人教版选修4 第2章第3节 化学平衡——化学平衡及相关计算 教案.doc

第3节 化学平衡化学平衡及相关计算教学目标1.理解化学平衡的特征，从而树立对立统一的辩证唯物主义观点2.通过对化学反应速率的概念及其应用的学习，培养学生学习化学思维能力，以及应用理论解决实际问题能力3.建立化学平衡的观点教学重点化学平衡的特征，勒夏特列原理，有关平衡常数及转化率计算教学难点化学平衡的特征，勒夏特列原理，有关平衡常数及转化率计算教学过程一、 导入化学反应速率讨论的是化学反应快慢的问题，但是在化学研究和化工生产中，只考虑化学反应进行的快慢是不够的，因为我们既希望反应物尽可能快地转化为生成物，同时又希望反应物尽可能多地转化为生成物。例如在合成氨工业中，除了需要考虑如何使n2和h2尽快地转变成nh3外，还需要考虑怎样才能使更多的n2和h2转变为nh3，后者所说的就是化学反应进行的程度问题化学平衡。二、知识讲解考纲要求了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。掌握化学平衡的特征，了解化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数进行相关运算。理解外界条件对化学平衡的影响，能用相关理论解释其一般规律。考点1 化学平衡状态及特征使用建议说明：高考考查此部分内容一般结合其他内容以非选择题的形式出现。1、化学平衡定义：化学平衡状态：一定条件下，当一个可逆反应进行到正逆反应速率相等时，更组成成分浓度不再改变，达到表面上静止的一种“平衡”，这就是这个反应所能达到的限度即化学平衡状态。2、 化学平衡的特征逆（研究前提是可逆反应）等（同一物质的正逆反应速率相等） 动（动态平衡） 定（各物质的浓度与质量分数恒定） 变（条件改变，平衡发生变化）考点2 平衡状态的方法和依据1、化学平衡状态的标志例举反应ma(g)+nb(g)pc(g)+qd(g)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的分数一定平衡各物质的质量或各物质质量分数一定平衡各气体的体积或体积分数一定平衡总体积、总压力、总物质的量一定不一定平衡正、逆反应速率的关系在单位时间内消耗了m mola同时生成m mola，即v(正)=v(逆)平衡在单位时间内消耗了n molb同时消耗了p molc，则v(正)=v(逆)平衡v(a):v(b):v(c):v(d)=m:n:p:q，v(正)不一定等于v(逆)不一定平衡在单位时间内生成n molb，同时消耗了q mold，因均指v(逆)不一定平衡压强m+np+q时，总压力一定（其他条件一定）平衡m+n=p+q时，总压力一定（其他条件一定）不一定平衡混合气体平均相对分子质量mrmr一定时，只有当m+np+q时平衡mr一定时，但m+n=p+q时不一定平衡温度任何反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时（其他不变）平衡体系的密度密度一定不一定平衡其他如体系颜色不再变化等平衡（1）v(正)v(逆)反应体系中同一物质的消耗速率和生成速率相等。（2）平衡混合物中各组成成分的含量保持不变各组分的物质的量浓度、质量分数、物质的量分数、体积分数(有气体参加的可逆反应)、反应物的转化率等保持不变。2、实例分析：判断可逆反应达到平衡状态的方法和依据：考点3 影响化学平衡移动的因素1、浓度对化学平衡移动的影响 （1）影响规律：在其他条件不变的情况下，增大反应物的浓度或减少生成物的浓度，都可以使平衡向正方向移动；增大生成物的浓度或减小反应物的浓度，都可以使平衡向逆方向移动 （2）增加固体或纯液体的量，由于浓度不变，所以平衡不移动.2、温度对化学平衡移动的影响影响规律：在其他条件不变的情况下，温度升高会使化学平衡向着吸热方向移动，温度降低会使化学平衡向着放热方向移动。3、压强对化学平衡移动的影响影响规律：其他条件不变时，增大压强，会使平衡向着体积减小方向移动；减小压强，会使平衡向着体积增大方向移动。注意：（1）改变压强不能使无气态物质存在的化学平衡发生移动（2）气体减压或增压与溶液稀释或浓缩的化学平衡移动规律相似4.催化剂对化学平衡的影响：由于使用催化剂对正反应速率和逆反应速率影响的程度是等同的，所以平衡不移动。但是使用催化剂可以影响可逆反应达到平衡所需的时间。5.勒夏特列原理（平衡移动原理）：如果改变影响平衡的条件之一（如温度，压强，浓度），平衡向着能够减弱这种改变的方向移动。考点4 化学平衡常数（一）定义：在一定温度下，当一个反应达到化学平衡时，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比值。 符号：k（二）使用化学平衡常数k应注意的问题：1、表达式中各物质的浓度是变化的浓度，不是起始浓度也不是物质的量。2、k只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。3、反应物或生产物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度是固定不变的，可以看做是“1”而不代入公式。4、稀溶液中进行的反应，如有水参加，水的浓度不必写在平衡关系式中。（三）化学平衡常数k的应用:1、化学平衡常数值的大小是可逆反应进行程度的标志。k值越大，说明平衡时生成物的浓度越大，它的正向反应进行的程度大，即该反应进行得越完全，反应物转化率越高。反之，则相反。 2、可以利用k值做标准，判断正在进行的可逆反应是否平衡及不平衡时向何方进行建立平衡。（q：浓度积）qk:反应向逆反应方向进行3、利用k值可判断反应的热效应若温度升高，k值增大，则正反应为吸热反应若温度升高，k值减小，则正反应为放热反应考点4 化学平衡常数一、转化率概念1、转化率的表达式：=2、转化率值的意义：反应物的平衡转化率表示在一定温度和起始浓度下反应进行的限度，转化率越大 ，正反应进行的程度越完全 。二、平衡移动方向与反应物1、温度改变温度，若引起平衡向正反应方向移动，则反应物的转化率一定增大；反之，若引起平衡向逆反应方向移动，则反应物的转化率一定减小。2、压强改变压强，若引起平衡向正反应方向移动，则反应物的转化率一定增大；反之，若引起平衡向逆反应方向移动，则反应物的转化率一定减小。3、反应物的用量（1）恒温恒压下若反应物只有一种，如aa(g)bb(g)+cc(g)，增加a的量，平衡向正反应方向移动，此种情况等效于起始浓度相同，因此a的转化率也不变。若反应物不只一种，如aa(g)+bb(g)cc(g)+dd(g)。a、若只增加a的量，情况较复杂，视具体题目而定，这里不讨论。b、若反应物a、b的物质的量同倍数的增加，平衡向正反应方向移动，此种情况等效于起始浓度相同，因此转化率不变。（2）恒温恒容下若反应物只有一种，如aa(g)bb(g)+cc(g)，增加a的量，a的浓度增大，平衡正向移动；考虑转化率时，此种情况等效于加压，a的转化率与气态物质的化学计量数有关：a=b+c，a的转化率不变 ab+c，a的转化率增大 ac+d，转化率增大 a+bc+d，转化率减小4、催化剂不改变反应物转化率。5、反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比时，各反应物转化率相等。三、例题精析使用建议说明：此处内容主要用于教师课堂的精讲，每个题目结合试题本身、答案和解析部分，教师有的放矢的进行讲授或与学生互动练习。例题1 常压下羰基化法精炼镍的原理为：ni(s)+4co(g)ni(co)4(g)。230时，该反应的平衡常数k=2105。已知：ni(co)4的沸点为42.2，固体杂质不参与反应。第一阶段：将粗镍与co反应转化成气态ni(co)4；第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至230制得高纯镍。下列判断正确的是a增加c(co)，平衡向正向移动，反应的平衡常数增大b第一阶段，在30和50两者之间选择反应温度，选50c第二阶段，ni(co)4分解率较低d该反应达到平衡时，v生成ni(co)4=4v生成(co)【答案】b【解析】例题2 某温度下，在密闭容器中so2、o2、so3三种气态物质建立化学平衡后，改变条件对反应2so2(g)o2(g)2so3(g)，h0的正、逆反应速率的影响如图所示：(1)加催化剂对反应速率影响的图像是_(填序号，下同)，平衡_移动。(2)升高温度对反应速率影响的图像是_，平衡向_方向移动。(3)增大反应容器体积对反应速率影响的图像是_，平衡向_方向移动。(4)增大o2的浓度对反应速率影响的图像是_，平衡向_方向移动。【答案】(1)c不(2)a逆反应(3)d逆反应 (4)b正反应【解析】(1)加入催化剂，正、逆反应速率均增大，图像上应该出现“断点”，且应在原平衡的反应速率之上；催化剂使正、逆反应速率增大的倍数相同，则改变条件后的速率线应该平行于横坐标轴，图像为c。(2)升高温度，正、逆反应速率均增大，图像上应该出现“断点”且应在原平衡的反应速率之上。因题给反应的正反应放热，升温平衡逆向移动，所以v正v逆，图像为a。(3)增大反应容器体积即减小压强，正、逆反应速率均减小，图像上应该出现“断点”且应在原平衡的反应速率之下。因减小压强平衡逆向移动，所以v正v逆，图像为d。(4)增大o2的浓度，正反应速率会“突然增大”，图像上出现“断点”且应在原平衡的反应速率之上，但逆反应速率应该在原来的基础上逐渐增大，图像为b。例题3 cocl2(g) co(g)cl2(g)h0，当反应达到平衡时，下列措施：升温；恒容通入惰性气体；增加co浓度；减压；加催化剂；恒压通入惰性气体，能提高cocl2转化率的是( )a.b.c.d.【答案】b【解析】要提高反应物的转化率，须满足化学平衡向正反应方向移动，故只要采取能使化学平衡向正反应方向移动的措施即可。因该反应的正反应为吸热反应，故升温能使化学平衡向正反应方向移动，符合题意； 恒容通入惰性气体，虽然增大了体系的压强，但压强的增大并没有影响反应体系中各物质的浓度，对正逆反应速率无影响，不符合题意；增加co浓度，平衡向逆反应方向移动，故cocl2转化率降低，不符合题意；减压能使平衡朝着气体体积增大的方向移动，故符合题意；加催化剂只能同等程度地增大正逆反应速率，但不会影响平衡移动，故不能提高cocl2转化率；恒压通入惰性气体，反应体系的体积变大，导致各物质浓度同等程度降低，相当于减小压强，故化学平衡朝着气体体积增大的方向进行，即向正反应方向进行，故符合题意。例题4 两个体积相同带活塞的容器，分别盛装一定量的no2和br2(g)，都为一样的红棕色，迅速将两容器同时压缩到原来的一半(如图)，假设气体不液化，则下列说法正确的是( )a.aa过程中，颜色突然加深，然后逐渐变浅，最终颜色比原来的浅b.a，b的颜色一样深c.a的压强比a的压强的2倍要小，b的压强为b的压强的2倍d.a中的c(no2)一定比b中的c(br2)小【答案】c【解析】aa过程中，平衡正向移动，但增大压强，不论平衡怎样移动，新平衡时各物质(气体)的浓度均比旧平衡时的大，故a错误；a在压缩中一定有no2转化成n2o4，故a中no2的物质的量比a中要少，而b和b中br2的物质的量相等，故a颜色应比b中的浅，故b错误、c正确；两者颜色一样深，并不意味着c(no2)和c(br2)相等，故无法判断d正确。例题5 某温度下，在2 l的密闭容器中，加入1 mol x(g)和2 mol y(g)发生反应：x(g)my(g)3z(g)平衡时，x、y、z的体积分数分别为30%、60%、10%。在此平衡体系中加入1 mol z(g)，再次达到平衡后，x、y、z的体积分数不变。下列叙述不正确的是()am2b两次平衡的平衡常数相同cx与y的平衡转化率之比为11d第二次平衡时，z的浓度为0.4 moll1【答案】d【解析】a根据再次加入1 mol z(g)，平衡后，x、y、z的体积分数不变，可知该反应是一个反应前后气体分子数相等的反应，因此m2。b.由于温度没有变化，故两次平衡的平衡常数不变。c.因为是按照化学方程式中化学计量数之比充入的反应物，因此二者的平衡转化率相等。d.该反应前后气体分子数不变，因此反应后气体的物质的量与反应前一样，都为4 mol，而平衡后z的体积分数为10%，故平衡时z的物质的量为4 mol10%0.4 mol，容器体积为2 l，则z的浓度为0.2 moll1。例题6 对于a2b(g)nc(g)+q在一定条件下达到平衡后，改变下列条件，请回答：(1)a量的增减，平衡不移动，则a为_态。(2)增大压强，平衡不移动，当n2时，a的状态为_；当n3时，a的状态为_。(3)若a为固体，增大压强，c的组分含量减少，则n的值为_。(4)升温，平衡向右移动，则该反应的逆反应为_ (填“放热”或“吸热”)反应。【答案】(1)固或液(2)固态或液态气态(3)n3(4)放热【解析】(1)增加或减少a的量，平衡不移动，则a为固体或纯液体。(2)增大压强平衡不移动，当n2时，a的状态为固态或液态，n3时，a的状态为气态。(3)若a为固体，增大压强，c的组分含量减少，说明平衡逆移，则n3。(4)升温平衡右移，说明正反应为吸热反应，则逆反应为放热反应。例题7 下列叙述中可以证明2hi(g) h2(g)+i2(g)已达平衡状态的是 单位时间内生成n mol h2的同时生成n mol hi 一个h-h键断裂的同时有两个h-i键断裂 百分组成hi%=i2% 反应速率(h2)=(i2)=0.5(hi) c(hi)=c(h2)=c(i2)=2:1:1 温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化 温度和体积一定时，容器内压强不再变化 条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化 温度和体积一定时混合气体的颜色不再变化 温度和压强一定时混合气体密度不再变化【答案】【解析】 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； 表示不同方向的反应且等于化学计量系数之比，正确； 毫无根据，只在极特殊情况下成立； 任何情况下均成立； 只是某种特殊情况； 浓度不变，说明已达平衡，正确； 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； 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； 颜色不变说明浓度不变，正确； 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8 (双选)一定条件下存在反应：co(g)h2o(g) co2(g)h2(g)，其正反应放热。现有三个相同的2 l恒容绝热(与外界没有热量交换) 密闭容器、，在中充入1 mol co和1 mol h2o，在中充入1 mol co2 和1 mol h2，在中充入2 mol co 和2 mol h2o，700 条件下开始反应。达到平衡时，下列说法正确的是()a容器、中正反应速率相同 b容器、中反应的平衡常数相同c容器中co的物质的量比容器中的多d容器中co的转化率与容器中co2的转化率之和小于1【答案】cd【解析】容器中反应正向进行，放出热量，容器中反应逆向进行，吸收热量，两个容器中反应温度不同，则、中正反应速率不相同，a错。容器中加入反应物的量比容器中多，由于该反应为放热反应，中放出热量比多，中反应正向进行的程度比小，因此容器中反应的化学平衡常数比小，b错。中反应正向进行，放出热量，中反应逆向进行，吸收热量，由于容器均为绝热容器，和中反应进行的程度均较小，则c、d均正确。四、课堂运用使用建议说明：在对课堂知识讲解完，把握了重点突破了难点以及练习精讲了之后，再用练习马上进行课堂检测，根据学生情况建议分3个难度层次：易，中，难。基础题1、下列因素不可能影响化学平衡移动的是()a温度b催化剂c反应物的浓度 d压强2、下列关于平衡常数的说法中，正确的是()a在平衡常数表达式中，反应物浓度用起始浓度表示，生成物浓度用平衡浓度表示b化学平衡常数较大的可逆反应，所有反应物的转化率一定大c可以用化学平衡常数来定量描述化学反应的限度d平衡常数的大小与温度、浓度、压强、催化剂有关3、在一定温度下，反应h2(g)x2(g) hx(g)的平衡常数为10。若将1.0 mol的hx(g)通入体积为1.0 l的密闭容器中，在该温度时hx(g)的最大分解率接近于()a5%b17%c25% d33%【答案】1、b2、c3、b【解析】1、催化剂只能改变化学反应速率，不会影响化学平衡的移动。2、平衡常数中的浓度都是平衡浓度，它仅受温度的影响，a、d错误；其大小可以描述反应的限度，c正确；转化率不但受平衡常数的影响，而且还受自身起始浓度及其他物质浓度的影响，b错误。3、考查“始、变、平”模式和平衡常数。h2(g)x2(g)=hx(g)始001 mol/l变xx2x平xx12x10解之得x，得出hx的分解率为：17%。巩固题4、下列说法可充分说明p(g)q(g)s(g)r(g)，在恒温下，恒容密闭容器中的反应已达平衡的是()a容器里p、q、r、s四种物质共存b容器里q、r的体积分数不再改变c容器内气体压强、密度不随时间变化d单位时间内生成n mol p同时消耗n mols5、一定条件下，将a、b、c三种物质各1mol通入一个密闭容器中发生反应：2ab2c，达到平衡时，b的物质的量可能是()a1.5mol b1molc0.5mol d06、可逆反应：2no2 2noo2在体积固定的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是 ()单位时间内生成nmol o2的同时生成2nmol no2单位时间内生成nmol o2的同时生成2nmol no用no2，no，o2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压强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 bc d全部【答案】4、b5、b 6、 a【解析】4、解析：只要反应开始，容器里p、q、r、s必共存，无法说明反应是否已达平衡；因该反应是气体分子总数不变的可逆反应，因而反应无论进行到什么程度，其容器内气体的压强、密度(恒容)都不会改变，因而选项c不能作为反应已达平衡的标志；选项b中，当容器里q、r的体积分数不变时，表明反应已达平衡；选项d不可推出v正v逆。因而反应也达到了平衡状态。5、解析：用极端假设法考虑平衡完全向左进行、完全向右进行的两种情形。2ab 2c(起始) 1 11(向左)11 10.50 2ab2c(起始)1 11(向右)0 10.511得到b的极值为1.5mol和0.5mol，实际上该反应为可逆反应，不可能完全向左、向右进行，即0.5moln(b)k12.951011，由平衡常数的意义知反应进行的更彻底，转化率更高；反应利用co2为原料，可以使废弃物被利用，有利于环保；(3)分析表格中数据发现，在n(h2)/n(co2)相同时，随着温度的升高，co2的转化率降低，所以k值减小；分析表格中数据发现，在温度相同时，随n(h2)/n(co2)值的增大，co2的转化率升高，有利于生成乙醇。8、(1)根据化学平衡常数的定义式即可写出k。(2)由表中数据可以看出温度越高，平衡常数越大，k和都可用来衡量反应进行的程度，k增大，反应进行程度增大，(co2)增大；由于升高温度，故v增大。(3)该反应为气体物质的量不变的反应，反应过程中压强始终不变，与平衡与否无关。(4)当c(co2)c(h2)c(co)c(h2o)时k1，此时的温度由表中数据可知为830。9、催化剂能加快化学反应速率是因为催化剂降低了反应物的活化能，但它不能改变反应的热效应，也不能改变可逆反应的平衡状态；由题图乙可以看出该反应为放热反应，故升高温度，该反应的平衡常数减小；恒容条件下，升高温度，反应向逆反应方向进行，减小，充入he不能改变反应的平衡状态，再充入1 mol co和2 mol h2，则相当于增大压强，平衡向正反应方向移动，增大，使用催化剂，不变。五、课堂小结使用建议说明：此处内容主要用于教师对本节课重点内容进行总结，一方面是对本节课的重点难点内容的回顾，更重要的是针对这节课学生出现的问题再次进行复习提问等，以达到让学生课上掌握的目的，同时可以对下节课内容进行简单的铺垫，以体现出本节课内容与下节课内容之间的关系。1、化学平衡；2、化学平衡的特征；3、化学平衡的判断依据；4、影响化学平衡移动的因素；5、化学平衡常数。6、转化率计算六 、课后作业使用建议说明：此处内容主要用于教师根据学生掌握情况有针对性的进行课后作业的布置，掌握好的同学可以适当的布置难度大一些的作业，成绩一般的同学可以以基础题和巩固题目为主，但是一定要控制作业的数量，给学生布置的作业一般不要超过5题，这样学生才能保证做题的质量。基础题1、关于c(s)h2o(g) co(g)h2(g)的平衡常数书写形式，正确的是()ak bkck dk2某温度下，反应2a(g)b(g) 2c(g)的平衡常数k150，在同一温度下，反应2c(g) 2a(g)b(g)的平衡常数k2为()a2 500b50c0.02 d0.0023、在一定温度下，某体积不变的密闭容器中发生如下可逆反应：a2(g)b2(g)2ab(g)，该反应达到平衡状态的标志是()a单位时间内生成nmol a2的同时生成nmol abb容器内的总压强不随时间变化而变化c单位时间内生成2nmol ab的同时生成nmol b2d容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变 【答案】1、 c2、 c3、c 1、依据平衡常数的概念可书写出平衡常数的表达式，但固体c不出现在表达式中。2、对反应2a(g)b(g) 2c(g)的平衡常数k1，而同一温度下，反应2c(g) 2a(g)b(g)的平衡常数k20.02。3、可逆反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，即生成nmol a2、nmol b2的同时生成2nmol的ab，故c正确，a不正确；又因该反应为气体体积不变的反应，故无论是否达平衡状态，总压强以及混合气体的平均相对分子质量均保持不变。巩固题4、下列说法不正确的是()a外界条件改变，化学平衡状态一定发生改变b对某一可逆反应，当正、逆反应速率相等时，各组分的浓度一定保持不变c甲、乙两个容积相同、温度恒定且相同的密闭容器中，分别充入2molnh3、1mol n2和3molh2，平衡时，甲和乙的n2体积分数相同d化学平衡建立前，v正v逆，化学平衡后v正v逆5、已知可逆反应：m(g)n(g)p(g)q(g)h0。请回答下列问题：(1) 在某温度下，反应物的起始浓度分别为c(m)1 moll1，c(n)2.4 moll1，达到平衡后，m的转化率为60%，此时n的转化率为_；该温度时的平衡常数k_。(2)若反应温度升高，则m的转化率_(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c(m)4 moll1，c(n)a moll1，达到平衡后，c(p)2 moll1，则a_。(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为c(m)c(n)b moll1，达到平衡后，m的转化率为_。6、已知反应a2(g)2b2(g) 2ab2(g)h0，下列说法正确的是()a升高温度，正向反应速率增加，逆向反应速率减小b升高温度有利于反应速率增加，从而缩短达到平衡的时间c达到平衡后，升高温度或增大压强都有利于该反应平衡正向移动d达到平衡后，降低温度或减小压强都有利于该反应平衡正向移动【答案】4、a 5、(1)25%（2分） 0.5 (2)增大（2分） (3)6 (4)41% 6、b4、a错误，外界条件改变，化学平衡状态不一定改变，即化学平衡不一定移动。b正确，当正、逆反应速率相等时，反应达到平衡状态，当反应达到平衡状态时，各组分的浓度保持不变。化学平衡的建立与反应的途径无关，在条件相同时，不论由正反应开始，还是由逆反应开始，最终均可达到同一平衡状态，即起始时加入2mol nh3与加入1mol n2、3mol h2等效，c正确。v正v逆，反应处于平衡状态；若v正v逆，则反应一定是非平衡状态，d正确。5、(1)n的转化率为100%25%；平衡时c(m)0.4 moll1，c(n)1.8 moll1， c(