高中化学必修1化学反应速率和化学平衡（2）教学设计

高中化学必修 1 化学反应速率和化学平衡（2）教学设计 授课人：董 xx ① 了解化学反应速率的概念，化学反应速率的表示方法。 教学目标： ② 理解外界条件对化学反应速率的影响。 ③ 理解化学平衡的涵义及化学反应速率之间的内在联系。 教学重点： 浓度、温度、压强等条件对化学平衡移动的影响 教学难点： 平衡状态的比较(等效平衡的应用)；化学平衡的计算 教学方法： 教学过程： 第二课时 基础知识精析 二、化学平衡 1．化学平衡状态： （1）定义：在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等， 反应混合物中各组分的百分含量（或浓度）保持不变的状态。 （2）化学平衡状态特征：逆、等、动、定、变、大 （3）标志： ① ；②反应混合物各组分的百分含量不变。 （4）化学平衡状态的判断：抓本质（ ）；看标志 ①V(正)、V(逆)不再随时间的变化而变化，同一物质消耗速率等于生成速率。 ②体系中各组分的浓度、体积分数、物质的量分数、转化率保持不变。③不同物质，一种物质代表 v(正)，另一种物质代表 V(逆)，则二者之比等于 化学方程式中的化学计量数之比。 ④对于反应前后气体体积不相等的可逆反应，达到平衡状态还有四个标志： 总物质的量、平均相对分子质量、压强、密度不随时间变化。 ⑤对于有有色物质参加或生成的可逆反应，体系的颜色不再随时间而变化。 例如，2NO2(g)=N2O4(g)。 ⑥体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而 变化。 注意：以下几种情况不能作为可逆反应达到化学平衡状态的标志： a．恒温、恒容条件下气体体积不变的反应，混合气体的压强或气体的总物 质的量不随时间而变化。如 2HI(g) I2(g)＋H2(g)。 b．全部是气体参加的体积不变的反应，体系的平均相对分子质量不随时间 而变化。如 2HI(g) I2(g)＋H2(g)。 c．全部是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。 【深度思考】 1．反应 2H2O 电解点燃 2H2↑＋O2↑是否为可逆反应？ 答案：不是可逆反应，因为两个方向的反应条件不同。 2．向含有 2 mol 的 SO2 的容器中通入过量氧气发生 2SO2＋O2 催化剂加热 2SO3，充分反应后生成 SO3 的物质的量 ___2 mol(填“”或“＝”，下同)，SO2 的物质的量____0 mol，转化率________100%。 答案　　< 2．影响化学平衡的因素 (1) 平衡移动： ①定义： a．对于一个化学平衡，如果影响化学平衡的一个条件发生改变，使正、逆反应速率不相等，原来 的化学平衡被破坏，平衡混合物中各物质的百分含量（或浓度）也随之改变，在 一段时间后建立一种新的化学平衡状态，这个过程叫做化学平衡的移动。b．可逆反应达到平衡状态以后，若反应条件(如温度、压强、浓度等)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 平衡状态。这种由原平衡状态向新平衡状态的变化过程，叫做化学平衡的移动。 ②分类： 正向移动：当外界条件改变，使正反应速率大于逆反应速率，反应物减少， 生成物增多，化学平衡正向移动。 逆向移动：当外界条件改变，使正反应速率小于逆反应速率，反应物增多， 生成物减少，化学平衡逆向移动。 ③判断方法： ①正向移动：v 正＞v 逆，反应物减少，生成物增多，平衡正向移动； ②逆向移动：v 正＜v 逆，反应物增多，生成物减少，平衡逆向移动。 ③平衡不移动：v 正=v 逆，反应物和生成物不变，平衡不移动。 (2) 影响化学平衡的因素 ①浓度： 在其它条件不变的情况下，增大反应物的浓度或减少生成物的浓度，都可使 化学平衡向正向移动；增大生成物的浓度或减少反应物的浓度，都可使化学平衡 向逆向移动。 ②压强： 在其它条件不变时，增大压强化学平衡向气体体积缩小的方向移动；减小压 强，化学平衡向气体体积增大的方向移动。反应前后气体体积不变的反应，改变 压强化学平衡不移动。 【特别说明】 ①由于压强改变只影响气体的体积，不影响固体和液体的体积，所以分析压 强对化学平衡的影响时不考虑固体和液体。 例如，对于反应：2A(g)+B(g) 3C(S)+2D(g)，增大压强，平衡正移，减 小压强，平衡逆移；对于反应：2A(g)+3B(?) 2C(g)+2D(g)，若增大压强平 衡正移，说明 B 物质为气体，若增大压强平衡逆移，说明 B 物质为固体或液体。 ②若改变压强，体积改变，浓度改变，化学平衡移动，移动的结果是与压强 改变后的浓度比较，不是与压强改变前的浓度比较。 例如，对于可逆反应：2A(g)+B(g) 3C(?)+2D(g) ，在一个体积可变的密 闭容器中，达到化学平衡时，B 的浓度为 2mol/L，若压强增大为原来的二倍， 体积变为原来的一半，达到新平衡时 B 的浓度为 3.6mol/L，说明 C 物质为固体 或液体。 ③温度： 在其他条件不变的情况下，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动；降低 温度，化学平衡向放热反应方向移动。 ④催化剂： 【思考与交流】使用催化剂对不能使化学平衡移动，那么使用催化剂有什么 作用？ 结论：使用催化剂不能使化学平衡移动，但是能改变达到化学平衡所需时间。 (3)平衡移动原理(勒夏特列原理)： 如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度)，平衡就向能够减弱这 种改变的方向移动。 【注意】判断压强对化学平衡的影响时，应特别注意容器的体积是否可以变 化和各物质的状态。 深度思考 1．v 正增大，平衡一定向正反应方向移动吗？ 答案　不一定。只有 v 正>v 逆时，才使平衡向正反应方向移动。 2．某一可逆反应，一定条件下达到了平衡，①若化学反应速率改变，平衡一定发生移动吗？②若平衡发生移动， 化学反应速率一定改变吗？答案　①不一定，如反应前后气体分子数不变的反应，增大压强或使用催化剂，速率发生 变化，但平衡不移动。 ②一定，化学平衡移动的根本原因就是外界条件改变，使 v 正≠v 逆才发生移动的。 3．改变条件，平衡向正反应方向移动，原料的转化率一定提高吗？ 答案　不一定，不能把平衡向正反应方向移动与原料转化率的提高等同起来，当反应物 总量不变时，平衡向正反应方向移动，反应物转化率提高；当增大一种反应物的浓度，使平 衡向正反应方向移动时，只会使其他的反应物的转化率提高。 4．升高温度，化学平衡会向着吸热反应的方向移动，此时放热反应方向的反应速率会减小吗？ 答案　不会。因为升高温度 v 吸和 v 放均增大，但二者增大的程度不同，v 吸增大的程度大于 v 放增大的程度，故 v 吸和 v 放不再相等，v 吸>v 放，原平衡被破坏，平衡向吸热反应的方向移动， 直至建立新的平衡。降温则相反。 〖课堂练习〗 1、对于 mA(气)+nB(气) pC(气)+qD(气)的平衡体系，当升高温度时，体系对氢 气的相对密度从 16.5 变成 16.9，则下列说法正确的是（ ） A.若 m+n>p+q，正反应是放热反应 B.若 m+n>p+q，正反应是吸热反应 C.若 m+np+q），下列说法正确的是（ ） ①升温时 c(B)/c(C)的值减小 ②降温时，体系内混合气体的平均相对分子质 量增大 ③加入 B 后，A 的转化率变大 A．①②③ B．②③ C．①② D.①③ 【思考与交流】 1、在体积不变的密闭容器中，对于可逆反应：2A(g)+B(g) 3C(g)+2D(g) 达到平衡后，改变以下条件对化学平衡有何种影响： ①如果增加 A 的浓度，A、B、C、D 的浓度分别发生什么变化？ ②如果减小 B 的浓度，A、B、C、D 的浓度分别发生什么变化？ ③如果增加 C 的浓度，A、B、C、D 的浓度分别发生什么变化？④如果减小 D 的浓度，A、B、C、D 的浓度分别发生什么变化？ ①增加 A 的浓度 ②减小 B 的浓度 ③增加 C 的浓度 ④减小 D 的浓度 2、在体积可变的密闭容器中，对于可逆反应：2A(g) B(g)达到平衡 后，改变以下条件对化学平衡有何种影响： ①如果增大压强，体积变为原来的一半，A 和 B 的物质的量分别发生什么 变化？ ②如果减小压强，体积变为原来的二倍，A 和 B 的物质的量分别发生什么 变化？ ③如果增大压强，体积变为原来的一半，A 和 B 的物质的量浓度分别发生 什么变化？ ④如果减小压强，体积变为原来的二倍，A 和 B 的物质的量浓度分别发生 什么变化？ ①增大压强，A 和 B 的物质的量变化 ②减小压强，A 和 B 的物质的量变化 ③增大压强，A 和 B 的浓度变化 ④减小压强，A 和 B 的浓度变化 3、对于可逆反应：2A(g) B(g) △H＞0 达到平衡后，改变以下条件 对化学平衡有何种影响： ①如果升高温度，A 和 B 的浓度分别发生什么变化？ ②如果降低温度，A 和 B 的浓度分别发生什么变化？ ①升高温度， A 和 B 的浓度变化 ②降低温度，A 和 B 的浓度变化 4、若某溶液中发生的可逆反应：2A+B 3C+2D 达到平衡后，将溶液稀 释，对该反应的化学平衡有何影响？ 3、平衡常数 （1）定义： 在一定温度下，当可逆反应达到平衡时，生成物的浓度的幂之积与反应物浓 度的幂之积的比是一个常数，这个常数叫做该反应的化学平衡常数，简称平衡常 数，用符号 K 表示。 （2）表达式： 对于任意反应:mA+nB pC+qD 其中 m、n、p、q 分别表示化学方程式中 个反应物和生成物的化学计量数。当在一定温度下达到化学平衡时，这个反应的 平衡常数可以表示为： k= 或 K= 【说明】 ①平衡常数的大小不随反应物或生成物的浓度改变而改变，只随温度的改变 而改变。 ②根据平衡常数 K 的定义和表达式可知，即使是同一反应，若反应方程式 书写不同则 K 的表示方式也不同。 ③可逆反应，正逆反应的平衡常数互为倒数。 ④浓度指的是气体或溶液的浓度，对于固体、纯液体的浓度一般规定为常数 1，可以不写。 （3）化学平衡常数的意义：①平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度（也叫反应的限度）。 在一定温度下，K 值越大，反应进行的程度越大，反应物转化率越大，反应进行的越完 全；K 值越小，反应进行的程度越小，反应物转化率越小，反应进行的越不完全。一般来说， 当 K＞105 时，该反应就基本进行完全了，转化率接近 100％。 ②判断正在进行的可逆是否平衡及反应向何方向进行： 对于可逆反应：mA(g)+ nB(g) pC(g)+ qD(g)，在一定的温度下的任意 时刻，反应物的浓度和生成物的浓度有如下关系：Qc=Cp(C)·C q(D)/Cm(A)·C n(B)， 叫该反应的浓度商。 Qc＝K，反应处于平衡状态；若 Qc＜K，反应将向正反应方向进行；Qc＞K， 反应将向逆反应方向进行。 ③利用Ｋ值可判断反应的热效应： 若升高温度，Ｋ值增大，平衡正移，则正反应为吸热反应；若升高温度，平 衡逆移，Ｋ值减小，则正反应为放热反应；反之亦然。 ④利用平衡常数进行简单计算和判断： a.对于可逆反应：mA(g)+ nB(g) pC(g)+ qD(g)，在一定的温度下，若增 加 A 的浓度平衡正移，移动的结果是 A 的浓度比原浓度大。 b.在一定温度下，若已知平衡常数，可以通过计算确定唯一一个未知浓度物 质的平衡浓度。 深度思考 1．对于给定反应，正逆反应的化学平衡常数一样吗？是什么关系？ 答案　正逆反应的化学平衡常数不一样，互为倒数关系。 2．化学平衡常数只受温度的影响，温度升高，化学平衡常数是增大还是减少？ 答案　温度升高化学平衡常数的变化要视反应而定，若正反应是吸热反应，则温度升 高 K 值增大，反之则减小。 3．对于一个可逆反应，化学计量数扩大或缩小，化学平衡常数表达式是否改变？是什么关系？转化率是否相同？ 试举例说明。答案　对于一个可逆反应，化学计量数不一样，化学平衡常数表达式也就不一样，但 对应物质的转化率相同。例如： (1)aA(g)＋bB(g) cC(g)　K1＝ (2)naA(g)＋nbB(g) ncC(g) K2＝＝K 或 K1＝ 无论(1)还是(2)，A 或 B 的转化率是相同的。 4．平衡移动影响的几种特殊情况 ①不要把正反应速率增大与平衡向正反应方向移动等同起来，只有正反应 速率大于逆反应速率时，才使平衡向正反应方向移动。 ② 不要把平衡向正反应方向移动与原料转化率的提高等同起来，当反应物 总量不变时，平衡向正反应方向移动，反应物转化率提高；当增大某一种反应物 的浓度，使平衡向正反应方向移动时，则只会使另一种反应物的转化率提高，而 自身的转化率降低。 ③当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时，由于其 “浓度”是恒定的不随其量的增减而变化，故改变这些固体减液体的量，对平衡没 影响。 ④由于压强的变化对非气态物质的浓度无影响，因此，当反应混合物中不 存在气态物质时，压强的变化对平衡无影响。 ⑤对于反应前后气体分子数无变化的反应，压强的变化对其平衡也无影响。 ⑥恒容时，通入惰性气体，压强增大，但平衡不移动。 恒压时，通入惰性 气体，压强虽不变，但体积必然增大，反应物和生成物的浓度同时减小，相当于 减小压强，平衡向总体积增大的方向移动。 ⑦同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响，如 某平衡体系中，C(N2)=0.1 mol/L、C(H2)=0.3 mol/L、C(NH3)=0.2 mol/L ，当浓度 同时增大一倍时，即让 C(N2)=0.2 mol/L、C(H2)=0.6mol/L、C(NH3)=0.4 mol/L ， 此时相当于压强增大一倍，平衡向生成 NH3 的方向移动。 ⑧在恒容的容器中，当改变其中一种物质的浓度时，必然同时引起压强改 变，但判断平衡移动的方向时，应仍以浓度的影响去考虑。因为压强对化学反应速率的影响是通过改变浓度来实现的，由于体积未变，故加入某一物质只改变自 身的浓度，不改变其它物质的浓度。 ⑨对于反应 3A+B 2C+2D，达到平衡后 C 的浓度为 1mol/L，若压强 增大为原来的 2 倍，C 的浓度变为原来的 1.8mol/L，平衡逆移；若压强减小为原 来的 0.5 倍，C 的浓度为 0.8mol/L，则平衡正移。 ⑩通常可以利用平衡移动来判断反应是放热还是吸热，判断气体分子数的 相对多少或未知物的状态。 〖教后记〗 题组一　极端假设法解化学平衡状态题的应用 1．一定条件下，对于可逆反应 X(g)＋3Y(g) 2Z(g)，若 X、Y、Z 的起始浓度分别 为 c1、c2、c3(均不为零)，达到平衡时，X、Y、Z 的浓度分别为 0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.08 mol·L－ 1，则下列判断正确的是 (　　) A．c1∶c2＝3∶1 B．平衡时，Y 和 Z 的生成速率之比为 2∶3 C．X、Y 的转化率不相等 D．c1 的取值范围为 0 mol·L－1