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化学平衡是历年来高考的重点和热点,而化学平衡中的“等效平衡”更是化学平衡中的难点,若能洞悉各类“等效平衡”的有关问题,那么一切有关化学平衡的问题也就迎刃而解了。“等效平衡”的问题已有较多的文章见诸报刊杂志,但在教学实践中教师和学生还是感到困难重重。如何突破这一难点,让学生不仅易于掌握,而且能灵活应用,就成为教学研究的一个重要课题。
 

 教学目标

 

㈠知识与技能

 

认识从不同起始状态下化学平衡的建立过程。

 

㈡过程与方法

 

通过典例分析,掌握分析等效平衡问题的方法。

 

㈢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

 

1.教学重点:等效平衡问题

 

2.教学难点: 应用勒夏特列原理分析各类等效平衡

 

教学设计思路

 

首先通过一些简单具体的例子,提出等效平衡的概念,然后应用勒夏特列原理分析各类等效平衡,从而理解各种类型等效平衡的模式,最后应用结论,分析复杂的问题。

 

本教学案例的突出之处在于,应用勒夏特列原理分析等效平衡,让学生理解过程,从而能够深刻的理解应用,而不是简单的给出结论,让学生死记硬背,生搬硬套。如何设计合适的问题,引导学生得出结论,正是本教学设计试图解决的问题。

 

教学过程设计

 

 

教学环节1:等效平衡的概念

 

 

【比喻】从我家到你家的中间有一个美丽的花园,从我家出发可以去,从你家出发也可以去,从我家和你家的任意一个地方出发都可以到达这个美丽的花园。引出课题:等效平衡问题。

 

 

【例析】我们来看如下可逆反应,在一定条件下,按照不同的起始物质的量①②③,达到平衡状态时,各种物质的物质的量分数之间有何关系:

 

N2     3H   2NH3

   1mol     3mol           0

    0        0            2mol

  0.5mol    1.5mol         1mol

 

师生共同分析,采用极限假设法,通过可逆反应的化学计量数比换算成同一半边的物质的物质的量浓度,与原平衡相等,则①②③的量相当。像这样的问题,我们称之为“等效平衡”。

 

【板书】一、等效平衡的概念

 

在一定条件下,可逆反应只要起始浓度相当,无论经过何种途径,但达到化学平衡时,只要同种物质物质的量分数(或体积分数)相同,这样的平衡称为等效平衡。

 

【说明】1.我们所说的“等效平衡”与“完全相同的平衡状态”不同;“完全相同的平衡状态”在达到平衡状态时,任何组分的物质的量分数(或体积分数)对应相等,并且反应的速率等也相同;而“等效平衡”只要求平衡混合物中各组分的物质的量分数(或体积分数)对应相同,反应的速率、压强、物质的量浓度等可以不同。

 

2.一定条件指的是①同TV或者②同Tp

 

3. 平衡状态(终态)只与始态有关,而与途径无关,(①无论从什么方向开始②投料是一次还是分成几次,③扩大—缩小或缩小—扩大的过程,)只要起始浓度相当,就达到等效平衡状态。

教学环节2:等效平衡的分类

 

【例析】下面我们再来分析一下刚才的那个例子,然后看看能否找出这些反应物与生成物之间满足如何关系,平衡才算是“等效”的。

N2     3H   2NH3

   1mol     3mol           0

    0          0         2mol

  0.5mol     1.5mol       1mol

  a mol     b mol       c mol

   2mol      6mol          0

 

  

 【讨论】⑴按极限假设法分析,

 

若④也与①是等效平衡,abc之间应该满足什么关系?

 

a:b是否一定等于N2H2的化学计量数之比1:3

 

⑶按⑤投料,也可与①形成等效平衡吗?若能,条件是什么?

【教师引导学生分析】⑴

 

⑵若与①是等效平衡a:b一定等于N2H2的化学计量数之比1:3,其他就不见得了,要看作参照的那种投料比了,例如若①中起始物质的量为n(H2)= 1moln(N2)= 1mol,则④中a:b就不应该为1:3咯。

 

⑶若是恒温恒容条件下,按照⑤投料,起始浓度都变为①的2倍,相当于增大压强,平衡会向正方向移动,故⑤与①不是等效平衡;若是恒温恒压条件下,起始物质的量变为①的2倍,容积也会扩大到原来的2倍,相当于是在2个等大的容器中分别反应,各自达到平衡态,然后再混合,其中各组分的物质的量分数应该是不会变的。因此在恒温恒压条件下,⑤与①是等效平衡。

 

【例析】  下面我们再看一个例子:

CO(g)  +  H2O(g)        CO2(g)  +  H2(g)
          A      2mol        2mol                 0          0
          B       0            0                 4mol       4mol     
          C      1mol        1mol                1mol       1mol
          D      4mol        4mol                2mol       2mol 
          E      x mol       y mol                z mol      w mol    

 

【讨论】⑴分别分析在恒温恒容和恒温恒压条件下ABCD是否是等效平衡?

 

 

⑵若EA为等效平衡,xyzw 应满足如何关系? 

 

 

【小结板书】二、等效平衡的分类

 

1. 对于化学反应前后气体分子数改变的可逆反应

 

⑴在定温定容条件下,只改变起始加入物质的物质的量,如果通过可逆反应的化学计量数之比换算成化学方程式的同一边物质的物质的量与原平衡相同,则两平衡等效。

 

 

⑵在定温定压条件下,改变起始时加入物质的物质的量,只要按化学计量数之比换算成化学方程式的同一边物质的物质的量之比与原平衡相同,达到平衡状态后与原平衡等效。

 

2. 对于反应前后气体分子数不变的可逆反应

 

 

不论是在定温定容条件下还是在定温定压条件下,改变起始时加入物质的物质的量,只要按化学计量数之比换算成化学方程式的同一边物质的物质的量之比与原平衡相同,达到平衡状态后与原平衡等效。

 

   教学环节3:等效平衡的应用

 

【例1】在一定温度下,把2mol SO21mol O2通入一定容积的密闭容器中,发生如下反应,,当此反应进行到一定程度时反应混合物就处于化学平衡状态。现在该容器中维持温度不变,令abc分别代表初始时加入的的物质的量(mol),如果abc取不同的数值,它们必须满足一定的相互关系,才能保证达到平衡状态时,反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡完全相同。请填空:

 

⑴若a=0b=0,则c=___________

 

⑵若a=0.5,则b=___________c=___________

 

abc的取值必须满足的一般条件是______________________。(请用两个方程式表示,其中一个只含ac,另一个只含bc

 

答案:⑴c=2

      b=0.25c=1.5

     

【例2】如图所示,在一定温度下,把2体积N26体积H2通入一个带有活塞的容积可变的容器中,活塞的一端与大气相通,容器中发生以下反应:(正反应放热),若反应达到平衡后,测得混合气体的体积为7体积。据此回答下列问题:

 

 

⑴保持上述反应温度不变,设abc分别代表初始加入的N2H2NH3的体积,如果反应达到平衡后混合气体中各气体的体积分数仍与上述平衡相同,那么:

 

①若a=1c=2,则b=_________。在此情况下,反应起始时将向_________(填“正”或“逆”)反应方向进行。

 

②若需规定起始时反应向逆反应方向进行,则c的取值范围是_________

 

⑵在上述装置中,若需控制平衡后混合气体为6.5体积,则可采取的措施是_________,原因是_________

 

解析:⑴①化学反应:在定温、定压下进行,要使平衡状态与原平衡状态等效,只要起始时就可以达到。已知起始时各物质的体积分别为1体积N2b体积H22体积。根据“等价转换”法,将2体积通过反应的化学计量数之比换算成的体积,则相当于起始时有(1+1)体积和(b+3)体积,它们的比值为,解得b=3

 

因反应前混合气体为8体积,反应后混合气体为7体积,体积差为1体积,由差量法可解出平衡时1体积;而在起始时,的体积为c=2体积,比平衡状态时大,为达到同一平衡状态,的体积必须减小,所以平衡逆向移动。

 

②若需让反应逆向进行,由上述①所求出的平衡时的体积为1可知,的体积必须大于1,最大值则为2体积6体积完全反应时产生的的体积,即为4体积,则1c2

 

⑵由6.5<7可知,上述平衡应向体积缩小的方向移动,亦即向放热方向移动,所以采取降温措施。

 

【例3】甲、乙两恒温容器开始时压强相同,

 

分别充入甲:2 molA +1 molB ,

 

乙:1.4mol A +0.7 mol B +0.6 mol C

 

发生反应2A (g) +B (g)  x C(g) 。达到平衡时两者中C的体积分数相同。

 

(1)若甲、乙均为恒容容器,则x =___

 

(2)若甲、乙均为恒压容器,则x =___

 

(3)x =3,甲为恒容容器,乙为恒压容器,则平衡时两者中C的量较多是_____

 

 

解析:⑴根据恒温恒容Δn (g)≠0 ,即x≠3,将物质折为一侧,对应物质的物质的量(n)均相等。故有        

               2A (g)   +   B (g)      x C(g)

           起始1.4mol      0.7 mol         0.6 mol

           转化mol      mol       0.6 mol

          所以1.4 +  = 2  0.7 +  = 1

          解得x = 2

 

又根据恒温恒容时Δn (g) = 0 x =30.6 mol C分解成0.4molA0.2molB即折为一侧后n(A)=1.4mol + 0.4mol = 1.8 moln(B)=0.7mol + 0.2mol = 0.9 mol显然n(A)n(B)=2:1同样符合要求。

 

⑵恒温恒压时起始AB的物质的量之比2:1,且不论x为何值,也不论C为多少,C分解生成的AB的物质的量之比都是2:1,则n(A):n(B)恒为2:1,符合恒温恒压时的要求。此时x为任何正整数。

 

3)若x = 3,甲、乙均成为恒温恒太容器,起始时甲充入2 molA +1 molB,乙中折为一侧可看成充入1.8 molA +0.9 molB,显然n(A)n(B) = 2:1,二者是等效平衡,甲中C的量多。

    
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