化学平衡 人教版教学设计.docx

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化学平衡人教版教学设计

化学平衡

【学习目标】

1．建立化学平衡观点。

2．理解化学平衡的特点。

【学习障碍】

一、理解障碍

1．化学平衡的概念。

2．等效平衡。

二、解题障碍

1．平衡状态的判定。

2．等效平衡问题。

3．有关化学平衡的计算。

【学习策略】

一、理解策略

1．层析法理解化学平衡的概念

化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。

层析该概念，可以得到：

（1）化学平衡状态的特点

①逆：

建立化学平衡的反应是一定条件下的可逆反应。

②等：

v（正）＝v（逆）。

③动：

动态平衡，即平衡时v（正）＝v（逆）≠0。

④定：

条件一定时，反应速率v一定，混合物中各组分的浓度一定。

⑤变：

当条件改变时，平衡一般要发生改变。

（2）化学平衡的标志

①v（正）＝v（逆）。

②反应混合物中各组分浓度保持不变。

2．归纳法认识等效平衡建立的条件

归纳起来，等效平衡的建立主要有以下三种情形。

情形不同，等效平衡的建立条件不一定相同。

（1）恒温恒容下，等效平衡建立的条件是投料量相当，若投料物质不一样，可依据化学计量数转化后再作比较。

（2）恒温恒压下，等效平衡建立的条件是投料比相等，若投料物质不一样，可依据化学计量数转化后再作比较。

（3）若某可逆反应为mA（g）＋nB（g）

pC（g）＋qD（g），且m＋n＝p＋q，这时建立等效平衡的条件是：

恒温恒容等同于恒温恒压。

即投料比相等。

二、记忆策略

1．简约法记忆化学平衡的概念

前面层析化学平衡的概念，归纳出化学平衡的五个主要特点：

逆、等、动、定、变。

记住这五个字，也就把握了化学平衡的概念。

2．简约法记忆等效平衡建立的条件

前面归纳了不同情形下建立等效平衡的不同条件，对他们可分别采用如下所述的简约法加以记忆。

（1）恒温恒容，投料量相等。

或容量相等。

（2）恒温恒压，投料比相等。

或压比相等。

（3）计量数相等，投料比相等。

或计量相等比相等。

三、解题方法

［例1］当可逆反应2SO２＋Ｏ２

２ＳＯ３达到平衡后，通入１８Ｏ２，再次达到平衡时，１８Ｏ存在于

A．SO３、Ｏ２

B．SO２、ＳＯ３

C．SO２、ＳＯ３、Ｏ２

D．SO２、Ｏ２

解析：

本题考查学生对化学平衡特点的认识。

因为化学平衡是动态平衡，加入１８O２后，１８Ｏ２与SO２反应生成的SO３中含有１８Ｏ原子，同时部分含有１８Ｏ原子的SO３分解生成的SO２和O２中都可能含有１８Ｏ原子。

答案：

C

［例2］在一定温度下，反应Ａ２（g）＋B２（g）

2AB（g），达到平衡的标志是

A．容器内气体的总压强不随时间变化而变化

B．单位时间内有nmolA２生成，同时就有nmolB２生成

C．单位时间内生成nmolA２，同时就有2nmolAB生成

D．单位时间内有nmolB２发生反应，同时就有nmolAB分解

解析：

由于反应前后，气体的总物质的量不变，所以不论达到平衡与否，容器内的气体分子总数不变，因而压强不变。

故A不可选。

化学平衡的一个标志是v（正）＝v（逆），而B只表述了v（逆），不知道v（正）；D是用不同物质来表述v（正）、v（逆）；v（正）＝２v（逆）。

B、D皆不可选。

当单位时间内生成nmolA2，必消耗2nmolAB，这是v（逆）；同时又有2nmolAB生成，这是v（正）；v（正）＝v（逆），反应达到平衡状态。

C可选。

答案：

C

［例3］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－１，若维持容器体积和温度不变，按下列4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

A．4molA＋2molBB．2molA＋1molB＋3molC＋1molD

C．3molC＋1molD＋1molBD．3molC＋1molD

解析：

恒温恒容下，不同的投料，相同的结果：

C的浓度Wmol·L－１。

建立这样的等效平衡要求投料量相等。

A选项中投料量是题干的2倍，A不可选。

由化学计量数知，投入“3molC和1molD”，其效果相当于投入2molA和1molB；B选项的投料量相当于4molA和2molB，是题干的2倍，B不可选。

C选项的投料量相当于“2molA和2molB”，与题干不相等，C亦不可选。

只有D选项投料量与题干相当。

答案：

D

［例4］在一定温度下，把2.0体积的N２和6.0体积的H２通入一个带活塞的体积可变的容器中，活塞的一端与大气相通，容器中发生如下反应：

Ｎ２＋３Ｈ２

２ＮＨ３

已知平衡时ＮＨ３的浓度是cmol·L－１，现按下列四种配比作为起始物质，分别充入上述容器，并保持温度不变，则达到平衡后，NH３的浓度不为cmol·L－１的是

A．1.0体积的N２和3.0体积的H２B．2.0体积的N２、6.0体积的H２和4.0体积的NH３

C．4.0体积的NH３和1.0体积的H２D．2.0体积的NH３

解析：

此题考查学生对恒温恒压条件下等效平衡的认识。

恒温恒压建立等效平衡的条件是投料比相等。

所以题设条件下，投入的N２和H２的体积比符合Ｖ（Ｎ２）∶Ｖ（Ｈ２）＝2.0∶6.0＝1∶3者皆可选。

当然不论投入多少NH３，其转化为N２和H２的体积比皆为1∶3，即投入多少NH３都是合适的，或曰对等效平衡无影响。

可见只有C选项可选。

答案：

C

［例5］在一个固定体积的密闭容器中，保持一定温度，进行以下反应：

H２（g）＋I２（g）

2HI（g）

已知起始时加入1molH２和2molI２（g），当达到平衡时HI的体积分数为φ。

下列四种情况分别投入上述容器，且始终保持原温度，平衡时HI的体积分数也为φ的是

A．2molＨ２和1molI２（g）B．3molHI

C．2molH２和2molI２（ｇ）D．1molI２（g）和2molHI（g）

解析：

此题虽为恒温恒容，但反应前后化学计量数之和相等，即1＋1＝2。

所以建立等效平衡的条件是投料比相等。

分析各备选项可知答案。

答案：

D

［例6］在一定温度下，把2molSO2和1molO2通入一个一定容积的密闭容器里，发生如下反应：

当此反应进行到一定程度时，反应混合物就处于化学平衡状态。

现在该容器中，维持温度不变，令a、b、c分别代表初始加入的SO2、O2和SO3的物质的量（mol）。

如果a、b、c取不同的数值，它们必须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡时反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡时的完全相同。

请填写下列空白：

（1）若a＝0，b＝0，则c＝____________，

（2）若a＝0.5，则b＝____________，c＝____________。

（3）a、b、c取值必须满足的一般条件是（用两个方程式表示，其中一个只含a和c，另一个只含b和c）：

____________，____________。

解析：

本题为恒温恒容下的等效平衡问题。

建立等效平衡的条件是投料量相等，若投料物质不一样，可依化学方程式转化后再作比较。

（1）将n始组数据依化学方程式向右反应，完全转化，则得①组数据，n始与①等效，c＝2。

（2）将“n始”组数据依化学方程式向右反应，转化至SO2还剩0．5mol，得②组数据，n始与②等效，b＝0.25，c＝1.5。

（3）将n′始组数据依化学方程式向左反应，完全转化，得③组数据，n始与③等效，则：

a＋c＝2，b＋

＝1，2b＋c＝2

答案：

（1）2

（2）0.251.5（3）a＋c＝22b＋c＝2

［例7］在一定温度下发生如下反应：

起始时充入的N２和H２的物质的量分别是3.0mol和6.0mol，平衡时，生成NH３的物质的量是2.4mol，已知容器容积为5.0L，试求：

（1）H２的转化率。

（2）平衡时混合气体中N２的体积分数。

解析：

（三步计算法）容器的容积为5.0L是干扰项，可不予以考虑。

欲求H２的转化率，须先求出参加反应的H２的物质的量。

则H２的转化率为：

×１００％＝６０％

平衡时N２的体积分数为：

φ（N２）＝

×１００％＝２７％

答案：

（1）Ｈ２的转化率是60%。

（2）平衡时混合气体中N２的体积分数是27%。

［例8］加热N2O5时会发生如下反应：

N2O5（g）

N2O3（g）＋O2（g）

N2O3（g）

N2O（g）＋O2（g）

在恒容的密闭容器中放入0．400molN2O5并加热，达到平衡时测得O2、N2O3的物质的量分别为0.450mol、0.162mol，试计算平衡时N2O5的物质的量。

解析：

上述两个可逆反应存在关联性。

可以认为首先进行第一个可逆反应并达到平衡。

设反应掉的N2O5的物质的量为x

然后，生成的N2O3再进行第二个可逆反应并建立起平衡。

设反应掉的N2O3的物质的量为y

N2O3（g）

N2O（g）＋O2（g）

据题意：

x－y＝0.162mol

x＋y＝0.450mol

解得：

x＝0.306mol，则平衡时N2O5的物质的量为0.400mol－x＝0.094mol

答案：

0.094mol

【同步达纲练习】

1．下列说法可以证明反应N２＋３Ｈ２

２ＮＨ３已达到平衡状态的是

A．1个N≡N键断裂的同时，有3个H—H键形成

B．1个N≡N键断裂的同时，有3个H—H键断裂

C．1个N≡N键断裂的同时，有6个N—H键断裂

D．1个N≡N键断裂的同时，有6个N—H键形成

2．在一定条件下，可逆反应：

A（g）＋3B（g）

2C（g），达到平衡的标志是

A．C的生成速率与C的分解速率相等B．A、B、C的浓度不再变化

C．单位时间内生成nmolA，同时生成3nmolBD．A、B、C的分子数之比为1∶３∶２

3．合成氨反应为N２＋３Ｈ２

２ＮＨ３，今有A、B、C、D四个容器，每个容器中有两种操作，两种操作分别达到平衡后，操作1中N２和操作2中NH３转化率之和一定不为1的是（起始体积相等）

A．恒温恒容：

操作1:

加1molN２＋３molH２，操作2：

加2molNH３

B．恒温恒压：

操作1：

加1molN２＋３molH２，操作2：

加2molＮH３

C．恒温恒容：

操作1:

加1molN２＋３molH２，操作2：

加3molNH３

D．恒温恒压：

操作1：

加1molN２＋３molH２，操作2：

加3molNH３

4．在一定条件下，下列反应发生并达到平衡状态：

4A（g）＋5B（g）

4C（g）＋6D（g）（正反应放热）

下列说法不正确的是

A．单位时间内生成nmolC，同时生成1.5nmolD

B．若升高温度，将生成更多的C和D

C．单位时间内有4nmolA消耗，同时有5nmolB生成

D．容器内A、B、C、D四物质的浓度之比有可能是4∶5∶4∶6

5．在一定条件下，将2molSO2和2molSO3气体混合于一固定容积的密闭容器中，发生下列反应：

2SO2（g）＋O2（g）

2SO3（g）

平衡时SO3的物质的量为nmol。

在相同温度下，分别在上述容器中放入下列配比的起始物质，平衡时SO3的物质的量小于nmol的是

A．2molSO2和1molO2B．2molSO2、1molO2和2molSO3

C．4molSO2和1molO2D．3molSO2、1molO2和1molSO3

6．在一个固定体积的密闭容器中，保持一定温度，进行以下反应：

H２（g）＋Br２（g）

2HBr（g）

已知加入1molH２和2molBr２时，达到平衡后生成amolHBr。

在相同条件下，起始时加入H２、Ｂｒ２、ＨＢr的物质的量分别为x、y、z（均不为零），如果仍保持平衡时各组分的百分含量不变，以下推断不正确的是

A．x，y应满足的关系是y＝2xB．x,y,z应满足的关系是4x＋z＝2y

C．达平衡时HBr物质的量为

D．达平衡时HBr物质的量一定仍为amol

7．在一密闭容器中充入2molA和1molB发生反应：

2A（g）＋B（g）

xC（g）

达到平衡后，C的体积分数为W%；若维持容器的容积和温度不变，按起始物质的量A:

0.6molB:

0.3molC:

1.4mol充入容器，达到平衡后，C的体积分数仍为W%，则x值为

A．只能为2.B．只能为3C．可能是2，也可能是3D．无法确定

8．某带活塞的容器与大气相通，T温度下，向容器内通入1.0L氮气和3.0L氢气，发生如下反应：

N2＋3H2

2NH3

平衡时氨气的体积分数为φ。

若向容器内分别通入下列气体，并保持温度不变：

①2.0LNH3②2.0LN2和6.0LH2③1.7LN2、5.1LH2和1.5LNH3L④5.3LNH3平衡时氨气的体积分数也为φ的最大组合可能是

A．③④B．①②③C．②④D．①②③④

9．850℃条件下，存在如下平衡：

CO2（g）＋H2（g）

CO（g）＋H2O（g）

平衡时有90%（体积分数）的氢气转化为水，且知在平衡状态下，存在如下关系：

c（CO2）·c（H2）＝c（CO）·c（H2O）

则原混合气体中二氧化碳和氢气的体积之比为

A．1∶1B．5∶1C．9∶1D．10∶1

10．在一定条件下发生下列反应：

2A（g）＋B（g）

2C（g）（正反应放热）

在其他条件不变的前提下，气体A的最大转化率与反应温度的关系曲线如图2—6所示。

下列叙述不正确的是

图2—6

A．X点或Y点：

v（正）＝v（逆）B．Z点未达平衡状态：

v（正）＞v（逆）

C．W点表示非平衡状态：

v（正）＞v（逆）D．W、X、Z三点的正反应速率依次减小

11．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）＝____________，c（I2）＝____________，而c（HI）＝____________，所以化学反应速率____________最大，而____________最小（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）____________，c（I2）____________，而c（HI）____________，从而化学反应速率v正____________，而v逆____________；

（3）当反应进行到v正与v逆____________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____________。

12．在500℃、101kPa条件下，将2.00LSO2与1.00LO2充入一密闭容器中，达到平衡时SO3的体积分数为50%。

则：

（1）平衡时SO2和O2的体积分数分别是：

SO2____________、O2____________。

（2）若温度和容器的容积都不变，平衡时气体的压强为____________。

（3）平衡时SO2的转化率为____________。

13．在恒温恒容下，A2、B2、C的起始浓度分别是a、b、c（mol·L－1），可逆反应：

A2（g）＋B2（g）

2C（g）

达平衡状态时，测得：

c（A2）＝0.5mol·L－1，c（B2）＝0.1mol·L－1，c（C）＝1.6mol·L－1。

（1）若a＝1.0mol·L－1时，b＝____________mol·L－1，c＝____________mol·L－1。

（2）a、b、c的取值必须满足的一般条件，可用三个方程式表示，只含有a和c的是____________，只含有b和c的是____________，只含有a和b的是____________。

（3）a、b、c的取值范围分别是____________、____________、____________。

14．在一个固定体积的密闭容器中，保持一定温度进行以下反应：

H2（g）＋Br2（g）

2HBr（g）

已知加入3molH2和1molBr2时，达到平衡后生成amolHBr（见下表已知项），在相同条件下，且保持平衡时各组分的体积分数不变，填写表中的空白：

15．设汽油不完全燃烧的化学方程式为：

2C8H18＋23O2

12CO2＋4CO＋18H2O

人体吸入CO后，CO、O2与人体血红蛋白（Hem）建立如下平衡：

CO＋HemO2

O2＋HemCO

此平衡存在如下关系：

＝210

当HemCO浓度为HemO2浓度的2.00%时，人的智力将受到严重损伤。

某40.0万人口的中等城市，能有效利用的标准状况下的空气为2.24×106m3（O2约占空气体积的21.0%）。

设每辆汽车满负荷行驶，每天约有28.5g汽油不完全燃烧，此城市如达到中等发达国家水平，平均每十人拥有一辆汽车。

试回答：

（1）空气中含氧气____________mol。

（2）

≤____________时人才能不受严重损伤。

（3）若该城市上方的未被污染的空气在某一天内没有流动，则每天汽车的最大使用率不得超过____________%。

16．在763K、3.04×104kPa时，用CO和H2作原料合成CH3OH存在下列平衡：

CO（g）＋2H2（g）

CH3OH（g）

（1）设H2和CO的起始物质的量之比为m，平衡时CO的转化率为a，平衡混合物中甲醇的体积分数为y，则m，a，y三者的关系式为____________。

（2）填写下列空白：

（3）由表中数据，可以看出，m＝____________时，平衡混合物中CH3OH的体积分数最大。

17．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）

2HI（g）

H2（g）＋I2（g）

当反应达到平衡时，c（H2）＝0.5mol·L－1c（HI）＝4mol·L－1。

请计算平衡时的c（NH3）。

参考答案

【同步达纲练习】

1．解析：

A正确：

1个N≡N键断裂，必有3个H—H键断裂，这是v（正）；同时有3个H—H键形成，这是v（逆）；v（正）＝v（逆），反应达平衡状态。

由此看来，C亦正确。

B、D不正确，表述的都是v（正）。

答案：

AC

2．解析：

A、B是正确的。

C只表述了逆反应速率，不知道正反应速率，无法判断是否达到平衡状态。

反应是否达到平衡状态与方程式中的化学计量数没有必然联系，D不是平衡标志。

答案：

AB

3．解析：

从正逆两个方向分别建立等效平衡者，反应物的转化率与生成物的转化率之和为1。

答案：

C

4．解析：

（排除法）生成物C和D化学计量数之比为4∶6，而n∶1.5n＝4∶6；则A项正确。

反应物A和B化学计量数之比为4∶5，单位时间内有4nmolA消耗，必有5nmolB消耗；因为反应已达平衡状态，故消耗5nmolB时，必有5nmolB生成；C项正确。

平衡时混合气体的浓度之比一般不是但有可能是其对应反应的化学计量数之比；D项正确。

B项暂不会分析，但A、C、D都正确，这样，可推知其不正确。

答案：

B

5．解析：

恒温恒容条件下建立等效平衡的条件是：

相同反应物的投料量相等，若投料物质不一样，可依化学反应方程式转化后再作比较。

将题给SO3全部依化学方程式转化为SO2和O2，得如下关系：

则平衡时SO3：

nA＜nmol，nB＞nmol，nC＝nmol，nD＞nmol。

答案：

A

6．解析：

（1）本题虽是恒温恒容，但反应前后化学计量数之和相等，因此只须满足投料比相等。

根据投料比相等得：

（x＋

）∶（y＋

）＝1∶2

化简得：

4x＋z＝2y，B正确；若y＝2x，则z＝0，与题意不符；显然y≠2x，A不正确。

（2）（和量法）：

平衡时HBr的物质的量，可根据转化率相同求解：

n（HBr）＝（x＋

）amol

由此确定C不正确，显然是错误的。

下面用和量法再求：

n（HBr）＝

可见，C选项正确，而D选项不正确。

答案：

AD

7．解析：

（讨论法）

（1）由恒温恒容建立等效平衡的条件：

投料量相等可知：

x＝2。

（2）若x＝3，则反应前后计量数之和相等，投料比相等也能建立等效平衡。

因为0.6mol∶0.3mol＝2mol∶1mol，所以不论投入多少C，在x＝3时都合适。

答案：

C

8．解析：

同温同压条件下，建立等效平衡的条件是：

反应物的投料比相等，若投料物质不一样，可依化学反应方程式转化后再作比较。

题干中V（N2）∶V（H2）＝1∶3，②③两项中所投氮气和氢气的体积比也都是1∶3，而不论投入多少氨气，将其完全转化后所得氮气和氢气的体积比也都是1∶3，故在同温同压条件下，各备选项都能建立与题干转化率相同的平衡。

答案：

D

9．解析：

（赋值法）设容器的容积1L，原有氢气100mol，则：

n反应（H2）＝n反应（CO2）＝n生成（CO）＝n生成（H2O）＝90mol。

由c（CO2）·c（H2）＝c（CO）·c（H2O）可知：

c平衡（CO2）＝810mol·L－1。

V原（CO2）∶V原（H2）＝（810＋90）∶100＝9∶1。

答案：

C

10．解析：

气体A的最大转化率，就是气体A在一定条件下的平衡转化率，故坐标系中的曲线为平衡曲线；平衡曲线上的任何一点的正反应速率和逆反应速率都相等；选项A正确。

Z点的分析如下：

如图所示，在同一温度（n）下，Z点对应的A的转化率［α（A）＝a］小于平衡点对应的A的转化率［α（A）＝b］，

即Z点对应的反应物A的转化率还没有达到平衡数值，还要有A继续转化，故v（正）＞v（逆）；选项B正确。

W点的分析亦如图所示，m温度下，W点对应的A的转化率［α（A）＝y］大于平衡点对应的A的转化率［α（A）＝x］，即W点对应的反应物A的转化率高于平衡数值，反应要向生成A的方向进行，故v（逆）＞v（正）；选项C不正确。

W、X、Z三点的反应速率与对应温度成正比，温度越高化学反应速率越快；与反应物的浓度成正比，反应物的浓度越大正化学反应速率越快；选项D正确。

答案：

C

11．

（1）

mol·L－1

mol－10v（正）v（逆）

（2）减小减小增大减小增大（3）相等保持不变

12．解析：

（三步计算法）设平衡时生成SO3的体积为2x。

则：

由题意得：

＝50%

解得：

x＝0.60L

平衡时气体的总体积为：

3.00L－0.60L＝2.40L

（1）φ（SO2）＝

×100%＝33%

φ（O2）＝

×100%＝17%

（2）p平＝101kPa×

＝80．8kPa

（3）

×100%＝60%

答案：

（1）33%17%

（2）80．8kPa（3）60%

答案：

（1）0.60.6

（2）2a＋c＝2.62b＋c＝1.8a－b＝0.4（3）0.4≤a≤1.30≤b≤0.90≤c