化学人教版选修4学案：知识导学 第二章第三节化学平衡 Word版含解析(7页).doc

-化学人教版选修4学案：知识导学 第二章第三节化学平衡 Word版含解析-第 7 页第三节 化学平衡案例探究 汽水清凉止渴，是消暑佳品，打开汽水瓶盖子，你会发现有大量气泡冒出。原来，汽水中溶解有一定量的CO2，在高压下CO2的溶解度增大，可以用下列反应来表示这一过程：CO2+H2OH2CO3。当开启瓶盖时，CO2逸出，即H2CO3转化成CO2和H2O，说明该反应向左进行，H2CO3不断分解生成CO2，故可以看到有CO2气体持续放出，这是化学平衡移动的结果。问题与讨论：1.CO2的水溶液中，存在哪些分子？2.压强、温度等外界条件对气体的溶解度产生影响，试分析上述条件对气体的溶解度有何影响？3.可逆反应的特征是什么？在可逆反应中，实际同时存在两个反应：(1)CO2+H2O=H2CO3；(2)H2CO3=CO2+H2O，所以会使得H2CO3、CO2、H2O三种分子同时存在。在其他可逆反应体系中，也同样存在两个方向相反的反应。例如在氯水中，同时存在三种分子：HClO、Cl2、H2O；也同时存在四种离子：Cl-、H+、ClO-、OH-。这是由于在氯水中存在两个可逆反应：(1)Cl2+H2OHCl+HClO；(2)H2OH+OH-，它们均达到了化学平衡状态。自学导引1.可逆反应与不可逆反应当温度一定时，饱和溶液中的固体溶质溶解和溶液中的溶质分子回到固体溶质表面的结晶过程一直在进行，而且两种过程的速率_，于是饱和溶液的浓度和固体溶质的质量都_。我们把这类过程称作_。表述这类过程时，约定采用“_”来代替反应式中原来用的“_”号，把从左向右的过程称作_，由右向左的反应称作_。溶解、结晶过程可表示为_。过程的可逆性是了解过程限度的基础，过程的限度取决于过程可逆性的大小。化学反应的_非常普遍。当你学会从_和_来观察和分析客观事物时，你对自然现象的认识会更加深入、更加面。答案:相等 不变 溶解平衡 正反应逆反应 固体溶质溶液中的溶质 可逆性 可逆性化学平衡2.化学平衡状态(1)化学平衡状态的含义：在一定条件下，当_时，反应体系中所有参加反应的_保持_。这时的状态就是在给定条件下，反应达到了“_”。对于_来说，称之为“_”。(2)化学平衡状态的特征反应物和生成物处于同一_体系中，_保持不变。平衡状态时，体系中所有物质的_ (或_)保持不变。正、逆反应速率_，且不为_，因此体系的反应并未停止。(3)化学平衡状态的影响因素当一个可逆反应达到平衡状态后，如果改变_、_、_等反应条件，原来的平衡状态会被破坏，化学平衡会发生移动。浓度实验2-5：当加入310滴浓硫酸时，溶液_加深；加入1020滴6 mol·L-1 NaOH时，溶液颜色_。实验2-6：当反应体系中加入饱和FeCl3溶液和1 mol·L-1 KSCN溶液时，溶液颜色_；当反应体系中加入0.1 mol·L-1 NaOH溶液时，溶液颜色_。以上两个实验中，化学平衡状态都发生了_。增大反应物浓度，_加快，平衡向_移动；增大生成物浓度，_加快，平衡向_移动。温度实验2-7：2NO2N2O4；H=-56.9 kJ·mol-1温度升高，_变深，说明平衡_移动；温度降低，_变浅，说明平衡_移动。所以温度升高平衡向_移动，温度降低平衡向_移动。压强对于有气体参加或有气体生成的可逆反应来说，压强对于平衡状态的影响是通过改变浓度来实现的。压强改变，浓度不变时，则_不变，平衡_发生移动。不特别指明的情况下，体系压强改变，就是通过改变体积来实现的。小结：(1)化学反应体系的平衡状态通过改变反应条件而发生了变化。这种现象称作化学平衡状态的移动，简称平衡移动。(2)勒夏特列原理：如果改变影响平衡的条件之一(如：_、_以及_)，平衡就会向着_的方向移动。答案:(1)正、逆两个方向的反应速率相等 物质的量 恒定 限度 反应体系 各物质的平衡状态(2)反应 反应条件 质量 浓度 相等 0(3)温度 浓度 压强橙色 变黄 变红 产生红褐色沉淀，溶液红色变浅的变化 正反应速率 右 逆反应速率 左红棕色 向左 红棕色 向右 吸热方向 放热方向反应速率 不小结：温度 压强 参加反应的化学物质的浓度 能够减弱这种改变3.化学平衡常数的含义及其表达式在一定温度下，当一个_达到化学平衡状态时，生成物_与反应物_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)，符号用“_”表示。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化学平衡状态时，平衡常数的表达式为：K=_。注意：(1)K值越大，说明反应进行的_越大；反之，_进行的程度越小，_越小。(2)K只受_影响，与反应物或生成物的_无关。(3)对于只有固体、水参加或生成的反应来说，固体、水的浓度视为“1”。答案:可逆反应 浓度幂之积 浓度幂之积K 注意：(1)程度 反应 K值(2)温度 浓度4.反应物的转化率转化率是对反应物而言的。它有三种表示形式：某指定反应物的转化率=_ =_ =_。答案:×100%×100%×100%(对于相同条件下的气体而言)疑难剖析一、判断可逆反应达到平衡的标志判断某一可逆反应是否达到化学平衡状态，关键要抓住：v(正)=v(逆)；各组分的浓度(或质量分数，体积分数)不变。而容器内气体的压强、物质的量、相对分子质量、密度等能否作为判断依据，则应据反应的具体情况而定。【例1】一定温度下，反应A2(g)+B2(g) 2AB(g)达到平衡的标志是( )A.单位时间内生成n mol A2的同时生成n mol ABB.容器内的总压强不随时间的变化而变化C.单位时间内生成2n mol AB的同时生成n mol B2D.单位时间内生成n mol A2的同时生成n mol B2解析：在一定条件下，判断一个反应是否达到平衡，主要看正、逆反应速率是否相等，体系中各组分的浓度(或含量)是否保持不变。A项生成A2是逆反应，生成AB是正反应，但是v(正)v(逆)，没有达到平衡。对于左、右两边气体的化学计量数相等的反应来说，B项压强不随时间的变化而变化，不能说明反应混合物中A2、B2和AB的浓度是否保持一定，v(正)是否等于v(逆)。该反应前后气体总的物质的量保持不变，在其他条件一定时，反应从开始至反应达到平衡就一直保持不变，故压强不变不能说明反应是否达到平衡状态。C项表明v(正)=v(逆)，反应已达到平衡状态。D项只说明了逆反应速率，没有说明正反应速率，且不管平衡是否建立，只要反应在进行，生成A2和B2的物质的量之比始终为11。答案：C友情提示:可逆反应达到平衡状态的标志(1)微观标志：v(正)=v(逆)0。具体表现在：同一种物质的生成速率等于消耗速率。在化学方程式同一边的不同物质生成速率与消耗速率之比等于化学计量数之比。化学方程式两边的不同物质生成速率与消耗速率之比等于化学计量数之比。(2)宏观标志：各组分的浓度保持一定。具体表现在：各组分的物质的量浓度不随时间的改变而改变。各气体组成的体积分数不随时间的改变而改变。各组分的物质的量之比、分子个数之比保持不变。二、影响平衡的条件浓度、温度、压强是影响化学平衡的三个主要条件，它们的改变对化学平衡的影响遵循勒夏特列原理。【例2】 某化学反应2AB+D在四种不同条件下进行，B、D起始浓度为0，反应物A的浓度(mol·L-1)随反应时间(min)的变化情况如下表所示。根据上述数据，完成下列填空：(1)在实验1中，反应在1020 min时间内平均反应速率为_mol·L-1·min-1。(2)在实验2中，A的初始浓度c2=_ mol·L-1，反应经20 min就达到平衡，可推测实验2中还隐含的条件是_。(3)设实验3的反应速率为v3，实验1的反应速率为v1，则v3_v1 (填“”“=”或“”，且c3_1.0 mol·L-1(填“”“=”或“”。(4)比较实验4和实验1，可推测该反应是_(填“吸热”或“放热”)反应。理由是_。解析：(1)根据反应速率公式v1(A)=0.013 mol·L-1·min-1。(2)由于实验1、2达到的平衡状态相同，则相同外界条件下，只有A的初始浓度相同，才能达此结果，故c2=1.0 mol·L-1。由于A的起始浓度、平衡转化率都相同，但实验2达到平衡所需时间比实验1短，即反应速率快。从影响反应速率的因素：浓度(已相同)、压强(已相同)、温度(已相同)、催化剂(能提高反应速率，但不能改变转化率)等分析，可推测实验2中使用了催化剂。(3)实验1、3，反应温度相同，而达到平衡时A的浓度不同，并且实验3比1大。所以c31.0 mol·L-1，由表中数据对比可知v3v1。(4)在A的起始浓度相同时，升高温度，A的平衡浓度下降，说明平衡向正反应方向移动。故该反应的正反应是吸热反应。答案：(1)0.013 (2)1.0 使用催化剂(3) (4)吸热 在A的起始浓度相同时，升高温度，A的平衡浓度下降，说明平衡向正反应方向移动，故反应是吸热反应友情提示:此题为数据处理题，关键是在审清题意的基础上提炼出有效信息，并根据信息的指向解决问题。三、平衡常数及平衡转化率的计算 借助平衡常数，我们可以判断一个化学反应是否达到化学平衡状态；平衡转化率在实际生产中有很重要的应用。计算中要运用好“三段式”计算方法。【例3】 在密闭容器中，将0.020 mol·L-1 CO和0.020 mol·L-1 H2O(g)混合加热到773 K 时，达到下列平衡CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)，K=9，求CO的转化率。解析：设转化的CO的浓度为x由题知： CO(g)+ H2O(g) CO2(g)+H2(g)起始浓度/mol·L-1 0.020 0.020 0 0转化浓度/mol·L-1 x x x x平衡浓度/mol·L-1 0.020-x 0.020-x x x则K=9，解得x=0.015，故转化率(CO)=×100%=75%。答案：75%友情提示:计算转化率时，要注意用好“三段式”计算方法。做题中列清“初始”“转化”“平衡”三部分的各物质浓度或物质的量。四、等效平衡的判断和应用 1.原理：在相同条件下，同一可逆反应体系，不管从正反应开始，还是从逆反应开始，只要按反应方程式中的化学计量数之比投入反应物或生成物，建立起的平衡状态都是相同的，这就是所谓等效平衡原理。 由于化学平衡状态与条件有关，而与建立平衡的途径无关，因而，同一可逆反应，从不同的状态开始，只要达到平衡时条件(温度、浓度、压强等)完全相同，就可形成等效平衡。建立等效平衡，可从三种状态开始： (1)从正反应开始；(2)从逆反应开始；(3)正、逆反应同时开始。由于(1)(2)(3)三种情况如果按方程式的计量关系折算成同一方向的反应物，对应各组分的物质的量均相等如将(2)、(3)折算为(1)，因此三者为等效平衡。 2.等效平衡规律 (1)在定温、定容条件下，对于反应前后气体分子数改变的可逆反应，只要改变起始时加入物质的物质的量，如通过可逆反应的化学计量数之比换算后的物质的物质的量与原平衡相同，则两平衡等效。 (2)在定温、定容条件下，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，只要反应物(或生成物)的物质的量的比值与原平衡相同，两平衡等效。 (3)在定温、定压条件下，改变起始时加入物质的物质的量，只要按化学计量数换算后的物质的物质的量之比与原平衡相同，则达平衡后与原平衡等效。 例如：在一个固定体积的密闭容器中，加入2 mol A和1 mol B发生反应： 2A(g)+B(g)3C(g)+D(g) 达到平衡时，C的浓度为a mol·L-1。若维持容器体积和温度不变，按下列四种配比为起始物质，达到平衡后，C的浓度仍为a mol·L-1的是( )A.4 mol A+2 mol B B.2 mol A+1 mol B+3 mol C+1 mol DC.3 mol C+1 mol D+1 mol B D.3 mol C+1 mol D解析：题设条件要求在体积、温度不变时，以不同物质为起始物质，达到平衡时C的平衡浓度相同，即建立相同的平衡状态。此类题目的做法是运用“一边倒”的方法转化成与参照起始状态形式、各物质的物质的量分别相同，达到平衡即为等效平衡。答案：D拓展迁移拓展点一：外界条件对化学平衡的影响图示 改变外界条件对化学反应速率及化学平衡的影响，可用各种图象来表示，解答图象题的方法与思路是： 1.看懂图象：一看面(横坐标与纵坐标)；二看线(线的走向，变化的趋势)；三看点(线的起点、交点及拐点)；四看要不要作辅助线(如等温线、等压线)；五看定量图象中有关量的多少。 2.联想规律：即联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律。 3.做出判断：依据题意仔细分析，做出正确判断。拓展点二：反应物的转化率和产率 1.反应物的转化率() 转化率=×100% 2.产品的产率 产品产率=×100%拓展点三：溶解平衡 包括固态物质的溶解平衡和气体的溶解平衡两部分。 (1)固态物质在水中的溶解平衡 在一定温度下，固态物质A在水中的溶解达到右图所示的状态。此时A的溶解和结晶并未停止，而是仍在进行，溶解速率与结晶速率相等，致使溶液保持饱和，固态A的质量保持不变，这就是在一定温度下固态物质A在水中的溶解平衡状态。 (2)气态物质在水中的溶解平衡 在一定的温度和压强下，气体物质B在水中的溶解达到右图所示的状态。此时气体B向水中溶解和从水中逸出并未停止，而是仍在进行，溶解速率和逸出速率相等，致使溶液保持饱和，气体B的体积保持不变，这就是在一定的温度和压强下气体B在水中的溶解平衡状态。溶解平衡同样具有“动、等、定、变”的特征。