高中化学 第二章 第三节《化学平衡》学案 新人教版选修4.docx
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高中化学 第二章 第三节《化学平衡》学案 新人教版选修4.docx
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高中化学第二章第三节《化学平衡》学案新人教版选修4
第二章化学反应速率和化学平衡
第三节 化学平衡(第1课时)
【学习目标】 1.知道什么是可逆反应。
2.知道化学平衡状态的概念和特征。
3.会判断一个可逆反应是否处于化学平衡状态。
【重、难点】化学平衡状态及判定
基础落实:
一、可逆反应
1.概念:
在一定条件下,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。
2.特点:
(1)同一条件下,正反应和逆反应同时发生、同时存在。
(2)反应不能进行到底,反应物不能实现完全转化。
(3)反应体系中,与化学反应有关的各种物质同存于同一反应体系。
(4)反应达到限度时,反应仍在进行,没有停止。
二、化学平衡状态
1.含义:
在一定条件下,当正、逆两个方向的反应速率相等时,反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度可以保持恒定。
2.特征:
①逆:
可逆反应 ②等:
v正=v逆 ③定:
物质恒定④动:
动态平衡,反应没停止 ⑤变:
条件变,平衡移动
三、化学平衡状态的判断
1.看v(正)与v(逆)是否相等。
2.看体系中的各物质是否保持恒定。
对点训练:
知识点一 可逆反应
1.在密闭容器中进行如下反应:
X2(g)+Y2(g)
2Z(g),已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1mol·L-1、0.3mol·L-1、0.2mol·L-1,在一定条件下,当反应达到平衡时,各物质的浓度有可能是( A )
A.Z为0.3mol·L-1B.X2为0.2mol·L-1
C.Y2为0.4mol·L-1D.c(X2)+c(Y2)+c(Z)=0.55mol·L-1
解析 可逆反应中,反应体系中各物质一定共存,如果B、C选项中的数据存在,则Z的浓度为0,这是不可能的,A选项符合题意;又因为该反应是总体积不变的反应,达到平衡时,不论X2、Y2、Z怎么变化,总物质的量不会改变,总浓度也不会改变,即:
c(X2)+c(Y2)+c(Z)=0.6mol·L-1。
知识点二 根据v正=v逆判断平衡状态
2.在一定温度下,反应A2(g)+B2(g)
2AB(g)达到平衡的标志是( C )
A.单位时间内生成nmol的A2,同时生成nmol的ABB.容器内的总压强不随时间的变化而变化
C.单位时间内生成2nmol的AB,同时生成nmol的B2D.单位时间内生成nmol的A2,同时生成nmol的B2
3.能够说明一个可逆反应H2(g)+I2(g)
2HI(g)已达到平衡状态的是( D )
A.1molH—H键断裂的同时有1molH—I键形成B.1molH—H键断裂的同时有2molH—I键形成
C.1molI—I键断裂的同时有2molHI键形成D.1molH—H键断裂的同时有1molI—I键形成
知识点三 根据物质不再增减判断化学平衡状态
4.可逆反应2HI(g)
H2(g)+I2(g)在密闭容器中进行,下列能说明该反应已达到平衡状态的是( C )
A.容器内压强不随时间变化而变化B.混合气体总分子数不随时间变化而变化
C.混合气体的颜色不再改变D.c(H2)与c(I2)保持相等
5.在一定条件下,反应:
2NO+O2
NO2在定容容器中发生,对该反应达到平衡的标志的描述中,错误的是( D )
A.混合气体的总分子数不再变化B.混合气体的颜色不再变化
C.容器的总压强不再变化D.混合气体的总质量不再变化
【基础落实】1.在一定条件下,使NO和O2在一密闭容器中进行反应,下列说法中不正确的是( B )
A.反应开始时,正反应速率最大,逆反应速率为零B.随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,最后为零
C.随着反应的进行,逆反应速率逐渐增大,最后不变D.随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,最后不变
2.在密闭容器中,充入SO2和18O原子组成的氧气,在一定条件下开始反应,在达到平衡后,18O存在于( D )
A.只存在于氧气中B.只存在于SO3中
C.只存在于SO2和SO3中D.SO2、SO3、O2中都存在
3.3molH2和1molN2放入密闭容器中,使用催化剂发生反应:
N2+3H2
2NH3,从反应开始到平衡过程中,不可能出现的是( A )
A.2molNH3B.0.5molNH3C.0.9molN2D.H2和NH3物质的量相等
4.可逆反应aA(g)+bB(g)
cC(g)的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。
下列各关系式中能说明反应已达到平衡状态的是( B )
A.av正(A)=bv正(B)B.bv正(A)=av逆(B)C.av正(C)=cv正(A)D.av正(A)=bv逆(B)
解析 化学平衡建立时,v正=v逆,对于不同物质而言,要符合物质的反应速率之比等于化学计量数之比的要求。
同时必须要使反应方向不同,A、C选项方向都是正反应;B选项方向相反且符合v正(A)∶v逆(B)=a∶b,符合题意,D选项错误。
5.在一定温度下的定容密闭容器中,当物质的下列物理量不再发生变化时,表明反应A(s)+2B(g)
C(g)+D(g)已达到平衡状态的是( A )
A.混合气体的密度B.混合气体的总物质的量C.混合气体的压强D.混合气体的总体积
【方法技巧】认识平衡等效性的基本分析方法
6.在一个体积恒定的密闭容器中,加入2molA和1molB发生反应:
2A(g)+B(g)
3C(g)+D(g),一定条件下达到平衡时,C的浓度为Wmol·L-1,若容器体积和温度保持不变,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-1的是( B )
A.4molA+2molBB.3molC+1molD
C.2molA+1molB+3molC+1molDD.1molA+0.5molB+3molC+1molD
解析 2molA和1molB如果完全反应,则一定能转化成3molC和1molD,或者说3molC和1molD与2molA和1molB对于建立该平衡来说是等同的,量多、量少均不符合此条件。
7.689K时,在1L密闭容器中进行的反应:
H2(g)+I2(g)
2HI(g)达到平衡,图甲表示当起始物为1mol·L-1H2和1mol·L-1I2时,容器内各物质的浓度c的变化与时间t的关系示意图。
(1)请在图乙中画出当起始物为2mol·L-1HI时,容器中各物质的浓度变化与时间的关系示意图。
(2)由图中的事实说明化学平衡具有的特征是__①动态平衡;②v(正)=v(逆)≠0;③平衡时各组分浓度保持不变;④一定条件下平衡的建立与途径无关_。
答案
(1)如下图所示。
【综合拓展】8.在200℃时,将amolH2(g)和bmolI2(g)充入到体积为VL的密闭容器中,发生反
应:
I2(g)+H2(g)
2HI(g)。
(1)反应刚开始时,由于c(H2)=___
mol·L-1___,c(I2)=__
mol·L-1__,而c(HI)=_0_,所以化学反应速率__v正____大,而___v逆___小(为零);
(2)随着反应的进行,反应混合物中各组分浓度的变化趋势为c(H2)_减小__,c(I2)_减小__,而c(HI)_增大_,从而化学反应速率v正__减小__,而v逆___增大___;
(3)当反应进行到v正与v逆___相等___时,此可逆反应就达到了平衡,若保持外界条件不变时,反应混合物中各组分的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数、反应物的转化率和生成物的产率及体系的总压强(或各组分的分压)都将___保持不变____。
9.有A、B、C三种气体,若起始时取1molA与2molB发生反应:
A+2B
2C,达到平衡时,c(A)、c(B)、c(C)之比等于v(A)、v(B)、v(C)之比,则达到平衡时A的物质的量是____0.5mol____。
解析 根据反应的化学方程式知,v(A)∶v(B)∶v(C)=1∶2∶2,则c(A)∶c(B)∶c(C)=1∶2∶2,此时可判断c(B)=c(C),因为此反应中B的消耗量等于C的生成量,又等于B的剩余量,则B消耗了原来的一半,即1mol,同时A消耗了0.5mol。
第三节 化学平衡(第2课时)
【目标要求】1.知道浓度、温度、压强等条件改变时,化学平衡状态将会被打破。
2.掌握浓度、温度、压强等条件对化学平衡影响的结果以及有关的理论解释。
3.理解勒夏特列原理。
【重、难点】影响化学平衡的条件
基础落实:
一、浓度对化学平衡的影响
在其他条件不变时
(1)增大反应物浓度,化学平衡向正反应方向移动。
(2)减小生成物浓度,化学平衡向正反应方向移动。
(3)增大生成物浓度,化学平衡向逆反应方向移动。
(4)减小反应物浓度,化学平衡向逆反应方向移动。
二、压强对化学平衡的影响
在其它条件不变时增大压强,化学平衡向气体体积减小的方向移动,减小压强,化学平衡向气体体积增大的方向移动。
三、温度对化学平衡的影响
在其他条件不变时,升高温度,化学平衡向吸热反应方向移动,降低温度会使化学平衡向放热反应方向移动。
四、催化剂与化学平衡
催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率,能改变达到化学平衡的时间,但不能使化学平衡发生移动。
五、勒夏特列原理
如果改变影响平衡的条件之一(如温度,压强,以及参加化学反应的化学物质的浓度),平衡将向着减弱这种改变的方向移动。
对点训练:
知识点一 影响化学平衡的因素
1.在新制的氯水中存在平衡:
Cl2+H2O
H++Cl-+HClO,若向氯水中投入少量碳酸钙粉末,溶液中发生的变化是( C )
A.H+浓度减小,HClO浓度减小B.H+浓度增大,HClO浓度增大
C.H+浓度减小,HClO浓度增大D.H+浓度增大,HClO浓度减小
解析 碳酸的酸性弱于盐酸而强于次氯酸,向氯水中投入少量碳酸钙粉末后,它与盐酸反应,而不与次氯酸反应。
又由于H+浓度减小,平衡Cl2+H2O
H++Cl-+HClO向正反应方向移动,故HClO浓度增大。
2.关节炎是因为在关节滑液中形成了尿酸钠晶体,尤其是在寒冷季节易诱发关节疼痛,其化学机理如下:
①HUr+H2O
Ur-+H3O+,②Ur-(aq)+Na+(aq)
NaUr(s)。
下列对反应②的叙述正确的是( B )
尿酸 尿酸根离子
A.正反应为吸热反应B.正反应为放热反应
C.升高温度,平衡向正反应方向移动D.降低温度,平衡向逆反应方向移动
解析 题意中明确指出“尤其是在寒冷季节易诱发关节疼痛”,说明温度降低,反应②Ur-(aq)+Na+(aq)
NaUr(s)的平衡向正反应方向移动,可知其正反应为放热反应。
3.将H2(g)和Br2(g)充入恒容密闭容器中,恒温下发生反应H2(g)+Br2(g)
2HBr(g) ΔH<0,平衡时Br2(g)的转化率为a;若初始条件相同,绝热下进行上述反应,平衡时Br2(g)的转化率为b。
a与b的关系是( A )
A.a>bB.a=bC.a 4.对于密闭容器中的可逆反应: mX(g)+nY(s) pZ(g) ΔH<0,达到化学平衡后,改变条件,下列表述不正确的是( C ) A.增大压强,化学平衡不一定发生移动B.通入氦气,化学平衡不一定发生移动 C.增加X或Y的物质的量,化学平衡一定发生移动D.其它条件不变,升高温度,化学平衡一定发生移动 知识点二 勒夏特列原理 5.下列事实中,不能用勒夏特列原理解释的是( B ) A.在溴水中存在如下平衡: Br2+H2O HBr+HBrO,当加入NaOH溶液后颜色变浅 B.对2H2O2 2H2O+O2的反应,使用MnO2可加快制O2的反应速率 C.反应CO+NO2 CO2+NO ΔH<0,升高温度使平衡向逆反应方向移动 D.合成氨反应: N2+3H2 2NH3 ΔH<0,为使氨的产率提高,理论上应采取低温高压的措施 6.在密闭容器中,一定条件下,进行如下反应: NO(g)+CO(g )1/2N2(g)+CO2(g)ΔH=-373.2kJ·mol-1,达到平衡后,为提高该反应的速率和NO的转化率,采取的正确措施是( B ) A.加催化剂同时升高温度B.加催化剂同时增大压强 C.升高温度同时充入N2D.降低温度同时增大压强 【基础落实】1.对已达到化学平衡的下列反应2X(g)+Y(g) 2Z(g)减小压强时,对反应产生的影响是( C ) A.逆反应速率增大,正反应速率减小,平衡向逆反应方向移动 B.逆反应速率减小,正反应速率增大,平衡向正反应方向移动 C.正、逆反应速率都减小,平衡向逆反应方向移动 D.正、逆反应速率都增大,平衡向正反应方向移动 2.下列说法正确的是( B ) A.其他条件不变,增大某一反应物的浓度,反应物的转化率一定都增大 B.对于有气体参加的反应,其他条件不变,增大压强,体积缩小,体系中各气体的浓度一定增大 C.对于有气体参加的反应,改变压强使平衡向右移动,生成的气体的浓度一定增大 D.增大反应物的浓度,平衡向右移动,生成物的体积分数一定增大 解析 在平衡体系中,增大某一反应物的浓度,该反应物的转化率降低,对于有气体参加的反应,只要增大压强,各组分浓度同时增大,而减小压强,各组分浓度同时减小。 3.下图是恒温下某化学反应的反应速率随反应时间变化的示意图。 下列叙述与示意图不相符合的是( C ) A.反应达平衡时,正反应速率和逆反应速率相等 B.该反应达到平衡态Ⅰ后,增大反应物浓度,平衡发生移动,达到平衡态Ⅱ C.该反应达到平衡态Ⅰ后,减小反应物浓度,平衡发生移动,达到平衡态Ⅱ D.同一种反应物在平衡态Ⅰ和平衡态Ⅱ时浓度不相等 解析 C项达到平衡态Ⅰ后,减小反应物浓度,正反应速率减小,逆反应速率在那一瞬间不变,图象应为: 4.COCl2(g) CO(g)+Cl2(g) ΔH>0。 当反应达到平衡时,下列措施: ①升温 ②恒容通入惰性气体 ③增加CO的浓度 ④减压 ⑤加催化剂 ⑥恒压通入惰性气体,能提高COCl2转化率的是 ( B ) A.①②④B.①④⑥C.②③⑤D.③⑤⑥ 解析 要提高COCl2的转化率,平衡需正向移动。 已知可逆反应的正反应是一个气体化学计量数之和增大、吸热的反应。 故①升温符合。 ②恒容通入惰性气体平衡不移动,不符合要求。 ③增加CO的浓度,平衡逆向移动。 ④减压平衡正向移动。 ⑤催化剂不影响化学平衡。 ⑥恒压下通入惰性气体相当于减压,平衡正移,故正确答案为B。 5.在一体积可变的密闭容器中,加入一定量的X、Y,发生反应mX(g) nY(g) ΔH=QkJ·mol-1。 反应达到平衡时,Y的物质的量浓度与温度、气体体积的关系如下表所示: 下列说法正确的是( B ) A.m>nB.温度不变,压强增大,Y的质量分数减少 C.Q<0D.体积不变,温度升高,平衡向逆反应方向移动 解析 升温,c(Y)增大,平衡右移,所以,Q>0,B、D错误;气体体积增大,若平衡不动,c(Y)应减小为一半,现c(Y)比一半大,即减压平衡向右移动,m 6.已知汽车尾气无害化处理反应为2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)。 下列说法不正确的是( A ) A.升高温度可使该反应的逆反应速率降低B.使用高效催化剂可有效提高正反应速率 C.反应达到平衡后,NO的反应速率保持恒定D.单位时间内消耗CO和CO2的物质的量相等时,反应达到平衡 7.已知H2(g)+I2(g) 2HI(g) ΔH<0。 有相同容积的定容密闭容器甲和乙,甲中加入H2和I2各0.1mol,乙中加入HI0.2mol,相同温度下分别达到平衡浓度。 欲使甲中HI的平衡浓度大于乙中HI的平衡浓度,应采取的措施是( C ) A.甲、乙提高相同温度B.甲中加入0.1molHe,乙不变 C.甲降低温度,乙不变D.甲增加0.1molH2,乙增加0.1molI2 解析 在相同体积和温度的条件下,甲、乙两容器是等效体系,平衡时两容器中各组分的浓度相同;若提高相同的温度,甲、乙两体系平衡移动的情况相同;若向甲中加入一定量的He,平衡不移动;若向甲中加0.1molH2和向乙中加0.1molI2,甲、乙两体系平衡移动的效果相同;而降低甲的温度会使平衡向正向移动,c(HI)提高。 【方法技巧】巧解化学平衡计算型选择题 8.在一个固定体积的密闭容器中,放入3LX(气)和2LY(气),在一定条件下发生下列反应: 4X(气)+3Y(气) 2Q(气)+nR(气),达到平衡后,容器内温度不变,混合气体的压强比原来增加5%,X的浓度减小1/3,则该反应方程式中的n值是( D ) A.3B.4C.5D.6 解析 此题可采用一般规范解法或巧解法。 ①常规解法: 因为反应开始和达到平衡状态时,温度和体积不变,所以气体物质的量浓度可当作它的物质的量或体积(升)来进行计算。 4X(气)+3Y(气) 2Q(气)+nR(气) 起始3200 变化3×1/33/41/2n/4 平衡21.250.50.25n 根据阿伏加德罗定律,压强增加为原来的1.05倍(即比原来增加5%),气体的物质的量也增加为原来的1.05倍。 则有: 2+1.25+0.5+0.25n=(3+2)×1.05解得: n=6。 ②巧解法: 依题意,反应开始和达到平衡时,容器的体积和温度不变,混合气体的压强增大了,这说明平衡状态时,混合气体的总物质的量较反应前增大了,因此在上述方程式中,各生成物系数之和应大于各反应物系数之和。 即(2+n)>(4+3),n>5,从题中选项看,只有D符合上述关系。 【综合拓展】9.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的质量分数减小,则: (1)该反应的逆反应为____放____热反应,且m+n___>___p(填“>”、“=”或“<”)。 (2)减压时,A的质量分数____增大____。 (填“增大”、“减小”或“不变”,下同) (3)若容积不变加入B,则A的转化率____增大______,B的转化率____减小___。 (4)若升高温度,则平衡时B、C的浓度之比c(B)/c(C)将____减小___。 (5)若加入催化剂,平衡时气体混合物的总物质的量____不变______。 (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____变深____;而维持容器内压强不变,充入氖气时,混合物颜色____变浅______。 (填“变深”、“变浅”或“不变”) 10.将固体NH4I置于密闭容器中,在某温度下发生下列反应: NH4I(s) NH3(g)+HI(g)①2HI(g) H2(g)+I2(g)② 当反应达到平衡时,c(H2)=0.5mol·L-1,c(HI)=4mol·L-1。 试回答: (1)计算平衡时NH3、I2的浓度: c(NH3)=__5mol·L-1___,c(I2)=__0.5mol·L-1___。 (2)增大压强,容器内I2的物质的量n(I2)__减小__(填“增大”、“减小”或“不变”下同),NH4I的物质的量n(NH4I)____增大___。 解析 (1)列式并设如下: 平衡时NH3的浓度为x,I2的浓度为y。 NH4I(s) NH3(g)+HI(g)2HI(g) H2(g)+I2(g) x x-2y2y y y 则有: y=0.5mol·L-1=c(H2)=c(I2)x-2y=c(HI)=4mol·L-1得x=5mol·L-1 (2)增大压强,平衡向化学计量数小的方向移动,反应①平衡向逆反应方向移动使得反应②平衡也向逆反应方向移动,故n(I2)减小,n(NH4I)增大。 第三节 化学平衡(第3课时) 【目标要求】1.知道化学平衡常数的含义。 2.能运用化学平衡常数对化学反应进行的程度做出判断。 3.能利用化学平衡常数计算反应物的转化率。 【重、难点】化学平衡常数与化学平衡计算 基础落实: 1.含义 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(简称平衡常数),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),当在一定温度下达到化学平衡状态时,平衡常数的表达式为: K= 。 3.意义 (1)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;反之进行的程度就越小,转化率就越小。 (2)K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。 4.反应物的转化率 某指定反应物的转化率α= ×100%= ×100%。 【对点训练】: 知识点一 化学平衡常数的概念 对于3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2(g),反应的化学平衡常数的表达式为( D ) A.K= B.K= C.K= D.K= 2.关于化学平衡常数的叙述,正确的是( A ) A.只与化学反应方程式本身和温度有关B.与化学反应本身和温度有关,并且会受到起始浓度的影响 C.只与反应的温度有关D.只与化学反应本身有关,与其他任何条件无关的一个不变的常数 知识点二 平衡常数的应用 3.1000K时反应C(s)+2H2(g )CH4(g)的K=8.28×107,当各气体物质的量浓度分别为H20.7mol·L-1、CH40.2mol·L-1时,上述反应( A ) A.正向移动B.逆向移动C.达到平衡D.不一定 解析 Q= =0.408Q 4.放热反应CO(g)+H2O(g )CO2(g)+H2(g)在温度t1时达到平衡,c1(CO)=c1(H2O)=1.0mol·L-1,其平衡常数为K1。 其他条件不变,升高反应体系的温度至t2时,反应物的平衡浓度分别为c2(CO)和c2(H2O),平衡常数为K2,则(C) A.若增大CO浓度,K2和K1都增大B.K2>K1C.c2(CO)=c2(H2O)D.c1(CO)>c2(CO) 【基础落实】1.2000K时,反应CO(g)+ O2(g) CO2(g)的平衡常数为K,则相同温度下反应2CO2(g) 2CO(g)+O2(g)的平衡常数K′为( C ) A.1/KB.K2C.1/K2D.1/K1/2 2.下列对化学平衡常数K的描述中,正确的是( A ) A.K越大,正反应进行的程度越大B.温度升高,K值增大 C.反应物的转化率增大时,K值一定增大D.平衡向逆反应方向移动时,K值减小 3.在密闭容器中发生如下反应mA(g)+nB(g) pC(g),达到平衡后,保持温度不变,将气体体积缩小到原来的1/2,当达到新平衡时,C的浓度为原来的1.9倍,下列说法正确的是( B ) A.m+n>pB.平衡向逆反应方向移动 C.A的转化率提高D.C的体积分数增加(平衡向逆反应方向移动) 4.298K时,各反应的平衡常数如下: ①N2(g)+O2(g) 2NO(g),K=1×10-30;②2H2(g)+O2(g) 2H2O(g),K=2×1081;
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