【教學設(shè)計】《化學平衡》(人教版)

2024年2月22日發(fā)(作者：喝喜酒)

《化學平衡》

◆教材分析

“化學平衡”是高中化學選修教材的內(nèi)容，它是中學化學的重要理論之一， 對今后電離平衡、鹽類的水解、鹵化烴的水解、酯的水解等知識的學習起著重要的指導作用。化學平衡概念比較抽象，化學平衡觀點的建立也具有一定難度。需要從溶解平衡等已有知識來加以引入有關(guān)的概念，來明確化學平衡研究的對象是可逆反應(yīng)，最后讓學生建立起化學平衡是個動態(tài)平衡的概念。

◆教學目標

【知識與能力目標】

使學生建立化學平衡的觀點、對化學平衡的特征理解性記憶。

【過程與方法目標】

通過學生理解化學平衡的特征以及形成化學平衡概念的過程中，培養(yǎng)學生合作研究、分析問題、解決問題的能力。

【情感態(tài)度價值觀目標】

從溶解平衡導入化學平衡-----從熟悉內(nèi)容引領(lǐng)學生思考，使學生對化學平衡知識產(chǎn)生興趣，帶著美好的心情進行后續(xù)的學習。

◆教學重難點

【教學重點】

化學平衡的建立與特征。

【教學難點】

化學平衡觀點的建立。

◆課前準備

多媒體課件。

◆教學過程

第一課時

煉鐵高爐尾氣之謎

高爐煉鐵的主要反應(yīng)是:2C(焦炭)+O2(空氣)=2CO(放出熱量),

Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。煉制1噸生鐵所需焦炭的實際用量遠高于按照化學方程式計算所需的量,且從高爐中出來的氣體中含有沒有利用的CO氣體,開始,煉鐵工程師們認為是CO與鐵礦石接觸不充分之故,于是設(shè)法增加高爐的高度,然而高爐增高后,高爐尾氣中的CO比例竟沒有改變,這是什么原因呢?

提示:Fe2O3+3CO2Fe+3CO2是一個可逆反應(yīng),在此條件下已達到該反應(yīng)的最大限度,即達到化學平衡狀態(tài)了。

預(yù)習1.可逆反應(yīng)和不可逆反應(yīng)

(1)可逆反應(yīng)。

(2)不可逆反應(yīng)。

有些反應(yīng)的逆反應(yīng)進行程度太小因而可忽略,把這類反應(yīng)叫不可逆反應(yīng),用“=”號表示。例如:Ba+SO4=BaSO4↓。

2.化學平衡狀態(tài)

(1)化學平衡的建立。

在一定條件下,把1 mol N2和3 mol H2充入某密閉容器中:

2+2-

以上過程用v-t圖像表示如圖所示:

(2)化學平衡狀態(tài)。

在一定條件下的可逆反應(yīng)中,當正、逆兩個方向的反應(yīng)速率相等時,反應(yīng)體系中所有參加反應(yīng)的物質(zhì)的濃度保持恒定的狀態(tài)。

(3)化學平衡的特征。

一、 可逆反應(yīng)

1.可逆反應(yīng)的特征

(1)正反應(yīng)和逆反應(yīng)在相同條件下進行;否則,不是可逆反應(yīng)。

(2)正、逆反應(yīng)同時進行,即進行的時間、地點是相同的,反應(yīng)物和生成物共存。

(3)無論一種反應(yīng)物如何過量,其他反應(yīng)物不可能反應(yīng)完全。

2.可逆反應(yīng)中示蹤原子的存在

當可逆反應(yīng):2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)進行到一定程度后,向體系中充入一定量的段時間后,SO2、O2、SO3中均含有O。

1818O2,一

3.可逆反應(yīng)中的反應(yīng)熱

正反應(yīng)和逆反應(yīng)的反應(yīng)熱的絕對值相等,符號相反。

4.可逆反應(yīng)中各成分物質(zhì)的濃度(物質(zhì)的量)范圍

分別假設(shè)反應(yīng)物、生成物中某(投料)相對較少的物質(zhì)完全反應(yīng),濃度為0,其他物質(zhì)剩余濃度為最小極限,另一方各成分濃度則為最大極限,一種物質(zhì)的濃度范圍在最小和最大極限之間。

二、 化學平衡狀態(tài)的判斷

1.化學平衡的標志

(1)“等”,v(正)=v(逆),即同一物質(zhì)的消耗速率和生成速率相等,不同物質(zhì)的消耗速率和生成速率之比等于化學計量數(shù)之比。

(2)“定”,即化學反應(yīng)達到平衡后混合物各組分的濃度(或質(zhì)量)保持不變,各組分的百分含量保持不變。

2.化學反應(yīng)mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g)平衡狀態(tài)的判定

典題例解

【例1】 一定條件下,A、B、C的起始濃度分別是0.5 mol·L、0.1 mol·L、1.6 mol·L,可逆反應(yīng)A(g)+B(g)

A.c(A)=0.2 mol·L

B.c(B)=0

C.c(C)=1.9 mol·L

D.c(B)=0.5 mol·L

解析:列出A、B、C的起始濃度,運用極值法,假設(shè)反應(yīng)物全部轉(zhuǎn)化為生成物,再假設(shè)生成物全部轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物,確定各物質(zhì)濃度的合理值。

A(g) + B(g)

-1-1-1-1-1-1-12C(g)達到平衡時,下列數(shù)據(jù)合理的是( )

2C(g)

起始(mol·L) 0.5 0.1 1.6

極值1(mol·L) 1.3 0.9 0

極值2(mol·L) 0.4 0 1.8

-1-1

即平衡時三種物質(zhì)的濃度取值范圍分別為0.4 mol·L

mol·L,0

答案:D

【例2】 一定溫度下,在固定容積的密閉容器中,可逆反應(yīng)mA(s)+nB(g)

-1-1-1-1pC(g)+qD(g),當m、n、p、q為任意正整數(shù)時,有下列狀態(tài):①體系的壓強不再發(fā)生變化,②氣體的密度不再發(fā)生變化,③各組分的物質(zhì)的量濃度不再改變,④各組分的質(zhì)量分數(shù)不再改變,⑤反應(yīng)速率v(B)∶v(C)∶v(D)=n∶p∶q。其中,能說明反應(yīng)已達到平衡的是( )

A.③④ B.②③④

C.①②③④ D.①②③④⑤

解析:若n=p+q,壓強不變時,不能說明反應(yīng)已達平衡;根據(jù)ρ=??(氣)??,隨著反應(yīng)的進行,m(氣)變,而V不變,故ρ是變量,當ρ不變時,反應(yīng)已達到平衡;v(B)∶v(C)∶v(D)=n∶p∶q不能說明v(正)=v(逆)。

答案:B

第二課時

煤炭在燃燒不充分的情況下會產(chǎn)生CO,當人體吸入CO后,CO、O2與人體中的血紅蛋白建立如下平衡:CO+Hb·O2O2+Hb·CO(Hb表示血紅蛋白),當Hb·CO濃度為Hb·O2濃度的2%時,人的智力將受到嚴重損傷。

那你知道怎樣預(yù)防CO中毒嗎?若有CO中毒病人你知道怎樣急救嗎?相信在學習本課時知識后,你將能解決以上問題。

預(yù)習

1.化學平衡的移動

(1)含義。

在一定條件下,可逆反應(yīng)達到化學平衡狀態(tài),如果改變影響平衡的條件(如濃度、溫度、壓強等),化學平衡狀態(tài)被破壞(正、逆反應(yīng)速率不再相等),直至正、逆反應(yīng)速率再次相等,在新的條件下達到新的化學平衡狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱作平衡狀態(tài)的移動,簡稱平衡移動。

(2)圖示表示。

(3)化學平衡移動的方向判斷。

若??(正)=??(逆),平衡不移動;

條件改變?nèi)??(正)>??(逆),平衡向正反應(yīng)方向移動;

若??(正)

一、 外界條件的改變對化學平衡的影響

[以mA(g)+nB(g)

pC(g) ΔH<0(m+n

二、 化學平衡圖像

1.化學平衡圖像理解分析“五看”

一看面(即縱坐標與橫坐標的意義),二看線(即線的走向和變化趨勢),三看點(即起點、折點、交點、終點),四看輔助線(如等溫線、等壓線、平衡線等),五看量的變化(如濃度變化、溫度變化等)。

2.化學平衡圖像應(yīng)用原則與方法技巧

(1)“定一議二”原則。

在化學平衡圖像中,確定橫坐標所表示的量后,討論縱坐標與曲線的關(guān)系;或者確定縱坐標所表示的量,討論橫坐標與曲線的關(guān)系,即“定一議二”原則。可以作輔助線幫助分析。例如反應(yīng)aA(g)+bB(g)

系如圖A所示。

cC(g)在不同溫度下(T1

圖A

由圖可知,T1為一條等溫線,隨著壓強的增大,C%減小,化學平衡逆向移動,a+b

(2)“先拐值大”原則。

在化學平衡圖像中,先出現(xiàn)拐點的反應(yīng)則先達到平衡,先出現(xiàn)拐點的曲線表示的溫度較高(如圖B)或表示的壓強較大(如圖C)[仍以aA(g)+bB(g)

cC(g)為例]。

圖B表示T2>T1,T2對應(yīng)的C%小于T1對應(yīng)的C%,說明升溫平衡逆向移動,即該反應(yīng)正向是放熱的。圖C表示p2>p1,p2對應(yīng)的C%小于p1對應(yīng)的C%,說明加壓平衡逆向移動,即a+b

(3)“四位一體”原則。

利用平衡移動原理,觀察分析圖像和已知信息,在①可逆反應(yīng)的特點,②平衡條件的變化,③平衡移動的方向(物理量變化)中挖掘找到兩個方面的已知信息,再解決第三個方面的問題。

典題例解

【例1】 反應(yīng)X(g)+Y(g)

A.減小容器體積,平衡向右移動

B.加入催化劑,Z的產(chǎn)率增大

C.增大c(X),X的轉(zhuǎn)化率增大

D.降低溫度,Y的轉(zhuǎn)化率增大

解析:該反應(yīng)前后氣態(tài)物質(zhì)的總物質(zhì)的量不變,減小體積,平衡不移動,A項錯誤;催化劑不能使平衡移動,Z的產(chǎn)率不變,B項錯誤;增大X的濃度,平衡正向移動,但X的轉(zhuǎn)化率減小,C項錯誤;降低溫度,平衡正向移動,Y的轉(zhuǎn)化率增大,D項正確。

答案:D

2Z(g) ΔH<0,達到平衡時,下列說法正確的是( )

典題例解

【例2】 某化學科研小組研究在其他條件不變時,改變某一條件對化學平衡的影響,得到如圖所示的變化規(guī)律(圖中p表示壓強,T表示溫度,n表示物質(zhì)的量):

根據(jù)以上規(guī)律判斷,下列結(jié)論正確的是( )

A.反應(yīng)Ⅰ:ΔH>0,p2>p1

B.反應(yīng)Ⅱ:ΔH>0,T1>T2

C.反應(yīng)Ⅲ:ΔH>0,T2>T1;或ΔH<0,T2

D.反應(yīng)Ⅳ:ΔH<0,T2>T1

解析:反應(yīng)Ⅰ,溫度升高,A的平衡轉(zhuǎn)化率降低,說明化學平衡向逆反應(yīng)方向移動,則正反應(yīng)為放熱反應(yīng),ΔH<0;在溫度一定時,增大壓強,化學平衡向正反應(yīng)方向移動,A的平衡轉(zhuǎn)化率增大,即p2>p1,A項錯誤。由題給反應(yīng)Ⅱ的圖示知T1>T2,溫度升高,n(C)減少,平衡向逆反應(yīng)方向移動,正反應(yīng)放熱,ΔH<0,B項錯誤。若反應(yīng)Ⅲ為放熱反應(yīng),C的平衡體積分數(shù)減小時,平衡向逆反應(yīng)方向移動,則T2T1,C項正確。同理,對于反應(yīng)Ⅳ,若ΔH<0,則因升溫A的平衡轉(zhuǎn)化率減小,所以T1>T2,D項錯誤。

答案:C

第三課時

均達平衡時,后者中SO3的物質(zhì)的量是前者的2倍嗎?

預(yù)習

化學平衡常數(shù)

1.概念

在一定溫度下,當一個可逆反應(yīng)達到化學平衡時,生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的

比值是一個常數(shù),這個常數(shù)就是該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)。

2.表達式

對于可逆反應(yīng):mA(g)+n(B)(g)

3.特點

pC(g)+qD(g),K=cp(C)·cq(D)cm(A)·cn(B)。

K只受溫度影響,與反應(yīng)物或生成物的濃度無關(guān)。

4.意義

K值越大,說明平衡體系中生成物所占的比例越大,正向反應(yīng)進行的程度 越大,即該反應(yīng)進行得越完全,反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率越大;反之,就越不完全,轉(zhuǎn)化率就越小。

1.平衡常數(shù)K僅僅是溫度的函數(shù),與反應(yīng)物或生成物的濃度變化無關(guān)。只要溫度一定,即便外界條件改變引起了化學平衡的移動,K也不變;只要溫度變化,平衡一定發(fā)生移動,K也一定變化。

2.各物質(zhì)的濃度指平衡時的物質(zhì)的量濃度,指數(shù)為該物質(zhì)的化學計量數(shù)。

3.反應(yīng)物或生成物中有固體或純液體存在時,由于其濃度可看做“1”而不代入公式。

4.化學平衡常數(shù)是指某一具體反應(yīng)的平衡常數(shù)。

(1)若反應(yīng)方向改變,則平衡常數(shù)改變。

(2)若化學方程式中各物質(zhì)的化學計量數(shù)等倍擴大或縮小,盡管是同一反應(yīng),平衡常數(shù)也會改變。

如N2+3H2

2NH3

2N2+2H2

132NH3,K=a,則有:

2N+3H2,K'=??。

1NH3,K″=??。

12

二、 化學平衡常數(shù)的應(yīng)用

1.判斷平衡移動的方向

對于可逆反應(yīng)mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g)在任意狀態(tài)時,生成物與反應(yīng)物濃度的冪之

積之比稱為濃度商Qc,即Qc=????(C)·????(D)????(A)·????(B),則

??c

??c>??,反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行2.判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)

3.計算反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率

依據(jù)起始濃度(或平衡濃度)和平衡常數(shù)可以計算平衡濃度(或起始濃度),從而計算反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。

方法歸納

解題模式——“三段式”計算格式

mA(g)+

nB(g)

pC(g)+

qD(g)

起始量/mol

a

b 0 0

變化量/mol

x

nx/m px/m qx/m

起始量/mol

a-x

b-nx/m px/m qx/m

“三段式”中,各物質(zhì)的物質(zhì)的量的變化量之比一定等于化學計量數(shù)之比,其他則不一定。

對于反應(yīng)物:n(平衡量)=n(起始量)-n(變化量)

對于生成物:n(平衡量)=n(起始量)+n(變化量)

則A的轉(zhuǎn)化率A%=xa×100%B的轉(zhuǎn)化率B%=nxmb×100%

影響轉(zhuǎn)化率的因素

(1)溫度和壓強對轉(zhuǎn)化率(α)的影響。

溫度或壓強改變后,若引起平衡向正反應(yīng)方向移動,則反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率一定增大。

(2)改變反應(yīng)物用量對轉(zhuǎn)化率(用α表示)的影響。

①反應(yīng)物不止一種時,如反應(yīng)mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g)。

a.只增大一種反應(yīng)物的濃度,該物質(zhì)本身的轉(zhuǎn)化率減小,其他反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大。如增大c(A),則平衡正向移動,α(A)減小,α(B)增大。

b.若同等比例同倍數(shù)增大c(A)、c(B),則平衡正向移動,其影響結(jié)果相當于增大壓強。

當m+n=p+q時,α(A)、α(B)不變;

當m+n>p+q時,α(A)、α(B)增大;

當m+n

②反應(yīng)物只有一種時,如反應(yīng)aA(g)

bB(g)+cC(g)。

增大c(A)則平衡正向移動,其影響結(jié)果相當于增大壓強。

當a=b+c時,α(A)不變;

當a>b+c時,α(A)增大;

當a

【例1】 以下平衡常數(shù)表達式不正確的是( )

A.N2(g)+3H2(g)

(s)+CO(g)

C.2NH3(g)

D.2NO2(g)

2NH3(g)

K=??2(NH3)??(N2)·??3(H2)??(CO2)??(CO)

Fe(s)+CO2(g)

K=

N2(g)+3H2(g)

N2O4(g)

K=??2(NH3)??(N2)·??3(H2)??(NO)224K=??2(NO

)解析:平衡常數(shù)K的表達式中,各成分濃度必須是平衡濃度、濃度的方次為其化學計量數(shù)、固體和純液體的濃度視為常數(shù),不寫在K的表達式中;是產(chǎn)物濃度冪的積與反應(yīng)物濃度冪的積的比值。

答案:C

【例2】 在一定體積的密閉容器中,進行如下化學反應(yīng):CO2(g)+H2(g)

其化學平衡常數(shù)K和溫度T的關(guān)系如下表所示:

CO(g)+H2O(g),

回答下列問題:

(1)該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)表達式為K= 。

(2)該反應(yīng)為 (填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。

(3)某溫度下,平衡濃度符合下式:c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O),試判斷此時的溫度

為 ℃。此溫度下加入1 mol CO2(g)和1 mol H2(g),充分反應(yīng),達到平衡時,CO2的轉(zhuǎn)化率為 。

(4)在800 ℃時,發(fā)生上述反應(yīng),某一時刻測得容器內(nèi)各物質(zhì)的濃度分別為c(CO2)為2

mol·L,c(H2)為1.5 mol·L,c(CO)為1 mol·L,c(H2O)為3 mol·L,則正、逆反應(yīng)速率的比較為v(正) (填“>”“<”或“=”)v(逆)。

解析:(2)溫度越高,K值越大,說明升溫平衡向正反應(yīng)方向移動,說明正向為吸熱反應(yīng)。(3)由題意可得K=1,查表可知此時溫度為830 ℃,設(shè)反應(yīng)了的CO2為x mol,則消耗掉的H2為x mol,生成的CO和H2O均是x mol(體積為V L)

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則CO2的轉(zhuǎn)化率為50%。

(4)800 ℃時,K=0.9,此刻的濃度商

Qc=??(CO)·??(H2??)??(CO2)·??(H2)=1mol·L-1×3 mol·L-12mol·L-1×1.5 mol·L-1=1,

即K

答案:(1)

??(CO)·??(H2??)??(CO2)·??(H2) (2)吸熱 (3)830 50% (4)<

◆教學反思

略。