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2019-2020年魯科版高中化學選修4第2章第2節(jié) 化學反應的限度第2課時反應條件對化學平衡的影響教學設(shè)計1 【教學目標】 知識與技能 1、知道平衡移動的涵義。[~中國教育#出版網(wǎng)%^@] 2、了解溫度、濃度對化學平衡的影響，并能夠判斷平衡移動的方向。 3、通過“溫度、濃度對化學平衡的影響”的實驗探究，培養(yǎng)學生設(shè)計實驗的能力，以及分析實驗現(xiàn)象并獲取有價值信息的能力。[來源#:zzst*ep%.co^@m] 4、能夠應用平衡移動原理對生產(chǎn)、生活中的實際情況進行分析、解釋。 過程與方法 1、解通過實驗探究，認識、解決問題的一般程序與方法。 情感態(tài)度價值觀 2、在學習、研究、解決問題的過程中，體驗化學學習的樂趣。 【教學過程】 引入：上節(jié)課我們已經(jīng)學習了化學反應速率的表示方法及簡單的計算，也認識到不同的化學反應進行的快慢程度是千差萬別的。比如，以下一組圖片展示的是我們在生活中經(jīng)常見到的一些反應，大家比較一下他們的反應快慢程度。 鐵生銹 煙花燃放 爆炸 溶洞的形成 爆炸 溶洞的形成 一、溫度的影響 【引導】假如在座各位的都是科學家，你們?nèi)绾卫盟o的儀器和藥品設(shè)計實驗來探究溫度對化學平衡的影響呢？ 【問題】溫度的變化通過什么方法來實現(xiàn)呢？ 【分組討論】分組討論并制定出可行的實驗方案。 分別將兩只充有二氧化氮的密閉燒瓶浸入盛有冷水和熱水的燒杯中，持續(xù)一段時間直到顏色不再發(fā)生變化為止，觀察并記錄實驗現(xiàn)象。 序號 實驗內(nèi)容 實驗現(xiàn)象 實驗結(jié)論 (平衡移動方向) 溫度變化 混合氣體顏色 [NO2] 1 將NO2平衡球放入冷水中 2 將NO2球平衡放入熱水中 1.改變溫度，平衡是否有發(fā)生移動？判斷的依據(jù)是什么？ 2. 對反應2NO2(g) N2O4(g) △H =－57.2kJmol-1來說，改變溫度時平衡移動的方向與化學反應熱效應(吸熱或放熱)有什么關(guān)系？ 【閱讀】　課本P47表2-2-3 【疑問】　溫度升高平衡為什么會向生成NO2的方向移動呢？會不會所有的可逆反應都是向逆向移動？ 【引導】　1．此反應有能量變化。 　　　2．溫度對平衡的影響與反應的熱效應（△H）有關(guān)。 降低溫度，平衡向生成N2O4的方向即 方向移動； 升高溫度，平衡向生成NO2的方向即 方向移動。 3.溫度變化時，該反應的化學平衡常數(shù)會改變嗎？ 可逆反應 平衡常數(shù)表達式 降低溫度 升高溫度 結(jié)論 2NO2(g) N2O4(g)△H = -57.2kJmol-1 ［N2O4］變（） [NO2] 變（） ［N2O4］變（） [NO2] 變（） K值變（） K值變（） 結(jié)論： 升高溫度，平衡向 方向移動； 降低溫度，平衡向 方向移動。 改變溫度，平衡常數(shù) 改變，溫度對化學平衡的影響是通過 來實現(xiàn)的?？梢岳脺囟葘瘜W平衡的影響來判斷某反應是吸熱反應還是放熱反應。 【思考】　那溫度不變，平衡常數(shù)不變，但其他條件變，平衡會不會移動？ 二、濃度的影響 【討論】　如何通過改變物質(zhì)濃度來改變平衡？ 【引導】　選擇研究對象：可逆反應，容易觀察，能夠改變濃度，反應現(xiàn)象明顯等。 以KSCN和FeCl3反應為例。 【問題】　改變物質(zhì)濃度的方法有哪些？怎樣改變物質(zhì)的濃度？ 要使平衡向右進行，可以用增加反應物濃度，或減少生成物濃度的方法； 要使平衡向左進行，可以用減少反應物濃度，或增加生成物濃度的方法。 【過渡】　我們的推斷正確嗎？ 【試驗探究二】（2）濃度對化學平衡的影響 【引導】如何完成實驗 【學生討論】 【實驗方案確定】（師生共同活動的結(jié)果。對學生的方案，教師在此環(huán)節(jié)可以追問實驗的方法、目的，預期的現(xiàn)象等） 將0.01mol/L的FeCl3溶液中和0.03mol/L的KSCN溶液等體積混合，把混合后的溶液分成5等分進行下列操作： 序號 實驗內(nèi)容 實驗現(xiàn)象 離子濃度變化 結(jié)論 1 加入少量1mol/L FeCl3 溶液 2 加入少量1mol/L KSCN溶液 3 加入少量1mol/L NaOH溶液 4 加入KCl固體 5 參照物 1.上述實驗中，化學平衡狀態(tài)是否發(fā)生了改變？你是如何判斷的？ 2.請根據(jù)反應Fe3++3SCN- Fe(SCN)3的化學平衡常數(shù)表達式K與濃度商Q的關(guān)系,討論增大FeCl3溶液或KSCN溶液濃度對化學平衡的影響。 可逆反應 平衡常數(shù)K的表達式 濃度商Q的表達式 增大c( FeCl3)或c( KSCN)Q、K關(guān)系 平衡移動方向 Fe3++3SCN-Fe(SCN)3 〖討論〗 1.若減小反應物的濃度時，化學平衡將怎樣移動？為什么？ 2.增大或者減小生成物的濃度，化學平衡將怎樣移動？為什么？ 三、催化劑能加快化學反應速率。 【解釋】為什么催化劑能加快化學反應速率？ （有催化劑與無催化劑的反應過程能量關(guān)系） （生活實例） 【分析】當溫度和反應物濃度一定時，使用催化劑可使反應途徑發(fā)生改變，從而降低了反應的活化能，使得活化分子的百分比增大，因此單位體積內(nèi)活化分子的數(shù)目增多，有效碰撞頻率增大，故化學反應速率加大。 催化劑能改變反應的歷程，新反應歷程(催化反應)和原有反應歷程(催化反應)相比，所需要的活化能降低，加快了反應速率。催化劑還有以下特性： ①催化劑只能縮短反應達到化學平衡所需的時間，但不能使化學平衡移動。這是因為在可逆反應中，催化劑對正反應和逆反應速率都按相同的比例發(fā)生作用。 ②催化劑具有選擇性，不同類型的反應需要選擇不同的催化劑。例如，SO2的氧化用V2O5催化劑，而乙烯的氧化用Ag作催化劑。對于同樣的反應物，使用不同的催化劑，可以得到不同的產(chǎn)物。例如： ③催化劑有一定的活化溫度。催化劑的活性與溫度有關(guān)，低于某一溫度，催化活性很低，在一定溫度范圍內(nèi)，催化劑的活性最高，超過一定溫度，催化活性又降低。因此，催化劑都有一定的使用溫度范圍。 ④催化劑的活性與中毒 固體催化劑的表面有活性中心存在，反應分子與活性中心之間相互作用的結(jié)果是化學鍵發(fā)生改組，從而生成新的物質(zhì)。 催化劑的催化能力稱為催化活性。催化劑在使用過程中，其活性從小到大，逐漸達到正常水平，并在一段時間里保持穩(wěn)定的活性，即為催化劑的壽命，然后活性下降，一直到衰老不能使用。催化劑在穩(wěn)定活性期間，因接觸少量的雜質(zhì)，而使活性明顯下降甚至破壞，這種現(xiàn)象稱為催化劑的中毒。工業(yè)上為了防止催化劑中毒，要把反應物原料加以凈化，以除去毒物。 催化劑對化學反應速率影響的原因是什么？ 催化劑加快反應速率的原因與溫度對反應速率的影響是根本不同的。催化劑可以改變反應的路線，降低反應的活化能，使反應物分子中活化分子的百分數(shù)增大，反應速率加快。(如圖) 　　 催化作用可分為均相催化和非均相催化兩種。如果催化劑和反應物同處于氣態(tài)或液態(tài)，即為均相催化。若催化劑為固態(tài)物質(zhì)，反應物是氣態(tài)或液態(tài)時，即稱為非均相催化。 在均相催化中，催化劑跟反應物分子或離子通常結(jié)合形成不穩(wěn)定的中間物即活化絡(luò)合物。這一過程的活化能通常比較低，因此反應速率快，然后中間物又跟另一反應物迅速作用(活化能也較低)生成最終產(chǎn)物，并再生出催化劑。該過程可表示為： A＋B=AB(慢) A＋C=AC(快) AC＋B=AB＋C(快)式中A、B為反應物，AB為產(chǎn)物，C為催化劑。 由于反應的途徑發(fā)生了改變，將一步進行的反應分為兩步進行，兩步反應的活化能之和也遠比一步反應的低。該理論被稱為“中間產(chǎn)物理論”。 在非均相催化過程中，催化劑是固體物質(zhì)，固體催化劑的表面存在一些能吸附反應物分子的特別活躍中心，稱為活化中心。反應物在催化劑表面的活性中心形成不穩(wěn)定的中間化合物，從而降低了原反應的活化能，使反應能迅速進行。催化劑表面積越大，其催化活性越高。因此催化劑通常被做成細顆粒狀或?qū)⑵涓捷d在多孔載體上。許多工業(yè)生產(chǎn)中都使用了這種非均相催化劑，如石油裂化，合成氨等，使用大量的金屬氧化物固體催化劑。該理論稱為“活化中心理論”。 催化劑可以同樣程度地加快正、逆反應的速率，不能使化學平衡移動，不能改變反應物的轉(zhuǎn)化率。 四、濃度對化學反應速率的影響 1．（1）規(guī)律：其他條件不變時，增大反應物的濃度，可以增大化學反應速率，減少反應物的濃度，可以減少化學反應速率。 （2）原因：化學反應的過程就是反應物分子中的原子重新組合成生成物分子的過程，也就是反應物分子中化學鍵斷裂，生成物分子化學鍵形成的過程。舊鍵的斷裂和新鍵的形成都是通過反應物分子（或離子的相互碰撞來實現(xiàn)的。而反應物的分子的每次碰撞不一定都能發(fā)生化學反應，我們把能夠發(fā)生化學反應的碰撞叫有效碰撞，能夠發(fā)生有效碰撞的分子稱為活化分子。 （3）在其他條件不變時，對某一反應來說，活化分子在反應物分子中占的百分數(shù)是一定的，因此單位體積內(nèi)活化分子的數(shù)目與單位體積內(nèi)反應物分子的總數(shù)成正比。也就是和反應物的濃度成正比。當反應物濃度增大時，單位體積內(nèi)分子數(shù)增多，活化分子數(shù)也相應增加，反應速率必然增大。 2．注意： （1）此規(guī)律只適用于氣體反應或溶液中的反應，對于純液體或固體反應物一般情況下其濃度是常數(shù)，因此改變它們的量不會改變化學反應速率。 一般來說，固體反應物表面積越大，反應速率越大，固體反應物表面積越小，反應速率越小。 （2）化學反應或是可逆反應，反應物或生成物濃度的改變，其正反應速率或逆反應速率的變化也符合上述的規(guī)律。 （3）對平衡體系中的固態(tài)和純液態(tài)物質(zhì)，其濃度可看作 一個常數(shù)，增加或減小固態(tài)或液態(tài)純凈物的量并不影響V正、V逆的大小，所以化學平衡不移動。 （4）只要是增大濃度，不論增大的是反應物濃度，還是生成物濃度，新平衡狀態(tài)下的反應速率一定大于原 平衡狀態(tài)；減小濃度，新平衡狀態(tài)下的速率一定小 于原平衡狀態(tài)。 （5）③反應物有兩種或兩種以上, 增加一種物質(zhì)的濃度, 該物質(zhì)的平衡轉(zhuǎn)化率降低, 而其他物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率提高。 3．結(jié)論：當其他條件不變時，增加反應物的濃度可以加快化學反應速率；降低反應物的濃度，可以減慢化學反應速率。 【在其它條件不變的情況下，增加反應物的 濃度(或減少生成物的濃度)，平衡向正反應方向 移動；反之，增加生成物的濃度(或減少反應物的濃度 )，平衡向逆反應方向移動?！? 意義：增大成本較低的反應物的濃度，提高成本較高的原料的轉(zhuǎn)化率。 五、壓強對化學反應速率的影響 1．適用范圍：僅適用于有氣體參加的反應 2．實質(zhì)：壓強改變引起體積變化，從而引起濃度的改變，因此反應速率改變。 73. 對于壓強的改變，只有引起反應體系中物質(zhì)濃度的變化，才對反應速率產(chǎn)生影響。 4. 當溫度一定時，增大壓強就是增加單位體積里反應物的物質(zhì)的量，即增大反應物的濃度，使反應速率增大。減小壓強，氣體體積增大，濃度減小，反應速率減小。 討論：增大壓強，化學反應速率一定增大嗎？在討論的基礎(chǔ)上要明確：壓強對化學反應速率的影響，只限于有氣體的反應，即反應體系中至少有一種氣體。在恒溫的條件下，壓強的變化是通過體積改變（即濃度的變化）來實現(xiàn)的，如果壓強的變化對反應體系的體積沒有太大影響，這種壓強的變化對于此體系的反應速率幾乎就沒有什么影響。 由此可知，如果參加反應的物質(zhì)是固體、液體或溶液時，由于改變壓強對它們的體積改變很小，因而對它們的濃度改變很小，可以認為壓強與它們的反應速率無關(guān)。 【板書設(shè)計】三、反應條件對化學平衡的影響 舊平衡平衡移動新平衡 過程 （1）溫度的影響： 升溫，平衡向吸熱方向移動； 降溫，平衡向放熱方向移動。 （2）濃度的影響 若QK,平衡左移（逆向）。 六、檢測題 1. 下列體系加壓后，對化學反應速率沒有影響的是（ ） A.2SO2＋O2 =2SO3 B.CO＋H2O(氣)= CO2＋H2 C.CO2＋H2O =H2CO3 D.OH－＋H＋＝H2O 2. 在一密閉的容器中充入2mol A和1mol B發(fā)生反應： 2A(g)＋B(g)xC(g)，達到平衡后，C的體積分數(shù)為w％；若維持容器的容積和溫度不變，按起始物質(zhì)的量A：0.6mol、B：0.3mol、C：1.4mol充入容器，達到平衡后，C的體積分數(shù)仍為w％，則x的值為（ ） A．只能為2 B．只能為3 C．可能為2，也可能為3 D．無法確定 3. NO和CO都是汽車尾氣中的有害物質(zhì)，它們能緩慢地起反應，生成N2和CO2。對此反應的下列敘述中正確的是 （ ） A．使用催化劑能加快反應的速率 B．使一種反應物過量能提高反應的速率 C．改變壓強對反應速率沒有影響 D．降低溫度能加快反應速率 4. 把下列四種X溶液分別加入四個盛有10ml，2mol/L鹽酸的燒杯中，均加水稀釋到50mL，此時，X和鹽酸緩慢地進行反應，其中反應最快的是 （ ） A．10℃ 20mL 3mol/L的X溶液 B．20℃ 30mL 2molL的X溶液 C．10℃ 10mL 4mol/L的X溶液 D．10℃ 10mL 2mol/L的X溶液 5. 對于反應NO2(氣)＋SO2(氣)NO(氣)＋SO3(氣)＋Q，下列敘述正確的是 （ ） A．使用催化劑不能改變反應速率 B．改變壓強對反應速率沒有影響 C．升高溫度能加快反應速率 D．減小壓強會降低反應速率 6. 其它條件不變，升高溫度能增大反應速率的原因是　　 （ ） A．單位體積內(nèi)分子數(shù)增多 　　B．單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多 　　C．單位體積內(nèi)有效碰撞次數(shù)增多 　　D．單位體積內(nèi)有效碰撞次數(shù)減少 參考答案 1. 【解析】壓強對沒有氣體參加的反應無影響，B選項有氣體參加反應加壓后平衡不移動，但化學 【答案】D 2. 【解析】這是一道關(guān)于在恒溫恒容條件下的等效平衡問題，應該包括兩種情況。若x等于3，則這一反應是一個前后氣體體積不變的類型，因此只要滿足第二種投料方式中按化學計量數(shù)換算成平衡式左右兩邊同一邊物質(zhì)的物質(zhì)的量之比與第一種投料方式相等即可達到等效平衡。若x不等于3，則須滿足第二種投料方式通過可逆反應的化學計量數(shù)比換算成平衡式左右兩邊同一邊物質(zhì)的物質(zhì)的量與第一種投料方式完全相等，才能使二平衡等效。正確答案為C。 【答案】C 3. 【解析】該反應的方程式為：2CO＋2NO=N2＋2CO2 這里雖然列出了化學方程式，其實反應速率與化學方程式無關(guān)。反應的速率只與濃度、溫度、催化劑有關(guān)，氣體的反應還與壓強有關(guān)。本題中，B不正確，因為一種皮應物過量并不一定是反應物濃度增加。一種反應物過量只能使另一種反應物轉(zhuǎn)化率提高，不涉及反應的速率問題；C也不正確，對氣體來說，改變壓強必然影響速率；D也不正確，降低溫度只能降低反應速率?！敬鸢浮緼 4. 【解析】化學反應的速率隨濃度的增大而加快，隨濃度的降低而減慢。當在其它條件相同的情況下，溫度高化學反應速率快，溫度低化學反應速率慢。分析本題，要比較反應速率的大小，在其它條件不變的情況下，比較速率大小，先比較濃度的大小。此時，濃度必須是混合后的濃度，由于混合后各燒杯中鹽酸濃度相等，所以只要求出X的濃度是最大者反應最快，然后比較溫度的高低。 　　 　　 　　 由此可見，混合后A、B選項中x的濃度最大，但是二者溫度不同。A項中10℃，B項中20℃，故選項B中化學反應的速率最大。 【答案】B 5. 【解析】這是一個有氣體物質(zhì)參加的化學反應，因此，濃度、溫度、壓強、催化劑等因素能影響該反應的反應速率。 【答案】C D 6. 【解析升高溫度，壓強和濃度不變，單位體積內(nèi)分子數(shù)不變，故A不正確。壓強和濃度雖不變，但升高溫度使一部分分子獲得能量而成為活化分子，所以活化分子百分數(shù)增大，單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多，有效碰撞次數(shù)增多，所以BC正確。 【答案】B C