22化学平衡.docx

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22化学平衡

第二节化学平衡

〖教学目标〗：

1、掌握化学平衡的概念、特征及外界对化学平衡的影响。

2、化学平衡的移动及图象

3、有关化学平衡的计算

4、勒沙特列原理的应用

〖教学重点〗：

化学平衡状态的特征及浓度、压强、温度对化学平衡的影响。

〖教学难点〗：

化学平衡的计算

〖教材分析〗：

化学平衡主要是研究可逆反应进行的程度和改变外界条件对化学平衡的影响。

本节教材主要包括两部分知识：

⑴化学平衡状态的概念和特征。

⑵外界条件对化学平衡的影响。

本节内容既是本章内容的重点，又是本章教学的难点，通过本节的教学不仅可以巩固有关化学反应速率的知识，而且也为后面的教学奠定了基础。

〖教学方法〗：

１．关于化学平衡的概念教学：

⑴化学平衡研究的对象是可逆反应。

以化学反应CO+H2O（气）＝＝CO+H2为例，分析得出：

①可逆反应是在同一条件下进行的向正、逆两个方向进行的反应；②可逆反应不能进行到底，因而对于任何一个可逆反应都存在一个反应进行到什么程度的问题。

⑵抓住可逆反应CO+H2O（气）＝＝CO+H2在一定条件下，各物质浓度的变化和反应速率的变化情况，提出下列问题：

①反应刚开始时，反应物和生成物的浓度如何？

正反应和逆反应的速率如何？

②随着反应的进行，反应物和生成物的深度如何变化？

正、逆反应的速率如何变化？

此时的速率是瞬间速率还是平均速率？

并引导学生绘图。

③当正反应速率等于逆反应速率时，反应物的浓度和生成物的浓度能否变化？

⑶用上述相同方法，让学生分析CO＋H2反应过程中，各组成成分的浓度和反应速率的变化情况，并现绘出速率——时间关系图。

由此得出结论：

不论从CO和水蒸气开始反应还是从H2O和CO2开始反应，达到平衡时，各物质的组成成分是不改变的。

⑷为了加深学生对化学平衡概念的理解，可引导学生精读化学平稳定义，着重“一定条件”、“可逆反应”、“正反应和逆反应的速率相等”、“反应混合物中各组成成分的含量不变”的重要涵义。

２．关于外界条件对化学平衡影响的教学：

——抓好以下几个环节

⑴复习化学平衡状态的概念和特征。

着重检查学生对化学平衡是动态平稳时正、逆反应速率相等，并且反应混合物中各组成成分的含量保持不变。

⑵分析外界条件改变时，平衡体系内正、逆反应速率和各物质含量的变化。

使学生明确：

①条件改变时，正反应和逆反应的速率随之改变，原化学平衡被破坏，反应混合物的组成成分都要随之改变。

②在新的条件下，经过一定的时间，正逆反应的速率又可又相等，重新建立了新的化学平衡。

反应混合物中各组分的含量又保持不变。

③新平衡和原平衡相比，反应混合物中各组成的成分的含量是不同的。

⑶通过以上分析，学生明确：

化学平衡发生移动原因是反应条件的改变，移动的结果是平衡混合物中各成分的含量发生变化。

⑷加强实验教学：

从实验引入理论，边实验、边讨论、边讲解。

通过观察和分析，探索平衡移动的规律，提高学生观察能力和思维能力。

⑸为了便于学生理解化学平衡移动的规律，可用画图的形式帮助学生理解、记忆。

３．勒沙特列原理是浓度、压强和温度等反应条件对化学平衡影响的概括和总结，采用下表以帮助学生归纳总结。

〖课时安排〗本节内容共分4课时，

第一课时：

介绍平衡概念及平衡时相关计算

第二课时：

影响平衡移动的因素——勒沙特列原理的运用及图像题

第三课时：

等效平衡简介

第四课时：

习题课

〖教学过程〗]

引入新课：

复习可逆反应的概念：

同一条件下同时进行的两个相反的化学反应

特征：

（1）不能进行到底——即反应不能完全进行

（2）当正反应速率=逆反应速率时达到平衡状态，也可理解为同种物质的分解速率等于其形成速率。

（3）反应后得到的是混合物

（4）体现为图像为

化学反应速率是衡量化学反应进行的快慢程度的，但不能表明一个可逆反应进行得程度，即不能表明生成物的产率或反应物的转化率的多少。

反应物转化成生成物的多少问题就涉及到化学反应进行的程度问题——化学平衡。

一、化学平衡的建立——研究的对象是可逆反应

定义：

化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。

特点：

动：

化学平衡是一种动态平衡v（正）=v（逆）≠0。

定：

条件不变时，各组分浓度保持不变、物质的量分数不变、转化率不变、产率不变。

对于气体而言，压强不变、体积分数不变。

变：

条件改变时，化学平衡发生移动。

平衡建立：

在一定条件下，反应应是从一定速率开始的，而逆反应是从零开始的，随时间推移，正、逆反应速率相等，反应达到平衡。

（结合图像解释）

对于不同的化学反应（可逆反应）化学反应进行程度（即转化率）的大小是由化学平衡常数来决定的。

注意：

无论从反应开始还是从产物开始，还是从中间开始进行，可逆反应都可以达到平衡状态。

二、化学平衡状态的标志

1、用速率判断：

同一种物质——正=逆

不同种物质——正反应速率之比为化学计量数之比，即vA正∶vB正=a∶b转化为同种物质进行比较，即vA正=vA逆

2、其它条件：

混合物中各成分的含量、浓度不变，转化率不变

以上两点对于任一可逆反应的平衡判断均适用

3、气体的平均相对分子质量、气体的密度、在恒压下气体的体积、恒容下气体的压强的不变，分情况进行讨论。

从以下四个化学反应来分析：

N2+3H22NH3

I2（g）+H2（g）2HI（g）

A（s）+2B（g）C（g）+D（g）

C（s）+H2O（g）CO（g）++H2（g）

小结：

是否为平衡状态，可以假设“若反应向正反应进行，则怎么样？

此量可变时，则该量不变为平衡状态，此量始终不变，则该量不是平衡的标志。

判断化学平衡状态的方法

项目

mA（g）+nB（g）≒pC（g）+qD（g）

混合物体系中各成分的含量

①各物质的物质的量或物质的量分数一定

平衡

②各物质的质量或质量分数一定

平衡

③各气体的体积或体积分数一定

平衡

④总体积、总压力、总物质的量一定

不一定平衡

正、逆反应速率的关系

①在单位时间内消耗mmolA的同时生成mmolA

平衡

②在单位时间内消耗nmolB的同时消耗pmolC

平衡

③v（A）：

v（b）：

v（c）：

v（d）=m：

n：

p：

q

不一定平衡

④在单位时间内生成nmolB的同时消耗qmolD

不一定平衡

压强

①m+n≠p+q时，总压力一定（其他条件一定）

平衡

②m+n=p+q时，总压力一定（其他条件一定）

不一定平衡

混合气体的平均相对分子质量

①只有当m+n≠p+q时，M一定

平衡

②但m+n=p+q时，M一定

平衡

温度

任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时，其他不变

平衡

密度

体系的密度一定

不一定平衡

其他

如体系颜色不再变化

平衡

[例1]、在一定温度下，可逆反应A（g）+3B（g）2C（g）达到平衡的标志是（）

A．C的生成速率与C的分解速率相等

B．单位时间内生成nmolA,同时生成3nmolB

C．A、B、C的浓度不再改变

D．A、B、C的分子数比为1∶3∶2

答案：

AC

解析：

选项A、B都是从速率角度看，A反映的是v（正）=v（逆），但B反应的是v（A生）∶v（B生）=1∶3，都是v（正），没有v（逆），且无论反应是否达到平衡，v（A生）∶v（B生）总是为1∶3，选项C、D都是从浓度角度看，平衡时各物质的浓度不变，并不一定等于其化学计量数比。

故应选A、C。

[例2]、在合成氨反应中，下列说法可以确定反应达到化学平衡状态的是（）

A.当有1molN≡N键断裂的同时，有3molH—H键断裂

B.当有1molN≡N键断裂的同时，有6molN—H键形成

C.当有1molN≡N键断裂的同时，有6molH—H键形成

D.当有1molN≡N键断裂的同时，有6molN—H键断裂

简析：

题中四个选项的前半句都相同，A、B选项无论是否达到平衡都有此变化发生，故不能确定反应是否达到平衡；C选项有6molH—H键形成同时应有2molN≡N键断裂；故为非平衡状态（向逆向进行）；D选项有6molN—H键断裂的同时即形成1molN≡N,该选项可确定反应处于平衡状态。

故应选D。

三、有关化学平衡的计算——浓度计算及转化率计算

[例3]、一定温度下，在密闭容器中加入I2（g）和H2（g）各0.5mol发生反应：

H2（g）+I2（g）2HI（g）达平衡时，生成0.8molHI,若其他条件不变，开始充入2molH2,则达平衡时的HI物质的量为（）

A.0.8molB.0.9molC.1.0molD.1.4mol

答案：

B

解析：

本题可根据第一次达平衡时n（HI）=0.8mol为已知条件推断，反应最终处于平衡状态，所以若起始加入2molH2,0.5molI2（g）,对于第一次平衡来说，增大一种反应物的浓度时，可以使平衡向正反应方向移动，生成的HI应大于0.8mol,但小于1mol；因为反应为可逆反应，即不能进行到底的反应。

本题若不用估算推断法来解，而是用平衡计算法来解，既困难又费时，所以抓住平衡的概念和平衡移动的基础知识，估算推断是最简单迅速的解法。

故选B。

[例4]、在容积相同的A、B两个密闭容器中，分别充入2molSO2和1molO2,使它们在相同温度下发生反应：

2SO2+O22SO3,并达到平衡,在反应过程中，若A容器保持体积不变，B容器保持压强不变，当A中的SO2的转化率为25%时，则B容器中SO2的转化率应是（）

A.25%B.﹥25%C.﹤25%D.12.5%

答案：

B

解析：

根据反应方程式：

2SO2+O22SO3可看出，这个反应是气体体积减小的反应。

反应开始时，容器体积相同，A、B两容器内所含反应物的物质的量相同，所以二者反应的出发点相同。

当反应开始以后，由于体系内分子的减少，A、B两容器内的压强将减小，但容器B要保持压强不变，则体积就要变小。

当达到平衡时，v（A）大于v（B）。

为了比较二者的转化率，我们不妨假设B也和A一样体积不变，达到平衡时，A、B两容器内的SO2转化率相等，都为25%。

这时，再给B容器加压使其体积减小，这时，B容器平衡被破坏，平衡发生移动，增大压强，可使平衡向气体体积数减小的方向移动，故平衡向正反应方向移动，则SO2的转化率提高，所以大于25%，故选B。

催化剂

高温

四、化学平衡常数

1、平衡常数的定义：

CO+H2O（g）CO2+H2，通过实验，以不同起始状态使化学反应达到平衡状态时，生成物CO2和H2的浓度的乘积与反应物CO和H2O的浓度的乘积永远相等。

这个常数叫做该反应的化学平衡常数，简称平衡常数。

用K表示：

2、含义：

从上述可知：

平衡常数越大，生成物浓度越大，反应物浓度越小，故反应向右进行的越完全。

反应物的转化率也越大。

3、特点：

可逆反应的平衡常数并不随反应物或生成物浓度的改变而一定发生改变，仅随温度的改变而改变。

即平衡常数是温度的函数

4、书写平衡常数应注意的几个问题：

①由于固体纯液体物质的浓度为一常数，所以在平衡常数表达式中不再写出。

②由于水的物质的量浓度为一常数（55.6mol·L－1），因平衡常数已归并，书写时不必写

五、影响平衡移动的因素

达到平衡后，改变外界条件，平衡移动：

v（正）>v（逆向正反应方向移动

v（正）

勒沙特列原理：

如果改变影响平衡移动的一个条件，平衡就向能够削弱这种改变的方向移动。

具体讲有：

1、浓度：

演示FeCl3+NH4SCN在不同浓度下反应时所得溶液颜色的不同

小结：

增大反应物浓度（或减小生成物浓度），平衡向正反应方向移动。

说明：

对于纯液体或固体而言，此法无效果

2、压强：

对于反应前后气体分子数有变化的可逆反应来说，加大压强，平衡向气体分子数减小的方向移动，反之，减小压强，平衡向气体分子数增大的方向移动。

3、温度：

演示NO2和N2O4的平衡移动实验

小结：

升高温度，平衡向吸热反应方向移动，反之，降低温度，平衡向放热反应方向移动。

4、催化剂：

对正逆反应速率的影响是同等的，所以化学平衡不移动。

小结：

外界条件对化学平衡的影响

改变影响平衡的一个条件

化学平衡移动方向

化学平衡移动结果

增大反应物浓度

向正反应方向移动

反应物浓度减小，但比原来大

减小反应物浓度

向逆反应方向移动

反应物浓度增大，但比原来小

增大生成物浓度

向逆反应方向移动

生成物浓度减小，但比原来大

减小生成物浓度

向正反应方向移动

生成物浓度增大，但比原来小

增大体系压强

向气体体积减小的反应方向移动

体系压强减小，但比原来大

减小体系压强

向气体体积增大的反应方向移动

体系压强增大，但比原来小

升高温度

向吸热反应方向移动

体系温度降低，但比原来高

降低温度

向放热反应方向移动

体系温度升高，但比原来低

注意：

观察化学方程式时，一看状态，二看计量数

[例5]、下列事实中不能应用勒沙特列原理来解释的是（）

A．向醋酸中加入少量的醋酸钠晶体，酸性减弱

B．加入催化剂有利于氨的氧化反应

C．高压能提高合成氨工业中氮气和氢气的转化率，NH3的产率更高。

D．电解水时，向纯水中加入少量的氢氧化钠或硫酸，导电性增强

答案：

BD

解析：

勒沙特列原理仅适用于平衡体系，而与反应速率无关。

催化剂能显著改变正、逆反应速率，但不影响化学平衡，所以选项B不能用勒沙特列原理解释。

D选项中所指的是水中离子浓度增大了，导电性增强了。

这和勒沙特列原理无关，所以D选项也不能用勒沙特列原理来解释。

注意：

向反应中加入单一反应物或产物，相当于对此平衡体系加压，平衡移动的判断相当于增大压强，平衡移动的判断。

如在mA==nB+pC平衡体系中，只加入A，则相当于加压。

如增加B物质的量，则用浓度的变化来判断平衡的移动。

六、图像题——共分5种情况进行讨论

先看线，后看点，没有点要作线，先拐先平衡

化学平衡图象汇总

1、速率—时间图象（v-t）

2、浓度、百分含量、转化率和时间图象

3、速率和浓度、压强、温度图象

4、百分含量（转化率）和温度、压强

5、百分含量（转化率）和压强、温度图象

[例6]、对于吸热反应A（g）+B（g）C（g）+D（g）A的转化率与压强（p）和温度T的关系如图所示，则T1，T2，T3的关系是_____________。

简析：

此类图象抓好三句话12个字：

定一论二、先拐先平、找点找线

很显然，当压强为p1时，T1时A的转化率最高，故T1﹥T2﹥T3。

［例7］、图2—5中的曲线是表示其他条件一定时，2NO＋O22NO2＋Ｑ（Ｑ＞0）反应中NO的转化率与温度的关系曲线，图中标有a、b、c、d四点，其中表示未达到平衡状态，且v（正）＞v（逆）的点是（）

A.a点B.b点C.c点D.d点

解析：

此题为温度——转化率曲线，由于a点、b点均在平衡线上，表示a点与b点均达到平衡状态。

c点时，若温度不变，NO的转化率将增大，说明反应没达到平衡，且反应向正反应方向进行，即v（正）＞v（逆），符合题目要求。

d点时，若温度不变，NO的转化率将减小，说明反应没达到平衡，且反应向逆反应方向进行，即v（正）＜v（逆），不符合题目要求。

答案：

C

点评：

本题是反应物的转化率与平衡线的关系问题，让学生认识面上的不同位置的点与平衡线的关系。

[例8]、在密闭容器中进行下列反应：

M（气）＋N（气）

R（气）＋2L

此反应符合下面图像，下列叙述是正确的是（）

（A）正反应吸热，L是气体

（B）正反应吸热，L是固体

（C）正反应放热，L是气体

（D）正反应放热，L是固体或液体

解析：

从影响反应速率的因素考虑，抓住先拐先平进行分析

[例9]、在一定条件下，反应A（气）＋B（气）

C（气）＋Q达到平衡后，根据下列图象判断

A．B．C．D．E．

（1）升温，达到新的平衡的是（）

（2）降压，达到新的平衡的是（）

（3）减少C的量，移向新平衡的是（）

（4）增加A的量，移向新平衡的是（）

（5）使用催化剂，达到平衡的是（）

七、等效平衡状态的判断

判断方法：

将各条件中物质的量按照反应的化学计量数比全部转换为相应量的反应物或生成物，即看是否相当于在相同外界条件下的同一点、同一浓度开始。

其他条件不变，反应无论从何处开始，只要能相当于从同一点、同一浓度开始，其平衡混合物的含量也不变，即平衡状态完全等同。

具体讲：

1、对于一般的可逆反应，将反应物或生成物的物质的量用“一边倒”的方法，转换成方程式同一边物质的量相等，则两平衡等效

2、在恒温恒压下，将反应物或生成物用“一边倒”的方法，转换成方程式同一边物质的量比值相等，则两平衡等效。

3、在恒温恒容下，对于气体分子数不变的可逆反应，将反应物或生成物用“一边倒”的方法，转换成方程式同一边物质的量比值相等，则两平衡等效。

配合课课练上相关练习题

化学平衡典型图象分析

配合课课练上相关练习题

六、化学平衡有关计算法的归纳

解答此类题一般的思路和方法（扩充法）是：

建立模式、确定关系；依照题意，列出方程。

如令A、B为起始物质，A的物质的量变化为mxmol,则

mA（g）+nB（g）pC（g）+qD（g）

n（起始）AB00

n（变化）mxnxpxqx

n（平衡）A-mxB-nxpxqx

然后即可根据题意列式求解（仅举四例）。

（1）若已知A的转化率为α%，则

（2）若已知D%为β%（物质的量或体积分数），则：

（3）若已知起始时、平衡时的压强，则

（4）若欲求平衡混合气体的平均相对分子质量，则

[补充练习]：

例1、丁烷发生下列分解反应并建立平衡C4H10（g）CH4（g）+C3H6（g），将2mol丁烷放入体积不变的密闭容器中，达平衡时，丁烷的分解率为25%，则平衡时混合气对氦气的相对密度为（）

A.29B.14.5C.11.6D.5.8

答案：

C

解析：

从方程式可看出，1mol丁烷分解成2mol气体，当丁烷的分解率为25%时,气体的物质的量由原来的2mol增至2+2×25%=2.5mol,根据质量守恒定律，平衡时混合气体的平均相对分子质量为

=

对氦气相对密度

=

例2、两气体A、B分别为0.6mol与0.5mol，在0.4L密闭容器中发生反应：

3A+B

mC+2D,经5min后达到平衡，此时C为0.2mol，又知在此反应时间D的平均反应速率为0.1mol·L－1·min－1,下列结论正确的是（）

A．m值为2

B．B的转化率为20%

C．A的平均反应速率为0.1mol·L－1·min－1

D．平衡时反应混合物总物质的量为1mol

答案：

AB

解析：

根据C物质在5min后物质的量由0→0.2mol，可求出C物质的平均反应速率：

v（C）=

因为速率比即为方程式中的计量数比：

所以v（C）∶v（D）=m∶2即：

0.1∶0.1=m∶2得m=2，

故A选项不正确。

在方程式中，B物质与D物质的反应计量数比为1∶2，所以B物质在5min内物质的量变化值：

Δn（B）=

Δn（D）=

得B的转化率=

故B选项也正确。

根据A与D的反应计量数比可知A物质的平均反应速率应为：

v（A）=

×v（D）=

×0.1=0.15mol·L－1·min－1

故C选项错误。

平衡时反应混合物总物质的量为：

n（总）=n（A）+n（B）+n（C）+n（D）

=（0.6－0.3）+（0.5－0.1）+0.2+0.2

=1.1mol

或者用反应两侧物质的总物质的量相等来判断，反应前后体积不变，物质的量也不变，所以开始时，A、B总物质的量为0.6+0.5=1.1mol,当反应达平衡时,混合物总物质的量也应为1.1mol。

故D选项错误。

例3、在密闭容器中，将NO2加热到某温度时，可进行如下反应：

2NO22NO＋O2，在平衡时各物质的浓度分别是：

ｃ（NO2）＝0.06mol·L-1，ｃ（NO）＝0.24mol·L－1，ｃ（O2）＝0.12mol·L－1，试求该温度下的化学平衡常数和NO2在反应开始时的浓度?

解析：

此题为有关化学平衡常数的简单计算，根据化学平衡常数的定义表达式可得：

而开始时ｃ（NO2）始＝ｃ（NO2）变＋ｃ（NO2）平即可求出。

答案：

由化学平衡常数的定义知：

由反应式：

2NO22NO＋O2知：

ｃ（NO2）变＝ｃ（NO）平＝0.24mol·L－1

所以NO2的起始浓度为

ｃ（NO2）始＝0.24mol·L－1＋0.06mol·L－1＝0.30mol·L－1

[实验探索]：

化学反应速率和化学平衡

［实验目的］

1.加深对浓度、温度和催化剂等条件对化学反应速率影响的理解。

2.加深对浓度、温度对化学平衡影响的理解。

3.通过实验，进一步领会做定量实验的方法，培养观察能力。

[实验原理]：

反应Na2S2O3+H2SO4====Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O

[实验用品]：

试管、小烧杯、大烧杯、量筒、滴管、温度计、小纸片、秒表、胶条、黑色笔、药匙、酒精灯、火柴、剪刀、木条。

3﹪Na2S2O3溶液、H2SO4溶液、3﹪H2O2溶液、0.1mol·L－1FeCl3溶液、0.1mol·L－1KSCN溶液、封装有NO2和N2O4混合气体的玻璃球（或试管）、MnO2、蒸馏水、热水。

[实验步骤]

一、浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响

1.浓度对化学反应速率的影响

2.温度对化学反应速率的影响

3.催化剂对化学反应速率的影响

二、浓度、温度对化学平衡的影响

1.浓度对化学平衡的影响。

2.温度对化学平衡的影响。

[问题和讨论]

1.在做浓度、温度对化学反应速率影响的实验时，为什么溶液的总体积必须保持相等？

2.在实验步骤一、2中，为什么要预先使小烧杯在热水浴中温热一会儿后再加入硫酸？

3.在做温度和浓度对化学反应速率或化学平衡影响的实验时，应注意什么？

分别采取了哪些措施？

答：

1.这是为了计算便利，溶液的总体积相等时，反应物浓度跟反应物加入的量成正比。

2.刚把小烧杯放入盛有热水的大烧杯中时，二者中的水温不相同，将小烧杯放置一会儿，使热交换达到平衡，小烧杯中水温与大烧杯中的相同。

3.溶液的总体积要一致，同时为便于观察实验现象，不同实验所取的溶液之间，要有一定的浓度差值或温度差值。