高二人教版化学选修四教案设计：2-3-1《化学平衡状态》-.docx

第三节 化学平衡
第1课时　化学平衡状态

●课标要求
描述化学平衡建立的过程。
●课标解读
1.了解化学平衡过程的建立。
2．把握可逆反应达化学平衡的标志。
●教学地位
化学平衡状态的建立与推断，这部分学问是其他课时的基础，是解释一些平衡现象的基础。鉴于同学的基础较差，本部分学问较难理解，所以在学习时将速度放慢一些。
●新课导入建议
炼铁高炉尾气之谜

高炉炼铁的主要反应是：2C(焦炭)＋O2(空气)===2CO(放出热量)，Fe2O3＋3CO△,2Fe＋3CO2。炼制1吨生铁所需焦炭的实际用量远高于依据化学方程式计算所需的量，且从高炉中出来的气体中含有没有利用的CO气体，开头，炼铁工程师们认为是CO与铁矿石接触不充分之故，于是设法增加高炉的高度，然而高炉增高后，高炉尾气中的CO比例竟没有转变，这是什么缘由呢？
【提示】　Fe2O3＋3CO△,2Fe＋3CO2是一个可逆反应，在此条件下已达到该反应的最大限度，即达到化学平衡状态了。
●教学流程设计
课前预习支配：(1)看教材P25页，完成【课前自主导学】中“学问1，可逆反应与不行逆反应”，并完成【思考沟通1】；
(2)看教材P26页，完成【课前自主导学】中“学问2，化学平衡状态”，并完成【思考沟通2】。⇒步骤1：导入新课、并分析本课时的教材地位。⇒步骤2：建议对【思考沟通】多提问同学，使80%以上的同学能把握该内容，以利于下一步对该重点学问的探究。
步骤5：在老师的指导下，同学自主完成【变式训练1】和【当堂双基达标】中的2、3两题，验证同学对探究1把握的状况。⇐步骤4：老师通过【例1】和教材P25页的讲解，对“探究1”进行总结。⇐步骤3：师生互动完成“探究1，可逆反应”可利用【问题导思】所设置的问题，由浅入深地进行师生互动。
步骤6：师生互动完成“探究2，化学平衡状态的标志”，可利用【问题导思】所设置的问题由浅入深的进行师生互动。可利用【老师备课资源】为您供应的例题拓展同学思路。⇒步骤7：老师通过【例2】和教材P26页的讲解，对探究2进行总结。⇒步骤8：在老师指导下，同学自主完成【变式训练2】和【当堂双基达标】中的1、4两题，验证同学对探究2把握状况。
步骤9：先让同学自主总结本课时学习的主要学问，然后对比【课堂小结】以明确把握已学的内容，并课下完成【课后知能检测】。

课　标　解　读
重　点　难　点
1.了解可逆反应的概念。

2.了解化学平衡的建立。

3.理解化学平衡的特征。
1.通过图像分析化学平衡的建立过程。(重难点)
2.把握可逆反应达化学平衡的标志。(重点)

可逆反应与不行逆反应
1.饱和溶液中的可逆过程
在确定条件下的饱和溶液中，溶液中的固体溶质溶解和溶液中的溶质分子回到固体溶质表面的结晶过程始终进行，而且两种过程的速率相等，于是饱和溶液中的浓度和固体溶质的质量都保持不变，由此可知，固体物质的溶解过程是可逆过程。可表示为固体溶质溶液中的溶质。
2．可逆反应与不行逆反应
(1)可逆反应在同一条件下，既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应。
(2)不行逆反应[来源:学科网ZXXK]
有些反应的逆反应进行程度太小因而可忽视，把几乎完全进行的反应叫不行逆反应，用“===”号表示。例如：Ba2＋＋SO===BaSO4↓。

1．以下几个反应是否是可逆反应？为什么？
(1)2H2＋O22H2O
(2)6CO2＋6H2O6O2＋C6H12O6
(3)H2＋I22HI
【提示】　(1)(2)不是可逆反应，由于条件不同。(3)是可逆反应。

化学平衡状态
1.化学平衡的建立
假如把某一可逆反应的反应物装入密闭容器，其反应过程如下：
过程开头：v正最大，v逆为0进行中反应物浓度减小→v正渐渐减小生成物浓度增大→v逆渐渐增大平衡时：v正＝v逆，反应混合物中各组分的浓度不变　　　　　　　
以上过程可用下图表示：

2．概念：在确定条件下的可逆反应里，当正、逆两个方向的反应速率相等，反应体系中全部参与反应的物质的质量或浓度保持恒定的状态。
3．特征
逆——争辩对象必需是可逆反应。
动——化学平衡是动态平衡，即当反应达到平衡时，正反应和逆反应都仍在连续进行。
等——正反应速率和逆反应速率相等，即同一物质的
消耗速率和生成速率相等。
定——在平衡体系中，各组成成分的含量保持不变。
变——转变影响平衡的条件，平衡可能会发生移动，达到新的平衡。

2．(1)当一个可逆反应达到平衡时，各物质的浓度保持不变，这时反应停止了吗？
(2)达化学平衡的反应中，如何理解正逆反应速率相等？(以N2＋3H22NH3为例)
【提示】　(1)没有停止，此时v正＝v逆≠0。
(2)正、逆反应速率相等针对同一物质来说：如N2，正反应消耗N2的速率与逆反应生成N2的速率相等。

可逆反应
【问题导思】　
①如何推断一个反应是否为可逆反应？
【提示】　同一条件下，既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行。
②在一个可逆反应中，各物质转化率有没有可能达到100%?
【提示】　不能。
　科学争辩表明，不少化学反应都具有可逆性，即正向反应(反应物―→生成物)和逆向反应(生成物―→反应物)都能同时进行。有些反应的可逆性很小，如Ag＋＋Cl－===AgCl↓，我们只是视作“不行逆”而已(AgCl在溶液中仍有极微量的电离：AgClAg＋＋Cl－)。
1．可逆反应：在相同条件下，要用“”代替“===”作为连接反应物和生成物的符号，二氧化硫与水的反应是可逆反应，两者反应的化学方程式应为SO2＋H2OH2SO3。
2．可逆反应的特点：(1)向两个相反的方向进行的两个化学反应，在相同的条件下同时进行、共存。两个化学反应构成了一个对立的统一体。(2)符号“”两边的物质互为反应物、生成物。(3)在反应体系中，与化学反应有关的各种物质共存，如亚硫酸溶液中有H2O、SO2和H2SO3等分子。
3．常见的可逆反应：N2＋3H22NH3,2SO2＋O22SO3，Cl2＋H2OHCl＋HClO，H2＋I2△,2HI，酯的水解等。
　在一密闭容器中进行反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol·L－1、0.1 mol·L－1、0.2 mol·L－1，当反应达到平衡时，可能存在的数据是(　　)
A．SO2为0.4 mol·L－1，O2为0.2 mol·L－1
B．SO2为0.25 mol·L－1
C．SO2、SO3均为0.15 mol·L－1
D．SO3为0.4 mol·L－1
【解析】　A项数据表明，题中0.2 mol·L－1的SO3完全转化成了SO2和O2，即平衡时，c(SO3)＝0，这是不行能的；B项可能；C项数据表明SO2、SO3的浓度都在原浓度基础上削减了0.05 mol·L－1，这也是不行能的；D项数据表明SO2完全转化成了SO3，即平衡时，c(SO2)＝0，c(O2)＝0，这也是不行能的。
【答案】　B

本题易把反应物或生成物全部转化，忽视了可逆反应中反应物与生成物的转化率不行能达到100%，而错选其他答案。

1．密闭容器中进行如下反应：X2(g)＋3Y2(g)2Z(g)，X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.2 mol/L、0.6 mol/L，0.4 mol·L－1，当达到平衡时，下列数据确定不正确的是(　　)
A．X2为0.4 mol·L－1，Y2为1.2 mol·L－1
B．Y2为1.0 mol·L－1
C．X2为0.3 mol·L－1，Z为0.2 mol·L－1
D．Z为1.0 mol·L－1
【解析】　化学平衡争辩的是可逆反应，解这类题时要擅长利用极值法：
,X2(g),＋,3Y2(g),,2Z(g),起始浓度：,0.2 mol/L,,0.6 mol/L,,0.4 mol/L,平衡浓度1：,0,,0,,0.8 mol/L,平衡浓度2：,0.4 mol/L,,1.2 mol/L,,0)
设反应正向进行彻底，则为平衡浓度1，设反应逆向进行彻底，则为平衡浓度2。依据可逆反应的含义知：0<c(X2)<0.4 mol/L；0<c(Y2)< 1.2 mol/L；0<c(Z)<0.8 mol/L。故A、D两项中所列的数据确定不正确。
【答案】　AD
【老师备课资源】
　下列反应属于可逆反应的是(　　)
A．Cl2溶于水的反应
B．NH3溶于水的反应
C．可充电电池的反应，如H2O＋Zn＋Ag2OZn(OH)2＋2Ag
D．电解水生成H2和O2，点燃H2和O2的混合物生成水
【解析】　A项Cl2溶于水的反应是可逆反应，Cl2＋H2OHCl＋HClO，B项NH3溶于水的反应也是可逆反应，NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－，C、D两项均不是可逆反应，故选AB。
【答案】　AB

化学平衡的标志
【问题导思】　
①化学平衡的基本标志是什么？
【提示】　v正＝v逆与各组分的浓度保持不变。
②若反应体系的总压强不变，该可逆反应确定达平衡了吗？
【提示】　不愿定，对前后气体体积相等的反应，压强不变不能作判据。
③若反应体系的气体密度不变，该可逆反应达平衡了吗？
【提示】　不愿定，若可逆反应前后都是气体，且体系容积不变不能作判据。
1．直接推断法
(1)v正＝v逆>0(即同一物质的消耗速率与生成速率相等)。
(2)各物质的浓度保持不变。
2．间接推断法
(1)各物质的百分含量保持不变。
(2)各物质的物质的量不随时间的转变而转变。
(3)各气体的体积不随时间的转变而转变。
以反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)为例来说明：
混合物

体系中

各成分

的含量

①各物质的物质的量、质量或物质的量分数、质量分数确定
平衡

②各气体的体积或体积分数确定
平衡

③总体积、总压强、总物质的量确定
不愿定

平衡

正、逆

反应

速率

的关系

①在单位时间内消耗了m mol A，同时也生成了m mol A，即v正＝v逆
平衡

②在单位时间内消耗了n mol B的同时也消耗了p mol C，即v正＝v逆
平衡

③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q，v正不愿定等于v逆(平衡与否该式都成立)
不愿定[来源:学#科#网]

平衡

④在单位时间内生成了n mol B的同时消耗了q mol D，v正不愿定等于v逆
不愿定

平衡

压强

①m＋n≠p＋q时，总压强确定(其他条件确定)
平衡

②m＋n＝p＋q时，总压强确定(其他条件确定)
不愿定

平衡

混合气

体的平

均相对

分子质

量(r)

①当m＋n≠p＋q时，r确定
平衡

②当m＋n＝p＋q时，r确定
不愿定

平衡

温度
任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度确定时(其他条件不变)
平衡
气体的

密度(ρ)
密度(ρ＝)确定
不愿定
平衡

[来源:Z.xx.k.Com]
颜色
反应体系内有色物质的颜色稳定不变
平衡

1．推断可逆反应是否达平衡的间接判据还有很多，可把间接判据推至直接判据。
2．表格中的“不愿定平衡”是指在现有条件下无法推断反应是否达平衡。如想进一步推断，必需供应其他附加条件。

　(2022·安庆高二月考)在确定条件下，反应：2NO＋O22NO2在定容容器中发生，对该反应达到平衡的标志的描述中，错误的是(　　)
①混合气体的总分子数不再变化　②混合气体的颜色不再变化　③容器的总压强不再变化　④混合气体的总质量不再变化　⑤混合气体的密度不再变化　⑥单位时间内生成n mol的NO，同时消耗n mol的NO2
⑦反应的温度不再发生变化(绝热条件)[来源:学科网]
A．①②③⑦　　　　　　B．④⑤⑥
C．①②④ D．③⑦⑤⑥
【解析】　由于该反应前后都是气体，故气体的总质量不能作为达平衡的判据；混合气体的密度始终不变，也不能做判据；不论什么时候，总是消耗n mol NO2，生成n mol NO，也不能作达平衡的判据。
【答案】　B

快速推断某可逆反应是否达平衡状态的方法
(1)正、逆反应速率：①若在方程式两边，都生成或都消耗且各自的量与化学计量数成正比。
②若在方程式同侧，一个生成，则另一个消耗且各自的量与化学计量数成正比。
(2)①像H2(g)＋I2(g)2HI(g)，气体化学计量数前后相等的反应，混合气体的总物质的量，压强、总体积密度不变不能作为达平衡的判据。
②像A(s)＋2B(g)2C(g)，密度可作判据，但气体总体积，气体总物质的量，气体总压强仍不能作判据。

2．确定温度下，在固定容积的密闭容器中，可逆反应：mA(s)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，当m、n、p、q为任意正整数时，下列状态：①体系的压强不再发生变化，②体系的密度不再发生变化，③各组分的物质的量浓度不再转变，④各组分的质量分数不再转变，⑤反应速率vB∶vC∶vD＝n∶p∶q，其中，能说明反应已达到平衡的是(　　)
A．只有③④ B．只有②③④
C．只有①②③④ D．①②③④⑤
【解析】　若n＝p＋q，则①不能作判据，而⑤任何时候反应速率之比都等于化学计量数之比，也不能作判据。
【答案】　B
【老师备课资源】
利用平均相对分子质量(r)，推断化学反应是否达到平衡状态时，要明确r的含义，即r＝，分析n(总)反应前后是否转变，m(总)反应前后是否会发生变化。若反应前后始终两者不变，则r不变，无法推断反应是否达到平衡，反之则能判定。
　在体积固定的密闭容器中，对于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0的反应，达到平衡的标志是________。
A．生成NH3的速率与NH3的分解速率相等
B．断开一个NN键的同时有6个N—H键生成
C．N2、H2、NH3百分含量不再变化
D．总压强不变
E．N2、H2、NH3分子数之比为1∶3∶2的状态
F．N2、H2、NH3的浓度相等
G．N2、H2不再起反应
H．v(N2)＝v(H2)
I．混合气体密度不变
J．混合气平均相对分子质量不变
K．反应放出的热量等于反应吸取的热量
【解析】　推断一个可逆反应是否达到平衡状态，要从两个方面来考虑，①v(正)＝v(逆)≠0，②混合物各成分浓度不变，只要符合其一，则达平衡状态。B选项只知正反应速率，不知逆反应速率，无法推断是否平衡；E、F也无法推断是否平衡，因N2、H2、NH3分子数之比为1∶3∶2及浓度相等，不能说明各成分浓度不变；G选项违反了化学平衡的特征；H选项正反应速率、逆反应速率都满足这种关系，不能说明v(正)＝v(逆)；气体总质量不变，体积不变时密度始终不变，混合气体密度不变不能说明是否达到了平衡状态。A、K选项体现了v(正)＝v(逆)≠0，C、D、J体现了混合物中各成分浓度不变。
【答案】　ACDJK

化学平衡←争辩对象建立过程根本特征：v正＝v逆具体表现：各组分浓度(或质量)保持不变

1．模型法是化学中把微观问题宏观化的最常见方法，对于2HBr(g)H2(g)＋Br2(g)反应，下列四个图中可以表示该反应在确定条件下为可逆反应的是(　　)

【解析】　可逆反应中反应物与生成物同时存在。
【答案】　C
2．对于可逆反应2SO2＋O22SO3，在混合气体中充入确定量的18O2，足够长时间后，18O原子存在于(　　)
A．只存在于O2中
B．只存在于O2和SO3中
C．只存在于O2和SO2中
D．存在于SO2、O2和SO3中
【解析】　可逆反应是一个既向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应，在混合气体中充入18O2后，反应生成了含有18O的SO3，SO3分解又生成了含有18O原子的SO2和O2，所以一段时间后，18O原子存在于SO2、O2和SO3中。
【答案】　D
3．可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)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(　　)
A．3v正(N2)＝v正(H2)　　　B．v正(N2)＝v逆(NH3)
C．2v正(H2)＝3v逆(NH3) D．v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的反应中，v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2，分析时必需留意方向要相反，还要留意不同物质的速率值之比等于对应的化学计量数之比。
【答案】　C
4．对于反应A (g)＋2B(g)C(g)　ΔH<0，下述为平衡状态标志的是________(填序号)。
①单位时间内A、B生成C的分子数与C分解的分子数相等　②外界条件不变时，A、B、C的浓度不随时间变化　③外界条件不变时，体系的温度不再变化　④外界条件不变时，体系的压强不再变化　⑤体系的分子总数不再变化
【解析】　其中①表示正、逆反应速率相等，②③④⑤揭示了各成分的量不变。
【答案】　①②③④⑤