鲁科版化学反应原理模块第2章 化学反应的方向、限度与速率.doc

鲁科版化学反应原理模块第2章 化学反应的方向、限度与速率第1、2节复习课 教学案例（第1课时）一、教学背景分析（一）教材分析化学反应原理第2章在内容上如此多的定量探讨的内容，在高中阶段有什么用途和意义呢？在过去的教材使用过程中，常常遇到学生的 “ 这个反应为什么可以发生而另一个反应却不能发生？ ” 、 “ 这些反应条件怎样影响反应速率和化学平衡？ ” 等等问题让我们欲言难齿而苦恼。现在教材中第 2 章 “ 化学反应的方向、限度与速率 ” 是在具有化学平衡和化学反应速率的初步概念并已经能够定量描述化学反应的热效应的基础上引入 “ 焓变 ” 与 “ 熵变 ” 定量探讨化学反应进行的方向，引入 “ 化学平衡常数 ” 定量探讨和描述化学反应的限度，应用化学平衡常数定量探讨温度、浓度和压强对化学平衡的影响。引入 “ 反应速率常数 ” 定量探讨浓度、温度对反应速率的影响；引入 “ 活化能 ” ，结合反应速率常数定量探讨温度和催化剂对反应速率的影响。本专题在模块中处于中介和桥梁的作用。化学反应中焓变，以及与熵变一起是判断化学反应方向的依据，化学反应的快慢、方向和限度又是溶液中离子反应（电离平衡、水解平衡、溶解平衡等）的基础。（二）学情分析高二的学生，经过高一学年的学习和锻炼，在心理上逐渐趋于理性，认识事物的能力得到加强，并具备了一定的分析和抽象思维能力。通过必修2 化学反应速率的学习，学生已经知道化学反应有快慢和限度之分，浓度能影响化学反应速率的大小和化学反应的限度，但不知其因，也没有作定量研究。因此，教师应激发学生的求知欲，加强过程与方法的培养，提高学生的定量分析能力和综合归纳能力。二、教学目标知识与技能： 1. 能用焓变和熵变说明化学反应的方向。2. 描述化学平衡建立的过程，知道化学平衡常数的涵义，能利用化学平衡常数计算反应物的转化率。3. 通过实验探究温度、浓度和压强对化学平衡的影响，并能用相关理论加以解释。过程与方法：把握整体思路，抓住问题线索。标准提出“能用焓变和熵变说明化学反应的方向”，仅仅要求学生知道化学反应发生的总趋势是体系能量降低和熵的增加。关于化学平衡，标准要求学生能够描述其建立过程，通过探究外界条件对化学平衡的影响获得化学平衡移动原理，并能加以应用。对于化学平衡状态的定量描述，标准提出要求学生知道化学平衡常数的涵义，对与化学平衡相关的计算则限制在计算反应物转化率。在教学中要有所侧重，把握好深度、广度.情感态度与价值观： 1赞赏化学科学对个人生活和社会发展的贡献，关注能源危机的问题，逐步形成可持续发展的思想。2形成实事求是的科学态度,掌握从宏观到微观,现象到本质的科学研究方法.三、重点、难点重点：1. 能用焓变和熵变说明化学反应的方向。2. 描述化学平衡建立的过程，知道化学平衡常数的涵义，能利用化学平衡常数计算反应物的转化率。难点：通过实验探究温度、浓度和压强对化学平衡的影响，并能用相关理论加以解释。四、教学策略与手段本专题内容涉及的基本概念和基本理论都是比较抽象、概括性的知识，学生较难理解。但是，教师应该认识到这些原理的形成是由特殊到一般、由具体到抽象、由现象到本质的认识过程，是在这种感性认识到理性认识的不断循环所进行的归纳、演绎等逻辑推理过程中逐渐产生的。因此，在教学中应抓住本专题内容的基本特征定性分析和定量计算相结合、感性认识和理性分析相结合，充分运用逻辑推理，重视创设归纳化学反应原理的过程以及运用相关原理解决问题的演绎过程。教学过程中，注意化学基本概念是由浅入深、由简单到复杂逐步深入和完善的，教学处理时要注意概念的层次性。那种任意扩大要求、不分阶段、企图一次“讲深讲透讲完整”的做法是不可取的，例如焓变、熵变、自发反应概念不必深究。五、教学过程【展示目标】1. 能用焓变和熵变说明化学反应的方向。2. 描述化学平衡建立的过程，知道化学平衡常数的涵义，能利用化学平衡常数计算反应物的转化率。3. 通过实验探究温度、浓度和压强对化学平衡的影响，并能用相关理论加以解释。【问题思考1】如何判断一个化学反应能否自发进行？【学生概括】判据（在温度、压强一定的情况下）：若H-TS0，反应不能自发进行；若H-TS=0，反应达到平衡状态；若H-TS0，反应能自发进行。【板书】一、判据（温度、压强一定）【例1】实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解中，正确的是（）A所有的放热反应都是自发进行的B所有的自发反应都是放热的C焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素D焓变是决定反应是否具有自发性的判据解析：多数能自发进行的反应都是放热反应，并不是所有自发进行的反应都是放热反应，既然说“多数”，必定存在特例，只能说“焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素，但不是唯一因素。”答案：C【练习】1.下列说法完全正确的是 A.放热反应均是自发反应 B.S为正值的反应均是自发反应 C.物质的量增加的反应，S为正值 D.自发反应也需要一定条件2.下列反应中熵增加的是（ ）A.食盐晶体溶于水 B.氢气在氧气中燃烧生成液态水C.碳酸氢铵分解 D.水蒸气冷凝为水【例2】下列说法中正确的是（）A某反应低温条件下能自发进行，那么高温条件下也一定能自发进行B某反应高温条件下不能自发进行，那么低温条件下也不能自发进行C反应方向是由焓变和熵变共同决定的，与反应温度无关D温度有可能对反应的方向起决定性作用解析：根据HTS的判断依据，当H0、S0时，所有温度下反应能自发进行；当H0、S0时，高温下反应能自发进行；当H0、S0时，低温下反应能自发进行；当H0、S0时，所有温度下反应不能自发进行；当H0、S0或H0、S0且H与S相差不大时，温度有可能对反应的方向起决定性作用。答案：D【练习】已知在100kPa、298.15K时石灰石分解反应：CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) H=178.3kJmol1S=160.4Jmol1K1,试判断反应的自发性及自发进行的最低温度。【问题思考2】H TS0的反应一定能自发发生吗？【概括整合】H TS0只是说明在一定条件下该反应有自发发生的趋势，即反应发生的可能性，并不说明能实际发生，反应能否实际发生还涉及反应速率问题。【问题思考3】化学平衡研究的对象是什么？如何证明SO2和O2反应生成SO3是可逆反应？【概括整合】可逆反应；同位素示踪原子法：反应2SO2(g)O2(g) 2SO3(g) 达平衡后，再向容器中通入含氧的同位素18O的氧气，经过一段时间后，18O原子位于SO2、O2和SO3中。因此，可逆反应总是不能进行到底，得到的总是反应物与生成物的混合物【问题思考4】如何理解化学平衡的建立过程？ 【概括整合】 化学平衡状态指在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。是可逆反应过程中的一种特殊状态【问题思考5】1化学平衡的特征有哪些？ 2某化学反应达到平衡时反应物的浓度等于生成物的浓度，是否正确？3化学反应达到平衡时，反应停止了，所以各物质的百分含量保持不变。这句话对吗？【概括整合】(1)“等”：即对同种物质来讲，v正(X)v逆(X)，这是本质。(2)“动”：化学平衡是一种动态平衡，平衡时反应仍在进行。 v正(X)v逆(X) 0(3)“定”：外界条件(如：浓度、温度和压强)不改变时，化学平衡状态不变，反应混合物中各组分的浓度保持不变，各组分的含量一定。(4) “变”：当外界条件发生改变时，化学平衡可能被破坏，一定时间后，在新条件下可重新建立新的平衡。 【例3】二氧化氮在加热条件下能够分解成一氧化氮和氧气。该反应进行到35 s时，达到平衡（NO2浓度约为0.010 mol/L）。图中曲线表示二氧化氮分解反应在前20 s内的反应进程。、若反应延续至60 s，请在图中用实线接着画出20 s60 s的反应进程曲线。时间/s102030405060浓度0.0100.0200.030、若在反应开始时加入催化剂（其他条件都不变），请在图上用虚线画出加入催化剂后的反应进程曲线。时间/s102030405060浓度0.0100.0200.030 【练习】1.可逆反应N23H22NH3的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应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）2.下列说法可以证明反应N2+3H22NH3 已达平衡状态的是 ( )A1个NN键断裂的同时,有3个HH键形成B1个NN键断裂的同时,有3个HH键断裂C1个NN键断裂的同时,有6个NH键断裂D1个NN键断裂的同时,有6个NH键形成 【问题思考5】化学平衡的标志的讨论，平衡时，反应物转化率大小？【概括整合】直接标志：AV正 = V逆B各组分的m、n不变。C通过含量：各组分的质量分数、物质的量分数、（恒温、衡压下）气体的体积分数不变。D通过浓度：各组分的浓度不变。E比较化学键的断裂与生成的量的关系 间接标志：A通过总量：前提：气体反应vg0时。体系的n（总）、p（总）、v（总）不变。 B通过复合量：、不变。 C其他：如平衡体系颜色不变（实际是有色物浓度不变）平衡时，反应物转化率()最大。【板书】二、化学平衡的标志【例4】在一定温度下的定容密闭容器中，当下列物理量不再变化时，表明反应：A(s)2B(g) C(g)D(g)已达平衡的是 ( ) A、混合气体的压强 B、混合气体的密度C、B的物质的量浓度 D、混合气体的平均相对分子质量 答案：BCD【思考】若A为气体？答案：ACD【注意】（1）对于反应前后的气体物质的分子总数不相等的可逆反应（如2SO2+O22SO3）来说，可利用混合气体的总压、总体积、总物质的量是否随着时间的改变而改变来判断是否达到平衡。（2）对于反应前后气体物质的分子数相等的可逆反应：（如H2+I2(g) 2HI），不能用此标志判断平衡是否到达，因为在此反应过程中，气体的总压、总体积、总物质的量都不随时间的改变而改变。【练习】试写出下列反应的浓度平衡常数的数学表达式： 2SO2(g)+O2(g) 2SO3 (g) ；C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)答案： ；注意：反应中的固体或纯溶剂不列入平衡常数的表达式中！【板书】三、平衡常数与反应限度【问题思考与整合】(1)平衡常数K与温度有关，与浓度无关，由K随温度的变化可推断正反应是吸热反应还是放热。 若正反应是吸热反应,升高温度,K 增大;若正反应是放热反应,升高温度,K 减小;(2)平衡常数K值的大小，可推断反应进行的程度。 K值越大，表示反应进行的程度越大，反应物的转化率越大；K值越小，表示反应进行的程度越小，反应物的转化率越小。(3)反应的平衡常数与反应可能进行的程度。一般来说，反应的平衡常数K105，认为正反应进行得较完全；K 10-5则认为这个反应的正反应很难进行(逆反应较完全）。(4) K的表达式和数值与方程式的具体写法有关。【练习】不同温度时，反应:H2(g)+I2(g) 2HI(g),的平衡常数与温度的关系如下：温度623K698K763K平衡常数66 .954.445.9通过改变温度，平衡常数大小的变化趋势可以判断上述可逆反应的正方向是 反应。【问题思考6】用平衡常数来表示反应的限度有时不够直观，常用什么来表示反应限度？【概括整合】用平衡常数来表示反应的限度有时不够直观，常用平衡转化率来表示反应限度。对于可逆反应: mA(g)+nB (g)pC(g)+qD(g)：反应物A的平衡转化率（该条件最大转化率）可表示：或【例5】对于反应2SO2(g)+ O2(g) 2SO3(g) ,若在一定温度下，将0.1mol的SO2(g)和0.06mol O2(g)注入一体积为2L的密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中有0.088mol的SO3(g)试求在该温度下的平衡常数？求SO2(g)和O2(g)的平衡转化率。【思考】当将题中的SO2(g) 和O2(g) 的物质的量分别为0.12mol和0.06mol时SO2(g)和O2(g)的平衡转化率【点拨】温度一定时，对于一个化学反应，平衡常数虽然一定，但不同的反应物的平衡转化率可能不同。不能脱离具体的反应物谈平衡转化率。化学平衡计算的基本方法三段分析法（）（）（）（）起始变化平衡【练习】在2L的容器中充入 1mol CO和 1mol H2O(g),发生反应：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) 800时反应达平衡,若k=1.求：（1）CO的平衡浓度和转化率。（2）若温度不变，上容器中充入 的是1mol CO和 2mol H2O(g)， CO和H2O(g),的平衡浓度和转化率是多少。（3）若温度不变，上容器中充入 的是1mol CO和 4mol H2O(g)， CO和H2O(g),的平衡浓度和转化率是多少。（4）若温度不变，要使CO的转化率达到90%，在题干的条件下还要充入 H2O(g) 物质的量为多少。【问题思考7】复述、再现和讨论反应条件对化学平衡的影响。【板书】四、反应条件对化学平衡的影响【概括整合】在其他条件不变的情况下，（1）改变温度：升高反应体系的温度，平衡向_的方向移动； 降低反应体系的温度，平衡向_的方向移动。 温度对平衡移动的影响是通过改变_实现的。 （2）改变浓度：增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，Qc _Kc，化学平衡_移动。 增大生成物的浓度或减小反应物的浓度，Qc _Kc，化学平衡_移动。 Q与K的表达式相同，均为 ，所不同的是，计算K时所用浓度是平衡浓度，而计算Q时所用浓度是任一瞬间的浓度。（3）改变压强：增大体系压强，平衡向着气体体积_的方向移动； 减小体系压强，平衡向着气体体积_的方向移动。【强调】（1）对于一个已知的化学反应，当温度一定时，化学平衡常数K为确定的值。温度对平衡移动的影响是通过改变平衡常数实现的。浓度、压强的影响是通过使Qc与Kc不再相等，而使平衡发生移动。（2）浓度适用于有气体参加或气体生成的反应或溶液中进行的反应，所以通常认为改变固体的量时化学平衡不发生移动。（3）反应物有两种或两种以上，增加一种物质的浓度，该物质的平衡转化率降低，而其他物质的转化率升高。（4）不特别指明时，增大压强均指压缩体积。平衡混合物是固体或溶液时，改变压强，平衡不移动。改变体系的压强相当于改变体系的体积，也就相当于改变物质的浓度（如增大体系的压强相当于增大气体的浓度），压强对化学平衡移动的影响是由于压强改变引起气体浓度的改变而引起化学平衡移动的，若压强的改变并没有造成气体浓度的改变则平衡不移动。稀有气体（或不参加反应的气体）的加入而导致的压强变化，对化学平衡的影响，要具体分析平衡物质的浓度是否变化，即体系占据的体积是否改变。恒容时，压强增大，但体积不变，所以浓度不变，平衡不移动。恒压时，体积增大，反应物和生成物的浓度同时减小，相当于减小压强，平衡向总体积增大的方向移动。（5）同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。【例6】现由可逆反应CO(气)+H2O (气) CO2(气) +H2(气)H，在850时，K1。 若温度升高至950，反应达到平衡时，K_1（、）解析：K值越大表示反应越易向正反应方向进行，升温反应逆反应方向移动即不易向正反应方向进行。 850时在固定容积的密闭容器中放入混合物，起始浓度c(CO)=0.01mol/L，c(H2O) (气) =0.03mol/L， c(CO2) =0.01mol/L， c(H2) =0.05mol/L。则反应开始时，H2O (气)的消耗速率比生成速率_小_（大、小、不确定）解析：Q1，即反应要向K1的方向进行只能使分子减小、分母增大即向逆反应进行。 850时，若将中H2O起始浓度增加到0.1mol/L，则反应向（填正反应、逆反应）_方向进行；达到平衡时(CO)_。解析：浓度商Qb+c, A的转化率增大 a0，反应不能自发进行；若H-TS=0，反应达到平衡状态；若H-TSb+c, A的转化率增大 a0【练习】反应 A + 3B = 2C + 2D 在四种不同条件下的反应速率为：(1)v(A)=0.3mol/（Ls） (2)v(B)=0.6mol/（Ls） (3)v(C)=0.4mol/（Ls） (4)v(D)=0.45mol/（Ls）则该反应速率的快慢顺序为。【概括】所以比较反应速率大小时，不仅要看反应速率数值本身的大小，还要结合化学方程式中物质的化学计量数的大小来说明。【问题思考3】影响化学反应速率的因素有哪些？【概括】不同的化学反应主要决定于反应物性质；同一化学反应主要决定于反应条件。内因：反应物本身的性质 外因：浓度、温度、压强、催化剂等【板书】二、影响化学反应速率的因素1、浓度的影响【例2】反应速度V和反应物浓度的关系是用实验方法测定的。化学反应H2+Cl22HCl的反应速度V可表示为V=kcm(H2)cn(Cl2)，式中k为常数，m、n值可用下表中数据确定之。 (mol/L)(mol/L)V(mol/Ls)1.01.01.0K2.01.02.0K2.04.04.0K由此可推得，m、n值正确的是 A m=1、n=1 B m=1/2、n=1/2 C m=1/2、n=1 D m=1、n=1/2 【问题思考4】一个反应的化学反应速率与参与反应的物质的浓度的关系能否根据反应的化学方程式直接写出？【概括】1、反应速率常数与 无关，但受 、 、 等因素的影响。2、必须指明的是，一个反应的化学反应速率与参与反应的物质的浓度的关系式是 的结果，不能随意根据反应的 直接写出。对于很多反应，这种关系式中浓度的方次与化学方程式中的系数并无确定关系。【问题思考4】1、对固体、纯液体物质反应物，增加它们的量会改变反应速率吗？2、对有气体参与的反应，增加压强，化学反应速率改变吗？【讨论】学生讨论解决。【练习】(2007年高考广东) “碘钟”实验中，3IS2O82-I3 2SO42 的反应速率可以用I3 与加入的淀粉溶液显蓝色的时间t来度量，t越小，反应速率越大。某探究性学习小组在20 进行实验，得到的数据如下表：实验编号c(I)/ molL10.0400.0800.0800.1600.120c()/molL10.0400.0400.0800.0200.040t/s88.044.022.044.0t1回答下列问题：(1)该实验的目的是_。(2)显色时间t1_。(3)温度对该反应的反应速率的影响符合一般规律，若在40 下进行编号对应浓度的实验，显色时间t2的范围为_(填字母)。(A)22.0 s (B)22.0 s44.0 s (C)44.0 s (D)数据不足，无法判断(4)通过分析比较上表数据，得到的结论是_。【板书】2、温度对化学反应速率的影响【例3】硫代硫酸钠（Na2S2O3）与稀H2SO4溶液时发生如下反应：Na2S2O3+ H2SO4=Na2 SO4+SO2+S+H2O 下列反应速率最大的是（ ）。A 0.1mol/L Na2S2O3和0.1mol/L H2SO4溶液各5mL，加水5mL，反应温度10B 0.1mol/L Na2S2O3和0.1mol/L H2SO4溶液各5mL，加水10mL，反应温度10C 0.1mol/L Na2S2O3和0.1mol/L H2SO4溶液各5mL，加水10mL，反应温度30D 0.2mol/L Na2S2O3和0.1mol/L H2SO4溶液各5mL，加水10mL，反应温度30【例4】1000K时，AB+C 500K时，DE+F 它们的反应速率关系正确的是 （ ）A B 0时，升高温度，反应速率常数 ，化学反应速率 。（3）活化能概念：普通反应物分子形成 所 的能量。意义：活化能越高，反应越 进行，反应速率常数越 ，化学反应速率越 。【问题思考5】为什么升高相同温度时，不同化学反应的速率增加的倍数不同？【概括】由阿仑尼乌斯公式可知,Ea值越大,改变温度对反应速率的影响程度就越大,这就是升高相同温度时不同化学反应的速率增加的倍数不同的原因【练习】已知N2+3H22NH3 HO ，反应速率为V2。对于上述两个可逆反应，当升高温度时，V1和V2的变化情况为A.同时增大 B.同时减小 C.V1增大，V2减小 D.V1减小，V2增大【过渡】化学反应速率还会受催化剂的影响【板书】3、催化剂对化学反应速率的影响【练习】1、下列条件的变化，是因为降低反应活化能致使反应速率加快的是（ ） A、增大浓度 B、增大压强 C、升高温度 D、使用催化剂2、在密闭容器里，通入x mol H2和y mol2()，改变下列条件，反应速率将如何改变? (1)升高温度 ；(2)加入催化剂 ；(3)充入更多的H2 ；(4)扩大容器的体积 ；(5)容器容积不变，通入氖气 。 【概括】催化剂：是通过_而提高化学反应速率的。催化剂使正反应速率和逆反应速率改变的程度_(相同，不同)。它_（能，不能）改变化学反应的平衡常数，_（能，不能）改变平衡转化率。催化剂具有选择性。【过渡】应用化学反应速率和化学反应的限度，选择合成氨的适宜条件【板书】三、化学反应条件的优化工业合成氨【知识再现】合成氨条件的选择 合成氨反应式_； 反应特点_； 速率方程_生产要求综合选择生成NH3速率大NH3的平衡浓度大各物质浓度温度压强催化剂【例5】可逆反应3H2(g) + N2(g) 2NH3(g)；H0，达到平衡后，为了使H2 的转化率增大，下列选项中采用的三种方法都正确的是（ ） A升高温度，降低压强，增加氮气 B降低温度，增大压强，加入催化剂 C升高温度，增大压强，增加氮气 D降低温度，增大压强，分离出部分氨答案：D【例6】在容积相同的不同密闭容器中内，分别充入同量的N2和H2，在不同温度下，任其发生反应：3H2 + N22NH3，并分别在t0秒时测定其中NH3的体积分数x(NH3)，绘成如图的曲线。 （1）A、B、C、D、E五点中，尚未达到化学平衡状态的点