2020-2021学年鲁科版选修4第2章第2节化学反应的限度第3课时学案

第2节化学反响的限度第三课时探究任务通过化学平衡常数、转化率、产率等的计算的练习，形成化学平衡有关计算的思维模型。培养变化观念与平衡思想的化学核心素养。1．有关化学平衡的计算，可采用“三段式法〞求解所谓“三段式〞就是“初始〞“转化〞“平衡〞三个阶段。在解题时，给每一种反响物或反响产物填上或计算出这三个阶段的物质的量或物质的量浓度。未知的量可设为未知数，最后根据题目要求列出方程求解。2．主要计算类型(1)化学平衡常数的有关计算；(2)转化率的有关计算；(3)反响中某组分的量的计算。3．温度和压强对转化率(α)的影响温度或压强改变后，假设引起平衡向正反响方向移动，那么反响物的转化率一定增大，反之，那么转化率减小。4．改变反响物用量对转化率(α)的影响(1)反响物不止一种时，如mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)。①只增大一种反响物的浓度，该物质本身转化率减小，其他反响物转化率增大。如增大c(A)，那么平衡正向移动，α(A)减小，α(B)增大。②假设同等比例同倍数增大c(A)、c(B)，其影响结果相当于增大压强，当m＋n＝p＋q时，α(A)、α(B)不变；当m＋n＞p＋q时，α(A)、α(B)增大；当m＋n＜p＋q时，α(A)、α(B)减小。(2)反响物只有一种时，如aA(g)bB(g)＋cC(g)，增大c(A)，其影响结果相当于增大压强，当a＝b＋c时，α(A)不变；当a＞b＋c时，α(A)增大；当a＜b＋c时，α(A)减小。5．产物的产率产物的产率＝eq\f(实际生成产物的量,理论可得产物的量)×100%(产物的量包括物质的量、质量、气体体积、浓度)。【例题】将0.050molSO2(g)和0.030molO2(g)放入容积为1L的密闭容器中，发生反响：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。在一定条件下到达平衡，测得c平(SO2)＝0.040mol·L－1。(1)该条件下的平衡常数为__________________。(2)SO2的平衡转化率是________。(3)相同条件下，再向容器中参加0.050molSO2(g)和0.030molO2(g)，到达新的平衡时，SO2的平衡转化率将______(填“增大〞“减小〞或“不变〞)。[思维模板]信息提取形成思路①反响物的物质的量及容器的体积可以计算反响物的初始浓度根据反响物的物质的量及容器的体积计算反响物的初始浓度；根据二氧化硫的平衡浓度可以计算出其转化浓度。然后根据三段式解法便可进行所有计算②二氧化硫的平衡浓度可以计算出其转化浓度[解析](1)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)c始/(mol·L－1)0.0500.0300Δc/(mol·L－1c平/(mol·L－1)所以，平衡常数K＝eq\f(〔0.010〕2,〔0.040〕2×0.025)(mol·L－1)－1＝2.5(mol·L－1)－1。(2)SO2的平衡转化率：eq\f(0.010mol·L－1,0.050mol·L－1)×100%＝20%。(3)相同条件下，再向容器中参加0.050molSO2(g)和0.030molO2(g)，平衡向正反响方向移动，且压强增大促进正反响方向的进行，故SO2的平衡转化率将增大。[答案](1)2.5(mol·L－1)－1(2)20%(3)增大1．相同温度下，容积均为0.25L的两个恒容密闭容器中发生可逆反响：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.6kJ·mol－1。实验测得起始、平衡时的有关数据如下表所示：容器编号起始时各物质的物质的量/mol到达平衡时体系能量的变化N2H2NH3①130放出热量：23.15kJ②放出热量：Q以下表达错误的选项是()A.容器①②中反响的平衡常数相等B.平衡时，两个容器中NH3的体积分数均为eq\f(1,7)C.容器②中达平衡时放出的热量Q＝23.15kJD.假设容器①的容积变为0.5L，那么平衡时放出的热量小于23.15kJC[容器①②中反响的温度相同，K相等，A项正确；由①可知，放出23.15kJ的热量时，生成NH3的物质的量为eq\f(2×23.15,92.6)mol＝0.5mol，列三段式：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)起始量/mol130因气体体积之比等于物质的量之比，所以NH3的体积分数为eq\f(0.5mol,0.75mol＋2.25mol＋0.5mol)＝eq\f(1,7)，②中参加的氨气全部转化成氮气和氢气后，氮气和氢气的量与①相同，到达的平衡状态等效，因此平衡时两个容器中氨气的体积分数相等，都是eq\f(1,7)，B项正确；②中初始参加0.2molNH3，到达平衡时(NH3的物质的量为0.5mol)，容器②中放出的热量Q＜23.15kJ，C项错误；假设容器①的容积变为0.5L，相当于减小压强，平衡逆向移动，反响物的转化率降低，到达平衡时放出的热量小于23.15kJ，D项正确。]2．甲、乙、丙三个容器中最初存在的物质及其量如下图，三个容器最初的容积相等、温度相同，反响中甲、丙的容积不变，乙中的压强不变，在一定温度下反响到达平衡。以下说法正确的选项是()甲乙丙A.平衡时各容器内c(NO2)的大小顺序为乙>甲>丙B.平衡时N2O4的百分含量：乙>甲＝丙C.平衡时甲中NO2与丙中N2O4的转化率不可能相同D.平衡时混合物的平均相对分子质量：甲>乙>丙B[甲、乙存在平衡：2NO2(g)N2O4(g)，该反响为气体物质的量减小的反响，甲中压强减小，乙中压强不变，乙中到达的平衡相当于在甲平衡的根底上增大压强；丙中存在平衡：N2O42NO2，相当于开始参加0.2molNO2，与甲中平衡为完全等效平衡，平衡时NO2的浓度相等，乙中到达的平衡相当于在甲平衡的根底上增大压强，增大压强平衡向正反响方向移动，但平衡移动的结果是降低NO2浓度的增大，不会消除增大，故平衡时容器内c(NO2)的大小顺序为乙>甲＝丙，A错误；甲与丙为完全等效平衡，平衡时N2O4的百分含量相等，乙中到达的平衡相当于在甲平衡的根底上增大压强，增大压强平衡向正反响方向移动，平衡时N2O4的百分含量增大，故平衡时N2O4的百分含量：乙>甲＝丙，B正确；甲与丙为完全等效平衡，平衡时甲、丙中N2O4的物质的量相等，平衡时甲中NO2与丙中N2O4的转化率之和等于1，故平衡时甲中NO2与丙中N2O4的转化率可能相同，，C错误；甲与丙为完全等效平衡，平衡时混合气体的平均摩尔质量相等，乙中到达的平衡相当于在甲平衡的根底上增大压强，增大压强平衡向正反响方向移动，混合气体的总物质的量减小，乙中平均摩尔质量增大，故平衡时混合物的平均相对分子质量：乙>甲＝丙，故D错误。]人体内存在很多的化学反响，这些化学反响情况复杂且相互影响，而且这些化学反响大都是可逆反响，处于平衡状态。(1)O2的运输。人体血液内的血红蛋白(Hb)易与O2结合生成HbO2，因此具有输氧能力。但Hb也可以与CO结合。有关反响如下：反响①：Hb(aq)＋O2(g)HbO2(aq)ΔH1<0反响②：Hb(aq)＋CO(g)HbCO(aq)ΔH2<0反响③：HbO2(aq)＋CO(g)HbCO(aq)＋O2(g)ΔH3(2)血液的酸碱平衡。，否那么人体便不能正常工作，适量的CO2可以维持人体内的pH保持在这一变化范围。人体呼出的气体中CO2的体积分数约为5%。H2O＋CO2eq\o(,\s\up9(肺))H2CO3eq\o(,\s\up9(血液))H＋＋HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))(ΔH＞0)1．反响③自发进行的趋势较大，这也就容易引起人体CO中毒，导致血红蛋白不具备输氧能力。据此比拟ΔH1、ΔH2的大小。提示：由于化学反响中的能量变化与反响途径无关，只与物质的始态和终态有关，根据盖斯定律，②－①整理可得③式，热化学方程式为：HbO2(aq)＋CO(g)HbCO(aq)＋O2(g)ΔH3＝ΔH2－ΔH1；反响③自发进行的趋势较大，说明体系的ΔH－TΔS＜0，该反响反响前后气体体积不变，那么说明ΔH3<0，由于ΔH3＝ΔH2－ΔH1，那么ΔH1>ΔH2。2．如果发生CO中毒，应采取怎样的救治措施？请从平衡移动的原理角度分析采取的救治措施的原因。提示：应开窗通风或将中毒者转移至空气新鲜的地方。CO是反响物，开窗通风能够降低CO的浓度，使平衡逆向移动，O2是反响产物，增大反响产物O2的浓度，可以使平衡逆向移动。3．在人体体温37℃下，反响③的平衡常数为220。当血液中eq\f(c平〔HbCO〕,c平〔HbO2〕)，人的智力会很快受到损伤。为防止人的智力受到损伤，环境中的O2与CO的浓度的最小值是多少？提示：11000。根据化学平衡常数表达式：K＝eq\f(c平〔O2〕·c平〔HbCO〕,c平〔CO〕·c平〔HbO2〕)＝220，而eq\f(c平〔HbCO〕,c平〔HbO2〕)，因此只有eq\f(c平〔HbCO〕,c平〔HbO2〕)，代入平衡常数表达式有eq\f(c平〔O2〕,c平〔CO〕)＝K×eq\f(c平〔HbO2〕,c平〔HbCO〕)＞eq\f(220,0.02)＝11000，即eq\f(c平〔O2〕,c平〔CO〕)大于11000时，人的智力不受损伤。4．假设某人在呼吸过程中太快且太深，会造成血液酸碱性怎么变化？提示：对于H2O＋CO2eq\o(,\s\up9(肺))H2CO3eq\o(,\s\up9(血液))H＋＋HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))(ΔH＞0)这一平衡，当太快而且太深地呼吸时，人体内CO2减少，造成平衡向左移动，使c平(H＋)减小，血液的酸性减弱，碱性增强，从而导致碱中毒。5．当某病人高烧时，容易引起血液中毒，请解释原因。提示：因为反响H2O＋CO2eq\o(,\s\up9(肺))H2CO3eq\o(,\s\up9(血液))H＋＋HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))(ΔH＞0)，正反响是吸热反响，当病人高烧时，平衡向着吸热的方向移动，造成c平(H＋)增大，血液的酸性增强，从而导致酸中毒。通过本情境素材中对平衡常数及转化率的探究，提升了学生思考问题、解决问题的能力，培养并提升了“变化观念与平衡思想〞的学科素养。1．高炉炼铁过程中发生反响：eq\f(1,3)Fe2O3(s)＋CO(g)eq\f(2,3)Fe(s)＋CO2(g)，该反响在不同温度下的平衡常数如下表：温度/℃100011501300平衡常数以下说法正确的选项是()A.ΔH＞0B.1000℃时，在固定容积的密闭容器中，某时刻测得上述体系中，CO、CO2的物质的量分别为0.5mol、1.8mol，C.其他条件不变，向平衡体系中充入CO2气体，K减小D.其他条件不变，升高温度，可以提高CO的平衡转化率B[根据表格提供的信息可知，温度升高，K减小，那么正反响为放热反响，ΔH＜0，A项错误；根据化学方程式可得Q＝eq\f(c〔CO2〕,c〔CO〕)＝3.6＜K，此时反响向正反响方向进行，B项正确；K与温度有关，温度不变，K不变，C项错误；根据上述分析，正反响为放热反响，升高温度，平衡逆向移动，CO的平衡转化率降低，D项错误。]2．某温度下，将2molA和3molB充入一密闭的容器中，发生反响：aA(g)＋B(g)C(g)＋D(g)，5min后到达平衡。各物质的平衡浓度关系为ceq\o\al(\s\up1(a),\s\do1(平))(A)·c平(B)＝c平(C)·c平(D)，假设温度不变的情况下将容器的体积扩大为原来的10倍，A的转化率不发生变化，那么B的转化率为()A.40%B．60%C．24%D．4%A[到达平衡后扩大容器体积，A的转化率不发生变化，证明平衡不移动，可推知该反响反响前后气体体积相等，即a＝1，设反响容器的体积为1L。A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)初始浓度/(mol·L－1)2300转化浓度/(mol·L－1)xxxx平衡浓度/(mol·L－1)2－x3－xxx那么有(2－x)(3－x)＝x2，解得：x，B的转化率为eq\f(1.2,3)×100%＝40%。]3．等物质的量的X(g)与Y(g)在密闭容器中进行可逆反响：X(g)＋Y(g)2Z(g)＋W(s)ΔH<0，以下表达正确的选项是()A.到达平衡时，X、Y的平衡转化率不同B.升高温度，平衡常数K值增大C.平衡常数K值越大，X的转化率越大D.到达平衡时，反响速率v正(X)＝2v逆(Z)C[A项，X与Y起始时物质的量相等，转化物质的量之比＝方程式化学计量数之比，故平衡时α(X)＝α(Y)，错误；B项，该反响ΔH＜0，即放热反响，升高温度K值减小，