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化学平衡教案

第二章化学平衡

大纲要求

教学内容

教学要求

实验与活动

化学反应速率和化学平衡

化学反应速率

B

演示实验:

不同反应的化学反应速率;浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响;浓度、温度对化学平衡的影响

浓度、压强、温度、催化剂对化学反应速率的影响

C

可逆反应

B

化学平衡

C

浓度、压强、温度对化学平衡的影响

C

关于合成氨条件选择的讨论

C

 

第一节化学反应速率

[知识结构]

一.化学反应速率

1、概念及其表示方法

化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的。

通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表

2、表达式:

速率(V)=

=

3、单位:

mol/(L*S)或mol/(L*min)。

4、注意:

(1)在一个反应中用不同物质表示反应速率,其数值可能不等,其数值与反应式中相应化学计量数成正比。

(2)化学反应速率分平均速率和瞬时速率,计算时通常是计算平均速率

二.影响化学反应速率的因素

1、内因(决定性因素):

参加反应的物质的性质。

2、外因(影响因素):

主要是浓度,压强,温度,催化剂。

(1)浓度:

当其他条件不变时,增加反应物的浓度,可以增大反应的速率。

思考:

怎样用实验证明以上的结论?

说出实验现象及其反应方程式。

原因:

在其他条件不变时,对某一反应来说,单位体积的活化分子数与单位体积内反应物分子的总数成正比,即与反应物的浓度成正比。

注意:

改变固体或纯液体的量不改变反应速率。

(2)压强:

当其他条件不变时,增大压强,可以增大反应的速率。

适用:

有气体参加或生成的反应。

在解决有关反应速率问题时,应转换思维,将压强变化转化成浓度的变化考虑。

对于气体反应体系,有以下几种情况:

①恒温时:

增加压强

体积缩小

浓度增大

应速率加快。

②恒容时:

a.充入气体反应物

浓度增大

总压增大

反应速率加快。

b.充入“惰气”

总压增大,但各物质浓度不变,反应速率不变。

③恒压时:

充入“惰气”

体积增大

各反应物浓度减少

反应速率减慢。

(3)温度:

当其他条件不变时,升高温度,反应速率加快。

每升高10℃,反应速度增大到原来的2~4倍。

原因:

在一定条件下,升高温度,使部分原来能量较低的分子变成活化分子,增加了反应物活化分子百分数,使有效碰撞次数增多,反应速率加快。

(4)催化剂:

使用催化剂能同等倍数地改变正、逆反应速率。

催化剂概念:

参加化学反应,改变反应速率,但本身在反应前后质量及化学性质都不改变。

三.有关化学反应速率的计算

例1、由下列四种X的溶液,分别加入四个盛有10mL、2mol盐酸的烧杯中,并加水稀释至50mL,此时X与盐酸缓慢地进行反应,其中反应速率最大的是()

A、20mL,3mol·L-1B、20mL,2mol·L-1

C、10mL,4mol·L-1D、10mL,2mol·L-1

例2、在体积数V升的密闭容器中进行下列反应,mA(g)+nB(g)=pC(g)+qD(g)用A物质表示的平均反应速率为am/pmol·L-1min-1,则十分钟内,D物质增加的物质的量是()

A、pqtm/aB、atm/qC、aqVt/pD、aVm/p

[巩固练习]

1、如右图所示,两个极易导热的密闭容器a和b,容器a的体积恒定,容器b的体积可变,在温度、压强体积均相同的条件下,往a、b中分别充入等物质的量NO2,发生如下反应:

2NO2====NO4+Q,以下说法正确的是()

A、反应起始时,两容器内的反应速率Va与Vb的关系是Va

B、反应过程中,两容器内的反应速率Va与Vb的关系是Va

C、两容器内的反应达到平衡时所需的时间一定相同

D、反应均达到平衡时,容器内的压强Pa与Pb的关系是Pa

2.在密闭容器中,进行可逆反应,A与B反应生成C,且反应速率分别用υA、υB、υC[单位为mol/(L·s)]表示,且υA、υB、υC之间有以下关系:

υB=3υA,3υC=2υB,υC=2υA。

则此反应可表示为()。

A.A+B<===>C

B.2A+2B<===>3C

C.3A+B<===>C

D.A+3B<===>2C

3.设C+CO2

2CO-Q1,反应速率为V1;N2+3H2

2NH3+Q2,反应速率为V2,对于上述反应,当温度升高时,V1和V2的变化情况为()

A.同时增大B.同时减少

C.V1增大,V2减小D.V1减小,V2增大

第二节化学平衡

[知识结构]

一.化学平衡的概念

1、化学平衡研究的对象:

一定条件下的可逆反应。

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。

注意:

化学平衡的建立与途径无关

3、化学平衡的特征:

(1)“逆”:

研究对象为可逆反应

(2)“动”:

是动态平衡,V≠0

(3)“等”:

V正=V逆,即某一瞬间,某一成分的生成速率等于消耗速率

(4)“定”:

反应混合物或平衡混合物中各组分含量不变(如分子数,质量,体积,百分含量等)

(5)“变”:

当外界条件改变时,V正≠V逆,平衡发生移动,并逐步建立新的平衡。

(6)“同”:

相同条件下,同一个可逆反应可由不同途径(不同的起始量)达到同一平衡状态(等效平衡)

二.化学平衡的标志

1、速率标志:

A、对于同一物质V正=V逆

B、对于同一反应不同物质,V正与V逆与化学计量系数成正比

2、从体系内各成分含量分析

各成分的含量在反应达到平衡后保持不变

A、分子个数B、质量分数C、气体体积D、物质的量

3、压强标志

A、对于反应前后气体分子数不等的可逆反应,当压强保持不变时,说明反应达到平衡,如合成氨。

B、对于反应前后气体分子数相等的可逆反应,自始至终物质的量却不发生变化,压强始终保持不变,所以不能作为平衡的标志。

思考:

在何种情况下,气体平均分子量不变可作为化学平衡的标志吗?

三、化学平衡的种类

1、化学平衡2、电离平衡3、水解平衡4、溶解平衡5、络合平衡

四、化学平衡常数

1平衡常数的概念:

在一定温度小,可逆反应达到化学平衡时,生成物浓度的乘积除以反应物浓度乘积所得到的比值是一常数。

2表达式:

mA+nB===pC+qD

K=[C]p·[D]q/[A]m·[B]n

注意:

(1)各物质浓度必须是平衡浓度。

固体或纯液体不列入平衡常数的表达式。

(2)平衡常数对某一反应来说只与温度有关,与反应物或生成物的浓度无关。

(3)平衡常数指某一具体的反应的平衡常数,若反应方向改变,则平衡常数改变。

同一反应的正逆反应的平衡常数互为倒数。

意义:

可表示可逆反应进行的程度,K值越大,正反应进行的程度越大,反应物的转化率越高。

[巩固练习]

1.充分说明在恒温下的密闭容器中,反应2SO2+O2

2SO3已经达到平衡状态的标志是[]

A.容器中SO2、O2和SO3共存

B.SO2和SO3的物质的量浓度相等

C.容器中SO2、O2、SO3的物质的量比为2:

1:

2

D.反应器内压强不再变化

2.在一定温度下,反应A2(气)+B2(气)

2AB(气)达到平衡的标志是[]

A.单位时间内生成nmolA2同时生成nmol的AB

B.容器内总压强不随时间而变化

C.单位时间内生成2nmolAB,同时生成nmol的B2

D.单位时间生成nmolA2,同时生成nmol的B2

3.在一定温度下的定容密闭容器中,当下列物理量不再改变时,表明反应:

A(s)+2B(g)===C(g)+D(g)已达平衡的是

A.混合气体的压强B.混合气体的密度C.B物质的分子量D.气体的总物质的量

4.下列哪种说法可以证明N2+3H2

2NH3已达到平衡状态()

A.1个N≡N键断裂的同时,有3个H—H键形成。

B.1个N≡N键断裂的同时,有3个H—H键断裂。

C.1个N≡N键断裂的同时,有6个H—H键断裂。

D.1个N≡N键断裂的同时,有6个H—H键形成。

5.反应C(s)+CO2(g)====2CO(g)在一定温度下达到平衡,该温度下平衡常数表达式

 

K=,如果200℃下反应的平衡常数为K,300℃平衡常数为10K,则该反应的正反应是热反应。

第三节影响化学平衡的条件

[知识结构]

一.化学平衡的移动

1、什么是平衡的移动可逆反应中旧化学平衡的破坏,新化学平衡的建立过程叫做化学平衡的移动.

2、平衡移动的动力:

V正≠V逆

(1)V正>V逆,平衡向正反应方向移动

(2)V正

(3)V正=V逆,平衡不移动

二.影响化学平衡的因素

1、浓度:

当其他条件不变时,增加反应物浓度或减少生成物浓度,化学平衡向正反应方向移动;反之,平衡向逆反应方向移动。

改变物质浓度不包括固体和纯液体,即固体或纯液体物质的量的增加和减少,不影响浓度,从而不影响化学反应速率,也不影响化学平衡。

分别画出①增加反应物浓度,②减少生成物浓度,③减少反应物浓度,④增加生成物浓度时的速率------时间图像。

2、压强:

当其他条件不变时,在有气体参加的反应的平衡体系中,增大压强,平衡朝气体分子数减少的方向移动;降低压强,平衡向气体分子数增多的方向移动。

对于无气体参加的反应(固体或液体)改变压强不能使化学平衡发生移动。

注意:

①若反应前后气体体积无变化,改变压强,能同时改变正、逆反应速率,V正=V逆,平衡不移动。

②压强变化是指平衡混合物体积变化而引起的总压变化,若平衡混合物的体积不变,而加入“惰气”,虽然总压变化了,但平衡混合物的浓度仍不变,速率不变,平衡不移动。

③若加入“惰气”,保持总压不变,此时只有增大体系体积,这就相当于降低了平衡体系的压强,平衡向气体体积增大的方向移动。

3、温度:

当其他条件不变时,升高温度会使化学平衡向吸热方向移动,降低温度会使化学平衡向放热方向移动。

练习:

画出升温和降温时,2SO2+O2====2SO3+Q反应的速率时间图像。

4、催化剂:

催化剂对正逆反应速率改变的程度相同,所以对化学平衡无影响。

但可大大地缩短反应达到平衡所需的时间。

三.勒沙特列原理

如果改变影响平衡的一个条件,(如浓度、压强或温度等),平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。

勒沙特列原理又称平衡移动原理,它不适合于未达到平衡的体系。

对于可逆反应来说,在建立平衡以前,无论怎样改变条件,反应总是向着建立平衡的方向进行。

(四)不与体系中物质反应的物质(如惰性气体等)

不与体系中物质反应的物质加入对化学平衡的影响,要具体分析,转换思维,将其转化成平衡体系中物质浓度的变化考虑。

如恒温、恒容时充入惰性气体,虽然体系的总压强增大,但没有改变原平衡混合物各组分的浓度,平衡不移动;如果恒温恒压时充入惰性气体,为了恒压体系体积必须增大,则平衡混合物各组分浓度减小,又相当于减小压强,所以平衡向气体体积增大的方向移动。

(五).可逆反应进行程度的描述方法——转化率、产率。

(1)反应物的转化率=反应物的转化量/该反应物起始量×100%

(2)产物的产率=产物的实际量/该产物的理论量×100%

[巩固练习]

1.可逆反应2SO2+O2

2SO3+Q已达到平衡,在恒温条件下,扩大容器体积则[]

A.V正,V逆均不变,平衡不移动

B.V正,V逆均减小,平衡左移

C.V正减小,V逆增大,平衡左移

D.V正减小,V逆不变,平衡左移

2.在密闭容器中进行的可逆反应mA(气)+nB(气)

pC(气)+qD(气)当反

3.三下图表示:

x(气)+y(气)

2Z(气)+Q反应变化过程中物质的浓度与反应的时间变化关系.图中t2→t3秒间的曲线变化是由于下列哪种条件的改变所引起的[]

A.增大了压强B.降低温度

C.增加了x和y的浓度D.使用了催化剂

4.在密闭容器中进行如下反应:

N2+3H2

2NH3+热,若将平衡体系中各物质的量浓度都增加到原来的2倍,则产生的结果是[]

A.平衡不发生移动B.平衡沿着正反应方向移动

C.平衡沿着逆反应方向移动D.NH3的摩尔分数增加

E.正逆反应速率都增大

5.在A+B(固)

C反应中,若增加压强或降低温度,B的转化率均增大,则反应体系应是[]

A.A是固体,C是气体,正反应吸热

B.A是气体,C是液体,正反应放热

C.A是气体,C是气体,正反应放热

D.A是气体,C是气体,正反应吸热

6对于可逆反应mA(气)+nB(气)<===>eC(气)+fD(气),当反应过程中其他条件不变时,C的质量分数(C%)与温度(T)和压强(p)的关系如图所示.下列叙述正确的是().

A.达到平衡后,若使用催化剂,C的质量分数将增大

B.达到平衡后,若升高温度,化学平衡向逆方向移动

C.化学方程式中n>e+f

D.达到平衡后,增加A的量有利于化学平衡向正方向移动

7.下列措施肯定能使化学反应速率增大的是()

A.增大反应物的量B.增大压强

C.升高温度D.使用催化剂

第四节合成氨条件的选择

[知识结构]

一.选择合成氨的适宜条件:

1.条件选择的基本原则:

(1)尽可能使反应速率快,但又防止设备无法承受。

(2)尽可能使原料转化率高,这样可以节省成本。

2.合成氨反应的特点:

(1)正反应为气体体积减小的反应。

(2)正反应为放热反应。

理论上合成氨过程中对外界条件的要求为低温高压。

3.合成氨的适宜条件:

(1)压强:

综合分析:

实际采用200atm---500atm。

请从反应速率,平衡移动,动力,设备综合分析。

(2)温度:

实际采用温度500度左右。

请从反应速率,平衡移动,催化剂活性分析。

(3)催化剂铁触媒。

(4)原料配比:

,原因是H2的制取成本较N2高,增大N2浓度,平衡右移,提高H2的转化率。

二.合成氨工业简述:

1.原料气体的制取、净化、压缩。

(1)N2:

的制取方法:

分离液态空气法。

(2)H2:

用反应式表示:

C+H2O(气)===CO+H2。

思考:

原料气为什么要净化、压缩?

2.氨的合成:

在合成塔中进行反应。

3.氨的分离:

在冷却设备和分离器中进行分离,及时分离的目的是降低生成物氨的浓度,平衡向右移动,提高产率。

[巩固练习]

1下列说法中可以证明反应N2+3H2<===>2NH3+Q已达到平衡状态的是().

A.1molN≡N键断裂的同时,有3molH-H键生成

B.1molN≡N键断裂的同时,有3molH-H键断裂

C.1molN≡N键断裂的同时,有6molH-H键断裂

D.1molN≡N键断裂的同时,有6molH-H键生成

2在N2+3H2<===>2NH3+Q的平衡体系中,当分离出氨时,下列说法正确的是().

A.正反应速率增大

B.平衡向逆反方向移动

C.正反应速率先变大后变小

D.逆反应速率先变小后逐渐增大

3.在N2+3H2<===>2NH3反应中,使用催化剂的理由是().

A.使平衡向正方向移动

B.没有催化剂该反应不能发生

C.使化学反应速率增大

D.抑制逆反应的发生

4.在固定容积的密闭容器中,氮、氢合成氨反应达到了平衡,容器内含有0.1molN2、0.3molH2、0.1molNH3,若维持原来的条件,向该容器中再同时加入0.1molN2、0.3molH2、0.1molNH3,则()

A.正、逆反应速率同时增大,平衡不移动

B.正、逆反应速率同时增大,NH3的质量分数升高

C.正、逆反应速率同时增大,平衡向逆反应方向移动

D.正、逆反应速率不变,平衡不移动

5.合成氨所需的氢气可由水煤气反应制得,其中一步反应为CO(气)+N2O(气)<===>CO2(气)+H2(气)+43kJ,下列措施中能提高CO转化率的是().

A.增大压强B.降低温度

C.增大水蒸气的浓度D.增大CO的浓度

第五节化学平衡的计算

[知识结构]

一.常规方法:

平衡模式法。

根据可逆反应方程式,求出反应物、产物各物质的

(1)初始物质的量或浓度。

(2)过程中转化的物质的量或浓度。

(3)平衡时(终态时)各物质的量或浓度。

例1.某体积可变的密闭容器,盛有质量的A和B的混合气体,在一定条件下发生反应:

A+3B

2C,若维持温度和压强不变当达到平衡时,容器的体积为VL,其中C的气体体积占10%,下列推断正确的是()

①原混合气体的体积为1.2VL

②原混合气体的体积为1.1VL

③反应达到平衡时气体A消耗掉0.05VL

④反应达到平衡时气体B消耗掉0.05VL

A.②③B.②④C.①③D.①④

练习1.将固体NH4I置于密闭容器中,在某温度下发生下列反应:

()

NH4I(固)

NH3(g)+HI(g),2HI(g)

H2(g)+I2(g),当达到平衡时,[H2]=0.5mol/L,[HI]=4mol/L,则NH3的浓度为

A.3.5mol/LB.4mol/LC.4.5mol/LD.5mol/L

 

二.差量法

根据初态终态体积的变化或总物质的量的变化或压强变化进行计算。

一般题干给出反应前后(初、终)体积(物质的量、压强)或可以求出反应前后体积或总物质的量时,用差量法解题较简单。

例2.练习2.

三.极端假设法

例3.在密闭容器中进行下列各反应,达到平衡以后,保持温度不变,压缩容器的体积,混合气体的平均分子量增大的是()

A.Fe2O3(固)+3CO(气)

2Fe(固)+3CO2(气)

B.4NH3(气)+5O2(气)

4NO(气)+6H2O(气)

C.2NH3(气)+2CO2(气)

CO(NH2)2(固)+H2O(气)

D.C(固)+H2O(气)

CO(气)+H2(气)

练习3.在一密闭容器中进行下列反应:

2SO2+O2

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,0.1mol/L,0.2mol/L,当反应达到平衡时,可能存在的数据是()

A.SO2为0.4mol/L,O2为0.2mol/L

B.SO2为0.25mol/L

C.SO2,SO3均为0.15mol/L

D.SO3为0.4mol/L

四、等效过程法(转换过程法)

例4.在容积为1升的密闭容器中,加入1mol氮气和3mol氢气,达到平衡时,氨的浓度为0.52mol/L,若温度不变,将1mol氮气和2mol氢气,作为初始物质加入上述容器中,达到平衡时,NH3的浓度为()

A.0.52mol/LB.大于0.52mol/L

C.小于0.52mol/LD.以上均不正确

练习4.在温度、催化剂不变的状况下,向一固定体积的密闭容器中加入H2、N2、NH3初始物质的量(单位摩尔)如下表格,反应达到平衡时,氨气浓度最大的一组是()

A

B

C

D

H2

6

1

3.5

5

N2

2

0

1

1.5

NH3

0

4

2

1

练习5.有体积相同的容器甲和乙,在甲充入1molO2、2molSO2,在乙充入2molSO3。

密封后都加热至相同温度,达平衡后,下列说法正确的是()。

A.甲中有2molSO3,乙中有2molSO2和1molO2

B.甲中SO2转化率与乙中SO3转化率一定相等

C.甲、乙中平衡混合气的质量分数相同

D.甲、乙两容器内气体压强相等

五、理论指导法,寻找突破口:

例5.在V升的密闭容器中加入2升A(气)和1升B(气)。

在一定的条件下发生反应:

3A(气)+B(气)

nC(气)+2D(气),达到平衡时,A的浓度减少1/2,混合气体的平均分子量增大1/8,则该反应方式中n的值是()

A.1B.2C.3D.4

练习6.在一个固定体积的密闭容器中,放入3LX(气)和2LY(气),在一定条件下发生下列反应:

4X(气)+3Y(气)

2Q(气)+nR(气)达到平衡后,容器内温度不变,混合气体的压强比原来增加5%,X的浓度

A.3B.4C.5D.6

六、综合法

例6.在一定温度下,把2molSO2和1molO2通入一个定容积的密闭容器中,发生了如下反应:

2SO2+O2

2SO3,当反应达到一定的程度时,反应混合物处于一定的平衡状态,现在该容器中维持温度不变,令a、b、c分别代表初始加入的SO2、O2和SO3的物质的量,如果a、b、c取不同的数值,它们必须满足一定的相互关系,才能保证反应达平衡时,反应混合物中三种气体的百分含量仍与上述平衡相同,请填空:

(1)若a=0,b=0,则c=______。

(2)若a=0.5,则b=_____c=______。

(3)a、b、c取值必须满足的一般条件是(请用两个方程表示,其中一个只含a和c,另一个只含b和c)。

________________________________________

________________________________________

练习7.在一个容积固定的反应器中,有一个可左右滑动的隔板,两侧分别进行如下图所示的可逆反应。

各物质的起始加入量如下:

A、B、C均为4.0mol,D为6.5mol,F为2.0mol。

设E为Xmol。

当X在一定范围内变化时,均可以通过调节反应器的温度,使两侧反应都达到平衡,并且隔板恰好处于反应器的正中位置。

请填写如下空白:

(1)若X=4.5时,则右侧反应在起始时间(填“正反应”“逆反应”)方向进行。

欲使起始反应维持向该方向进行,则X的最大取值应小于。

若X分别为4.5和5.0时,则在这两种情况下,为反应达平衡时,A的物质的量是否相等?

(填“相等”、“不相等”或“不能确定”)。

其理由是。

知识点:

本题是一道信息试题,涉及到外界条件对化学平衡的影响及关于化学平衡的相关计算。

能力点:

培养学生自学能力、综合能力。

《化学平衡》单元检测题(A)

一、选择题

1、将表面积和体积均相等的大理石分别投入过量的A溶液(0.1mol·L-1HCl)与B溶液(0.1mol·L-1CH3COOH)中,则:

A、初始的速度A、B相同,生成CO2的总量A、B也相同

B、初始的速度A大于B,生成CO2的总量也是A大于B

C、初始的速度A大于B,生成CO2的总量也是A等于B

D、反应速率和生成CO2的总量均不相同

2、mA(S)+nB(q)====qC(g);△H=-Q的可逆反应在一定的温度下的密闭容器中进行,B的体积分数B%与压强的关系如图,下列叙述正确的是()

A、m+n

B、n>qB%

C、处于X点的混合物中,V正>V逆

D、X点比Y点的正反应速率慢P

3.关于化学反应速率的说法正确的是().

A.化学反应速率可表示可逆反应进行的程度

B.化学反应速率是指一定时间内,任何一种反应物浓度的减少或任何一种生成物浓度的增加

C.对于任何化学反应来说,反应速率越快,反应现象就越明显

D.根据反应速率的大小可知化学反应进行的相对快慢

4.合成氨:

3H2+N2<===>2NH3,其反应速

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