2019-2020年苏教版化学选修4《化学反应的方向和限度》word学案1.doc

导学案：第二单元 化学反应的方向和限度第2时2019-2020年苏教版化学选修4化学反应的方向和限度word学案1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（chemical equilibrium constant），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=_。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0.10 mol的气态混合物充入10 L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c(H2)=0.008 0 molL-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0.20 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/molL-1 0.010 0.010 0转化了的物质的量浓度/molL-1 0.002 0 0.002 0 0.004 0平衡时的物质的量浓度/molL-1 0.008 0 0.008 0 0.004 0K=0.25(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/molL-1 0.020 0.020 0c转化/molL-1 x x 2xc平衡/molL-1 0.020-x 0.020-x 2x由于温度不变，K不变，则有K=0.25解得x=0.004 0molL-1平衡时c(H2)=c(I2)=0.016 molL-1，c(HI)=0.008 0 molL-1。答案：（1）该反应的平衡常数为0.25。 （2）达到平衡状态时，c(H2)=c(I2)=0.016 molL-1，c(HI)=0.008 0 molL-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(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，常用表示反应限度。【例2】在密闭容器中，将2.0 mol CO与10 mol H2O混合加热到800 ,达到平衡：CO（g）+H2O(g)CO2(g)+H2(g),且K=1.0。求CO转化为CO2的转化率。解析：设CO转化CO2的转化率为。 CO（g）+H2O(g)CO2(g)+H2(g)初始状态/mol 2.0 10 0 0已转化/mol 2.0 2.0 2.0 2.0平衡状态/mol 2.0(1-) 10-2.0 2.0 2.0K=1。答案：=83.3 %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n mol A2的同时生成n mol ABB.容器内的总压强不随时间变化C.单位时间内生成2 n mol AB的同时生成n mol B2D.单位时间内生成n mol A2的同时生成n mol B2E.容器内A2、B2、AB的物质的量之比是112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n mol AB必消耗mol A2，即单位时间内生成mol A2的同时生成n mol AB,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2n mol AB时，也就消耗了n mol A2和n mol B2，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n mol，说明反应处于平衡状态。D项，只知道单位时间生成n mol A2和n mol B2，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) H0(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20 min时，曲线发生变化的原因是_（用文字表达）；10 min到15 min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）1520 min和2530 min（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）=0.4 molL-1，c始=1 molL-1,经测定该反应在该温度下的平衡常数K19,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/molL-1 0.4 1 0转化/molL-1 0.2 0.1 0.2转化后/molL-1 0.2 0.9 0.2此时=1.1119。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=0.32 molL-1，所以SO2的转化率为 100%=80%。答案：（1）反应QcK,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0.020 molL-1CO和0.020 molL-1H2O(g)混合加热到773 K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/molL-1 0.020 0.020 0 0转化浓度/molL-1 x x x x平衡浓度/molL-1 0.020-x 0.020-x x x则K=9,解得x=0.015,故转化率（CO）=100%=75%。答案：75%变式训练2把6 mol A气体和5 mol B气体混合放入4 L密闭容器中，在一定条件下发生反应：3A（g）+B(g)2C(g)+xD(g),经5 min达到平衡，此时生成C为2 mol，测定D的平均反应速率为0.1 molL-1min-1。下列说法中错误的是（ ）A.x=2 B.B的转化率为20%C.平均时A的浓度为0.8 molL-1 D.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）Vt=0.1 molL-1min-14 L5 min=2 moln（C）n（D）=2 mol2 mol=11，所以x=2 3A（g）+B（g）2C（g）+2D（g）起始量（mol） 6 5 0 0变化量（mol） 3 1 2 2平衡量（mol） 3 4 2 2B的转化率为：100%=100%=20%平衡时A的浓度：=0.75 molL-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（ ）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）=132，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2 molSO2和1 molO2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：=、m、V都是定值，反应进行的任意时刻，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（ ）A.B生成速率与C分解速率相等 B.A、B、C的浓度不再变化C.单位时间生成n molA,同时生成3n molB D.A、B、C的分子数之比为132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132，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，(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（ ）A.2NH3(g)N2(g)+3H2(g)(正反应为吸热反应)B.H2(g)+I2(g)2HI(g)(正反应为放热反应)C.4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)(正反应为放热反应)D.2SO2（g）+O2(g)2SO3(正反应为放热反应)解析：随温度升高（X）含量减小，则正反应一定是吸热反应，随压强增大（X）含量升高，则正方向一定是体积增大的方向即V（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 B.X的转化率变大C.Y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) H0,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H0，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+NO H0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（p1p2）下，达到平衡时，混合气体中Z的体积分数中(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(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+ne+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，（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（C）减小，则逆向移动ne+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4 mol、2 mol和4 mol。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1 mol D.均减少1 mol解析：在可变容器中加入4 mol A、2 mol B、4 mol C，达平衡后，再通入1 mol A、0.5 mol B、1 mol C与上述平衡等效，再通入0.5 mol B，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（ ）若x=1,则p=a 若x=2,则pa 若x=3，则p=a 若x=4,则paA. B. C. D.解析：由于反应压强增大因而x1，故不正确。 2A（g）B（g） + xC（g）起始 m 0 0变化量 ma% ma% ma%平衡 m（1-a%） ma% ma%则则x= 当x=2时 a=2p即ap 当x=3时 a=p 当x=4时 a=即ap答案：A11.如下图所示，向A中充入1 mol X和1 mol Y，向B中充入2 mol X和2 mol Y，起始时，V（A）=V（B）=a L。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+W H0(X、Y、Z、W均为气体)，达到平衡时，V（A）=1.2aL。试回答：（1）A中X的转化率(A)=_。（2）A、B中X转化率的关系：(A)_(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 + Y 2Z + W起始： 1 mol 1 mol 0 0变化量：x mol x mol 2x mol x mol平衡：（1-x） mol （1-x） mol 2x mol x mol，则x=0.4 molx转化率是100%=40%。（2）B中各为2 mol，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3 mol，则A、B合体积为3.6 a，则A为2.6 a。答案：（1）40%(2)（3）2.6 a(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)=0.5 molL-1,c(B2)=0.1 molL-1,c(C)=1.6 molL-1。若用a、b、c分别表示A2、B2、C的初始浓度（molL-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x molL-1，B2（g）的转化浓度也为x molL-1。平衡时：a-x=0.5,b-x=0.1。所以，a=b+0.4。（2）若A2、B2为起始物，生成1.6 molL-1 C需A20.8 molL-1，A2的起始浓度为0.5 molL-1+0.8 molL-1=1.3 molL-1。若0.1 molL-1 B2全部反应生成C，则A2的起始浓度为0.5 molL-1-0.1 molL-1=0.4 molL-1，故a的取值范围为0.4a1.3。答案：(1)a=b+0.4(2)0.4a1.313.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2 molL-1和1 molL-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2 molL-1、2 molL-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a molL-1，d molL-1和a molL-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0.5d molL-11.5d molL-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2 molL-1、2molL-1时，由于B的起始浓度为0 molL-1，为不足量，因此起始2 molL-1的A不可能反应转化，因此C的变化范围也只能是02 molL-1。平衡时A、B、C的浓度分别为a molL-1、d molL-1、a molL-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，所以要配置一定量的A或B物质。究竟选择A或B，就从A与B之间的过量问题进行判断。当a2d时，意味A为过量，则B的起始浓度为0 molL-1。4d molL-1C转化1 d molL-1B和2 d mol L-1A，则C的起始浓度为（a+4d）molL-1，A的起始浓度为（a-2d） molL-1。当a2d时，B过量，A、B、C的浓度分别是：0 molL-1，（d-0.5a） molL-1,3a molL-1。改变条件，使B的平衡浓度在0.5d molL-11.5d molL-1范围内变化，也就是讨论A、B、C的取值范围。实际上就是要有一定量的A，消耗物质B（由d molL-1减少到0.5d molL-1）生成C，根据方程式系数关系A的消耗量为d molL-1，即现有的A（a molL-1）应大于d molL-1。同理当B的量增大时，C的消耗量为2d molL-1，即现有的C（a molL-1）应大于2d molL-1。两者都满足：a2d。答案：（1）A：02 molL-1 B：01 molL-1 C：04 molL-1；A:23 molL-1 B:00.5 molL-1C:02 molL-1(2)A:1.5a molL-1 B:(0.25a+d)molL-1 C:0 molL-1若a2d：A：（a-2d）molL-1 B：0 molL-1 C：（a+4d） molL-1若a2d：A：0 molL-1 B：（d-0.5a） molL-1 C：3a molL-1,a2d拓展探究14.在密闭容器中，保持一定温度进行如下反应：N2（g）+3H2(g) 2NH3(g),已知加入1 mol N2和3 mol H2,在恒压条件下达到平衡时生成amol NH3,在恒容条件下达到平衡时生成b mol NH3(见表示编号的一行)。若相同条件下，达到平衡时混合物中各组分的质量分数不变。回答下列问题：（1）写出该反应的化学平衡常数表达式：K=_。（2）平衡常数K值越大，表明建立平衡时_（填序号）。A.N2的转化率越高 B.NH3的产量越大C.正反应进行得越彻底 D.化学反应速率越快（3）a与b的关系是：a_b（填“”“”或“=”）。（4）填写下表：状态条件起始时物质的物质的量（mol）平衡时NH3的物质的量（mol）编号X（N2）Y（H2）Z（NH3）恒容130b00b2.25b解答：（1）（2）AC（3）（4）002b0.752.250.5b