辽宁省本溪满族自治县高级中学高中化学 2.3化学平衡教案 新人教版选修4.doc

化学平衡课题选修4第二章化学反应速率和化学平衡 第三节 化学平衡设计教师授课教师时间课 型新授课课 时4教学目标1、理解可逆反应、化学平衡的定义2、理解化学平衡的特征及其判断3、掌握影响化学平衡移动的因素4、了解等效平衡重点难点1、 化学平衡的判断2、 影响化学平衡的因素3、 根据化学平衡常数进行简单的计算教法探究，讲练结合教 具教学案 白板教 学 过 程 设 计教 材 处 理师 生 活 动【第一课时】 化学平衡状态一、可逆反应和不可逆反应1、可逆反应在相同条件下，既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应。 用表示2、特征 双向性正、逆反应两个方向 双同性在相同条件下，正、逆反应同时进行 共存性反应物转化率小于100%，反应物与生成物共存二、化学平衡状态1、化学平衡的建立以co+h2o(g) co2+h2反应为例:在一定条件下，将0.01 mol co和0.01 mol h2o(g)通入1 l密闭容器中，开始反应：反应刚开始时：反应物的浓度 ，正反应速率 ，生成物的浓度为 ，逆反应速率为 ；反应进行中： 反应物的浓度 ，正反应速率 ，生成物的浓度 ，逆反应速率 。肯定最终有一时刻，正反应速率与逆反应速率 ，此时，反应物的浓度 ，生成物的浓度也 ，即达到了化学平衡状态，如上图所示。2、化学平衡状态定义：在一定条件下的可逆反应里，当正、逆两个方向的反应速率相等时，反应体系中所有参加反应的物质的浓度或百分含量保持恒定的状态，叫做化学平衡状态，简称化学平衡。3、化学平衡的特征：逆研究对象必须是可逆反应 等正、逆反应速率相等动化学平衡是一个动态平衡 定在平衡体系中，各组分的含量保持一定变改变影响平衡的条件，平衡会发生移动，达到新的平衡4、达到平衡的标志：以ma(g)+nb(g)pc(g)为例直接标志：速率关系：正反应速率与逆反应速率相等：a消耗速率与a的生成速率相等，a的消耗速率与c的消耗速率之比等于m ：p，b生成速率与c的生成速率之比等于n ：p。各物质的百分含量保持不变。间接标志：混合气体的总压强、总体积、总物质的量不随时间的改变而改变。（注：m+np）各物质的浓度不随时间的改变而改变。 各物质的物质的量不随时间的改变而改变。各气体的体积、各气体的分压不随时间的改变而改变。【练习】. 对于密闭容器中的可逆反应：ma(g)+nb(g)pc(g)+qd(g)，根据对化学平衡概念的理解，判断下列各情况下，是否达到平衡。可能的情况举例否能判断达平衡混合物体系中各成分的含量各物质的物质的量或各物质的 物质的量分数一定各物质的质量或各物质的质量分数一定各气体的体积或体积分数一定总体积、总压强、总物质的量一定正、逆反应速率的关系单位时间内消耗了m mol a，同时生成m mol a单位时间内消耗了n mol b，同时消耗了p mol cv(a) ：v(b) ：v(c) ：v(d) = m ：n ：p ：q压 强其他条件不变，m+np+q时，总压强一定其他条件不变，m+n=p+q时，总压强一定平均相对分子质量m当m+np+q时，m一定当m+n=p+q时，m一定温 度其他条件一定时，体系温度一定体系密度其他条件一定时，密度一定其 他组成成分有颜色时，体系颜色不再变化巩 固 练 习1. 可逆反应达到平衡的重要特征是 （ ）a. 反应停止了 b. 正逆反应的速率均为零c. 正逆反应都还在继续进行 d. 正逆反应的速率相等2. 可逆反应2no22no + o2在密闭容器中反应，达到平衡状态的标志是 ( )单位时间内生成n mol o2 的同时生成2n mol no2 单位时间内生成n mol o2的同时，生成2n mol no 用no2 、no、o2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为221的状态 混合气体的颜色不再改变的状态 混合气体的密度不再改变的状态 混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 a b c d 3. 可以说明密闭容器中可逆反应p（g）+ q（g） r（g） + s（g）在恒温下已达平衡的是 （ ）a. 容器内压强不随时间变化 b. p和s生成速率相等c. r和s的生成速率相等 d. p、q、r、s的物质的量相等【第二课时】化学平衡的移动一、化学平衡状态的移动1、化学平衡的移动：在一定条件下，可逆反应达到化学平衡状态，如果改变影响平衡的条件，如浓度、压强、温度等，化学平衡状态被破坏，即正、逆反应速率不等，直至正、逆反应速率再次相等，在新的条件下达到新的平衡。当一个可逆反应达到化学平衡状态时，改变外界条件，使v正 v逆 ，平衡就会发生移动，最终v正 v逆 ，达到新的化学平衡状态。若改变外界条件，引起v正 v逆 ，平衡向正反应方向移动；若改变外界条件，引起v正 v逆 ，平衡向逆反应方向移动；如果改变外界条件v正、v逆 也改变，但改变后v正 v逆 ，则平衡不移动。二、外界条件对化学平衡移动的影响二、外界条件对化学平衡状态的影响1.浓度对化学平衡的影响：观察实验实验25 方程式： cr2o72+h2o 2 cro42+2h+（橙色 ） （黄色）编号12步骤滴加3-10滴浓硫酸滴加10-20滴6 moll1 naohk2cr2o7溶液实验26 方程式：fecl3 + 3kscn fe(scn)3 + 3kcl（浅黄色） （无色） （血红色）（无色）编号12步骤（1）滴加饱和 fecl3溶液滴加1 moll1 3kscn溶液现象步骤（2）滴加 naoh溶液滴加 naoh溶液现象结论（1）结论：在其他条件不变的情况下增大反应物浓度或减小生成物浓度，都可以使平衡向 移动；增大生成物浓度或减小反应物浓度，都可以使平衡向 移动。（2）用v-t图表示化学平衡的移动：v正v正 v vv逆v正例：v逆v逆 0 t 0 t 旧的化学平衡 增大反应物的浓度后新的化学平衡的移动（3）应用：在工业生产中适当增大廉价的反应物的浓度，使化学平衡向正反应方向移动，可以提高价格较高原料的转化率，以降低生产成本。填空：浓度的变化v正v逆的变化v正v逆变化的相对大小平衡移动的方向增大反应物浓度减少反应物浓度增大生成物浓度减少生成物浓度用v-t图表示下列平衡的移动：减少反应物的浓度 增大生成物的浓度 减少生成物的浓度2. 压强对化学平衡的影响： 如可逆反应aa (g) + bb(g) cc (g) （1）推断 ：若a+b c 即反应前气体体积大于反应后气体体积：增大体系的压强，v正和v逆都增大，但v正增大的倍数 于v逆增大的倍数，则平衡向 反应方向移动。减小体系的压强，v正和v逆都减小，但v正减小的倍数 于v逆减小的倍数，则平衡向 反应方向移动。（2）v t图：如右图。注意：与浓度的影响v t图有 何差别？【练习】 ：作出a+b c 和a+b = c 时的vt图（3）规律：.对反应前后气体总体积发生变化的化学反应，在其他条件不变的情况下，增大压强，会使化学平衡向着体积的方向移动；减小压强，会使化学平衡向着体积的方向移动。.反应前后气态物质的总体积没有发生变化，增大或减小压强都 使化学平衡移动。.如果平衡混合物都是固体或液体 ，改变压强 使化学平衡移动。.加入惰性气体后平衡体系是否发生移动或如何移动，取决于平衡体系中v正和v逆是否变化或变化的相对大小。3.温度对化学平衡的影响：（1）总结规律：以2no 2(g) n2o4 (g) h0为例，观察实验27 并填表：温度改变v正和v逆的变化v正 v逆的变化大小平衡是否移动平衡移动方向升高温度降低温度（2）v t图：如下图。4.催化剂对化学平衡有何影响？通过对变化的分析可知：催化剂可 的增加正逆反应速率，平衡 移动。 但催化剂能 反应到达平衡所需的时间。思考后作出v t图：p 5. 勒夏特列原理：如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强、温度）平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。理解：只适用于判断“改变影响平衡的一个条件”时平衡移动的方向；. 仅使用勒夏特列原理于已达平衡的 反应体系，对不可逆过程或未达到平衡的过程的可逆反应均不能使用勒夏特列原理；. “减弱影响”不等于“消除影响”；. 勒夏特列原理不仅适用于化学平衡，也适用于其他平衡体系，如溶解平衡、电离平衡、水解平衡等。但它不能解决反应速率的快慢问题。6. 总结： 化学反应速率、化学平衡、平衡移动三者之间的关系， 以 反应：ma（g）+n b（g） p c（g）+qd（g） h 为例 反应特征改 变 条件改变条件瞬间达到平衡前平衡移动方 向达到新平衡v正v逆 v正与v逆的关系a转化率b转化率h0升 高 温 度降 低 温 度m+np+q加入惰性气体体积不变=体积变大 增 大 压 强减 小 压 强【第三课时】化学平衡常数一、化学平衡常数当一个可逆反应达到化学平衡状态时，反应物和生成物的浓度之间具有定量关系。根据教材p28-29 的内容以及浓度关系数据表，分析并验算表中所给的数据，可以得到结论： 1、 定义：在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数。这个常数就是该反应的化学平衡常数（简称平衡常数）。2、表达式：对于一般的可逆反应，ma（g）+ nb（g）pc（g）+ qd（g）当在一定温度下达到平衡时，k=3、平衡常数的意义： （1）平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度（也叫反应的限度）。k值越大，表示反应进行得 ，反应物转化率 ；k值越小，表示反应进行得 ，反应物转化率 。一般的说，当k105时，该反应进行的就基本完全了。（2）判断正在进行的可逆是否平衡及反应向何方向进行：对于可逆反应：ma(g)+ nb(g)pc(g)+ qd(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物的浓度和生成物的浓度有如下关系：qc=cp(c)cq(d)/cm(a)cn(b)，叫该反应的浓度商。qck ，反应向 进行；qck ，反应处于平衡状态；qck ，反应向 进行。（3）利用可判断反应的热效应若升高温度，值增大，则正反应为 反应(填“吸热”或“放热”)；若升高温度，值减小，则正反应为 反应(填“吸热”或“放热”)。（4）用平衡常数可分析改变某一物质的浓度后平衡移动的方向。4、使用平衡常数应注意的几个问题：（1）、化学平衡常数只与 有关，与反应物或生成物的浓度无关；（2）、在平衡常数表达式中：水(液态)的浓度、固体物质的浓度不写；（3）、化学平衡常数表达式与化学方程式的书写有关；将化学计量数扩大或缩小，k值可能会相应改变。可逆反应的k(正)与k(逆)互为倒数。若干方程式相加(减)，则总反应的平衡常数等于分步平衡常数之乘积(商)。【练习】 写出下列反应的平衡常数的表达式 feo (s)+co(g)fe(s)+co2(g)， k= 2co(g) + o2(g) 2co2(g) ， k= caco3(s) cao(s) +co2(g) ， k= 5、反应物的转化率某个指定反应物的转化率=100%=100%=100%转化率越大，反应越 6、有关化学平衡常数的计算：阅读30页例1和例2。 【第四课时】等效平衡一、等效平衡原理 在一定条件(定温、定压或定温、定容)下，对于同一可逆应，只要起始时加入物质的物质的量不同，而达到平衡时，同种物质的物质的量或物质的量分数(或体积分数)相同，这样的平衡称为等效平衡。即对于一个确定的可逆反应， 化学平衡状态只与条件（t、c、p） 有关，而与建立平衡的途径无关。 如，常温常压下，可逆反应：2so2 + o2 2so3 2mol 1mol 0mol 0mol 0mol 2mol 0.5mol 0.25mol 1.5mol 从正反应开始，从逆反应开始，从正逆反应同时开始，由于、三种情况如果按方程式的计量关系折算成同一方向的反应物，对应各组分的物质的量均相等(如将、折算为)，因此三者为等效平衡二、等效平衡规律 根据反应条件(定温、定压或定温、定容)以及可逆反应的特点(反应前后气体分子数是否相等)，可将等效平衡问题分成三类： 1 .在定温（t）定容(v)条件下，对于反应前后气体分子数改变的可逆反应只改变起始时加入物质的物质的量，如通过可逆反应的化学计量数比换算成同一半边的物质的物质的量与原平衡相同，则两平衡等效。即：定容 ，量相同。(此种情况下又称等同平衡，即两平衡完全相同，此法又称极限法)。 例1在一固定体积的密闭容器中，加入2 mol a和1 mol b发生反应2a(g)+b(g)3c(g)+d(g)，达到平衡，c的浓度为w mol/l。若维持容器体积和温度不变，下列四种配比作为起始物质，达平衡后，c的浓度仍为w mol/l的是a. 4 mol a +2 mol b b. 1 mol a+0.5 mol b+1.5 mol c+0.5 mol dc. 3 mol c+1 mol d +1 mol b d. 3 mol c+1 mol d解析：根据方程式中各化学计量数进行转换可得：a. 4 mol a +2 mol b=2（2 mol a+1 mol b）b. 1 mol a+0.5 mol b+1.5 mol c+0.5 mol d=2 mol a+1 mol bc. 3 mol c+1 mol d +1 mol b=（2 mol a+1 mol b）+1 mol bd. 3 mol c+1 mol d=（2 mol a+1 mol b）答案：bd2.在定温（t）定容(v)条件下，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，只要反应物(或生成物)的物质的量之比与原平衡相同，则两平衡等效。注意：此等效平衡不一定是等同平衡，即所得两平衡体系中各物质的量成比例。例2恒温恒容下，可逆反应2hi（气）h2（气）+i2（气）达平衡。下列四种投料量均能达到同一平衡，请填写：起始状态物质的量n/mol平衡时hi的物质的量n/molh2i2hi120a24010.5amg(g2m)解析：题干n(h2)起始:n(i2)起始:n(hi)平衡=1:2:a2:4:2a n(hi)平衡=2a根据反应：2hih2+i2（气），起始状态1mol hi0.5molh2+0.5moli2根据题干n(h2)起始:n(i2)起始:n(hi)平衡=1:2:a则 n(h2)起始:n(i2)起始:n(hi)平衡=0.5:1:0.5a则h2和i2原有物质的量应为0和1-0.5=0.5mol设起始hi为x mol x mol hi0.5x molh2+0.5x moli2n(h2)起始=(m+0.5x) mol n(i2)起始=(g+0.5x) mol又n(h2)起始:n(i2)起始=(m+0.5x): (g+0.5x)=1:2 x=2(g-2m)设n(hi)平衡为ymol，则n(i2)起始: n(hi)平衡=2:a= (g+0.5x):y y=(g-m)a解题规律：此条件下，只要换算到同一半边时，反应物(或生成物)的物质的量的 比例与原平衡相等，则两平衡等效。3.在定温（t）定压（p）条件，改变起始时加入物质的物质的量，只要按化学计量数换算成同一半边的物质的物质的量之比与原平衡相同，则达平衡后与原平衡等效。反之，等效平衡时，物质的量之比与原建立平衡时相同。即等压，量相当。例3恒温、恒压下，在一个可变容积的容器中发生如下反应：（g）（g）（g）（）若开始时放入1 mol a和1 mol b，到达平衡后，生成a mol c，这时的物质的量为_mol。（）若开始时放入3 mol a和3 mol b，到达平衡后，生成的物质的量为 mol；（）若开始时放入x mol a、2 mol b和1 mol c，到达平衡后，a和c的物质的量分别是y mol和3a mol，则x=_mol，y=_mol。平衡时，b的物质的量_a.大于2 mol b.等于2 mol c.小于2 mol d.可能大于、等于或小于2 mol（）若在（）的平衡混合物中再加入3 molc，待再次到达平衡后，c的物质的量分数是_。ii若维持温度不变，在一个与（）反应前起始体积相同、且容积固定的容器中发生上述反应（）开始时放入1 mol a和1 mol b到达平衡后生成b mol c。将b与（）小题中的a进行比较_a. ab c.a=b d.不能比较a和b的大小作出此判断的理由是_。答案：（1）（1a）mol； （2）3a； （3） x=2mol，y=（33a）mol。 d；（4） a/（2a）； （5） b 增大压强，平衡右移。 解题规律：此条件下，只要按化学计量数换算到同一半边后，各物质的量之比与原平衡相等，则两平衡等效。4.总结：等效平衡的条件: ma(g)+nb(g) pc(g)+qd(g)条件反应前后气体体积变化等 效 条 件结果定温定容不相等m+np+q(n(g)0)需保证极值换算后的起始投料相同。两次平衡时各组分百分含量、n、c均相同相等m+np+q(n(g)0)保证极值换算后，起始投料比例相同两次平衡时各组分百分含量相同，n、c同比例变化定温定压不相等m+np+q保证极值换算后的起始投料比例相同两次平衡时各组分百分含量、c相同，n同比例变化相等m+np+q三、等效平衡原理的应用：在判断两平衡体系的关系时，可改变其中一个体系的初始条件，使之与另一体系成等效平衡，再恢复到原来条件，判断平衡如何移动，即可得出两平