2022年高中化学第二章第三节化学平衡学案新人教版选修 .pdf
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1、- 1 - 化学平衡(第 1 课时)【学习目标】1. 了解可逆反应的概念、特点。2. 了解化学平衡的建立过程。3. 理解化学平衡的特征。【学习过程】化学反应速率讨论的是化学反应快慢的问题,但是在化学研究和化工生产中,只考虑化学反应进行的快慢是不够的,因为我们既希望反应物尽可能快地转化为生成物,同时又希望反应物尽可能多地转化为生成物。例如在合成氨工业中,除了需要考虑如何使N2和 H2尽快地转变成 NH3外,还需要考虑怎样才能使更多的N2和 H2转变为 NH3,后者所说的就是化学反应进行的程度问题化学平衡。一、可逆反应1. 定义:在同一条件下,既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应。2.
2、特点:在正反应进行的同时逆反应也在进行;可逆反应不能进行到底。二、化学平衡状态1. 定义:指在一定条件下的可逆反应里,正反应速率和逆反应速率相等,反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。2. 形成:3. 特征:(1) 动:动态平衡v( 正)=v( 逆) 0(2) 等:v( 正)= v( 逆) (3) 定:反应混合物中各组分的浓度保持一定,各组分的含量保持不变。(4) 变:条件改变,原平衡被破坏,在新的条件下建立新的平衡。4. 标志:可逆反应达到化学平衡状态时有两个主要的特征,一是正反应速率和逆反应速率相等;二是反应混合物中各组分的百分含量保持不变。这两个特征就是判断可逆反应是否达到化学平衡状态
3、的核心依据。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 15 页 - - - - - - - - - - 2 - v正v逆0对于同一物质而言,该物质的生成速率等于它的消耗速率;对于不同的物质而言,速率之比等于方程式中的化学计量数之比,但必须是不同方向的速率。即反应物消耗、生成物增加、反应物断键、生成物成键均代表v正;反应物增加、生成物减少、反应物成键、生成物断键均代表v逆“定”反应混合物中各组分的含量保持不变。具体体现在:各组分的质量分数不变;各气体组分的体积分数不变
4、;各组分的物质的量分数不变;各组分的分子数之比不变;各组分的物质的量浓度不变( 变化时不一定平衡) ;若某组分有颜色,体系的颜色不再改变( 变化时不一定平衡) 其它密度、压强、平均相对分子质量等能否用作平衡到达的标志,关键看该物理量是否随着平衡的移动而改变,只有改变的物理量保持恒定时才能说明平衡已到达(1)利用气体的密度( mV) 判断:对于定容的反应体系:若气体质量和容器的体积是不变量,故密度 为恒量。即不论反应是否平衡,密度均不变,“不变量”不变时不能判断反应是否处于平衡状态;对于反应体系中不全为气体的定容反应体系:V是不变量,m是变量,则气体的密度 为变量,当“变量”保持不变时,表明反应
5、处于平衡状态。(2)利用气体的平均相对分子质量(Mmn) 判断:对于定容的反应体系:若题目提供的是全 部 由 气 体 参 与 和 生 成 的 可 逆 反 应 , 且 反 应 前 后 气 体 体 积 发 生 变 化 。 如2SO2(g) O2(g)2SO3(g) ,气体的质量m为恒量,混合气体的物质的量为变量,则混合气体的平均相对分子质量 (M) 为变量,当“变量”保持不变时,表明反应处于平衡状态;对于定容的反应体系:若题目提供的是全部由气体参与和生成的可逆反应且反应前后气体积积不变,如H2(g) I2(g)2HI(g) ,气体的质量和混合气体的物质的量均为不变量,则混合气体的平均相对分子质量
6、(M) 为不变量,当“不变量”保持不变时,不能判断反应处于平衡状态。对于不同类型的可逆反应,某一物理量不变是否可作为平衡已到达的标志,取决于该物理量在平衡到达前(反应过程中)是否发生变化。【当堂检测】1. 在一定量的密闭容器中进行反应:N2(g) 3H2(g)2NH3(g) 。已知反应过程中某一时刻N2、H2、NH3的浓度分别为0.1 mol/L、0.3 mol/L、0.2 mol/L。当反应达到平衡时,可能存在的数据是 ( ) AN2为 0.2 mol/L,H2为 0.6 mol/L BN2为 0.15 mol/L CN2、H2均为 0.18 mol/L DNH3为 0.4 mol/L 2.
7、 如图是可逆反应X23Y22Z 在反应过程中的反应速率(v) 与时间 (t) 的关系曲线,下列叙述正确的是( ) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 15 页 - - - - - - - - - - 3 - At1时,只有正方向反应 B0t1,c(Z) 在减小Ct2t3,反应不再进行 Dt2t3,各物质的浓度不再发生变化3. 在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应,现有下列状态:混合气体平均相对分子质量不再改变恒温时,气体压强不再改变各气体组成浓度相等反应
8、体系中温度保持不变断裂氢氧键速率是断裂氢氢键速率的2 倍混合气体密度不变单位时间内,消耗水蒸气质量与生成氢气质量比为91。其中能表明甲、乙容器中反应都达到平衡状态的是 ( ) 甲: C(s) H2O(g)CO(g)H2(g); 乙: CO(g)H2O(g)CO2(g) H2(g) AB C D4. 某研究性小组决定用实验探究的方法证明化学反应具有一定的限度,在一定条件下会达到“平衡状态”。取5 mL 0.1 mol/L KI溶液于试管中,滴加0.1 mol/L FeCl3溶液 2 mL,发生如下反应: 2Fe32I=2Fe2I2。为证明该反应具有可逆性且具有限度,他们设计了如下实验:取少量反应
9、液,滴加AgNO3溶液,发现有少量黄色沉淀(AgI) ,证明反应物没有反应完全;再取少量反应液,加入少量CCl4振荡,发现CCl4层显浅紫色,证明萃取到I2,即有I2生成。综合的结论,他们得出该反应具有一定的可逆性,在一定条件下会达到反应限度。(1) 老师指出他们上述实验中不合理,你认为是_;改进的方法是_。(2) 有人认为步骤适合检验生成I2较多的情况,还有一种简便方法可以灵敏地检验是否生成了 I2,这种方法是_。5. 698 K时,向某V L 的密闭容器中充入2 mol H2(g) 和 2 mol I2(g) ,发生反应: H2(g) I2(g)2HI(g) H26.5 kJmol1,测得
10、各物质的物质的量浓度与时间变化的关系如图所示。请回答下列问题:(1)V_。(2) 该反应达到最大限度的时间是_,该时间内平均反应速率v(HI) _。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 15 页 - - - - - - - - - - 4 - (3) 该反应达到平衡状态时,_( 填“吸收”或“放出” ) 的热量为_。答案与解析题号答案解析1 B反应为可逆反应, 反应体系中任何一种物质的转化率都小于 100% ,所以 A、D错误;从题给量的关系知无论反应进行到什么
11、程度,c(N2) c(H2) 13,因此两者不可能同时均为0.18 mol/L 2 D 根据vt图像,对于该可逆反应t1时刻正、逆反应都在进行, 0t1时段v正v逆,c(Z) 在增大;t2时刻v正v逆,说明反应达到化学平衡状态;t2t3时段,反应仍在进行, 但由于v正v逆,所以各物质的浓度不再发生变化3 D 甲容器中, 碳为固态, 该可逆反应属于反应前后气体体积不相等的反应;乙容器中, 反应属于等气体体积反应,气体相对分子质量、密度、压强都始终不变,错误; 各组分浓度相等, 不能判断反应达到平衡状态, 错误; 对于任何一个可逆反应,随着反应进行,体系温度会发生变化,当温度不改变时,说明反应达到
12、平衡状态,正确;生成氢氧键速率是断裂氢氢键速率的2 倍,经转化,水中氢氧键断裂速率等于生成氢氧键速率,达到平衡状态, 正确; 消耗水蒸气与生成氢气是同一方向,不能判断达到平衡状态,错误4 (1) 该反应中 KI 过量,故不能直接检验是否存在I取少量溶液滴加KSCN溶液,若出现红色, 则证明还有 Fe3未完全反应(2) 取少量反应液,滴加淀粉溶液, 若溶液变蓝, 则说明生成了 I2为证明化学反应2Fe32I=2Fe2I2具有可逆性,可以考虑检验反应后的溶液中还存在着这四种离子。从反应物的量考虑,I是相对过量的, 故不能因为检测到I存在,即认为反应具有可逆性,为使检验方便、典型,只需检验最终溶液中
13、还存在着Fe3和 I2即可,分别可采用KSCN 溶液、淀粉溶液 ( 或 CCl4萃取 ) 等合理方法名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 15 页 - - - - - - - - - - 5 - 5 (1)2 (2)5 s0.316 molL1s1(3) 放出41.87 kJ (1) 由图知初始反应时,c(H2) c(I2) 1 mol L1,而加入的H2和 I2的物质的量均为2 mol,所以V2。(2) 反应达到最大限度即达到化学平衡,所需时间为5 s,v(H
14、I) 1.58 mol L15 s0.316 molL1s 1。(3) 可逆反应从正反应建立,所以需放出热量。由反应: H2(g) I2(g)2HI(g) H26.5 kJmol1,达到平衡时共生成n(HI) 1.58 mol L12 L3.16 mol ,所以放出的热量为26.5 kJ2 mol3.16 mol41.87 kJ (第 2 课时)【学习目标】1. 理解外界条件( 浓度、温度、压强、催化剂等) 对化学平衡的影响。2. 学会用图示的方法表示在可逆反应中正逆反应速率随外界条件的变化,并分析平衡移动的方向。【学习过程】1. 探究浓度变化对化学平衡的影响:实验 1:Cr2O72-(橙色)
15、 +H2O2CrO42-(黄色) +2H实验实验现象实验结论取 三 支 试 管 各 加 入5mL0.1mol/L K2Cr2O7溶液,向一支试管中滴加3-10滴浓H2SO4,观察并记录溶液颜色变化 , 向 第 二 支 试 管 中10-20滴6mol/LNaOH溶液,观察并记录。滴加 3-10 滴浓 H2SO4的试管 溶 液 呈 橙 色 , 滴 加10-20 滴 6mol/LNaOH溶液的试管溶液呈黄色增大溶液中H+浓度,平衡逆向移动,橙色加深;增大溶液中OH浓度,平衡正向移动,黄色加深实验 2:Fe3+3SCN- Fe(SCN)3 滴加试剂饱和 FeCl3溶液浓 KSCN 溶液NaOH溶液实验
16、现象颜色加深颜色加深试管都有红褐色沉淀,且溶液颜色变浅(1)规律:其他条件不变时,增大反应物浓度或减小生成物浓度,都使化学平衡向正反应方向移动;减小反应物浓度或增大生成物浓度都使化学平衡向逆反应方向移动。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 15 页 - - - - - - - - - - 6 - (2)图像:改变反应物浓度,只能使正反应速率瞬间增大或减小;改变生成物浓度,只能使逆反应速率瞬间增大或减小。只要正反应速率在上面,逆反应速率在下面,即v 正v逆化学平
17、衡一定向正反应方向移动;反之向逆反应方向移动。只要是增大浓度,不论增大的是反应物浓度,还是生成物浓度,新平衡状态下的反应速率一定大于原平衡状态;减小浓度,新平衡条件下的速率一定小于原平衡状态。2. 压强对化学平衡的影响:(1)规律:对有气体参加且反应前后气体体积有变化的可逆反应,增大压强,使化学平衡向气体体积缩小的方向移动;减小压强使化学平衡向气体体积增大的方向移动;对于反应前后气体体积无变化的反应,改变压强化学平衡不移动。压强对固体和液体几乎无影响。(2)图像:(3)若在恒容的条件下加入惰性气体,它并不能引起体系中其它物质的浓度改变,所以平衡不移动;若在恒压情况下加入惰性气体,必然引起平衡体
18、系占据的体积增大,体系中其它物质的浓度发生变化,使平衡发生移动。如平衡N2+3H22NH3,在恒温恒压下加入氮气,化学平衡向正反应方向移动;如果在恒温恒容下加入氩气,化学平衡不移动。3. 温度对化学平衡的影响:实验:将盛有NO2、N2O4混合气体的封闭平衡球一端侵入热水中,半分钟后,比较两球中名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 15 页 - - - - - - - - - - 7 - 气体颜色,取出放置片刻,再比较两球中气体颜色。(2NO2N2O4H=-56.
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