增加，所以平衡向右移動）；同理，選項C中，加水后平衡應左移。選項D中是一個非可逆反應，加水后平衡不移動。 【題16】在一定條件下，某密閉容器中發(fā)生了如下反應：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　　　(正反應為放熱反應)，反應達到平衡后SO2、O2、SO3的物質的量之比為３:２:５。保持其他條件不變，升溫后達到平衡時，SO2、O2的物質的量分別為1.4 mol和0.9 mol，此時容器內SO3的物質的量應為（） A.1.8 mol B.2 mol C.2.2 mol D.2.4 mol 【解析】 【題17】某溫度時，把1 mol N2O4氣體通入體積為10 L的真空密閉容器中，立即出現(xiàn)棕色，反應進行4 s時NO2的濃度為0.04 molL－１，再經(jīng)過一定時間后，反應達到平衡，這時容器內壓強為開始時的1.8倍。則下列說法正確的是（BD） A.前4 s中以N2O4的濃度變化表示的平均反應速率為0.01 molL－１s－１ B.在4 s時容器內的壓強為開始時的1.2倍 C.在平衡時容器內含N2O4 0.4 mol D.在平衡時容器內含NO2 1.6 mol 【解析】因為出現(xiàn)紅棕色，所以說生成了NO2氣體。2NO2N2O4，4s時，生成的NO2的物質的量是c(NO2)V＝0.04 molL－１10L＝0.4 mol，則消耗的N2O4是0.2 mol，剩余的N2O4是0.8 mol，這時混合氣體的總物質的量是0.4 mol ＋0.8 mol＝1.2 mol。由壓強之比等于物質的量之比可知，4s時容器壓強為開始時1.2倍，前4s中，v(N2O4)＝=0.005 mol?L－１?s－１ ；平衡時，混合氣體總物質的量＝1 mol1.8＝1.8 mol，設這時容器中共有NO2的物質的量為x，則剩余N2O4的物質的量應是1 mol－x/2，則（1 mol－x/2）＋x＝1.8 mol，x=1.6 mol，則剩余N2O4的物質的量是1 mol－1.6mol/2＝0.2 mol。 【題18】右圖中的曲線是表示其他條件一定時，2NO＋O22NO2（該反應放熱）反應中NO的轉化率與溫度的關系曲線，圖中標有a、b、c、d四點，其中表示未達到平衡狀態(tài)，且v(正)>v(逆)的點是（） A.a點　　　　　　　B,.b點　　　　　　C.c點　　　　　　　D.d點 【解析】做圖形題一定要先弄明白坐標軸及曲線的含義：在曲線上，當溫度一定時（橫坐標），n(NO)也一定（縱坐標），所以說，曲線上任意一點均是達平衡狀態(tài)的點，而曲線外的任一點均表示未達平衡狀態(tài)。在曲線下方的任意一點，如c點，要想達到同溫下的平衡狀態(tài)（即由c點向上引垂直線到曲線的一點），必須使n(NO)增大，即平衡應向右移動，這時v(正)>v(逆)；同理，在曲線上方的任意一點，v(逆)>v(正)。 【題19】將等物質的量的A、B、C、D四種物質混合，發(fā)生如下反應aA＋bBcC(s)＋dD。當反應進行一定時間后，測得A減少了n mol，B減少了n/2 mol，C增加了３n/２mol，D增加了n mol，此時達到平衡。 （１） 該化學方程式中各物質的化學計量數(shù)為： a＝ ，b＝　　　　　，c＝　　　　　，d＝　　　　　　。 （２）若只改變壓強，反應速率發(fā)生變化，但平衡不發(fā)生移動，該反應中各物質的聚集狀態(tài)。 A: B: C: D: （３）若只升高溫度，反應一段時間后，測知四種物質的物質的量又達到相等，則該反應為　　　　　　反應（填“吸熱”或“放熱”）。 【解析】各物質的變化量之比等于方程式中對應的計量數(shù)之比，所以a：b：c：d＝n mol：n/2 mol：3n/2 mol：n mol＝２：１：３：２。一般情況下，各物質的計量數(shù)之比等于最簡整數(shù)比，所以a＝2，b＝１，c＝3，d＝2。若只改變壓強，而反應速率發(fā)生變化，則說明可逆反應中必有氣體存在，但平衡不發(fā)生移動，說明反應的氣體計量數(shù)之和等于生成氣體計量數(shù)之和（反應物和生成物中各至少有一種氣體），物質C為固體，則物質D必為氣體。其計量數(shù)為2，則反應物中氣體計量數(shù)之和為２，則物質A必定是氣體物質，B必定為固體和液體。 升溫一段時間后，四種物質的物質的量又達相等，則說明平衡向左移動，逆反應為吸熱反應，正反應則是放熱反應。 【題20】反應2SO2＋O22SO3進行的時間（t）和反應混合氣中SO3的質量分數(shù)的關系如圖所示。曲線P表示使用了催化劑，曲線Q表示未使用催化劑。由圖可知，催化劑可以　　　　　　　　　　，但不能　　　　　　　　　　　　。 【解析】由圖中可以看出，使用了催化劑后平衡拐點向前移動（即由Q點到P