高中化学 第二章 第三节 化学平衡学案 新人教版选修41Word文档下载推荐.docx
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“定”
反应混合物中各组分的含量保持不变。
具体体现在:
各组分的质量分数不变;
各气体组分的体积分数不变;
各组分的物质的量分数不变;
各组分的分子数之比不变;
各组分的物质的量浓度不变(变化时不一定平衡);
若某组分有颜色,体系的颜色不再改变(变化时不一定平衡)
其它
密度、压强、平均相对分子质量等能否用作平衡到达的标志,关键看该物理量是否随着平衡的移动而改变,只有改变的物理量保持恒定时才能说明平衡已到达
(1)利用气体的密度(ρ=
)判断:
对于定容的反应体系:
若气体质量和容器的体积是不变量,故密度ρ为恒量。
即不论反应是否平衡,密度均不变,“不变量”不变时不能判断反应是否处于平衡状态;
对于反应体系中不全为气体的定容反应体系:
V是不变量,m是变量,则气体的密度ρ为变量,当“变量”保持不变时,表明反应处于平衡状态。
(2)利用气体的平均相对分子质量(M=
若题目提供的是全部由气体参与和生成的可逆反应,且反应前后气体体积发生变化。
如2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g),气体的质量m为恒量,混合气体的物质的量为变量,则混合气体的平均相对分子质量(M)为变量,当“变量”保持不变时,表明反应处于平衡状态;
若题目提供的是全部由气体参与和生成的可逆反应且反应前后气体积积不变,如H2(g)+I2(g)
2HI(g),气体的质量和混合气体的物质的量均为不变量,则混合气体的平均相对分子质量(M)为不变量,当“不变量”保持不变时,不能判断反应处于平衡状态。
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。
【当堂检测】
1.在一定量的密闭容器中进行反应:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)。
已知反应过程中某一时刻N2、H2、NH3的浓度分别为0.1mol/L、0.3mol/L、0.2mol/L。
当反应达到平衡时,可能存在的数据是( )
A.N2为0.2mol/L,H2为0.6mol/LB.N2为0.15mol/L
C.N2、H2均为0.18mol/LD.NH3为0.4mol/L
2.如图是可逆反应X2+3Y2
2Z在反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线,下列叙述正确的是( )
A.t1时,只有正方向反应B.0~t1,c(Z)在减小
C.t2~t3,反应不再进行D.t2~t3,各物质的浓度不再发生变化
3.在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应,现有下列状态:
①混合气体平均相对分子质量不再改变 ②恒温时,气体压强不再改变 ③各气体组成浓度相等 ④反应体系中温度保持不变 ⑤断裂氢氧键速率是断裂氢氢键速率的2倍 ⑥混合气体密度不变 ⑦单位时间内,消耗水蒸气质量与生成氢气质量比为9∶1。
其中能表明甲、乙容器中反应都达到平衡状态的是( )
甲:
C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g);
乙:
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)
A.①②⑤ B.③④⑥C.⑥⑦D.④⑤
4.某研究性小组决定用实验探究的方法证明化学反应具有一定的限度,在一定条件下会达到“平衡状态”。
取5mL0.1mol/LKI溶液于试管中,滴加0.1mol/LFeCl3溶液2mL,发生如下反应:
2Fe3++2I-===2Fe2++I2。
为证明该反应具有可逆性且具有限度,他们设计了如下实验:
①取少量反应液,滴加AgNO3溶液,发现有少量黄色沉淀(AgI),证明反应物没有反应完全;
②再取少量反应液,加入少量CCl4振荡,发现CCl4层显浅紫色,证明萃取到I2,即有I2生成。
综合①②的结论,他们得出该反应具有一定的可逆性,在一定条件下会达到反应限度。
(1)老师指出他们上述实验中①不合理,你认为是_________;
改进的方法是_________。
(2)有人认为步骤②适合检验生成I2较多的情况,还有一种简便方法可以灵敏地检验是否生成了I2,这种方法是________________________。
5.698K时,向某VL的密闭容器中充入2molH2(g)和2molI2(g),发生反应:
H2(g)+I2(g)
2HI(g) ΔH=-26.5kJ·
mol-1,测得各物质的物质的量浓度与时间变化的关系如图所示。
请回答下列问题:
(1)V=________。
(2)该反应达到最大限度的时间是________,该时间内平均反应速率v(HI)=________。
(3)该反应达到平衡状态时,________(填“吸收”或“放出”)的热量为________。
答案与解析
题号
答案
解析
1
B
反应为可逆反应,反应体系中任何一种物质的转化率都小于100%,所以A、D错误;
从题给量的关系知无论反应进行到什么程度,c(N2)∶c(H2)=1∶3,因此两者不可能同时均为0.18mol/L
2
D
根据v-t图像,对于该可逆反应t1时刻正、逆反应都在进行,0~t1时段v正>
v逆,c(Z)在增大;
t2时刻v正=v逆,说明反应达到化学平衡状态;
t2~t3时段,反应仍在进行,但由于v正=v逆,所以各物质的浓度不再发生变化
3
甲容器中,碳为固态,该可逆反应属于反应前后气体体积不相等的反应;
乙容器中,反应属于等气体体积反应,气体相对分子质量、密度、压强都始终不变,①②⑥错误;
各组分浓度相等,不能判断反应达到平衡状态,③错误;
对于任何一个可逆反应,随着反应进行,体系温度会发生变化,当温度不改变时,说明反应达到平衡状态,④正确;
生成氢氧键速率是断裂氢氢键速率的2倍,经转化,水中氢氧键断裂速率等于生成氢氧键速率,达到平衡状态,⑤正确;
消耗水蒸气与生成氢气是同一方向,不能判断达到平衡状态,⑦错误
4
(1)该反应中KI过量,故不能直接检验是否存在I- 取少量溶液滴加KSCN溶液,若出现红色,则证明还有Fe3+未完全反应
(2)取少量反应液,滴加淀粉溶液,若溶液变蓝,则说明生成了I2
为证明化学反应2Fe3++2I-===2Fe2++I2具有可逆性,可以考虑检验反应后的溶液中还存在着这四种离子。
从反应物的量考虑,I-是相对过量的,故不能因为检测到I-存在,即认为反应具有可逆性,为使检验方便、典型,只需检验最终溶液中还存在着Fe3+和I2即可,分别可采用KSCN溶液、淀粉溶液(或CCl4萃取)等合理方法
5
(1)2
(2)5s 0.316mol·
L-1·
s-1
(3)放出 41.87kJ
(1)由图知初始反应时,c(H2)=c(I2)=1mol·
L-1,而加入的H2和I2的物质的量均为2mol,所以V=2。
(2)反应达到最大限度即达到化学平衡,所需时间为5s,v(HI)=
=0.316mol·
s-1。
(3)可逆反应从正反应建立,所以需放出热量。
由反应:
H2(g)+I2(g)2HI(g) ΔH=-26.5kJ·
mol-1,达到平衡时共生成n(HI)=1.58mol·
L-1×
2L=3.16mol,所以放出的热量为
×
3.16mol=41.87kJ
(第2课时)
1.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响。
2.学会用图示的方法表示在可逆反应中正逆反应速率随外界条件的变化,并分析平衡移动的方向。
1.探究浓度变化对化学平衡的影响:
实验1:
Cr2O72-(橙色)+H2O
2CrO42-(黄色)+2H+
实验
实验现象
实验结论
取三支试管各加入5mL0.1mol/LK2Cr2O7溶液,向一支试管中滴加3-10滴浓H2SO4,观察并记录溶液颜色变化,向第二支试管中10-20滴6mol/LNaOH溶液,观察并记录。
滴加3-10滴浓H2SO4的试管溶液呈橙色,滴加10-20滴6mol/LNaOH溶液的试管溶液呈黄色
增大溶液中H+浓度,平衡逆向移动,橙色加深;
增大溶液中OH—浓度,平衡正向移动,黄色加深
实验2:
Fe3++3SCN-
Fe(SCN)3
滴加试剂
饱和FeCl3溶液
浓KSCN溶液
NaOH溶液
颜色加深
试管都有红褐色沉淀,且溶液颜色变浅
(1)规律:
其他条件不变时,增大反应物浓度或减小生成物浓度,都使化学平衡向正反应方向移动;
减小反应物浓度或增大生成物浓度都使化学平衡向逆反应方向移动。
(2)图像:
①改变反应物浓度,只能使正反应速率瞬间增大或减小;
改变生成物浓度,只能使逆反应速率瞬间增大或减小。
②只要正反应速率在上面,逆反应速率在下面,即v正>
v逆化学平衡一定向正反应方向移动;
反之向逆反应方向移动。
③只要是增大浓度,不论增大的是反应物浓度,还是生成物浓度,新平衡状态下的反应速率一定大于原平衡状态;
减小浓度,新平衡条件下的速率一定小于原平衡状态。
2.压强对化学平衡的影响:
对有气体参加且反应前后气体体积有变化的可逆反应,增大压强,使化学平衡向气体体积缩小的方向移动;
减小压强使化学平衡向气体体积增大的方向移动;
对于反应前后气体体积无变化的反应,改变压强化学平衡不移动。
压强对固体和液体几乎无影响。
(3)若在恒容的条件下加入惰性气体,它并不能引起体系中其它物质的浓度改变,所以平衡不移动;
若在恒压情况下加入惰性气体,必然引起平衡体系占据的体积增大,体系中其它物质的浓度发生变化,使平衡发生移动。
如平衡N2+3H2
2NH3,在恒温恒压下加入氮气,化学平衡向正反应方向移动;
如果在恒温恒容下加入氩气,化学平衡不移动。
3.温度对化学平衡的影响:
实验:
将盛有NO2、N2O4混合气体的封闭平衡球一端侵入热水中,半分钟后,比较两球中气体颜色,取出放置片刻,再比较两球中气体颜色。
(2NO2
N2O4△H=-56.9kJ/mol)
升高温度
降低温度
颜色变深
颜色变浅
向吸热反应方向移动
向放热反应方向移动
其他条件不变,升温化学平衡向吸热反应方向移动,降温化学平衡向放热反应方向移动。
4.催化剂:
催化剂能够同等程度的改变正逆反应的速率,所以使用催化剂不能使平衡发生移动,但是可以改变达到平衡所需要的时间。
4.化学平衡的移动:
化学平衡是有条件的动态平衡,当影响化学平衡的条件改变时,原来的平衡被破坏,进而在新的条件下逐渐建立新的平衡,这个原平衡向新平衡的转化过程叫化学平衡的移动。
(1)实质:
改变条件后v正≠v逆,各组分的百分含量发生改变。
(2)勒夏特列原理(平衡移动的原理):
如果改变影响平衡的一个条件(如温度、浓度、压强等)平衡就向能够使这种改变减弱的方向移动。
5.化学平衡图像:
(1)速率—时间图像(v-t图像):
解题原则:
分清正反应、逆反应及二者的相对大小,分清“突变”和“渐变”;
正确判断化学平衡的移动方向;
熟记浓度、压强、温度、催化剂等对化学平衡移动的影响规律。
Ⅰ.v′正突变,v′逆渐变,且v′正>
v′逆,说明是增大了反应物的浓度,使v′正突变,且平衡正向移动。
Ⅱ.v′正、v′逆都是突然减小的,且v′正>
v′逆,说明平衡正向移动,该反应的正反应可能是放热反应或气体总体积增大的反应。
Ⅲ.v′正、v′逆都是突然增大的且增大程度相同,说明该化学平衡没有发生移动,可能是使用了催化剂,也可能是对反应前后气体体积不变的反应压缩体积(即增大压强)所致。
2.百分含量(或转化率)一时间一温度(或压强)图像:
“先拐先平数值大”。
在化学平衡图像中,先出现拐点的反应则先达到平衡,先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图Ⅰ中T2>
T1)、压强较大(如图Ⅱ中p2>
p1)或使用了催化剂(如图Ⅲ中a使用了催化剂)。
Ⅰ.表示T2>
T1,正反应是放热反应,温度升高,平衡逆向移动。
Ⅱ.表示p2>
p1,A的转化率减小,说明正反应是气体总体积增大的反应,压强增大,平衡逆向移动。
Ⅲ.生成物C的百分含量不变,说明平衡不发生移动,但反应速率a>
b,故a使用了催化剂;
也可能该反应是反应前后气体体积不变的可逆反应,a增大了压强(压缩体积)。
3.百分含量(或转化率)—压强—温度图像:
“定一议二”。
在化学平衡图像中,包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的三个变量,分析方法是确定其中一个变量,讨论另外两个变量之间的关系。
如图I中确定压强为105Pa或107Pa,则生成物C的百分含量随温度T的升高而逐渐减小,说明正反应是放热反应;
再确定温度T不变,作横坐标的垂线,与压强线出现两个交点,分析生成物C的百分含量随压强p的变化可以发现,压强增大,生成物C的百分含量增大,说明正反应是气体体积减小的反应。
1.有一处于平衡状态的反应:
X(s)+3Y(g)
2Z(g) ΔH<
0。
为了使平衡向生成Z的方向移动,应选择的条件是( )
①高温 ②低温 ③高压 ④低压 ⑤加正催化剂⑥分离出Z
A.①③⑤B.②③⑤C.②③⑥D.②④⑥
2.已知:
A(g)+B(g)
3C(g) ΔH<
0,一定量的A和B分别在不同条件下充分反应。
关于此反应的示意图肯定不正确的是( )
3.下列对化学平衡移动的分析中,不正确的是( )
①已达平衡的反应C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g),当增加反应物物质的量时,平衡一定向正反应方向移动;
②已达平衡的反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g),增大N2的浓度,平衡向正反应方向移动,N2的转化率一定升高;
③有气体参加的反应达到平衡时,若减小反应器容积时,平衡一定向气体体积增大的方向移动;
④有气体参加的反应达到平衡时,向恒压反应器中充入稀有气体,平衡一定不移动
A.①④ B.①②③C.②③④D.①②③④
4.对于反应A(s)+2B(g)
3C(g) ΔH>
0,φ(C)跟外界条件X、Y的关系如图所示,下列结论正确的是( )
A.Y表示温度,X表示压强,且Y3>
Y2>
Y1B.Y表示压强,X表示温度,且Y3>
Y1
C.X表示压强,Y表示温度,且Y1>
Y3D.X表示温度,Y表示压强,且Y1>
Y3
5.现有反应:
mA(g)+nB(g)
pC(g),达到平衡后,当升高温度时,B的转化率变大;
当减小压强时,混合体系中C的质量分数也减小,则:
(1)该反应的逆反应为________反应(填“吸热”或“放热”),且m+n________p(填“>”、“=”或“<”)。
(2)减压使容器体积增大时,A的质量分数________(填“增大”、“减小”或“不变”,下同)。
(3)若加入B(维持体积不变),则A的转化率________。
(4)若升高温度,则平衡时B、C的浓度之比将________。
(5)若加入催化剂,平衡时气体混合物的总物质的量______。
(6)若B是有色物质,A、C均无色,则加入C(体积不变)时混合物颜色________;
而维持容器内压强不变,充入氖气后,再次建立平衡时与原平衡相比,气体混合物颜色________(填“变深”、“变浅”或“不变”)。
C
该反应的特点为反应前后气体体积减小,正反应为放热反应,根据反应条件对平衡的影响可知,要使平衡向生成Z的方向移动,应选择的条件是低温、高压、减小Z的浓度。
由于催化剂对平衡无影响,故排除含⑤的选项
该反应正向是放热的,所以升温平衡左移,C%降低,可知A对C错;
该反应正向是体积增大的反应,所以加压平衡左移,C%降低,可知B正确;
使用(加入)催化剂加快反应速率,但平衡不移动,平衡时C%不变,可知D正确。
另外,A、B、C中三个图均符合“先拐先平,数值大”的原则
①中若是加入碳,平衡不移动,固体和纯液体的浓度为常数。
②中反应向正方向移动,N2的转化率降低。
③中若减小反应器容积即增大压强时,平衡一定向气体体积减小的方向移动。
④中向恒压反应器中充入稀有气体,浓度减小,平衡可能移动
A
当Y表示温度时,则Y1、Y2、Y3表示三条等温线,定住其中一条等温线(如:
Y1),则由于正反应是气体分子数增大的反应,所以随着压强的增大平衡逆向移动,φ(C)逐渐减小,符合题目所给方程式。
而X表示压强时,则垂直于X轴做一条辅助线即为等压线,由于反应吸热,所以随着温度的升高,平衡正向移动,φ(C)逐渐增大,所以Y3>
Y1,A正确。
对于B、C、D可以采用同样的方法分析,均错误
(1)放热 >
(2)增大
(3)增大
(4)减小
(5)不变
(6)变深 变浅
反应:
pC(g),达到平衡后,当升高温度时,B的转化率变大,正反应为吸热反应,逆反应为放热反应;
当减小压强时,混合体系中C的质量分数也减小,说明平衡逆向移动,得到m+n>p;
加入一种物质,会提高另外一种物质的转化率,若加入B(维持体积不变),则A的转化率增大;
若升高温度,平衡将向正反应方向移动,则平衡时B、C的浓度之比将减小;
若加入催化剂,只改变化学反应速率,不使平衡发生移动,平衡时气体混合物的总物质的量保持不变;
若B是有色物质,A、C均无色,则加入C(体积不变),平衡向逆反应方向移动,混合物颜色加深;
而维持容器内压强不变,充入氖气后,体积变大,颜色变浅,虽平衡向逆反应方向移动来减弱这种改变,但再次建立平衡时与原平衡相比,气体混合物颜色变浅
(第3课时)
1.理解化学平衡常数的概念。
2.理解化学平衡常数对化学反应进行的程度判断。
3.掌握有关化学平衡常数等的计算。
1.化学平衡常数
(1)定义:
在一定温度下,当一个可逆反应达到化学平衡时,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,通常用符号K表示。
(2)表达式:
对于一般的可逆反应mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g),平衡常数的表达式为K=
。
①反应物或生成物中有固体或纯液体存在时,由于其浓度可看作“1”而不代入公式。
②化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数,若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小,尽管是同一反应,平衡常数也会改变。
如N2+3H2
2NH3,K=a则有:
2NH3
N2+3H2,K′=1/a,
N2+
H2
NH3,K″=
(3)意义:
化学平衡常数K值越大,说明正反应进行的程度越大,反应物的转化率越大。
(4)影响因素:
化学平衡常数是描述可逆反应进行程度的重要参数,化学平衡常数K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。
2.化学平衡常数的应用
(1)判断反应进行的程度:
K值越大,说明平衡体系中生成物所占的比例越大,正反应进行的程度越大,即该反应进行得越完全,反应物转化率越大;
反之,就越不完全,转化率就越小。
(2)判断反应的热效应:
升高温度,K值增大,T、K变化一致,正反应为吸热反应;
升高温度,K值减小,T、K变化相反,则正反应为放热反应。
(3)判断平衡移动方向:
利用平衡常数可从定量的角度解释恒温下浓度、压强对化学平衡移动的影响。
对于可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)在任意状态下,生成物的浓度和反应物的浓度之间的关系用Q=
表示,则:
当Q=K时,反应处于平衡状态,v正=v逆;
当Q<
K时,反应向正反应方向进行,v正>
v逆;
当Q>
K时,反应向逆反应方向进行,v正<
v逆。
3.化学平衡计算
(1)解决此类题的基本思路是写出平衡式,列出相关量,确定关系,列出等式进行计算,这个方法叫做“三段思维法”。
对于可逆反应mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量分别为a、b,达到平衡后,A的消耗量为mxmol,容器体积为VL。
mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)
起始(mol) a b 0 0
变化(mol) mx nx px qx
平衡(mol) a-mx b-nx px qx
则有:
①K=
·
V(m+n-p-q)②对于反应物:
n(平)=n(始)-n(变),对于生成物:
n(平)=n(始)+n(变)③A的转化率α(A)=
100%④A的体积分数φ(A)=
=
100%
(2)基本步骤:
确定反应物或生成物的起始加入量—→确定反应过程的变化量—→确定平衡
1.已知反应①:
CO(g)+CuO(s)
CO2(g)+Cu(s)和反应②:
H2(g)+CuO(s)
Cu(s)+H2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2,该温度下反应③:
CO2(g)+H2(g)的平衡常数为K。
则下列说法正确的是( )
A.反应①的平衡常数K1=
B.反应③的平衡常数K=
C.对于反应③,恒容时,温度升高,H2浓度减小,则该反应的焓变为正值
D.对于反应③,恒温恒容下,增大压强,H2浓度一定减小
2.已知298.15K时,可逆反应:
Pb2+(aq)+Sn(s)
Pb(s)+Sn2+(aq)的平衡常数K=2.2,若溶液中Pb2+和Sn2+的浓度均为0.10mol·
L-1,则反应进行的方向是( )
A.向右进行 B.向左进行C.处于平衡状态D.无法判断
3.臭氧是理想的烟气脱硝试剂,其脱硝反应为:
2NO2(g)+O3(g)
N2O5(g)+O2(g),若反应在恒容密闭容器中进行,下列由该反应相关图像作出的判断正确的是( )
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