高二化学（人教版）导学案选择性必修一第二章第二节第1课时化学平衡状态

第二节化学平衡学习目标重点难点1.了解可逆反应的含义,知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡。2.认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量。知道化学平衡常数的含义。能利用浓度商和化学平衡常数的关系判断化学反应是否达到平衡及平衡移动的方向。3.通过实验探究,理解浓度、压强、温度等对化学平衡状态的影响。4.理解勒夏特列原理,能依据原理分析平衡移动的方向。重点1.化学平衡常数。2.从定性和定量两个角度判断化学平衡移动的方向。难点1.反应条件对化学平衡的影响。2.化学反应速率和平衡图像分析。第1课时化学平衡状态新知探究(一)——化学平衡状态1.可逆反应(1)概念在同一条件下,既能向正反应方向进行,同时又能向逆反应方向进行的反应。(2)表示方法用“⇌”连接,把从左向右进行的反应称为正反应,把由右向左进行的反应称为逆反应。(3)特征双向性指可逆反应分为方向相反的两个方向:正反应方向和逆反应方向双同性指正、逆反应是在相同条件下,同时进行共存性指反应物的转化率小于100%,反应物与生成物共存2.化学平衡状态的建立在一定条件下的容积不变的密闭容器中,合成氨反应如下:N2+3H22NH3。(1)如图1所示,N2与H2随着反应的进行,其浓度逐渐,v正逐渐减小,而c(NH3)逐渐,v逆逐渐增大,t1时刻,它们的浓度不再改变,v正v逆,反应达到平衡。

(2)如图2所示,随着NH3的分解,其浓度逐渐,v逆逐渐减小,而c(N2)、c(H2)逐渐,v正逐渐增大,t2时刻起,它们的浓度不再改变,v正v逆,反应达到平衡。

[微点拨]平衡的建立与途径无关。若只给出反应物,则是从正反应方向建立平衡;若只给出生成物,则是从逆反应方向建立平衡;若既给出反应物又给出生成物,则是从正、逆反应方向同时建立平衡。3.化学平衡状态的概念在一定条件下的可逆反应,当正、逆反应的速率时,反应物和生成物的均保持不变,即体系的组成不随时间而改变,这表明该反应中物质的转化达到了“限度”,这时的状态我们称之为化学平衡状态,简称化学平衡。

4.化学平衡状态的特征[题点多维训练]题点(一)可逆反应1.勒夏特列在研究高炉内发生的化学反应时认为,因为CO2+C⇌2CO是可逆反应,所以炉气中存在一定比例的CO是不可避免的。14CO2与碳在高温条件下发生反应14CO2+C⇌2CO,一段时间后反应达平衡状态,体系中含14C的粒子有()A.14CO2 B.14CO2、14COC.14CO2、14CO、14C D.14CO2.某反应充分反应前后如图所示,图中涉及物质均为气体,关于该反应的下列说法中不正确的是()A.该反应可表示为2AB2(g)+B2(g)⇌2AB3(g)B.若反应开始加入1molB2(g),则不可能生成2molAB3(g)C.反应速率:v(AB2)=v(AB3)、2v(AB2)=v(B2)D.相同时间内,若c(AB2)变化0.1mol·L1,则c(B2)变化为0.05mol·L1题点(二)化学平衡状态3.在一定温度下,将2molSO2和1molO2充入一固定容积的密闭容器中,在催化剂作用下发生如下反应:2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)ΔH=197kJ·mol1,当达到化学平衡时,下列说法正确的是()A.生成SO32molB.SO2和SO3共2molC.放出197kJ热量D.含氧原子共8mol4.在一定条件下,将0.3molCO2和0.2molH2通入2L密闭容器中,进行反应:CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)。下列关于该反应建立平衡的说法正确的是()A.反应刚开始时,生成物浓度最大,正反应速率最小B.随着反应的进行,反应物浓度逐渐减小,正反应速率逐渐增大C.达到平衡状态时反应体系中CO2的浓度为0mol·L1D.该反应建立平衡过程中v⁃t(时间)图像为5.在一绝热(不与外界发生热交换)的恒容容器中,发生反应:2A(g)+B(s)⇌C(g)+D(g),下列描述能表明反应已达到平衡状态的是()①容器内温度不变②混合气体的密度不变③混合气体的压强不变④混合气体的平均相对分子质量不变⑤C(g)的物质的量浓度不变⑥容器内A、C、D三种气体的浓度之比为2∶1∶1⑦某时刻v(A)=2v(C)≠0⑧单位时间内生成nmolD,同时生成2nmolAA.①④⑤⑦⑧ B.①②⑤⑦⑧C.①②④⑤⑧ D.①②③④⑤⑧新知探究(二)——化学平衡状态的判断方法导学设计德国化学家哈伯F.HaberF.Haber,1868~1934)从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。哈伯于1908年申请专利“循环法”,在此基础上于1909年改进了合成工艺,使氨的产率达到8%。这是工业普遍采用的直接合成法,合成氨反应式如下:N2+3H22NH3。假设该反应在体积不变的密闭容器中发生。1.单位时间内生成2amolNH3,同时消耗amolN2时,该反应是否达到平衡状态?2.容器内混合气体的密度不随时间变化时,该反应是否达到平衡状态?3.若气体的平均摩尔质量不再变化,该反应是否达到平衡状态?4.若混合气体颜色不再变化,该反应是否达到平衡状态?[系统融通知能]1.判断依据(1)v正=v逆①同一物质:v正(X)=v逆(X);②不同物质:v正(2)各组分的含量保持不变①各组分的浓度不变;②各组分的质量(物质的量)不变;③反应物的转化率不变。2.具体分析[mA(g)+nB(g)⇌pC(g)+qD(g)]物理量示例是否已达平衡混合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是各物质的质量或各物质的质量分数一定是各气体的体积或体积分数一定是正、逆反应速率的关系在单位时间内消耗了nmolB,同时消耗了pmolC是在单位时间内生成了nmolB,同时消耗了qmolD不一定压强m+n≠p+q时,总压强不变(其他条件一定)是m+n=p+q时,总压强不变(其他条件一定)不一定混合气体的平均相对分子质量当m+n≠p+q时,Mr是当m+n=p+q时,Mr不一定气体密度密度不变不一定颜色反应体系内有色物质的颜色保持不变是温度绝热体系中温度不变是3.判断方法确定反应中的“变量”即随反应的进行而变化的量,当变量不再变化时,表明反应已达平衡状态。而当“不变量”不变时,不能判断反应是否处于平衡状态常见的变量①气体的颜色;②对于气体体积有变化的反应来说,恒压反应时的体积、恒容反应时的压强;③对于反应体系中全部为气体,且气体物质的量有变化的反应来说,混合气体的平均相对分子质量;④对于反应体系中不全部为气体的反应来说,恒容时混合气体的密度等。在利用Mr、ρ、n(总)、p[微点拨]不能作为平衡状态“标志”的四种情况①反应各组分的物质的量之比等于化学方程式中相应化学计量数之比。②恒温恒容下的气体体积不变的反应,体系的压强或总物质的量不随时间而变化,如2HI(g)⇌H2(g)+I2(g)。③全是气体参加的体积不变的反应,体系的平均相对分子质量不随时间而变化,如2HI(g)⇌H2(g)+I2(g)。④全是气体参加的反应,恒容条件下体系的密度保持不变。[题点多维训练]1.在恒温恒容的密闭容器中,当下列物理量不再发生变化时:①混合气体的压强;②混合气体的密度;③混合气体的总物质的量;④混合气体的平均相对分子质量;⑤混合气体的颜色;⑥各反应物或生成物的反应速率之比都等于化学计量数之比。(1)一定能证明2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)达到平衡状态的是(填序号,下同)。

(2)一定能证明I2(g)+H2(g)⇌2HI(g)达到平衡状态的是。

(3)一定能证明A(s)+2B(g)⇌C(g)+D(g)达到平衡状态的是。

2.一定条件下,在容积不变的密闭容器中,发生反应A(g)+2B(g)3C(g)ΔH>0,下列情况能判断该反应达到平衡状态的是()A.容器中的压强保持不变B.容器中混合气体的密度保持不变C.容器中气体的平均摩尔质量保持不变D.A、B、C的浓度保持不变3.已知:N2O4(g)⇌2NO2(g)ΔH>0,现将1molN2O4充入一恒压密闭容器中,下列示意图不能说明反应达到平衡状态的是()4.下列标志可表明对应反应达到平衡状态的是()反应条件可逆反应标志A恒温恒容2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)混合气体的密度不变B恒温恒压NH2COONH4(s)⇌2NH3(g)+CO2(g)NH3在混合气体中的百分含量不变C恒温恒容H2(g)+I2(g)⇌2HI(g)HI的分压不变D恒温恒压2NO2(g)⇌N2O4(g)c(NO2)=2c(N2O4)课下请完成课时跟踪检测(七)第二节化学平衡第1课时化学平衡状态新知探究(一)2.(1)减小增大=(2)减小增大=3.相等浓度[题点多维训练]1.选C14CO2与碳在高温条件下发生反应14CO2+C⇌2CO,一段时间后反应达平衡状态,含14C的二氧化碳和碳反应生成一氧化碳一定含14C,一氧化碳分解过程中14C可以存在于二氧化碳和碳中,则体系中含14C的粒子有14CO2、14CO、14C。2.选C由图知反应可表示为2AB2(g)+B2(g)⇌2AB3(g),A正确;反应方程式中参加反应的B2(g)与生成的AB3(g)的化学计量数之比为1∶2,因反应为可逆反应,转化率达不到100%,所以开始加入1molB2(g),不可能生成2molAB3(g),B正确;化学反应速率之比等于参加反应的各物质的化学计量数之比,所以v(AB2)=v(AB3)、v(AB2)=2v(B2),C错误;相同时间内,c变化量(AB2)∶c变化量(B2)=2∶1,若c(AB2)变化0.1mol·L1,则c(B2)变化为0.05mol·L1,D正确。3.选B可逆反应存在反应限度,反应物不可能完全转化为生成物,当正、逆反应速率相等时,反应达到平衡状态,所以将2molSO2和1molO2充入一固定容积的密闭容器中,SO2和O2不可能完全转化为SO3,A错误;化学反应中原子守恒,所以化学平衡时SO2和SO3中硫原子的总物质的量等于反应初始时SO2的物质的量,B正确;由A项分析可知,2molSO2(g)和1molO2(g)不可能完全转化为2molSO3(g),故放出的热量小于197kJ,C错误;化学反应中原子守恒,平衡时含有的氧原子的物质的量等于初始时SO2和O2中氧原子的总物质的量,为6mol,D错误。4.选A反应逆向进行,反应刚开始时,生成物浓度最大,生成物浓度为0,则正反应速率最小,故A正确;随着反应的进行,反应物浓度逐渐增大,故B错误;该反应为可逆反应,不能完全进行,达到平衡状态时反应体系中CO2的浓度不等于0,故C错误;反应从逆反应开始,逆反应速率逐渐减小,正反应速率逐渐增大,故D错误。5.选D①该容器为绝热容器,容器内温度不变,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态;②由于B为固态,根据质量守恒定律,达到平衡时混合气体的总质量不变,混合气体的密度不变,反应达到平衡状态;③该反应反应前后气体分子数不变,由于是绝热容器,建立平衡过程中容器温度变化,混合气体压强发生变化,达到平衡时温度不变,混合气体压强不变,反应达到平衡状态;④由于B为固态,根据质量守恒定律,达到平衡时混合气体总质量不变,混合气体的平均相对分子质量不变,反应达到平衡状态;⑤C(g)的物质的量浓度不变是化学平衡的特征标志,说明反应达到平衡状态;⑥达到平衡时A、C、D的浓度保持不变,但不一定等于2∶1∶1;⑦某时刻v(A)=2v(C)≠0,没有指明是正反应速率,还是逆反应速率,不能说明反应达到平衡状态;⑧单位时间内生成nmolD,一定消耗2nmolA,同时生成2nmolA,说明反应达到平衡状态。因此能说明反应达到平衡状态的有①②③④⑤⑧。新知探究(二)[导学设计]1.提示:两反应速率均表示正反应速率,反应进行的任何阶段均成比例,不能判断反应是否达到平衡状态。2.提示:因容器的体积不变,而混合气体的总质量不改变,则无论平衡与否,混合气体的密度均不变,不能由此判断反应是否达到平衡状态。3.提示:M=mn,体系中气体总质量不变,随着反应进行,n在减小,所以M是变量。当M不变时,4.提示:因为该反应中气体都是无色气体,所以颜色不再变化无法判断该反应是否达到平衡状态。[题点多维训练]1.解析:混合气体的密度是混合气体的总质量与容器容积的比值,混合气体的平均相对分子质量是混合气体的总质量与总物质的量的比值,混合气体颜色的深浅与有色气体的浓度有关系。在任何时刻各反应物或生成物的反应速率之比都等于化学计量数之比。(1)反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)是反应前后气体物质的量减小的可逆反应,因此混合气体的压强、总物质的量和平均相对分子质量不变均可以说明反应达到平衡状态。(2)反应I2(g)+H2(g)⇌2HI(g)是反应前后气体物质的量不变的可逆反应,由于碘是有色气体,则混合气体的颜色不变可以说明反应达到平衡状态。(3)反应A(s)+2B(g)⇌C(g)+D(g)是反应前后气体物质的量不变,但气体质量增加的可逆反应,因此混合气体的密度、混合气体的平均相对分子质量不变可以说明反应达到平衡状态。答案:(1)①③④(2)⑤(3)②④2.选D容器的体积不