苏教版高二化学《化学反应的方向和限度》导学案 省赛获奖

导学案：第二单元化学反应的方向和限度第2时第2课时课前预习问题导入1.工业合成氨的反应是一个可逆反应。当在一定条件下将N2与H2混合反应时，反应进行到一定程度就达到了平衡状态，这一平衡体系的特点是什么？如果我们给它足够的时间是否能反应彻底呢？答案:平衡体系中，v（正）=v（逆），各种反应物的浓度不再发生变化，是一动态平衡，时间足够也不可能反应彻底。2.同一个可逆反应，外界条件不同，反应进行的限度就不同，不同反应在相同外界条件下进行的程度也不同。化学上如何来衡量一个化学反应进行的限度大小呢？答案:化学上用化学平衡常数来衡量一个化学反应进行的限度大小，对于可逆反应aA+bBcC+dD。K=基础知识1.在同一条件下既能发生________________又能发生________________，这类反应属于可逆反应。答案:反应物转变为生成物的正向反应生成物转变为反应物的逆向反应2.当可逆反应达到平衡状态时，正反应速率_________逆反应速率，但是正、逆反应都______________，当外界条件不变时，反应物和生成物的浓度_____________。答案:等于没有停止不再随时间变化3.人们对一些化学平衡体系的数据进行分析，发现了类似的关系。对于化学反应：aA+bBcC+dD，K=________________在温度一定时，K为常数，称为化学平衡常数（chemicalequilibriumconstant），简称______________上式称为该反应的__________________。平衡常数的______________反映了化学反应可能进行的_________，即反应限度；平衡常数的数值越大，说明反应可以进行得越_________。答案:平衡常数化学平衡常数大小程度完全4.平衡常数表达式与__________________的书写方式有关。对于同一化学反应，由于书写方式不同，各反应物、生成物的______________不同，平衡常数的______________就不同。对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为___________________。由于一个化学反应的某一浓度平衡常数或压强平衡常数表达式与该反应化学方程式的一种____________相对应，因此不能笼统地说某一反应的平衡常数的数值是多少。答案:化学方程式化学计量数表达式倒数反应条件5.除了化学平衡常数外，还可以运用__________________表示一定温度下某反应的限度，可逆反应在一定条件下达到平衡时，某一反应物的平衡转化率可表示为α=_______________。平衡转化率×100%课堂互动三点剖析重点1化学平衡常数1.化学平衡常数可以定量描述化学反应的限度，符号为K对于反应：aA+bBcC+dDKc=当A、B、C、D均为气体，也可表示为Kp=平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度；平衡常数的数值越大，说明反应进行得越完全。2.平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关。对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数。3.借助平衡常数，可以判别一个化学反应是否达到化学平衡状态。对于反应aA+bBcC+dD的任意状态，浓度商Qc=,若QC=KC,反应达到平衡状态。【例1】在某温度下，将H2和I2各mol的气态混合物充入10L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c(H2)=0mol·L-1。（1）求该反应的平衡常数。（2）在上述温度下，该容器中若通入H2和I2蒸气各mol，试求达到化学平衡状态时各物质的浓度。解析：此类题目的解答一般采用列三行，填对空的方式弄清各物质的物理量之间的关系，然后根据已知求解。（1）根据题意知：H2(g)+I2(g)2HI(g)起始时的物质的量浓度/mol·L-10转化了的物质的量浓度/mol·L-1000平衡时的物质的量浓度/mol·L-1000K==(2)设转化了的H2的物质的量浓度为x。依据题意知H2(g)+I2(g)2HI(g)c起始/mol·L-10c转化/mol·L-1xx2xc平衡/mol·L-12x由于温度不变，K不变，则有K==解得x=0mol·L-1平衡时c(H2)=c(I2)=mol·L-1，c(HI)=0mol·L-1。答案：（1）该反应的平衡常数为。（2）达到平衡状态时，c(H2)=c(I2)=mol·L-1，c(HI)=0mol·L-1。重点2平衡转化率对于化学反应：aA+bBcC+dD反应物A的平衡转化率可以表示为α(A)=×100%对于一个反应，在温度一定时，只有一个平衡常数，但不同反应物的平衡转化率可能不同，常用α表示反应限度。【例2】在密闭容器中，将molCO与10molH2O混合加热到800℃,达到平衡：CO（g）+H2O(g)CO2(g)+H2(g),且K=。求CO转化为CO2的转化率。解析：设CO转化CO2的转化率为α。CO（g）+H2O(g)CO2(g)+H2(g)初始状态/mol1000已转化/molαααα平衡状态/mol(1-α)αααK==1。答案：α=%难点化学平衡状态的标志（1）逆：研究对象必须是可逆反应（2）等：正反应速率等于逆反应速率（3）动：动态平衡，v（正）=v（逆）≠0（4）定：反应混合物中各组分的浓度保持不变（5）变：化学平衡状态是有条件的、暂时的，改变条件，平衡会发生移动【例3】在一定温度下，反应A2（g）+B2(g)2AB(g)达到平衡状态的标志是（）A.单位时间内生成nmolA2的同时生成nmolABB.容器内的总压强不随时间变化C.单位时间内生成2nmolAB的同时生成nmolB2D.单位时间内生成nmolA2的同时生成nmolB2E.容器内A2、B2、AB的物质的量之比是1∶1∶2时的状态F.容器中c（A2）=c（B2）=c（AB）时的状态解析：化学平衡状态的根本标志是v(正)=v(逆)，或平衡混合物中各组分的浓度或质量分数、体积分数等保持不变。只要具备上述两点之一，便一定是平衡状态；否则，不能确定为平衡状态。A项，根据化学方程式中的化学计量数之比，可知生成nmolAB必消耗molA2，即单位时间内生成molA2的同时生成nmolAB,显然反应未达到平衡状态。B项，是从压强方面来叙述的。由于此反应是反应前后气体分子数不变的反应，达到平衡或未达到平衡时压强都不随时间变化，因此不能用压强来说明反应是否达到平衡状态。C项，由题意可知当单位时间内生成2nmolAB时，也就消耗了nmolA2和nmolB2，这样同一时刻相同体积的容器中消耗的A2和生成的A2都是nmol，说明反应处于平衡状态。D项，只知道单位时间生成nmolA2和nmolB2，却不知道同时消耗多少A2和多少B2，故无法确定反应是否达到平衡。E、F两项是以混合物成分的含量来叙述的。由于达到化学平衡状态时，反应混合物中各物质的浓度保持不变，并不是相等，也不是它们的分子数之比一定等于其化学方程式中各物质的化学计量数之比，所以E、F两项不符合题意。答案：C各个击破类题演练1在一定条件下，二氧化硫和氧气发生如下反应：2SO2（g）+O2(g)2SO3(g)ΔH＜0(1)写出该反应的化学平衡常数表达式K=__________________________________________。（2）降低温度，该反应K值___________，二氧化硫转化率___________，化学反应速率___________。（以上均填“增大”“减小”或“不变”）。（3）600℃时，在一密闭容器中，将二氧化硫和氧气混合，反应过程中SO2、O2、SO3物质的量变化如下图，反应处于平衡状态的时间是___________。（4）据图判断，反应进行至20min时，曲线发生变化的原因是___________（用文字表达）；10min到15min的曲线变化的原因可能是____________（填写编号）。a.加了催化剂b.缩小容器体积c.降低温度d.增加SO3的物质的量解析：题给反应的化学方程式告诉我们，这是一个体积缩小的放热反应，其系数（化学计量数）构成了平衡常数表达式中反应物和产物平衡浓度的幂次方。因为反应放热，故升高温度对提高产物SO3平衡浓度是不利的，但对提高反应速率是有利的。运用表格数据、图形曲线来讨论反应的平衡和速率问题近几年出现较多，所以学会看图、用图、分析数据得出结论至关重要。图中出现水平线段，表示平衡已到达；若曲线变化比较陡峭；就该考虑有催化剂加入的可能性或突然增加了原料的量。答案：（1）（2）增大增大减小（3）15—20min和25—30min（4）增加了O2的物质的量bc变式训练1一定温度下的密闭容器中存在如下反应：2SO2+O22SO3（g）,知c始（SO2）=mol·L-1，c始=1mol·L-1,经测定该反应在该温度下的平衡常数K≈19,试判断：（1）当SO2转化率为50%时，该反应是否达到平衡状态？若未达到，向哪个方向进行？（2）达平衡状态时，SO2的转化率应为多少？解析：（1）2SO2+O22SO3开始/mol·L-110转化/mol·L-1转化后/mol·L-1此时=＜19。可知当SO2转化率为50%时，反应未达平衡状态，反应向正反应方向进行。（2）设达平衡时，SO2转化的物质的量为x，则O2转化，生成SO3为x。所以K=≈19，x=mol·L-1，所以SO2的转化率为×100%=80%。答案：（1）反应Qc＜K,反应未达到平衡，向正向进行。（2）80%类题演练2在密闭容器中，将mol·L-1CO和mol·L-1H2O(g)混合加热到773K时，达到下列平衡CO（g）+H2O（g）CO2(g)+H2(g),K=9,求CO的转化率。解析：设转化的CO的浓度x，由题意知CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）起始浓度/mol·L-100转化浓度/mol·L-1xxxx平衡浓度/mol·L-1xx则K==9,解得x=,故转化率α（CO）=×100%=75%。答案：75%变式训练2把6molA气体和5molB气体混合放入4L密闭容器中，在一定条件下发生反应：3A（g）+B(g)2C(g)+xD(g),经5min达到平衡，此时生成C为2mol，测定D的平均反应速率为mol·L-1·min-1。下列说法中错误的是（）=2的转化率为20%C.平均时A的浓度为mol·L-1D.恒温达平衡时容器内压强为开始时的85%解析：本题是一道有关化学平衡的基础计算题，解题的关键是弄清各量的含义。因n（D）=v（D）·V·t=mol·L-1·min-1×4L×5min=2moln（C）∶n（D）=2mol∶2mol=1∶1，所以x=23A（g）+B（g）2C（g）+2D（g）起始量（mol）6500变化量（mol）3122平衡量（mol）3422B的转化率为：×100%=×100%=20%平衡时A的浓度：=mol·L-1=1所以P平=P始答案：CD类题演练3可逆反应N2+3H22NH3的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是（）正（N2）=v正（H2）正（N2）=v逆（NH3）正（H2）=3v逆（NH3）正（N2）=3v逆（H2）解析：可逆反应的化学平衡状态的主要特征之一是v（正）=v（逆），而A中的v正（N2）和v正（H2）都是代表正反应，所以3v正（N2）=v正（H2）并未反映出v正=v逆的关系，即A项不正确。在N2与H2合成NH3的反应里，v（N2）∶v（H2）∶v（NH3）=1∶3∶2，在B、C、D三项中，只有C项符合此关系，即C项正确。答案：C变式训练3将2molSO2和1molO2充入一容积固定的密闭容器中，在一定条件下发生反应：2SO2（g）+O2(g)2SO3(g),下列哪些量不再变化时，并不能说明化学反应已达平衡状态（）A.混合气体的密度B.混合气体的压强C.混合气体的总物质的量D.混合气体的平均相对分子质量解析：ρ=、m、V都是定值，反应进行的任意时刻，ρ都为定值。答案：A变式训练4在一定的温度下，可逆反应A(g)+3B(g)2C(g)达到平衡的标志是（）生成速率与C分解速率相等、B、C的浓度不再变化C.单位时间生成nmolA,同时生成3nmolB、B、C的分子数之比为1∶3∶2解析：根据平衡的定义进行分析，A、C选项都说明同一方向的反应速率，无法解释平衡状态，而D选项只说明变化的A、B、C分子数之比为1∶3∶2，也不能说明平衡状态。故B选项正确。答案：B课后集训基础达标1.改变反应条件使化学平衡向正反应方向移动时，下列变化中正确的是（）A.生成物浓度一定增大B.生成物的物质的量分数一定增大C.反应物的转化率一定提高D.某生成物的产率可能提高解析：如增大体积平衡向正方向移动，则生成物浓度减小，选项A错；如加入反应物平衡向正方向移动，生成物的质量分数不一定增大，转化率有增大、有减小，故选项B、C错；不论取什么措施，生成物产率有可能提高，故选项D正确。答案：D2.如图所示，φ(X)为气态反应物在平衡混合物中的体积分数，T为温度。符合该曲线的反应是（）(g)N2(g)+3H2(g)(正反应为吸热反应)(g)+I2(g)2HI(g)(正反应为放热反应)(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)(正反应为放热反应)（g）+O2(g)2SO3(正反应为放热反应)解析：随温度升高φ（X）含量减小，则正反应一定是吸热反应，随压强增大φ（X）含量升高，则正方向一定是体积增大的方向即ΔV（g）＞0，故选项A正确。答案：A3.在密闭容器中，进行反应X（g）+3Y(g)2Z(g)，达到平衡后，其他条件不变，只增加X的量，下列叙述中不正确的是（）A.正反应速率增大，逆反应速率减小的转化率变大的转化率变大D.正、逆反应速率都增大解析：对于反应X（g）+3Y（g）2Z（g）达到平衡只增加X，则平衡向右移动，正反应速率增大，逆反应速率也随之逐渐增大，Y转化率增大，X的转化率却减小，故选C。答案：C4.可逆反应3H2（g）+N2(g)2NH3(g)ΔH＜0,达到平衡后，为了使H2的转化率增大，下列选项中采用的三种方法都正确的是（）A.升高温度，降低压强，增加氮气B.降低温度，增大压强，加入催化剂C.升高温度，增大压强，增加氮气D.降低温度，增大压强，分离出部分氨解析：由于ΔH＜0，降低温度平衡向正方向移动，故A、C错误；催化剂对化学平衡无影响，故B错误；增大压强和分离出部分氨，都能增大H2的转化率，故选D。答案：D5.在3NO2+H2O2HNO3+NOΔH＜0反应达到平衡后，改变下列条件，可使HNO3浓度增大的是（）A.升温B.减压C.加水D.通入O2解析：要使c（HNO3）增大，即使平衡向右移动，升温、减压，平衡向左移动，加水平衡向右移动，但c（HNO3）降低；通入O2，使2NO+O2====2NO2，减小了c（NO），增加了c（NO2），平衡向右移动，故选D。答案：D6.如图所示，反应X（g）+3Y(g)2Z(g),正反应为放热反应，在不同温度、不同压强（p1＞p2）下，达到平衡时，混合气体中Z的体积分数中φ(Z)随温度变化的曲线应为（）解析：升高温度平衡向吸热的逆方向移动，Z的体积分数减少，增大压强平衡向气体物质的量减小的正方向移动，Z的体积分数增大，故选C。答案：C7.可逆反应mA(s)+nB(g)eC(g)+fD(g)反应过程中，当其他条件不变时，C的质量分数φ(C)的不同温度（T）和不同压强（p）的条件下随时间（t）的变化关系如图所示。则下列叙述正确的是（）A.当平衡后，若温度升高化学平衡向逆反应方向移动B.达到平衡后，增加A的质量有利于化学平衡向正反应方向移动C.化学方程式中，m+n＜e+fD.达到平衡后，若使用催化剂C的质量分数将增大解析：由图（1）知，升高温度，φ（C）减小，则平衡向逆向移动，故选项A正确；达平衡后增加A的量，因A为固体，对平衡无影响，选项B错；增大压强φ（C）减小，则逆向移动n＜e+f，选项C错误，催化剂对化学平衡无影响，故选项D错。答案：A综合运用8.对于可逆反应：2AB3（g）A2(g)+3B2(g)(正反应为吸热反应)，下列图象正确的是（）解析：升高温度v(正)、v(逆)均增大，故选项A错；升温化学平衡向正方向移动，AB3%减小，故选项B正确；加压平衡向逆方向移动，AB3%增加，故选项C错；由温度和压强推知选项D正确。答案：BD9.某温度下，在一容积可变的容器中，反应2A（g）+B(g)2C(g)达到平衡时，A、B和C的物质的量分别为4mol、2mol和4mol。保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整，可使平衡右移的是（）A.均减半B.均加倍C.均增加1molD.均减少1mol解析：在可变容器中加入4molA、2molB、4molC，达平衡后，再通入1molA、molB、1molC与上述平衡等效，再通入molB，则平衡向右移动，故C正确。答案：C10.往一真空密闭容器中通入一定量的气体A，在一定温度下发生反应：2A（g）B(g)+xC(g),反应达平衡时，测得容器内压强增大了p%,若此时A的转化率为a%，下列关系正确的是（）①若x=1,则p=a②若x=2,则p＜a③若x=3，则p=a④若x=4,则p≥aA.②③B.①④C.②③④D.②④解析：由于反应压强增大因而x＞1，故①不正确。2A（g）B（g）+xC（g）起始m00变化量m·a%m·a%m·a%平衡m（1-a%）ma%m·a%则则x=当x=2时a=2p即a＞p当x=3时a=p当x=4时a=即a＜p答案：A11.如下图所示，向A中充入1molX和1molY，向B中充入2molX和2molY，起始时，V（A）=V（B）=aL。在相同温度和有催化剂存在的条件下，两容器中各自发生下述反应：X+Y2Z+WΔH＜0(X、Y、Z、W均为气体)，达到平衡时，V（A）=。试回答：（1）A中X的转化率α(A)=_______________。（2）A、B中X转化率的关系：α(A)_____________α(B)(填“＞”“=”或“＜”)。（3）打开K，一段时间又达平衡时，A的体积为____________L（连通管中气体体积不计）。（4）在（3）达平衡后，同时等幅升高A、B的温度，达新平衡后A的体积__________（填“变大”“不变”或“变小”），其理由是________________________________________________。解析：X+Y2Z+W起始：1mol1mol00变化量：xmolxmol2xmolxmol平衡：（1-x）mol（1-x）mol2xmolxmol，则x=molx转化率是×100%=40%。（2）B中各为2mol，则B中压强大因而转化率小。（3）打开后，通入的气体X、Y各为3mol，则A、B合体积为3.6a，则A为2.6a。答案：（1）40%(2)＞（3）2.6a(4)变大升高温度化学平衡向逆方向移动，但温度升高时，气体体积变大，平衡向正方向移动；且压强不变时，气体体积与温度成正比，为线性关系，是体积变化的主要原因12.在一定条件下，可逆反应A2（g）+B2(g)2C(g)达到平衡时，各物质的平衡浓度分别为c(A2)=mol·L-1,c(B2)=mol·L-1,c(C)=mol·L-1。若用a、b、c分别表示A2、B2、C的初始浓度（mol·L-1）,则：（1）a、b应满足的关系是___________________。（2）a的取值范围是___________________。解析：（1）设转化过程中A2（g）转化浓度为xmol·L-1，B2（g）的转化浓度也为xmol·L-1。平衡时：a-x=,b-x=。所以，a=b+。（2）①若A2、B2为起始物，生成mol·L-1C需mol·L-1，A2的起始浓度为mol·L-1+mol·L-1=mol·L-1。②若mol·L-1B2全部反应生成C，则A2的起始浓度为mol·mol·L-1=mol·L-1，故a的取值范围为＜a＜答案：(1)a=b+(2)＜a＜13.在一定条件下，反应2A（g）+B(g)4C(g)达到平衡，讨论：（1）若A、B的起始浓度分别为2mol·L-1和1mol·L-1,平衡时A、B、C的浓度取值范围分别是___________________；若A、C的起始浓度分别为2mol·L-1、2mol·L-1,平衡时A、B、C的浓度取值范围分别是：____________________________。（2）若平衡时A、B、C的浓度分别为amol·L-1，dmol·L-1和amol·L-1。起始时A、B、C的浓度分别是___________________。改变条件达到新平衡时，使B的浓度变化范围为mol·L-1—mol·L-1，则应满足的条件是___________________。解析：讨论反应物取值范围，由于忽略了已知两种以上反应物的量，必须讨论过量问题，往往出现误解。当A、C的起始浓度分别为2mol·L-1、2mol·L-1时，由于B的起始浓度为0mol·L-1，为不足量，因此起始2mol·L-1的A不可能反应转化，因此C的变化范围也只能是0—2mol·L-1。平衡时A、B、C的浓度分别为amol·L-1、dmol·L-1、amol·L-1，其反应可能从正反应开始；也可能从逆反应开始。但从逆反应开始时，由于仅有反应C物质不能得到平衡时的A、B、C的浓度，所以要配