教学过程
一、 课堂导入
炼铁高炉尾气之谜(学生阅读课本45页科学史话),通过这一节课的学习你就能解开这一谜底了。你想知道吗?
二、复习预习
为什么存在化学反应限度的问题?
可逆反应——在相同条件下,正向反应和逆向反应都能同时进行的反应。
正向反应:反应物→生成物
逆向反应:生成物→反应物
三、知识讲解
考点1:化学反应的限度
1、化学反应限度:在一定条件下,可逆反应达到平衡状态时的完成程度。
2、达到化学反应限度的特征(一定条件下的可逆反应):
(1)υ正=υ逆≠0
(2)反应物和生成物的浓度不再改变。
反应开始时,反应物浓度最大,正反应速率最大;生成物浓度为零,逆反应速率为零。随着反应的进行,反应物浓度降
低,正反应速率减小;生成物浓度增大,逆反应速率增大。当正反应速率等于逆反应速率时,反应物浓度和生成物浓度不再发生改变,达到表面静止的状态——平衡状态。
考点2: 化学反应的限度可以通过改变反应的条件而改变。
很多化学反应都具有可逆性,只不过有些反应的可逆性很小,我们视作“不可逆”。任何化学反应的进程都有
一定的限度,只是不同反应的限度不同罢了。我们可以通过改变条件来改变化学反应的限度。这将在选修4《化学反应原理》中详细学习。
考点3: 化学反应条件的控制
控制反应条件,使化学反应按我们的需要进行:
对有利的或我们需要的化学反应,设法增大反应速率以提高生产或工作效率,促进反应的完成程度以提高原料的利用率;
对有害的或我们不希望发生的化学反应,设法降低反应速率或阻止反应进行;
对于特殊需要的化学反应可以对反应条件进行特殊的控制。
考点4:化学平衡移动
1.概念。
可逆反应达到平衡状态以后,若反应条件(如浓度、压强、温度等) 发生了变化,平衡混合物中各组分的浓度也会随之改变,从而在一段时间后达到新的化学平衡状态。这种由一种平衡状态向另一种化学平衡状态变化的过程,叫做化学平衡的移动。
2.过程。
反应条件对化学平衡的影响
1.影响化学平衡的因素。
若其他条件不变,改变下列条件对平衡的影响如下:
考点 5 化学平衡常数
1.概念。
在一定温度下,当一个可逆反应达到平衡时,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,用符号K 表示。
2.表达式。
对于一般的可逆反应:m A(g)+n B(g) c p C p C(g)+q D(g),在一定温度下达到平衡时,K =m c A c q D 。固c n B 体和纯液体的浓度为常数,通常不计入平衡常数表达式中。
3.意义。
(1)K 值越大,反应物的转化率越大,正反应进行的程度越大。
(2)K 只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。
(3)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,正、逆反应的平衡常数互为倒数。②若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小,尽管是同一反应,平衡常数也会改变。
因此书写平衡常数表达式及数值,要与化学反应方程式相对应,否则意义就不明确。
四、例题精析
【例题1】已知:可逆反应2SO 2(g)+O 2
(g)
件一定能使该平衡向正反应方向移动的是( )
A .升温增压 B.降温增压
C .升温减压 D.降温减压
【答案】B
【解析】该反应为放热反应,因此降低温度可使平衡向正反应方向移动;该反应为气体分子数减小的反应,因此增大压强可使平衡向正反应方向移动。 2SO 3(g) ΔH <0,在一定条件下达到平衡后,改变下列条
【例题2】化学平衡常数( K ) 是化学反应限度的一个重要参数,该常数表示的意义是可逆反应的进行程度,K 值越大,表示的意义错误的是( )
A .温度越高 B .反应物浓度较小
C .反应进行得越完全 D.生成物浓度较大
【答案】A
【解析】化学平衡常数只与温度有关,对于放热反应,温度越高,K 值越小;对于吸热反应,温度越高,K 值越大。化学平衡常数的大小表示的意义就是反应限度,即反应进行的程度大小,所以化学平衡常数K 越大,可逆反应进行的程度就越大,反应物的浓度越小,生成物的浓度越大,所以B 、C 、D 三个选项的意义都是正确的。
五、课堂运用
【基础】
1、下列叙述中一定能判断某化学平衡发生移动的是(
A .混合物中各组分的浓度改变
B .正、逆反应速率改变
C .混合物中各组分的含量改变
D .混合体系的压强发生改变
)
【答案】C
【解析】A 、如果混合物中各组分的浓度变化而保持各组分的含量不变时,平衡不移动,故A 错误;
B 、使用合适的催化剂,正、逆反应速率都改变,但平衡不移动,故B 错误;
C 、混合物中各组分的含量一定是化学平衡状态的标志,如果各组分改变,一定发生化学平衡移动,故C 正确.
D 、如果反应前后气体总物质的量不变,则压强对平衡无影响,故D 错误.
2、 下列关于化学反应的速率和限度的说法正确的是( )
A .化学反应速率通常只能用反应物浓度的减少量表示
B .影响化学反应速率的条件并不只是温度和催化剂
C .化学平衡状态指的是反应物和生成物浓度相等时的状态
D .催化剂都能加快化学反应速率,提高原料利用率或转化率
【答案】B
【解析】A .反应速率可以用生成物浓度的增大表示,故A 错误;
B .温度、浓度、压强、催化剂、接触面积等外界条件都会影响反应速率,故B 正确;
C .平衡状态值正、逆反应速率相等,反应混合物各组分的浓度、含量等不变的状态,但反应物与生成物的浓度不一定相等,故C 错误;
D .催化剂同等程度改变正、逆反应速率,但不能改变反应限度,不能提高原料利用率或转化率,故D 错误;
【巩固】
1、将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒容容器中(固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:NH 2COONH 4(s )⇌2NH 3(g )+CO2(g ).判断该分解反应已经达到化学平衡的是(
A .2v (NH 3)=v(CO 2)
B .密闭容器中总压强不变
C .密闭容器中混合气体的密度不变
D .密闭容器中氨气的体积分数不变 )
【答案】BC
【解析】A .没有指明正、逆速率,不能判断是否到达平衡或是反应向哪进行,故A 错误;
B .该反应是一个反应前后气体体积增大的可能反应,当反应达到平衡状态时,密闭容器中总压强不变,故B 正确;
C .随反应进行混合气体的质量增大,容器的容积不变,反应混合气体的密度增大,当密度不再变化,说明到达平衡状态,故C 正确;
D .反应混合气体只有氨气与二氧化碳,二者物质的量之比始终为2:1,氨体积分数始终不变,所以不能说明到达平衡,故D 错误;
2、100°C 时,将0.1molN 204置于1L 密闭的烧瓶中,然后将烧瓶放入 100°C 的恒温槽中,烧瓶内的气体逐渐变为红棕色:N 204(g )═2N02(g ). 下列选项不能说明上述反应在该条件下已经达到平衡状态的是( )
A .烧瓶内气体的密度不再变化
B .烧瓶内气体的颜色不再变化
C .烧瓶内气体的压强不再变化
D .烧瓶内气体的平均相对分子质量不再变化
【答案】A
【解析】:A 、由于反应前后都是气体,气体的质量不变,而烧瓶的容积固定,根据ρ=
所以密度不能作为判断平衡状态的依据,故A 选;
氮为有色气体,气体的颜色不变,说明正逆反应速率相等,达到了平衡状态,故B 不选;
C 、该反应是体积增大的反应,反应过程中气体的物质的量增大,烧瓶内压强增大,若烧瓶内气体的压强不再变化,说明正逆反应速率相等,达到了平衡状态,故C 不选;
D 、该反应是体积增大的反应,气体的质量不变,可知,烧瓶内气体的平均相对分子质量不再变化,说明正逆反应速率相等,达到了平衡状态,故D 不选; m V 可知,气体的密度始终不变,B 、反应体系中只有二氧化
【拔高】
1、在容积相同的五个密闭容器中分别放入等量的A2和B2,在不同温度下同时任其发生反应:A 2(g )+3B2(g )⇌2AB 3(g ),分别在某一同时刻测得其中AB 3所占的体积分数变化如图所示,下列说法不正确的是(
A .正反应是放热反应
B .E 、F 二点尚未达到平衡
C .H 、I 二点尚未达到平衡
D .G 、H 、I 三点已达平衡状态
)
【答案】C
【解析】在恒容状态下,在五个相同的容器中同时通入等量的A 2和B 2,反应相同时间.那么则有两种可能,一是已达到
平衡状态,二是还没有达到平衡状态,仍然在向正反应移动.所以,一开始应该还没有达到平衡,反应还在正向动,AB 3所占的体积分数会增大,但是达到平衡后,再升高温度,平衡逆向移动,AB 3所占的体积分数会减少.
A .升高温度,平衡逆向移动,所以正反应是放热反应,故A 正确;
B .在图中转折点为平衡状态,转折点左则为未平衡状态,E 、F 二点尚未达到平衡,故B 正确;
C .在图中转折点为平衡状态,右则为平衡状态,H 、I 二点达到平衡状态,故C 错误;
D .在图中转折点为平衡状态,转折点左则为未平衡状态,右则为平衡状态,G 、H 、I 三点已达平衡状态,故D 正确;
2、能证明反应:H 2(g )+I2(g )⇌2HI (g )已经达到平衡状态的是( )
①c (H 2):c (I 2):c (HI )=1:1:2
②单位时间内生成nmolH2的同时消耗nmolI2
③反应速率2v (H 2)=2v(I 2)=v(HI )
④温度和体积一定时,容器内压强不再变化
⑤温度和压强一定时,混合气体的密度不再变化
⑥温度和体积一定时,混合气体的颜色不再变化.
A .①③ B.②⑥ C.③⑥ D.④⑤
【答案】B
【解析】:①平衡时反应混合物的浓度与反应物起始浓度、反应物的转化率有关,平衡时c (H 2):c (I 2):c (HI )可
能为1:1:2,可能不是1:1:2,故①错误;
②根据反应方程式知,生成nmol H2同时生成nmolI 2,生成nmolI 2同时消耗1mol I2,所以碘的正逆反应速率相等,反应
达到平衡状态,故②正确;
③没有指明正、逆速率,不能说明到达平衡,若为同一方向反应速率,三种速率始终为2v (H 2)=2v(I 2)=v(HI ),故
③错误. ④该反应是一个反应前后气体体积不变的化学反应,温度和体积一定时,所以无论该反应是否达到平衡状态,容器内压强始终不变,故④错误. ⑤同温同压下,密度之比等于相对分子质量之比,混合物气体的总质量始终不变,反应前后混合气体总的物质的量始终不变,所以混合气体的平均式量始终不变,故密度始终不变,故⑤错误;
⑥温度和体积一定时,混合气体的颜色不再变化,说明I 2的浓度不再变化,反应到达平衡,故⑥正确;
故选B .
课程小结
本节课由科学史话“炼铁高炉之谜”引发学生强烈的求知欲望,继而通过实验探究发现反应限度的问题,随着问题探究的步步深入,引导学生理解可逆反应中存在反应限度的原因,理解反应限度的概念及达到反应限度的特征。在此基础上指导学生分析和解决实际问题——提高煤的燃烧效率,理解控制化学反应条件在生产和生活中的实际意义,使学生认识到学习本节知识的意义所在,激发学生学习的兴趣。
教学过程
一、 课堂导入
炼铁高炉尾气之谜(学生阅读课本45页科学史话),通过这一节课的学习你就能解开这一谜底了。你想知道吗?
二、复习预习
为什么存在化学反应限度的问题?
可逆反应——在相同条件下,正向反应和逆向反应都能同时进行的反应。
正向反应:反应物→生成物
逆向反应:生成物→反应物
三、知识讲解
考点1:化学反应的限度
1、化学反应限度:在一定条件下,可逆反应达到平衡状态时的完成程度。
2、达到化学反应限度的特征(一定条件下的可逆反应):
(1)υ正=υ逆≠0
(2)反应物和生成物的浓度不再改变。
反应开始时,反应物浓度最大,正反应速率最大;生成物浓度为零,逆反应速率为零。随着反应的进行,反应物浓度降
低,正反应速率减小;生成物浓度增大,逆反应速率增大。当正反应速率等于逆反应速率时,反应物浓度和生成物浓度不再发生改变,达到表面静止的状态——平衡状态。
考点2: 化学反应的限度可以通过改变反应的条件而改变。
很多化学反应都具有可逆性,只不过有些反应的可逆性很小,我们视作“不可逆”。任何化学反应的进程都有
一定的限度,只是不同反应的限度不同罢了。我们可以通过改变条件来改变化学反应的限度。这将在选修4《化学反应原理》中详细学习。
考点3: 化学反应条件的控制
控制反应条件,使化学反应按我们的需要进行:
对有利的或我们需要的化学反应,设法增大反应速率以提高生产或工作效率,促进反应的完成程度以提高原料的利用率;
对有害的或我们不希望发生的化学反应,设法降低反应速率或阻止反应进行;
对于特殊需要的化学反应可以对反应条件进行特殊的控制。
考点4:化学平衡移动
1.概念。
可逆反应达到平衡状态以后,若反应条件(如浓度、压强、温度等) 发生了变化,平衡混合物中各组分的浓度也会随之改变,从而在一段时间后达到新的化学平衡状态。这种由一种平衡状态向另一种化学平衡状态变化的过程,叫做化学平衡的移动。
2.过程。
反应条件对化学平衡的影响
1.影响化学平衡的因素。
若其他条件不变,改变下列条件对平衡的影响如下:
考点 5 化学平衡常数
1.概念。
在一定温度下,当一个可逆反应达到平衡时,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,用符号K 表示。
2.表达式。
对于一般的可逆反应:m A(g)+n B(g) c p C p C(g)+q D(g),在一定温度下达到平衡时,K =m c A c q D 。固c n B 体和纯液体的浓度为常数,通常不计入平衡常数表达式中。
3.意义。
(1)K 值越大,反应物的转化率越大,正反应进行的程度越大。
(2)K 只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。
(3)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,正、逆反应的平衡常数互为倒数。②若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小,尽管是同一反应,平衡常数也会改变。
因此书写平衡常数表达式及数值,要与化学反应方程式相对应,否则意义就不明确。
四、例题精析
【例题1】已知:可逆反应2SO 2(g)+O 2
(g)
件一定能使该平衡向正反应方向移动的是( )
A .升温增压 B.降温增压
C .升温减压 D.降温减压
【答案】B
【解析】该反应为放热反应,因此降低温度可使平衡向正反应方向移动;该反应为气体分子数减小的反应,因此增大压强可使平衡向正反应方向移动。 2SO 3(g) ΔH <0,在一定条件下达到平衡后,改变下列条
【例题2】化学平衡常数( K ) 是化学反应限度的一个重要参数,该常数表示的意义是可逆反应的进行程度,K 值越大,表示的意义错误的是( )
A .温度越高 B .反应物浓度较小
C .反应进行得越完全 D.生成物浓度较大
【答案】A
【解析】化学平衡常数只与温度有关,对于放热反应,温度越高,K 值越小;对于吸热反应,温度越高,K 值越大。化学平衡常数的大小表示的意义就是反应限度,即反应进行的程度大小,所以化学平衡常数K 越大,可逆反应进行的程度就越大,反应物的浓度越小,生成物的浓度越大,所以B 、C 、D 三个选项的意义都是正确的。
五、课堂运用
【基础】
1、下列叙述中一定能判断某化学平衡发生移动的是(
A .混合物中各组分的浓度改变
B .正、逆反应速率改变
C .混合物中各组分的含量改变
D .混合体系的压强发生改变
)
【答案】C
【解析】A 、如果混合物中各组分的浓度变化而保持各组分的含量不变时,平衡不移动,故A 错误;
B 、使用合适的催化剂,正、逆反应速率都改变,但平衡不移动,故B 错误;
C 、混合物中各组分的含量一定是化学平衡状态的标志,如果各组分改变,一定发生化学平衡移动,故C 正确.
D 、如果反应前后气体总物质的量不变,则压强对平衡无影响,故D 错误.
2、 下列关于化学反应的速率和限度的说法正确的是( )
A .化学反应速率通常只能用反应物浓度的减少量表示
B .影响化学反应速率的条件并不只是温度和催化剂
C .化学平衡状态指的是反应物和生成物浓度相等时的状态
D .催化剂都能加快化学反应速率,提高原料利用率或转化率
【答案】B
【解析】A .反应速率可以用生成物浓度的增大表示,故A 错误;
B .温度、浓度、压强、催化剂、接触面积等外界条件都会影响反应速率,故B 正确;
C .平衡状态值正、逆反应速率相等,反应混合物各组分的浓度、含量等不变的状态,但反应物与生成物的浓度不一定相等,故C 错误;
D .催化剂同等程度改变正、逆反应速率,但不能改变反应限度,不能提高原料利用率或转化率,故D 错误;
【巩固】
1、将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒容容器中(固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:NH 2COONH 4(s )⇌2NH 3(g )+CO2(g ).判断该分解反应已经达到化学平衡的是(
A .2v (NH 3)=v(CO 2)
B .密闭容器中总压强不变
C .密闭容器中混合气体的密度不变
D .密闭容器中氨气的体积分数不变 )
【答案】BC
【解析】A .没有指明正、逆速率,不能判断是否到达平衡或是反应向哪进行,故A 错误;
B .该反应是一个反应前后气体体积增大的可能反应,当反应达到平衡状态时,密闭容器中总压强不变,故B 正确;
C .随反应进行混合气体的质量增大,容器的容积不变,反应混合气体的密度增大,当密度不再变化,说明到达平衡状态,故C 正确;
D .反应混合气体只有氨气与二氧化碳,二者物质的量之比始终为2:1,氨体积分数始终不变,所以不能说明到达平衡,故D 错误;
2、100°C 时,将0.1molN 204置于1L 密闭的烧瓶中,然后将烧瓶放入 100°C 的恒温槽中,烧瓶内的气体逐渐变为红棕色:N 204(g )═2N02(g ). 下列选项不能说明上述反应在该条件下已经达到平衡状态的是( )
A .烧瓶内气体的密度不再变化
B .烧瓶内气体的颜色不再变化
C .烧瓶内气体的压强不再变化
D .烧瓶内气体的平均相对分子质量不再变化
【答案】A
【解析】:A 、由于反应前后都是气体,气体的质量不变,而烧瓶的容积固定,根据ρ=
所以密度不能作为判断平衡状态的依据,故A 选;
氮为有色气体,气体的颜色不变,说明正逆反应速率相等,达到了平衡状态,故B 不选;
C 、该反应是体积增大的反应,反应过程中气体的物质的量增大,烧瓶内压强增大,若烧瓶内气体的压强不再变化,说明正逆反应速率相等,达到了平衡状态,故C 不选;
D 、该反应是体积增大的反应,气体的质量不变,可知,烧瓶内气体的平均相对分子质量不再变化,说明正逆反应速率相等,达到了平衡状态,故D 不选; m V 可知,气体的密度始终不变,B 、反应体系中只有二氧化
【拔高】
1、在容积相同的五个密闭容器中分别放入等量的A2和B2,在不同温度下同时任其发生反应:A 2(g )+3B2(g )⇌2AB 3(g ),分别在某一同时刻测得其中AB 3所占的体积分数变化如图所示,下列说法不正确的是(
A .正反应是放热反应
B .E 、F 二点尚未达到平衡
C .H 、I 二点尚未达到平衡
D .G 、H 、I 三点已达平衡状态
)
【答案】C
【解析】在恒容状态下,在五个相同的容器中同时通入等量的A 2和B 2,反应相同时间.那么则有两种可能,一是已达到
平衡状态,二是还没有达到平衡状态,仍然在向正反应移动.所以,一开始应该还没有达到平衡,反应还在正向动,AB 3所占的体积分数会增大,但是达到平衡后,再升高温度,平衡逆向移动,AB 3所占的体积分数会减少.
A .升高温度,平衡逆向移动,所以正反应是放热反应,故A 正确;
B .在图中转折点为平衡状态,转折点左则为未平衡状态,E 、F 二点尚未达到平衡,故B 正确;
C .在图中转折点为平衡状态,右则为平衡状态,H 、I 二点达到平衡状态,故C 错误;
D .在图中转折点为平衡状态,转折点左则为未平衡状态,右则为平衡状态,G 、H 、I 三点已达平衡状态,故D 正确;
2、能证明反应:H 2(g )+I2(g )⇌2HI (g )已经达到平衡状态的是( )
①c (H 2):c (I 2):c (HI )=1:1:2
②单位时间内生成nmolH2的同时消耗nmolI2
③反应速率2v (H 2)=2v(I 2)=v(HI )
④温度和体积一定时,容器内压强不再变化
⑤温度和压强一定时,混合气体的密度不再变化
⑥温度和体积一定时,混合气体的颜色不再变化.
A .①③ B.②⑥ C.③⑥ D.④⑤
【答案】B
【解析】:①平衡时反应混合物的浓度与反应物起始浓度、反应物的转化率有关,平衡时c (H 2):c (I 2):c (HI )可
能为1:1:2,可能不是1:1:2,故①错误;
②根据反应方程式知,生成nmol H2同时生成nmolI 2,生成nmolI 2同时消耗1mol I2,所以碘的正逆反应速率相等,反应
达到平衡状态,故②正确;
③没有指明正、逆速率,不能说明到达平衡,若为同一方向反应速率,三种速率始终为2v (H 2)=2v(I 2)=v(HI ),故
③错误. ④该反应是一个反应前后气体体积不变的化学反应,温度和体积一定时,所以无论该反应是否达到平衡状态,容器内压强始终不变,故④错误. ⑤同温同压下,密度之比等于相对分子质量之比,混合物气体的总质量始终不变,反应前后混合气体总的物质的量始终不变,所以混合气体的平均式量始终不变,故密度始终不变,故⑤错误;
⑥温度和体积一定时,混合气体的颜色不再变化,说明I 2的浓度不再变化,反应到达平衡,故⑥正确;
故选B .
课程小结
本节课由科学史话“炼铁高炉之谜”引发学生强烈的求知欲望,继而通过实验探究发现反应限度的问题,随着问题探究的步步深入,引导学生理解可逆反应中存在反应限度的原因,理解反应限度的概念及达到反应限度的特征。在此基础上指导学生分析和解决实际问题——提高煤的燃烧效率,理解控制化学反应条件在生产和生活中的实际意义,使学生认识到学习本节知识的意义所在,激发学生学习的兴趣。