教学设计

班级 　高二 科目 化学　 上课时间 　 执教者 高二备课组 课题 第5课时　化学平衡图像　等效平衡 教学

目标 知识与技能：

认识从不同起始状态下化学平衡的建立过程。

过程与方法：

通过典例分析，掌握分析等效平衡问题的方法。

情感态度价值观：

进一步培养学生自主合作探究的能力。 教学

重难点 教学重点：等效平衡问题

教学难点：应用勒夏特列原理分析各类等效平衡 教学过程 一　化学平衡图像

1.在2 L密闭容器中，某一反应有关物质A(g)、B(g)、C(g)的物质的量变化如图所示。根据图像回答下列问题：

(1)横坐标表示反应过程中时间变化，纵坐标表示反应过程中物质的物质的量的变化。

(2)该反应的化学方程式是3A(g)＋B(g)2C(g)。

(3)在反应达2 min时，正反应速率与逆反应速率之间的关系是相等。

(4)若用A物质的量浓度的变化，表示反应达平衡(2 min)时的正反应速率是0.15_mol·L－1·min－1。

2.在化学平衡图像中，包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的意义共三个量。确定横坐标所表示的量后，讨论纵坐标与曲线的关系；或者确定纵坐标所表示的量，讨论横坐标与曲线的关系，即"定一议二"原则。解题过程中，可以作辅助线帮助分析。例如反应aA(g)＋bB(g)cC(g)在不同温度下(T1

(1)T1为一条等温线，随着压强的增大，C%减小，化学平衡逆向移动，a＋b

(2)在压强一定时(如p3)，温度升高，C%增大，化学平衡正向移动，正反应是吸热反应。

3.在化学平衡图像中，先出现拐点的反应则先达到平衡，先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图1)或表示的压强较大(如图2)[以aA(g)＋bB(g)cC(g)为例]。

根据图像回答下列问题：

(1)图1中，温度T1、T2的大小关系是T2>T1，温度升高，C%(C的含量)减小，化学平衡逆向移动，正反应是放热反应。

(2)图2中，压强p1、p2的大小关系是p1>p2，压强增大，C%(C的含量)减小，化学平衡逆向移动，a＋b

归纳总结

化学平衡图像题的分析解答方法

(1)无论是反应速率图像还是平衡图像，都要清楚纵、横坐标的含义，都要与化学原理相联系，特别是与平衡移动原理相联系。

(2)三步分析法：一看反应速率是增大还是减小；二看v正、v逆的相对大小；三看化学平衡移动的方向。

(3)四要素分析法：看曲线的起点；看曲线的变化趋势；看曲线的转折点；看曲线的终点。

(4)先拐先平：可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在转化率-时间曲线中，先出现拐点的曲线先达到平衡，这表示反应的温度高或压强大。

(5)定一议二：图像中有三个量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系。

1.下列各图中，表示2A(g)＋B(g)2C(g)　ΔH<0这个可逆反应的正确图像为(　　)

答案　A

解析　随着温度的升高，化学平衡应向吸热反应方向移动，即向逆反应方向移动，所以生成物C的体积分数减小，反应物的含量增大，反应物的转化率减小；增大体系的压强，由于反应的两边都是气态物质，所以正反应和逆反应的速率都增大；而加入催化剂，只能加快反应速率，缩短达到平衡的时间，不能使平衡移动，所以达到平衡后，各组分的浓度及体积分数不变。

2.在恒容密闭容器中通入X并发生反应：2X(g)Y(g)，温度T1、T2下X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图所示。

(1)该反应进行到M点放出的热量________(填">"或"<")进行到W点放出的热量。

(2)T2下，在0～t1时间内，v(Y)＝________mol·L－1·min－1。

(3)M点的正反应速率________(填">"或"<")N点的逆反应速率。

(4)M点时再加入一定量X，平衡后X的转化率________(填"增大"或"减小")。

答案　(1)<　(2)　(3)>　(4)增大

解析　根据图像可知W点消耗的X的物质的量比M点消耗的X的物质的量大，因此反应进行到W点放热多些；0～t1时间内X的浓度减小了(a－b) mol·L－1，则Y浓度增加0.5(a－b) mol·L－1，因此v(Y)＝0.5(a－b)/t1 mol·L－1·min－1；根据先拐先平知T1>T2，M点的反应速率大于W点的反应速率，N点没有达到平衡，此时反应正向进行程度大，即N点的正反应速率大于逆反应速率，因此M点的正反应速率大于N点的逆反应速率；M点时，再加入一定量的X，则相当于增大压强，平衡正向移动，X的转化率增大。

二　等效平衡

化学平衡的建立与反应途径无关，从正反应开始或逆反应开始都可以建立平衡。在一定条件(恒温恒容或恒温恒压)下，对同一可逆反应，起始时加入物质的物质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质的百分含量(质量分数、体积分数、物质的量分数等)相同，这样的平衡称为等效平衡。

1.在恒温恒容条件下，按下列四种情况分别建立平衡，其中为等效平衡的是①②③。

　　N2(g)　＋　3H2(g)2NH3

① 1 mol 3 mol 0 mol

② 0 mol 0 mol 2 mol

③ 0.5 mol 1.5 mol 1 mol

④ 1 mol 3 mol 2 mol

解析　恒温恒容条件下，对于反应前后气体分子数不同的可逆反应，转换后(按化学计量数换算成方程式同一边的物质)，反应物或生成物的物质的量与原平衡相同，则两平衡等效，且平衡后同种物质的量相同。因为这种情况下压强对于反应前后气体分子数不同的可逆反应有影响，而成比例的增加反应物，相当于加压，所以平衡会移动，必须极值等量平衡才等效。

2.若在恒温恒压条件下，按题1中四种情况分别建立平衡，其中为等效平衡的是①②③④。

解析　恒温恒压条件下，若转换后(按化学计量数换算成方程式同一边的物质)，反应物或生成物的物质的量的比例与原平衡相同，则两平衡等效，且平衡后两种物质的物质的量成倍数关系。因为这种情况下压强不变，不管反应前后气体分子数是否改变，对可逆反应的平衡都没有影响，而成比例的增加反应物后体积膨胀，压强不变，所以平衡不移动，只要极值等比则平衡等效。

3.在恒温恒容条件下，按下列四种情况分别建立平衡，其中为等效平衡的是①②③。

　　CO(g)　＋　H2O(g)　　CO2(g)＋　H2(g)

① 2 mol 2 mol 0 mol 0 mol

② 0 mol 0 mol 4 mol 4 mol

③ 4 mol 4 mol 2 mol 2 mol

④ 1 mol 2 mol 1 mol 2 mol

解析　恒温恒容条件下，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，转换后(按化学计量数换算成方程式同一边的物质)，反应物或生成物的物质的量的比例与原平衡相同，则两平衡等效，且平衡后同种物质的物质的量成倍数关系。因为这种情况下压强对于反应前后气体分子数不变的可逆反应没有影响，而成比例的增加反应物，相当于加压，所以平衡不移动，只要极值等比则平衡等效。

归纳总结

等效平衡解题方法

解答等效平衡问题时，先看条件(恒温恒容或恒温恒压)，再看方程式反应前后气体分子数(相同或不同)，按"一边倒"转换比较。

(1)恒温恒容条件下，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，要求极值等比。

(2)恒温恒容条件下，对于反应前后气体分子数不同的可逆反应，要求极值等量。

(3)恒温恒压条件下，不管反应前后气体分子数是否改变，都只要求极值等比。

3.在一个固定容积的密闭容器中，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n mol·L－1。

(1)若维持容器容积和温度不变，按下列各种配比为起始物质，达到平衡后，C的浓度仍为n mol·L－1的是______(填字母，下同)。

A.4 mol A＋2 mol B

B.2 mol A＋1 mol B＋3 mol C＋1 mol D

C.3 mol A＋1 mol B

D.3 mol C＋1 mol D

E.1 mol A＋0.5 mol B＋1.5 mol C＋0.5 mol D

(2)C的浓度大于n mol·L－1的是________。

(3)将可逆反应中A(g)改为A(s)，则C的浓度仍为n mol·L－1的是________。

(4)若将题中"维持容器容积和温度不变"改为"维持容器压强和温度不变"，则C的浓度仍为n mol·L－1的是________________。

答案　(1)DE　(2)ABC　(3)CDE　(4)ABDE

解析　该反应前后气体分子数不同，恒温恒容下把加入的物质转化成起始状态形式，与起始状态时各物质的物质的量分别相同，即建立相同的平衡状态；恒温恒压下，比例相同即可建立相同的平衡状态。

1.化学平衡图像题的分析思路：看图像，想规律，作判断。

解题技巧：先拐先平，定一议二。

2.恒温恒容，反应前后气体分子数不同，量相同，等效平衡；恒温恒容，反应前后气体分子数相同，成比例，等效平衡；恒温恒压，任何气体的可逆反应，成比例，等效平衡。

1.在容积可变的密闭容器中存在如下反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH<0，下列分析中不正确的是(　　)

A.图Ⅰ研究的是t0时升高温度对反应速率的影响

B.图Ⅱ研究的是t0时增大压强(缩小容积)或使用催化剂对反应速率的影响

C.图Ⅲ研究的是催化剂对化学平衡的影响，且甲使用了催化剂

D.图Ⅲ研究的是温度对化学平衡的影响，且乙的温度较高

答案　C

解析　C项，使用催化剂对平衡移动无影响，但能使化学反应速率加快。

2.已知可逆反应：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 025 kJ·mol－1。若反应物起始物质的量相同，下列关于该反应的示意图不正确的是(　　)

答案　D

解析　升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡时一氧化氮的含量小，且达到平衡时需要的时间短，故A正确，D错误；增大压强，平衡向逆反应方向移动，平衡时一氧化氮的含量小，且达到平衡时需要的时间短，故B正确；有无催化剂只影响到达平衡状态的时间，不影响平衡移动，故C正确。

3.在相同温度和压强下，对反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)进行甲、乙、丙、丁四组实验，实验起始时放入容器内各组分的物质的量见下表：

物质

物质的量

实验 CO2 H2 CO H2O(g) 甲 a mol a mol 0 mol 0 mol 乙 2a mol a mol 0 mol 0 mol 丙 0 mol 0 mol a mol a mol 丁 a mol 0 mol a mol a mol 上述四种情况达到平衡后，n(CO)的大小顺序是(　　)

A.乙＝丁＞丙＝甲 B.乙＞丁＞甲＞丙

C.丁＞乙＞丙＝甲 D.丁＞丙＞乙＞甲

答案　A

解析　根据所给数据，甲、丙为等效平衡，则其中n(CO)相等。乙相当于甲平衡后，再加入a mol CO2，平衡右移，n(CO)增大，丁把CO、H2O折合成反应物相当于2a mol CO2、a mol H2，和乙等效，所以乙＝丁＞丙＝甲。

4.一定条件下存在反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，其正反应放热。现有三个相同的2 L恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在Ⅰ中充入1 mol CO和1 mol H2O，在Ⅱ中充入1 mol CO2和1 mol H2，在Ⅲ中充入2 mol CO和2 mol H2O,700 ℃条件下开始反应。达到平衡时，下列说法正确的是(　　)

A.容器Ⅰ、Ⅱ中正反应速率相同

B.容器Ⅰ、Ⅲ中反应的平衡常数相同

C.容器Ⅰ中CO的物质的量比容器Ⅱ中的少

D.容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和小于1

答案　D

解析　因为容器绝热，所给反应的正反应为放热反应，容器Ⅰ的温度升高，容器Ⅱ的温度降低，故反应速率Ⅰ中比Ⅱ中快，A项错误；由于容器Ⅲ中加入的反应物多，放出的热量也多，容器内温度比Ⅰ高，故二者的平衡常数不同，B项错误；因容器Ⅰ的温度高，故相当于平衡逆向移动，CO的转化率降低，C项错误；如果容器Ⅰ和容器Ⅱ在温度相同的情况下达到平衡，CO、CO2转化率之和等于1，但容器Ⅰ的温度升高，平衡逆向移动，CO的转化率降低，容器Ⅱ温度降低，CO2的转化率也降低，D项正确。

5.某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对化学平衡的影响，得到如下变化规律(下图中，p表示压强，T表示温度，n表示物质的量，t表示反应时间)：

根据以上规律判断(填"＞"、"＝"或"＜")：

(1)反应Ⅰ：p2________p1，ΔH________0。

(2)反应Ⅱ：T1________T2，ΔH________0。

(3)反应Ⅲ：若T2________T1，ΔH________0。

(4)反应Ⅳ：若T2________T1，ΔH________0。

答案　(1)＞　＜　(2)＞　＜　(3)＞　＞(或＜　＜)　(4)＞　＞(或＜　＜)

解析　(1)对反应Ⅰ而言，增大压强，平衡向右移动，A的转化率α(A)增大，所以p2＞p1；图(a)表示随温度升高，α(A)减小，平衡向左移动，则正反应是放热反应，ΔH＜0。

(2)图(b)表示在两种不同温度下，C的物质的量逐渐增大至达到平衡的过程。T1温度下n(C)增加得快，且先达到平衡，说明T1＞T2，由T1→T2，降低温度，n(C)增大，说明平衡向右移动，ΔH＜0。

(3)图(c)表示随起始时n(B)的增大，在两种不同温度下C的体积分数φ(C)先增大后减小的变化曲线。T2时φ(C)高于T1时φ(C)，可能有两种情况：若T2＞T1，即升温平衡右移，ΔH＞0；若T2＜T1，即降温平衡右移，ΔH＜0。

(4)图(d)所呈现的信息是随压强的增大，A的平衡转化率不变，但T2时α(A)比T1时α(A)大。若T2＞T1，则升温平衡右移，ΔH＞0；若T1＞T2，则升温平衡左移，ΔH＜0。