2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第2章化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡第2節(jié)第1課時化學(xué)平衡狀態(tài)化學(xué)平衡常數(shù)教案新人教版選擇性必修第一冊

PAGE8-第1課時化學(xué)平衡狀態(tài)化學(xué)平衡常數(shù)發(fā)展目標(biāo)體系構(gòu)建1.通過化學(xué)平衡狀態(tài)的建立過程，知道化學(xué)平衡是一種動態(tài)平衡，理解并會推斷化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)記。2.相識化學(xué)平衡常數(shù)是表征反應(yīng)限度的物理量，知道化學(xué)平衡常數(shù)的含義。3.了解濃度商和化學(xué)平衡常數(shù)的相對大小與反應(yīng)方向間的聯(lián)系。一、化學(xué)平衡狀態(tài)1．化學(xué)平衡狀態(tài)的概念在肯定條件下的可逆反應(yīng)體系中，當(dāng)正、逆反應(yīng)的速率相等時，反應(yīng)物和生成物的濃度均保持不變，這表明該反應(yīng)中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化達到了“限度”，這時的狀態(tài)稱為化學(xué)平衡狀態(tài)，簡稱化學(xué)平衡。2．化學(xué)平衡的特征化學(xué)平衡的特征可以概括為逆、等、動、定、變，即：(1)逆：探討的對象是可逆反應(yīng)。(2)等：化學(xué)平衡的條件是v正和v逆相等。(3)動：化學(xué)平衡是一種動態(tài)平衡，此時反應(yīng)并未停止。(4)定：當(dāng)可逆反應(yīng)達到平衡時，各組分的質(zhì)量(或濃度)為肯定值。(5)變：若外界條件變更，平衡可能發(fā)生變更，并在新條件下建立新的平衡。二、化學(xué)平衡常數(shù)1．濃度商對于一般的可逆反應(yīng)mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在隨意時刻的eq\f(cpC·cqD,cmA·cnB)稱為濃度商，常用Q表示。2．化學(xué)平衡常數(shù)(1)表達式對于一般的可逆反應(yīng)mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，平衡常數(shù)的表達式為K＝eq\f(cpC·cqD,cmA·cnB)。(2)留意事項①化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與反應(yīng)物或生成物的濃度無關(guān)。②反應(yīng)物或生成物中有固體或純液體存在時，由于其濃度可看作“1”而不代入公式。③化學(xué)平衡常數(shù)是指某一詳細(xì)反應(yīng)的平衡常數(shù)，由于化學(xué)方程式的書寫不同，平衡常數(shù)的表達式不同，如N2＋3H22NH3，K＝a則有：2NH3N2＋3H2，K′＝eq\f(1,a)。eq\f(1,2)N2＋eq\f(3,2)H2NH3，K″＝eq\r(a)。(3)意義K值越大→平衡體系中生成物所占的比例越大→正向反應(yīng)進行的程度越大→反應(yīng)進行得越完全→反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大；反之，就越不完全，轉(zhuǎn)化率就越小。當(dāng)K>105時，該反應(yīng)就進行得基本完全了。對于可逆反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，其平衡常數(shù)K的表達式是什么？若保持其他條件不變，分別增大壓強、增大N2濃度，平衡如何移動？平衡常數(shù)K如何變更？提示：K＝eq\f(c2NH3,cN2·c3H2)；增大壓強，增大N2的濃度，平衡均正向移動，但平衡常數(shù)K不變。3．利用濃度商、化學(xué)平衡常數(shù)推斷反應(yīng)方向Q＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行；Q＝K，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；Q＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行。1．推斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。(1)平衡常數(shù)表達式中，可以是物質(zhì)的任一濃度。 (×)(2)催化劑既能變更速率常數(shù)，也能改變更學(xué)平衡常數(shù)。 (×)(3)對于同一可逆反應(yīng)，上升溫度，則化學(xué)平衡常數(shù)增大。 (×)(4)增大反應(yīng)物的濃度，平衡正向移動，化學(xué)平衡常數(shù)增大。 (×)2．在肯定條件下，使SO2和O2在一密閉容器中進行反應(yīng)，下列說法中不正確的是()A．隨著反應(yīng)的進行，正反應(yīng)速率漸漸減小，最終為零B．隨著反應(yīng)的進行，正反應(yīng)速率漸漸減小，最終不變C．隨著反應(yīng)的進行，逆反應(yīng)速率漸漸增大，最終不變D．反應(yīng)起先時，正反應(yīng)速率最大，逆反應(yīng)速率為零A[依據(jù)化學(xué)平衡的建立過程可知：反應(yīng)從正反應(yīng)方向起先，v正最大，v逆＝0，最終達平衡時，v正＝v逆≠0。]3．反應(yīng)3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)的平衡常數(shù)的表達式K＝______________。[答案]eq\f(c4H2,c4H2O)化學(xué)平衡狀態(tài)的推斷方法(素養(yǎng)養(yǎng)成——宏觀辨識與微觀探析)德國化學(xué)家哈伯(F.Haber,1868～1934)從1902年起先探討由氮氣和氫氣干脆合成氨。于1908年申請專利，即“循環(huán)法”，在此基礎(chǔ)上，他接著探討，于1909年改進了合成工藝，氨的產(chǎn)率達到8%。這是工業(yè)普遍采納的干脆合成法。合成氨反應(yīng)式如下：N2＋3H22NH3，假設(shè)該反應(yīng)在體積不變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，分析思索下列問題：合成氨合成塔[問題1]容器內(nèi)混合氣體的密度不隨時間變更時，該反應(yīng)是否達到平衡狀態(tài)？提示：因容器的體積不變，而混合氣體的總質(zhì)量不變更，則無論平衡與否，混合氣體的密度均不變，不能推斷反應(yīng)是否達到平衡狀態(tài)。[問題2]依據(jù)問題1分析哪些物理量能夠作為合成氨反應(yīng)達到平衡的標(biāo)記？提示：壓強、濃度等隨著反應(yīng)進行而變更的物理量，假如不再變更，說明化學(xué)反應(yīng)已達平衡狀態(tài)。[問題3]單位時間內(nèi)生成2amolNH3，同時消耗amolN2提示：兩反應(yīng)速率均表示正反應(yīng)速率，反應(yīng)進行的任何階段均成比例，不能推斷反應(yīng)是否達到平衡狀態(tài)?；瘜W(xué)平衡狀態(tài)的推斷標(biāo)記(1)干脆標(biāo)記——“正、逆相等”①v正＝v逆a．同一種物質(zhì)的生成速率等于消耗速率；b．在化學(xué)方程式同一邊的不同物質(zhì)的生成速率或消耗速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比；c．在化學(xué)方程式兩邊的不同物質(zhì)的生成(或消耗)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比。②各組分的濃度保持肯定a．各組分的濃度不隨時間的變更而變更；b．各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)不隨時間的變更而變更。(2)間接標(biāo)記——“變量不變”①反應(yīng)體系中的總壓強不隨時間的變更而變更(適用于反應(yīng)前后氣體體積不等的反應(yīng))。②對于反應(yīng)混合物中存在有顏色變更的物質(zhì)的可逆反應(yīng)，若體系中顏色不再變更，則反應(yīng)達到平衡狀態(tài)。③全是氣體參與的反應(yīng)前后化學(xué)計量數(shù)變更的可逆反應(yīng)，平均相對分子質(zhì)量保持不變。④對同一物質(zhì)而言，斷裂化學(xué)鍵的物質(zhì)的量與形成化學(xué)鍵的物質(zhì)的量相等。1．在肯定溫度下，將2molNO2氣體通入恒容密閉容器中，發(fā)生如下反應(yīng)：2NO2(g)N2O4(g)。下列不能說明反應(yīng)達到平衡的是()A．N2O4濃度不再變更B．NO2的消耗速率等于N2O4的生成速率C．混合氣體的顏色不變D．混合氣體中NO2百分含量不變B[N2O4濃度不再變更，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，A說法正確；NO2的消耗速率和N2O4的生成速率均為正反應(yīng)速率，不能作為平衡標(biāo)記，B說法錯誤；混合氣體的顏色不變，NO2的濃度不再發(fā)生變更，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，C說法正確；混合氣體中NO2百分含量不變，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，D說法正確。]2．在恒溫下，固定容積的密閉容器中，有可逆反應(yīng)2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)，可用來確定該反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)的是()A．容器內(nèi)壓強不隨時間變更B．SO3的消耗速率與SO2的生成速率相等C．三種氣體的分子數(shù)比為2∶2∶1D．容器內(nèi)混合氣體的密度不隨時間變更A[該反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，壓強為變量，當(dāng)容器內(nèi)壓強不隨時間變更時，該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，A正確；SO3的消耗速率與SO2的生成速率相等，表示的都是正反應(yīng)速率，無法推斷平衡狀態(tài)，B錯誤；三種氣體的分子數(shù)比為2∶2∶1，無法推斷各組分的濃度是否接著變更，則無法推斷是否達到平衡狀態(tài)，C錯誤；該反應(yīng)中混合氣體的密度為定值，無法依據(jù)容器內(nèi)混合氣體的密度推斷平衡狀態(tài)，D錯誤。]化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)計算(素養(yǎng)養(yǎng)成——證據(jù)推理與模型認(rèn)知)已知在密閉容器中發(fā)生可逆反應(yīng)：M(g)＋N(g)P(g)＋Q(g)ΔH>0。某溫度下，反應(yīng)物的起始濃度分別為c(M)＝1mol·L－1，c(N)＝2.4mol·L－1。[問題1]若達到平衡后，M的轉(zhuǎn)化率為60%，此時N的平衡濃度是多少？提示：M(g)＋N(g)P(g)＋Q(g)超始濃度/(mol·L－1)1 2.4 0 0變更濃度/(mol·L－1)1×60% 1×60% 1×60%1×60%平衡濃度/(mol·L－1)0.4 1.8 0.6 0.6由三段式得N的平衡濃度為1.8mol·L－1。[問題2]若反應(yīng)溫度不變，反應(yīng)物的起始濃度分別為c(M)＝4mol·L－1，c(N)＝amol·L－1；達到平衡后，c(P)＝2mol·L－1，則反應(yīng)物N的起始濃度為多少？提示：溫度不變，平衡常數(shù)不變，K＝eq\f(0.6×0.6,0.4×1.8)＝eq\f(2×2,4－2×a－2)＝eq\f(1,2)，解得a＝6，即反應(yīng)物N的起始濃度為6mol·L－1。1．化學(xué)平衡的計算模式及解題思路(1)計算模式aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)c(初)/(mol·L－1)n1 n2 0 0Δc/(mol·L－1)n1x eq\f(b,a)n1x eq\f(c,a)n1x eq\f(d,a)n1xc(平)/(mol·L－1)n1(1－x) n2－eq\f(b,a)n1x eq\f(c,a)n1x eq\f(d,a)n1x(2)解題思路①巧設(shè)未知數(shù)：詳細(xì)題目要詳細(xì)分析，敏捷設(shè)立，一般設(shè)某物質(zhì)的轉(zhuǎn)化量為x。②確定三個量：依據(jù)反應(yīng)物、生成物及變更量的三者關(guān)系代入未知數(shù)確定平衡體系中各物質(zhì)的起始量、變更量、平衡量并按(1)中“模式”列表。③解題設(shè)問題：明確了“始”“變”“平”三個量的詳細(xì)數(shù)值，再依據(jù)相應(yīng)關(guān)系求平衡時某成分的濃度、反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率等，得出題目答案。2．反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率＝eq\f(該反應(yīng)物的起始濃度－該反應(yīng)物的平衡濃度,該反應(yīng)物的起始濃度)×100%。3．某溫度下，在2L的密閉容器中，加入1molX(g)和2molY(g)，發(fā)生反應(yīng)：X(g)＋mY(g)3Z(g)。平衡時，X、Y、Z的體積分?jǐn)?shù)分別為30%、60%、10%。在此平衡體系中加入1molZ(g)，再次達到平衡后，X、Y、Z的體積分?jǐn)?shù)不變。下列敘述不正確的是()A．m＝2B．兩次平衡的平衡常數(shù)相同C．X與Y的平衡轉(zhuǎn)化率之比為1∶1D．其次次平衡時，Z的濃度為0.4mol·L－1D[在2L的密閉容器中，反應(yīng)達平衡時，各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)之比等于各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比，即平衡時，n(X)∶n(Y)∶n(Z)＝30%∶60%∶10%＝3∶6∶1。設(shè)第一次平衡時X消耗的物質(zhì)的量為x，則X(g)＋mY(g)3Z(g)初始1mol2mol0轉(zhuǎn)化xmx3x平衡1mol－x2mol－mx 3x則(1mol－x)∶(2mol－mx)∶3x＝3∶6∶1解得x＝0.1mol、m＝2，由此可得，A項、C項正確；同理可得其次次平衡時，Z的濃度為0.2mol·L－1，D項不正確；平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，兩次平衡反應(yīng)溫度相同，故平衡常數(shù)相同，B項正確。]4．在830K時，在密閉容器中發(fā)生下列可逆反應(yīng)：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH<0。試回答下列問題：(1)若起始時c(CO)＝2mol·L－1，c(H2O)＝3mol·L－1,4s后達到平衡，此時CO的轉(zhuǎn)化率為60%，則在該溫度下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝________。用H2O表示的化學(xué)反應(yīng)速率為________。(2)在相同溫度下，若起始時c(CO)＝1mol·L－1，c(H2O)＝2mol·L－1，反應(yīng)進行一段時間后，測得H2的濃度為0．5mol·L－1，則此時該反應(yīng)是否達到平衡狀態(tài)______(填“是”或“否”)，此時v正________v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。[解析](1)CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)起始濃度/(mol·L－1)2 3 0 0變更濃度/(mol·L－1)1.2 1.2 1.2 1.2平衡濃度/(mol·L－1)0.8 1.8 1.2 1.2該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝eq\f(cCO2·cH2,cCO·cH2O)＝eq\f(1.2×1.2,0.8×1.8)＝1，v(H2O)＝eq\f(1.2mol·L－1,4s)＝0.3mol·L－1·s－1。(2)反應(yīng)進行到某時刻時，c(H2)＝c(CO2)＝0.5mol·L－1，c(CO)＝0.5mol·L－1，c(H2O)＝1.5mol·L－1，Q＝eq\f(cCO2·cH2,cCO·cH2O)＝eq\f(0.5×0.5,0.5×1.5)＝eq\f(1,3)<K，因此反應(yīng)未達到平衡狀態(tài)，向正反應(yīng)方向進行。[答案](1)10.3mol·L－1·s－1(2)否大于1．模型法是化學(xué)中把微觀問題宏觀化的最常見方法，對于2HBr(g)H2(g)＋Br2(g)反應(yīng)，下列四個圖中可以表示該反應(yīng)在肯定條件下為可逆反應(yīng)的是()ABCDC[可逆反應(yīng)中反應(yīng)物與生成物同時存在。]2．在肯定溫度下，可逆反應(yīng)X(g)＋3Y(g)2Z(g)達到反應(yīng)限度的標(biāo)記是()A．Z的生成速率和X的分解速率相等B．單位時間內(nèi)生成nmolX，同時生成了3nmolYC．X、Y、Z的濃度不再變更D．X、Y、Z的分子個數(shù)之比為1∶3∶2C[Z的生成速率與X的分解速率相等，都是正反應(yīng)速率且速率之比不等于化學(xué)計量數(shù)之比，沒有達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；單位時間內(nèi)生成nmolX，同時生成3nmolY，都是逆反應(yīng)，不能說明正、逆反應(yīng)速率相等，故B錯誤；各組分濃度不變，說明正、逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故C正確；平衡時各物質(zhì)的分子數(shù)關(guān)系取決于反應(yīng)起始物質(zhì)的量以及轉(zhuǎn)化的程度，不能用來推斷是否達到平衡狀態(tài)，故D錯誤。]3．下列關(guān)于平衡常數(shù)的說法中，正確的是()A．在平衡常數(shù)表達式中，反應(yīng)物濃度用起始濃度表示，生成物濃度用平衡濃度表示B．平衡常數(shù)越大，表示化學(xué)反應(yīng)速率越大C．可以用化學(xué)平衡常數(shù)來定量描述化學(xué)反應(yīng)的限度D．平衡常數(shù)的大小與溫度、濃度、壓強、催化劑有關(guān)C[平衡常數(shù)中的濃度都是平衡濃度，平衡常數(shù)僅受溫度影響，其大小可以描述反應(yīng)的限度大小，A、D項錯誤，C項正確；K值大，反應(yīng)速率不肯定大，對于放熱反應(yīng)，溫度越低，K值越大，反應(yīng)速率越小。]4．當(dāng)把晶體N2O4放入密閉容器中汽化，并建立了N2O4(g)2NO2(g)平衡后，保持溫度不變，再通入若干N2O4氣體，待反應(yīng)達到新的平