分析:引导学生从化学平衡研究的范围,达到平衡的原因与结果进行分析、归纳。
研究对象:可逆反应
平衡前提:温度、压强、浓度一定
原因:v正=v逆(同一种物质)
结果:各组成成分的质量分数保持不变。
准确掌握化学平衡的概念,弄清概念的内涵和外延。
提问:化学平衡有什么特点?
引导:引导学生讨论并和学生一起小结。
讨论并小结。
平衡特点:
等(正逆反应速率相等)
定(浓度与质量分数恒定)
动(动态平衡)
变(条件改变,平衡发生变化)
培养学生分析问题与解决问题的能力,并进行辩证唯物主义观点的教育。加深对平衡概念的理解。
讨论题:在一定温度下,反应2NO2N2O4达平衡的标志是。
A.混合气颜色不随时间的变化
B.数值上v(NO2生成)=2v(N2O4消耗)
C.单位时间内反应物减少的分子数等于生成物增加的分子数D.压强不随时间的变化而变化
E.混合气的平均分子量不变
讨论结果:因为该反应如果达平衡,混合物体系中各组分的浓度与总物质的量均保持不变,即颜色不变,压强、平均分子量也不变。因此可作为达平衡的标志A、D、E。
加深对平衡概念的理解,培养学生分析问题和解决问题的能力。
过渡:化学平衡状态代表了化学反应进行达到了最大限度,如何定量的表示化学反应进行的程度呢?
2.转化率:在一定条件下,可逆反应达化学平衡状态时,某一反应物消耗量占该反应物起始量的质量分数,叫该反应物的转化率。
公式:a=△c/c始×100%
通过讨论明确由于反应可逆,达平衡时反应物的转化率小于100%。
通过掌握转化率的概念、公式进一步理解化学平衡的意义。
3.平衡的有关计算。
(1)起始浓度,变化浓度,平衡浓度。
例1445℃时,将0.1mol I2与0.02mol H2通入2L密闭容器中,达平衡后有0.03molHI生成。求:①各物质的起始浓度与平衡浓度。
②平衡混合气中氢气的体积分数。
引导学生分析:
H2+I2(气)2HI
c始/mol/L0.010.050
c变/mol/L x x2x
c平/mol/L0.015
0+2x=0.015 mol/L
x=0.0075mol/L
平衡浓度:
c(I2)平=C(I2)始-△C(I2)
=0.05 mol/L-0.0075 mol/L=0.0425mol/L
c(H2)平=0.01-0.0075=0.0025mol/Lc(HI)平=c(HI)始+△c(HI)
=0.015mol/L
w(H2)=0.0025/(0.05+0.01)
通过具体计算弄清起始浓度、变化浓度、平衡浓度三者之间的关系,掌握有关化学平衡的计算。
小结:①起始浓度、变化浓度、平衡浓度三者的关系,只有变化浓度才与方程式前面的系数成比例。
②可逆反应中任一组分的平衡浓度不可能为0。
(2)综合计算。
例2一定条件下,在密闭容器内将N2和H2以体积比为1∶3混合,当反应达平衡时,混合气中氨占25%(体积比),若混合前有100mol N2,求平衡后N2、H2、NH3的物质的量及N2的转化率。
思考分析:
方法一:
设反应消耗xmolN2
N2+3H2NH3
△n(始)100 300 0
△n x 3x 2x
n(平)100-x 300-3x 2x(mol)
x=40mol
n(N2)平=100mol-xmol=100mol-40mol=60mol
n(N2)平=300mol-3xmol=180mola=40/100×100%=40%
方法二:设有xmolN2反应
N2+3H22NH3△n
122
x2x2x
小结:方法一是结合新学的起始量与平衡量之间的关系从每种物质入手来考虑,方法二是根据以前学过的差量从总效应列式,方法二有时更简单。
巩固转化率的概念并弄清转化率与变化浓度,速率化学方程式之间的关系。
通过一题多解将不同过程的差量计算与平衡计算联系起来加深对平衡的理解,加强对所学知识(如差量的计算,阿伏伽德罗定律的计算)的运用,培养学生综合思维能力和计算能力。
强调重点,加强学法指导。
课堂小结:今天我们重点学习了化学平衡的概念及有关计算,比较抽象,希望大家加强练习,以便熟练地掌握平衡的概念。
随堂检测:
1.对于一定温度下的密闭容器中,可逆反应H2+I2(气)2HI达平衡的标志是。
A.压强不随时间的变化而变化
B.混合气的平均分子量一定
C.生成n mol H2同时生成2n mol HID.v(H2)=v(I2)
2.合成氨生产中,进入塔内的氮气和氢气体积比为1∶3,p=1.52×107Pa(150atm),从合成塔出来的氨占平衡混合气体积的16%,求合成塔出来的气体的压强。
平衡时NH3的体积分数为:
n(平NH3)/n(平总)×100%
=n(平NH3)/(n始-△n)
=2x/(400-2x)×100%
=25%
x=40mol
(以下计算与上面相同)
巩固课堂所学内容。
附:随堂检测答案
1.C
2.1.31×107Pa(129.4atm)
【习题精选】
1.下列事实不能用勒沙特列原理来解释的是
A.往硫化氢水溶液中加碱有利于S2-增加B.加入催化剂有利于氨氧化反应
C.高压有利于合成氨反应
D.500℃左右比室温更有利于合成氨反应
2.下列说法正确的是
A.可逆反应的特征是正反应速率总是和逆反应速率相等B.其他条件不变时,使用催化剂只改变反应速率,而不能改变化学平衡状态C.在其他条件不变时,升高温度可以使化学平衡向吸热反应的方向移动D.在其他条件不变时,增大压强一定会破坏气体反应的平衡状态
3.在某温度下反应
ClF(g)+F2(g)ClF3(g)+268kJ在密闭容器中达到平衡。下列说法正确的是
A.温度不变,缩小体积,ClF转化率增大B.温度不变,增大体积,ClF3产率提高C.升高温度,增大体积,有利于平衡向正反应方向移动D.温度降低,体积不变,F2转化率降低
4.氙气和氟气按一定比例混合,在一定条件下可直接反应达到如下平衡Xe(g)+2F2(g)XeF4(g)+218kJ。下列变化既能加快反应速率又能使平衡向正反应方向移动的是
A.升高温度B.加压C.减压D.适当降温
5.某温度下碳和水蒸气在密闭容器中发生下列反应:C+H2O(g)CO(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
当反应达平衡时测得[H2]=1.9mol/L,[CO]=0.1mol/L,则CO2的浓度为
A.0.1mol/L B.0.9mol/LC.1.8mol/L D.1.9mol/L
6.在一定温度下,向一个容积固定的密闭容器中充入2mol X气体,发生反应X(g)Y(g)+Z(g)
使反应达到平衡,这时容器中混合气体中X气体体积分数是a%。若在同一容器中,最初放入的是1mol Y和1mol Z的混合气体,并在相同的温度下使反应达到平衡,这时混合气体中X气体所占的体积分数是b%。则a和b的关系是
A.a>bB.a=bC.a<b D.2a=b
7.在一定条件下,在四个相同容积的密闭容器中分别充入表中四种配比的气体,发生的反应是2A(g)+(g)3C(g)+D(g)
达平衡后,两个容器内四种物质的浓度均相同的是
A.①和③B.①和②C.②和④D.③和④
8.在密闭容器中,反应达平衡时,A的浓度为0.5mol/L。若保持温度不变,将容器的容积扩大到原来的2倍,达新平衡时A的浓度降为0.3mol/L。下列判断正确的是
xA(g)+yB(g)zC(g)
A.X+Y<Z
B.平衡向正反应方向移动
C.B的转化率降低
D.C的体积分数下降
答案:
1.B、D
2.B、C
3.A
4.B
5.B
6.A
7.A、C
8.C、D
【典型例题】
例1能够充分说明在恒温恒容下的密闭容器中,反应2SO2+O22SO3已达平衡状态的标志是。
A.容器中SO2、O2、SO3的物质的量之比为2∶1∶2
B.SO2和SO3的物质的量浓度相等
C.反应容器内压强不随时间变化而变化
D.单位时间内生成2molSO3时,即生成1molO2
解析:由于题目中没有给出各物质的起始量,也没有给出反应的具体条件,所以无法知道容器中SO2、O2
、SO3的物质的量之比为2∶1∶2时,及SO2、SO3的物质的量浓度相等时反应是否达到平衡,也就是说无法知道达到平衡
后,SO2和SO3的物质的量浓度上否相等。所以A、B选项不能选为答案。由于此反应是气体非等体积反应,在恒温恒容下,压强不变,说明各物质的浓度不变,故C选项正确。由于单位时间内生成2molSO3时,即消耗了1molO2,此时又生成1molO2,即意味着正反应速率等于逆反应速率,所以D选项也正确。
答案:C、D
例2向氯化钙溶液中通入CO2气,看不到明显的反应,但向滴入氨水的氯化钙溶液中通入CO2气,则会看到有大量的白色沉淀产生,这是为什么?
解析:因为CO2气在水中的溶解度不大,溶于水的CO2气有少量与水反应,生成碳酸,碳酸只有微弱的电离,
CO2+H2OH2CO3H++HCO-3
H++CO2-3
。碳酸钙在水中存在溶解平衡,CaCO3(固)CaCO3(溶)=Ca2++CO2-3。
在未加氯水的氯化钙溶液中通入CO2气时,在溶液中产生的CO2-3离子浓度很小,不足以和Ca2+结合生成沉淀。但在滴有氨水的氯化钙溶液中,因有NH3+H2ONH3·H2ONH+4+OH-平衡,通入CO2后形成的碳酸电离出的H+和OH-结合生成极难电离的H2,使碳酸的电离平衡向正反应方向移动,溶液中的CO2-3离子浓度增大,CO2-3离子浓度大于CaCO3溶解平衡中电离出的CO2-3离子浓度,使CaCO3的溶解平衡向逆反应方向移动,因而便会看到有大量的白色沉淀(CaCO3)产生。
例3mA(s)+nB(g)pC(g)(正反应为吸热反应)的可逆反应中,在恒温条件下,B的体积分数B%与压强(P)关系如图所示。有关叙述正确的是
A.m+n<PB.n>P
C.x点,v正>v逆,y点,v正<v逆D.x点比y点反应速率慢
分析:图中的曲线表示一定温度下反应物B的体积分数B%与压强之间的平衡线。且B%随着压强的增大而增大的反应,则P>n。因A为固体,故A、B均被排除。图中x点的B%高于该条件下平衡时的B%,此时反应要向B%减的方向移动,即反应正向移动,故v正>v逆,同理,y点时v正>v正。又知在同样反应体系中,当温度一定时,压强越大,反应速率就越快,所以y点的反应速率大于x点的反应速率。
解:C、D选项符合题意。
点评:本题通过图像综合考查了对化学平衡概念的理解和运用,解题时应充分应用平衡移动原理来思考。