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1、精品教育化学平衡 教学目标知识技能:复习和强化对化学平衡状态标志的认识、对同一平衡状态的判断;勒沙特列原理的广泛应用,以及化学平衡计算知识。能力培养:培养学生应用化学平衡的概念、平衡移动的原理解决实际问题的能力,以及在化学计算中的另类思维能力。科学思想:通过对化学平衡概念的深刻讨论,使学生建立平衡思想,并能广泛应用于一定条件下的可逆过程中。科学品质:通过化学平衡例题的讨论,培养学生认真的审题习惯,多方位的或换位的思维方式,严谨的科学态度。科学方法:通过对化学平衡理论的复习,培养学生学会讨论问题的科学方法。重点、难点化学平衡概念的深刻剖析和化学平衡移动原理的应用。 教学过程设计 教师活动一、建立
2、化学平衡状态的标志【提问】我们根据什么可以来判断,在一定条件下,一任意可逆反应: mA+nB pC+qD,是否达到了化学平衡状态?学生活动回答:一定条件下。正逆反应速率相等;平衡混合气中各组分的体积分数不变。【过渡】还有哪些衍生出的因素也可以是建立化学平衡状态的标志?讨论题:例1 在恒温下,密闭容器中的可逆反应:2SO3(气) 2SO2(气)+O2(气)可用来确定该反应已经达到平衡状态的是 A反应容器内,压强不随时间改变B单位时间消耗1molSO3同时生成1molSO2C单位时间消耗1molSO3同时消耗1molSO2D容器内混合气体的总质量不发生变化例2 在一定温度下的定容容器中,当下列物理
3、量不再发生变化时,不能表明可逆反应A(固)+2B(气) C(气)+D(气)+Q已达到平衡状态的是 A混合气体的压强B混合气体的密度CB的物质的量浓度D反应放出的热量【讨论引导】从化学平衡概念的本质及它的外延去讨论和判断,但需注意题中可逆反应的特征、物质的状态。讨论:回答 例1中可逆反应在反应前后气体的体积不相等,故可以通过容器内压强不再改变来确定反应达到了平衡状态,A正确;B选项只描述了正反应速率,C正确。回答:例1未指明密闭容器的体积固定,对于体积可变容器,达平衡与否,容器内压强均不会改变,A不正确。回答:例2中容器的体积虽然固定,但可逆反应在反应前后气体的体积相等,混合气体的总体积不变,达
4、平衡与否,容器内压强均不会改变,A选项不正确。由质量守恒定律来分析,B选项也不正确。回答:反应物A为固体,达平衡前后气体质量不相等,B选项正确。回答:密闭容器的体积固定,虽然混合气体的总物质的量不变,但反应过程中成分气体的物质的量在改变,浓度在改变,所以C选项正确;正反应为放热反应,D选项也正确。【评价】例1中的A、B、D三个选项均不正确,只有C正确。例2中只有A选项不能表明可逆反应达到平衡状态。【小结】化学平衡的判断(标志)1从反应速率:v正=v逆来判断。正逆反应的描述:同一物质 消耗和生成反应物和生成物 消耗或生成速率相等:同一物质 速率的数值相等不同物质 速率的数值与系数成正比即相等2从
5、混合气体中成分气体的体积分数或物质的量浓度不变来判断。3从容器内压强、混合气体平均分子量、混合气体的平均密度、反应的热效应不变等来判断,与可逆反应中m+n和p+q是否相等,容器的体积是否可变,物质的状态、反应过程中有无明显的热效应等因素有关,应具体情况具体分析。二、同一平衡状态【提问】从化学平衡的概念出发,化学平衡的建立与哪些条件有关?回答:反应温度、压强、物质的量浓度。【过渡】对于同一可逆反应,如果反应的起始态不同,所达到的平衡状态,是否相同呢?讨论题:例1 可逆反应3H2+N2 2NH3,在一固定容积的容器内,500Fe为催化剂,三种不同的初始态:3molH2、1molN2,2mol NH
6、3,1.5 mol H2、0.5 mol N2、1mol NH3,发生反应达到平衡时,混合气体中NH3的体积分数是否相同?例2 在一个固定容积的密闭容器中,保持一定温度,在一定条件下进行反应:A(气)+B(气) 2C(气)。已知加入1mol A和2mol B达到平衡后,生成amol C,此时在平衡混合气体中C的摩尔分数为R。若在相同的条件下,向同一容器中加入2mol A和4mol B,达平衡后的C物质的量为多少?此时C在平衡混合气体中的摩尔分数与R的关系?【讨论引导】注意例1、例2中相关可逆反应的特征。在讨论例2时,可将浓度的改变转化为容器体积的改变,从而由平衡移动的角度分析。讨论:回答:例1
7、,温度相同,容器的体积相同(即压强相同),虽然起始态不同,将转换后与中反应物的初始浓度相同,所以对同一个可逆反应,在相同的条件下,所达到的平衡状态是同一平衡状态。即三种不同的起始态的平衡混合体系中NH3的体积分数相同。回答:例2,由于可逆反应的反应前后气体体积不变,在固定体积的容器中充入2molA和4molB,就相当于把第一个起始态容器的体积减小到原来的一半,但由于压强不影响该反应平衡状态,所以,达平衡时C的物质的量为2a mol,C在平衡混合气体中的摩尔分数与R相等。【评价】例1的答案正确。对同一可逆反应的三种不同的起始态,在同一温度和压强下达到平衡,平衡混合体系中NH3的体积分数相同。例2
8、答案正确。【小结】1可逆反应的平衡状态只与反应的条件有关,与反应的过程无关。2在相同温度和相同体积的容器中,同一可逆反应:mA+nB pC+qD当m+np+q,由不同的起始态均转换为从正反应开始的起始态,若反应物的浓度完全相同,则达到平衡时,为同一平衡状态;当m+n=p+q,由不同的起始态均转换为从正反应开始的起始态,若反应物的浓度比完全相同,达到平衡时,则为同一平衡状态。三、勒沙特列原理的应用【讨论引导】什么是勒沙特列原理,在化学平衡中的具体体现有哪些?回答(略)。【复习讨论】讨论题:在密闭容器中有可逆反应:nA(气)+mB(气) pC(气)Q处于平衡状态(已知n+ mp,Q0),则下列说法
9、正确的是 升温,B/C的比值变小降温时体系内混合气体平均分子量变小加入B,A的转化率增大加入催化剂,气体总的物质的量不变加压使容器体积减小,A或B的浓度一定降低若A的反应速率为vA,则B的反应速率为vAn/mA B C D【讨论引导】注意可逆反应的特点,改变条件后的平衡移动方向,以及题中涉及的化学量的概念。讨论:回答:此可逆反应的正反应是气体体积的缩小反应,是吸热反应。升高温度,使平衡向正反应方向移动,混合气体的总物质的量减小,平均分子量变大;B的浓度变小,C的浓度增大。增大压强,使容器的体积变小,各物质的浓度应增大,但由于平衡向正反应方向移动,反应物气体A、B的物质的量变小,生成物气体C的物
10、质的量增大。正确答案为B。【评价】讨论的结论正确。不仅应会判断平衡移动的方向也应会判断平衡移动后的结果。【过渡】对于其他平衡体系,如:电离平衡、水解平衡、溶解平衡等,勒沙特列原理是否适用呢?例题 一定温度下,一定量的水中,石灰乳悬浊液存在下列平衡:Ca(OH)2 Ca2+2OH-,当向悬浊夜中加入少量的生石灰时,下列说法正确的是 A溶液中Ca2+数目减少BCa2+浓度增大C溶液pH保持不变D溶液pH增大【讲解】难溶物在水中存在着溶解和沉淀的可逆过程,在一定条件下,当溶解的速率等于沉淀的速率,就达到了平衡状态,称为溶解平衡。同化学平衡一样,改变条件,平衡被破坏而发生移动。应用勒沙特列原理来分析例
11、题中的问题。【提问】在一定条件下,石灰乳悬浊液存在着平衡状态,那么对于溶液而言,是否处于饱和状态?加入生石灰会发生什么反应?对溶解平衡有什么影响?倾听。思考并议论。回答:是饱和状态。生石灰与溶剂水反应,虽然由于溶剂的减少,平衡会发生移动,但温度不变,Ca(OH)2的溶解度不变,所以溶液的浓度不变,只是溶质和溶剂的量改变。A、C正确。【评价】回答正确。【结论】凡是存在可逆过程的变化,均会在一定条件下建立平衡状态,均可应用勒沙特列原理来分析解决平衡移动问题,但不能脱离该问题所涉及的概念。四、化学平衡的有关计算【引入】在复习化学平衡的计算时,除了常规的计算方法,还应具备一些常用的数学思想,以及常用的
12、解题方法。倾听。1极值思想例题:在一定条件下,将物质的量相同的NO和O2混合,发生如下反应:2NO+O2 2NO2,2NO2 N2O4,所得混合气体中NO2的体积分数为40,则混合气体的平均分子量是 A49.6B41.3C62D31【分析】首先确定混合气体的组成,用常规方法解题。【引导】由于第二个反应是可逆反应,故可以采用化学计算中常用的方法极端假设法。【启示】极端假设法常用在混合物的组成的计算中,同样也可以应用在可逆反应的有关计算中。解题:混合气体是由O2、NO2、N2O4组成的。(解题过程略)思考:回答:假设混合气体只是由1molO2和2mol NO2组成的,其平均分子量为41.3;假设混
13、合气体只是由1molO2和1 molN2O4组成的,其平均分子量为62。但实际上混合气体是由O2、NO2、N2O4组成的,所以平均分子量应在二者之间。A正确。2代换思维例题:在一真空的一定体积的密闭容器中盛有1molPCl5,加热到200时发生如下反应:PCl5(气) PCl3(气)+Cl2(气),反应达平衡时,PCl5所占体积分数为M。若在同一温度和容器中,最初投入的PCl5是2 mol,反应达平衡时,PCl5所占体积分数为N,则M和N的正确关系是 AMN BMN CM=N D无法比较【分析】在同一容器中投入不同量的反应物,即反应物的浓度不同,因此,我们可以把两个独立的平衡体系看成是在第一个
14、平衡体系的基础上的平衡移动问题。所以思考时应注意浓度的改变对平衡的影响;平衡混合气体的总体积数也在改变。思考:提问:平衡移动时PCl5减少的量与投入的PCl5增加的量,哪一个大?思考讨论:回答:在同一容器中投入2molPCl5可相当于容器的体积减小一半,相当于对第一个平衡体系增大压强,使平衡向左移动,PCl5的量增大,B正确。【引导】为了回避这样的问题,我们可以进行思维代换,把浓度的改变代换为体积的改变,然后再代换为压强的改变。【启示】当需要比较两个相同的可逆反应的不同平衡状态时,即可采用这样的代换思维方法:转换为平衡移动问题;3差量方法例题:在一定条件下,合成氨反应达到平衡,混合气中NH3的体积分数为25,若反应条件不变,则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值是 A1/5 B1/4C1/3 D1/2【分析】根据平衡时混合气中NH3的体积分数为25,可按常规计算方