人教版高中化学选修4课堂学案第二章第三节第3课时影响化学平衡移动的因素(二)
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互动课堂疏导引导知识点1:外界条件对化学平衡的影响1.化学平衡移动概念的探究概括化学平衡状态特点的4个字中的“变”字,其含义是,如果一个可逆反应达到平衡状态以后,反应条件(如浓度、压强、温度等)改变了,平衡混合物里各组分物质的质量分数也就随着改变而达到新的平衡状态。
这种由原平衡状态向新平衡状态的变化过程,就是化学平衡的移动。
以上过程可归纳如下:某条件下的化学平衡条件改变平衡破坏一定时间后新条件下的新化学平衡(1)化学平衡之所以发生移动,本质原因是化学平衡为动态平衡,即v(正)=v(逆)>0。
(2)要破坏旧的化学平衡,就必须采取可行的措施改变旧的v(正)=v(逆)关系。
能影响化学反应速率、改变v(正)=v(逆)关系的主要外因有:温度、物质的量浓度和气体压强。
要重建新的化学平衡状态,就要使可逆反应在新的确定的影响化学反应速率的条件之下,形成新的v(正)=v(逆)关系。
(3)化学平衡移动的标志①从反应速率来看,如有v(正)=v(逆)到v(正)≠v(逆)的过程,说明化学平衡发生了移动。
②从混合物组成来看,各组分的含量从保持一定状态到条件改变时含量发生变化,最后在新条件下保持新的一定状态,即表明化学平衡发生了移动。
(4)化学平衡移动的方向①若外界条件改变,引起v(正)>v(逆),此时正反应占优势,化学平衡向正反应方向(右)移动。
②若外界条件改变,引起v(正)<v(逆),此时逆反应占优势,化学平衡向逆反应方向(左)移动。
③若外界条件改变,引起v(正)和v(逆)都发生变化,如果v(正)和v(逆)仍保持相等,化学平衡就没有发生移动。
2.浓度对化学平衡的影响通过下列实验分析:(1)将0.01 mol·L-1 FeCl3溶液与0.03 mol·L-1 KSCN溶液等体积混合,观察溶液的颜色;然后,再向其中加入少量的KSCN固体,观察溶液颜色的变化。
(2)将0.01 mol·L-1 FeCl3溶液与0.03 mol·L-1 KSCN溶液等体积混合,观察溶液的颜色;然FeCl3+3KSCN Fe(SCN)3+3KClFe3++3SCN-Fe(SCN)3温度一定时,反应的平衡常数是一个定值。
第三节化学平衡(第2课时)
—外界条件对化学平衡的影响
教学设计
第三节化学平衡(第2课时)
——外界条件对化学平衡的影响
【教学目标】
知识与技能
通过实验探究浓度、温度、压强对化学平衡的影响;让学生掌握平衡移动原理(勒夏特列原理)并能运用其解决平衡问题。
过程与方法
通过实验探究浓度、温度对化学平衡的影响;培养学生利用实验探究、分析,解决问题的能力。
情感态度与价值观
培养学生透过现象看本质的科学态度与科学素养。
【教学重点】
浓度、温度、压强对化学平衡的影响。
【教学难点】
平衡移动的原理分析及应用
【教学方法】
实验探究法、讨论法、归纳法
【教学流程】
【板书设计】
二、外界条件对化学平衡的影响
1、浓度变化对化学平衡的影响
2、温度变化对化学平衡的影响平衡移动的原理
3、压强对化学平衡的影响。
化学平衡一、可逆反应可逆反应:在相同条件下,同时向正、逆两个方向进行的化学反应。
反应不能进行到底,反应体系中反应物与生成物同时存在。
可逆反应中反应物的转化率小于100%。
二、化学反应的限度——化学平衡1.平衡状态:在一定条件下的可逆反应中,正反应速率和逆反应速率相等,反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
2.建立过程在一定条件下,把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。
反应过程如下:以上过程可用如图表示:3.平衡特点三、化学平衡的移动 1.影响化学平衡的因素若其他条件不变,改变下列条件对平衡的影响如下: 改变的条件(其他条件不变)化学平衡移动的方向 浓度增大反应物浓度或减小生成物浓度正反应方向减小反应物浓度或增大生成物浓度逆反应方向压强(对 有气体参加的反应)反应前后气 体体积改变 增大压强 气体总体积减小的方向 减小压强气体总体积增大的方向 反应前后气体体积不变 改变压强平衡不移动温度升高温度吸热方向降低温度放热方向 2.图示表示v 正>v 逆v 正=v 逆v 正≠v 逆v ′正=v ′逆3.勒夏特列原理如果改变影响化学平衡的条件(浓度、压强、温度等)之一,平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
1.(RJ必修2·P51改编)下列反应中不属于可逆反应的是( )A.Cl2溶于水B.NH3溶于水C.SO2溶于水D.电解水生成H2和O2,点燃H2和O2的混合物生成水【解析】选D。
A项Cl 2溶于水是可逆反应,Cl2+H2O HCl+HClO;B项NH3溶于水也是可逆反应,NH 3+H2O NH3·H2O N+OH-;C项SO2溶于水是可逆反应,SO2+H2O H2SO3HS+H+;D项电解水和点燃H2和O2生成水的反应,两者不是同时进行的,也不是在相同条件下进行的反应,不是可逆反应。
2.(RJ选修4·P32改编)下列关于化学反应限度的说法中正确的是( )A.一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度B.当一个可逆反应达到平衡状态时,正反应速率和逆反应速率相等都等于0C.平衡状态是一种静止的状态,因为反应物和生成物的浓度已经不再改变D.化学反应的限度不可以通过改变条件而改变【解析】选A。
第2课时 影响化学平衡移动的因素1.明确化学平衡移动的概念,会根据反应速率变化判断化学平衡的移动方向。
2.理解外界条件(浓度、温度、压强等)对化学平衡的影响。
3.了解催化剂在生活、生产和科学领域中的重要作用。
化学平衡的移动 浓度、压强对化学平衡的影响一、化学平衡的移动 1.定义在一定条件下,可逆反应达到化学平衡状态,如果改变影响平衡的条件(如浓度、温度、气体反应的压强等),化学平衡状态被破坏,直至正、逆反应速率再次相等,在新的条件下达到新的化学平衡状态。
这种现象叫做平衡状态的移动,简称平衡移动。
2.图示表示v (正)>v (逆)――→正向反应一定时间v (正)=v (逆)――→改变条件v (正)≠v (逆)――→一定时间v ′(正)=v ′(逆)二、浓度对化学平衡的影响 1.实验探究探究1 依据K 2Cr 2O 7溶液中存在的平衡:Cr 2O 2-7(橙色)+H 2O 2CrO 2-4(黄色)+2H +,完成实验。
3对可逆反应Fe 3++3SCN-Fe(SCN)3,分别增大c (Fe 3+)和c (SCN -)后,Fe(SCN)3的浓度均增大,即化学平衡均向正反应方向移动; 滴加NaOH 溶液,由于3OH -+Fe 3+===Fe(OH)3↓,减小了Fe 3+的浓度,Fe(SCN)3的浓度也减小了,即化学平衡向逆反应方向移动(1)其他条件不变时,增大反应物浓度或减小生成物浓度,平衡向正反应方向移动。
(2)其他条件不变时,增大生成物浓度或减小反应物浓度,平衡向逆反应方向移动。
三、压强对化学平衡(有气体参与的反应)的影响 1.2.对于反应前后气体分子数不变的反应[如H 2(g)+I 2(g)2HI(g)],改变压强,化学平衡不发生移动。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)平衡移动的原因是v (正)≠v (逆)。
( )(2)若外界条件改变引起平衡中v (正)>v (逆),则平衡正向移动。
第三节化学平衡
一、教材分析
化学平衡属于化学热力学范畴。
随着化学知识的不断积累和对实验现象的深入观察,自然会产生是不是所有的化学反应都能进行的完全(达到反应限度)这样的疑问。
本节课在学完了反应速率的影响因素的基础上,针对可逆反应分析化学反应限度,当化学反应的正反应速率和逆反应速率相等时,反应就达到该条件下的最大限度,即达到了化学平衡状态。
可逆反应是绝对的,化学平衡观点的建立可以更好的理解化学反应特点,所以化学平衡的概念是本节的重点,同时平衡状态的特征对影响平衡的因素的学习起到了非常重要的储备作用。
化学平衡状态的特征及判断是本节的重点也是难点。
二、教学设计思路
教学中本着温故知新的原则,从蔗糖溶解为例指出溶解的速率与结晶的速率相等时,处于溶解平衡状态,再以可逆反应为例说明正反应速率和逆反应速率相等时,就处于化学平衡状态。
通过对溶解平衡的理解和迁移帮助学生理解化学平衡状态的特征及判断依据。
这样采用探究式教学层层引导并通过图画等多媒体手段帮助学生联想和理解从而突破本节的难点,并为下节的影响平衡的因素做好铺垫。
浓度都对化学平衡有影响,
讨论、分析:前面学习过催化剂对正反应速率和逆反应速
率却是同样倍数的提高和降低。
结论:使用催化剂不影响化学平衡的移动。
反应类型条件改
变
改变条
瞬间
v正v
对任意加入催增大增大
板书设计
第二章化学反应速率和化学平衡。
第3课时 影响化学平衡移动的因素(二) 温度、催化剂对化学平衡移动的影响[目标导航]1.通过温度对可逆反应速率的影响,理解并掌握温度影响化学平衡移动的规律。
2.了解催化剂影响化学反应速率的实质,并进一步探讨对化学平衡的影响,从而了解催化剂在化工生产中的应用。
3.根据外界条件对化学平衡的影响,归纳勒夏特列原理。
一、温度对化学平衡移动的影响 1.温度对化学平衡影响的实验探究2NO 2(g)N 2O 4(g)ΔH =-56.9kJ·mol -12.温度对化学平衡移动的影响规律【合作探究】1.升高温度,平衡向吸热反应方向移动,是因为升高温度,吸热反应的反应速率增大,放热反应的反应速率减小,这种说法对吗? 答案不对。
对于同一化学反应,升高温度,使v (吸)和v (放)都增大,但吸热反应速率增大的程度更大,即v (吸)>v (放),所以平衡向吸热反应方向移动;反之,降低温度,v (吸)和v (放)都减小,但吸热反应速率减小的程度更大,即v(吸)<v(放),平衡向放热反应方向移动。
2.温度变化,任何一个化学平衡都会发生移动吗?为什么?答案发生移动,因为任何化学反应都伴随能量的变化(放热或吸热),所以任意可逆反应的化学平衡状态,都会受温度影响而发生移动。
3.以正反应放热的反应为例,画出升温、降温时速率变化图像。
答案二、催化剂对化学平衡的影响1.加入催化剂可以大大地加快化学反应速率,是因为它可以降低反应的活化能,从而提高活化分子百分数,从而增大反应速率,但是由于催化剂能够同等程度地改变正、逆反应速率,因此它对化学平衡移动无影响。
2.催化剂不能改变达到化学平衡状态时的反应混合物中的组成含量,但是使用催化剂能改变反应达到平衡所需的时间。
【合作探究】1.对于平衡a A(g)+b B(g)c C(g)+d D(g)ΔH<0试画出使用催化剂的速率随时间的变化曲线。
答案2.对于化学平衡体系I2(g)+H2(g)2HI(g)ΔH<0,试根据下图判断由曲线m变为曲线n 改变的条件可能是______________________________________________________________。
答案使用催化剂或缩小容器体积三、勒夏特列原理 1.原理如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度),则平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
2.注意事项(1)研究对象一定是处于平衡状态的可逆反应。
(2)勒夏特列原理只适用于判断“改变影响平衡的一个条件”时的平衡移动方向。
(3)平衡移动的结果只能是“减弱”外界条件的改变,但不能完全“消除”这种改变。
【合作探究】1.一密闭容器中建立N 2+3H 22NH 3ΔH <0的平衡体系,此时,N 2的浓度为c (N 2),体系的温度为T 1,压强为p 1,按要求回答下列问题:(1)保持温度、体积不变,通入N 2,使N 2的浓度变为2c (N 2),平衡向________方向移动,重新平衡后,N 2的浓度为________________。
(2)保持温度不变,压缩体积变为原来的12,使压强变为2p 1,平衡向________方向移动,重新平衡后体系的压强变为______________。
(3)保持体积不变,升高体系的温度至2T 1,平衡向________方向移动,重新平衡后,体系的温度变为____________。
答案(1)正反应c (N 2)<c ′(N 2)<2c (N 2) (2)正反应p 1<p ′<2p 1 (3)逆反应T 1<T ′<2T 12.分别画出1题中条件改变时N 2浓度、体系压强、温度的变化曲线。
答案一、速率变化与改变条件的综合分析 【例1】如图所示是表示反应N2(g)+3H 2(g)2NH 3(g)ΔH <0在某一时间段内反应速率与反应过程的曲线关系图。
(1)氨的质量分数最高的一段时间是________(填字母)。
A.t0~t1B.t2~t3C.t3~t4D.t5~t6(2)t1、t3、t4改变的条件分别是t1________________;t3________________;t4________________。
解析(1)化学平衡都是向左移动,所以最初时的NH3的质量分数最高。
(2)t1时,v正、v逆均增大且v逆>v正,改变的条件是升温;t3时,v正、v逆均增大,且v正=v逆,改变的条件是使用催化剂;t4时,v正、v逆均减小且v逆>v正,改变的条件是减小压强。
答案(1)A(2)升高温度使用催化剂减小压强【思维模型】变式训练1一定温度下,在2L的密闭容器中发生如下反应:A(s)+2B(g)2C(g)ΔH<0,反应过程中B、C的物质的量随时间变化的关系如图1;反应达到平衡后在t1、t2、t3、t4时分别都只改变了一种条件,逆反应速率随时间变化的关系如图2。
下列有关说法正确的是()A .反应开始2min 内,v (B)=0.1mol·L -1·min -1B .t 1时改变的条件可能是升高温度C .t 3时改变的条件可能是加压,此时c (B)不变D .t 4时可能是使用了催化剂,此时c (B)不变 答案D解析A 项,v (B)=(0.3-0.1)mol 2L·2min =0.05mol·L -1·min -1;B 项,升温,逆反应速率应比原平衡大;C 项,t 3时反应速率减小,平衡不移动,可能是减压。
二、勒夏特列原理在化工生产中的应用 【例2】(1)在合成氨工业生产中,通常通过以下途径来提高合成氨的产量或产率。
请分析采取这些措施的原因。
①在反应器中注入过量N 2②采用适当的催化剂③在高压下进行反应④在较高温度下进行反应 (2)已知2SO 2(g)+O 2(g)2SO 3(g)ΔH <0,其实验数据如下:则工业上生产硫酸的合成塔中应选择的适宜温度是________,适宜压强是________。
解析(1)根据合成氨的反应特点,从反应的限度来考虑,使用过量的N 2和高压可以使平衡向正反应方向移动,提高原料转化率、氨的产率;从反应的速率来考虑,采用催化剂和较高温度能保证反应较快地进行,且使催化剂的活性最佳。
(2)从方程式和表中数据可以看出,温度越高,SO 2的转化率越低;压强越大,SO 2的转化率越高。
但在1.01×105Pa 即常压条件下,SO 2已经有较高的转化率,并且考虑到成本、设备等方面的情况,故采用常压;450℃时反应虽然比550℃时反应慢一些,但其转化率很理想(且催化剂活性最佳),故选择450℃、1.01×105Pa 。
答案(1)①为了提高H 2的转化率,提高产率;②使反应具有较快的反应速率;③为了提高N 2和H 2的转化率,提高产率;④为了加快反应速率,且使催化剂(铁触媒)的活性最佳。
(2)450℃1.01×105Pa(常压) 【易错警示】1.平衡移动原理不仅能用于判断化学平衡的移动方向,也能用于判断溶解平衡等其他平衡移动的方向,可以说,平衡移动原理对所有的动态平衡都适用。
2.平衡移动原理能用来判断平衡移动的方向,但不能用来判断建立新平衡所需要的时间。
变式训练2随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视,如何降低大气中CO 2的含量及有效地开发利用CO 2,引起了各国的普遍关注,目前工业上有一种方法是用CO 2来生产燃料甲醇。
为探究反应原理,现进行如下实验:在体积为1L 的密闭容器中,充入1molCO 2和3molH 2,一定条件下发生反应: CO 2(g)+3H 2(g)CH 3OH(g)+H 2O(g)ΔH =-49.0kJ·mol -1测得CO 2和CH 3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。
(1)反应开始到平衡,H 2的平均反应速率v (H 2)=________mol·L -1·min -1。
(2)H 2的转化率为________。
(3)下列措施中能使n (CH 3OH)/n (CO 2)增大的是________(填字母)。
A .升高温度B .充入He(g),使体系压强增大C .将H 2O(g)从体系中分离D .使用催化剂E .缩小容器体积 答案(1)0.225(2)75%(3)CE 解析(1)v (H 2)=3v (CO 2)=3×(1.00-0.25)mol·L -110min =0.225mol·L -1·min -1。
(2)α(H 2)=3×0.75mol3mol×100%=75%。
(3)A项,升温,平衡左移,n(CH3OH)/n(CO2)减小;B项充入He(g),平衡不移动,n(CH3OH)/n(CO2)不变;C项,分离出H2O(g),平衡右移,n(CH3OH)/n(CO2)增大;D项,使用催化剂,平衡不移动,n(CH3OH)/n(CO2)不变;E项,缩小容器体积,平衡右移,n(CH3OH)/n(CO2)增大。
1.下列事实能用勒夏特列原理解释的是()A.加入催化剂有利于合成氨的反应B.压缩氢气与碘蒸气反应的平衡混合气体,颜色变深C.500℃时比室温更有利于合成氨的反应D.将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应答案D解析A、B两项,改变条件平衡均不移动,不能用勒夏特列原理解释;C项,根据勒夏特列原理,温度越低,NH3%越高,采取500℃,主要考虑催化剂的活性和反应速率问题;D项,将混合气体中的氨液化,相当于减小了生成物的浓度,平衡正向移动,有利于合成氨反应。
2.已知反应A 2(g)+2B2(g)2AB2(g)的ΔH<0,下列说法正确的是()A.升高温度,A2的转化率增大B.升高温度有利于反应速率增大,从而缩短达到平衡的时间C.达到平衡后,升高温度或增大压强都有利于该反应平衡正向移动D.达到平衡后,降低温度或减小压强都有利于该反应平衡正向移动答案B解析升高温度,化学平衡逆向移动,A2的转化率减小;增大压强,平衡正向移动。
3.在容积不变的密闭容器中,一定条件下发生反应:2AB(g)+2C(g),且达到平衡。
当升高温度时气体的密度增大,则下列叙述中正确的是() A.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小B.若正反应是放热反应,则A为气态C.物质A一定为非气态,且正反应是吸热反应D.若向容器中充入惰性气体,则平衡向右移动答案C解析升高温度,正、逆反应速率均增大,A错;升高温度,气体的密度增大,由于容器的容积不变,则容器内气体的质量一定增大,则平衡只能向正反应方向移动,且A一定为非气体,B错;由于升高温度,平衡向正反应方向移动,则正反应为吸热反应,C对;若向容器中充入惰性气体,虽然容器的压强增大,但各物质的浓度不变,平衡不移动,D错。