教学设计《化学平衡》人教版.docx
《教学设计《化学平衡》人教版.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《教学设计《化学平衡》人教版.docx(17页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
教学设计《化学平衡》人教版
《化学平衡》
“化学平衡”是高中化学选修教材的内容,它是中学化学的重要理论之一, 对今后电离平衡、盐类的水解、卤化烃的水解、酯的水解等知识的学习起着重要的指导作用。
化学平衡概念比较抽象,化学平衡观点的建立也具有一定难度。
需要从溶解平衡等已有知识来加以引入有关的概念,来明确化学平衡研究的对象是可逆反应,最后让学生建立起化学平衡是个动态平衡的概念。
【知识与能力目标】
使学生建立化学平衡的观点、对化学平衡的特征理解性记忆。
【过程与方法目标】
通过学生理解化学平衡的特征以及形成化学平衡概念的过程中,培养学生合作研究、分析问题、解决问题的能力。
【情感态度价值观目标】
从溶解平衡导入化学平衡-----从熟悉内容引领学生思考,使学生对化学平衡知识产生兴趣,带着美好的心情进行后续的学习。
【教学重点】
化学平衡的建立与特征。
【教学难点】
化学平衡观点的建立。
多媒体课件。
第一课时
炼铁高炉尾气之谜
高炉炼铁的主要反应是:
2C(焦炭)+O2(空气)=2CO(放出热量),
Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2。
炼制1吨生铁所需焦炭的实际用量远高于按照化学方程式计算所需的量,且从高炉中出来的气体中含有没有利用的CO气体,开始,炼铁工程师们认为是CO与铁矿石接触不充分之故,于是设法增加高炉的高度,然而高炉增高后,高炉尾气中的CO比例竟没有改变,这是什么原因呢?
提示:
Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2是一个可逆反应,在此条件下已达到该反应的最大限度,即达到化学平衡状态了。
预习1.可逆反应和不可逆反应
(1)可逆反应。
(2)不可逆反应。
有些反应的逆反应进行程度太小因而可忽略,把这类反应叫不可逆反应,用“=”号表示。
例如:
Ba2++SO42-=BaSO4↓。
2.化学平衡状态
(1)化学平衡的建立。
在一定条件下,把1molN2和3molH2充入某密闭容器中:
以上过程用v-t图像表示如图所示:
(2)化学平衡状态。
在一定条件下的可逆反应中,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浓度保持恒定的状态。
(3)化学平衡的特征。
一、 可逆反应
1.可逆反应的特征
(1)正反应和逆反应在相同条件下进行;否则,不是可逆反应。
(2)正、逆反应同时进行,即进行的时间、地点是相同的,反应物和生成物共存。
(3)无论一种反应物如何过量,其他反应物不可能反应完全。
2.可逆反应中示踪原子的存在
当可逆反应:
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)进行到一定程度后,向体系中充入一定量的18O2,一段时间后,SO2、O2、SO3中均含有18O。
3.可逆反应中的反应热
正反应和逆反应的反应热的绝对值相等,符号相反。
4.可逆反应中各成分物质的浓度(物质的量)范围
分别假设反应物、生成物中某(投料)相对较少的物质完全反应,浓度为0,其他物质剩余浓度为最小极限,另一方各成分浓度则为最大极限,一种物质的浓度范围在最小和最大极限之间。
二、 化学平衡状态的判断
1.化学平衡的标志
(1)“等”,v(正)=v(逆),即同一物质的消耗速率和生成速率相等,不同物质的消耗速率和生成速率之比等于化学计量数之比。
(2)“定”,即化学反应达到平衡后混合物各组分的浓度(或质量)保持不变,各组分的百分含量保持不变。
2.化学反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)平衡状态的判定
典题例解
【例1】一定条件下,A、B、C的起始浓度分别是0.5mol·L-1、0.1mol·L-1、1.6mol·L-1,可逆反应A(g)+B(g)
2C(g)达到平衡时,下列数据合理的是( )
A.c(A)=0.2mol·L-1
B.c(B)=0
C.c(C)=1.9mol·L-1
D.c(B)=0.5mol·L-1
解析:
列出A、B、C的起始浓度,运用极值法,假设反应物全部转化为生成物,再假设生成物全部转化为反应物,确定各物质浓度的合理值。
A(g)+B(g)
2C(g)
起始(mol·L-1)0.50.11.6
极值1(mol·L-1)1.30.90
极值2(mol·L-1)0.401.8
即平衡时三种物质的浓度取值范围分别为0.4mol·L-1答案:
D
【例2】一定温度下,在固定容积的密闭容器中,可逆反应mA(s)+nB(g)
pC(g)+qD(g),当m、n、p、q为任意正整数时,有下列状态:
①体系的压强不再发生变化,②气体的密度不再发生变化,③各组分的物质的量浓度不再改变,④各组分的质量分数不再改变,⑤反应速率v(B)∶v(C)∶v(D)=n∶p∶q。
其中,能说明反应已达到平衡的是( )
A.③④B.②③④
C.①②③④D.①②③④⑤
解析:
若n=p+q,压强不变时,不能说明反应已达平衡;根据ρ=
随着反应的进行,m(气)变,而V不变,故ρ是变量,当ρ不变时,反应已达到平衡;v(B)∶v(C)∶v(D)=n∶p∶q不能说明v(正)=v(逆)。
答案:
B
第二课时
煤炭在燃烧不充分的情况下会产生CO,当人体吸入CO后,CO、O2与人体中的血红蛋白建立如下平衡:
CO+Hb·O2
O2+Hb·CO(Hb表示血红蛋白),当Hb·CO浓度为Hb·O2浓度的2%时,人的智力将受到严重损伤。
那你知道怎样预防CO中毒吗?
若有CO中毒病人你知道怎样急救吗?
相信在学习本课时知识后,你将能解决以上问题。
预习
1.化学平衡的移动
(1)含义。
在一定条件下,可逆反应达到化学平衡状态,如果改变影响平衡的条件(如浓度、温度、压强等),化学平衡状态被破坏(正、逆反应速率不再相等),直至正、逆反应速率再次相等,在新的条件下达到新的化学平衡状态。
这种现象称作平衡状态的移动,简称平衡移动。
(2)图示表示。
(3)化学平衡移动的方向判断。
条件改变
2.影响化学平衡的因素
一、 外界条件的改变对化学平衡的影响
[以mA(g)+nB(g)
pC(g) ΔH<0(m+n
二、 化学平衡图像
1.化学平衡图像理解分析“五看”
一看面(即纵坐标与横坐标的意义),二看线(即线的走向和变化趋势),三看点(即起点、折点、交点、终点),四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线等),五看量的变化(如浓度变化、温度变化等)。
2.化学平衡图像应用原则与方法技巧
(1)“定一议二”原则。
在化学平衡图像中,确定横坐标所表示的量后,讨论纵坐标与曲线的关系;或者确定纵坐标所表示的量,讨论横坐标与曲线的关系,即“定一议二”原则。
可以作辅助线帮助分析。
例如反应aA(g)+bB(g)
cC(g)在不同温度下(T1图A
由图可知,T1为一条等温线,随着压强的增大,C%减小,化学平衡逆向移动,a+b在压强一定时,如p3时,温度越高,C%越大,则说明升温,C%的值变大,化学平衡正向移动,正反应吸热。
(2)“先拐值大”原则。
在化学平衡图像中,先出现拐点的反应则先达到平衡,先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图B)或表示的压强较大(如图C)[仍以aA(g)+bB(g)
cC(g)为例]。
图B表示T2>T1,T2对应的C%小于T1对应的C%,说明升温平衡逆向移动,即该反应正向是放热的。
图C表示p2>p1,p2对应的C%小于p1对应的C%,说明加压平衡逆向移动,即a+b(3)“四位一体”原则。
利用平衡移动原理,观察分析图像和已知信息,在①可逆反应的特点,②平衡条件的变化,③平衡移动的方向(物理量变化)中挖掘找到两个方面的已知信息,再解决第三个方面的问题。
典题例解
【例1】反应X(g)+Y(g)
2Z(g) ΔH<0,达到平衡时,下列说法正确的是( )
A.减小容器体积,平衡向右移动
B.加入催化剂,Z的产率增大
C.增大c(X),X的转化率增大
D.降低温度,Y的转化率增大
解析:
该反应前后气态物质的总物质的量不变,减小体积,平衡不移动,A项错误;催化剂不能使平衡移动,Z的产率不变,B项错误;增大X的浓度,平衡正向移动,但X的转化率减小,C项错误;降低温度,平衡正向移动,Y的转化率增大,D项正确。
答案:
D
典题例解
【例2】某化学科研小组研究在其他条件不变时,改变某一条件对化学平衡的影响,得到如图所示的变化规律(图中p表示压强,T表示温度,n表示物质的量):
根据以上规律判断,下列结论正确的是( )
A.反应Ⅰ:
ΔH>0,p2>p1
B.反应Ⅱ:
ΔH>0,T1>T2
C.反应Ⅲ:
ΔH>0,T2>T1;或ΔH<0,T2D.反应Ⅳ:
ΔH<0,T2>T1
解析:
反应Ⅰ,温度升高,A的平衡转化率降低,说明化学平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应,ΔH<0;在温度一定时,增大压强,化学平衡向正反应方向移动,A的平衡转化率增大,即p2>p1,A项错误。
由题给反应Ⅱ的图示知T1>T2,温度升高,n(C)减少,平衡向逆反应方向移动,正反应放热,ΔH<0,B项错误。
若反应Ⅲ为放热反应,C的平衡体积分数减小时,平衡向逆反应方向移动,则T2T1,C项正确。
同理,对于反应Ⅳ,若ΔH<0,则因升温A的平衡转化率减小,所以T1>T2,D项错误。
答案:
C
第三课时
均达平衡时,后者中SO3的物质的量是前者的2倍吗?
预习
化学平衡常数
1.概念
在一定温度下,当一个可逆反应达到化学平衡时,生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数,这个常数就是该反应的化学平衡常数。
2.表达式
对于可逆反应:
mA(g)+n(B)(g)
pC(g)+qD(g),K=cp(C)·cq(D)cm(A)·cn(B)。
3.特点
K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度无关。
4.意义
K值越大,说明平衡体系中生成物所占的比例越大,正向反应进行的程度越大,即该反应进行得越完全,反应的转化率越大;反之,就越不完全,转化率就越小。
1.平衡常数K仅仅是温度的函数,与反应物或生成物的浓度变化无关。
只要温度一定,即便外界条件改变引起了化学平衡的移动,K也不变;只要温度变化,平衡一定发生移动,K也一定变化。
2.各物质的浓度指平衡时的物质的量浓度,指数为该物质的化学计量数。
3.反应物或生成物中有固体或纯液体存在时,由于其浓度可看做“1”而不代入公式。
4.化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
(1)若反应方向改变,则平衡常数改变。
(2)若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小,尽管是同一反应,平衡常数也会改变。
如N2+3H2
2NH3,K=a,则有:
2NH3
N2+3H2,K'=
。
N2+
H2
NH3,K″=
。
二、 化学平衡常数的应用
1.判断平衡移动的方向
对于可逆反应mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)在任意状态时,生成物与反应物浓度的幂之积之比称为浓度商Qc,即Qc=
则
2.判断反应的热效应
3.计算反应物的转化率
依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数可以计算平衡浓度(或起始浓度),从而计算反应物的转化率。
方法归纳
解题模式——“三段式”计算格式
mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)
起始量/molab00
变化量/molxnx/mpx/mqx/m
起始量/mola-xb-nx/mpx/mqx/m
“三段式”中,各物质的物质的量的变化量之比一定等于化学计量数之比,其他则不一定。
对于反应物:
n(平衡量)=n(起始量)-n(变化量)
对于生成物:
n(平衡量)=n(起始量)+n(变化量)
则A的转化率A%=xa×100%B的转化率B%=nxmb×100%
影响转化率的因素
(1)温度和压强对转化率(α)的影响。
温度或压强改变后,若引起平衡向正反应方向移动,则反应物的转化率一定增大。
(2)改变反应物用量对转化率(用α表示)的影响。
①反应物不止一种时,如反应mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)。
a.只增大一种反应物的浓度,该物质本身的转化率减小,其他反应物的转化率增大。
如增大c(A),则平衡正向移动,α(A)减小,α(B)增大。
b.若同等比例同倍数增大c(A)、c(B),则平衡正向移动,其影响结果相当于增大压强。
当m+n=p+q时,α(A)、α(B)不变;
当m+n>p+q时,α(A)、α(B)增大;
当m+n
②反应物只有一种时,如反应aA(g)
bB(g)+cC(g)。
增大c(A)则平衡正向移动,其影响结果相当于增大压强。
当a=b+c时,α(A)不变;
当a>b+c时,α(A)增大;
当a
【例1】以下平衡常数表达式不正确的是( )
A.N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)K=
B.FeO(s)+CO(g)
Fe(s)+CO2(g)K=
C.2NH3(g)
N2(g)+3H2(g)K=
D.2NO2(g)
N2O4(g) K=
解析:
平衡常数K的表达式中,各成分浓度必须是平衡浓度、浓度的方次为其化学计量数、固体和纯液体的浓度视为常数,不写在K的表达式中;是产物浓度幂的积与反应物浓度幂的积的比值。
答案:
C
【例2】在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:
CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度T的关系如下表所示:
回答下列问题:
(1)该反应的化学平衡常数表达式为K= 。
(2)该反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。
(3)某温度下,平衡浓度符合下式:
c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O),试判断此时的温度为 ℃。
此温度下加入1molCO2(g)和1molH2(g),充分反应,达到平衡时,CO2的转化率为 。
(4)在800℃时,发生上述反应,某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)为2mol·L-1,c(H2)为1.5mol·L-1,c(CO)为1mol·L-1,c(H2O)为3mol·L-1,则正、逆反应速率的比较为v(正) (填“>”“<”或“=”)v(逆)。
解析:
(2)温度越高,K值越大,说明升温平衡向正反应方向移动,说明正向为吸热反应。
(3)由题意可得K=1,查表可知此时温度为830℃,设反应了的CO2为xmol,则消耗掉的H2为xmol,生成的CO和H2O均是xmol(体积为VL)
K=1=
整理得x=0.5。
则CO2的转化率为50%。
(4)800℃时,K=0.9,此刻的浓度商
Qc=
=1,
即K答案:
(1)
(2)吸热 (3)830 50% (4)<
略。