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    人教版高中化学选修4教案:2.3化学平衡(3)
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    高中化学人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第三节 化学平衡教学设计

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    这是一份高中化学人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第三节 化学平衡教学设计,共6页。教案主要包含了化学平衡常数等内容,欢迎下载使用。

    课题:第三节 化学平衡(三)
    授课班级
    课 时
    2




    知识与技能
    理解化学平衡常数的概念,掌握有关化学平衡常数的简单计算
    过程与方法
    能用化学平衡常数、转化率判断化学反应进行的程度
    情感态度价值观
    培养学生的逻辑思维能力和科学态度;培养学生理论联系实际能力
    重 点
    理解化学平衡常数的概念及化学平衡常数的简单计算
    难 点
    理解化学平衡常数与反应进行方向和限度的内在联系









    三、化学平衡常数(chemical equilibrium cnstant)
    1. 定义:在一定温度下,可逆反应达到平衡时,生成物的浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比是一个常数,这个常数叫做该反应的化学平衡常数,简称平衡常数,用符号K表示。
    2. 表达式对于任意反应mA+nB pC+qD K=
    3、书写平衡常数表达式时,要注意:
    (1) 反应物或生成物中有固体和纯液体存在时,由于其浓度可以看做“1”而不代入公式。
    (2) 化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关
    4. 化学平衡常数的意义:K只受温度影响,K越大,反应进行的程度越大,反应的转化率也越大;反之K越小,表示反应进行的程度越小,反应物的转化率也越小。
    5、化学平衡常数的应用
    (1)平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(也叫反应的限度)。
    K值越大,表示反应进行得越完全,反应物转化率越大;
    K值越小,表示反应进行得越不完全 ,反应物转化率越小 。
    (2)判断正在进行的可逆是否平衡及反应向何方向进行:
    对于可逆反应:mA(g)+ nB(g)pC(g)+ qD(g),在一定的温度下的任意时刻,反应物的浓度和生成物的浓度有如下关系:Qc=Cp(C)·Cq(D)/Cm(A)·Cn(B),叫该反应的浓度商。
    Qc<K ,V正>V逆,反应向正反应方向进行
    Qc=K ,V正==V逆,反应处于平衡状态
    Qc>K ,V正(3)利用K可判断反应的热效应
    若升高温度,K值增大,则正反应为吸热反应(填“吸热”或“放热”)。
    若升高温度,K值减小,则正反应为放热反应(填“吸热”或“放热”)。
    教学过程
    教学步骤、内容
    教学方法
    【复习提问】什么叫化学平衡?化学平衡的特征有哪些?
    化学平衡是是指在一定条件下的可逆反应里,正反应和逆反应的速率相等,反应体系中所有参加反应的物质的质量 (溶液中表现为浓度)可以保持恒定的状态。化学平衡的特征:(1)反应物和所有产物均处于同一反应体系中,反应条件(温度、压强)保持不变。(2)达到平衡时反应混合物中各组分的浓度保持不变;由于化学平衡状态时反应仍在进行,故其是一种动态平衡。达到平衡时正反应速率等于逆反应速率。
    【引入】尽管就这么几句话,但真正在学习中能否准确把握和处理好关于化学平衡的问题,还需大家对该概念及相关特征进行深入的理解。化学平衡状态的特征,不仅包括上边大家回答的那些,
    还有其他方面的特征,这就是今天咱们学习和讨论的主题——化学平衡常数。
    【板书】三、化学平衡常数(chemical equilibrium cnstant)
    【探究活动】请同学们阅读教材P28标题三下面的内容以及浓度关系数据表,分析并验算表中所给的数据,最后可以得到什么结论?
    【投影】在457.6℃时,反应体系中各物质浓度的有关数据如下:
    起始时各物质的浓度
    (ml·L—1)
    平衡时各物质的浓度
    (ml·L—1)
    平衡常数
    H2
    I2
    HI
    H2
    I2
    HI
    1.197×10—2
    6.944×10—3
    0
    5.617×10—3
    5.936×10—4
    1.270×10—2
    48.38
    1.228×10—2
    9.964×10—3
    0
    3.841×10—3
    1.524×10—4
    1.687×10—2
    48.61
    1.201×10—2
    8.403×10—3
    0
    4.580×10—3
    9.733×10—4
    1.486×10—2
    49.54
    0
    0
    1.520×10—2
    1.696×10—3
    1.696×10—4
    1.181×10—2
    48.48
    0
    0
    1.287×10—2
    1.433×10—3
    1.433×10—4
    1.000×10—2
    48.71
    0
    0
    3.777×10—2
    4.213×10—3
    4.231×10—4
    2.934×10—2
    48.81
    化学平衡常数平均值
    48.74
    【讲解】分析上表的数据,可么得出以下结论:在一定温度下,当一个可逆反应达到化学平衡时,生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数,这个常数就是该反应的化学平衡常数(简称平衡常数),用符号K表示。例如,=K
    【副板书】一定温度下:
    【讲解】在一定温度下,可逆反应无论是从正反应开始,还是从逆反应开始,又无论反应物起始浓度为多少,最后都能达到化学平衡。这时生成物的浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比是一个常数,这个常数叫做该反应的化学平衡常数,简称平衡常数,用符号K表示。
    【板书】1. 定义:在一定温度下,可逆反应达到平衡时,生成物的浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比是一个常数,这个常数叫做该反应的化学平衡常数,简称平衡常数,用符号K表示。
    【投影】计算平衡常数:
    起始时各物质的浓度/ml·L-1
    平衡时各物质的浓度/ml·L-1
    平衡时
    c(CO)
    c(H2O)
    c(CO2)
    c(H2)
    c(CO)
    c(H2O)
    c(CO2)
    c(H2)
    0
    0
    0.01
    0.01
    0.005
    0.005
    0.005
    0.005
    【副板书]】结论:达到平衡时=1.0(常数)
    【提问】刚才得出的平衡常数K是由一个特殊的反应引出的,其,但如果对于任意一个可逆化学反应:mA+nB pC+qD其平衡常数K又该如何表示呢?
    【讲解】平衡常数实际上是平衡混合物中各生成物浓度的化学计量数次方的乘积除以反应物浓度的化学计量数次方的乘积。即 K=
    【板书】2. 表达式对于任意反应mA+nB pC+qD K=
    【讲解】在应用平衡常数表达式时,稀溶液中的水分子浓度可不写。因为稀溶液的密度接近于1g/mL。水的物质的量浓度55.6 ml/L。在化学变化过程中,水量的改变对水的浓度变化影响极小,所以水的浓度是一个常数,此常数可归并到平衡常数中去。对于非水溶液中的反应,溶剂的浓度同样是常数。
    【讲解】当反应中有固体物质参加时,分子间的碰撞只能在固体表面进行,固体的物质的量浓度对反应速率和平衡没有影响。因此,固体的“浓度”作为常数,在平衡表达式中,就不写固体的浓度。
    【板书】3、书写平衡常数表达式时,要注意:
    (1) 反应物或生成物中有固体和纯液体存在时,由于其浓度可以看做“1”而不代入公式。
    【讲解】化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关。同一个化学反应,由于书写方式不同,各反应物、生成物的化学计量数不同,平衡常数不同。但是这些平衡常数可以相互换算。例如:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡常数为K1,1/2N2(g)+3/2H2(g)NH3(g)的平衡常数为K2,NH3(g)1/2N2(g)+3/2H2(g)的平衡常数为K3;
    写出K1和K2的关系式: K1=K22 。
    【板书】(2) 化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关
    【提问】化学平衡常数实际上是化学平衡的又一特征,那么化学平衡常数K的大小有什么意义呢?
    【讲解】可以从平衡常数K的大小推断反应进行的程度,K只受温度影响,K越大,表示化学反应达到平衡时生成物浓度对反应物浓度的比越大,也就是反应进行的程度越大,反应的转化率也越大;反之K越小,表示反应进行的程度越小,反应物的转化率也越小。
    【板书】4. 化学平衡常数的意义:K只受温度影响,K越大,反应进行的程度越大,反应的转化率也越大;反之K越小,表示反应进行的程度越小,反应物的转化率也越小。
    【提问】什么叫反应物的转化率?
    【副板书】某指定反应物的转化率
    =×100%
    【随堂练习】写出下列反应的平衡常数的表达式
    ①PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g)
    ②2HI(g) H2(g)+I2(g)
    ③CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g)
    ④Fe3O4(s)+4H2(g) 3Fe(s)+4H2O(g)
    【分析】在写表达式时注意③、④中固体物质的浓度为1,不写出。
    【例1】在某温度下,将H2和I2各0.10ml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)=0.008 0 ml/L。
    (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 ml,试求达到化学平衡状态时各物质的浓度。
    【解】(1)依题意可知,平衡时c(H2)=0.008 0 ml/L,消耗c(H2)=0.002 0 ml/L,生成c(HI)=0.004 0 ml/L

    H2 + I2 2HI
    起始时各物质浓度/ml·L—1 0.0100.0100
    平衡时各物质浓度/ ml·L—10.008 00.008 00.004 0
    答:平衡常数为0.25。
    (2)依题意可知,c(H2)=0.020 ml/L,c(I2)=0.020 ml/L
    设H2的消耗浓度为x。则: H2 + I2 2HI
    平衡时各物质浓度/ ml·L—1 0.020-x 0.020-x 2x
    因为K不随浓度发生变化,
    解得x=0.004 0 ml/L
    平衡时c(H2)= c(I2)=0.016 ml/L c(HI)=0.008 0 ml/L
    答:c(H2)= c(I2)=0.016 ml/L,c(HI)=0.008 0 ml/L。
    【例2】在密闭容器中,将2.0 ml CO与10 ml H2O混合加热到800℃,达到下列平衡CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)K=1.0求CO转化为CO2的转化率。
    【解】设x为达到平衡时CO转化为CO2的物质的量,V为容器容积。
    CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
    起始浓度
    平衡浓度
    CO转化为CO2的转化率为:
    答:CO转化为CO2的转化率为83%。
    【讲解】根据上述两道例题,小结一下化学平衡常数的应用。
    【板书】5、化学平衡常数的应用
    (1)平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(也叫反应的限度)。
    K值越大,表示反应进行得越完全,反应物转化率越大;
    K值越小,表示反应进行得越不完全 ,反应物转化率越小 。
    【讲解】一般地说,K>105时,该反应进行得就基本基本完全。
    【板书】(2)判断正在进行的可逆是否平衡及反应向何方向进行:
    对于可逆反应:mA(g)+ nB(g)pC(g)+ qD(g),在一定的温度下的任意时刻,反应物的浓度和生成物的浓度有如下关系:Qc=Cp(C)·Cq(D)/Cm(A)·Cn(B),叫该反应的浓度商。
    Qc<K ,V正>V逆,反应向正反应方向进行
    Qc=K ,V正==V逆,反应处于平衡状态
    Qc>K ,V正【讲解】增大平衡体系中反应物的浓度或减小生成物的浓度,浓度积小于平衡常数,平衡向正反应方向移动。
    【板书】(3)利用K可判断反应的热效应
    若升高温度,K值增大,则正反应为吸热反应(填“吸热”或“放热”)。
    若升高温度,K值减小,则正反应为放热反应(填“吸热”或“放热”)。
    【总结】谈到化学平衡常数必须指明温度,反应必须达到平衡状态,表达式中各物质的浓度必须是平衡状态下的值,不能用任一时刻的浓度值。化学平衡常数表示反应进行的程度,不表示反应的快慢,即化学反应速率快,K值不一定大。使用催化剂能改变化学平衡的速率,但不会使平衡移动,因此不会改变平衡常数。
    【随堂练习]】
    1.已知t℃,p kPa时,在容积为V L密闭容器内充有1 ml A和1 ml B。保持恒温恒压,使反应A(g)+B(g) C(g)达到平衡时,C的体积分数为40%。试回答有关问题:
    (1)欲使温度和压强在上述条件下恒定不变,在密闭容器内充入2 ml A和2 ml B,则反应达到平衡时,容器的容积为 ,C的体积分数为 。
    (2)若另选一容积固定不变的密闭容器,仍控制温度为t℃,使1 ml A和1 ml B反应达到平衡状态时,C的体积分数仍为40%,则该密闭容器的容积为 。
    2. 对可逆反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)达到平衡时,各物质的物质的量浓度满足以下关系:=K(为一常数),K称为化学平衡常数,其反应的K值只与温度有关。现有反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)+Q。在850℃时,K=1。
    (1)若升高温度到950℃时,达到平衡时K 1(填“大于”“小于”或“等于”)。
    (2) 850℃时,若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0 ml CO,3.0 ml H2O,1.0 ml CO2和x ml H2,则:
    ①当x=5.0时,上述平衡向 (填“正反应”或“逆反应”)方向移动。②若要使上述反应开始时向正反应方向进行,则x应满足的条件是 。
    (3)在850℃时,若设x=5.0和x=6.0,其他物质的投料不变,当上述反应达到平衡后,测得H2的体积分数分别为a %、b%,则a b(填“大于”“小于”或“等于”)。
    eq \\ac(○,1) K=
    ②K=,③K=c(CO2),
    ④K=
    参考答案:
    1.(1)V L 40% (2)V L
    2.(1)小于 (2)①逆反应 ②x<3.0 (3)小于
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