高中化学第2章化学反应的方向、限度与速率第2节化学反应的限度教案鲁科版选修4.pdf

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1、 1/5 第 2 节化学反应的限度 教学目标:1、使学生了解化学平衡常数，知道化学平衡常数的含义,能利用化 学平衡常数计算平衡转化率。2、使学生了解温度、压强、浓度等因素对化学平衡的影响，并能够判断平衡移动的方向。3、通过温度、浓度对化学平衡的影响的实验探究，培养学生分析、处理数据，获取信息的能力提高学生逻辑归纳能力。教学重点、难点：化学平衡常数的含义及温度、浓度、压强对化学平衡的影响。教学方法：实验探究、数据分析、理论推测等。课时安排：4 课时 教材分析：本节教材在研究了“如何判断化学反应能否向某个方向自发进行”这一问题后，引领学生从“化学反应向某方向进行的限度”这一角度继续深入了解化学反应

2、，即研究化学反应的限度。化学反应的限度是认识化学反应的一个必不可少的维度，在本章中起着承上启下的作用。教材紧抓平衡常数概念，将平衡常数作为讨论的总线索，用其定量描述平衡状态，依据其来分析平衡移动，并将平衡转化率阿作为定量描述平衡状态的补充，对于平衡移动问题的讨论，在建立浓度商 Q 概念的基础上，提出普遍适用的 Q 与 K 的比较判据;同时也介绍了适用于密闭体系的平衡移动的定性判据。学生通过必修 2 的学习已经知道可逆反应进行到一定程度后即达到化学平衡状态，但不知道如何定量描述化学反应进行的限度;知道温度、压强、浓度等反应条件将使化学平衡状态发生移动，但不知道外界条件改变时化学平衡将如何移动。本

3、节教材在化学必修课程的基础上从化学反应的限度的定量描述和外界条件对化学平衡的影响这两个方面对化学平衡的有关问题进行深入的探讨。本节教材知识框架：教学过程:第 1 课时【知识复习】1、可逆反应的概念：在相同条件下同时向正、反两个方向进行的反应称可逆反应。可逆反应的特点：（1）不能进行到底，有一定限度（2）正反两个方向的反应在同时进行（3）一定条件下，正逆反应达平衡 2、化学平衡的概念 在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。它的建立与反应途径无关，从正反应或逆反应开始都可以建立平衡状态。化学平衡的本质：同一物质 V 正=V 逆 化学平衡特征 逆：

4、指可逆反应。等：V 正=V 逆 动：V 正=V 逆0，动态平衡 定：各组分浓度一定或物质的量一定（不是相等）变：外界条件改变，平衡被破坏，平衡将发生移 动而建立新的平衡。以可逆反应 N2+3H2 2NH3为例说明怎样判断该反应是否达到化学平衡状态？例 1、在一定条件下，反应 2NO+O2 2NO2 达到平衡的标志是（）A、NO、O2、NO2 分子数目比是 212 B、反应混合物中各组分物质的浓度相等 C、混合气体的颜色不再变化 D、混合气体的平均相对分子质量不变 E、混合气体的压强不再变化 F、V（NO）：V（O2）：V（NO2）=2：1：2【过渡】为了减轻汽车尾气对城市空气的污染，人们提出通

5、过以下反应来处理汽车尾气：2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)，上节课中我们已经证明了该反应完全可以自发进行，可是反应进行的程度（即化学反应的限度）有多大呢？【板书】第 2 节 化学反应的限度【讲述】为了寻找定量描述化学反应限度的方法，人们对许多化学平衡体系的数据进行了分析，终于发现：化学平衡常数可以表征化学反应限度的相对大小。【交流研讨】书本 42 面【学生活动】将计算结果填入表格中。分析计算所得数据，寻找其中的规律。【小结】：一个反应在同一温度下可以有不同的平衡状态，但平衡常数只有一个。【过渡】人们对其他化学平衡体系的数据进行分析，发现了类似的关系。【学生活动】分析平衡常

6、数表达式中的数据特征。化学平衡常数等于平衡体系中生成物系数次幂的乘积与反应物系数次幂的乘积之比。【板书】一、化学平衡常数 a A +b B c C +d D 1、K 及其表达式 Kc=CcDd AaBb 化学反应限度 化学反应限度的定量描述 反应条件对化学平衡的影响 化学平衡状态的建立（必修 2 中）化学平衡常数 平衡转化率 压强 浓度 温度 高温、高压 2/5 2、关于平衡常数注意事项（1）一个化学反应的 K 大小只与温度有关。（2）有纯固体或溶剂参加的反应，它们不列入平衡常数表达式。【交流研讨】根据各可逆反应在一定温度下的平衡常数，我们能知道些什么呢？请对比分析教材 P44 表2-2-1。

7、【板书小结】（3）K 值愈大则反应进行得愈完全。【师】教材 43 面交流研讨，填写空白并注意以下问题：使用化学平衡常数应注意的问题。同一化学反应的平衡常数的表达式是否惟一？平衡常数的表达式与哪些因素有关？可逆反应中正反应和逆反应的平衡常数之间有什么关系？化学平衡常数的单位与反应的化学方程式之间有什么关系？【学生活动】填写个反应的平衡常数表达式。比较和，分析平衡常数表达式的书写与哪些因素有关。比较和，分析正、逆反应的平衡常数之间的关系。比较和，分析平衡体系中固体和纯液体的浓度在平衡常数表达式中不出现的原因。【小结板书】（4）平衡常数的表达式及单位与方程式的书写形式有关。（5）化学反应的正逆反应的

8、平衡常数互为倒数。【板书】平衡常数的应用 判断反应可能进行的程度【说明】K105时，该反应进行得基本完全。K 在 10-5105之间是典型的可逆反应。KK 时，反应逆向进行；Q B、C、=D、不能确定 第 2 课时【讲述】平衡常数仍不能直观地表示反应限度，因此在实际应用中，常用平衡转化率来表示反应限度。【板书】二、平衡转化率 【师】关于平衡常数和平衡转化率的计算主要有以下两种类型【学生活动】阅读教材 44-45 面例题，且注意解题过程，注意总结解答题目步骤。【板书】1、已知初始浓度和平衡浓度求平衡常数和平衡转化率 例 1：对于反应 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),若在一定温度下，将

9、0.1mol 的 SO2(g)和 0.06mol O2(g)注入一体积为 2L 的密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中有 0.088mol 的 SO3(g)试求在该温度下（1）此反应的平衡常数。（2）求 SO2(g)和 O2(g)的平衡转化率【师生互动】带领学生分析例题，展示解题过程与格式。小结解题步骤。【小结】由例 1 可知，一个已标明化学方程式的化学反应，在温度一定时虽然只有一个平衡常数，但是不同反应物的平衡转化率可能不同。因此，脱离具体的平衡的反应物谈化学平衡转化率是没有意义的。【练习】1、在密闭容器中，将 NO2加热到某温度时，可进行如下反应：2NO2 2NO+O2，在平衡时各物质

10、的浓度分别是：NO2=0.06mol/L,NO=0.24mol/L,O2=0.12mol/L.试求：（1）该温度下反应的平衡常数。（2）开始时 NO2的浓度。（3）NO2的转化率。2、在某温度下，将 H2(g)和 I2(g)各 0.1mol 混合物充入 10L 的密闭容器中，充分反应达到平衡时，测得H2=0.0080mol/L，求：(1)反应的平衡常数(2)其它条件不变，充入的 H2(g)和 I2(g)各 0.2mol,求达平衡时各物质的平衡浓度。【板书】2、已知平衡转化率和初始浓度求平衡常数 例2:反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g),若在一定温度下，将物质的量浓度均为2m

11、ol/L的SO2(g)和NO2(g)注入一密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中 SO2(g)的转化率为 60%，试求：在该温度下。（1）此反应的浓度平衡常数。（2）若 SO2(g)的初始浓度增大到 3mol/L,则它们的转化率变为多少？【板书】3、知平衡常数和初始浓度求平衡浓度及转化率。例 3、在 1200时测得下列反应达平衡时,k=2.25.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)。若反应从 CO2(g)和 H2(g)开始，且 CO2(g)和 H2(g)的初始浓度分别为 A、B、C 三种情况。试计算 A 情况下各物质的平衡浓度及 CO2(g)和 H2(g)平衡转化率。A B C

12、Co(H2)mol/L 0.0100 0.0120 0.0080 Co(CO2)mol/L 0.0100 0.0100 0.0100 将根据 B、C 组数据计算各物质的平衡浓度和平衡转化率(),分析结果，得出什么结论？【练习】在 2L 的容器中充入 1mol CO 和 1mol H2O(g),发生反应：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)800时反应达平衡,若 k=1.求：（1）CO 的平衡浓度和转化率。3/5（2）若温度不变，上容器中充入 的是 1mol CO 和 2mol H2O(g)，CO 和 H2O(g),的平衡浓度和转化率是多少。（3）若温度不变，上容器中充入 的是 1m

13、ol CO 和 4mol H2O(g)，CO 和 H2O(g),的平衡浓度和转化率是多少。（4）若温度不变，要使 CO 的转化率达到 90%，在题干的条件下还要充入 H2O(g)物质的量为多少。【作业】教材 P52 第 3 题、第 6 题 第 3 课时【教学过程】【引入】复习化学反应方向的判据引出化学反应的限度及影响条件。【板书】2.2 化学反应的限度 三、反应条件对化学平衡的影响【讲解】对于可逆反应 N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，在一定条件下，当正反应速率和逆反应速率相等时，该反应就达到了平衡状态，反应进行到了最大限度。如果改变条件，这个平衡就要被破坏，在新的条件下建立起新的平衡。

14、这样由一个平衡状态变为另一个平衡状态的过程，称为化学平衡移动。如果平衡移动的结果使 NH3的物质的量增多，则称平衡正向或向右移动；反之称平衡逆向移动或向左移动。【质疑】你知道改变哪些条件可引起化学平衡移动？【板书】1、温度 2、浓度 3、压强【说明】引起化学平衡移动的条件很多，但温度、浓度和压强是引起化学平衡移动的三个重要条件。先来探究温度对化学平衡的影响。【演示实验】分别将盛有 NO2的烧瓶放入空气、冷水和热水中，持续一段时间直到颜色不再发生变化为止。请观察实验现象。【活动探究】(投影)2 NO2(g)N2O4(g)H=_57.2kJmol-1 红棕色 无色 序号 实验内容 实验现象 实验结

15、论(平衡移动方向)温度变化 混合气体颜色 c(NO2)1 将充有 NO2的烧瓶置于空气中 2 将充有 NO2的烧瓶放入冷水中 3 将充有 NO2的烧瓶放入热水中 【提问】汇报实验现象。【探究归纳】改变温度，平衡发生移动。【讨论】对反应 2NO2(g)N2O4(g)H=57.2kJmol-1来说，改变温度时平衡移动的方向与化学反应热效应(吸热或放热)有什么关系？【归纳】从实验事实可以看出，降低温度，平衡向生成 N2O4的方向即放热的方向移动；升高温度，平衡向生成 NO2的方向即吸热的方向移动。一个反应并不能说明一条普遍的规律，需要更多实验事实证明。【思考】请根据下列实验结果和数据思考下列反应改变

16、温度时，平衡将向哪个方向移动？平衡移动的方向与化学热效应(吸热或放热)有什么关系？可逆反应 原平衡状态 改变 条件 新平衡状态 移动 方向 N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H0【HI】=1.20molL-1【H2】=0.20molL-1【I2】=0.20molL-1 升温【HI】=0.80molL-1【H2】=0.40molL-1【I2】=0.40molL-1 【探究归纳】此实验的变化规律与上一实验相同。【小结】降低温度，平衡向放热的方向移动；升高温度，平衡向吸热的方向移动。【质疑】为什么改变温度，平衡会发生移动？【讨论】结合反应 2NO2(g)N2O4(g)的实验现象，请观察下列实验数

17、据你会发现怎样的规律？【投影】温度对平衡常数影响的实验数据 2NO2(g)N2O4(g)H=_57.2kJmol-1 T/K 298 333 K/mol-1L 6.8 0.601 2NH3(g)N2(g)+3H2(g)H=+92.2kJmol-1 T/K 473 673 873 K/(molL-1)2 0.0015 2.0 100【分析】对于反应 2NO2(g)N2O4(g)在一定条件下达到平衡时，升高温度，平衡常数减小，原平衡被破坏，平衡只有逆向移动，在新的条件下才能建立起与新的平衡常数相对应的平衡状态。因此，温度对化学平衡的影响是通过改变平衡常数来实现的。【概括整合】升高温度，平衡向吸热的

18、方向移动；降低温度平衡向放热方向移动。改变温度，平衡常数发生改变，温度对化学平衡的影响是通过改变平衡常数来实现的。可以利用温度对化学平衡的影响来判断某反应是吸热反应还是放热反应。【巩固练习】1、化学反应 2A+B2C 达到平衡后升高温度，C 的量增加，关于此反应说法 正确的是 （）A、放热反应 B、没有显著热量变化 C、吸热反应 D、原平衡没有移动 【迁移应用】在体积一定的密闭容器中，进行化学反应 CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数和温度的关系如下表：t/700 800 830 1000 1200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 回答下列问题：(1)该

19、反应的化学平衡常数表达式K=。(2)该反应为 反应(填”吸热”或”放热”).(3)某温度下,平衡浓度符合下式：c(CO2)c(H2)=c(CO)c(H2O)，可判断此时的温度为 ；(4)若c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)，则反应体系的温度应控制在 。【交流研讨】可通过哪些途径或方法来实现浓度对化学平衡的影响？【探究归纳】增大反应物或生成物的浓度，减小反应物或生成物的浓度。4/5【交流研讨】请根据反应 Fe3+3SCN-Fe(SCN)3的化学平衡常数表达式K与浓度商Q的关系,讨论分别增大反应物和增大生成物浓度对化学平衡的影响。改 变 浓 度 Q、K关系 平衡移动方向 增大反应物浓度

20、增大c(FeCl3)或c(KSCN)增大生成物浓度 增大c【Fe(SCN)3】【理论预测】增大反应物浓度或减少生成物浓度，化学平衡正向移动，减少反应物浓度或增大生成物浓度，化学平衡逆向移动。这一理论预测还需实验证明。【活动探究】请根据提供的试剂和仪器，设计简单的实验方案证明上述预测。试剂：0.01 molL-1 FeCl3溶液、0.03 molL-1KSCN 溶液、1 molL-1 FeCl3溶液、1 molL-1KSCN 溶液 仪器：胶头滴管、点滴板【交流】学生设计的不同实验方案，并对其讨论和评价，从中选择最优方案并实施实验。【实验交流】可行的方案：编号 实验内容 实验现象 实验结论 1 分

21、别取两滴 0.01molL-1FeCl3与0.03molL-1KSCN 混合 2 向 1 中再加少量 1molL-1KSCN 溶液 3 向 1 中再加少量 1molL-1 FeCl3溶液 4 向 2 中再加少量 1molL-1 FeCl3溶液 【分组实验】将全班学生分成十二组进行实验，并要求学生注意：看清试剂瓶标签，以免加错试剂；节约药品；注意操作规范；注意实验安全。【探究归纳】找学生汇报实验现象并启发、引导得出结论。【概括整合板书】温度不变，平衡常数不变，若增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，QK，平衡逆向移动。【说明】固体和纯液体的浓度看作常数，改变固体或纯液体的量对化学平衡的移动没有影响

22、。【讨论】反应 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H=_197.8kJmol-1是硫酸制造工业的基本反应。在生产中常采用将过量的空气通入反应设备中的方法。为什么？【归纳】增大 O2的浓度，提高 SO2的转化率。【质疑】假定你是一名化工生产设计师，你还可建议采取哪些措施来提高 SO2的转化率？【说明】化学工业生产中，常常通过增加某一价廉，易得的反应物浓度来提高另一昂贵、稀缺的反应物的转化率，从而降低生产成本；为了提高产量，生产过程中常将生成物及时从体系中移走，使平衡右移。【概括整合板书】平衡移动分K变化和K不变两种情况。【例题】在一定条件下,反应 CO+NO2CO2+NO 达到平衡后，降低

23、温度，混和气体的颜色变浅。下列判断正确的是()A.正反应为吸热反应 B.正反应为放热反应 C.CO 的平衡转化率降低 D.各物质的浓度不变【迁移应用】1.关节炎病因是在关节滑液中形成尿酸钠晶体，尤其在寒冷季节易诱发关节疼痛。其化学机理为：HUr+H2OUr-+H3O+尿酸 尿酸根离子 Ur-(aq)+Na+(aq)Na Ur(s)下列对反应叙述中正确的是()A正反应的H0 B正反应的H0 C升高温度平衡正向移动 D降低温度平衡正向移动 2.在一定条件下，反应 H2(g)+Br2(g)2HBr(g)的H0，达到化学平衡状态且其他条件不变时：(1)如果升高温度,平衡混合物的颜色 ；(2)如果在体积

24、固定的容器中加入一定量的氢气，化学平衡 移动，Br2(g)的平衡转化率 (变大、变小或不变)。3.铬酸钾(K2CrO4)与重铬酸钾(K2Cr2O7)有如下转化:2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O 黄色 橙红色 已知重铬酸钾的稀溶液呈橙红色。(1)向重铬酸钾的稀溶液中加入 NaOH，溶液呈 色；(2)向(1)的溶液中再加入过量的 H2SO4，溶液呈 色；(3)向重铬酸钾的稀溶液中加入 Ba(NO3)2溶液(BaCrO4为黄色沉淀),则平衡向 移动(填“左”或“右”)。【强调】学习过程中分别采用了实验探究与数据分析、理论预测与实验验证相结合的程序和方法认识了温度、浓度对化学平衡影响的规律

25、，学会利用这些规律来调控化学平衡向人们需要的方向移动，以便造福人类和社会。【布置作业】课本第 52 页第 1、2 题 第 4 课时 【投影】：氧合血红蛋白与碳氧合血红蛋白之间存在可逆反应，可以相互转化。Hb +O2(g)Hb(O2)Hb(O2)+CO(g)Hb(CO)+O2（g）【质疑】：怎样抢救煤气中毒的病人呢？我们带着这个问题来学习压强对化学平衡的影响。【板书】：第 2 节 化学反应限度 三、反应条件对化学平衡的影响【交流研讨】：1、对于密闭容器中的气体来说，在保持温度不变时，把容器的体积压缩为原来的一半时，气体的压强将变成原来的多少倍？如果把容器的体积扩大为原来的两倍呢？2、假设下列表中

26、的各反应已经达到平衡状态，若保持温度不变，将容器的体积压缩为原来的一半或增加到原来的两倍时，试分析化学平衡将如何移动。【学生活动】1、学生分为两组讨论。第一组同学按表 1 讨论，第二组同学按表 2 讨论，完成了本组的问题可以思考对方的问题。2、汇报讨论结果。编号 反应 g 平衡 常 数K V=1/2V0 (P=2P0)各气体的浓 度变化（CB）浓度商（Q）Q 与 K 的关系 平衡移动 的方向 A N2(g)+O2(g)2NO(g)CB=C0 B N2(g)+3H2(g)2NH3(g)5/5 C N2O4(g)2NO2(g)编号 反应 g 平衡 常 数K V=2V0 (P=1/2P0)各气体的浓

27、 度变化（CB）浓度商（Q）Q 与 K 的关系 平衡移动 的方向 A N2(g)+O2(g)2NO(g)CB=C0 B N2(g)+3H2(g)2NH3(g)C N2O4(g)2NO2(g)【展示】：按下表整理学生的讨论结果 编 号 反应 g 增大压强 减小压强 Q 与 K 的关系 平衡移动 的方向 Q 与 K 的关系 平衡移动 的方向 A N2(g)+O2（g）2NO(g)B N2(g)+3H2(g)2NH3(g)C N2O4(g)2NO2(g)【启发】请同学们根据讨论的结果归纳压强对平衡的影响规律。【小结并板书】增大压强，平衡向气态物质系数减小的方向移动；减小压强，平衡向气态物质系数增大的

28、方向移动。【启发】：对于没有气体参与的反应，压强改变时对物质浓度影响不大，因此，对没有气体参与的反应，压强改变时对平衡影响不大。对于反应前后气态物质系数相同的反应改变压强，其浓度变化幅度一致，结果是 Q=K，故平衡不会移动。【过渡】：我们从理论的角度推导所得到规律是否正确呢？我们用实验来检验一下。【实验探究】：教材 49 页，交流研讨 1，压强对 N2O4(g)2NO2(g)平衡的影响。展示注射器，说明推拉活塞时可以实现反应体系压强的改变。【学生活动】：注意观察实验现象并积极分析原因。【分析结果】针筒由 10 变化到 5 浓度增加 2 倍，如果平衡不移动颜色就会变深到大致为 2 倍，但是变化到

29、 5时，颜色又变浅说明平衡向生成方向移动了，即增大压强平衡向气体体积缩小的方向移动了，从而验证了理论预测结果。【提问】：怎样抢救煤气中毒病人？【学生活动】学生思考并做出解释，自己阅读教材 50 页身边的化学。【过渡】第 2 节我们学到的知识在认识生命现象、解决生产问题以及科学研究中都有很重要的意义。有关化学反应限度的知识可以分为两个层面：一是怎样知道一个反应达到了什么限度？即反应限度的定量描述问题；二是怎样才能使化学反应达到需要的限度？即平衡移动的问题。请同学们从这两个层面上概括和整合第 2 节的知识。【归纳并板书】：平衡移动原理：在密闭体系中，如果仅改变一个条件（如温度、浓度、压强），平衡将

30、向减弱这种改变的方向移动。【迁移应用】1、25时，合成氨反应的热化学方程式为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H（298K)=-92.4KJmol1 （1）在该温度时，取 1molN2和 3molH2放在密闭容器中，在催化剂存在下进行反应，测得反应放出的热量总是小于 92.4KJ，其原因是:（2）为了提高 NH3的产率，应如何选择反应条件？2、请利用化学平衡的移动规律、Q 和 K 的关系以及提供的信息解释下述现象：现象 1：酚酞遇碱显红色，遇酸不变色 信息：(1)、酚酞是弱酸型指示剂，其化学式可以简单表示为 HIn。(2)、酚酞中存在平衡：HIn HIn(3)、酚酞是单色指示剂，HIn

31、为无色，In为红色。现 2：将冰镇啤酒倒入杯子中会泛起大量泡沫。信息：（1）啤酒中存在 CO2的溶解平衡：CO2(aq)CO2(g)。（2）啤酒中溶解的 CO2 有 1左右与 H2O 反应生成碳酸。【拓展提高】：迁移应用 2 所涉及的平衡时弱电解质的电离平衡，我们在第 2 节学到的规律也可以应用于电离平衡、溶解平衡以及下一章将要学习的盐类的水解平衡等化学平衡体系。【结课】：化学反应限度是在生产、生活、生命现象、科学实验中广泛存在的问题，同学们在今后的学习中会不断的检验和丰富我们这一节课所学的知识，并且在实践中，可以在反应限度允许的前提下尽可能让化学反应向人们需要的方向进行，以更科学有效的利用化学反应。【课后反思】鉴于本节教材在化学反应原理模块中的重要作用，在整合后进行了拓展提高，让学生知道化学平衡移动的理论可以应用到今后将要学习的电离平衡、水解平衡、沉淀或气体的溶解平衡等。这样做目的有两个：一是让学生感受知识的有机联系，二是让学生认识本节内容在本模块知识体系中的重要性。