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高二化学教案:《化学平衡》优秀教学设计

来源:学科网 2018-11-18 19:43:28

  一、复习回顾

  化学平衡的建立、特征和标志;

  化学平衡的移动;

  平衡移动原理。

  二、知识梳理

  考点1:化学平衡的建立、特征和标志

  1.可逆反应

  在相同条件下同时向正、反两个方向进行的反应称为可逆反应。

  2.化学平衡的建立

  在一定条件下可逆反应进行到一定程度时,反应物和生成物的浓度不再随时间的延长而发生变化,正反应速率和逆反应速率相等,这种状态称为化学平衡状态,简称化学平衡。

  注意:化学平衡状态是指①一定条件下的可逆反应里,②正反应速率=逆反应速率,③反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。正、逆反应速率相等是“因”,体系中各组分浓度不变是“果”。

  速率时间图象:

  3.化学平衡的特征

  ①“逆”:研究对象为可逆反应。

  ②“等”:可逆反应达到平衡时,υ正=υ逆。

  第一层含义:用同种物质表示反应速率时,该物质的生成速率=消耗速率,即υA+=υA-

  第二层含义:用不同物质表示反应速率时,A的正反应速率:B的逆反应速率=化学计量数之比,即υA+:υB-=m:n(m、n为化学方程式中A、B前面的系数)。

  ③“定”:平衡混合物中各组分含量(质量、物质的量、质量分数、气体体积分数、物质的量浓度、反应物转化率、体积、体系压强、体系温度等多种物理量)不随时间变化。

  ④“动”:正、逆反应都在进行,只是υ正=υ逆,体系处于动态平衡。

  ⑤“变”:化学平衡状态是有条件的、暂时的、改变影响平衡的外界条件,平衡会发生移动,达到新的平衡。

  ⑥“同”:只要外界条件相同,同一可逆反应达到的化学平衡状态就相同。它的建立与途径无关,从反应物开始或从生成物开始,或从反应物、生成物同时开始,都可建立平衡状态。

  4.化学平衡的标志

  (1)任何情况下均可作为标志的:

  ①υ正=υ逆(同一种物质) 对于某一可逆反应来说,正反应消耗掉某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率。

  ②各组分浓度(百分含量、物质的量、质量)不随时间变化

  ③体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化。

  (2)在一定条件下可作为标志的是:

  ①对于有色物质参加或生成的可逆反应体系,颜色不再变化。例如2NO2(g)N2O4(g)

  ②对于有气态物质参加或生成的可逆反应体系,若反应前后气体的物质的量变化不为0,则混合气体平均相对分子质量M和反应总压P不变(恒温恒容)。例如2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。

  ③对同一物质而言,断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。

  (3)不能作为判断标志的是

  ①各物质的物质的量或浓度变化或反应速率之比=化学计量数之比。

  ②有气态物质参加或生成的反应,若反应前后气体的体积变化为0,则混合气体平均相对分子质量M和反应总压P不变(恒温恒容),如:2HI(g)I2(g)+H2(g)。

  ③对于均为气体参加或生成的体系,恒容时密度不发生变化。

  考点2:化学平衡的移动

  1.定义:可逆反应中旧的化学平衡被破坏、新的化学平衡建立的过程就是化学平衡的移动。

  注意:化学平衡移动的根本原因是正、逆反应速率不相等,移动的结果使二者相等。

  2. 化学平衡移动原因:v正≠ v逆

  v正> v逆   正向      v正.< v逆   逆向

  考点3:反应条件对化学平衡的影响

  1.温度的影响:

  升高温度,化学平衡向吸热方向移动;

  降低温度,化学平衡向放热方向移动。

  2.浓度的影响:

  增大反应物浓度或减小生成物浓度,化学平衡向正反应方向移动;

  减小反应物浓度或增大生成物浓度,化学平衡向逆反应方向移动。

  3.压强的影响:

  增大压强,化学平衡向气体分子数减小的方向移动;

  减小压强,化学平衡向气体分子数增大的方向移动。

  4.催化剂:

  加入催化剂,化学平衡不移动。

  以N2 + 3H22NH3为例:

条件

反应速率

N2转化率

N2的平衡浓度

NH3的体积分数

V不变

充N2

充He

不变

不变

不变

不变

P不变

充He

减小容器体积

升高温度

  考点4:平衡移动原理(勒夏特列原理)

  如果改变影响平衡的一个条件,平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。

  注意:平衡向减弱外界条件变化的方向移动,但不能抵消外界条件的变化。

  三、例题精析

  【例题1】在一定条件下,可逆反应2A2(g)+2B2(g)  3C2(g)+D2(g)在容积不变的容器中进行。达到平衡的标志是(    )

  A.单位时间内生成2n mol B2,同时消耗3n mol C2

  B.容器内压强不随时间变化

  C.混合气的密度不随时间变化

  D.混合气的平均摩尔质量不随时间变化

  E.单位时间内断裂2 mol A-A键,同时断裂3 mol C-C键

  【答案】E

  【解析】在任何时刻,单位时间内生成2n mol B2的同时必然消耗3n mol C2,两个速率的指向相同,不能作为到达平衡的标志,所以A选项错;该反应的特征是反应前后气体体积不变,恒温恒容时在任何时刻气体物质的量均不变,压强均不变,又因为密闭体系质量守恒,所以平均摩尔质量不变;又因为恒容,所以密度不变,所以B、C、D不能作为判断标志;消耗2 mol A的同时必生成3 mol C,则C的生成速率等于C的消耗速率,所以E可以作为到达平衡的标志。

  【例题2】下列叙述中可以证明2HI(g)  H2(g)+I2(g)已达平衡状态的是(    )

  ① 单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI

  ② 一个H-H键断裂的同时有两个H-I键断裂

  ③ 百分组成HI%=I2%

  ④ 反应速率υ(H2)=υ(I2)=0.5υ(HI)

  ⑤ C(HI)=C(H2)=C(I2)=2:1:1

  ⑥ 温度和体积一定时,某一生成物浓度不再变化

  ⑦ 温度和体积一定时,容器内压强不再变化

  ⑧ 条件一定,混合气体的平均相对分子质量不再变化

  ⑨ 温度和体积一定时混合气体的颜色不再变化

  ⑩ 温度和压强一定时混合气体密度不再变化

  【答案】②⑥⑨

  【解析】① 表示不同方向的反应,但生成H2与生成HI的物质的量之比应等于相应化学计量数之比;

  ② 表示不同方向的反应且等于化学计量系数之比,正确;

  ③ 毫无根据,只在极特殊情况下成立;

  ④ 任何情况下均成立;

  ⑤ 只是某种特殊情况;

  ⑥ 浓度不变,说明已达平衡,正确;

  ⑦ 此反应前后气体体积不变,恒温恒容条件下任何时候容器内压强均不变;

  ⑧ 此反应前后气体物质的量不变,总质量不变条件下任何时候气体平均相对分子质量均不变;

  ⑨ 颜色不变说明浓度不变,正确;

  ⑩ 此反应前后气体体物质的量不变,恒温恒压条件下体积不变,任何时候气体密度均不变。

  【例题3】对于可逆反应H2(g)+I2(g) 2HI(g),在温度一定下由H2(g)和I2(g)开始反应,下列说法正确的是(    )

  A.H2(g)的消耗速率与HI(g)的生成速率之比为2:1

  B.反应进行的净速率是正、逆反应速率之差

  C.正、逆反应速率的比值是恒定的

  D.达到平衡时,正、逆反应速率相等

  【答案】BD源

  【解析】化学平衡状态的特点。A选项中,速率之比等于计量数之比,应为1:2;B选项出现的净速率在中学没出现过,但根据平均速率的求算,为反应物的净减少量,该项正确;C项明显错误,反应过程中,正反应速率是减小的过程,而逆反应速率是增大的过程;D选项是平衡定义中来,正确。这类题就只有几个考点:①平均速率的比等于计量数的比;平均速率的计算;③反应过程中即时速率变化;④平衡中的速率问题。

  四、课堂练习

  【基础】

  1. 在一定温度下,向a L密闭容器中加入1 mol X气体和2 mol Y气体,发生如下反应:X(g)+2Y(g)2Z(g)此反应达到平衡的标志是(    )

  A.容器内压强不随时间变化

  B.容器内各物质的浓度不随时间变化

  C.容器内X、Y、Z的浓度之比为1∶2∶2

  D.单位时间消耗0.1 mol X同时生成0.2 mol Z

  【答案】AB

  【解析】考察化学平衡状态的特点。正反应是气体物质的量减小的反应,容器内压强不随时间变化时,即气体的物质的量不再变化,各物质的浓度也不再变化,表明该反应达到了平衡状态。

  2. 已知反应:2A(g)+ B(g)3C(g)(正反应为放热反应),下列条件能充分说明该反应达到化学平衡状态的是(    )

  A.单位时间内消耗n mol B的同时,生成3n mol C

  B.反应进行到容器内温度不再变化的状态

  C.反应过程中,容器内压强不再变化

  D.ν(A)=2ν(C)/3

  【答案】 B

  【解析】B、C选项可先假设反应不平衡,再进行判断。

  【巩固】

  3. 反应:A(气)+3B(气)2C(气)+Q达平衡后,将气体混合物的温度降低,下列叙述中正确的是(    )

  A.正反应速率加大,逆反应速率变小,平衡向正反应方向移动

  B.正反应速率变小,逆反应速率加大,平衡向逆反应方向移动

  C.正反应速率和逆反应速率都变小,平衡向正反应方向移动

  D.正反应速率和逆反应速率都变小,平衡向逆反应方向移动

  【答案】C

  【解析】考察化学平衡移动的方向。温度降低,正反应速率和逆反应速率都减小;因正反应是放热反应,降低温度,平衡向放热反应方向移动。

  4. 下列叙述中能判断某化学平衡发生移动的是(    )

  A.混合物中各组分的浓度改变            B.正、逆反应速率改变

  C.混合物中各组分的含量改变            D.混合体系的压强发生改变

  【答案】C

  【解析】对应H2O(g)+CO(g)H2(g)+CO2(g)加压,各组分的浓度均增大、反应速率均加快,平衡不移动,所以只有C选项可判断。

  【拔高】

  1. 对于可逆反应2SO2+O22SO3,在混合气体中充入一定量的18O2,足够长的时间后,18O原子(    )

  A.只存在于O2中                              B.只存在于O2和SO3中

  C.只存在于O2和SO2中                       D.存在于O2、SO2和SO3中

  【答案】D

  【解析】 可逆反应能同时向正逆两个方向进行。

  2. 可逆反应N2 + 3H2  2NH3的正逆反应速率关系能说明反应达到平衡状态的是(    )

  A.3v正(N2)= v正(H2)                    B.v正(H2)= v逆(NH3)

  C.2v正(H2)= 3v逆(NH3)                D.v正(N2)= 3v逆(H2)

  【答案】C

  【解析】化学平衡状态的标志。达到平衡,正逆反应速率相等,速率之比等于系数之比。为便于观察,可将等式改为比例形式。

  3.一定条件下存在反应:2SO2(g)+O2?(g)═2SO3(g),其正反应放热.现有三个体积相同的密闭容器 I、Ⅱ、Ⅲ,按如图所示投料,并在400℃条件下开始反应.达到平衡时,下列说法正确的是(    )

  A.容器I、Ⅲ中平衡常数相同

  B.容器Ⅱ、Ⅲ中正反应速率相同

  C.容器Ⅱ、Ⅲ中的反应达平衡时,SO3的体积分数:Ⅱ>Ⅲ

  D.容器 I中SO2的转化率与容器 II中SO3的转化率之和小于1

  【答案】CD

  【解析】A、容器Ⅰ是绝热容器,反应过程中温度升高,平衡逆向进行,平衡常数减小,容器Ⅰ、Ⅲ中平衡常数不相同,故A错误;

  B、容器Ⅲ是恒压容器,反应过程中压强大于容器Ⅰ,反应速率大,容器Ⅱ、Ⅲ中正反应速率不相同,故B错误;

  C、容器Ⅱ是恒温恒容,Ⅲ是恒温恒压,随着反应的进行,容器Ⅱ中压强大于容器Ⅲ,平衡正向进行,三氧化硫含量增大,SO3的体积分数:Ⅱ>Ⅲ,故C正确;

  D、若容器Ⅱ恒温恒容,容器Ⅰ也是恒温恒容时,达到相同平衡状态,二氧化硫转化率和三氧化硫转化率之和为1,但实际容器Ⅰ是绝热恒容,随反应进行温度升高,平衡逆向进行,二氧化硫转化率减小,因此容器Ⅰ中SO2的转化率与容器Ⅱ中SO3的转化率之和小于1,故D正确;故选CD。

  五、课后作业

  【基础】

  1. 当反应达到平衡时,下列措施:①升温 ②恒容通入惰性气体 ③增加CO的浓度 ④减压 ⑤加催化剂 ⑥恒压通入惰性气体,能提高COCl2转化率的是(    )

  A.①②④      B.①④⑥           C.②③⑥          D.③⑤⑥

  2.下列各关系中能说明反应N2+3H22NH3已达到平衡状态的是(    )

  A.3v正(N2)=v正(H2)

  B.v正(N2)=v逆(NH3)

  C.2v正(H2)=3v逆(NH3)

  D.v正(N2)=3v逆(H2)

  3.可逆反应2HI(g) H2(g)+I2(g)在密闭容器中进行,下列能说明该反应已达到平衡状态的是(    )

  A.容器内压强不随时间变化而变化

  B.混合气体总分子数不随时间变化而变化

  C.混合气体的颜色不再改变

  D.c(H2)与c(I2)保持相等

  【巩固】

  1.一定条件下,将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生反应:NO2(g)+SO2(g) SO3(g)+NO(g) ΔH=-41.8 kJ/mol,下列能说明反应达到平衡状态的是(    )

  A.体系压强保持不变

  B.混合气体颜色保持不变

  C.SO3和NO的体积比保持不变

  D.每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2

  2.在容器中进行如下反应:X2(g)+Y2(g) 2Z(g),已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol/L、0.3 mol/L、0.2 mol/L,在一定条件下,当反应达到平衡时,各物质的浓度有可能是(    )

  A.Z为0.3 mol/L

  B.Y2为0.4 mol/L

  C.X2为0.2 mol/L

  D.Z为0.4 mol/L

  3.反应NH4HS(s) NH3(g)+H2S(g)在某一温度下达到平衡,下列各种情况中,能使化学平衡正向移动的是(    )

  A.加入NH4HS固体

  B.压强、温度不变,充入少量氩气

  C.容积、温度一定,充入氦气

  D.温度、容积一定,充入H2S气体

  【提高】

  1.某温度下,密闭容器中发生反应aX(g) bY(g)+cZ(g),达到平衡后,保持温度不变,将容器的容积压缩到原来容积的一半,当达到新平衡时,物质Y和Z的浓度均是原来的1.8倍。则下列叙述正确的是(    )

  A.可逆反应的化学方程式中化学计量数:a>b+c

  B.压缩容器的容积时,v正增大,v逆减小

  C.达到新平衡时,物质X的转化率减小

  D.达至新平衡时,混合物中Z的质量分数增大

  2.合成氨所需的氢气可用煤和水作原料制取,其中一步的反应为CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH<0,反应达到平衡后,为了提高CO的转化率,下列措施中正确的是(    )

  A.增大压强           B.降低温度

  C.增大CO的浓度              D.更换催化剂

  3.某密闭容器中发生如下反应:X(g)+3Y(g) 2Z(g) ΔH<0。如图L2-3-7表示该反应的速率(v)随时间(t)变化的关系,t2、t3、t5时刻外界条件有所改变,但都没有改变各物质的初始加入量。

  图L2-3-7

  下列说法中正确的是(    )

  A.t2时加入了催化剂

  B.t3时降低了温度

  C.t5时增大了压强

  D.t4~t5时间内转化率最低

  【答案】

  【基础】B   C   C

  【巩固】B   A   B

  【提高】C   B   A

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