化学平衡 (2)

第 1 页 共 15 页化学平衡化学平衡教学目标教学目标知识技能知识技能：复习和强化对化学平衡状态标志的认识、 对同一平衡状态的判断；勒沙特列原理的广泛应用，以及化学平衡计算知识。能力培养能力培养：培养学生应用化学平衡的概念、平衡移动的原理解决实际问题的能力，以及在化学计算中的另类思维能力。科学思想科学思想：通过对化学平衡概念的深刻讨论，使学生建立平衡思想，并能广泛应用于一定条件下的可逆过程中。科学品质科学品质：通过化学平衡例题的讨论，培养学生认真的审题习惯，多方位的或换位的思维方式，严谨的科学态度。科学方法科学方法：通过对化学平衡理论的复习， 培养学生学会讨论问题的科学方法。重点、难点重点、难点化学平衡概念的深刻剖析和化学平衡移动原理的应用。教学过程设计教学过程设计教师活动教师活动一、建立化学平衡状态的标志【提问【提问】我们根据什么可以来判断， 在一定条件下， 一任意可逆反应：mA+nBpC+qD，是否达到了化学平衡状态？学生活动学生活动回答：回答：一定条件下。正逆反应速率相等；第 2 页 共 15 页平衡混合气中各组分的体积分数不变。【过渡】还有哪些衍生出的因素也可以是建立化学平衡状态的标志？讨论题：例例1 1在恒温下，密闭容器中的可逆反应：2SO3（气）2SO2（气）+O2（气）可用来确定该反应已经达到平衡状态的是A反应容器内，压强不随时间改变B单位时间消耗 1molSO3同时生成 1molSO2C单位时间消耗 1molSO3同时消耗 1molSO2D容器内混合气体的总质量不发生变化例例2 2在一定温度下的定容容器中，当下列物理量不再发生变化时，不能表明可逆反应 A（固）+2B（气）C（气）+D（气）+Q 已达到平衡状态的是A混合气体的压强B混合气体的密度CB 的物质的量浓度D反应放出的热量【讨论引导】从化学平衡概念的本质及它的外延去讨论和判断，但需注意题中可逆反应的特征、物质的状态。讨论：回答例 1 中可逆反应在反应前后气体的体积不相等， 故可以通过容器内压强不再改变来确定反应达到了平衡状态， A 正确； B 选项只描述了正反应速率，C 正确。第 3 页 共 15 页回答回答：例 1 未指明密闭容器的体积固定，对于体积可变容器，达平衡与否，容器内压强均不会改变，A 不正确。回答：回答：例 2 中容器的体积虽然固定，但可逆反应在反应前后气体的体积相等，混合气体的总体积不变，达平衡与否，容器内压强均不会改变，A 选项不正确。由质量守恒定律来分析，B 选项也不正确。回答：回答：反应物 A 为固体，达平衡前后气体质量不相等，B 选项正确。回答：回答：密闭容器的体积固定，虽然混合气体的总物质的量不变，但反应过程中成分气体的物质的量在改变，浓度在改变，所以 C 选项正确；正反应为放热反应，D 选项也正确。【评价】例1 中的 A、B、D 三个选项均不正确，只有 C 正确。例2 中只有 A 选项不能表明可逆反应达到平衡状态。【小结】化学平衡的判断（标志）1从反应速率：v正=v逆来判断。正逆反应的描述：同一物质消耗和生成反应物和生成物消耗或生成速率相等：同一物质速率的数值相等不同物质速率的数值与系数成正比即相等2从混合气体中成分气体的体积分数或物质的量浓度不变来判断。3从容器内压强、混合气体平均分子量、混合气体的平均密度、反应的热效应不变等来判断， 与可逆反应中 m+n 和 p+q 是否相等， 容器的体积是否可变，物质的状态、 反应过程中有无明显的热效应等因素有关， 应具体情况具体分析。二、同一平衡状态第 4 页 共 15 页【提问】【提问】从化学平衡的概念出发，化学平衡的建立与哪些条件有关？回答：回答：反应温度、压强、物质的量浓度。【过渡】对于同一可逆反应，如果反应的起始态不同，所达到的平衡状态，是否相同呢？讨论题：例例1 1可逆反应 3H2+N22NH3，在一固定容积的容器内，500Fe 为催化剂，三种不同的初始态：3molH2、1molN2，2mol NH3，1.5 mol H2、0.5 mol N2、1mol NH3，发生反应达到平衡时，混合气体中 NH3的体积分数是否相同？例例2 2在一个固定容积的密闭容器中，保持一定温度，在一定条件下进行反应：A（气）+B（气）2C（气）。已知加入 1mol A 和 2mol B 达到平衡后，生成 amol C，此时在平衡混合气体中 C 的摩尔分数为 R。若在相同的条件下，向同一容器中加入 2mol A 和 4mol B，达平衡后的 C 物质的量为多少？此时 C在平衡混合气体中的摩尔分数与 R 的关系？【讨论引导】注意例1、例 2 中相关可逆反应的特征。在讨论例2 时， 可将浓度的改变转化为容器体积的改变， 从而由平衡移动的角度分析。讨论：回答回答：例 1，温度相同，容器的体积相同（即压强相同），虽然起始态不同，将转换后与中反应物的初始浓度相同，所以对同一个可逆反应，在相同的条件下，所达到的平衡状态是同一平衡状态。即三种不同的起始态的平衡混合体系中 NH3的体积分数相同。回答回答：例 2，由于可逆反应的反应前后气体体积不变，在固定体积的容器中充入 2molA 和 4molB， 就相当于把第一个起始态容器的体积减小到原来的一半，但由于压强不影响该反应平衡状态，所以，达平衡时 C 的物质的量为 2a mol，C 在平衡混合气体中的摩尔分数与 R 相等。【评价】例1 的答案正确。对同一可逆反应的三种不同的起始态，在同一温度和压强下达到平衡，平衡混合体系中 NH3的体积分数相同。例 2 答案正确。第 5 页 共 15 页【小结】1可逆反应的平衡状态只与反应的条件有关，与反应的过程无关。2在相同温度和相同体积的容器中，同一可逆反应：mA+nBpC+qD当m+np+q，由不同的起始态均转换为从正反应开始的起始态，若反应物的浓度完全相同，则达到平衡时，为同一平衡状态；当m+n=p+q，由不同的起始态均转换为从正反应开始的起始态，若反应物的浓度比完全相同，达到平衡时，则为同一平衡状态。三、勒沙特列原理的应用【讨论引导】什么是勒沙特列原理，在化学平衡中的具体体现有哪些？回答（略）。【复习讨论】讨论题：在密闭容器中有可逆反应：nA（气）+mB（气）pC（气）Q 处于平衡状态（已知 n+ mp，Q0），则下列说法正确的是升温，B/C的比值变小降温时体系内混合气体平均分子量变小加入B，A 的转化率增大加入催化剂，气体总的物质的量不变加压使容器体积减小，A 或 B 的浓度一定降低若A 的反应速率为 vA，则 B 的反应速率为 vAn/mA B C D第 6 页 共 15 页【讨论引导】注意可逆反应的特点，改变条件后的平衡移动方向，以及题中涉及的化学量的概念。讨论：讨论：回答：回答：此可逆反应的正反应是气体体积的缩小反应，是吸热反应。升高温度， 使平衡向正反应方向移动， 混合气体的总物质的量减小， 平均分子量变大；B 的浓度变小，C 的浓度增大。增大压强， 使容器的体积变小， 各物质的浓度应增大， 但由于平衡向正反应方向移动，反应物气体A、B 的物质的量变小，生成物气体 C 的物质的量增大。正确答案为B。【评价】讨论的结论正确。不仅应会判断平衡移动的方向也应会判断平衡移动后的结果。【过渡】对于其他平衡体系，如：电离平衡、水解平衡、溶解平衡等，勒沙特列原理是否适用呢？例题例题一定温度下，一定量的水中，石灰乳悬浊液存在下列平衡：Ca（OH）2Ca2+2OH-，当向悬浊夜中加入少量的生石灰时，下列说法正确的是A溶液中 Ca2+数目减少BCa2+浓度增大C溶液 pH 保持不变D溶液 pH 增大【讲解】难溶物在水中存在着溶解和沉淀的可逆过程，在一定条件下，当溶解的速率等于沉淀的速率，就达到了平衡状态，称为溶解平衡。同化学平衡一样，改变条件，平衡被破坏而发生移动。应用勒沙特列原理来分析例题中的问题。【提问【提问】在一定条件下， 石灰乳悬浊液存在着平衡状态， 那么对于溶液而言，是否处于饱和状态？加入生石灰会发生什么反应？对溶解平衡有什么影响？倾听。第 7 页 共 15 页思考并议论。回答：回答：是饱和状态。生石灰与溶剂水反应，虽然由于溶剂的减少，平衡会发生移动，但温度不变，Ca（OH）2的溶解度不变，所以溶液的浓度不变，只是溶质和溶剂的量改变。A、C 正确。【评价】回答正确。【结论】凡是存在可逆过程的变化，均会在一定条件下建立平衡状态，均可应用勒沙特列原理来分析解决平衡移动问题，但不能脱离该问题所涉及的概念。四、化学平衡的有关计算【引入】在复习化学平衡的计算时，除了常规的计算方法，还应具备一些常用的数学思想，以及常用的解题方法。倾听。1极值思想例题：例题：在一定条件下，将物质的量相同的NO 和 O2混合，发生如下反应：2NO+O22NO2，2NO2N2O4，所得混合气体中 NO2的体积分数为 40，则混合气体的平均分子量是A49.6B41.3C62D31【分析】首先确定混合气体的组成，用常规方法解题。【引导】由于第二个反应是可逆反应，故可以采用化学计算中常用的方法极端假设法。第 8 页 共 15 页【启示】极端假设法常用在混合物的组成的计算中，同样也可以应用在可逆反应的有关计算中。解题：混合气体是由O2、NO2、N2O4组成的。（解题过程略）思考：思考：回答：回答：假设混合气体只是由 1molO2和 2mol NO2组成的，其平均分子量为41.3；假设混合气体只是由 1molO2和 1 molN2O4组成的，其平均分子量为 62。但实际上混合气体是由 O2、NO2、N2O4组成的，所以平均分子量应在二者之间。A 正确。2代换思维例题：例题：在一真空的一定体积的密闭容器中盛有1molPCl5，加热到 200时发生如下反应：PCl5（气）PCl3（气）+Cl2（气），反应达平衡时，PCl5 所占体积分数为 M。若在同一温度和容器中，最初投入的 PCl5是 2 mol，反应达平衡时，PCl5所占体积分数为 N，则 M 和 N 的正确关系是AMNBMNCM=ND无法比较【分析】在同一容器中投入不同量的反应物，即反应物的浓度不同，因此，我们可以把两个独立的平衡体系看成是在第一个平衡体系的基础上的平衡移动问题。所以思考时应注意浓度的改变对平衡的影响；平衡混合气体的总体积数也在改变。思考：提问：平衡移动时PCl5减少的量与投入的 PCl5增加的量，哪一个大？思考讨论：回答：回答：在同一容器中投入 2molPCl5可相当于容器的体积减小一半，相当于对第一个平衡体系增大压强，使平衡向左移动，PCl5的量增大，B 正确。【引导】为了回避这样的问题，我们可以进行思维代换，把浓度的改变代换为体积的改变，然后再代换为压强的改变。【启示】当需要比较两个相同的可逆反应的不同平衡状态时，即可采用这样的代换思维方法：第 9 页 共 15 页转换为平衡移动问题；3差量方法例题：例题：在一定条件下，合成氨反应达到平衡，混合气中NH3的体积分数为 25，若反应条件不变，则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值是A1/5B1/4C1/3D1/2【分析】 根据平衡时混合气中NH3的体积分数为 25， 可按常规计算方法列出方程后解题。解题（略）。【引导】若把有关化学方程式的差量法计算引入此题中，可简约思维。3H2+N22NH3V变化3L1L2L2L由此可知反应过程气体体积缩小的量即生成NH3的量。【启示】可逆反应是化学反应中的一种，反应过程中是按反应式各物质的系数比变化的，所以差量法经常应用在化学平衡的计算中。思考解题：回答：回答：设平衡混合气体为 100L，其中 NH3为 25L，即反应生成 NH325L，气体体积缩小了 25L，原反应物体积为 125L，A 正确。五、综合问题例题：例题：第 10 页 共 15 页在一容积固定的反应容器中，有一可左右滑动的密封隔板，两侧分别进行如图所示的可逆反应。各物质的起始加入量如下：A、 B 和 C 均为 4.0mol， D 为 6.5mol， F为 2.0mol，设 E 为 xmol，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间位置。若x=4.5， 则右侧反应在起始时向_方向进行， 欲使起始反应维持向该方向进行，则 x 的取值范围为_ 。若x 分别为 4.5 和 5.0，则在这两种情况下，当反应达平衡时，A 的物质的量是否相等？_，其理由是_。【分析】左侧可逆反应是反应前后气体的物质的量不变的反应，右侧可逆反应的正反应是气体的物质的量缩小的反应。隔板在中间意味着左右两侧可逆反应在一定条件下达到平衡时，气体的物质的量相等。左侧气体的起始量已知，共12mol，由此进行讨论。【引导启发】在推算x 的取值范围时，可采用极端假设法进行讨论。思考讨论。回答回答：当 x=4.5 时，气体总物质的量为 13.0mol，欲使右侧反应的总物质的量为 12mol，应在起始时向气体体积缩小的方向进行。欲使反应向正反应方向进行，可以通过极端假设的方法来讨论：假设平衡不移动，x=12.0 mol-6.5mol-2.0 mol=3.5mol；假设平衡向正反应方向移动使 E 为 0 mol，（6.5-0.5x）+（2.0+x）=12.0 mol，x=7.0 mol，故 x 取值范围为 3.5x7.0。当x 的取值不同时， 反应分别达到平衡的气体总物质的量均为 12mol， 两个反应的温度肯定不同，所以左侧中的气体 A 的物质的量也肯定不同。【评价】回答正确。【启示】解化学平衡综合题，应围绕着化学平衡概念，应用平衡的基本知识来综合分析问题，解决问题。第 11 页 共 15 页精选题精选题一、选择题一、选择题1在一定温度下，可逆反应A（气）+3B（气）2C（气）达到平衡的标志是AC 生成的速率与 C 分解的速率相等B单位时间生成 a molA，同时生成 3a molBCA、B、C 的浓度不再发生变化DA、B、C 的分子数比为 1232在一真空容器中，充入 10molN2、30molH2，发生如下反应：N2+3H22NH3，在一定条件下达到平衡时，H2的转化率为 25。若在同一容器中，在相同温度下，向容器中充入 NH3，欲使达到平衡时各成分的质量分数与上述平衡时相同，则起始时 NH3 的物质的量和达平衡时 NH3的转化率为 A15mol 25B20mol 50C20 mol 75D40mol 803在一固定容积的密闭容器中，充入 2molA 和 1molB 发生反应：2A（气）+B（气）x C（气），达到平衡后， C 的体积分数为 w。若维持容器体积和温度不变，按 0.6 molA， 0.3molB 和 1.4 molC 为起始物质，达到平衡后，C的体积分数也为 w，则 x 的值A1B2C3D44在一个固定体积的密闭容器中，保持一定的温度，进行以下反应：H2（气）+Br2（气）2HBr（气），已知加入 1molH2和 2mol Br2时，达到平衡后生成 a molHBr。在相同条件下，起始加入 H2、Br2、HBr 分别为 x、y、z（均不等于 0），如果仍保持平衡时各组分的质量分数不变，以下推断正第 12 页 共 15 页确的是Ax、y、z 应满足的关系是 4x+z=2yB达平衡时 HBr 物质的量为（x+y+z）a/3 molC达平衡时 HBr 物质的量为 a molDx、y、z 应满足的关系为 x+y=z5在一真空密闭容器中，通入一定量气体 A，一定条件下，发生如下反应：2A（气）B（气）+xC（气），反应达到平衡时，测得容器内压强增大了 p，若此时 A 的转化率为 a，下列关系正确的是A若 x=1，则 paB.若 x=2，则 paC若 x=3，则 p=aD若 x=4，则 pa6已知反应 3A（气）+B（气）C（固）+4D（气）+Q，图 2-14 中 a、b表示在一定条件下， D 的体积分数随时间 t 的变化情况。 若使曲线 b 变为曲线 a，可采取的措施是A增大 B 的浓度B升高温度C缩小反应容器的体积（加压）D加入催化剂7在 CuCl2水溶液中存在下列平衡：第 13 页 共 15 页Cu（H2O）42+4Cl-CuCl42-+4H2O，能使黄绿色氯化铜溶液蓝色黄绿色向蓝色转化的操作是A蒸发浓缩B加水稀释C加入 AgNO3溶液D加入食盐晶体8在接触法制硫酸中，进入接触室的气体组成为（体积分数）SO27、O211、N282。在一定条件下达到平衡时，SO2的转化率为 77，则平衡时气体总体积是反应前的A38.5B77C6.4D97.39一定条件下，在 2SO2+O22SO3（气）的化学平衡体系中，各物质的浓度分别是 2.0molL-1、0.8molL-1、2.4 molL-1，则 O2在反应初始时的浓度可能是A0.82.0 molL-1B02.0molL-1C00.8molL-1D无法确定10在 800时，下列可逆反应达到化学平衡状态：CO（气）+H2O（气）CO2（气）+H2（气），已知 CO 和 H2O（气）的初始浓度为 0.01molL-1时，H2平衡浓度为 0.005molL-1。若此时再加入 0.02molL-1的 H2O（气），重新达到平衡时，H2平衡浓度为A0.0025 molL-1B0.0075 molL-1C0.010 molL-1D0.015 molL-1二、非选择题二、非选择题11 下列平衡体系均有颜色， 改变条件后， 平衡怎样移动？颜色怎样变化？第 14 页 共 15 页（1） 2NO2（气）N2O4（气） +57 kJ， 迅速加压： 平衡_， 颜色_。加热：平衡_，颜色_。（2）2HI（气）=H2（气）+I2（气）-Q加压：平衡_，颜色_。加热：平衡_，颜色_。加氢气：平衡_，颜色_。12在某条件下，容器中有如下平衡反应：A+4B2C+D+Q此时，A、B、C 的物质的量均为 a mol，而 D 的物质的量为 d mol。（1）改变 a 的取值，再通过改变反应条件，可以使反应重新达到平衡，并限定达到新平衡时，D 的物质的量只允许在 d/2 到 2d 之间变化，则 a 的取值范围应是_（用 a 和 d 的关系式表示）。（2）如果要使本反应重新建立的平衡中， D 的物质的量只允许在 d 到 2d之间取值，则应采取的措施是_（从下面列出的选项中选择）。A升高反应温度B增大反应容器内的压强C增大反应容器的容积D降低反应温度E减小反应容器内的压强F减小反应容器的容积13若温度为 830K 时，下列可逆反应及其平衡具有某些特殊性。 CO+H2OH2+CO2，若起始浓度CO=2molL-1，H2O=3molL-1，反应达平衡时，CO转化为 CO2的转化率为 60；如果将 H2O 的起始浓度加大到 6molL-1，则 CO的转化率为 75。请注意上述有关数据，总结出其中规律请注意上述有关数据，总结出其中规律。填写以下空白：设830K 时，起始浓度CO=a molL-1，H2O=b molL-1，达平衡时H2=cmol L-1。第 15 页 共 15 页（1）当 b 不变时， a 减小，重新达到平衡时 CO 的转化率_ ；H2O 转化率_。（2）当 a=5， c=20/9 时，b=_。（3）当 a=b 时，c/a= _。（4）用以表示 a、b、c 之间的关系的代数式_。答答案案一、选择题一、选择题1A、C2C3B、C4A、B5B、C6C、D7B、C提示：从图象看，改变条件只加快反应速率，不使平衡发生移动。8D 提示：采用差量法计算。9B 提示：采用极值思想来确定取值范围10.B二、非选择题二、非选择题11（1）向右移动先深后浅向左移动变深（2）不移动变深向右移动变深向左移动变浅12（1）a4d（2）D 提示：可以将题中的平衡看作是新平衡的起始态，按照题中给出的 D 的物质的量变化范围的下限 （d/2） 和上限 （2d） 来分别讨论。讨论时应注意平衡移动的方向，由哪一种物质来确定 a 的取值。13（1）提高降低（2）4（3）0.5（4）c/a+c/b