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2019-2020年新人教版高中化學選修4第二章第三節(jié) 化學平衡2 〖教學內容分析〗 教材的理論性較強，比較抽象。如濃度、溫度等外界條件對化學反應速率的影響，以及化學平衡觀點的建立等，對學生來說都具有一定的難度。因此，教材注意采用多種方式，將一些較抽象的知識用淺顯通俗的方式表達出來，幫助學生理解有關知識。教材注意培養(yǎng)學生的科學方法。例如，教材在介紹平衡移動原理時，既充分肯定它的作用，說明它適用于所有的動態(tài)平衡，又指出它亦有局限性，即不能用它來判斷建立新平衡所需要的時間，以及平衡建立過程中各物質間的數(shù)量關系等。 〖教學目標設定〗 1．了解可逆反應，掌握化學平衡的概念及其特點。 2．培養(yǎng)學生分析、歸納，語言表達能力。 3．結合平衡是相對的、有條件的、動態(tài)的等特點對學生進行辯證唯物主義教育?？茖W品質：培養(yǎng)學生嚴謹?shù)膶W習態(tài)度和思維習慣。 4．加強新知識的運用，找到新舊知識的連接處是掌握新知識的關鍵。 〖教學重點難點〗 重點、難點化學平衡的概念及其特點。 〖教學方法建議〗 類比，實驗，歸納 〖教學過程設計〗 [創(chuàng)設問題情景] （由問題引入） 什么是可逆反應？在一定條件下2molSO2與1molO2反應能否得到2molSO3？得不到2molSO3，能得到多少摩SO3？也就是說反應到底進行到什么程度？這就是化學平衡所研究的問題。 [學生回答]在相同條件下既能向正反應方向進行又能向逆反應方向進行的反應叫做可逆反應。SO2與O2的反應為可逆反應不能進行完全，因此得不到2molSO3。 　　提出反應程度的問題，引入化學平衡的概念。 　　結合所學過的速率、濃度知識有助于理解抽象的化學平衡的概念的實質。 【分析】在一定條件下，2molSO2與1molO2反應體系中各組分速率與濃度的變化并畫圖。回憶，思考并作答。 【板書】一、化學平衡狀態(tài) 1．定義：見課本P26頁 【分析】引導學生從化學平衡研究的范圍，達到平衡的原因與結果進行分析、歸納。 研究對象：可逆反應 化學平衡前提：溫度、壓強、濃度一定 原因：v正=v逆（同一種物質） 結果：各組成成分的質量分數(shù)保持不變。 準確掌握化學平衡的概念，弄清概念的內涵和外延。 【提問】化學平衡有什么特點？ 【引導】引導學生討論并和學生一起小結。 為了使學生較好地理解動態(tài)平衡的含義，還可以引用適當?shù)谋扔?。例如：當水槽中進水和出水的速度相等時，槽內水量保持不變；當商場在一定時間里進出人數(shù)相同時，商場內人數(shù)保持不變等。 實驗步驟如下： 出示天平和裝了水的一個礦泉水瓶Ⅰ，等待靜止平衡，不動時稱為平衡狀態(tài)；一個空礦泉水瓶剪去上部，下部刺一個小孔； 按圖4所示向Ⅱ空瓶內不斷倒水，使它出現(xiàn)與Ⅰ瓶水 位等高的狀態(tài)，而且保持這一水位。告訴學生這時水位不變了，也可以稱為平衡了。請思考Ⅰ與Ⅱ兩種平衡有何不同。 [學生得結論] Ⅰ為靜態(tài)平衡，Ⅱ為動態(tài)平衡。 　　加深對平衡概念的理解。 討論題：在一定溫度下，反應達平衡的標志是（ ） 　　（A）混合氣顏色不隨時間的變化 　?。˙）數(shù)值上v（NO2生成）=2v（N2O4消耗） 　?。–）單位時間內反應物減少的分子數(shù)等于生成物增加的分子數(shù) 　?。―）壓強不隨時間的變化而變化 　?。‥）混合氣的平均分子量不變 　　討論結果：因為該反應如果達平衡，混合物體系中各組分的濃度與總物質的量均保持不變，即顏色不變，壓強、平均分子量也不變。因此可作為達平衡的標志（A）、（D）、（E）。 　　加深對平衡概念的理解，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。 【過渡】化學平衡狀態(tài)代表了一定條件下化學反應進行達到了最大程度，如何定量的表示化學反應進行的程度呢？ 2．轉化率：在一定條件下，可逆反應達化學平衡狀態(tài)時，某一反應物消耗量占該反應物起始量的質量分數(shù)，叫該反應物的轉化率。 公式：a=△c／c始100％ 　　通過討論明確由于反應可逆，達平衡時反應物的轉化率小于100％。 　　通過掌握轉化率的概念，公式進一步理解化學平衡的意義。 〖教學習題補充〗 1．對于一定溫度下的密閉容器中，可逆反應達平衡的標志是（ ） （A）壓強不隨時間的變化而變化 　?。˙）混合氣的平均分子量一定 　?。–）生成n mol H2同時生成2n mol HI 　　（D）v（H2）=v（I2） 2．合成氨生產中，進入塔內的氮氣和氫氣體積比為1∶3，p=1.52107Pa（150atm），從合成塔出來的氨占平衡混合氣體積的16％，求合成塔出來的氣體的壓強。 平衡時NH3的體積分數(shù)為： 選修4化學平衡 第2課時 〖教學目標設定〗 1．了解濃度、壓強、溫度等外界條件對化學平衡移動的影響。 2．掌握用化學平衡的移動原理來定性定量地分析化學平衡問題。 3．了解平衡移動原理的重要意義，學會解決問題的科學方法。 〖教學重點難點〗 化學平衡移動原理 〖教學方法建議〗 實驗探究法，歸納法 〖教學過程設計〗 (1)濃度對平衡移動的影響 探究活動（一）濃度對化學平衡的影響 　　讓同學復述勒沙特里原理，然后提出并演示，鉻酸根 呈黃色，重鉻酸根 呈橙色。在水溶液中，鉻酸根離子和重鉻酸根離子存在下列平衡： 　　提問： 　?。?）若往鉻酸鉀溶液里加入硫酸，溶液顏色有什么變化？ 　?。?）再加氫氧化鈉溶液，顏色又有什么變化？ 　?。?）若又加酸溶液，顏色將怎樣變化？ 　?。?）含 溶液中加入硫酸，由于 濃度增加，上述平衡向生成 的方向移動， 濃度增加，溶液顏色由黃色變橙色。此時溶液顏色與 溶液的顏色相同。 　?。?）再加入 溶液，由于 中和溶液中的 ，使溶液中 濃度降低，上述平衡向生成 的方向移動， 濃度減少、 濃度增加，溶液顏色由橙色變成黃色。 　?。?）又加硫酸，溶液由黃色變橙色，理由同上。 按照下表操作欄實驗，觀察現(xiàn)象。解釋顏色變化原因。 操 作 現(xiàn) 象 解 釋 增大反應物的濃度或減小生成物的濃度，化學平衡向正反應方向移動。 　　（2）壓強對平衡移動的影響 　　學習壓強對平衡移動影響的時候，要注意的一點是，當增大平衡體系壓強，混合物由各氣體組分的濃度以同等倍數(shù)增加，但是，這種氣體物質濃度的等倍數(shù)增加，不見得會使正、逆反應速率等倍增加。例如 　　當反應處于化學平衡狀態(tài)時， ；如果此時把壓強增大一倍，則 均為原平衡濃度的兩倍，這種濃度的變化對正逆反應速率的影響是： 　　這就是說當把壓強增大一倍時，雖然正、逆反應速率都增加了，正反應速率是原平衡速率的8倍，逆反應速率是原平衡速率的4倍。 　　所以，增加壓強會使平衡向生成三氯化硫的方向移動，也就是向氣體體積縮小的方向移動。 　　又如下述平衡體系： 1體積 2體積 是1體積， 是2體積，當增加壓強時，逆反應速率增加的多，使 ，平衡向逆反應方向移動。 　　反應物與生成物的氣體分子數(shù)相等，即氣體體積相等的反應如： 壓強變化，并不能使平衡發(fā)生移動。 　　壓強對化學平衡的影響可以總結如下：在溫度一定的條件下，增大壓強，使平衡向氣體體積縮小的方向移動；減小壓強，使平衡向氣體體積增大的方向移動；如果反應物與生成物的氣體分子數(shù)相等時，改變壓強平衡不移動；平衡混合物各組分均為液相或固相時，改變壓強平衡也不移動 （3）溫度對平衡移動的影響 探究活動（二）溫度對化學平衡的影響 　　硫酸銅溶液中加入溴化鉀，發(fā)生下列反應： 　　 　　藍色　　　　 綠色 　　將上述平衡體系加熱，使溶液溫度升高，顏色怎樣變化？冷卻后，顏色又怎樣改變？做實驗檢驗你的答案。 　　在試管中加入0.1 M的 溶液5毫升，再加1 M 溶液2毫升，觀察所得溶液的顏色。倒出3毫升于另一試管，然后在酒精燈上加熱，觀察顏色變化（與沒加熱的溶液對比）。等加熱的試管稍稍冷卻后，把試管浸入冷水中，觀察顏色變化。 　　平衡體系溫度升高，溶液的綠色加深；冷卻后，顏色又變淺。 　　[儀器和藥品] 　　1．學生用：燒杯（50毫升）、滴定管2支、量筒（10毫升）、攪拌棒、試管、石棉網、鐵架臺（附鐵杯）、保溫瓶（貯開水）、酒精燈、火柴。 　　3 M氫氧化鈉溶液、3 M硫酸溶液、0.5 M氯化鐵溶液、0.1 M硫酸銅、1 M溴化鉀溶液。 2．講臺上公用：1 M鉻酸鉀溶液0.5升、1 M重鉻酸鉀溶液0.1升。 　　溫度對平衡移動的影響，取決于化學反應的熱效應。對于正反應方向是放熱的平衡體系，升高溫度，平衡向逆反應方向移動；正反應方向是吸熱的平衡體系，升高溫度，平衡向正反應方向移動。例如： （紅棕色） （無色） 　　升高溫度，紅棕色變深，說明平衡向逆反應方向移動；降低溫度，紅棕色變淺，說明平衡向正反應方向移動。 【總結】 化學平衡的移動是由于濃度、溫度、壓強的變化，使 。當 時，平衡向正反應方向移動；當 時，平衡向逆反應方向移動。 濃度，壓強，溫度對化學平衡的影響，可以概括為平衡移動原理——勒沙特列原理：如果改變影響平衡的一個條件，平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動（催化劑能等倍地增加正，逆反應的速率，不能造成平衡的移動。） 〖教學習題補充〗 一、選擇題 1．下列事實不能用勒沙特列原理來解釋的是（ ） 　?。ˋ）往硫化氫水溶液中加堿有利于 增加　?。˙）加入催化劑有利于氨氧化反應 　?。–）高壓有利于合成氨反應　?。―）500℃左右比室溫更有利于合成氨反應 2．下列說法正確的是（ ） 　　（A）可逆反應的特征是正反應速率總是和逆反應速率相等 　?。˙）其他條件不變時，使用催化劑只改變反應速率，而不能改變化學平衡狀態(tài)。 　　（C）在其他條件不變時，升高溫度可以使化學平衡向吸熱反應的方向移動 　?。―）在其他條件不變時，增大壓強一定會破壞氣體反應的平衡狀態(tài) 3．在某溫度下反應 　　 　　在密閉容器中達到平衡。下列說法正確的是（ ） （A） 溫度不變，縮小體積， 轉化率增大 （B）溫度不變，增大體積， 產率提高 （C）升高溫度，增大體積，有利于平衡向正反應方向移動 （D）溫度降低，體積不變， 轉化率降低 4．氙氣和氟氣按一定比例混合，在一定條件下可直接反應達到如下平衡 　　　　 　　下列變化既能加快反應速率又能使平衡向正反應方向移動的是（ ） 　　（A）升高溫度 （B）加壓 （C）減壓 （D）適當降溫 5．某溫度下碳和水蒸氣在密閉容器中發(fā)生下列反應： 　　　　 　　　　　 　　當反應達平衡時測得 ， ，則 的濃度為（ ） 　?。ˋ）0.1mol/L （B）0.9mol/L 　　（C）1.8mol/L （D）1.9mol/L 6．在一定溫度下，向一個容積固定的密閉容器中充入2mol X氣體，發(fā)生反應 　　　　 　　使反應達到平衡，這時容器中混合氣體中X氣體體積分數(shù)是a%。若在同一容器中，最初放入的是1mol Y和1mol Z的混合氣體，并在相同的溫度下使反應達到平衡，這時混合氣體中X氣體所占的體積分數(shù)是b%。則a和b的關系是（ ） 　?。ˋ）a＞b （B）a＝b　　?。–）a＜b　　?。―）2a＝b 7．在一定條件下，在四個相同容積的密閉容器中分別充入表中四種配比的氣體，發(fā)生的反應是 　　　　 　　達平衡后，兩個容器內四種物質的濃度均相同的是（ ） 　?。ˋ）①和③ （B）①和② （C）②和④ （D）③和④ 8．在密閉容器中，反應達平衡時，A的濃度為0.5mol/L若保持溫度不變，將容器的容積擴大到原來的2倍，達新平衡時A的濃度降為0.3mol/L。下列判斷正確的是（ ） 　　　　 　?。ˋ）X＋Y＜Z　　　　　　（B）平衡向正反應方向移動 　?。–）B的轉化率降低　　?。―）C的體積分數(shù)下降 答案： 1．B、D 2．B、C 3．A 4．B 5．B 6．A 7．A、C 8．C、D 二、計算題 在673K， 下，有1mol某氣體A，發(fā)生如下反應： 并達到平衡，A在混合氣中的體積分數(shù)為58.4%，混合氣總質量為46g，密閉0.72g/L求： 　?。?）達到平衡后混合氣體的平衡分子量。 　?。?）A的轉化率。 　?。?）B的系數(shù)x的值。 　?。?）相同條件下反應前A氣體密度是平衡混合氣密度的多少倍？ （4）達平衡時，混合氣物質的量總和為反應前的1.16倍，則達平衡時混合氣總體積為反應前的1.16倍（保持恒壓），因此反應前氣體密度為平衡時氣體密度的1.16倍。 選修4化學平衡 第3課時 〖教學目標設定〗 1． 了解化學平衡常數(shù)的涵義。 2．能利用化學平衡常數(shù)計算反應物的轉化率。 3．培養(yǎng)學生探索化學反應變化規(guī)律的興趣。 〖教學重點難點〗 化學平衡常數(shù)的表示方法和應用 〖教學方法建議〗 討論，講授法 〖教學過程設計〗 下面我們以H2和I2的反應為例，研究化學平衡的性質。 H2(g)+I2(g) 2HI(g) 在457.6℃時，反應體系中各物質濃度的有關數(shù)據(jù)如下： 起始時各物質的濃度 （molL—1） 平衡時各物質的濃度 （molL—1） 平衡常數(shù) H2 I2 HI H2 I2 HI 1.19710—2 6.94410—3 0 5.61710—3 5.93610—4 1.27010—2 48.38 1.22810—2 9.96410—3 0 3.84110—3 1.52410—4 1.68710—2 48.61 1.20110—2 8.40310—3 0 4.58010—3 9.73310—4 1.48610—2 49.54 0 0 1.52010—2 1.69610—3 1.69610—4 1.18110—2 48.48 0 0 1.28710—2 1.43310—3 1.43310—4 1.00010—2 48.71 0 0 3.77710—2 4.21310—3 4.23110—4 2.93410—2 48.81 化學平衡常數(shù)平均值 48.74 分析上表的數(shù)據(jù)，可么得出以下結論：在一定溫度下，當一個可逆反應達到化學平衡時，生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值是一個常數(shù)，這個常數(shù)就是該反應的化學平衡常數(shù)（簡稱平衡常數(shù)），用符號K表示。例如， =K 進一步研究發(fā)現(xiàn)，對于一般的可逆反應， mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 當在一定溫度下達到平衡時，可以得出 例如，在25℃時，H2+Cl2 2HCl，K=5.31016；H2+Br2 2HBr，K=2.2109。K值越大，說明平衡體系中生成物所占的比例越大，它的正向反應進行的程度越大，即該反應進行得越完全，反應物轉化率越大；反之，就越不完全，轉化率就越小。一般地說，K>105時，該反應進行得就基本完全了。K只受溫度影響，與反應物或生成物的濃度變化無關。 【例1】在某溫度下，將H2和I2各0.10mol的氣態(tài)混合物充入10L的密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c(H2)=0.008 0 mol/L。 （1）求該反應的平衡常數(shù)。 （2）在上述溫度下，該容器中若通入H2和I2蒸氣各0.20 mol，試求達到化學平衡狀態(tài)時各物質的濃度。 【解】（1）依題意可知，平衡時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 + I2 2HI 起始時各物質濃度/molL—1 0.010 0.010 0 平衡時各物質濃度/ molL—1 0.008 0 0.008 0 0.004 0 答：平衡常數(shù)為0.25。 （2）依題意可知，c(H2)=0.020 mol/L， c(I2)=0.020 mol/L 設H2的消耗濃度為x。則： H2 + I2 2HI 平衡時各物質濃度/ molL—1 0.020－x 0.020－x 2x 因為K不隨濃度發(fā)生變化， 解得x=0.004 0 mol/L 平衡時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】在密閉容器中，將2.0 mol CO與10 mol H2O混合加熱到800℃，達到下列平衡： CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) K=1.0 求CO轉化為CO2的轉化率。 【解】設x為達到平衡時CO轉化為CO2的物質的量，V為容器容積。 CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) 起始濃度 平衡濃度 CO轉化為CO2的轉化率為： 答：CO轉化為CO2的轉化率為83%。 〖教學習題補充〗 1．2.0 mol PCl3和1.0 mol Cl2充入體積不變的密閉容器中，在一定條件下發(fā)生下述反應： PCl3(g)+Cl2(g) PCl5(g) 達到平衡時，PCl5為0.40 mol，如果此時移走1.0mol PCl3和0.50 mol Cl2，在相同溫度下 再達平衡時PCl5的物質的量是 （ ） A．0.40 mol B．0.20 mol C．小于0.20mol D．大于0.20mol，小于0.40mol 2．已知一氧化碳與水蒸氣的反應為：CO(g)+H2(g) CO2(g)+H2(g) 在427℃時的平衡常數(shù)是9.4。如果反應開始時，一氧化碳和水蒸氣的濃度都是0.01mol/L， 計算一氧化碳此反應條件下的轉化率。