等效平衡專題教案

等效平衡專題教案等效平衡適用學科高中化學適用年級高中三年級適用區(qū)域全國通用新課標版課時時長（分鐘）60分鐘知識點化學平衡的移動平衡移動原理濃度、壓強對平衡移動影響的幾種特殊情況等效平衡原理、規(guī)律和應用化學平衡計算的一般思路教學目標知識與技能：1、掌握化學平衡的移動規(guī)律2、理解等效平衡原理、規(guī)律和應用過程與方法：培養(yǎng)學生觀察、分析、整理、歸納總結、探究等能力情感態(tài)度與價值觀：引導學生根據(jù)已有的知識經驗，分析推理出新的知識。教學重點等效平衡原理、規(guī)律和應用教學難點等效平衡原理、規(guī)律和應用教學過程一、復習預習1、化學平衡移動原理的內容是什么2、影響平衡移動的外界因素有哪些二、知識講解考點1等效平衡定義對同一可逆反應，在一定條件下（常見的為恒溫恒容或恒溫恒壓），起始投料方式不同（從正、逆或中間等方向開始），若達到的化學平衡同種物質的百分含量均相同，這樣的平衡狀態(tài)互稱為等效平衡?？键c2等效平衡的常見分類和狀態(tài)以如下反應為例：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)（1）如果m+n≠p+q①恒溫恒容：使用極限轉化分析法，一邊倒后相同起始物質的物質的量相等。達到平衡后各物質濃度相等，百分含量相等，體積沒變化，壓強沒有變化，達到平衡后正逆反應速率相同。唯一不同的是根據(jù)投料方式的不同會導致反應熱不同。②恒溫恒壓：一邊倒后相同起始物質的物質的量之比相等。達到平衡后各物質濃度相等，百分含量相等，體積可有變化，壓強沒有變化，達到平衡后正逆反應速率相同。根據(jù)投料的量和方式的不同會導致反應熱不同。（2）如果m+n=p+q③一邊倒后相同起始物質的物質的量之比相等。恒溫恒壓的話，達到平衡后體積未必相等；恒溫恒容的話，除了體積相等，達到平衡后各物質濃度、壓強、正逆反應速率都可能不同。兩種情況下反應熱根據(jù)投料的量和方式的不同而不同。比較見下表1.表1反應mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)的等效平衡狀態(tài)分析表等效平衡效果等效平衡分類反應分類反應條件（恒溫）投料方式（一邊倒后，相同物質）和原平衡相比形成不等效平衡的單一條件濃度壓強正逆反應速率體積反應熱同種物質的百分含量相同“一模一樣”（1）①，②m+n≠p+q①恒容必須物質的量相等相等相等根據(jù)投料方式的不同而不同T變化，平衡移動。P和C變化，則看Q/K=1與否，不等則平衡發(fā)生移動“比例相同”②恒壓物質的量之比相等即可未必相等根據(jù)投料的量和方式的不同而不同（2）③m+n=p+q恒容未必相等可同等程度變化相等考點3等效平衡解題建模過程對于反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，按照①、②、③的投料方式進行反應，（1）恒溫恒容下，則所能達到等效平衡的狀態(tài)為：①=②≠③。③為①或②、④進行加壓后的情況，對于這種△vg<0的情況,壓強增大,平衡向正方向移動,N2轉化率升高。④④1molN23molH21molN23molH22molNH3②2molN26molH2③1molN23molH2①2molH22molI2⑥4molHI⑦1molH21molI2⑤2molHI⑧（2）恒溫恒壓下，則所能達到等效平衡的狀態(tài)為：①=②=③。對于反應H2(g)+I2(g)2HI(g)按照⑤、⑥、⑦、⑧的投料方式進行反應，（3）恒溫恒容下、恒溫恒壓下，則所能達到等效平衡的狀態(tài)為：⑤=⑥=⑦=⑧?；谏厦鎺追N類型的建模過程，對照表1可進行分析能量變化等情況，再應用于解題。三、例題精析【例題1】【題干】2.0molPCl3和1.0molCl2充入體積不變的密閉容器中，在一定條件下發(fā)生下述反應PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g)，達到平衡時,PCl5為0.4mol，如果此時移走1.0molPCl3和0.5molCl2,在相同溫度下再達到平衡，PCl5的物質的量為（）。A.0.4molB.0.2molC.小于0.2molD.大于0.2mol，小于0.4mol【答案】C【解析】此題屬于恒溫恒容，△Vg﹤0。移走后，相當于一開始就是1.0molPCl3和0.5molCl2在反應。若平衡不移動，PCl5為0.2mol。若用虛擬隔板將體積壓縮為一半，則移走前后互為等效平衡。實際情況是要把隔板抽掉，壓強變小，平衡左移，選C。【例題2】【題干】溫度為T時，向2.0L恒容密閉容器中充入1.0molPCl5，反應PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)經一段時間后達到平衡。反應過程中測定的部分數(shù)據(jù)見下表：t/s050150250350n(PCl3)/mol00.160.190.200.20下列說法正確的是A．反應在前50s的平均速率為v（PCl3）=0.0032mol?L-1?s-1B．保持其他條件不變，若升高溫度，平衡時，c（PCl3）=0.11mol?L-1，則反應為放熱反應C.相同溫度下，起始時向容器中充入1.0molPCl5、0.20molPCl3和0.20molCl2，達到平衡前v(正)＞v(逆)D.相同溫度下，起始時向容器中充入2.0molPCl3、2.0molCl2，達到平衡時，PCl3的轉化率小于80%【答案】C【解析】此反應初始平衡狀態(tài)用三行式分析如下：PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)C0（mol/L）0.500C變（mol/L）0.10.10.1C平（mol/L）0.40.10.1A、由表中數(shù)據(jù)可知50s內，△n（PCl3）=0.16mol，根據(jù)v=△nV△t計算v（PCl3）；B、由表中數(shù)據(jù)可知，平衡時n（PCl3）=0.2mol，保持其他條件不變，升高溫度，平衡時，c（PCl3）=0.11mol/L，則n′（PCl3）=0.22mol，根據(jù)平衡時n（PCl3），判斷平衡移動方向，升高溫度平衡向吸熱反應方向移動；C.先求得平衡常數(shù)K=（0.1）2/0.4=0.025，再求相同溫度下，更換投料方式后的濃度商Qc=（0.1）2/0.5=0.02,Qc﹤K,相當于在原來的平衡基礎上增大了反應物的濃度（原平衡狀態(tài)即為參照系），正逆反應速率均增大，要達到新的平衡分子應減小，分母應增大，平衡向正反應方向移動，達到平衡前v(正)＞v(逆)。D.本題原平衡中PCl5的轉化率為20%，采用一邊倒的極限轉化分析，若投料方式從逆向開始，則轉化率為80%。先建立原容器體積的兩倍的模型，可得等效平衡的參照系，再把容器壓縮為原容器，則平衡向逆反應方向移動，PCl3的轉化率應大于80%。【例題3】【題干】向體積不變的密閉容器中充入2molN2和6molH2，一定條件下發(fā)生反應：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，平衡時混合氣體共7mol。令a、b、c分別代表N2、H2、NH3起始加入的物質的量，維持溫度不變，使達到平衡時各成分的百分含量不變。則：(1)若a＝0，b＝0，則c＝；(2)若a＝0.7，b＝2.1，則：①c＝②這時反應向進行；③若要維持反應開始時即向該反應方向進行，c的取值范圍是；(3)欲使起始反應維持向正方向進行，則b的取值范圍是?！敬鸢浮竣與＝4；(2)①c＝2.6，②起始量5.4mol(0.7mol＋2.1mol＋2.6mol)﹤7mol，向生成氣體更多物質的量的逆向進行。③為了維持反應開始向逆向進行，c：1<c≤4。（3）b：4.5<b≤6?！窘馕觥扛鶕?jù)題意，可以列三行式求得達到平衡時平衡時各成分的物質的量，設平衡時N2轉化了xmol，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)n0（mol）260n變（mol）x3x2xn平（mol）2－x6－3x2x依題意：(2－x)＋(6－3x)＋2x＝7，x＝0.5。該題屬于恒溫恒容，△Vg≠0，一邊倒后跟起始投料量完全一致時才能夠達到等效平衡。可利用極限轉化（極轉）的思維進行分析。N2＋3H22NH3n（原始投料/mol）260n（其他投料/mol）abcn（等效平衡投料/mol）a+c/2=2b+3c/2=60n（平衡投料/mol）1.54.51n（逆向投料/mol）004解得（1）c＝4；(2)①c＝2.6，②起始量5.4mol(0.7mol＋2.1mol＋2.6mol)﹤7mol，向生成氣體更多物質的量的逆向進行。③為了維持反應開始向逆向進行，c：1<c≤4。（3）b：4.5<b≤6。四、課堂運用【基礎】1.在一密閉的容器中充入2molA和1molB發(fā)生反應：2A(g)＋B(g)→xC(g)，達到平衡后，C的體積分數(shù)為w%；若維持容器的容積和溫度不變，按起始物質的量A：0.6mol、B：0.3mol、C：1.4mol充入容器，達到平衡后，C的體積分數(shù)仍為w%，則x的值為()A、只能為2B、只能為3C、可能為2，也可能為3D、無法確定【答案】C【解析】包括兩種情況。若x等于3，則這一反應是一個前后氣體體積不變的類型，因此只要滿足第二種投料方式中按化學計量數(shù)換算成平衡式左右兩邊同一邊物質的物質的量之比與第一種投料方式相等即可達到等效平衡。若x不等于3，則須滿足第二種投料方式中通過可逆反應的化學計量數(shù)比換算成平衡式左右兩邊同一邊物質的物質的量與第一種投料方式完全相等，才能使兩平衡等效。2.一定溫度下，在恒容密閉容器中發(fā)生如下反應：2A(g)＋B(g)3C(g)，若反應開始時充入2molA和2molB，達平衡后A的體積分數(shù)為a%。其他條件不變時，若按下列四種配比作為起始物質，平衡后A的體積分數(shù)小于a%的是()A、2molCB、2molA和1molBC、1molB和1molCD、2molA、3molB和3molC【答案】C【解析】由于壓強改變對平衡移動無影響，故平衡后A的體積分數(shù)只與起始加入的A、B物質的量之比有關。假設反應都向逆反應進行到底，按四種配比加入起始物質，可等效轉換成起始加入A、B的物質的量之比為：A．n(A)∶n(B)＝2∶1B．n(A)∶n(B)＝2∶1C．n(A)∶n(B)＝1∶2D．n(A)∶n(B)＝1∶1平衡后A的體積分數(shù)為a%時，起始加入的A、B物質的量之比為1∶1。若平衡后A的體積分數(shù)小于a%，則起始加入A、B的物質的量之比應小于1∶1。3.已知：H2(g)＋I2(g)2HI(g)ΔH<0。有相同容積的定容密閉容器甲和乙，甲中加入H2和I2各0.1mol，乙中加入HI0.2mol，相同溫度下分別達到平衡。欲使甲中HI的平衡濃度大于乙中HI的平衡濃度，應采取的措施是()A、甲、乙提高相同溫度B、甲中加入0.1molHe，乙不變C、甲降低溫度，乙不變D、甲增加0.1molH2，乙增加0.1molI2【答案】C【解析】0.2molHI相當于H2、I2各0.1mol，所以甲、乙在題述情況下達到的平衡是等效的。A項，甲、乙提高相同溫度，仍等效；B項，甲中加入0.1molHe對反應無影響；C項，甲降低溫度，平衡右移，HI的濃度增大；D項，甲增加0.1molH2，乙增加0.1molI2，平衡都向右移動，HI的濃度都增大。【鞏固】1.已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)；ΔH＝－197kJ·mol－1。向同溫、同體積的三個密閉容器中分別充入氣體：(甲)2molSO2和1molO2；(乙)1molSO2和0.5molO2；(丙)2molSO3。恒溫、恒容下反應達平衡時，下列關系一定正確的是（）A．容器內壓強P：P甲＝P丙>2P乙B．SO3的質量m：m甲＝m丙>2m乙C．c(SO2)與c(O2)之比k：k甲＝k丙>k乙D．反應放出或吸收熱量的數(shù)值Q：Q甲＝Q丙>2Q乙【答案】B【解析】恒溫恒容，△Vg≠0，投料要一邊倒后相等才是等效平衡，甲、丙屬于此類，只是能量變化完全相反。隱含的關系為lQ甲l+lQ丙l=197，轉化率不一定為50%，所以Q甲不一定等于Q丙，D錯，而平衡時m甲＝m丙是正確的。把甲裝置用虛擬隔板均分兩部分，其中一部分可作為參照系，之與乙的投料方式互為等效平衡，可見乙容器的真實狀態(tài)是體積增大，壓強變小，平衡向生成更多的氣體即逆向移動。如果平衡不移動則SO3的質量：m甲=2m乙，實際m甲>2m乙，B對；若不移動壓強：P甲=2P乙，實際P甲＜2P乙，A錯；c(SO2)與c(O2)之比k：因為投料比和變化都正好成比例，所以不管什么反應狀態(tài)下，都有k甲＝k丙=k乙，C錯。2.有甲、乙兩個完全相同的容器，發(fā)生反應A(g)+2B(g)=2C(g)，向甲容器中加入1molA(g)和4molB(g)，在一定條件下達到平衡時的熱效應（吸熱或放熱）為Q，在相同條件下向乙容器中加入2molC(g)和2molB(g)，達到平衡時的熱效應（放熱或吸熱）為4Q。則甲容器中B的轉化率為。【答案】10%【解析】恒溫恒容，兩個等效平衡狀態(tài)。A(g)+2B(g)=2C(g)△Hn甲（mol）140Qn乙（mol）0224Qn乙（極轉）（mol）140此題隱含的關系式為，1molA和2molB完全反應的熱量變化為I5QI，所以甲中α（B）=α（A）╳（1/2）=（Q/5Q）╳100%╳（1/2）=10%。【拔高】1.向體積可變的密閉容器中充入2molN2和6molH2，一定條件下發(fā)生反應：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，平衡時混合氣體共7mol。令a、b、c分別代表N2、H2、NH3起始加入的物質的量，維持溫度不變，使達到平衡時各成分的百分含量不變。則：(1)若a＝0，b＝0，則c＝；若a＝0.7，b＝2.1，c＝；（2）若初始投入量為a＝1，b＝4，能否達到跟上述平衡的等效平衡狀態(tài)？【答案】（1）c均為任意值。（2）不能?！窘馕觥看祟}為恒溫恒壓，由于體積可變，只需要起始投入量一邊倒后等比例即可達到等效平衡。這兩個平衡狀態(tài)各種物質的濃度相等，容器的體積和原平衡的體積成倍數(shù)關系。2.某溫度下，H2（g）+CO2(g)H2O（g）+CO(g)的平衡常數(shù)K=9/4．該溫度下在甲、乙、丙三個恒容密閉容器中，投入H2（g）和CO2（g），其起始濃度如右表所示。下列判斷不正確的是A、平衡時，乙中CO2的轉化率大于60%B、平衡時，甲中和丙中H2的轉化率均是60％C、平衡時，丙中c(CO2)是甲中的2倍，是0.012mol/LD、反應開始時，丙中的反應速率最快，甲中的反應速率最慢【答案】C【解析】一般說來，如果選擇題中涉及到計算，這樣的選項可以最后考慮。首先看D選項，因為丙中反應物的起始濃度是甲中反應物起始濃度的2倍，因此反應速率丙大于甲，乙居中，但甲和丙的轉化率是相等的，且丙中反應的H2和CO2是甲中的2倍；乙可以看作是在甲的基礎上多加了H2，平衡向右移動了，因此乙中CO2的轉化率大于甲中CO2的轉化率，這樣初斷定ABD項正確，C錯誤。再通過平衡常數(shù)來計算轉化率和平衡時c(CO2)，進一步確認。課程小結解決等效平衡的問題，主要是找到等效平衡的參照系，進行與基本等效平衡類型建模比較分析。表1把能量變化納入平衡移動的角度來分析，不難理解為何近年考題熱衷這個綜合的角度，這非常有利于全面理解化學反應原理，培養(yǎng)學生嚴謹求實的科學態(tài)度，與課程標準要求一致。課后作業(yè)【基礎】1.保持恒溫、恒容，在某密閉容器中發(fā)生反應：2A(g)＋2B(g)C(g)＋3D(g)．現(xiàn)分別從兩條途徑建立平衡：Ⅰ——從正反應開始，A、B的起始物質的量均為2mol；Ⅱ——從逆反應開始，C、D的起始物質的量分別為2mol和6mol。以下敘述中正確的是()A．Ⅰ、Ⅱ兩種途徑從反應開始到平衡狀態(tài)所消耗的時間相同B．Ⅰ、Ⅱ兩種途徑從反應開始到平衡狀態(tài)的過程中，體系的總密度始終保持不變C．Ⅰ、Ⅱ兩途徑最終達到平衡時，體系內A的物質的量分數(shù)相同D．Ⅰ、Ⅱ兩途徑最終達到平衡時，體系內A的濃度相同【答案】BC【解析】本題屬于等效平衡，即在恒溫、恒容條件下，對于反應前后氣體分子數(shù)不改變的可逆反應，只要起始時加入反應物(或生成物)的物質的量的比值與原平衡相同，則兩平衡等效．這種等效平衡的結果是各物質所占的百分比相同，而物質的量和濃度成比例。2.甲、乙兩恒溫容器開始時壓強相同，分別充入甲：2molA+1molB，乙：1.4molA+0.7molB+0.6molC，發(fā)生反應2A(g)+B(g)

xC(g)。達到平衡時兩者中C的體積分數(shù)相同。

(1)若甲、乙均為恒容容器，則x=___；

(2)若甲、乙均為恒壓容器，則x=___；

(3)若x=3，甲為恒容容器，乙為恒壓容器，則平衡時兩者中C的量較多是_____。【答案】（1）2（2）任何正整數(shù)（3）甲【解析】（1）根據(jù)恒溫恒容Δn(g)≠0，即x≠3，將物質折為一側，對應物質的物質的量（n）均相等。故有

2A(g)

+

B(g)

xC(g)

起始：1.4mol

0.7mol

0.6mol

轉化：mol

mol

0.6mol

所以：1.4+

=2

或0.7+

=1

解得：x=2

又根據(jù)恒溫恒容時，當Δn(g)=0，x=3時，0.6molC分解成0.4molA與0.2molB，即折為一側后，n(A)=1.4mol+0.4mol=1.8mol，n(B)=0.7mol+0.2mol=0.9mol，顯然，n(A)：n(B)=2:1，同樣符合要求。

（2）恒溫恒壓時起始A、B的物質的量之比2:1，且不論x為何值，也不論C為多少，C分解生成的A、B的物質的量之比都是2:1，則n(A):n(B)恒為2:1，符合恒溫恒壓時的要求。此時x為任何正整數(shù)。

（3）若x=3，甲、乙均成為恒溫恒太容器，起始時甲充入2molA+1molB，乙中折為一側可看成充入1.8molA+0.9molB,顯然n(A)：n(B)=2:1，二者是等效平衡，甲中C的量多?！眷柟獭?.一定條件下存在反應：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，其正反應放熱。現(xiàn)有三個相同的2L恒容絕熱(與外界沒有熱量交換)密閉容器=1\*ROMANI、=2\*ROMANII、=3\*ROMANIII，在=1\*ROMANI中充入1molCO和1molH2O，在=2\*ROMANII中充入1molCO2和1molH2，在=3\*ROMANIII中充入2molCO和2molH2O，700℃條件下開始反應。達到平衡時，下列說法正確的是A.容器=1\*ROMANI、=2\*ROMANII中正反應速率相同B.容器=1\*ROMANI、=3\*ROMANIII中反應的平衡常數(shù)相同C.容器=1\*ROMANI中CO的物質的量比容器=2\*ROMANII中的多D.容器=1\*ROMANI中CO的轉化率與容器=2\*ROMANII中CO2的轉化率之和小于1【答案】CD【解析】屬于恒容不恒溫，△Vg=0，容易錯誤地套用上述常規(guī)分類進行分析錯答為AB。不過仍然可以用建立“等效平衡參照系”的方法進行綜合分析。700℃，2L：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH＜0I（mol/L）0.50.500II（mol/L）000.50.5III（mol/L）1100先分析I和II。設I在溫度不變時達到的平衡狀態(tài)為參照系，達到平衡時溫度高于700℃。容器=2\*ROMANII從逆向即吸熱方向開始反應，達到的平衡狀態(tài)容器=2\*ROMANII溫度小于700℃，最終為不等效平衡,v正（I）≠v正（II）。相對參照系，容器=1\*ROMANI平衡逆向移動，容器=2\*ROMANII平衡正向移動，容器=1\*ROMANI中CO的物質的量比容器=2\*ROMANII中的多，α（CO）、α（CO2）均相應減小。若溫度恒定，容器=1\*ROMANI、=2\*ROMANII等效，α（CO）+α（CO2）=1，溫度可變則小于1。A錯C、D正確。容器=3\*ROMANIII可看成兩個容器=1\*ROMANI疊加并壓縮為一半，各物質濃度增加一倍，若溫度恒定，則平衡不移動；恒容絕熱下，容器=3\*ROMANIII中溫度比容器=1\*ROMANI高，平衡逆向移動，故K(=3\*ROMANIII)＜K(I)。B錯。2.向某密閉容器中充入1molCO和2molH2O(g)，發(fā)生反應：CO＋H2O(g)CO2＋H2.當反應達到平衡時，CO的體積分數(shù)為x.若維持容器的體積和溫度不變，起始物質按下列四種配比充入該容器中，達到平衡時CO的體積分數(shù)大于x的是()A．0.5molCO＋2molH2O(g)＋1molCO2＋1molH2B．1molCO＋1molH2O(g)＋1molCO2＋1molH2C．0.5mo