化學反應速率和化學平衡(選修4)教案.doc

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______________________________________________________________________________________________________________ 2-1 化學反應速率 【教學目標】之知識與技能 1、了解化學反應速率的含義、測量方法 2、探究對同一反應，用不同物質(zhì)的濃度變化來表示的反應速率，它們之間的關(guān)系 3、理解化學反應速率的表達式及其簡單計算 【教學目標】之過程與方法 通過學習化學反應速率的測量方法，培養(yǎng)學生設計實驗的能力 【教學目標】之情感態(tài)度與價值觀 通過對化學反應速率的學習，感悟其在生產(chǎn)、生活中和科學研究中的作用，提高對化學科學的認識 【教學重點】化學反應速率的表達式及其簡單計算 【教學難點】化學反應速率的表達式及其簡單計算 【教學方法】討論、實驗探究、推理 【課時安排】2課時 【教學過程】 一、化學反應速率 1、化學反應速率 ⑴表示方法：單位時間內(nèi)反應物濃度的減少或生成物濃度的增加來表示 ⑵表達式：v(B)＝＝ 【注意】 【思考】在反應：C(s)＋H2OCO(g)＋H2(g)反應中，加入一定量的C，反應的速率將如何變化？為什么？ 【注意】③在一定溫度下，固態(tài)或純液體物質(zhì)，單位體積里的物質(zhì)的量保持不變，即物質(zhì)的量濃度看作常數(shù)，因此，一般不用固體或純液體表示化學反應速率 【練習1】（見教材P17）在密閉容器中，合成氨的反應N2＋3H22NH3，開始時N2的濃度為8 mol/L，H2的濃度為20 mol/L，5 min后N2的濃度為6 mol/L，求參加反應的各物質(zhì)的化學反應速率 【思考】對同一反應，用不同物質(zhì)的濃度變化所表示的反應速率的數(shù)值是可能不同，請思考為什么不同？它們之間有什么關(guān)系？ 【講解】v(N2 )∶v(H2 )∶v(NH3)＝0.4∶1.2∶0.8＝1∶3∶2 ⑶規(guī)律：在同一反應中： 【應用1】判斷速率關(guān)系是否正確 【練習2】已知4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)，若反應速率分別用v(NH3)、v(O2)、v( NO)、v( H2O)表示，則正確的關(guān)系是 A．4v(NH3)＝5v(O2) B．5v(O2)＝6v( H2O) C．2v(NH3)＝3v( H2O) D．4v(O2)＝5v( NO) 【講解】判斷速率關(guān)系是否正確時，將等式改為比例關(guān)系式進行判斷，如A改寫為： ＝≠，因此A不正確 【應用2】比較反應速率的大小 【練習3】可逆反應A(g)＋3B(g)2C(g)＋D(g)，在四種不同情況下的反應速率如下，其中反應進行得最快的是 A．v(A)＝0.15 mol/(L·min) B．v(B)＝0.6 mol/(L·min) C．v(C)＝0.4 mol/(L·min) D．v(D)＝0.01 mol/(L·s) 【講解】在進行有關(guān)反應速率的比較時，根據(jù)“速率比等于系數(shù)比”將反應中各物質(zhì)的速率轉(zhuǎn)化為同一個物質(zhì)的速率進行比較 【應用3】由各物質(zhì)的反應速率比或變化量關(guān)系寫化學方程式 【練習4】⑴已知存在如右圖所示的變化，根據(jù)圖示請寫出該反應的化學方程式：___________________________；⑵已知反應N2＋3H22NH3，根據(jù)下圖判斷：A是______物質(zhì)的量濃度變化情況，C是______物質(zhì)的量濃度變化情況，2分鐘內(nèi)N2的平均速率是_______，（3A＋B2C H2 NH3 0.5 mol/(L·min)） 2、有關(guān)化學反應速率的計算——三段式 【練習5】在2 L的密閉容器中，發(fā)生下列反應：3A(g)＋B(g)2C(g)＋D(g)。若最初加入的A 和B 都是4 mol，在前10 s A 的平均反應速率為0.12 mol/(L·s)，則10 s時，容器中B的物質(zhì)的量為多少？ 【講解】由題有：△n(A)＝v(A)·△t·V＝0.12 mol/(L·s)×10 s×2 L＝2.4 mol 3A(g)＋B(g)2C(g)＋D(g) n0 （mol） 4 4 0 0 △n （mol） 2.4 0.8 1.6 0.8 n10 s（mol） 1.6 3.2 1.6 0.8 【練習6】一定溫度下，向容積為2 L的真空容器中加入1 mol氮氣，3 mol氫氣，3 min后測得容器內(nèi)的壓強是起始時壓強的0.9倍，求此時間內(nèi)用氫氣的變化來表示反應速率 二、化學反應速率測定方法 1、直接觀察的某些性質(zhì)：氣泡快慢、固體質(zhì)量變化 2、依靠儀器測量的性質(zhì)：溫度變化、反應體系質(zhì)量變化、氣體體積變化 【思考】實驗【2—1】中，還能根據(jù)反應速率相關(guān)量的那些變化來測定該反應的反應速率？ 【講解】測量溶液中H＋、Zn2＋濃度的變化，測量H2的體積或質(zhì)量變化、體系的壓強變化、鋅粒質(zhì)量變化、反應體系的熱量變化等 【小結(jié)】 【作業(yè)】 2-2 影響化學反應速率的因素 【教學目標】之知識與技能 1、掌握并理解外界條件對化學反應速率的影響實質(zhì)及影響結(jié)果 2、掌握控制化學反應速率的方法。能夠綜合運用外界條件對化學反應速率的影響分析相關(guān)問題 3、理解溫度和催化劑對化學反應速率的影響 4、學會分析化學反應速率的圖像 【教學目標】之過程與方法 1、通過“濃度、壓強對化學反應速率影響”的實驗探究活動，掌握探究問題的方法 2、采用邊講邊實驗的方式，增加學生動手的機會，加深體驗，有利于它們對溫度和催化劑等外界條件對化學反應速率的影響的理解 【教學目標】之情感態(tài)度與價值觀 1、通過對反應速率控制方法的學習，感悟控制條件在生成、生活和科學研究中的作用，提高對化學科學意義的認識 2、通過生活中的常見事實，讓學生在觀察、領(lǐng)悟的過程中感受化學，讓學生清楚化學與生活息息相關(guān) 【教學重點】濃度、壓強、溫度、催化劑對化學反應速率的影響實質(zhì)及結(jié)果 【教學難點】濃度、壓強、溫度、催化劑對化學反應速率的影響實質(zhì)及結(jié)果 【教學方法】討論、實驗探究、推理 【課時安排】4課時 【教學過程】 【知識回顧】1、有效碰撞理論 2、化學反應速率與活化能 【學與問】通過必修Ⅱ的學習請大家想想：能夠改變反應速率的外界條件主要有哪些？ 【講解】外界條件：①濃度、②壓強、③溫度、④催化劑、⑤其他：顆粒大小、溶劑等 一、濃度對反應速率的影響 【實驗探究】演示實驗2－2：探究不同濃度草酸與酸性高錳酸鉀溶液反應的速率快慢 2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4 K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O 【現(xiàn)象】加入0.2 mol/L H2C2O4溶液的試管褪色快 【結(jié)論】當其它條件不變時： 【思考】為什么增大反應物的濃度會增大反應速率？ 【講解】＝×： 【學與問】增加或減少反應物的濃度會改變反應速率，那么，增加固體反應物或純液體反應物，反應速率是否也會發(fā)生相應的改變？為什么？ 【結(jié)論】對于固體物質(zhì)或純液體，一般認為其“濃度”為常數(shù)，它們的量的改變不會影響化學反應速率 【學與問】我們在點火的時候，是塊狀的煤炭容易燃燒，還是粉末狀的容易燃燒？為什么？ 【講解】固體反應物顆粒的大小能影響化學反應速率。固體顆粒小，其表面積增大，與其它反應物接觸面積增大，有效碰撞次數(shù)增大，所以能加快化學反應速率 【結(jié)論】一般來說，固體反應物表面積越大，反應速率越大 【練習1】把下列四種X溶液，分別加進四個盛有10mL、2mol·L－1的鹽酸的燒杯中，并且均加水稀釋至50mL，此時，X和鹽酸緩緩地進行反應，其中反應速率最快的是 A．10 mL 2 mol/L B．20 mL 2 mol/L C．10 mL 4 mol/L D．20 mL 3 mol/L 【練習2】恒溫恒容的容器中進行反應N2O4(g)2NO2(g) △H＞0，若反應物濃度由0.1 mol/L降到0.06 mol/L需20 s，那么，反應物濃度由0.06 mol/L降到0.024 mol/L，需反應的時間為（ ） A．等于18 s B．等于12 s C．大于18 s D．小于18 s 二、壓強對反應速率的影響 1、有氣體參加的反應，在其他條件不變時： 【觀察】請仔細觀察P21圖2－2，思考壓強的改變會引起反應體系中哪些因素的變化 【思考】對于反應：H2SO4＋2NaOHNa2SO4＋2H2O，增大體系的壓強，對反應速率是否有影響？ 【講解】由于該反應中沒有氣體物質(zhì)參加反應，壓強的改變對反應體系的體積幾乎沒有影響，因此不能引起參加反應的物質(zhì)的濃度的變化，所以，不能改變反應的速率 2、對于有氣體參加的可逆反應，增大壓強，反應物、生成物的濃度都增大，正反應速率、逆反應速率都增大；反之亦然 【思考】在N2＋3H22NH3中，當其他外界條件不變時： ①減小體系壓強，該反應的速率怎么變？ ②在反應中保持體系容積不變，充入N2，反應的速率怎么變？ ③在反應中保持體系容積不變，充入He，反應的速率怎么變？ ④在反應中保持體系壓強不變，充入He，反應的速率怎么變？ 3、對于氣體反應的幾種情況 ⑴恒溫時： ⑵恒容時： ① ② ⑶恒壓時： 【例題】反應C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，在一容積可變的密閉容器中進行。下列條件的改變對其反應速率幾乎無影響的是 A．增加C的量 B．將容器的體積縮小一半 C．保持體積不變，充入N2使體系壓強增大 D．壓強不變，充入N2使容器體積增大 【小結(jié)】壓強的改變實質(zhì)是改變反應物的濃度，即改變活化分子的濃度，但其活化分子數(shù)并不隨壓強的改變而改變。判斷時看反應物的濃度是否發(fā)生改變，只有壓強變化引起了濃度的變化，反應速率才改變，不能簡單機械地記結(jié)論 【思考】在夏天的時候，食物變質(zhì)快，而冬天慢，為什么會有這樣的現(xiàn)象？這說明食物的腐敗快慢與什么因素有關(guān)？ 三、溫度對反應速率的影響 【實驗探究】不同溫度下同濃度的Na2S2O3溶液與0.1mol/L 10 mL H2SO4反應的v Na2S2O3＋H2SO4Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O 編號 0.1 mol/L的Na2S2O3 0.1 mol/L的H2SO4 反應溫度 （℃） 反應中出現(xiàn)渾濁的時間 1 10ml 10ml 冷水 慢 2 10ml 10ml 熱水 快 【結(jié)論】加熱的一組首先出現(xiàn)渾濁 【回顧】Mg條分別與冷水和沸水的反應情況對比：Mg與熱水反應比跟冷水反應快 【思考】兩組的濃度都是相同的，為什么加熱的反應快呢？ 【結(jié)論】在其他條件不變時： 【思考】對于可逆反應，升高溫度或者降低溫度，正反應速率和逆反應將作何變化？ 【講解】升高溫度，無論是反應物還是生成物，活化分子的百分數(shù)都會增大，發(fā)生有效碰撞的幾率也相應的增大，所以，對可逆反應，升高溫度，正、逆反應方向的速率都會增大，但吸熱反應速率增加的程度更大；反之亦然 【結(jié)論】對于可逆反應： 即：溫度變化對v(吸)影響更大 【講解】在其它條件不變的情況下，升高溫度，化學反應要加快。經(jīng)過實驗測定，溫度每升高10℃，反應速率通常要增大到原來的2~4倍。 【講解】溫度對反應速率的影響在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中有很多的實際應用，比如： 四、催化劑對反應速率的影響 【實驗探究】演示實驗2－4，觀察現(xiàn)象 【現(xiàn)象】加MnO2后迅速產(chǎn)生大量氣泡，余燼復燃 【回顧】初中學習了實驗室制氧氣的原理知道：直接加熱KClO3直到熔化也只有少量的O2放出，但加了MnO2后稍微加熱即可放出大量的氧氣 1、其它條件不變時，選用適當?shù)拇呋瘎┛梢愿淖兎磻俾剩? 【講解】一般而言，我們平時說的催化劑都是指正催化劑 【思考】催化劑是如何改變化學反應速率的呢？ 即：催化劑通過改變反應物的活化能而改變反應速率 【學與問】催化劑能改變化學反應速率，對于可逆反應，如N2＋3H22NH3，催化劑將如何改變正、逆反應的速率？為什么？ 【講解】由P22的圖2－4可以看出，催化劑改變的是反應體系中所有物質(zhì)的活化能，無論是反應物還是生成物，都是同等程度地改變，所以，催化劑能同等程度地改變可逆反應的正、逆反應速率 2、對可逆反應而言，催化劑能同等程度地改變（加快或減慢）正、逆化學反應的速率 【科學探究】完成P23的《科學探究》 【結(jié)論】催化劑不是對所有的反應都具有催化作用，而是有選擇性的，不同的催化劑其催化效率是不一樣的 3、催化劑有選擇性 【講解】催化劑不僅具有選擇性，而且選擇性極高的酶的生物催化作用的效率是非常高的。但同時，如果在反應體系中含有雜質(zhì)，如粉塵等物質(zhì)，就會使催化劑失去作用，這種現(xiàn)象叫作催化劑中毒 【學與問】除了上面的幾種方法可以影響化學反應速率外，還有很多其他的方法也可以改變化學反應速率，如光照、放射線輻射、超聲波、電弧、強磁場等等，那么他們能夠改變反應速率的原因是什么？ 【講解】無論是哪種方式引起的反應速率的改變，其實質(zhì)都是向反應體系中輸入能量，也就是說，只要向反應體系中輸入了能量，就能增加有效碰撞的幾率，就必然加快反應速率 【結(jié)論】只要向反應體系中輸入了能量，就必然加快反應速率 【練習3】下列條件一定能加快反應速率的是 A．增加反應物的物質(zhì)的量 B．升高溫度 C．縮小反應容器的體積 D．加入生成物 E．加入MnO2 【練習4】某溫度時，在2L的密閉容器中，x、y、z三種物質(zhì)隨時間的變化曲線如下圖所示，由圖中數(shù)據(jù)分析該反應的化學方程式為： 3X＋2YZ ；反應開始至2 min，Z的平均速率為 0.25 mol/(L·min) n (mol) 4 3 x 2 y 1 z 0 1 2 t (min) 【小結(jié)】影響化學反應速率的外因 影響 外因 單位體積內(nèi) 有效碰撞次數(shù) 化學反應速率（v） 分子總數(shù) 活化分子數(shù) 活化分子百分數(shù) c增大 增加 增加 不變 增加 增大 p增大 增加 增加 不變 增加 增大 T升高 不變 增加 增加 增加 增大 催化劑 不變 增加 增加 增加 增大 【練習5】將一定濃度的鹽酸倒入碳酸鈣中，若作如下改變的情況，其中能使最初的化學反應速率增大的是 A．鹽酸的濃度不變，而使鹽酸的用量一倍 B．鹽酸的濃度增大一倍，而使鹽酸的用量減少到原來的一半 C．鹽酸的濃度和用量都不變，增加碳酸鈣的量 D．鹽酸和碳酸鈣不變，增大壓強一倍 E．加入CaCl2溶液 F．加入CaCl2固體 G．將CaCO3用CaCO3粉末代替 【練習6】(09寧夏)硫代硫酸鈉溶液與稀硫酸反應的化學方程式為：Na2S2O3＋H2SO4Na2SO4＋SO2＋S↓＋H2O，下列各組實驗中最先出現(xiàn)渾濁的是（ ） 實驗 反應溫度(℃) Na2S2O3溶液 稀H2SO4 H2O V/mL c/(mol/L) V/mL c/(mol/L) V/mL A 25 5 0.1 10 0.1 5 B 25 5 0.2 5 0.2 10 C 35 5 0.1 10 0.1 5 D 35 5 0.2 5 0.2 10 【練習7】把除去氧化膜的鎂條投到稀鹽酸的試管中發(fā)現(xiàn)氫氣產(chǎn)生的速率變化情況如上圖所示。其中 t1~t2 速率增大的主要原因是 反應是放熱反應，溫度升高使化學反應速率提高 ，t2~t3 速率減小的主要原因是HCl物質(zhì)的量濃度變小使化學反應速率降低 反思： 本節(jié)知識較難理解，概念少講，在練習過程中逐步融會貫通 2-3 化學平衡 【教學目標】之知識與技能 1、了解可逆反應和不可逆反應的概念 2、描述化學平衡建立的過程，建立起化學平衡的概念 3、通過實驗探究溫度、濃度和壓強對化學平衡的影響 4、掌握平衡移動原理（勒夏特列原理）并能運用其解決平衡問題 【教學目標】之過程與方法 1、從學生已有的關(guān)于飽和溶液的溶解平衡，導入化學平衡，通過對溶液節(jié)平衡的理解和遷移，讓學生建立起化學平衡是個動態(tài)平衡的概念 2、通過邊講邊實驗的形式引導學生認真觀察實驗現(xiàn)象，啟發(fā)學生充分討論。師生共同歸納出平衡移動原理，達到既激發(fā)學生興趣又啟發(fā)思維的目的 【教學目標】之情感態(tài)度與價值觀 1、化學平衡是宇宙中各種平衡的一個小小分支，它和日常生活中的溶解、環(huán)境、生態(tài)等平衡問題都與生活息息相關(guān)；27種“生命元素”在人體中維持著平衡，其含量由生命活動需要而定，既不可多，也不可少，否則就會破壞平衡，影響人體健康－－化學與生命息息相關(guān) 2、在生產(chǎn)、科研中，李燕改變外界條件，使化學平衡向提高反應物轉(zhuǎn)化率的方向移動，以提高有限資源的利用，走可持續(xù)發(fā)展的道路 3、通過對不同條件下的等效平衡的分析，抓住本質(zhì)和規(guī)律，拓展思路，巧解妙算，提高解題能力和開闊視野，最終達到提升思維品質(zhì)之目的 【教學重點】 【教學難點】 【教學方法】實驗探究、推理、討論 【課時安排】10課時 【教學過程】 【知識回顧】什么是可逆反應？可逆反應有什么特點？ 一、可逆反應 1、定義：在同一條件下，既能向正反應方向進行，同時又能向逆反應方向進行的反應 2、表示方法：用“”表示。如：H2＋I22HI 【講解】可逆反應中所謂的正反應、逆反應是相對的，一般把向右進行的反應叫做正反應，向左進行的反應叫做逆反應。 【學與問】反應2H2＋O22H2O 與2H2O2H2↑＋O2↑是否是可逆反應？ 【講解】可逆反應是在同一個條件下，同時向兩個方向發(fā)生的反應才叫可逆反應。這兩個反應是在不同條件下進行的反應，因此不是可逆反應 【講解】由于可逆反應同時向兩個方向發(fā)生反應，因此無論反應多長時間，都不能向任何一個方向進行到底，如3H2＋2N22NH3，只能盡可能多地將N2和H2轉(zhuǎn)化為NH3，反應最終能進行到什么程度，這就是我們今天要研究的問題－－化學平衡 3、特點：參加反應的物質(zhì)不能完全轉(zhuǎn)化。即 4、速率關(guān)系 對于反應N2＋3H22NH3始終存在如下關(guān)系： v(正)：v(N2耗)∶v( H2耗)∶v (NH3生)＝1∶3∶2 v(逆)：v(N2生)∶v( H2生)∶v (NH3耗)＝1∶3∶2 即： 【思考】某可逆反應的△H=+100 kJ/mol，下列有關(guān)該反應的敘述正確的是 A．正反應活化能小于100 kJ/mol B．逆反應活化能一定小于100 kJ/mol C．正反應活化能不小于100 kJ/mol D．正反應活化能比逆反應活化能大100 kJ/mol （如圖：△H＝E1－E2） 二、化學平衡 1、化學平衡狀態(tài)的建立 ⑴溶解平衡的建立 【實驗探究】將CuSO4粉末逐漸加入到20 mL水的燒杯中到燒杯底部有適量晶體出現(xiàn) 【講解】若不改變條件，v(溶)＝v(析)＞0將一直進行下去，也即溶解平衡是一個動態(tài)平衡。比如將晶形不完整的晶體放入到其飽和溶液中一段時間后，晶體會變得完整、有規(guī)則，但晶體的質(zhì)量并不發(fā)生變化 v v(溶) v(溶)＝v(析)＞0 v(析 0 t v v(正) v(正)＝v(逆)＞0 v(逆) 0 t 溶解平衡圖像 v-t圖像 c-t圖像 ⑵化學平衡的狀態(tài)建立 【講解】（結(jié)合v-t圖像講解）以可逆反應2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)為例，若反應開始時只有SO2和O2，沒有SO3，此時c(SO2)、c(O2)最大，因此v(正)最大，c(SO3)＝0 mol/L，因此v(逆)＝0。隨著反應的進行，反應物不斷減少，生成物逐漸增加，v(正)逐漸減小，v(逆)逐漸增大，當反應進行到某一時刻，v(正)＝v(逆)＞0，此時，反應達到了其“限度”。 【思考】當可逆反應達到限度的時候，反應體系中各物質(zhì)的濃度有什么特點？ 【講解】（結(jié)合c-t圖像講解）當v(正)＞v(逆)時，反應物消耗的多，生成的少，反應物濃度減少，此時生成物濃度增加；當v(正)＝v(逆)時，如SO2來說，消耗的SO2等于生成的SO2的量，因此SO2的濃度不再發(fā)生改變，即達到反應“限度”的時候：反應體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等都不再發(fā)生變化，但反應仍然在進行著，只是v(正)＝v(逆)，我們把這樣的狀態(tài)叫作化學平衡狀態(tài)，簡稱化學平衡 ⑶定義：在一定條件下的可逆反應里，正反應速率和逆反應速率相等，反應混合物中各組分的濃度保持不變的狀態(tài)，就叫做化學平衡狀態(tài)，簡稱化學平衡 【思考】根據(jù)前面的分析，請大家思考：化學平衡研究的對象是什么？ 2、化學平衡的特征 ⑴逆：化學平衡研究的對象是可逆反應 【思考】當反應達到平衡時，有什么特點？ ⑵等：化學反應處于化學平衡狀態(tài)時，正反應速率等于逆反應速率，但都不等于零，即：同一物質(zhì)的v(正)＝v(逆)＞0 【思考】反應是否還在進行？為什么？ ⑶動：化學平衡是動態(tài)平衡，反應處于平衡狀態(tài)時，化學反應仍在進行，反應并沒有停 【思考】平衡狀態(tài)下的反應體系中各成分的量是否發(fā)生變化？ ⑷定：化學反應處于化學平衡狀態(tài)時，反應化合物中各組分的濃度保持一定，體積分數(shù)保持一定（即不再發(fā)生改變） 【思考】平衡能否一直保持不變？ ⑸變：化學平衡是有條件的平衡狀態(tài)，當外界條件變化，原有的化學平衡被破壞，直到建立新的化學平衡。 3、化學平衡的標志 ⑴微觀標志：v(A正)＝v(A逆)＞0 －－實質(zhì) 【講解】v(正)＝v(逆) 指的是同一物質(zhì)的正反應速率與逆反應速率相等 ⑵宏觀標志：反應混合物中個組分的濃度和體積分數(shù)保持不變 【練習1】在一定溫度下，反應A2(g)＋B2(g)2AB(g)達到平衡的標志是 A．單位時間內(nèi)生成n mol A2同時生成n mol AB B．容器內(nèi)總壓不隨時間變化 C．單位時間內(nèi)生成2n mol AB同時生成n mol B2 D．單位時間內(nèi)生成n mol A2同時生成n mol B2 4、化學平衡狀態(tài)的判斷 見【變式3】 ⑴基本依據(jù)： 【練習】下列方法可證明2HI(g)H2(g)＋I2(g)已達平衡狀態(tài)的是 ②⑥⑨ ； 【練習】在上述⑥～⑩的說法中能證明2NO2N2O4達到平衡狀態(tài)的是 ⑥⑦⑧⑨⑩ 【歸納】判斷一個反應是否達到平衡方法： ⑴微觀方面： ⑵宏觀方面：其物理量必須從“變”“不變”才能作為達到平衡的判斷依據(jù) 【練習】一定溫度下，可逆反應2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)在體積固定的密閉容器中反應，達到平衡狀態(tài)的標志是______________。 ①單位時間內(nèi)消耗n mol O2，同時生成2n mol NO2 ②單位時間內(nèi)生成n mol NO，同時生成n mol NO2 ③用NO2、NO、O2濃度變化的表示的反應速率的比為2∶2∶1 ④NO的體積分數(shù)不隨時間變化 ⑤混合氣體的顏色不再改變 ⑥NO2的轉(zhuǎn)化率不隨時間變化 ⑦混合氣體的壓強不再改變 ⑧容器內(nèi)氣體密度不隨時間變化 ⑨混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變 5、有關(guān)化學平衡的計算 【練習】將1體積N2和4體積H2放入密閉體積不變的容器中，測得壓強為3.03×105 Pa，達到平衡后測得含NH3為25％，試求： ⑴平衡時N2和H2占平衡混合氣體的體積百分比 ⑵達到平衡時的壓強 ∴×100%＝25％ x＝0.5 ∴V(N2)%＝×100%＝12.5％ V(H2)%＝×100%＝62.5％ ＝＝ ∴p(平)＝×3.03×105 Pa＝2.424×105 Pa 【練習】2 L密閉容器中2 mol N2和3 mol H2在一定條件下合成氨氣，平衡時容器內(nèi)壓強與反應前壓強之比為4∶5，試計算⑴N2的轉(zhuǎn)化率；⑵平衡時NH3的濃度 【講解】根據(jù)題意，設N2的變化量為x，則有 又∵P之比等于n之比 ∴有＝ x＝0.5 mol ∴α(N2)＝×100%＝25% c(NH3)＝＝0.5 mol/L 【問題探究】當外界條件改變時，已經(jīng)建立的化學平衡會不會發(fā)生什么變化？ 【講解】我們知道，化學平衡是有條件的平衡，在一定條件下才能保持平衡狀態(tài)，當平衡的條件發(fā)生改變時，原平衡就會被破壞，反應混合物里各組分的含量會隨之改變，然后在新的條件下重新建立平衡，我們把這樣的過程叫作化學平衡的移動 v v'(正) v'(正)＝v'(逆) v(正) v'(逆) v'(正)=v'(逆) v(正) 0 t 三、化學平衡的移動 1、定義：可逆反應中舊化學平衡的破壞、新化學平衡的建立過程 2、化學平衡移動的原因 ⑴本質(zhì)： ⑵現(xiàn)象： 【學與問】如果外界條件的改變使得v(正)、v(逆)同等程度地改變，平衡是否發(fā)生移動？ 【講解】如果外界條件的改變使v(正)、v(逆)變化的倍數(shù)相同，也即v(正)＝v(逆)，那么對反應中任何一種物質(zhì)而言：消耗了多少就會生成多少，因此體系中各物質(zhì)的濃度不發(fā)生改變，所以此時平衡不移動 ⑶結(jié)論：反應混合物中各組分的體積分數(shù)發(fā)生了改變，才能說明化學平衡發(fā)生了移動 【思考】當外界條件發(fā)生改變時，我們?nèi)绾尾拍芘袛嗥胶庖苿拥姆较颍? 3、化學平衡移動方向的判定 【講解】外界條件的改變，首先影響的是化學反應速率，因此要判斷平衡的移動方向，我們首先必須知道條件改變對v(正)、v(逆)的影響哪個大些 ⑴v(正)＞v(逆)：化學平衡向正反應方向（右）移動 v v(正) v'(正) v'(正)=v'(逆) v'(正)=v'(逆) v'(逆) v''(正) v''(正)=v''(逆) v(正) v''(逆) 0 t ⑵v(正)＜v(逆)：化學平衡向逆反應方向（左）移動 v v(正) v'(逆) v'(正)=v'(逆) v'(正)=v'(逆) v'(正) v''(逆) v''(正)=v''(逆) v(正) v''(正) 0 t ⑶v(正)＝v(逆)：化學平衡不移動 v v(正) v'(正)=v'(逆) v'(正)=v'(逆) v''(正)=v''(逆) v(正) 0 t 【歸納】平衡移動方向的判斷： 四、外界條件對化學平衡的影響 1、濃度 【實驗探究】演示實驗2－5：Cr2O72－(橙色)＋H2O2CrO42－(黃色)＋2H＋ 【現(xiàn)象】1號試管橙紅色變深，2號試管黃色變深 【結(jié)論】 【實驗探究】演示實驗2－6：FeCl3(黃色)＋3KSCNFe(SCN)3(紅色)＋3KCl 編號 1 2 步驟1 滴加飽和FeCl3 滴加1 mol/L KSCN溶液 現(xiàn)象 溶液變得更紅 溶液變得更紅 步驟2 滴加NaOH溶液 滴加NaOH溶液 現(xiàn)象 紅色變淺 紅色變淺 【結(jié)論】⑴ 【思考】為什么改變反應物的濃度會引起化學平衡的移動？ ①增大反應物濃度： v v(正) v'(正) v'(正)＝v'(逆) v'(正)＝v'(逆) v'(逆) v(逆) 0 t v v(正) v'(正＝v'(逆) v'(正) v'(正)＝v'(逆) v(逆) v'(逆) 0 t ①增大反應物濃度 ②減少生成物濃度 ②減少生成物濃度： v v(正) v'(逆) v'(正)＝v'(逆) v'(正)＝v'(逆) v'(正) v(逆) 0 t v v(正) v'(正)＝v'(逆) v'(逆) v'(正)＝v'(逆) v(逆) v'(正) 0 t ③增大生成物濃度 ④減少反應物濃度 【思考】是否增加反應物或減少生成物的量都能使平衡向正反應方向移動；增加生成物或減少反應物的量都能使平衡向逆反應方向移動？ 【結(jié)論】否。增大固體或純液體的量，由于濃度不變，所以平衡不移動 【思考】在密閉容器中，給CO和水蒸氣混合物加熱，800℃時達到下列平衡：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，若用2 mol CO和10 mol H2O互相混合加熱，達平衡時，CO2的物質(zhì)的量為1.66 mol，求CO的轉(zhuǎn)化率是多少？若用2 mol CO和20 mol H2O互相混合加熱，達平衡時，H2的物質(zhì)的量為1.818 mol，CO的轉(zhuǎn)化率是多少？ 【結(jié)論】對反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，若增大反應物A的濃度，平衡將向正反應方向移動。反應物B的轉(zhuǎn)化率將增大，而A則減小 【應用】在化工生產(chǎn)上，往往采用增大容易取得或成本較低的反應物的濃度的方法，使成本較高的原料得到充分的利用 ⑵速率－時間圖（見上，從圖像分析可得以下結(jié)論） ①改變反應物的濃度，只能使正反應的速率瞬間增大或減小；改變生成物的濃度，只能使逆反應的速率瞬間增大或減小 ②只要v(正)在上面，v(逆)在下面，即v(正)＞v(逆)，化學平衡一定向正反應方向移動，反之亦然 ③新舊平衡v關(guān)系： 【練習】在某容器中，C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，反應達平衡，在溫度、容器體積不變的情況下，向容器中充入一定量的H2，當建立新平衡時（ ） A．CO、H2的濃度都比原平衡時小 B．CO、H2的濃度都比原平衡時大 C．H2O(g)、H2的濃度都比原平衡時大 D．H2O(g)、CO的濃度都比原平衡時大 【練習】試用“濃度對化學平衡的影響”來解釋“用排飽和食鹽水法收集Cl2可以抑制Cl2的溶解” 2、壓強 【思考】壓強的變化如何改變不同反應的v(正)和v(逆)的倍數(shù)？ 【科學探究】N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，壓強變化和NH3含量的如表，請分析后歸納 壓強(MPa) 1 5 10 30 60 100 NH3 (%) 2.0 9.2 16.4 35.5 53.6 69.4 【結(jié)論】增大壓強，NH3 的百分含量增大，平衡向正反應方向移動 【思考】請分析合成氨的反應，找出加壓后平衡右移和反應方程式中系數(shù)的關(guān)系？ 【結(jié)論】在其他條件不變時： 【思考】對于反應H2(g)＋I2(g)2HI(g)，壓強改變將怎樣影響化學平衡？ 【講解】對于反應：aA(g)＋bB(g)cC(g) ①a＋b＞c改變壓強的速率－時間圖像 ②a＋b＝c改變壓強的速率－時間圖像 v v'(正) v(正) v'(正)＝v'(逆) 增大P v'(逆) v'(逆) v(逆) v'(正)＝v'(逆) 減小P v'(正) 0 t v v(正) v'(正)＝v'(逆) 增大P v'(正)＝v'(逆) 減小P v(逆) 0 t ① ② ⑴在其它條件不變時： ⑵在其他條件不變時：若反應前后氣體體積不變，則平衡不移動 【思考】濃度變化和壓強變化的速率-時間圖像有何區(qū)別？ 【講解】 【學與問】對于反應aA(s)＋bB(l)cC(l)達到平衡后，改變壓強，平衡將怎樣移動？ 【講解】對于無氣體參加的化學平衡，改變壓強不能使化學平衡發(fā)生移動 【學與問】對反應H2(g)＋I2(g)2HI(g)在壓強為P1時，n(HI)%隨時間變化如圖所示。當壓強增大為P2時，圖形將如何改變？ n(HI)% t p2 p1 【講解】對反應前后氣態(tài)物質(zhì)總體積無變化的可逆反應，壓強改變對正、逆反應速率改變倍數(shù)相同，因此，平衡不發(fā)生移動。但是加壓，達平衡快；減壓，達平衡慢。 【學與問】一定條件下的密閉容器中，反應N2＋3H22NH3達到平衡后，再充入一定量的氬氣，平衡將做怎樣的移動？ 【講解】充入“無關(guān)氣體”，如He、Ne、Ar或不參加反應的N2 等有以下兩種可能情況： ⑶充入“無關(guān)氣體”對平衡的影響 ①恒容時 ②恒壓時 【結(jié)論】壓強的改變?nèi)绻麤]有引起氣體體積的變化，則不能引起平衡的移動 【練習】在一密閉恒容容器中充入1 mol NO2，建立如下平衡：2NO2N2O4，測得NO2的轉(zhuǎn)化率為a%。在該條件下，再充入1 mol NO2，待新平衡建立時，又測得NO2的轉(zhuǎn)化率為b%。 a、b的大小關(guān)系為_______________。（a＜b） 【練習】在體積可變的密閉容器中，反應mA(g)＋nB(s)pC(g)達到平衡后，壓縮容器的體積，發(fā)現(xiàn)A的轉(zhuǎn)化率隨之降低。下列說法中，正確的是 （ ） A．（m＋n）必定小于p B．（m＋n）必定大于p C．m必定小于p D．n必定大于p 3、溫度 【學與問】溫度的變化對化學反應速率有何影響？v(正)和v(逆)將如何變化？ 【講解】升高溫度，將增大化學反應速率，v(正)和v(逆)都將增大；降低溫度，將減小化學反應速率，v(正)和v(逆)都將減小 【學與問】溫度的變化如何改變同一反應的v(正)和v(逆)的倍數(shù)？ 【實驗探究】演示實驗2－7 【實驗現(xiàn)象】 【思考】如何解釋這樣的現(xiàn)象？ 【講解】對于反應：aA(g)＋bB(g)cC(g) △H有 v v(逆) v(正) 升溫 v(正) v(正) v(逆) 降溫 v(逆) 0 t 放熱反應 v v(正) v(正) 升溫 v(逆) v(逆) v(逆) 降溫 v(正) 0 t 吸熱反應 ⑴在其他條件不變時： 【學與問】升高溫度后，化學平衡發(fā)生移動，反應速率在移動后與移動前有何關(guān)系？ 【講解】升高溫度，化學平衡移動后，在新的平衡狀態(tài)下，化學反應速率一定大于原平衡狀態(tài)的化學反應速率，反之亦然 【學與問】分析以上圖像，升溫和降溫對正、逆反應的速率有何影響？ 【講解】在可逆反應中，溫度改變對v(吸)方向的影響程度更大 【練習】反應2A(g)2B(g)＋E(g) （正反應是吸熱反應）達到平衡時，要使正反應速率降低，A的濃度增大，應采取的措施是 A．加壓 B．減壓 C．減少E的濃度 D．降溫 【學與問】濃度、壓強、溫度的改變，已經(jīng)建立的平衡將如何移動？ 【歸納】濃度： 壓強： 溫度： 五、勒夏特列原理 1、定義：如果改變影響平衡的一個條件（如溫度、壓強、濃度），平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動 【學與問】對于一個正在進行的可逆反應，改變其中一個條件（如溫度、壓強、濃度），平衡應該怎樣移動？ 【講解】勒夏特列原理不適用于未達到平衡的體系 【思考】如何理解“減弱這種改變”這句話？ 【結(jié)論】化學平衡只能削弱外界條件的改變，而不能完全抵消這種改變 2、要點： 3、原理的適用范圍：已達平衡的可逆反應 適用條件：一個能影響平衡移動的外界條件 六、催化劑對化學平衡移動的影響 【思考】催化劑能改變化學反應速率，那么向一個已經(jīng)達到平衡的反應體系中加入催化劑，平衡將如何移動？ 【講解】由于催化劑能同等程度地改變正、逆反應的速率，化學平衡不移動 v v'(正)＝v'(逆) 正催 v(正) v(逆) v'(正)＝v'(逆) 負催 0 t n(生)% t 加催化劑 【結(jié)論】催化劑的使用能以同等程度改變正反應速率和逆反應速率，故對化學平衡移動沒有影響，只是能改變反應達平衡所需時間。 【練習】在密閉容器中有可逆反應：nA(g)＋mB(g)pC(g)處于平衡狀態(tài)（已知n＋m＞p，正反應為吸熱反應），則下列說法正確的是（ ） ①升溫，的比值變小 ②降溫時體系內(nèi)混合氣體平均分子量變小 ③加入B，A的轉(zhuǎn)化率減小 ④加入催化劑，氣體總的物質(zhì)的量不變 ⑤加壓使容器體積減小，A或B的濃度一定增大 ⑥若A的反應速率為v(A)，則B的反應速率v(B)＝v(A) A．①②④⑤ B．①②③⑤ C．①②③⑥ D．③④⑤⑥ 【練習】（12全國）合成氨所需的氫氣可用煤和水作原料經(jīng)多步反應制得，其中的一步反應為CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) △H ＜0反應達到平衡后，為提高CO的轉(zhuǎn)化率，下列措施中正確的是 A．增加壓強 B．降低溫度 C．增大CO 的濃度 D．更換催化劑 【練習】(12重慶）在一個不導熱的密閉反應器中只發(fā)生兩個反應：a(g)＋b(g)2c(g) △H1＜0；x(g)＋3y(g)2z(g) △H2＞0進行相關(guān)操作且達到平衡后（忽略體積改變所做的功），下列敘述錯誤的是 A．等壓時，通入z氣體，反應器中溫度升高 B．等容時，通入z氣體，y的物質(zhì)的量濃度增大 C．等容時，通入惰性氣體，各反應速率不變 D．等壓時，通入惰性氣體，c的物質(zhì)的量不變 【講解】A、等壓時，通入z氣體，第二反應平衡向逆反應移動，溫度升高，導致第一個反應向逆反應移動，但移動結(jié)果不會恢復到原溫度，故平衡時溫度升高，故A正確；B、等容時，通入z氣體，第二反應平衡向逆反應移動，y的物質(zhì)的量濃度增大，故B正確；C、等容時，通入惰性氣體，各反應混合物的濃度不變，各反應速率不變，故C正確；D、等壓時，通入惰性氣體，體積增大，對第二個反應平衡向逆反應移動，溫度升高，導致第一個反應向逆反應移動，c的物質(zhì)的量減小，故D錯誤； 【科學探究】在425℃時，在1 L密閉容器中進行的反應H2＋I22HI達到平衡，分別說明下列示意圖所表示的涵義，由圖中的事實可以說明化學平衡具有哪些特征。 2.00 1.58 1.00 0.21 0 t1 t(s) HI H2或I2 2.00 1.58 1.00 0.21 0 t1 t(s) HI H 2或I2 ⑴ ⑵ 【歸納】化學平衡的建立，與化學反應的途徑無關(guān)。到達某種條件下的同一平衡狀態(tài)有多種實現(xiàn)方式 七、等效平衡 1、定義：在相同的條件下，對同一可逆反應，只要起始時加入物質(zhì)的物質(zhì)的量不同，而達到平衡時，同種物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)相同，這樣的平衡稱為等效平衡 ⑴相同條件：恒溫、恒容或恒溫、恒壓 ⑵不同途徑： ⑶兩平衡等效的標志：達到平衡時，各組分的含量（物質(zhì)的量分數(shù)、質(zhì)量分數(shù)、體積分數(shù)等）均對應相等 2、等效平衡的分類：以mA(g)＋n B(g)pC(g)＋qD(g)為例 ⑴恒溫恒容時（溫容等） ①當m＋n≠p＋q時，在恒溫恒容的條件下，改變起始加入情況，只要通過可逆反應的化學計量數(shù)之比換算成反應左右兩邊同一物質(zhì)的量與原平衡相同，則兩平衡等效 mA(g) ＋ n B(g) pC(g) ＋ qD(g) 第一次加入n0 a b 0 0 ∴若二者為等效平衡，則有： 【例題】在一定溫度下，將2 molN2和6 molH2充入固定容積的密閉容器中，發(fā)生如下反應： N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，達到平衡后，若保持溫度不變，令a、b、c分別為初始加入的N2、H2、NH3的物質(zhì)的量，重新建立平衡，混合物中各物質(zhì)的量仍和上述相同。請?zhí)羁眨孩湃鬭＝0，b＝0，則c＝________；⑵若a＝1，c＝2，則b＝____；⑶a、b、c取值必須滿足的一般條件是（用兩個式子表示：其中一個只含a和c，另一個只含b和c）_____ 【分析】對與平衡狀態(tài)的建立，只與條件有關(guān)，即與溫度壓強（或容積）、反應物與生成物的相對關(guān)系有關(guān)，而與反應進行的方向無關(guān)。因此對于該條件下的反應，初始狀態(tài)是2 mol N2和6 mol H2的混合物，依據(jù)反應方程式可知2 mol N2和6 mol H2與4 mol NH3是等價的，最終達到的平衡狀態(tài)完全相同。若N2、H2、NH3的起始量分別為a、b、c，依據(jù)反應： N2 ＋ 3H2 2NH3 原始物質(zhì)的量n 1（mol） 2 6 0 起始物質(zhì)的量n 2（mol） a b c NH3完全轉(zhuǎn)化△n'（mol） c c c 起始物質(zhì)的量n2'（mol） a＋c b＋c 0 則要達到等效平衡應滿足的關(guān)系為：即： ∴ ②當m＋n＝p＋q即反應前后氣體體積不變的可逆反應，在恒溫恒容時，只要反應物（或生成物）的物質(zhì)的量之比與原平衡相同，則兩平衡等效。 【例題】在密閉容器中加入以下四種情況：屬于等效平衡的是 ⑵恒溫恒壓下的等效平衡（溫壓比） 在恒溫恒壓條件下，改變起始加入情況，只要按化學計量數(shù)換算成反應式左右兩邊同一物質(zhì)的量之比與原平衡相同，則達平衡后與原平衡相同即等效。 【例題】在一個盛有催化劑，容積可變的密閉容器中，保持一定溫度和壓強，進行以下反應：N2＋3H22NH3。已知加入1 mol N2 和4 mol H2時，達到平衡后生成a mol NH3（見下表已知項）。在相同溫度、壓強下，保持平衡時各組分的體積分數(shù)不變。對下列編號①～③的狀態(tài)，填寫表中的空白。 已知 編號 起始狀態(tài)物質(zhì)的量n（mol） 平衡時NH3的物質(zhì)的量n（mol） N2 H2 NH3 1 4 0 a ① 1.5 6 0 ② 1 0.5a ③ m n(n≥4m) 【分析】① ② ③ 【練習】t℃時，向某密閉容器中加入1 mol N2 和3 mol H2合成NH3，達到平衡時測得NH3的體積分數(shù)為m%；若起始加入N2、 H2、NH3的物質(zhì)的量分別為x、y、z，使上述反應達到平衡后，NH3的體積分數(shù)仍為m%。則x、y、z分別滿足： ⑴恒溫恒容： ⑵： 【練習】在恒溫恒容的容器中存在反應：N2＋3H22NH3，起始時分別加入1 mol N2、3 mol H2，達到平衡后，再向容器中加入1 mol N2、3 mol H2，重新達到平衡后，與原平衡比較：N2、H2的轉(zhuǎn)化率如何變化？ 平衡狀態(tài)1 假想狀態(tài) 平衡狀態(tài)2 【講解】對平衡2來說，可以看著是“假想狀態(tài)”下的加壓，平衡向體積減小的方向移動，對于N2＋3H22NH3向右移動，所以N2、H2的轉(zhuǎn)化率增大 【結(jié)論】恒容條件下，在可逆反應中若氣態(tài)反應物的濃度均按比例改變，視為加壓或減壓 八、化學平衡圖像 1、有關(guān)化學平衡圖像的分析思路 ⑴看懂圖像： ⑵聯(lián)想規(guī)律：外界條件對化學反應速率和化學平衡的影響規(guī)律 ⑶作出判斷下結(jié)論：反應物的聚集狀態(tài)，反應的熱效應，氣體體積的增大或減小等 v v'(逆) v(正) v'(正) v(逆) 0 t 【練習1】