化学平衡的定义及特征教案.docx

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化学平衡的定义及特征教案

化学平衡的定义及特征

适用学科

高中化学

适用年级

高中二年级

适用区域

天津

课时时长（分钟）

60

知识点

1、可逆反应的概念及特征

2、化学平衡状态的建立

3、化学平衡状态的特征

教学目标

（一）知识与技能

1、通过对溶解平衡的理解和迁移，使学生建立起化学平衡的概念，并理解可逆反应。

2、通过对化学平衡概念的理解，归纳出一个可逆反应达到平衡状态时的特征。

3、能用平衡状态的特征来判断可逆反应是否达到平衡。

（二）过程与方法

1、从学生已有关于溶解的知识——溶解平衡，导入化学平衡，通过对溶解平衡的理解和迁移，使学生建立起化学平衡是个动态平衡的概念。

2、引导学生理解化学平衡的概念，讨论并归纳出反应达到平衡时所具有的特征。

3、通过适当的练习让学生用已归纳的平衡特征来判断在一定条件下，一个可逆反应进行到某种程度时是否达到平衡。

（三）情感、态度与价值观

化学平衡是宇宙中各科平衡中的一个小小的分支，化学平衡的核心内容—动态平衡，日常生活中的溶解平衡、环保等平衡问题与化学理论密切联系在一起，化学与生活息息相关。

教学重点

化学平衡状态的概念和特征

教学难点

化学平衡状态的特征

教学过程

一、复习预习

前面我们学过化学反应速率，知道化学反应有快有慢，但是化学反应还要考虑能否进行

到底，也就是化学反应的限度问题，也即是我们本节课要研究的化学平衡问题。

二、知识讲解

考点1可逆反应和不可逆反应

1.饱和溶液的可逆过程

以蔗糖溶解于水为例，当温度一定时，溶液达到饱和之后，溶液中蔗糖分子离开蔗糖表面扩散到水中的速率与溶解在水中的蔗糖分子在蔗糖表面聚集成为晶体的速率相等。

即：

溶解速率=结晶速率，于是饱和溶液的浓度和固体溶质的质量都保持不变。

达到了

溶解的平衡状态，一种动态平衡。

溶解、结晶过程可以表示如下：

溶解

固体溶质溶液中的溶质

结晶

2.可逆反应和不可逆反应

（1）可逆反应的定义：

在同一条件下，既能向正反应方向进行同时又能向逆反应方向进行的反应，叫做可逆反应。

表示可逆反应的化学方程式用“

；”代替“====”。

（2）可逆反应的定义解读：

1、可逆反应的定义强调“两同”，即“同一条件”和“同时”，如反应：

2H2O

2H2↑＋O2↑和2H2＋O2

2H2O反应条件不相同，故不是可逆反应。

2、特点：

可逆反应无论向哪个方向进行，也无论进行多长时间，都不能反应完全，得到的总是反应物与生成物的混合物；可逆反应存在化学平衡状态。

3、常见的可逆反应

N2＋3H2

2NH3

2SO2＋O2

2SO3

2NO2

N2O4

I2＋H2

2HI

Cl2＋H2O

HCl＋HClO

此外，还有弱电解质的电离平衡、强酸弱碱盐和强碱弱酸盐的水解平衡等，大多数有机反应也是可逆反应。

（3）不可逆反应的定义：

有些反应的逆反应进行程度太小因而可忽略，把几乎完全进行的反应叫不可逆反应，用“====”号表示。

例如：

Ba2＋＋SO

===BaSO4↓。

考点2化学平衡状态的建立

1.溶解平衡的建立

蔗糖溶于水开始时:

V溶解>V结晶

平衡时：

V溶解=V结晶

达到溶解平衡,是一种动态平衡。

那么，可逆反应的情况又怎样呢？

2.化学平衡的建立

例：

CO+H2O（g）

CO2+H2

起始：

0.10.100

变化：

0.050.050.050.05

平衡：

0.050.050.050.05

开始时:

V正>V逆

反应过程中:

V正↓V逆↑

平衡时:

V正=V逆

结论：

化学平衡一种动态平衡。

考点3化学平衡状态的定义

1.化学平衡状态的定义：

一定条件下的可逆反应里，当正、逆两个方向的反应速率相等时，反应体系中所有参加反应的物质的质量（溶液中表现为浓度）保持恒定，混合物（包括反应物和生成物）中各组分的质量分数（或体积分数）保持不变的状态。

2.化学平衡状态定义解读：

前提（适用范围）：

可逆反应

内在本质：

v（正）=v（逆）≠0

外在标志：

反应混合物中各组分的浓度保持不变

考点4化学平衡状态的特征

可以归纳为六个字：

逆、等、动、定、变、同。

（1）“逆”是指化学平衡的研究对象是可逆反应；

（2）“等”是指v（正）=v（逆）≠0；

（3）“动”是指化学平衡为动态平衡；

（4）“定”是反应混合物中各组分的浓度保持一定，各组分的含量保持一定。

（5）“变”是指当外界条件改变，平衡会发生移动；

（6）“同”是指化学平衡的建立与途径无关，只要外界条件相同，都可以建立相同的平衡状态。

三、例题精析

【例题1】在一密闭容器中进行如下反应：

2SO2（g）＋O2（g）

2SO3（g），已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2mol·L－1、0.1mol·L－1、0.2mol·L－1，当反应达平衡时，可能存在的数据是（　　）

A．SO2为0.4mol·L－1、O2为0.2mol·L－1

B．SO2为0.25mol·L－1

C．SO2、SO3均为0.15mol·L－1

D．SO3为0.4mol·L－1

【答案】B

【解析】A项数据表明，题中0.2mol·L－1的SO3完全转化成了SO2和O2，即平衡时，c（SO3）＝0，这是不可能的；B项可能；C项数据表明SO2、SO3的浓度都在原浓度基础上减少了0.05mol·L－1，这也是不可能的；D项数据表明SO2完全转化成了SO3，即平衡时，c（SO2）＝0，c（O2）＝0，这也是不可能的。

无论从正反应方向，还是从逆反应方向建立平衡，可逆反应都不能进行到底，任何物质的浓度都不可能为0，平衡时为各反应物与生成物共存的状态，此题是对可逆反应定义的考查。

【例题2】关于化学平衡状态的说法错误的是（　　）

A.正逆反应速率相等

B.各物质的浓度一定相等

C.动态平衡

D.平衡混合物中各物质百分含量一定

【答案】B

【解析】A正反应和逆反应速率相等，达到了平衡状态，故A正确；B正逆反应速率相等，各组分浓度不变时，达到了平衡状态。

但各物质浓度不一定相同，这和转化率和起始量有关，故B错误；C可逆反应达到了平衡状态，正逆反应速率相等，不是停止反应，是动态平衡，故C正确；D正逆反应速率相等，各组分浓度不变，平衡混合物中各物质百分含量一定，故D正确。

【例题3】可逆反应N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g）的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示，下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是（　　）

A．3v正（N2）＝v正（H2）　　B．v正（N2）＝v逆（NH3）

C．2v正（H2）＝3v逆（NH3）D．v正（N2）＝3v逆（H2）

【答案】C

【解析】可逆反应的化学平衡状态的主要特征之一是v正＝v逆，而A中3v正（N2）＝v正（H2）并未反映出v正＝v逆的关系，即A项不正确；在N2与H2合成NH3的反应中，v（N2）∶v（H2）∶v（NH3）＝1∶3∶2，分析时必须注意方向要相反，还要注意不同物质的速率值之比等于对应的化学计量数之比。

四、课堂运用

【基础】

1、反应2SO2＋O2

2SO3达到平衡后，再向反应器中充入由18O组成的氧气，经过一段时间后，18O可能存在于（　　）

A．生成的SO3中　　　B．O2和SO2中

C．剩余的SO2中D．O2、SO2和SO3中

2、下列关于化学平衡状态的说法中正确的是（　　）

A．改变外界条件不能改变化学平衡状态

B．当某反应在一定条件下反应物转化率保持不变时即达到了化学平衡状态

C．当某反应体系中气体的压强不再改变时，该反应一定达到平衡状态

D．当某反应达到平衡状态时，反应物和生成物的浓度一定相等

答案及解析：

1、D解析：

SO2与氧气的反应属于可逆反应，可逆反应是指在相同条件下，既能向正反应方向进行同时又能向逆反应方向进行的反应，所以最后18O可能存在于O2、SO2和SO3中。

2、B解析：

A气相可逆反应中气体反应前后化学计量数相等，压强改变不改变平衡状态，但温度改变平衡状态发生改变，所以说改变外界条件不一定改变化学平衡状态，故A不选；

B当某反应在一定条件下反应物转化率保持不变，即某物质的变化量不再改变时，即达到了化学平衡状态，故选B；

C若是两边气体计量数相等的可逆反应，气体的压强不再改变时，该反应不一定达到平衡状态，故C不选；

D当某反应达到平衡状态时，反应物和生成物的浓度不变，而不是相等，故D不选；

【巩固】

1、密闭容器中进行如下反应：

X2（g）＋3Y2（g）

2Z（g），X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.2mol/L、0.6mol/L，0.4mol·L－1，当达到平衡时，下列数据肯定不正确的是（　　）

A．X2为0.4mol·L－1，Y2为1.2mol·L

－1

B．Y2为1.0mol·L－1

C．X2为0.3mol·L－1，Z为0.2mol·L－1

D．Z为1.0mol·L－1

2、以下是反应：

2SO2＋O2

2SO3在不同条件下达到平衡状态时SO2的转化率。

转压强

化

率

温度

0.1MPa

0.5MPa

1MPa

10MPa

400℃

99.2%

99.6%

99.7%

99.9%

500℃

93.5%

96.9%

97.8%

99.3%

600℃

73.7%

85.8%

89.5%

96.4%

试回答下列问题。

（1）关于可逆反应的限度，你能得出什么启示？

___________________________________________________________________________。

（2）提高该化学反应限度的途径有：

____________________________________________。

（3）要实现SO2的转化率为93.5%，需控制的反应条件________________________。

答案及解析：

1、AD解析：

化学平衡研究的是可逆反应，解这类题时要善于利用极值法。

X2（g）＋3Y2（g）

2Z（g）

起始浓度：

0.2mol/L0.6mol/L0.4mol/L

平衡浓度1：

000.8mol/L

平衡浓度2：

0.4mol/L1.2mol/L0

设反应正向进行彻底，则为平衡浓度1；设反应逆向进行彻底，则为平衡浓度2。

根据可逆反应的含义知：

0

1.2mol/L；0

故A、D两项中所列的数据肯定不正确。

2、

（1）可逆反应中的反应物不能全部转化为生成物；可逆反应中某物质的逆反应速率与其正反应速率相等时，生成物和反应物的浓度不再变化，该反应就达到了限度，即达到了化学平衡状态；改变反应条件可以改变化学反应的限度等　

（2）由图表可知，要提高反应限度，可以采取增大压强或在一定范围内降低温度的方法等

（3）要实现SO2的转化率为93.5%，需控制的反应条件应该是500℃、0.1MPa。

解析：

在化工生产中，往往需要考虑反应的快慢和反应后所得产物的产率。

前者研究的是化学反应速率，后者研究的是化学平衡即化学反应的限度，对于一个特定的化学反应来说，外部条件对化学反应速率和化学反应限度都存在一定的影响。

因此，选择适宜的反应条件，既可以增大反应速率，缩短生产周期，又可以达到较大的反应限度，从而获得较大的产率。

【拔高】

1、在一定条件下，可逆反应A2（g）＋B2（g）

2C（g）达到平衡时，各物质的平衡浓度为：

c（A2）＝0.5mol·L－1、c（B2）＝0.1mol·L－1、c（C）＝1.6mol·L－1，若用a、b、c分别表示A2、B2、C的初始浓度（mol·L－1），则：

（1）a、b应满足的关系是_____________________________________________；

（2）a的取值范围是_________________________________________________。

2、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5mL0.1mol·L－1KI溶液于试管中，滴加0.1mol·L－1FeCl3溶液2mL，

发生如下反应：

2Fe3＋＋2I－→2Fe2＋＋I2。

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：

①取少量反应液，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；

②再取少量反应液，加入少量CCl4振荡，发现CCl4层显浅紫色，证明萃取到了I2，即有I2生成。

综合①②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①不合理，你认为他的理由是_____________________________

_________________________________________________________________；

改进的方法是_____________________________________________________。

（2）有人认为步骤②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_____________________________________________。

答案及解析：

1、

（1）a＝b＋0.4；

（2）0.4≤a≤1.3

解析：

起始加入A2、B2的量最小时为a=0.4mol·L－1；b=0；起始加入A2、B2的量最大时为a=（0.5+0.8）mol·L－1=1.3mol·L－1；b=（0.1+0.8）mol·L－1=0.9mol·L－1；

即：

0.4≤a≤1.3；

因为平衡时a-b=0.4；而A2、B2、C反应的物质的量浓度与化学计量数对应成比例，所以A2、B2反应的物质的量浓度比是1:

1，则起始时A2、B2反应的物质的量浓度也满足a-b=0.4。

2、

（1）该反应中KI过量，故不能直接检验是否存在来证明反应具有一定的可逆性　；取少量溶液滴加KSCN溶液，若出现红色，则证明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。

解析：

（1）反应具有可逆性且达到一定限度即反应不能进行到底，从而建立化学平衡。

通过化学方法应证明反应物和生成物共存，但要注意反应物之间量的关系。

对于反应2Fe3＋＋2I－→2Fe2＋＋I2，n（Fe3＋）：

n（I－）=1：

1，而题目中给n（Fe3＋）：

n（I－）=2：

5，I－过量，若所给反应不具有可逆性，反应后I－也有剩余，故实验不合理。

改进的方法是检验Fe3＋的存在，可选用KSCN溶液做试剂。

（2）验证I2的灵敏方法是选用淀粉溶液做检验试剂。

课程小结

1、可逆反应的特点：

①相同条件下，正、逆反应同时进行；

②反应不能进行到底，反应物与生成物同时存在；

③任一组分的转化率均小于100%；

2、化学平衡状态的特征：

逆、等、动、定、变、同。

课后作业

【基础】

1、下列反应属于可逆反应的是（　　）

①N2＋3H2

2NH3，2NH3

3H2＋N2

②2NaHCO3

Na2CO3＋H2O↑＋CO2↑，Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3

③CH3CH2OH

CH2===CH2↑＋H2O，

CH2===CH2＋H—OH

CH3CH2OH

④2Na＋Cl2

2NaCl，2NaCl

2Na＋Cl2↑

A．只有①B．①②③

C．①②③④D．①③④

2、在一定条件下，使NO和O2在一密闭容器中进行反应，下列说法中不正确的是（　　）

A．反应开始时，正反应速率最大，逆反应速率为零

B．随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后为零

C．

随着反应的进行，逆反应速率逐渐增大，最后不变

D．随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后不变

3、一定条件下反应2AB（g）

A2（g）＋B2（g）达到平衡状态的标志是（　　）

A．容器内压强不随时间变化

B．容器内，3种气体AB、A2、B2共存

C．容器中各组分的体积分数不随时间变化

D．AB的消耗速率等于A2的消耗速率

答案及解析：

1、A解析：

可逆反应是指在同一条件下既向正反应方向进行，又向逆反应方向进行的反应，符合此条件的只有①。

2、B解析：

化学平衡建立过程中，反应物浓度逐渐减小，故正反应速率逐渐减小，生成物浓度逐渐增大，故逆反应速率逐渐增大，当二者相等时达平衡状态，但都不为零。

3、C解析：

A项，该反应为等体积反应，压强不变不能作为判断平衡的标志；B项，未到达平衡状态，三种物质也能共存。

D项，当AB的消耗速率应等于A2消耗速率的2倍时，该反应才达到平衡状态。

【巩固】

1、可逆反应aA（g）＋bB（g）

cC（g）的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。

下列各关系式中能说明反应已达到平衡状态的是（　　）

A．av正（A）＝bv正（B）

B．bv正（A）＝av逆（B）

C．av正（C）＝cv正（A）

D．av正（A）＝bv逆（B）

2、判断下列说法的正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）可逆反应是既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的化学反应（　　）

（2）NH3＋HCl===NH4Cl与NH4Cl

NH3↑＋HCl↑互为可逆反应（　　）

（3）改变反应条件，能使1molN2与3molH2化合生成2molNH3（　　）

3、下列关于化学反应限度的说法中正确的是（　　）

A．一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度。

B．当一个可逆反应达到平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等都等于0。

C．平衡状态是一种静止的状态，因为反应物和生成物的浓度已经不再改变。

D．化学反应的限度不可以通过改变条件而改变。

答案及解析：

1、B解析：

当正反应速率等于逆反应速率时，可逆反应达到平衡状态。

正、逆反应速率相等有以下几种表现形式：

①若用同一物质表示：

v正＝v逆；②若用不同物质表示v逆∶v正＝

化学方程式中的化学计量数之比。

根据化学方程式中A、B、C间的计量关系，可知上述四个选项中，只有bv正（A）＝av逆（B）表示正、逆反应速率相等。

2、

（1）×　

（2）×　（3）×

解析：

（1）可逆反应是在相同条件下，同时向正、逆反应方向进行的化学反应。

（2）这两个化学反应的反应条件不同，不是可逆反应。

（3）可逆反应中反应物和生成物同时共存，反应物的转化率小于100%，不可能生成2molNH3。

3、A解析：

可逆反应达到平衡状态后，虽v（正）＝v（逆），但均不为0，是动态平衡，故B、C错；通过改变影响化学平衡移动的条件可以改变化学反应的限度，D错。

【拔高】

1、一定条件下，对于可逆反应X（g）＋3Y（g）

2Z（g），若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3（均不为零），达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1mol·L－1、0.3mol·L－1、0.08mol·L－1，则下列判断正确的是（　　）

A．c1∶c2＝3∶1

B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3

C．X、Y的转化率不相等

D．c1的取值范围为0mol·L－1

2、一定条件下，在密闭恒容的容器中，发生反应：

3SiCl4（g）＋2N2（g）＋6H2（g）

Si3N4（s）＋12HCl（g）　ΔH<0，能表示该反应达到平衡状态的是（　　）

A．3v逆（N2）＝v正（H2）B．v正（HCl）＝4v正（SiCl4）

C．混合气体密度保持不变D．c（N2）∶c（H2）∶c（HCl）＝1∶3∶6

3、在相同的温度和容积不变时，能说明反应：

CO2（g）＋3H2（g）

CH3OH（g）＋H2O（g）已达到平衡状态的是（　　）

A.n（CO2）∶n（H2）∶n（CH3OH）∶n（H2O）＝1∶3∶1∶1

B.容器内压强保持不变

C.H2的消耗速率与CH3OH的消耗速率之比为3∶1

D.容器内的密度保持不变

答案及解析：

1、D解析：

平衡浓度之比为1∶3，转化浓度亦为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，A、C不正确；平衡时Y生成速率表示逆反应，Z生成表示正反应速率，且vY（生成）∶vZ（生成）应为3∶2，B不正确；由可逆反应的特点可知0

2、AC解析：

利用化学反应速率之比等于化学方程式计量系数之比可知A项叙述表示v（正）＝v（逆），表示反应达到平衡状态；B项均表示正反应，无论反应是否处于平衡态，都成立；D项表示的浓度关系与是否平衡无关；混合气体密度不变说明体系中气体质量不变，而平衡移动则气体质量改变，所以C项表示达到平衡状态。

3、BC解析：

A项中，n（CO2）∶n（H2）∶n（CH3OH）∶n（H2O）＝1∶3∶1∶1时，不一定是平衡状态；B项中，该反应为气体分子数改变的反应，故当压强不变时可说明反应达到平衡状态；C项中，H2的消耗速率与CH3OH的消耗速率之比为3∶1，可推出，H2的消耗速率与H2的生成速率相等，即反应已达到平衡状态；D项中，由于容器的体积，气体的质量均不变，则任何时刻混合气体的密度都不变。