化学平衡的状态、特征及判断标准教案

个性化教案化学平衡的状态、特征及判断标准适用学科化学适用年级高三适用区域 全国课时时长（分钟）60min知识点化学平衡状态等基本概念。化学平衡状态形成的条件、适用范围、特征。化学平衡状态的判定。教学目标知识与技能：1、理解化学平衡状态等基本概念。2、理解化学平衡状态形成的条件、适用范围、特征。过程与方法：1、用化学平衡状态的特征判断可逆反应是否达到化学平衡状态，从而提高判断平衡状态、非平衡状态的能力。2、利用化学平衡的动态特征，渗透对立统一的辩证唯物主义思想教育。3、加强新知识的运用，找到新旧知识的连接处是掌握新知识的关键，培养学生严谨的学习态度和思维习惯。情感态度价值观：通过从日常生活、基本化学反应事实中归纳化学状态等，提高学生的归纳和总结能力；通过溶解平衡、化学平衡、可逆反应之间的联系，提高知识的总结归纳能力。教学重点化学平衡的概念及特征教学难点化学平衡状态的判断教学过程一、复习预习通过多媒体展示图片、视频等引起学生学习兴趣，引出本节课内容。二、知识讲解化学反应速率讨论的是化学反应快慢的问题，但是在化学研究和化工生产中，只考虑化学反应进行的快慢是不够的，因为我们既希望反应物尽可能快地转化为生成物，同时又希望反应物尽可能多地转化为生成物。例如在合成氨工业中，除了需要考虑如何使N2和H2尽快地转变成NH3外，还需要考虑怎样才能使更多的N2和H2转变为NH3，后者所说的就是化学反应进行的程度问题化学平衡。考点/易错点1可逆反应与不可逆反应思考大家来考虑这样一个问题，我现在在一个盛水的水杯中加蔗糖，当加入一定量之后，凭大家的经验，你们觉得会怎么样呢？开始加进去的很快就溶解了，加到一定量之后就不溶了。问不溶了是否就意味着停止溶解了呢？讲回忆所学过的溶解原理，阅读教材自学思考后回答：没有停止。因为当蔗糖溶于水时，一方面蔗糖分子不断地离开蔗糖表面，扩散到水里去；另一方面溶解在水中的蔗糖分子不断地在未溶解的蔗糖表面聚集成为晶体，当这两个相反的过程的速率相等时，蔗糖的溶解达到了最大限度，形成蔗糖的饱和溶液。讲所以说刚才回答说不溶了是不恰当的，只能说从宏观上看到蔗糖的量不变了，溶解并没有停止。我这里把这一过程做成了三维动画效果，以帮助大家理解溶解过程。投影演示一定量蔗糖分子在水中的溶解过程。讲这时候我们就说，蔗糖的溶解达到了平衡状态，此时溶解速率等于结晶速率，是一个动态平衡。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.可逆反应不能进行完全，高考经常在此处出题，判断反应是否已经达到平衡。学生经常出错在于对平衡的认识不清，不透彻。考点/易错点2溶解平衡的建立开始时v（溶解）v(结晶)平衡时v（溶解）=v（结晶）结论：溶解平衡是一种动态平衡经常考关于溶度积常数的问题，判断溶液中物质存在等。此类题型较难，学生多为思考不深入导致出错。考点/易错点3化学平衡状态定义：指在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。问化学平衡有什么特征？投化学平衡状态的特征：(1)动：动态平衡v(正)=v(逆)0(2)等：v(正)= v(逆)(3)定：反应混合物中各组分的浓度保持一定，各组分的含量保持不变。(4)变：条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡。对于不同类型的可逆反应，某一物理量不变是否可作为平衡已到达的标志，取决于该物理量在平衡到达前（反应过程中）是否发生变化。若是则可；否则，不行。在高考中经常出现选择题或大题，要谨记化学平衡的特征。学生多由于对状态特征模糊不清而出错。三、例题精析【例题1】将1molN2和3molH2充入一密闭容器中，使其在一定条件下达到平衡：反应为：N2 + 3H2 = 2NH3 下列哪一状态一定是平衡状态（ ）A：N2 、 H2 、 NH3的总质量不随时间的延长而改变的状态B：单位时间内有1molNH3分解的同时，有0.5molN2和1.5molH2反应生成NH3的状态C：H2和N2体积百分含量之比不随时间的延长而改变的状态D：H2减少的速率等于NH3增加的速率的状态【答案】B【解析】解析：本题是对化学平衡状态实质的考查。A：由质量守恒定律可知，全部是气体参与的反应气体的总质量恒定，任何时候不随时间的延长而改变；B：重点强调0.5molN2和1.5molH2反应生成NH3，实际为正反应生成1molNH3,同时已知又有1molNH3分解，即V正 = V逆 ，一定为平衡状态；C：N2和H2的初始体积比为13，消耗的体积比也为13，故不论平衡和不平衡状态两者的体积比不变；D：因V（H2）V（NH3）= 32，当V（H2）=V（NH3）时，平衡向逆反应方向移动，不是平衡状态。故本题答案为B。【例题2】对于在SO2 + O2=2SO2的平衡体系中加入由18O构成的氧气，当平衡发生移动后，SO2中18O的含量( )（填“增加”、“减少”、“不变”）；其原因是 ?【答案】增加；在SO2与18O2反应生成S18O3的同时，S18O3又分解生成S18O2。【解析】本题考查化学平衡状态的特征。化学平衡是动态平衡，在平衡体系中加入由18O构成的氧气时，即增大了反应物的浓度，平衡向正反应方向移动，生成更多含18O的SO3，与此同时，逆反应也在不断进行，含18O的SO3分解，达新的平衡时，SO2中18O的含量增加。【例题3】下列各组数据反映可逆反应2A =B + 3C 达到平衡状态的是（ ）。 正反应速率 逆反应速率 A：VA = 2 mol/LS VB= 2 mol/LS B：VA = 2 mol/LS VB = 1 mol/LS C：VA = 1 mol/LS VB = 1.5 mol/LS D：VA = 1 mol/LS VC= 1.5 mol/LS【答案】BD【解析】解析：本题考查对反应速率和化学平衡实质的理解。同一化学反应用不同物质表示的反应速率数值不同，但意义相同，速率之比等于方程式的系数之比；反应达平衡的实质是：同一物质的V正 =V逆 。A中的VA 和VB虽然在数值上相同，但换算为同一种物质的速率统一用A或B表示时，就不难看出它们的生成速率和反应速率不相等；B中VA = 2 mol/LS 为正反应速率，将其用B物质来表示时：VB=VA/2 =2X（1/2）= 1mol/LS，与逆反应速率VB= 1 mol/LS相等，符合达平衡的实质，故B正确。同理判断C错，D正确。故本题答案为BD。四、课堂运用【基础】1. 在一定温度下，向aL密闭容器中加入1 molX气体和2 molY气体，发生如下反应：X（g）+ 2Y(g)=2Z(g)，此反应达到平衡的标志是（ ）。A：容器内压强不随时间变化 B：容器内各物质的浓度不随时间变化C：容器内X、Y、Z的浓度之比为122 D：单位时间消耗0.1molX同时生成0.2molZ【答案】AB【解析】本题考查化学反应达平衡的等价标志。只要能推出同一物质的V正 =V逆的任何条件，都可作为判断反应达平衡的标志。A中对前后气体体积不等的可逆反应，容器内压强不变，即是各物质的物质的量不变；B中各物质的浓度不变，即单位时间内同一物质的消耗量等于生成量，都能得出V正 =V逆，故A、B正确。平衡时各物质的浓度比不一定是方程式的系数比，只有浓度的改变量之比等于方程式的系数比，故C不对；D中单位时间内消耗0.1molX时，不论反应是否达平衡一定生成0.2molZ，D不对。故本题答案为A和B。2. 在一密闭容器中，反应aA(g) =bB(g) 达平衡后，保持温度不变，将容器体积增大一倍，当达到新的平衡时，B的浓度是原来的60%，则（ ）。A：平衡向正反应方向移动了 B：物质A的转化率减少了C：物质B的质量分数增加了 D：a b【答案】AC【解析】本题考查压强对平衡的影响。将容器体积增大一倍，相当减少体系的压强。若不考虑平衡移动，体积增大一倍，B的浓度应为原来的50%，现为原来的60%，大于50%，说明增大体积减少压强后平衡正向移动了，A的转化率应增大，B的质量分数也增大，由勒沙特列原理可知应有a b 。故本题的答案为A和C。【巩固】1. 1molX气体跟amolY气体在体积可变的密闭容器中发生如下反应：X（g）+aY（g）bZ（g），反应达平衡后测得X的转化率为50%。而且在同温同压下还测得反应前混合气的密度是反应后混合气体密度的3/4，则a和b的数值可能是（ ）A: a = 1 b =1 B: a = 2 b = 1 C: a = 2 b = 2 D: a = 3 b = 2 【答案】AD【解析】本题考查化学平衡转化率的计算和阿伏加德罗定律的推论。根据题意： X（g） + aY（g） = bZ（g） 起始量（mol）： 1 a 0 转化量（mol）： 1x50%=0.5 0.5a 0.5b 平衡量（mol）： 0.5 0.5a 0.5b平衡时混合气体总物质的量为：0.5 + 0.5a + 0.5b （mol）。因为同温同压下反应前后混合气体的密度比为3/4，根据阿伏加德罗定律，同温同压下气体密度与摩尔质量成正比，由于前后气体总质量恒定，即密度与物质的量成反比，则有：（0.5 + 0.5a + 0.5b）/（1 +a）= 3/4得出，1+a=2b，根据答案进行讨论，符合上式的只有A和D，故本题答案为A和D。2. 人类目前对煤和石油的过度应用，使空气中的CO2浓度增大，导致地球表面温度升高，形成温室效应。科学家对CO2的增多带来的负面影响较为担忧，于是提出了将CO2通过管道输送到海底，这可减缓空气中CO2浓度的增加。请你根据CO2的性质回答：（1）这样长期下去，将给海洋造成什么影响？（2）你认为消除这些影响的最好方法是什么？【答案】（1）海水的酸性将增大，这样将破坏海洋的生态系统，带来不堪设想的后果（2）可采用减少对煤和石油产品的用量，开发新能源，大量种植绿色植物，将会减少CO2在空气中的含量。【解析】本题考查化学平衡与生态平衡的联系。（1）根据气体的溶解度受压强影响的因素，CO2在海底的溶解度将大大增加，且可以液体的形式存在，这时CO2和水将发生如下变化：CO2 +H2O = H2CO3 = H+ + HCO3- 。根据平衡移动原理，CO2的溶解度增大，与水发生反应的程度会增大，生成的碳酸增多，即整个平衡向右移动，所以海水的酸性将增大，这样将破坏海洋的生态系统，带来不堪设想的后果。（2）可采用减少对煤和石油产品的用量，开发新能源，大量种植绿色植物，将会减少CO2在空气中的含量。【拔高】1. 某温度下向1L密闭容器中充入1mol N2和3 mol H2，使反应N2+3H22NH3达平衡，平衡混合气中N2、H2、NH3的浓度分别为M、N、G(molL)如果温度不变，只改变初始物质的加入量，要求M、N、G保持不变，则N2、H2、NH3的加入量用x、y、z表示时应满足的条件是： 若x=0，y=0，则z= ； 若x=0.75 mol，则y= ，z= ； x、y、z取值必须满足的一般条件是(用含x、y、z方程表示，其中一个含x、z，另一个含y、z) 。 若将上述条件改为恒温、恒压，其它均不变，则 a若x=0，y=0，则z= ； b若x=0.75 mol，则y= ，z= ； cx、y、z取值必须满足的一般条件是 。【答案】z=2 moly=2.25( mol)，z=0.5 mol az=0，y=0时，z为任意值bz=0.75(mol)时，y=0.75 3=2.25(mol)，z为任意值。 cxy=13，即y=3x时z为任意值【解析】 因2 mol NH3完全分解时可得到1 mol N2、3 mol H2，故向同一容器中加入2 mol NH3与加入l mol N2、3 mol H2的混合气的起始浓度状态完全相同。 z=0，y=0时，N2、H2的物质的量为0，z=2 mol z=0.75 mol可认为是N2有0.25 mol已反应掉，同时消耗H2为0.75 mol，生成NH3为0.5 mol，故而y=3-0.75=2.25( mol)，z=0.5 mol。 依上述思路知，生成z mol NH3时必消耗mol N2， mol H2，故而 如上述条件改为恒温、恒压，其它均不变时，只要n(N2)n(H2)=13，n(NH3)为任意值，均是同一平衡状态，故而 az=0，y=0时，z为任意值 bz=0.75(mol)时，y=0.75 3=2.25(mol)，z为任意值。 cxy=13，即y=3x时z为任意值SO2 O S O32. 如右图所示，将4 mol SO2和2 mol O2置于体积可变的等压容器中，在一定温度下发生反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)，H0该反应达到平衡状态A时，测知气体的物质的量为4.2 mol，SO2、O2、SO3的起始物质的量分别以现a、b、c表示 (1)向达到平衡状态A的容器中通入少量O2，体系中SO2的体积分数 (填“增大”或“减小”或“不变)要使SO2的体积分数再变到与平衡状态A相同，可采取的措施是 或 。 (2)若起始时a=1.2 mol，B=0.6 mol，且达到平衡后各气体的体积分数与平衡状态A相同，则起始时c的取值为 。 (3)要使反应开始时向逆反应方向进行，且达到平衡后各气体的物质的量与平衡状态A相同，则起始时c的取值范围为 。【答案】(1)通入适量的SO2 给体系升温 (2)任意值 (3)3.6C4【解析】 (1)考查了勒夏特列原理的应用。 (2)考查了等效平衡中恒温恒压的情况。只需加入的反应物的物质的量之比与反应方程式中对应物质的计量数之比一致即可，C的取值为任意值。 (3)结合平衡计算考查反应方向及平衡移动的方向2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)起始时物质的量 4mol 2mol 0转化的物质的量 2x x 2x平衡时物质的量 4-2x 2-x 2x据题意有6-x=4.2，x=1.8 mol，2x=3.6 mol，3.6C4时，方能满足使反应开始时向逆反应方向进行的条件课程小结对于不同类型的可逆反应，某一物理量不变是否可作为平衡已到达的标志，取决于该物理量在平衡到达前（反应过程中）是否发生变化。若是则可；否则，不行。了解化学平衡状态等基本概念。化学平衡状态形成的条件、适用范围、特征。化学平衡状态的判定。课后作业【基础】1.在一个固定体积的密闭容器中，加入2molA和1molB，发生反应：2A（g）+B（g） 3C（g）+D（g），达到平衡时C的浓度为Wmol/L，若维持容器体积和温度不变，按下列四种配比作为起始物质，达到平衡后，C的浓度仍为Wmol/L的是（ ）A、4molA+2molB B、3molC+1molD+1molB C、3molC+1molD D、1molA+0.5molB+1.5molC+0.5molD【答案】C【解析】根据等效平衡可得出选项C正确。2. 可逆反应2NO2=2NO + O2在密闭容器中发生，达到平衡的标志是（ ） 单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为221的状态混合气体的颜色不再改变的状态混合气体的密度不再改变的状态混合气体的平均相对分子质量不在改变的状态A： B： C： D：【答案】A【解析】根据化学平衡时的状态特征分析得出A选项正确。【巩固】1. 下列情况说明已达到化学平衡的是（ ）A、 某物质的体积不变 B、气体的密度不再发生变化 C、化学反应停止 D、某物质的质量分数不再发生变化【答案】D【解析】根据化学平衡的特点很容易得出答案D。2. 下列说法正确的是（ ）A、 化学平衡是动态的平衡 B、化学平衡时各物质的量分数扔可改变 C、化学平衡时温度必须是室温 D、化学平衡是不可逆反应的一种状态【答案】A【解析】根据(1)动：动态平衡v(正)=v(逆)0(2)等：v(正)= v(逆)(3)定：反应混合物中各组分的浓度保持一定，各组分的含量保持不变。(4)变：条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡。可判断出A项正确。【拔高】1. 甲、乙两容器，甲的容积固定，乙的容积可变。在一定温度下，向甲中通入3mol N2和4mol H2，反应达到平衡时，生成NH3的物质的量为amol。（1）相同温度下，向乙中通入2molNH3，且保持容积与甲相同，当反应达到平衡时，各物质的浓度与甲平衡中相同。起始时乙中还通入了_mol N2和_mol H2。（2）相同温度下，若向乙中通入6mol N2和8mol H2，且保持压强与甲相等，当反应达到平衡时，生成氨的物质的量为b mol，则ab_12；若乙与甲的容积始终相等，达到平衡时，生成氨的物质的量为c mol，则ac_12(填“”、“”或“”)。【答案】（1）2mol N2和1mol H2 （2） ab12 ac12 【解析】（1）当乙的容积与甲保持相同时，要达到等效平衡，则应满足乙中的投料量与甲中相等，将2mol NH3全部归到平衡的左边相当于1mol N2与3mol H2，因此还差2mol N2和1mol H2。（2）当乙的压强与甲保持相同时，只要乙的投料方式中N2和H2的物质的量之比与甲中相等即可达到等效平衡。因此向乙中通入6mol N2和8mol H2，达到平衡时，生成氨的物质的量浓度与甲中相等，而氨的物质的量物质的量b2a，所以ab12；若乙的容积与甲保持相等，则相当于在原平衡的基础上使压强增大2倍，则平衡要向右移动，所以平衡时氨的物质的量物质的量c2a，即ac12。2. 在一个盛有催化剂容积可变的密闭容器中，保持一定温度和压强，进行以下反应：N23H22NH3。已知加入1mol N2和4mol H2时，达到平衡后生成a mol NH3（见下表已知项）。在相同温度、压强下，保持平衡时各组分的体积分数不变。对下列编号的状态，填写表中空白。 已知编号起始状态物质的量 n/mol平衡时NH3的物质的量n/molN2H2NH3140a1.56010.5amg(g4m)【答案】1.5a 0和0.5mol （g3m）a【解析】对于一般的可逆反应，在恒温恒压条件下，只要按化学计量数换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量之比与原平衡相同，则达平衡后，与原平衡等效。因为从题干可知n(N2)n(H2)n(NH3)平衡14a，所以状态下n(N2)n(H2)n(NH3)平衡1.561.5a。起始状态时，有1mol NH3，则相当于起始时有N2和H2分别为0.5mol和1.5mol，按n(N2)n(H2)n(NH3)平衡14a，可得状态时n(N2)n(H2)n(NH3)平衡0.520.5a，所以原有N2和H2分别为0和0.5mol。设起始时n(NH3)为x mol，则相当于N2和H2总量分别为(m)mol和（g）mol，则（m）（g）14，即可得x2(g4m)设为n(NH3)平衡y mol，可得： 4a（g）y，即：y（g3m）a。