【教学设计】《化学平衡》(人教版)

2024年2月22日发(作者：喝喜酒)

《化学平衡》

◆教材分析

“化学平衡”是高中化学选修教材的内容，它是中学化学的重要理论之一， 对今后电离平衡、盐类的水解、卤化烃的水解、酯的水解等知识的学习起着重要的指导作用。化学平衡概念比较抽象，化学平衡观点的建立也具有一定难度。需要从溶解平衡等已有知识来加以引入有关的概念，来明确化学平衡研究的对象是可逆反应，最后让学生建立起化学平衡是个动态平衡的概念。

◆教学目标

【知识与能力目标】

使学生建立化学平衡的观点、对化学平衡的特征理解性记忆。

【过程与方法目标】

通过学生理解化学平衡的特征以及形成化学平衡概念的过程中，培养学生合作研究、分析问题、解决问题的能力。

【情感态度价值观目标】

从溶解平衡导入化学平衡-----从熟悉内容引领学生思考，使学生对化学平衡知识产生兴趣，带着美好的心情进行后续的学习。

◆教学重难点

【教学重点】

化学平衡的建立与特征。

【教学难点】

化学平衡观点的建立。

◆课前准备

多媒体课件。

◆教学过程

第一课时

炼铁高炉尾气之谜

高炉炼铁的主要反应是:2C(焦炭)+O2(空气)=2CO(放出热量),

Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。炼制1吨生铁所需焦炭的实际用量远高于按照化学方程式计算所需的量,且从高炉中出来的气体中含有没有利用的CO气体,开始,炼铁工程师们认为是CO与铁矿石接触不充分之故,于是设法增加高炉的高度,然而高炉增高后,高炉尾气中的CO比例竟没有改变,这是什么原因呢?

提示:Fe2O3+3CO2Fe+3CO2是一个可逆反应,在此条件下已达到该反应的最大限度,即达到化学平衡状态了。

预习1.可逆反应和不可逆反应

(1)可逆反应。

(2)不可逆反应。

有些反应的逆反应进行程度太小因而可忽略,把这类反应叫不可逆反应,用“=”号表示。例如:Ba+SO4=BaSO4↓。

2.化学平衡状态

(1)化学平衡的建立。

在一定条件下,把1 mol N2和3 mol H2充入某密闭容器中:

2+2-

以上过程用v-t图像表示如图所示:

(2)化学平衡状态。

在一定条件下的可逆反应中,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保持恒定的状态。

(3)化学平衡的特征。

一、 可逆反应

1.可逆反应的特征

(1)正反应和逆反应在相同条件下进行;否则,不是可逆反应。

(2)正、逆反应同时进行,即进行的时间、地点是相同的,反应物和生成物共存。

(3)无论一种反应物如何过量,其他反应物不可能反应完全。

2.可逆反应中示踪原子的存在

当可逆反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)进行到一定程度后,向体系中充入一定量的段时间后,SO2、O2、SO3中均含有O。

1818O2,一

3.可逆反应中的反应热

正反应和逆反应的反应热的绝对值相等,符号相反。

4.可逆反应中各成分物质的浓度(物质的量)范围

分别假设反应物、生成物中某(投料)相对较少的物质完全反应,浓度为0,其他物质剩余浓度为最小极限,另一方各成分浓度则为最大极限,一种物质的浓度范围在最小和最大极限之间。

二、 化学平衡状态的判断

1.化学平衡的标志

(1)“等”,v(正)=v(逆),即同一物质的消耗速率和生成速率相等,不同物质的消耗速率和生成速率之比等于化学计量数之比。

(2)“定”,即化学反应达到平衡后混合物各组分的浓度(或质量)保持不变,各组分的百分含量保持不变。

2.化学反应mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g)平衡状态的判定

典题例解

【例1】 一定条件下,A、B、C的起始浓度分别是0.5 mol·L、0.1 mol·L、1.6 mol·L,可逆反应A(g)+B(g)

A.c(A)=0.2 mol·L

B.c(B)=0

C.c(C)=1.9 mol·L

D.c(B)=0.5 mol·L

解析:列出A、B、C的起始浓度,运用极值法,假设反应物全部转化为生成物,再假设生成物全部转化为反应物,确定各物质浓度的合理值。

A(g) + B(g)

-1-1-1-1-1-1-12C(g)达到平衡时,下列数据合理的是( )

2C(g)

起始(mol·L) 0.5 0.1 1.6

极值1(mol·L) 1.3 0.9 0

极值2(mol·L) 0.4 0 1.8

-1-1

即平衡时三种物质的浓度取值范围分别为0.4 mol·L

mol·L,0

答案:D

【例2】 一定温度下,在固定容积的密闭容器中,可逆反应mA(s)+nB(g)

-1-1-1-1pC(g)+qD(g),当m、n、p、q为任意正整数时,有下列状态:①体系的压强不再发生变化,②气体的密度不再发生变化,③各组分的物质的量浓度不再改变,④各组分的质量分数不再改变,⑤反应速率v(B)∶v(C)∶v(D)=n∶p∶q。其中,能说明反应已达到平衡的是( )

A.③④ B.②③④

C.①②③④ D.①②③④⑤

解析:若n=p+q,压强不变时,不能说明反应已达平衡;根据ρ=𝑚(气)𝑉,随着反应的进行,m(气)变,而V不变,故ρ是变量,当ρ不变时,反应已达到平衡;v(B)∶v(C)∶v(D)=n∶p∶q不能说明v(正)=v(逆)。

答案:B

第二课时

煤炭在燃烧不充分的情况下会产生CO,当人体吸入CO后,CO、O2与人体中的血红蛋白建立如下平衡:CO+Hb·O2O2+Hb·CO(Hb表示血红蛋白),当Hb·CO浓度为Hb·O2浓度的2%时,人的智力将受到严重损伤。

那你知道怎样预防CO中毒吗?若有CO中毒病人你知道怎样急救吗?相信在学习本课时知识后,你将能解决以上问题。

预习

1.化学平衡的移动

(1)含义。

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、温度、压强等),化学平衡状态被破坏(正、逆反应速率不再相等),直至正、逆反应速率再次相等,在新的条件下达到新的化学平衡状态。这种现象称作平衡状态的移动,简称平衡移动。

(2)图示表示。

(3)化学平衡移动的方向判断。

若𝑣(正)=𝑣(逆),平衡不移动;

条件改变若𝑣(正)>𝑣(逆),平衡向正反应方向移动;

若𝑣(正)<𝑣(逆),平衡向逆反应方向移动。{2.影响化学平衡的因素

一、 外界条件的改变对化学平衡的影响

[以mA(g)+nB(g)

pC(g) ΔH<0(m+n

二、 化学平衡图像

1.化学平衡图像理解分析“五看”

一看面(即纵坐标与横坐标的意义),二看线(即线的走向和变化趋势),三看点(即起点、折点、交点、终点),四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线等),五看量的变化(如浓度变化、温度变化等)。

2.化学平衡图像应用原则与方法技巧

(1)“定一议二”原则。

在化学平衡图像中,确定横坐标所表示的量后,讨论纵坐标与曲线的关系;或者确定纵坐标所表示的量,讨论横坐标与曲线的关系,即“定一议二”原则。可以作辅助线帮助分析。例如反应aA(g)+bB(g)

系如图A所示。

cC(g)在不同温度下(T1

图A

由图可知,T1为一条等温线,随着压强的增大,C%减小,化学平衡逆向移动,a+b

(2)“先拐值大”原则。

在化学平衡图像中,先出现拐点的反应则先达到平衡,先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图B)或表示的压强较大(如图C)[仍以aA(g)+bB(g)

cC(g)为例]。

图B表示T2>T1,T2对应的C%小于T1对应的C%,说明升温平衡逆向移动,即该反应正向是放热的。图C表示p2>p1,p2对应的C%小于p1对应的C%,说明加压平衡逆向移动,即a+b

(3)“四位一体”原则。

利用平衡移动原理,观察分析图像和已知信息,在①可逆反应的特点,②平衡条件的变化,③平衡移动的方向(物理量变化)中挖掘找到两个方面的已知信息,再解决第三个方面的问题。

典题例解

【例1】 反应X(g)+Y(g)

A.减小容器体积,平衡向右移动

B.加入催化剂,Z的产率增大

C.增大c(X),X的转化率增大

D.降低温度,Y的转化率增大

解析:该反应前后气态物质的总物质的量不变,减小体积,平衡不移动,A项错误;催化剂不能使平衡移动,Z的产率不变,B项错误;增大X的浓度,平衡正向移动,但X的转化率减小,C项错误;降低温度,平衡正向移动,Y的转化率增大,D项正确。

答案:D

2Z(g) ΔH<0,达到平衡时,下列说法正确的是( )

典题例解

【例2】 某化学科研小组研究在其他条件不变时,改变某一条件对化学平衡的影响,得到如图所示的变化规律(图中p表示压强,T表示温度,n表示物质的量):

根据以上规律判断,下列结论正确的是( )

A.反应Ⅰ:ΔH>0,p2>p1

B.反应Ⅱ:ΔH>0,T1>T2

C.反应Ⅲ:ΔH>0,T2>T1;或ΔH<0,T2

D.反应Ⅳ:ΔH<0,T2>T1

解析:反应Ⅰ,温度升高,A的平衡转化率降低,说明化学平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应,ΔH<0;在温度一定时,增大压强,化学平衡向正反应方向移动,A的平衡转化率增大,即p2>p1,A项错误。由题给反应Ⅱ的图示知T1>T2,温度升高,n(C)减少,平衡向逆反应方向移动,正反应放热,ΔH<0,B项错误。若反应Ⅲ为放热反应,C的平衡体积分数减小时,平衡向逆反应方向移动,则T2T1,C项正确。同理,对于反应Ⅳ,若ΔH<0,则因升温A的平衡转化率减小,所以T1>T2,D项错误。

答案:C

第三课时

均达平衡时,后者中SO3的物质的量是前者的2倍吗?

预习

化学平衡常数

1.概念

在一定温度下,当一个可逆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,这个常数就是该反应的化学平衡常数。

2.表达式

对于可逆反应:mA(g)+n(B)(g)

3.特点

pC(g)+qD(g),K=cp(C)·cq(D)cm(A)·cn(B)。

K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度无关。

4.意义

K值越大,说明平衡体系中生成物所占的比例越大,正向反应进行的程度 越大,即该反应进行得越完全,反应的转化率越大;反之,就越不完全,转化率就越小。

1.平衡常数K仅仅是温度的函数,与反应物或生成物的浓度变化无关。只要温度一定,即便外界条件改变引起了化学平衡的移动,K也不变;只要温度变化,平衡一定发生移动,K也一定变化。

2.各物质的浓度指平衡时的物质的量浓度,指数为该物质的化学计量数。

3.反应物或生成物中有固体或纯液体存在时,由于其浓度可看做“1”而不代入公式。

4.化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。

(1)若反应方向改变,则平衡常数改变。

(2)若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小,尽管是同一反应,平衡常数也会改变。

如N2+3H2

2NH3

2N2+2H2

132NH3,K=a,则有:

2N+3H2,K'=𝑎。

1NH3,K″=𝑎。

12

二、 化学平衡常数的应用

1.判断平衡移动的方向

对于可逆反应mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g)在任意状态时,生成物与反应物浓度的幂之

积之比称为浓度商Qc,即Qc=𝑐𝑝(C)·𝑐𝑞(D)𝑐𝑚(A)·𝑐𝑛(B),则

𝑄c<𝐾,反应向正反应方向进行{𝑄c=𝐾,反应处于平衡状态

𝑄c>𝐾,反应向逆反应方向进行2.判断反应的热效应

3.计算反应物的转化率

依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数可以计算平衡浓度(或起始浓度),从而计算反应物的转化率。

方法归纳

解题模式——“三段式”计算格式

mA(g)+

nB(g)

pC(g)+

qD(g)

起始量/mol

a

b 0 0

变化量/mol

x

nx/m px/m qx/m

起始量/mol

a-x

b-nx/m px/m qx/m

“三段式”中,各物质的物质的量的变化量之比一定等于化学计量数之比,其他则不一定。

对于反应物:n(平衡量)=n(起始量)-n(变化量)

对于生成物:n(平衡量)=n(起始量)+n(变化量)

则A的转化率A%=xa×100%B的转化率B%=nxmb×100%

影响转化率的因素

(1)温度和压强对转化率(α)的影响。

温度或压强改变后,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。

(2)改变反应物用量对转化率(用α表示)的影响。

①反应物不止一种时,如反应mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g)。

a.只增大一种反应物的浓度,该物质本身的转化率减小,其他反应物的转化率增大。如增大c(A),则平衡正向移动,α(A)减小,α(B)增大。

b.若同等比例同倍数增大c(A)、c(B),则平衡正向移动,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

②反应物只有一种时,如反应aA(g)

bB(g)+cC(g)。

增大c(A)则平衡正向移动,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

【例1】 以下平衡常数表达式不正确的是( )

A.N2(g)+3H2(g)

(s)+CO(g)

C.2NH3(g)

D.2NO2(g)

2NH3(g)

K=𝑐2(NH3)𝑐(N2)·𝑐3(H2)𝑐(CO2)𝑐(CO)

Fe(s)+CO2(g)

K=

N2(g)+3H2(g)

N2O4(g)

K=𝑐2(NH3)𝑐(N2)·𝑐3(H2)𝑐(NO)224K=𝑐2(NO

)解析:平衡常数K的表达式中,各成分浓度必须是平衡浓度、浓度的方次为其化学计量数、固体和纯液体的浓度视为常数,不写在K的表达式中;是产物浓度幂的积与反应物浓度幂的积的比值。

答案:C

【例2】 在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:CO2(g)+H2(g)

其化学平衡常数K和温度T的关系如下表所示:

CO(g)+H2O(g),

回答下列问题:

(1)该反应的化学平衡常数表达式为K= 。

(2)该反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。

(3)某温度下,平衡浓度符合下式:c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O),试判断此时的温度

为 ℃。此温度下加入1 mol CO2(g)和1 mol H2(g),充分反应,达到平衡时,CO2的转化率为 。

(4)在800 ℃时,发生上述反应,某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)为2

mol·L,c(H2)为1.5 mol·L,c(CO)为1 mol·L,c(H2O)为3 mol·L,则正、逆反应速率的比较为v(正) (填“>”“<”或“=”)v(逆)。

解析:(2)温度越高,K值越大,说明升温平衡向正反应方向移动,说明正向为吸热反应。(3)由题意可得K=1,查表可知此时温度为830 ℃,设反应了的CO2为x mol,则消耗掉的H2为x mol,生成的CO和H2O均是x mol(体积为V L)

𝑥𝑥𝑉𝑉1-𝑥1-𝑥()·()𝑉𝑉-1-1-1-1K=1=()·(),整理得x=0.5。

则CO2的转化率为50%。

(4)800 ℃时,K=0.9,此刻的浓度商

Qc=𝑐(CO)·𝑐(H2𝑂)𝑐(CO2)·𝑐(H2)=1mol·L-1×3 mol·L-12mol·L-1×1.5 mol·L-1=1,

即K

答案:(1)

𝑐(CO)·𝑐(H2𝑂)𝑐(CO2)·𝑐(H2) (2)吸热 (3)830 50% (4)<

◆教学反思

略。