73化学平衡常数及反应进行的方向教学设计.docx

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73化学平衡常数及反应进行的方向教学设计

第七章化学反应速率与化学平衡

第3讲　化学平衡常数及反应进行的方向

主备人：

一、复习内容及时间分配

本节课要学的内容是化学平衡常数及反应进行的方向，指的是在了解化学平衡常数含义的基础上，能够利用化学平衡常数进行简单计算，另外本节内容还需要学生掌握化学反应进行方向的判据并会进行简单计算。

本讲计划用7节课进行复习，其中复习课5节课，作业及讲评2节课。

二、教学目标

1.了解化学平衡常数的含义，并能进行简单计算。

2.了解化学反应的方向与化学反应的焓变与熵变的关系。

3.掌握化学反应在一定条件下能否自发进行的判断依据，能够利用化学反应的焓变和熵变判断化学反应的方向。

三、教学重难点

1、化学平衡及应用

2、有关化学平衡的计算

3、化学反应进行的方向

四、教学过程设计

第一部分、自学

1、作业讲评

2、考纲展示---学生用书P157

（1）.了解化学平衡常数的含义，并能进行简单计算。

（2）.了解化学反应的方向与化学反应的焓变与熵变的关系。

（3）.掌握化学反应在一定条件下能否自发进行的判断依据，能够利用化学反应的焓变和熵变判断化学反应的方向。

3、教材梳理

（1）化学平衡及应用----学生用书P157

（2）有关化学平衡的计算----学生用书P159

（3）化学反应进行的方向----学生用书P160

4、学生发现问题及相互探讨

第二部分本讲学习

考点一　化学平衡常数及应用

问题一：

化学平衡常数如何具体应用

【设计意图】让学生在了解化学平衡常数含义的基础上，能够利用化学平衡常数进行简单计算

小问题1：

化学平衡常数如何定义？

一、化学平衡常数的概念

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，用符号K表示。

小问题2：

化学平衡常数的表达式？

二、化学平衡常数的表达式

对于反应mA（g）＋nB（g）

pC（g）＋qD（g），

K＝

（固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中）。

小问题3：

化学平衡常数的意义？

三、化学平衡常数的意义

1．K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。

2．K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。

3．化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。

小问题4：

化学平衡常数有哪些应用？

四、化学平衡常数的应用

1．判断、比较可逆反应进行的程度

一般来说，一定温度下的一个具体的可逆反应：

K值

正反应进行的程度

平衡时生成物浓度

平衡时反应物浓度

反应物转化率

越大

越大

越大

越小

越高

越小

越小

越小

越大

越低

2.判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应进行的方向

对于可逆反应：

mA（g）＋nB（g）

pC（g）＋qD（g），若浓度商Qc＝

，则将浓度商和平衡常数作比较可判断可逆反应所处的状态。

3．判断可逆反应的热效应

名师点拨

（1）关于H2O的浓度问题

①稀水溶液中进行的反应，虽然H2O参与反应，但是H2O只作为溶剂，不能带入平衡常数表达式。

如NH4Cl＋H2O

NH3·H2O＋HCl的平衡常数表达式为K＝

。

②H2O的状态不是液态而是气态时，则需要带入平衡常数表达式。

（2）K的大小只与温度有关，与反应物或生成物的起始浓度的大小无关。

（3）带入平衡常数表达式的是平衡浓度，而不是任意时刻的浓度，更不能将物质的量带入。

（4）同一化学反应，可以用不同的化学方程式表示，每个化学方程式都有自己的平衡常数表达式及相应的平衡常数。

因此，要注意使用与反应方程式相对应的平衡常数。

　（2014·高考海南卷）硝基苯甲酸乙酯在OH－存在下发生水解反应：

O2NC6H4COOC2H5＋OH－

O2NC6H4COO－＋C2H5OH，两种反应物的初始浓度均为0.050mol/L，15°C时测得：

O2NC6H4COOC2H5的转化率α随时间变化的数据如表所示。

回答下列问题：

t/s

0

120

180

240

330

530

600

700

800

α/%

0

33.0

41.8

48.8

58.0

69.0

70.4

71.0

71.0

（1）列式计算该反应在120～180s与180～240s区间的平均反应速率________________________________________________________________________、

________________________________________________________________________；

比较两者大小可得到的结论是________________________________________________________________________。

（2）列式计算15°C时该反应的平衡常数：

________________________________________________________________________。

（3）为提高O2NC6H4COOC2H5的平衡转化率，除可适当控制反应温度外，还可以采取的措施有________________（要求写出两条）。

[解析]　首先要清楚化学反应速率和化学平衡常数的定义、计算方法、影响化学反应平衡移动的因素，还会对题目提供的数据进行分析，找出规律，然后加以利用。

（1）根据题意结合表格的数据可知在120～180s内的反应速率是v＝

＝7.3×10－5mol/（L·s）。

在180～240s内的反应速率是v＝

＝5.8×10－5mol/（L·s）由反应速率的数值可以看出：

随着反应的进行，反应物的浓度降低，反应速率减慢。

（2）在15°C时该反应的平衡常数是K＝

＝6.0。

（3）为提高O2NC6H4COOC2H5的平衡转化率，除可适当控制反应温度外，还可以采取的措施有增加其它反应物浓度或减小生成物浓度。

因此对该反应来说，可采取增大OH－的浓度或移去产物的方法。

[答案]　

（1）v＝

＝7.3×10－5mol/（L·s）；

v＝

＝5.8×10－5mol/（L·s）

随着反应的进行，反应物的浓度降低，反应速率减慢

（2）K＝

＝6.0（或K＝

＝6.0）

（3）增加OH－的浓度；移去产物

对于化学反应：

aA（g）＋bB（g）

cC（g）＋dD（g）的任意状态，浓度商Qc＝

。

若Qc>K，则该反应向逆反应方向进行，v（正）v（逆）。

　1.（2015·北京西城高三模拟）已知A（g）＋B（g）

C（g）＋D（g）反应的平衡常数和温度的关系如下：

温度/℃

700

800

830

1000

1200

平衡常数

1.7

1.1

1.0

0.6

0.4

回答下列问题：

（1）该反应的平衡常数表达式K＝________，ΔH_____________________________0

（填“<”、“>”或“＝”）；

（2）830℃时，向一个5L的密闭容器中充入0.20mol的A和0.80mol的B，如反应初始6s内A的平均反应速率v（A）＝0.003mol·L－1·s－1，则6s时c（A）＝________mol·L－1，C的物质的量为________mol；若反应经一段时间后，达到平衡时A的转化率为________，如果这时向该密闭容器中再充入1mol氩气，平衡时A的转化率为________；

（3）判断该反应是否达到平衡的依据为________（填正确选项前的字母）；

a．压强不随时间改变

b．气体的密度不随时间改变

c．c（A）不随时间改变

d．单位时间里生成C和D的物质的量相等

（4）1200℃时反应C（g）＋D（g）

A（g）＋B（g）的平衡常数的值为________。

解析：

（1）由表中数据可知平衡常数随温度的升高而减小，因而ΔH<0。

（2）6s时，c（A）＝

－0.003mol·L－1·s－1×6s＝0.022mol·L－1；根据“三段式”及平衡常数K＝1.0，计算可得平衡时A的转化率；因反应前后气体的体积不变且容器容积固定，故加入的氩气不引起各物质浓度发生变化，平衡不移动，因而平衡时A的转化率不变。

（4）1200℃时，反应C（g）＋D（g）

A（g）＋B（g）的平衡常数K＝

＝

＝2.5。

答案：

（1）

　<

（2）0.022　0.09　80%　80%

（3）c　（4）2.5

【师生活动】1、教师引导学生解决问题，巡视了解学生对问题的解决情况2、学生对问题先进行独立思考，再合作探究，最后小组推出代表发言，小组内其它同学可以补充，其它小组同学可以反驳质疑

反思归纳

应用化学平衡常数时应注意的四个问题

1．化学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。

2．化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。

3．反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，其浓度可看作一个常数，而不计入平衡常数表达式中。

4．化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。

若反应方向改变，则平衡常数改变；若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。

考点二　有关化学平衡的计算

问题二：

化学平衡计算有哪些方法和注意事项？

【设计意图】让学生在了解化学平衡计算方法的基础上，能够进行简单计算

小问题1：

化学平衡计算中各量的关系？

1．分析三个量：

起始量、变化量、平衡量。

2．明确三个关系

（1）对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。

（2）对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。

（3）各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。

小问题2：

化学平衡计算的方法？

3．计算方法：

三段式法

化学平衡计算模式：

对以下反应mA（g）＋nB（g）

pC（g）＋qD（g），令A、B起始物质的量（mol）分别为a、b，达到平衡后，A的变化量为mx，容器容积为VL。

　　　　　　mA（g）＋nB（g）

pC（g）＋qD（g）

起始量（mol）ab00

变化量（mol）mxnxpxqx

平衡量（mol）a－mxb－nxpxqx

则有：

（1）K＝

。

（2）c平（A）＝

mol/L。

（3）α平（A）＝

×100%，

α平（A）∶α平（B）＝

∶

＝

。

（4）φ（A）＝

×100%。

（5）

＝

。

（6）

混＝

g/L。

（7）

＝

g/mol。

名师点拨

　　　有关化学平衡计算的三点注意事项

（1）注意反应物和生成物的浓度关系：

反应物：

c（平）＝c（始）－c（变）；生成物：

c（平）＝c（始）＋c（变）。

（2）利用

混＝

和

r＝

计算时要注意m总应为气体的质量，V应为反应容器的体积，n总应为气体的物质的量。

（3）起始浓度、平衡浓度不一定呈现化学计量数之比，但物质之间是按化学计量数之比反应和生成的，故各物质的浓度变化之比一定等于化学计量数之比，这是计算的关键。

　（2015·高考天津卷）某温度下，在2L的密闭容器中，加入1molX（g）和2molY（g）发生反应：

X（g）＋mY（g）

3Z（g）

平衡时，X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。

在此平衡体系中加入1molZ（g），再次达到平衡后，X、Y、Z的体积分数不变。

下列叙述不正确的是（　　）

A．m＝2

B．两次平衡的平衡常数相同

C．X与Y的平衡转化率之比为1∶1

D．第二次平衡时，Z的浓度为0.4mol·L－1

[解析]　A．根据再次加入1molZ（g），平衡后，X、Y、Z的体积分数不变，可知该反应是一个反应前后气体分子数相等的反应，因此m＝2。

B.由于温度没有变化，故两次平衡的平衡常数不变。

C.因为是按照化学方程式中化学计量数之比充入的反应物，因此二者的平衡转化率相等。

D.该反应前后气体分子数不变，因此反应后气体的物质的量与反应前一样，都为4mol，而平衡后Z的体积分数为10%，故平衡时Z的物质的量为4mol×10%＝0.4mol，容器体积为2L，则Z的浓度为0.2mol·L－1。

[答案]　D

　2.在某温度下，向一个容积不变（设为VL）的密闭容器中通入2.5molCO和7.5molH2，发生CO（g）＋2H2（g）

CH3OH（g），达到平衡时CO的转化率为90%，则：

此时容器内的压强为开始时的________倍；平衡常数为________。

解析：

　　　CO（g）＋　　2H2（g）

　CH3OH（g）

始态（mol）:

2.57.50

反应（mol）:

2.5×90%2.5×90%×22.5×90%

终态（mol）:

0.2532.25

压强之比等于气体的物质的量之比：

＝0.55；

K＝

＝V2。

答案：

0.55　V2

【师生活动】1、教师引导学生解决问题，巡视了解学生对问题的解决情况2、学生对问题先进行独立思考，再合作探究，最后小组推出代表发言，小组内其它同学可以补充，其它小组同学可以反驳质疑

反思归纳

1．有关化学平衡的常见计算是化学平衡常数、物质的平衡浓度和平衡转化率之间的相关计算。

2．在进行有关化学平衡的“三段式”计算时，要注意，各物质的起始量、平衡量和转化量三者单位的统一。

3．凡是气体的压强变化、密度变化均必须转化为物质的量的变化或气体的体积变化才能进行相关计算。

考点三　化学反应进行的方向

问题三：

化学反应的方向如何判断？

【设计意图】让学生在了解自发反应的基础上，能够进行简单判断

小问题1：

什么是自发过程？

一、自发过程

1．含义

在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。

小问题2：

自发过程有哪些特点？

2．特点

（1）体系趋向于从高能状态转变为低能状态（体系对外部做功或放出热量）；

（2）在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性（无序体系更加稳定）。

小问题3：

如何判断化学反应进行的方向？

二、化学反应方向的判据

1．焓判据

放热过程中体系能量降低，ΔH<0，具有自发进行的倾向，但有些吸热反应也可以自发进行，故只用焓变判断反应方向不全面。

2．熵判据

（1）熵：

描述体系混乱程度的物理量，符号为S，熵值越大，体系混乱度越大。

（2）常见的熵增过程

①气体的扩散；

②不同状态的同一种物质：

S（g）>S（l）>S（s）；

③反应前无气体，反应后有气体产生的过程；

④反应前后都有气体，但气体的物质的量增加的反应；

（3）熵判据：

体系的混乱度增大，ΔS>0，反应有自发进行的倾向。

但有些熵减的过程也能自发进行，故只用熵变来判断反应方向也不全面。

三、焓变、熵变与反应方向

在温度、压强一定的条件下，化学反应方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果，反应方向的复合判据为ΔG＝ΔH－TΔS。

当ΔG＝ΔH－TΔS

名师点拨

（1）反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响。

（2）化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应自发进行的趋势，并不能说明在该条件下反应一定能实际发生，还要考虑化学反应的快慢问题。

　（2015·最新改编题）下列反应中，一定不能自发进行的是（　　）

A．2KClO3（s）===2KCl（s）＋3O2（g）　ΔH＝－78.03kJ/mol　ΔS＝1110J/（mol·K）

B．CO（g）===C（石墨，s）＋1/2O2（g）　ΔH＝＋110.5（kJ/mol）　ΔS＝－89.36

C．4Fe（OH）2（s）＋2H2O（l）＋O2（g）===4Fe（OH）3（s）　ΔH＝

　ΔS＝－280.1

D．NH4HCO3（s）＋CH3COOH（aq）===CO2（g）＋CH3COONH4（aq）＋H2O（l）　ΔH＝＋37.301kJ/mol　ΔS＝184.05J/（mol·K）

[解析]　根据ΔG＝ΔH－TΔS。

当ΔH<0，ΔS>0时，ΔG<0，反应肯定能自发进行；当ΔH>0，ΔS<0时，ΔG>0，反应一定不能自发进行。

[答案]　B

ΔH

ΔS

ΔH－TΔS

反应情况

－

＋

永远是负值

在任何温度下过程均自发进行

＋

－

永远是正值

在任何温度下过程均非自发进行

＋

＋

低温为正；高温为负

低温时非自发；高温时自发

－

－

低温为负；高温为正

低温时自发；高温时非自发

　3.下列有关说法正确的是（　　）

A．SO2（g）＋H2O（g）===H2SO3（l），该过程熵值增大

B．SO2（g）===S（s）＋O2（g）　ΔH>0，ΔS<0，该反应能自发进行

C．SO2（g）＋2H2S（g）===3S（s）＋2H2O（l）　ΔH<0，低温下能自发进行

D．某温度下SO2（g）＋1/2O2（g）

SO3（g），K＝

解析：

选C。

A中气体生成液体是熵减的反应，不正确；B中ΔH>0，ΔS<0不能自发进行；C中是一个ΔH<0，ΔS<0的反应，由ΔH－TΔS可知，低温下能自发进行，C正确；D中K＝

。

【师生活动】1、教师引导学生解决问题，巡视了解学生对问题的解决情况2、学生对问题先进行独立思考，再合作探究，最后小组推出代表发言，小组内其它同学可以补充，其它小组同学可以反驳质疑

反思归纳

焓判据和熵判据能作为反应自发进行的一般判据，而由焓判据和熵判据组成的复合判据才是反应是否自发进行的根本判据：

反应是否自发与温度有关，一般低温时焓变影响为主；高温时熵变影响为主。

根据ΔH－TΔS可准确判断反应进行的方向。

六、课后小结

本讲重点考查：

化学平衡的计算及化学反应进行的方向的判断。

化学平衡的计算问题是近几年高考热点内容，预测2016年的高考，结合化工生产综合考察化学平衡的计算会有所体现。

第三部分检学

七、目标检测

题组训练P305—P306~P308---P309

1．（2014·高考上海卷）只改变一个影响因素，平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述错误的是（　　）

A．K值不变，平衡可能移动B．K值变化，平衡一定移动

C．平衡移动，K值可能不变D．平衡移动，K值一定变化

解析：

选D。

平衡常数只与温度有关，但影响化学平衡的因素很多，温度、浓度、压强的改变均可以改变平衡状态。

只要正逆反应速率不再相等，平衡状态就被破坏，从而达到新的平衡状态，温度不变平衡也可能发生移动，则K值不变，平衡可能移动，A正确；B.K值变化，说明反应的温度一定发生了变化，由于任何反应均伴随能量变化，因此平衡一定移动，B正确；C.平衡移动，温度可能不变，因此K值可能不变，C正确；D.平衡移动，温度可能不变，因此K值不一定变化，D不正确，答案选D。

2．（2013·高考重庆卷）将E和F加入密闭容器中，在一定条件下发生反应：

E（g）＋F（s）

2G（g）。

忽略固体体积，平衡时G的体积分数（%）随温度和压强的变化如下表所示：

　压强/MPa

体积分数/%

温度/℃

1.0

2.0

3.0

810

54.0

a

b

915

c

75.0

d

1000

e

f

83.0

①b＜f

②915℃、2.0MPa时E的转化率为60%

③该反应的ΔS＞0

④K（1000℃）＞K（810℃）

上述①～④中正确的有（　　）

A．4个　　　　　　　　　　B．3个

C．2个D．1个

解析：

选A。

反应E（g）＋F（s）

2G（g）是气体分子数增大的反应，压强增大平衡逆向移动，故b<54.0；由b%到83.0%可知转化率是增大的，温度升高，G的体积分数增大，平衡正向移动，故正反应是吸热的，由此可知f>75.0，故b

915℃、2.0MPa时，G的体积分数（物质的量分数）为75.0%，设总的物质的量为4mol，则E为1mol，G为3mol，根据反应E（g）＋F（s）

2G（g）可知：

生成3molG，消耗1.5molE，所以E的转化率为

×100%＝60%，②正确。

该反应是气体分子数增大的反应，故ΔS>0，③正确。

因为该反应正向吸热，升高温度平衡正向移动，平衡常数增大，故④正确。

3．（2014·高考山东卷节选）研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：

2NO2（g）＋NaCl（s）

NaNO3（s）＋ClNO（g）　K1　ΔH1<0　（Ⅰ）

2NO（g）＋Cl2（g）

2ClNO（g）　K2　ΔH2<0　（Ⅱ）

（1）4NO2（g）＋2NaCl（s）

2NaNO3（s）＋2NO（g）＋Cl2（g）的平衡常数K＝________（用K1、K2表示）。

（2）为研究不同条件对反应（Ⅱ）的影响，在恒温条件下，向2L恒容密闭容器中加入0.2molNO和0.1molCl2，10min时反应（Ⅱ）达到平衡。

测得10min内v（ClNO）＝7.5×10－3mol·L－1·min－1，则平衡后n（Cl2）＝________mol，NO的转化率α1＝________。

其他条件保持不变，反应（Ⅱ）在恒压条件下进行，平衡时NO的转化率α2________α1（填“>”、“<”或“＝”），平衡常数K2________（填“增大”、“减小”或“不变”）。

若要使K2减小，可采取的措施是________。

解析：

（1）观察题给的三个方程式可知，题目所求的方程式可由（Ⅰ）×2－（Ⅱ）得到，故该反应的平衡常数K＝

。

（2）由题给数据可知，n（ClNO）＝7.5×10－3mol·L－1·min－1×10min×2L＝0.15mol。

2NO（g）＋Cl2（g）

2ClNO（g）

起始物质的量/mol0.20.10

0.150.0750.15

0.050.0250.15

故n（Cl2）＝0.025mol；NO的转化率

α1＝

×100%＝75%。

其他条件保持不变，由恒容条件（2L）改为恒压条件，因该反应是气体分子数减小的反应，平衡正向移动，NO的转化率增大，即α2>α1；平衡常数只是温度的函数，故由恒容条件改为恒压条件时平衡常数不变；要使平衡常数减小，平衡应逆向移动，因为反应（Ⅱ）是放热反应，故应升高温度。

答案：

（1）

（2）2.5×10－2　75%　>　不变　升高温度

4．（2014·高考新课标全国卷Ⅱ）在容积为1.00L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4（g）

2NO2（g），随温度升高，混合气体的颜色变深。

回答下列问题：

（1）反应的ΔH________0（填“大于”或“小于”）；100℃时，体系中各物质浓度随时间变化如上图所示。

在0～60s时段，反应速率v（N2O4）为________mol·L－1·s－1；反应的平衡常数K1为________。

（2）100℃时达平衡后，改变反应温度为T，c（N2O4）以0.0020mol·L－1·s－1的平均速率降低，经10s又达到平衡。

a：

T1