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高三化學(xué)教案:《平衡的計(jì)算》教學(xué)設(shè)計(jì)

來源:精品學(xué)習(xí)網(wǎng) 2018-11-12 16:31:04

  【歸納與整理】

  一、化學(xué)平衡常數(shù)------平衡混合物中各組分的物質(zhì)的量濃度之間的限制關(guān)系

  1.概念

  在一定溫度下,當(dāng)一個(gè)可逆反應(yīng)達(dá)到 時(shí),生成物 與反應(yīng)物 的比值是一個(gè)常數(shù),這個(gè)常數(shù)就是該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)(簡(jiǎn)稱平衡常數(shù)),用符號(hào)

  表示。

  2.表達(dá)式

  對(duì)于可逆反應(yīng)mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)在一定溫度條件下達(dá)到平衡時(shí):

  K=

  3.平衡濃度

  只寫濃度可變的溶液相和氣相,純固態(tài)和純液態(tài)物質(zhì)不寫入(濃度視為1):

  CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) K

  Cr2O72 -( aq ) + H2O ( l ) 2 CrO4 2 -( aq ) + 2 H+ ( aq ) K

  4.K的意義

  平衡常數(shù)是表明化學(xué)反應(yīng)在一定條件下進(jìn)行的最大程度(即反應(yīng)限度)的特征值,一般可認(rèn)為,K越大,表示化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)生成物濃度對(duì)反應(yīng)物濃度的比值越大,也就是反應(yīng)進(jìn)行的程度越大;反之,K越小,表示反應(yīng)進(jìn)行的程度越小。

  一般地說,K>K 時(shí),該反應(yīng)進(jìn)行得就基本完全了。

  F2 + H2 2HF K=6.5×1095

  Cl2 + H2 2HCl K=2.57×1033

  Br2 + H2 2HBr K=1.91×1019

  I2 + H2 2HI K=8.67×102

  5.影響K的因素

  濃度 壓強(qiáng) 催化劑 溫度

  ? 放熱反應(yīng),溫度升高,平衡常數(shù)______________(“變大”、“變小”)

  ? 吸熱反應(yīng),溫度升高,平衡常數(shù)______________(“變大”、“變小”)

  6.平衡常數(shù)K的表達(dá)

  (1) 化學(xué) 計(jì)量數(shù)擴(kuò)大 2 倍, K

  N2 + 3 H2 2 NH3 K=

  1/2 N2 + 3/2 H2 NH3 K=

  (2)互逆反應(yīng),其平衡常數(shù)

  2NO2 N2O4 K=

  N2O4 2NO2 K=

  (3)反應(yīng)方程式相加 ( 減 ),平衡常數(shù)相

  NH4I NH3 + HI ①K1=

  2HI H2 + I2 ②K2=

  2NH4I NH3 + I2 + H2 ③K3=

  (4)用實(shí)際參加反應(yīng)的粒子進(jìn)行表達(dá)

  Cl2 + H2O H+ + Cl- + HClO K=

  7.平衡常數(shù)K的應(yīng)用

  (1)判斷可逆反應(yīng)進(jìn)行的限度

  (2)判斷一個(gè)可逆反應(yīng)是否達(dá)到平衡

  若用起始時(shí)各物質(zhì)濃度冪之積的比值(用Q表示)與K比較,可判斷可逆反應(yīng)進(jìn)行的方向。

  當(dāng)Q=K時(shí),可逆反應(yīng) ;

  當(dāng)Q>K時(shí),可逆反應(yīng) ;

  當(dāng)Q

  二、平衡轉(zhuǎn)化率

  某個(gè)指定反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率=

  三、化學(xué)平衡計(jì)算

  化學(xué)平衡計(jì)算三步曲

  mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)

  n起始/mol a b c d

  n變化/mol   mx nx px qx

  n平衡/mol  a-mx b-nx c+px d+qx

  【例1】已知在800K時(shí),反應(yīng):

  CO(g) + H2O(g) H2(g) + CO2(g)

  若起始濃度c(CO) = 2mol?L-1,c(H2O) = 3mol?L-1,則反應(yīng)達(dá)平衡時(shí),CO轉(zhuǎn)化成CO2的轉(zhuǎn)化率為60%,如果將H2O的起始濃度加大為6 mol?L-1,試求此時(shí)CO轉(zhuǎn)化為CO2的轉(zhuǎn)化率。

  【基本練習(xí)】

  轉(zhuǎn)化率有關(guān)的計(jì)算

  1.將1mol氣體A和3mol氣體B在一定條件下發(fā)生反應(yīng):A(g) + 3B(g) 2C(g) (△H<0)。達(dá)到平衡時(shí),B的轉(zhuǎn)化率為50%,則A的轉(zhuǎn)化率為

  A. 25% B. 30% C. 40% D. 50%

  2.將2mol氣體A和3mol氣體B在一定條件下發(fā)生反應(yīng):A(g)+3B(g) 2C(g) (△H<0)。達(dá)到平衡時(shí),B的轉(zhuǎn)化率為50%,則A的轉(zhuǎn)化率為

  A. 25% B. 30% C. 40% D. 50%

  3.在一定條件下進(jìn)行的合成氨反應(yīng),當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),實(shí)驗(yàn)測(cè)得N2的轉(zhuǎn)化率為25%,而H2的轉(zhuǎn)化率為37.5%。則起始時(shí)N2和H2的物質(zhì)的量之比為:

  A. 1∶1 B. 1∶2 C. 1∶3 D. 2∶1

  4.在一定溫度下,在密閉容器中使NO2分解,2NO2 2NO + O2,反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),容器內(nèi)壓強(qiáng)為原來的1.4倍,則NO2的分解率為

  A.20% B.40% C.50% D.80%

  5.在一密閉容器中,用等物質(zhì)的量的A 和B 發(fā)生如下反應(yīng):A(g)+ 2B(g) 2C(g),反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),若混和氣體中A 和B 的物質(zhì)的量之和與C 的物質(zhì)的量相等。則這時(shí)A的轉(zhuǎn)化率為

  A.40% B.50% C.60% D.70%

  6.X、Y、Z為三種氣體,把a(bǔ) mol X 和 b mol Y充入一密閉容器中,發(fā)生反應(yīng):X + 2Y 2Z,達(dá)到平衡時(shí),若它們的物質(zhì)的量滿足n(X)+ n(Y)= n(Z),則Y的轉(zhuǎn)化率為

  A. B. C. D.

  7.如右下圖所示兩個(gè)等體積的容器,A為恒壓容器,B為恒容容器。在相同溫度下,分別將1 mol N2 和3 mol H2 混合氣體充入A、B容器中,發(fā)生如下反應(yīng):

  N2(g)+3 H2 (g) 2NH3 (g); △H=-92.4 kJ/mol 。

  保持溫度不變,A、B容器中的反應(yīng)均達(dá)到平衡狀態(tài)。平衡時(shí),A容器中氣體體積為起始時(shí)的4/5,平衡狀態(tài)記為P。

  試回答下列問題:

  (1) 平衡時(shí)A容器中NH3 的體積分?jǐn)?shù)是 。若要使B容器中NH3 的體積分?jǐn)?shù)與 A容器中相同,可采取的措施是 。

  (2) 若保持溫度不變,向B容器中補(bǔ)加c mol NH3 ,再次達(dá)到平衡時(shí),A、B兩容器中壓強(qiáng)恰好相等,則c= 。

  (3)若保持溫度不變,開始時(shí)向容器A中加入a mol N2 、b mol H2和c mol NH3 ,要使反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行,且達(dá)到平衡后各氣體的物質(zhì)的量與原A平衡狀態(tài)P相同,則起始時(shí),c的取值范圍是 。

  (4)若保持溫度不變,開始時(shí)向容器B中加入a mol N2 、b mol H2 和 1 mol NH3 ,平衡時(shí),測(cè)得放出的熱量為23.1 kJ,NH3 的體積分?jǐn)?shù)與A容器平衡狀態(tài)P相同,則a + b 的值是 。

  化學(xué)平衡常數(shù)有關(guān)的計(jì)算

  1.在某一容積為2L的密閉容器內(nèi),加入0.8mol的H2和0.6mol的I2,在一定的條件下發(fā)生如下反應(yīng):H2(g)+I2(g) 2HI(g);△H<0。反應(yīng)中各物質(zhì)的濃度隨時(shí)間變化情況如圖1:

  (1)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為 ;

  (2)根據(jù)圖1數(shù)據(jù),反應(yīng)開始至達(dá)到平衡時(shí),平均速率v(HI)為 ;

  (3)反應(yīng)達(dá)到平衡后,第8分鐘時(shí):

 、偃羯邷囟龋瘜W(xué)平衡常數(shù)K (填寫增大、減小或不變)HI濃度的變化正確 ;(用圖2中a~c的編號(hào)回答)

  ②若加入I2,H2濃度的變化正確的是 。(用圖2中d~f的編號(hào)回答)

  (4)反應(yīng)達(dá)到平衡后,第8分鐘時(shí),若反容器的容積擴(kuò)大一倍,請(qǐng)?jiān)趫D3中畫出8分鐘后HI濃度的變化情況。

  2.在一定體積的密閉容器中,進(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng):CO2(g)+ H2(g)CO(g)+H2O(g),其化學(xué)平衡常數(shù)K和溫度t的關(guān)系如下表:

  t℃ 700 800 830 1000 1200

  K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6

  回答下列問題:

  (1)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為K=

  (2)該反應(yīng)△H 0

  (3)能判斷該反應(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是

  A.容器內(nèi)壓強(qiáng)不變 B.混合氣體中c(CO)不變

  C.v正(H2)=v逆(H2O) D.c(CO2)=c(CO)

  (4)某溫度下,平衡濃度符合下式:c(CO2)c(H2)=c(CO)c(H2O),此時(shí)t= ℃

  3.(2007?廣東省茂名?二模)反應(yīng)Fe(s)+CO2(g) FeO(s)+CO(g)的平衡常數(shù)為K1;反應(yīng)Fe(s)+H2O(g) FeO(s)+H2(g)的平衡常數(shù)為K2。在不同溫度時(shí)K1、K2的值如下表:

  溫度(絕對(duì)溫度) K1 K2

  973 1.47 2.38

  1173 2.15 1.67

  (1)推導(dǎo)反應(yīng)CO2(氣)+H2(氣) CO(氣)+H2O(氣)的平衡常數(shù)K與K1、K2的關(guān)系式: 。

  (2)計(jì)算K值:溫度為973開時(shí)K= ;1173開時(shí):K= 。通過K值的計(jì)算(1)反應(yīng)是 反應(yīng)(填“吸熱”或“放熱”)。

  (3)在一體積為10L的密閉容器中,加入一定量的CO2和H2O(氣),在1173開時(shí)發(fā)生反應(yīng)并記錄前5min的濃度,第6min時(shí)改變了反應(yīng)的條件。各物質(zhì)的濃度變化如下表:

  時(shí)間/min CO2 H2O CO H2

  0 0.2000 0.3000 0 0

  2 0.1740 0.2740 0.0260 0.0260

  3 c1 c2 c3 c3

  4 c1 c2 c3

  5 0.0727 0.1727 0.1273 0.1273

  6 0.0350 0.1350 0.1650

 、偾2min,用CO表示的該化學(xué)反應(yīng)的速率是: 。

 、谠3~4min之間,反應(yīng)處于 狀態(tài)(填“平衡”或“非平衡”)。

  ③第6min時(shí),平衡向 方向移動(dòng),可能的原因是 。

  4.(2007?山東省泰安市?期末)合成氨工業(yè)對(duì)化學(xué)工業(yè)和國(guó)防工業(yè)具有重要意義,對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化起著重要作用。根據(jù)已學(xué)知識(shí)回答下列問題:

  已知N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3(g) △H =-92.4kJ?mol-1

  (1)合成氨工業(yè)采取的下列措施不可用平衡移動(dòng)原理解釋的是 (填序號(hào));

  A.采用較高壓強(qiáng)(20MPa ~50MPa)

  B.采用500℃的高溫

  C.用鐵觸媒作催化劑

  D.將生成的氨液化并及時(shí)從體系中分離出來

  (2)合成氨工業(yè)中采用了較高壓強(qiáng)(20MPa ~50MPa),而沒有采用100MPa或者更大壓強(qiáng),試解釋沒有這么做的理由 ;

  (3)在容積均為2L(容器體積不可變)的甲、乙兩個(gè)容器中,分別加入2molN2、6molH2和1molN2、3molH2,在相同溫度、催化劑下使其反應(yīng)。最終達(dá)到平衡后,兩容器N2轉(zhuǎn)化率分別為α甲、α乙,則甲容器中平衡常數(shù)表達(dá)式為 (用含α甲的代數(shù)式表示),此時(shí)α甲 α乙(填“>”、“<”“=”)。

  5.(2007?上海市?調(diào)研)

  甲烷蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)為:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g),工業(yè)上可利用此反應(yīng)生產(chǎn)合成氨原料氣H2。

  已知溫度、壓強(qiáng)和水碳比[ ]對(duì)甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)的影響如下圖:

  圖1(水碳比為3) 圖2(水碳比為3) 圖3(800℃)

  (1)該反應(yīng)平衡常數(shù)K表達(dá)式為________________________。

  (2)升高溫度,平衡常數(shù)K__________(選填“增大”、“減小”或“不變”,下同),降低反應(yīng)的水碳比,平衡常數(shù)K__________。

  (3)圖2中,兩條曲線所示溫度的關(guān)系是:t1_____t2(選填>、=或<);在圖3中畫出壓強(qiáng)為2 MPa時(shí),CH4平衡含量與水碳比之間關(guān)系曲線。

  (4)工業(yè)生產(chǎn)中使用鎳作催化劑。但要求原料中含硫量小于5×10-7%,其目的是____________________________。

  高三化學(xué)教案:平衡的計(jì)算參考答案:

  1【解析】D

  2【解析】A

  3【解析】B

  4【解析】D

  5【解析】A

  6【解析】B

  15【解答】(1)25% 增加N2、H?2或降低溫度 (2) 0.5

  (3) 0.8

  ? 化學(xué)平衡常數(shù)有關(guān)的計(jì)算

  1【解析】本題為05上海高考題25

  (1)K = c2(HI)c(H2)?c(I2)

  (2)0.167mol/L?min

  (3)① 減小 c

 、 f

  (4)見右圖

  2【解析】

  3【解答】(1)K=K1/K2

  (2)0.62;1.29;吸熱

  (3)①v(CO)=0.0130mol?L-1?nin-1 ②平衡

  ③右或正反應(yīng);升高溫度(或減少了H2的濃度)

  4【解答】(1)B、C

  (2)壓強(qiáng)越大,消耗的動(dòng)力越大,對(duì)設(shè)備的要求越高,而總體經(jīng)濟(jì)效益提高不大

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