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文档介绍
2018届一轮复习人教版等效平衡教案
课 题 等效平衡 教学目的 1． 理解等效平衡； 2． 能运用等效平衡进行计算。 教学内容 一、上节课作业检查及纠错 二、课前回顾 1．化学平衡常数的概念及其数学表达式； 2．化学平衡图象的题目如何去解； 三、针对上节课的练习 1．反应H2(g)＋I2(g) 2HI(g)的平衡常数K1；反应HI(g) H2(g)＋I2(g)的平衡常数为K2，则K1、K2的关系为（平衡常数为同温度下的测定值）（ ） A．K1＝2K2 B．K1＝K22 C．K1＝ D．K1＝ 2．I2在KI溶液中存在下列平衡：I2(aq) + I−(aq)I3−(aq)，某 I2、KI混合溶液中，I3−的物质的量浓度c(I3−)与温度T的关系如图所示（曲线上任何一点都表示平衡状态）。下列说法正确的是（ ） A．反应I2(aq) + I−(aq)I3−(aq)的ΔH > 0 B．若温度为T1、T2，反应的平衡常数分别为K1、K2，则K1 > K2 C．若反应进行到状态D时，一定有v正 < v逆 D．状态A与状态B相比，状态A的c(I2)大 3．右图是温度和压强对X＋Y2Z反应影响的示意图，图中纵坐标表示平衡混合气体中Z的体积分数，下列叙述正确的（ ） A．上述可逆反应的正反应为放热反应 B．X、Y、Z均为气态 C．X和Y中只有一种为气态，Z为气态 D．上述反应的逆反应的ΔH > 0 课前回顾参考答案 1．化学平衡常数是指在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡状态时，生成物平衡浓度的幂之积与反应物平衡浓度的幂之积的比值是一个常数，这个常数称是该反应的化学平衡常数（简称平衡常数），用符号K表示；由于该常数是以浓度幂之积的比值表示，故又称浓度平衡常数，用KC表示； 它的数学表达式： 对于反应：m A (g) + n B(g) p C(g) + q D(g) 平衡常数的数学表达式为： 2．解平衡图象要注意识图方法，总的来说有以下几点： 一看面：即横坐标和纵坐标； 二看线：即看线的走向、变化的趋势； 三看点：看线是否通过原点，两条线的交点及线的拐点（重点理解）； 四看辅：要不要作辅助线，如等温线、等压线； 五看数：定量图像中有关数值的多少大小。 针对上节课的练习参考答案 1．C 2．B 3．C 四、知识点讲解 （一）等效平衡 1．概念： （1）等效平衡的概念：相同条件下可逆反应不管从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，或从正、逆反应两个方向同时开始，若达到平衡状态时，各组分的物质的量分数(或气体体积分数)相同，则称为等效平衡。 （2）关于概念的理解： ① 外界条件相同：通常可以是恒温、恒容；恒温、恒压； ② “等效平衡”与“完全相同的平衡状态”不同： “完全相同的平衡状态” 是指在达到平衡状态时，任何组分的物质的量分数（或体积分数）对应相等，并且反应的速率等也相同，但各组分的物质的量、浓度可能不同； “等效平衡”只要求平衡混合物中各组分的物质的量分数（或体积分数）对应相同，反应的速率、压强等可以不同； ③ 平衡状态只与始态有关，而与途径无关，只要起始浓度相当，就达到相同的平衡状态； a：无论反应从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始； b：投料是一次还是分成几次； c：反应容器经过扩大—缩小或缩小—扩大的过程； 2．实质和方法 在相同的条件下，将反应物（或生成物）按“一边倒”的方法转换成生成物（或反应物），如果其物质的量浓度相同（或相当），则一定会达到等效平衡。 3．类型 在一定条件下（恒温恒容或恒温恒压），对同一可逆反应，起始时加入物质的物质的量不同，达平衡时的状态规律如下表： 条件 等效条件 结果 恒温恒容（Δn(g)≠0） 投料换算成相同 物质表示时量相同 两次平衡时各组分百分量、 n、c均相同（全等平衡） 恒温恒容（Δn(g)=0） 投料换算成相同 两次平衡时各组分百分量相同，n、 物质表示时等比例 c同比例变化（等比平衡） 恒温恒压 投料换算成相同 物质表示时等比例 两次平衡时各组分百分量、 c相同，n同比例变化 注意：等效平衡问题是指利用等效平衡(相同平衡或相似平衡)来进行的有关判断和计算问题，即利用与某一平衡状态等效的过渡平衡状态(相同平衡)进行有关问题的分析、判断，或利用相似平衡的相似原理进行有关量的计算；所以等效平衡也是一种思维分析方式和解题方法。这种方法往往用在相似平衡的计算中。 4．解答化学平衡问题的重要思维方法 （1）可逆反应“不为零”原则 可逆性是化学平衡的前提，达到平衡时应是反应物和生成物共存的状态，每种物质的物质的量不为零； 一般可用极限分析法推断：假设反应不可逆，则最多生成产物多少，有无反应物剩余，余多少；这样的极值点是不可能达到的，故可用确定某些范围或在范围中选择合适的量。 （2）“一边倒”原则 可逆反应，在条件相同时(等温等容)，若达到等同平衡，其初始状态必须能互变，从极限角度看，就是各物质的物质的量要相当。因此，可以采用“一边倒”的原则来处理以下问题：化学平衡等同条件（等温等容） a A (g) + b B (g) c C (g) 起始 a b 0 平衡态Ⅰ 起始 0 0 c 平衡态Ⅱ 起始 x y z 平衡态Ⅱ 为了使平衡Ⅲ=Ⅱ=Ⅰ 根据“一边倒”原则，即可得 x+z=a+=1； y+z=b+=1 （3）“过渡态”方法 各种反应物的浓度增加相同倍数，相当于增大体系压强，根据平衡移动方向来确定转化率的变化情况。 5．等效平衡的判断： （1）恒温恒容下，改变起始加入物质的物质的量，如通过可逆反应的化学计量数换算成同一半边的物质的物质的量与原平衡相等，则达平衡后与原平衡等效； （2）恒温恒容下，对于反应前后都是气体且物质的量相等的可逆反应，只要反应物（或生成物）的物质的量的之比与原平衡相同，两平衡等效； （3）恒温恒压下，改变起始加入物质的物质的量，只要按化学计量数，换算成同一半边的物质的物质的量之比与原平衡相同，则达平衡后与原平衡等效。 【典例1】在一定温度下，把2 mol SO2和1 mol O2通入一定容积的密闭容器中，发生如下反应，2SO2 + O22SO3当此反应进行到一定程度时反应混合物就处于化学平衡状态。现在该容器中维持温度不变，令a、b、c分别代表初始时加入的SO2、O2、SO3的物质的量（mol），如果a、b、c取不同的数值，它们必须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡状态时，反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡完全相同。请填空： （1）若a = 0，b = 0，则c = ___________； （2）若a = 0.5，则b = ___________，c = ___________； （3）a、b、c的取值必须满足的一般条件是_________________________，_________________________。 （请用两个方程式表示，其中一个只含a和c，另一个只含b和c） 答案 （1）2；（2）0.25、1.5；（3）a + c = 2； b + c/2 = 1。 解析 通过化学方程式：2SO2 + O22SO3可以看出，这是一个化学反应前后气体分子数不等的可逆反应，在定温、定容下建立的同一化学平衡状态。起始时，无论怎样改变SO2、O2、SO3的物质的量，使化学反应从正反应开始，还是从逆反应开始，或者从正、逆反应同时开始，它们所建立起来的化学平衡状态的效果是完全相同的，即它们之间存在等效平衡关系。我们常采用“等价转换”的方法，分析和解决等效平衡问题。 （1）若a = 0，b = 0，这说明反应是从逆反应开始，通过化学方程式2SO2 + O22SO3可以看出，反应从2 mol SO3开始，通过反应的化学计量数之比换算成SO2和O2的物质的量（即等价转换），恰好跟反应从2 mol SO2和1 mol O2的混合物开始是等效的，故c = 2。 （2）由于a = 0.5 < 2，这表示反应从正、逆反应同时开始，通过化学方程式2SO2 + O22SO3可以看出，要使0.5 mol SO2反应需要同时加入0.25 mol O2才能进行，通过反应的化学计量数之比换算成SO3的物质的量（即等价转换）与0.5 mol SO3是等效的，这时若再加入1.5 mol SO3就与起始时加入2 mol SO3是等效的，通过等价转换可知也与起始时加入2 mol SO2和1 mol O2是等效的；故b=0.25，c=1.5。 （3）题中要求2 mol SO2和1 mol O2要与a mol SO2、b mol O2和c mol SO3建立等效平衡。由化学方程式2SO2 + O22SO3可知，c mol SO3等价转换后与c mol SO2和c/2 mol O2等效，即是说， a + c mol SO2和b + c/2 mol O2与a mol SO2、b mol O2和c mol SO3等效，那么也就是与2 mol SO2和1 mol O2等效。故有a + c = 2； b + c/2 = 1。 【典例2】向某密闭容器中充入1 mol CO和2 mol H2O(g)，发生反应：CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)；当反应达到平衡时，CO的体积分数为x。若维持容器的体积和温度不变，四种物质按下列四种配比充入该容器中，达到平衡时CO的体积分数大于x的是（ ） A．0.5 molCO +1.5 molH2O(g) + 0.4 mol CO2 + 0.4 mol H2 B．1 molCO +1 molH2O(g) +1 mol CO2 +1 mol H2 C．0.5 molCO +2 molH2O(g) +1 mol CO2 +1 mol H2 D．0.5 molCO +1.5 molH2O(g) + 0.5 mol CO2 + 0.5 mol H2 答案 B 解析 A项相当于加入0.9molCO和1.9molH2O(g)，可理解为先加入0.9molCO和1.8molH2O(g)，此时与原平衡等效，然后再加入0.1molH2O(g)，则CO的体积分数减小，小于X；B项相当于加2molCO和2molH2O(g)，可理解为先加入1molCO和2molH2O(g)，此时与原平衡等效，再加入1molCO，则CO的体积分数大于X；C项相当于加入1.5molCO和3molH2O(g)，与原平衡等效，CO的体积分数不变；D项相当于加入1molCO和2molH2O(g)，与原平衡等效，X的体积分数不变。 【典例3】一可逆反应：2A(g)+3B(g)x C(g)+4D(g)，若按下列两种配比，在同温、同体积的密闭容器中进行反应；有（1）0.8mol A，1.2mol B，1.2mol C，2.4mol D；（2）1.4mol A，2.1mol B，0.6mol C，1.2mol D 达到平衡后，C的质量分数相同，则x的值为（ ） A．1 B．2 C．3 D．4 答案 B 解析 因为在等温、等容下平衡时，C的质量分数相同，则属于同一平衡状态，变化的A、B、C、D 的物质的量之比为：0.6∶0.9∶0.6∶1.2 = 2∶3∶2∶4。 【典例4】在恒温恒压下，有下列气体反应分别从两条途径进行2A(g) + 2B(g)C(g) + 3D(g)，其中Ⅰ：2mol A， 2molB， 0 mol C， 0 mol D；Ⅱ： 0 mol A， 0 mol B， 2 mol C，6 mol D；则下列叙述正确的是（ ） A．Ⅰ、Ⅱ两条途径最终达到平衡时，体系内混合气体的百分组成相同。 B．Ⅰ、Ⅱ两条途径最终达到平衡时，体系内混合气体的百分组成不同。 C．达到平衡时，Ⅰ途径所用的时间与Ⅱ途径所用的时间相同 D．达到平衡时，Ⅰ途径混合气体密度等于Ⅱ途径混合气体的密度 答案 AD 解析 反应前后气体体积不变，压强对该平衡无影响，途径Ⅰ、Ⅱ为等效平衡 【典例5】在两个密闭容器内，保持温度为423K，同时向A、B两容器中分别加入a mol、b mol HI，待反应2HI(g) H2(g)+I2(g)达到平衡后，下列说法正确的是（ ） A．从反应开始到达到平衡所需时间tA> tB B．平衡时I2浓度c(I2)A=c(I2)B C．平衡时I2蒸气在混合气体中体积分数A% > B% D．HI的平衡分解率相等 答案 D 解析 等温下，该反应前后系数不变，平衡不受压强影响，A、B两容器中的平衡可视为等效平衡； 【典例6】某恒温、恒容的密闭容器充入3mol A和2mol B，反应3A(g)+2B(g)xC(g)+yD(g)达到平衡时C的体积分数为m%。若将0.6mol A，0.4mol B，4mol C，0.8mol D作为起始物充入，同温同容下达到平衡时C的体积分数仍为m%，则x =_______，y =_______。 答案 5、1。 解析 同温同容下达到平衡时C的体积分数仍为m%，则两平衡为等效平衡，因而有3A(g)+2B(g)=x C(g)+y D(g) Ⅰ：3 mol A， 2 mol B，0 mol C，0 mol D；Ⅱ：0.6 mol A， 0.4 mol B， 4 mol C， 0.8 mol D； 所以有：0.6+(3×0.4)/x = 3，0.6+(3×0.8)/y = 3， 解得：x = 5，y = 1； 解析2：恒温恒容“一边倒”完全相同，Ⅰ：3， 2， 0， 0；Ⅱ：0.6， 0.4， 4， 0.8； (4/x)´3+0.6 = ( 0.8/y)´2+0.4 = 2；解得：x = 5，y = 1。 五、课堂练习 1．在t℃时，向2L密闭容器中放入1molA和1molB，发生下列反应：A(g)+B(g)C(g)+2D(g)，平衡时C的含量为m%，保持其他条件不变，若按下列配比将物质放入容器中达到平衡时，C的含量仍为m%的是（ ） A． 2molA和1molB B．2molD和A、B、C各1mol C．1molC和2molD D．1molC和1molD 2．在等温等容条件下，有下列气体反应：2A(g)+2B(g)C(g)+3D(g)，现分别从两条途径建立平衡 Ⅰ：A、B的起始浓度均为2mol/L；Ⅱ：C、D的起始浓度分别为2mol/L和6mol/L；下列叙述正确的是（ ） A．Ⅰ和Ⅱ两途径最终达到平衡时，系统内混合气体的百分组成相同 B．Ⅰ和Ⅱ两途径最终达到平衡时，系统内混合气体的百分组成不同 C．达到平衡时Ⅰ途径的VA等于Ⅱ途径的VA D．达到平衡后，第Ⅰ途径混合气密度为第Ⅱ途径混合气密度的1/4 3．在一个1L的密闭容器中，加入2molA和1molB，发生下述反应：2A(g)+B(g)3C(g)+D(g)达到平衡时，C的浓度为1.2mol/L， C的体积分数为a%。（多选） （1）维持容器的体积和温度不变，按下列配比作为起始物质，达到平衡后，C的浓度仍是1.2mol/L的（ ） A．3mol C+1mol D B．1mol A+0.5mol B+1.5mol C+0.5mol D C．1mol A+0.5mol B+1.5mol C D．4mol A+2mol B （2）维持容器的压强和温度不变，按下列配比作为起始物质，达到平衡后，C的浓度仍是1.2mol/L的是（ ） A．3mol C+1mol D B．1mol A+0.5mol B+1.5mol C+0.5mol D C．1mol A+0.5mol B+1.5mol C D．4mol A+2mol B 4．在1L密闭容器中通入2mol氨气，在一定温度下，发生下列反应：2NH3N2+3H2，达到平衡时，容器内N2的百分含量为a%，若维持容器的体积和温度都不变，分别通入下列几组物质，达到平衡时，容器内N2的含量仍为a%的是（ ） （双选） A．3molH2和1molN2 B．2molNH3和1molN2 C．2molN2和3molH2 D．0.1molNH3，0.95molN2和2.85molH2 5．在一定条件下，将3molN2和3molH2充入一个容积固定的密闭容器中，发生反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，当反应达到平衡时NH3为n mol。在与上述完全相同的容器中，保持温度不变，若平衡时NH3仍为n mol，则下列组合中不正确的是（ ） A． 2mol N2；0molH2；2mol NH3 B． 2.5mol N2；1.5molH2；1mol NH3 C． 8/3mol N2；2molH2；2/3mol NH3 D． 0mol N2；0molH2；2mol NH3 6．在一个容积固定的密闭容器中充入1molHI，建立如下平衡：H2(g)+I2 (g)2HI(g)，测得HI的转化率为a%。其他条件不变，在上述平衡体系中再充入1molHI，待平衡建立时HI的转化率为b%，则a、b的关系为（ ） A．a＞b B．a＜b C．a = b D．无法确定 7．一个真空密闭恒容容器中盛有1molPCl5，加热到200℃发生如下反应：PCl5(g)PCl3 (g)+Cl2 (g)反应达到平衡时，混合气体中PCl5，所占体积分数为M%；若同一温度的同一容器中，最初投入2 molPCl5，反应达平衡时，混合气体中PCl5，所占体积分数为N%。则M和N的关系是（ ） A． M＞N B．M = N C．M＜N D．无法确定 8．在一固定容积的密闭容器中充入2molA和1molB，发生反应：2A(g)+B(g)xC(g)，达到平衡后，C的体积分数为W%。若维持容器体积和温度不变，按0.6molA、0.3molB和1.4molC为起始物质，达到平衡后，C的体积分数仍为W%，则x值为（ ） （双选） A．1 B．2 C．3 D．4 9．在恒温、恒压的条件下，向可变容积的密闭容器中充入3LA和2LB，发生如下反应：3A(g)+2B(g)xC(g)+yD(g)达到平衡时，C的体积分数为m%。若维持温度压强不变，将0.6LA、0.4LB、4LC、0.8LD作为起始物质充入密闭容器中，达到平衡时C的体积分数仍为m%，则的值分别为（ ） （双选） A．x=3、 y=1 B．x=4、y=1 C ．x=5 、y =1 D．x=10、 y=2 10． 有两个密闭容器A和B，A容器内有一个移动的活塞能使容器内保持恒压，B容器能保持恒容。起始时向这两个容器中分别充入等量的体积比为2：1的SO2和O2的混合气体，并使A和B的容积相等。在保持4000C的条件下使之发生如下反应： 2 SO2+O22SO3。 （1）达到平衡时所需要的时间A容器比B容器 ，A容器中SO2的转化率比B容器 。 （2）达到（1）所述平衡后，若向两容器中通入数量不多的等量氩气，A容器化学平衡 移动，B容器化学平衡 移动。 （3）达到（1）所述平衡后，若向两容器中通入等量的原反应气体，达到平衡时，A容器 SO3物质的量分数 ；B容器中SO3的物质的量分数 。（填增大、减小、不变） 六、课堂小结 1．等效平衡 （1）概念 （2）实质和方法 （3）类型 （4）解答化学平衡问题的重要思维方法 （5）等效平衡的判断 七、课后作业 1．在一固定体积的密闭容器中加入2 mol A和1 mol B发生反应2A(g)+B(g)3C(g)+D(g)，达到平衡时C的浓度为w mol·L-1。若维持容器的体积和温度不变，按下列四种配比方案作为反应物，达平衡后，使C的浓度仍为w mol·L-1的配比是（ ） A．4 mol A+2 mol B B．3 mol C+1 mol D+2mol A+1 mol B C．3mol C+1 mol D+1 mol B D．3 mol C+1 mol D 2．在一个固定容积的密闭容器中充入2molNO2，一定温度下建立如下平衡：2NO2N2O4，此时平衡混合气中NO2的体积分数为x%，若再充入1mol N2O4，在温度不变的情况下，达到新的平衡时，测得NO2的体积分数为y%，则x和y的大小关系正确的是（ ） A．x>y B．x查看更多