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第三节 化学平衡2


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第三节 化学平衡
第 1 课时 〖教学内容分析〗 教材的理论性较强,比较抽象。如浓度、温度等外界条件对化学反应速率的影响,以及化学 平衡观点的建立等,对学生来说都具有一定的难度。因此,教材注意采用多种方式,将一些 较抽象的知识用浅显通俗的方式表达出来,帮助学生理解有关知识。教材注意培养学

生的科 学方法。例如,教材在介绍平衡移动原理时,既充分肯定它的作用,说明它适用于所有的动 态平衡,又指出它亦有局限性,即不能用它来判断建立新平衡所需要的时间,以及平衡建立 过程中各物质间的数量关系等。 〖教学目标设定〗 1.了解可逆反应,掌握化学平衡的概念及其特点。 2.培养学生分析、归纳,语言表达能力。 3.结合平衡是相对的、有条件的、动态的等特点对学生进行辩证唯物主义教育。科学品质: 培养学生严谨的学习态度和思维习惯。 4.加强新知识的运用,找到新旧知识的连接处是掌握新知识的关键。 〖教学重点难点〗 重点、难点化学平衡的概念及其特点。 〖教学方法建议〗 类比,实验,归纳 〖教学过程设计〗 [创设问题情景] (由问题引入) 什么是可逆反应?在一定条件下 2molSO2 与 1molO2 反应能否得到 2molSO3 ?得不到 2molSO3,能得到多少摩 SO3?也就是说反应到底进行到什么程度?这就是化学平衡所研究 的问题。 [学生回答]在相同条件下既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应叫做可逆反 应。SO2 与 O2 的反应为可逆反应不能进行完全,因此得不到 2molSO3。 提出反应程度的问题,引入化学平衡的概念。 结合所学过的速率、浓度知识有助于理解抽象的化学平衡的概念的实质。 【分析】在一定条件下,2molSO2 与 1molO2 反应体系中各组分速率与浓度的变化并画图。回 忆,思考并作答。 【板书】一、化学平衡状态 1.定义:见课本 P26 页 【分析】引导学生从化学平衡研究的范围,达到平衡的原因与结果进行分析、归纳。 研究对象:可逆反应
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化学平衡前提:温度、压强、浓度一定 原因:v 正=v 逆(同一种物质) 结果:各组成成分的质量分数保持不变。 准确掌握化学平衡的概念,弄清概念的内涵和外延。 【提问】化学平衡有什么特点? 【引导】引导学生讨论并和学生一起小结。 为了使学生较好地理解动态平衡的含义,还可以引用适当的比喻。例如:当水槽中进水和出 水的速度相等时,槽内水量保持不变;当商场在一定时间里进出人数相同时,商场内人数保 持不变等。 实验步骤如下: 出示天平和装了

4 水的一个矿泉水瓶Ⅰ,等待静止平衡,不动 5

时称为平衡状态; 一个空矿泉水瓶剪去上部, 下部刺一个小孔; 按图 4 所示向Ⅱ空瓶内不断倒水,使它出现与Ⅰ瓶水 位等高 的状态,而且保持这一水位。告诉学生这时水位不变了,也可 以称为平衡了。请思考Ⅰ与Ⅱ两种平衡有何不同。 [学生得结论] Ⅰ为静态平衡,Ⅱ为动态平衡。 加深对平衡概念的理解。 讨论题:在一定温度下,反应 (A)混合气颜色不随时间的变化 (B)数值上 v(NO2 生成)=2v(N2O4 消耗) (C)单位时间内反应物减少的分子数等于生成物增加的分子数 (D)压强不随时间的变化而变化 (E)混合气的平均分子量不变 讨论结果:因为该反应如果达平衡,混合物体系中各组分的浓度与总物质的量均保持不 变,即颜色不变,压强、平均分子量也不变。因此可作为达平衡的标志(A)、(D)、(E)。 加深对平衡概念的理解,培养学生分析问题和解决问题的能力。
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达平衡的标志是(



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【过渡】化学平衡状态代表了一定条件下化学反应进行达到了最大程度,如何定量的表示化 学反应进行的程度呢? 2.转化率:在一定条件下,可逆反应达化学平衡状态时,某一反应物消耗量占该反应物起 始量的质量分数,叫该反应物的转化率。 公式:a=△c/c 始×100% 通过讨论明确由于反应可逆,达平衡时反应物的转化率小于 100%。 通过掌握转化率的概念,公式进一步理解化学平衡的意义。 〖教学习题补充〗 1. 对于一定温度下的密闭容器中, 可逆反应 (A)压强不随时间的变化而变化 (B)混合气的平均分子量一定 (C)生成 n mol H2 同时生成 2n mol HI (D)v(H2)=v(I2) 2.合成氨生产中,进入塔内的氮气和氢气体积比为 1∶3,p=1.52× 107Pa(150atm) ,从 合成塔出来的氨占平衡混合气体积的 16%,求合成塔出来的气体的压强。 平衡时 NH3 的体积分数为: 达平衡的标志是 ( )

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选修 4 化学平衡
第 2 课时 〖教学目标设定〗 1.了解浓度、压强、温度等外界条件对化学平衡移动的影响。 2.掌握用化学平衡的移动原理来定性定量地分析化学平衡问题。 3.了解平衡移动原理的重要意义,学会解决问题的科学方法。 〖教学重点难点〗 化学平衡移动原理 〖教学方法建议〗 实验探究法,归纳法 〖教学过程设计〗 (1)浓度对平衡移动的影响 探究活动(一)浓度对化学平衡的影响 让同学复述勒沙特里原理,然后提出并演示,铬酸根 呈黄色,重铬酸根

呈橙色。在水溶液中,铬酸根离子和重铬酸根离子存在下列平衡:

提问: (1)若往铬酸钾溶液里加入硫酸,溶液颜色有什么变化? (2)再加氢氧化钠溶液,颜色又有什么变化? (3)若又加酸溶液,颜色将怎样变化? (1)含 移动, 同。 (2)再加入 述平衡向生成 变成黄色。
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溶液中加入硫酸,由于

浓度增加,上述平衡向生成

的方向 溶液的颜色相

浓度增加,溶液颜色由黄色变橙色。此时溶液颜色与

溶液,由于 的方向移动,

中和溶液中的 浓度减少、

,使溶液中

浓度降低,上

浓度增加,溶液颜色由橙色

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(3)又加硫酸,溶液由黄色变橙色,理由同上。 按照下表操作栏实验,观察现象。解释颜色变化原因。 操 作 现 象 解 释

增大反应物的浓度或减小生成物的浓度,化学平衡向正反应方向移动。 (2)压强对平衡移动的影响 学习压强对平衡移动影响的时候,要注意的一点是,当增大平衡体系压强,混合物由各 气体组分的浓度以同等倍数增加,但是,这种气体物质浓度的等倍数增加,不见得会使正、 逆反应速率等倍增加。例如

当反应处于化学平衡状态时,

; 如果此时把压强增大一倍, 则

均为原平衡浓度的两倍,这种浓度的变化对正逆反应速率的影响是:

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这就是说当把压强增大一倍时,虽然正、逆反应速率都增加了,正反应速率是原平衡速 率的 8 倍,逆反应速率是原平衡速率的 4 倍。

所以,增加压强会使平衡向生成三氯化硫的方向移动,也就是向气体体积缩小的方向移 动。 又如下述平衡体系:

1 体积 是 1 体积,

2 体积 ,

是 2 体积,当增加压强时,逆反应速率增加的多,使

平衡向逆反应方向移动。 反应物与生成物的气体分子数相等,即气体体积相等的反应如:

压强变化,并不能使平衡发生移动。 压强对化学平衡的影响可以总结如下:在温度一定的条件下,增大压强,使平衡向气体 体积缩小的方向移动;减小压强,使平衡向气体体积增大的方向移动;如果反应物与生成物 的气体分子数相等时,改变压强平衡不移动;平衡混合物各组分均为液相或固相时,改变压 强平衡也不移动 (3)温度对平衡移动的影响 探究活动(二)温度对化学平衡的影响 硫酸铜溶液中加入溴化钾,发生下列反应:

蓝色

绿色
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将上述平衡体系加热,使溶液温度升高,颜色怎样变化?冷却后,颜色又怎样改变?做 实验检验你的答案。 在试管中加入 0.1 M 的 溶液 5 毫升,再加 1 M 溶液 2 毫升,观察所得溶液

的颜色。倒出 3 毫升于另一试管,然后在酒精灯上加热,观察颜色变化(与没加热的溶液对 比)。等加热的试管稍稍冷却后,把试管浸入冷水中,观察颜色变化。 平衡体系温度升高,溶液的绿色加深;冷却后,颜色又变浅。 [仪器和药品] 1.学生用:烧杯(50 毫升)、滴定管 2 支、量筒(10 毫升)、搅拌棒、试管、石棉网、 铁架台(附铁杯)、保温瓶(贮开水)、酒精灯、火柴。 3 M 氢氧化钠溶液、3 M 硫酸溶液、0.5 M 氯化铁溶液、0.1 M 硫酸铜、1 M 溴化钾溶液。 2.讲台上公用:1 M 铬酸钾溶液 0.5 升、1 M 重铬酸钾溶液 0.1 升。 温度对平衡移动的影响, 取决于化学反应的热效应。 对于正反应方向是放热的平衡体系, 升高温度,平衡向逆反应方向移动;正反应方向是吸热的平衡体系,升高温度,平衡向正反 应方向移动。例如:

(红棕色)

(无色)

升高温度,红棕色变深,说明平衡向逆反应方向移动;降低温度,红棕色变浅,说明平 衡向正反应方向移动。

【总结】
化学平衡的移动是由于浓度、温度、压强的变化,使 正反应方向移动;当 时,平衡向逆反应方向移动。 。当 时,平衡向

浓度,压强,温度对化学平衡的影响,可以概括为平衡移动原理——勒沙特列原理:如 果改变影响平衡的一个条件,平衡就向能够减弱这种改变的方向移动(催化剂能等倍地增加 正,逆反应的速率,不能造成平衡的移动。)
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〖教学习题补充〗 一、选择题 1.下列事实不能用勒沙特列原理来解释的是( (A)往硫化氢水溶液中加碱有利于 (C)高压有利于合成氨反应 2.下列说法正确的是( ) 增加 ) (B)加入催化剂有利于氨氧化反应

(D)500℃左右比室温更有利于合成氨反应

(A)可逆反应的特征是正反应速率总是和逆反应速率相等 (B)其他条件不变时,使用催化剂只改变反应速率,而不能改变化学平衡状态。 (C)在其他条件不变时,升高温度可以使化学平衡向吸热反应的方向移动 (D)在其他条件不变时,增大压强一定会破坏气体反应的平衡状态 3.在某温度下反应

在密闭容器中达到平衡。下列说法正确的是( (A) 温度不变,缩小体积, (B)温度不变,增大体积, 转化率增大 产率提高



(C)升高温度,增大体积,有利于平衡向正反应方向移动 (D)温度降低,体积不变, 转化率降低

4.氙气和氟气按一定比例混合,在一定条件下可直接反应达到如下平衡

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下列变化既能加快反应速率又能使平衡向正反应方向移动的是( (A)升高温度 (B)加压 (C)减压



(D)适当降温

5.某温度下碳和水蒸气在密闭容器中发生下列反应:

当反应达平衡时测得 (A)0.1mol/L (C)1.8mol/L

, (B)0.9mol/L (D)1.9mol/L

,则

的浓度为(



6.在一定温度下,向一个容积固定的密闭容器中充入 2mol X 气体,发生反应

使反应达到平衡,这时容器中混合气体中 X 气体体积分数是 a%。若在同一容器中,最初 放入的是 1mol Y 和 1mol Z 的混合气体,并在相同的温度下使反应达到平衡,这时混合气体 中 X 气体所占的体积分数是 b%。则 a 和 b 的关系是( (A)a>b (B)a=b (C)a<b ) (D)2a=b

7.在一定条件下,在四个相同容积的密闭容器中分别充入表中四种配比的气体,发生的反 应是

达平衡后,两个容器内四种物质的浓度均相同的是( (A)①和③ (B)①和② (C)②和④

) (D)③和④

8.在密闭容器中,反应达平衡时,A 的浓度为 0.5mol/L 若保持温度不变,将容器的容积扩 大到原来的 2 倍,达新平衡时 A 的浓度降为 0.3mol/L。下列判断正确的是(
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(A)X+Y<Z (C)B 的转化率降低 答案: 1.B、D 5.B 二、计算题 在 673K, 2.B、C 6.A

(B)平衡向正反应方向移动 (D)C 的体积分数下降

3.A 7.A、C

4.B 8.C、D

下,有 1mol 某气体 A,发生如下反应:

并达到平衡,A 在混合气中的体积分数为 58.4%,混合气总质量为 46g,密闭 0.72g/L 求: (1)达到平衡后混合气体的平衡分子量。 (2)A 的转化率。 (3)B 的系数 x 的值。 (4)相同条件下反应前 A 气体密度是平衡混合气密度的多少倍? (4)达平衡时,混合气物质的量总和为反应前的 1.16 倍,则达平衡时混合气总体积为 反应前的 1.16 倍(保持恒压),因此反应前气体密度为平衡时气体密度的 1.16 倍。

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选修 4 化学平衡
第 3 课时 〖教学目标设定〗 1. 了解化学平衡常数的涵义。 2.能利用化学平衡常数计算反应物的转化率。 3.培养学生探索化学反应变化规律的兴趣。 〖教学重点难点〗 化学平衡常数的表示方法和应用 〖教学方法建议〗 讨论,讲授法 〖教学过程设计〗 下面我们以 H2 和 I2 的反应为例,研究化学平衡的性质。 H2(g)+I2(g) 2HI(g) 在 457.6℃时,反应体系中各物质浓度的有关数据如下: 平衡常数 起始时各物质的浓度 — (mol·L 1) H2 1.197× 10 1.228× 10 1.201× 10 0 0 0
—2 —2 —2

平衡时各物质的浓度 — (mol·L 1) HI H2 5.617× 10 3.841× 10 4.580× 10
—2 —2 —2 —3 —3 —3 —3 —3 —3

c 2 ( HI ) c( H 2 ) ? c( I 2 )

I2 6.944× 10 9.964× 10 8.403× 10 0 0 0
—3 —3 —3

I2 5.936× 10 1.524× 10 9.733× 10 1.696× 10 1.433× 10 4.231× 10
—4 —4 —4 —4 —4 —4

HI 1.270× 10 1.687× 10 1.486× 10 1.181× 10 1.000× 10 2.934× 10
—2 —2 —2 —2 —2 —2

0 0 0 1.520× 10 1.287× 10 3.777× 10

48.38 48.61 49.54 48.48 48.71 48.81 48.74

1.696× 10 1.433× 10 4.213× 10

化学平衡常数平均值

分析上表的数据,可么得出以下结论: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(简称平衡常数) ,用符号 K 表示。例如,
c 2 ( HI ) =K c( H 2 ) ? c( I 2 )

进一步研究发现,对于一般的可逆反应, mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 当在一定温度下达到平衡时,可以得出
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c p (C ) ? c q ( D) c m ( A) ? c n ( B)

?K

例如,在 25℃时,H2+Cl2 2HCl,K=5.3× 16;H2+Br2 10 2HBr,K=2.2× 9。K 10 值越大,说明平衡体系中生成物所占的比例越大,它的正向反应进行的程度越大,即该反应 进行得越完全,反应物转化率越大;反之,就越不完全,转化率就越小。一般地说,K>105 时,该反应进行得就基本完全了。K 只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。 【例 1】在某温度下,将 H2 和 I2 各 0.10mol 的气态混合物充入 10L 的密闭容器中,充分 反应,达到平衡后,测得 c(H2)=0.008 0 mol/L。 (1)求该反应的平衡常数。 (2)在上述温度下,该容器中若通入 H2 和 I2 蒸气各 0.20 mol,试求达到化学平衡状态 时各物质的浓度。 【解】 (1)依题意可知,平衡时 c(H2)=0.008 0 mol/L,消耗 c(H2)=0.002 0 mol/L,生成 c(HI)=0.004 0 mol/L H2 起始时各物质浓度/mol·L 1 — 平衡时各物质浓度/ mol·L 1
K?


+

I2 0.010 0.008 0

2HI 0 0.004 0

0.010 0.008 0

c( HI ) 2 (0.0040) 2 ? ? 0.25 c( H 2 ) ? c( I 2 ) (0.0080) 2

答:平衡常数为 0.25。 (2)依题意可知,c(H2)=0.020 mol/L, c(I2)=0.020 mol/L 设 H2 的消耗浓度为 x。则: 平衡时各物质浓度/ mol·L
—1

H2

+

I2

2HI

0.020-x 0.020-x 2x
c( HI ) 2 (2 x) 2 ? ? 0.25 c( H 2 ) ? c( I 2 ) (0.020? x) 2

因为 K 不随浓度发生变化, K ?

解得 x=0.004 0 mol/L 平衡时 c(H2)= c(I2)=0.016 mol/L c(HI)=0.008 0 mol/L 答:c(H2)= c(I2)=0.016 mol/L,c(HI)=0.008 0 mol/L。 【例 2】在密闭容器中,将 2.0 mol CO 与 10 mol H2O 混合加热到 800℃,达到下列平衡: CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) K=1.0 求 CO 转化为 CO2 的转化率。 【解】设 x 为达到平衡时 CO 转化为 CO2 的物质的量,V 为容器容积。 CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)

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起始浓度 平衡浓度

2.0 V

10 V 10 ? x V
x2

0 V x V

0 V x V

2.0 ? x V

K?

c(CO ) ? c( H 2 ) V2 ? ? 1. 0 c(CO ) ? c( H 2 O ) 2.0 ? x 10 ? x ? V v

x 2 ? (2.0 ? x)(10 ? x) x 2 ? 20 ? 12x ? x 2 x? 20 ? 1.66 12

CO 转化为 CO2 的转化率为:

1.66 ?100% ? 83% 2.0

答:CO 转化为 CO2 的转化率为 83%。 〖教学习题补充〗 1.2.0 mol PCl3 和 1.0 mol Cl2 充入体积不变的密闭容器中,在一定条件下发生下述反应: PCl3(g)+Cl2(g) PCl5(g) 达到平衡时,PCl5 为 0.40 mol,如果此时移走 1.0mol PCl3 和 0.50 mol Cl2,在相同温度下 再达平衡时 PCl5 的物质的量是 ( ) A.0.40 mol B.0.20 mol C.小于 0.20mol D.大于 0.20mol,小于 0.40mol 2.已知一氧化碳与水蒸气的反应为:CO(g)+H2(g) CO2(g)+H2(g) 在 427℃时的平衡常数是 9.4。 如果反应开始时, 一氧化碳和水蒸气的浓度都是 0.01mol/L, 计算一氧化碳此反应条件下的转化率。

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