生活中的化學平衡

1、濰坊四中校本課程生活中的化學平衡濰坊四中高云 辛成連 董鳳彩課程開發(fā)與實施情況教學背景現(xiàn)實生活中很多的現(xiàn)象和實際的問題與化學平衡密切相關(guān)，化學平衡又是化學中非常重要的概念，學生理解化學平衡存在一定的困難，所以學生期待通過了解化學平衡的開展歷史、了解化學平衡在生活生產(chǎn)中的各方面應(yīng)用來進一步明確學習化學平衡學習的重要意義，以此加深對化學平衡的理解。教學目標1.通過學習，使學生了解化學平衡在生活中無處不在的應(yīng)用。2.通過本課程的開發(fā)學習，培養(yǎng)利用化學知識解決生活中實際問題的積極意識。3了解化學平衡常數(shù)的含義，能夠利用化學平衡常數(shù)進行簡單的計算。4了解弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡。5了解難溶電解質(zhì)的沉

2、淀溶解平衡。了解溶度積的含義及其表達式，并能進行相關(guān)計算。教學內(nèi)容1. 化學平衡的開展史2. 生活中的化學平衡3. 四種平衡的比照和應(yīng)用教學方案在學生學習完電化學平衡之后，聯(lián)系生活中的最常見的化學平衡問題，引領(lǐng)學生以小組形式走出課堂，觀察、思考、體會電化學在生活中的應(yīng)用，從而培養(yǎng)其利用所學知識解決現(xiàn)實生活中實際問題的能力。教學評價從學習態(tài)度、參與的積極性、小組合作效果等方面評價學生，采用組內(nèi)自評、小組互評和教師評價相結(jié)合的方式。 生活中的化學平衡化學平衡是化學中非常重要的概念，化學平衡又與我盟的生活息息相關(guān)，了解化學平衡的相關(guān)概對于我們學習化學，了解化學與生活生產(chǎn)的聯(lián)系，用所學知識解決生產(chǎn)生活

3、中的問題有著重要意義。什么是化學平衡化學平衡是化學中的一個非常重要的概念，化學平衡是指在宏觀條件一定的可逆反響中，化學反響正逆反響速率相等，反響物和生成物各組分濃度不再改變的狀態(tài)。根據(jù)勒夏特列原理，如一個已達平衡的系統(tǒng)被改變，該系統(tǒng)會隨之改變來抗衡該改變。簡單來說，我們要研究和利用一個化學反響，不僅要知道它進行的方向，還應(yīng)該知道反響到達平衡時產(chǎn)物有多少。我們就需要研究化學反響的限度，這個限度的存在就是化學平衡的意義所在。在一定條件下，既能向某一方向又能向相反方向進行的反響即為可逆反響，可逆反響不能進行到底，而現(xiàn)實中存在的絕大多數(shù)化學反響都具有可逆性，不存在絕對的可逆反響或是不可逆反響，可逆不可

4、逆的的區(qū)別主要在于反響進行的程度不同，反響都可在不同程度上到達平衡。到達一個化學反響正逆反響速率相等，反響物和生成物各組分濃度不再改變的狀態(tài)。描述反響進行的程度就要用到平衡常數(shù)的概念， 化學平衡常數(shù)，是指在一定溫度下,可逆反響無論從正反響開始,還是從逆反響開始,也不管反響物起始濃度大小,最后都到達平衡,這時各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反響物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值是個常數(shù),用K表示,即為化學平衡常數(shù)?；瘜W平衡的過程，反響開始時，反響物濃度較大，產(chǎn)物濃度較小，所以正反響速率大于逆反響速率。隨著反響的進行，反響物濃度不斷減小，產(chǎn)物濃度不斷增大，所以正反響速率不斷減小，逆反響

5、速率不斷增大。當正、逆反響速率相等時，系統(tǒng)中各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，反響就到達了平衡。此時系統(tǒng)處于動態(tài)平衡狀態(tài)，并不是說反響進行到此就完全停止，所以說，化學平衡為動態(tài)平衡。個人收集整理 勿做商業(yè)用途一、化學平衡的研究歷史19世紀。人們發(fā)現(xiàn)煉鐵爐出口含有大量的CO，最初認為是由于CO和鐵礦石接觸時間不夠?qū)е隆榇?，人們采取了增加煉鐵爐高度的方法想使反響到達完全進行，在英國就曾經(jīng)建起過30多米高的高爐，但是出口氣體中CO的含量并未減少，造成了很大的浪費。對高爐煉鐵的深入研究讓人們認識到化學反響并不是簡簡單單的進行，可逆過程存在與化學反響的方方面面。19世紀50-60年代，熱力學的根本規(guī)律已明確起

6、來，但是一些熱力學概念還比擬模糊，數(shù)字處理很煩瑣，不能用來解決稍微復(fù)雜一點的問題，例如化學反響的方向問題。當時，大多數(shù)化學家正致力于有機化學的研究，也有一些人試圖解決化學反響的方向問題。這種努力除了質(zhì)量作用定律之外，還有其他一些人試圖從別的角度進行反響方向的探索，其中已有人提出了一些經(jīng)驗性的規(guī)律。在這一方面做出突出奉獻的是吉布斯，他在熱力化學開展史上的地位極其重要。吉布斯在勢力化學上的奉獻可以歸納4個方面。第一，在克勞胥斯等人建立的第二定律的根底上，吉布斯引出了平衡的判斷依據(jù)，并將熵的判斷依據(jù)正確地限制在孤立體系的范圍內(nèi)。使一般實際問題有了進行普遍處理的可能。第二，用內(nèi)有、熵、體積代替溫度、壓

7、力、體積作為變量對體系狀態(tài)進行描述。并指出湯姆生用溫度、壓力和體積對體系體狀態(tài)進行描述是不完全的。第三，吉布斯在熱力學中引入了“濃度這一變量，并將明確了成分的濃度對內(nèi)能的導(dǎo)數(shù)定義為“熱力學勢。第四，他進一步討論了體系在電、磁和外表的影響下的平衡問題。 文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜索吉布斯對平衡的研究成果主要發(fā)表在他的三篇文章之中。吉布斯前兩篇文可以說只是一個準備，1876年和1878年分兩局部發(fā)表了第三篇文章-?關(guān)于復(fù)相物質(zhì)的平衡?，文章長達300多頁，包括700多個公式。前兩篇文章是討論單一的化學物質(zhì)體系，這篇文章那么對多組分復(fù)相體系進行了討論。由于熱力學勢的引入，只要將單組分體系狀態(tài)方程稍加變化，便可

8、以對多組分體系的問題進行處理了。 對于吉布斯的工作，勒夏特列認為這是一個新領(lǐng)域的開辟，其重要性可以與質(zhì)量不滅定律相提并論。在吉布斯之后，熱力學仍然只能處理理想狀態(tài)的體系。這時，美國人路易斯分別于1901年和1907年發(fā)表文章，提出了“逸度與“活度的概念。路易斯談到“逃逸趨勢這一概念，指出一些熱力學量，如溫度、壓力、濃度、熱力學勢等都是逃逸趨勢量度的標度。 路易斯所提出的逸度與活度的概念，使吉布斯的理論得到了有益的補充和開展，從而使人們有可能將理想體系的偏差進行統(tǒng)一，使實際體系在形式上具有了與理想體系完全相同的熱力學關(guān)系式。 綜上所述，經(jīng)過科學家們的不斷努力，人們得出了化學平衡的本質(zhì)，即在一定條

9、件下的可逆反響，正反響和逆反響的速率相等，反響混合物中各組分的濃度保持不變的狀態(tài)。二、化學平衡在生活中的應(yīng)用化學平衡作為化學科學中的一個非常重要的規(guī)律，在生活和生產(chǎn)的方方面面有著很多的應(yīng)用。1、酒精測定儀中的化學平衡 在公路上，常能見到交警攔下可疑車輛檢查，請司機向一儀器中吹一口氣，如果測定儀中橙紅色的物質(zhì)變?yōu)榫G色，司機就要受到處分，因為他飲酒后駕車，違反道路交通管理條例。 酒精儀中的橙紅色物質(zhì)是重鉻酸鉀，人飲酒后，血液中酒精含量增多，人呼出的氣體中有乙醇的蒸汽，遇到測定儀中的重鉻酸鉀，便發(fā)生如下的反響： Cr2O72+ 3C2H5OH + 8H+=2Cr3+3CH3CHO + 7H2O 橙紅

10、色的Cr2O72轉(zhuǎn)化為綠色的Cr3+，便能測出人呼出的氣體中有乙醇成分。 然而酒精測定儀中還要參加硫酸，一方面上述反響要在酸性溶液中進行，同時要防止Cr2O72轉(zhuǎn)化為CrO42-， 酒精測定儀的創(chuàng)造和廣泛應(yīng)用客觀上增強了對酒后駕駛的查處力度，起到了制止違法行為的作用，讓違法者被查出的幾率大大增加，同時也讓處分更加有據(jù)可依。2、洗滌劑的有效利用 我們知道，油性污垢中的油脂成分因不溶于水而很難洗去。油脂的化學組成是高級脂肪酸的甘油酯，如果能水解成高級脂肪酸和甘油，那就很容易洗去。 油脂水解的方程式是：(RCOO)3C3H5 + 3H2O=3RCOOH + C3H5(OH)3 這是一個可逆反響，日常

11、生活中以洗衣粉(或純堿)作洗滌劑，其水溶液呈堿性，能與高級脂肪酸作用，使化學平衡向正反響方向移動。高級脂肪酸轉(zhuǎn)化為鈉鹽，在水中溶解度增大，因此油污容易被水洗去。在日常生活中，洗衣粉等洗滌劑易溶于溫水(特別是加酶洗衣粉)是由于溫度升高，洗衣粉溶解度增大，即：濃度較大。溫水有利于酶催化蛋白質(zhì)等高分子化合物水解，同時蛋白質(zhì)的水解、油脂的水解都是吸熱反響，適當提高水溫，會使洗滌效果更佳，但也應(yīng)該注意，一味追求高水溫會降低酶的催化能力，使其失去活性，從而降低洗滌效果。 3、自來水消毒 近年來，某些自來水廠在用液氯消毒自來水時，還參加少量液氨，要明確液氯作自來水消毒劑的原理：氯氣與水發(fā)生反響生成鹽酸和次氯

12、酸，其中次氯酸有強氧化性，能殺滅水中細菌，其化學方程式為：Cl2H2O = HCl HClO。 但是，次氯酸不穩(wěn)定，受熱或見光發(fā)生分解：2HClO = 2HCl + O2，使得消毒時間縮短，從而降低消毒的效果。 當向氯水中參加液氨時，液氨與氯水中的次氯酸有如下反響： NH3HClO=H2ONH2Cl，而NH2Cl較HClO穩(wěn)定。 體系中的次氯酸同時滿足兩個平衡，其消毒殺菌后，由于濃度逐漸減小，使平衡向生成次氯酸的方向進行，當次氯酸濃度較高時，平衡向生成NH2Cl的方向移動，相當于暫時“貯存，防止其分解所帶來的損失。這樣就延長了液氯的消毒時間。 4、人體血液中的酸堿平衡 人體血液的pH是一個穩(wěn)定

13、的數(shù)值，正常值是7.4±0.05。這一數(shù)值保證了在血液中進行的各種生化反響。人體新陳代謝產(chǎn)生的酸性物質(zhì)和堿性物質(zhì)進入血液，但血液的pH仍會保持穩(wěn)定，這是因為血液中有兩對電離平衡，一對是HCO3-(堿性)和H2CO3(酸性)的平衡，另一對是HPO42-(堿性)和H2PO42-(酸性)的平衡。下面以HCO3-和H2CO3的電離為例說明血液pH穩(wěn)定的原因。 人體血液中H2CO3和HCO3-物質(zhì)的量之比為120，維持血液的pH為7.4。當酸性物質(zhì)進入血液時，電離平衡向生成碳酸的方向進行，過多的碳酸由肺部加重呼吸排出二氧化碳，減少的HCO3-由腎臟調(diào)節(jié)補充，使血液中HCO3-與H2CO3仍維持

14、正常的比值，使pH保持穩(wěn)定。當有堿性物質(zhì)進入人體血液，跟H2CO3作用，上述平衡向逆反響方向移動，過多的HCO3-由腎臟吸收，同時肺部呼吸變淺，減少二氧化碳的排出，血液的pH仍保持穩(wěn)定。 然而，當發(fā)生腎功能障礙、肺功能衰退或腹瀉、高燒等疾病時，血液中的HCO3-和H2CO3比例失調(diào)，就會造成酸中毒或堿中毒。臨床指標：血液pH7.35，為堿中毒；血液pH7.35，為酸中毒。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜索5、大氣臭氧層中的化學平衡 地球外表有大氣層覆蓋，離地面12 km以上的高空有一臭氧層，但它是地球生命的保護屏障。 我們知道，太陽輻射對生命危害極大的是紫外線。當太陽輻射通過臭氧層時，被吸收了約90的紫外線，

15、或者說把這些紫外輻射的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，使地面生命免受傷害。這其中的微妙就在于臭氧層里存在著以下動態(tài)平衡的緣故： O2 + O=O3 現(xiàn)在來分析臭氧層中這一平衡是怎樣建立的，又怎樣把紫外輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。首先，太陽輻射把高空的氧分子分裂?個氧原子，性質(zhì)異?；顫姷难踉痈醴肿咏Y(jié)合成為臭氧。 然后，在紫外線作用下，臭氧轉(zhuǎn)化為氧氣，并放出熱量。這一反響被看作臭氧能吸收紫外線，即從能量角度看，相當于把紫外輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?臭氧分解生成的氧氣，又會被太陽輻射作用生成氧原子，氧原子又會和氧分子結(jié)合成為臭氧，臭氧又吸收紫外線分解成為氧氣 所以在臭氧層中，O3、O2和O處于動態(tài)平衡，構(gòu)成了地球生命免受紫外

16、線殺傷的天然屏障。 6、怎樣吃菠菜動畫片?大力水手?中，每當大力水手吃下一罐菠菜后就會變得力大無窮。菠菜有這樣大的作用，這是影片的夸張手法，但菠菜確實含有一定的營養(yǎng)成分，如維生素、鐵質(zhì)等。然而，大力水手大量地吃菠菜是錯誤的。因為過量食用菠菜，會造成人體缺鈣。這個道理要從食用菠菜中存在的電離平衡說起。 菠菜中含有一種叫草酸的物質(zhì)，其學名是乙二酸，結(jié)構(gòu)簡式為HOOC-COOH，味苦澀，溶于水，是二元弱酸： HOOC-COOHHOOC-COO + H+ HOOC-COO OOCCOO + H+ 草酸進入人體后，在胃酸作用下，電離平衡向左移動。以分子形式存在的草酸，從藥理上看，是一種有毒的物質(zhì)，過量的

17、草酸會腐蝕胃黏膜，還會對腎臟造成傷害，另外，草酸會跟人體內(nèi)的Ca2+形成草酸鈣沉淀，使攝入的鈣質(zhì)不易被利用，造成人體缺鈣。那怎樣才能吸收菠菜中的營養(yǎng)，又不被草酸傷害呢？ 一種方法是除去草酸，即在油炒前，先將菠菜用熱水燙一燙，草酸溶于水而除去，且這樣炒的菠菜沒有苦澀味。 另一種方法是把草酸轉(zhuǎn)化為沉淀，這就是“菠菜燒豆腐的方法。每100 g菠菜中含300 mg草酸，每100 g豆腐約含240 mg鈣，因此，每70 g豆腐中的Ca2+，可以結(jié)合100 g菠菜中的草酸(不含菠菜自身的鈣)，當大局部草酸跟鈣結(jié)合，可使?jié)洞蟠蠼档?，菜肴更加美味可口。草酸鈣進入人體，局部被胃酸溶解，溶解后形成的Ca2+仍能

18、被人體吸收，未溶解的局部那么排出體外。因此，食物中的Ca2+正好是草酸的解毒劑，豆腐中損失的鈣可以由其他食物補充。 資料個人收集整理，勿做商業(yè)用途我們看到，化學平衡存在于世界、生活的方方面面，有化學平衡的存在，才使生命的存在成為可能。對化學平衡的學習和研究是有其深刻的意義所在的。三、拓展：四種動態(tài)平衡及平衡常數(shù)2.三大平衡常數(shù)導(dǎo)引一 平衡常數(shù)表達式、意義及影響因素規(guī)律與方法：1、對于可逆反響：a A(g)+ b B(g) c C(g)+d D(g)，其中a、b、c、d分別表示化學方程式中各反響物和生成物的化學計量數(shù)。當在一定溫度下到達化學平衡時，這個反響的平衡常數(shù)表達式為： 。2、如CH3CO

19、OH CH3COO-+ H+，電離平衡常數(shù)表達式為 3、水的離子積常數(shù)表達式是Kw= 4、Fe(OH)3(s) Fe3+(aq)+ 3OH-(aq), 溶度積常數(shù)為 。5、平衡常數(shù)K的大小能說明_。弱酸、弱堿的電離常數(shù)能夠反映_。難溶電解質(zhì)的Ksp的大小反映了_。6、三大平衡常數(shù)都只與溫度有關(guān)：升高溫度，假設(shè)K增大，那么說明平衡 移，說明正反響為 熱反響。反之那么相反。弱電解質(zhì)的電離均為 熱過程，所以升高溫度Ka、Kb、Kw均 。難溶物的溶解度一般隨溫度的升高而 ，所以升高溫度，一般Ksp會 。練習一：1 高溫下，某反響到達平衡，平衡常數(shù)恒容時，溫度升高，H2濃度減小。以下說法正確的選項是 A

20、該反響的焓變?yōu)檎?B恒溫恒容下，增大壓強，H2濃度一定減小C升高溫度，逆反響速率減小 D該反響的化學方程式為COH2O催化劑高溫CO2H22 在25時，密閉容器中X、Y、Z三種氣體的初始濃度和平衡濃度如下表：物質(zhì)XYZ初始濃度/mol·L-10.10.20平衡濃度/mol·L-10.050.050.1以下說法錯誤的選項是A反響到達平衡時，X的轉(zhuǎn)化率為50B反響可表示為X+3Y2Z，其平衡常數(shù)為1600C增大壓強使平衡向生成Z的方向移動，平衡常數(shù)增大D改變溫度可以改變此反響的平衡常數(shù)導(dǎo)引二 平衡常數(shù)的應(yīng)用應(yīng)用一、考查化學平衡常數(shù)規(guī)律與方法1.對于一般的可逆反響，平衡常數(shù)表達

21、式中各物質(zhì)的濃度一定是_時的濃度 。2.在進行K值的計算時，固體和純液體的濃度可視為“_。 3.利用K值可判斷某狀態(tài)是否處于平衡狀態(tài)。假設(shè)某時刻時，反響物和生成物的濃度關(guān)系如下： ，那么有以下結(jié)論：QK ，V(正)V(逆)，可逆反響處于_；QK ，V(正)V(逆)，可逆反響向_進行；QK ，V(正)V(逆)，可逆反響向_進行。4.化學平衡常數(shù)是指某一具體化學反響的平衡常數(shù)，當化學反響方程式的計量數(shù)增倍或減倍時，化學平衡常數(shù)也相應(yīng)的發(fā)生變化。 練習二1、 (2021山東理綜)一定溫度下，向1 L密閉容器中參加1 mol HI(g)，發(fā)生反響(2HIH2I2)，H2物質(zhì)的量隨時間的變化如右圖所示。

22、02 min內(nèi)的平均反響速率v(HI)_。該溫度下，H2(g)I2(g) 2HI(g)的平衡常數(shù)K_。相同溫度下，假設(shè)開始參加HI(g)的物質(zhì)的量是原來的2倍，那么_是原來的2倍。a平衡常數(shù) bHI的平衡濃度 c到達平衡的時間 d平衡時H2的體積分數(shù)2.在一定溫度下，反響1/2H2(g)+ 1/2X2(g) HX(g)的平衡常數(shù)為10。假設(shè)將1.0mol的HX(g)通入體積為1.0L的密閉容器中，在該溫度時HX(g)的最大分解率接近于A. 5% B. 17% C. 25% D.33%應(yīng)用二、沉淀溶解平衡常數(shù)規(guī)律和方法：公式：對于沉淀溶解平衡：MmNn(s) mMn+(aq)+nNm-(aq)。

23、固體純物質(zhì)不列入平衡常數(shù)。上述反響的平衡常數(shù)為：Ksp=_影響因素：溶度積常數(shù)它只受_影響，不受溶液中物質(zhì)濃度的影響。溶度積的應(yīng)用：通過比擬溶度積和溶液中有關(guān)離子濃度冪的乘積離子積QC的相對大小，可以判斷難溶電解質(zhì)在給定條件下沉淀能否生成或溶解。QC Ksp 溶液過飽和，有_析出，直至溶液飽和到達新的平衡狀態(tài) QC= Ksp 溶液飽和，沉淀與溶解處于_狀態(tài) QC Ksp溶液未飽和，無_析出.練習三1運用化學反響原理研究氮、氧等單質(zhì)及其化合物的反響有重要意義。在25下，向濃度均為0.1 mol·L-1的MgCl2和CuCl2混合溶液中逐滴參加氨水，先生成 沉淀填化學式，生成該沉淀的離子方程式 。25時KspMg(OH)2=1.8×10-11，KsPCu(OH)2=2.2×10-202. ：25°C時，。以下說法正確的選項是A25°C時，飽和Mg(OH)2溶液與飽和MgF2溶液相比，前者的c(Mg2+)大B25°C時，在Mg(OH)2的懸濁液參加少量的NH4Cl固體，c(Mg2+)增大C25°C時，Mg(OH)2固體在20ml0.01 mol·L-1氨水中的KSP比在20mL0.01mol