时间:2023-08-23 16:26:13
序论:写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感,挖掘那些隐藏在内心深处的真相,好投稿为您带来了七篇化学反应速率的意义范文,愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂,助力您的创作。
化学平衡移动意义在于,当改变外界条件比如温度、压力和反应物、生成物浓度时,打破了原有化学平衡状态使其最大限度的向正方向进行,这在工业生产具有重要的意义。
(1)浓度对化学反应的影响
从化学平衡常数定义分析来看,当反应温度不变时,增加反应物浓度必然会使化学反应向正方向移动,从而引起生成物浓度的增加这样才能达到最终的平衡状态;同样将生成物移走,对于原有的平衡状态来看,相当于增加了反应物的浓度,反应也会向正方向移动,提高反应物的利用率,这在工业生产上应用比较广泛。例如,对于N2+3H2=2NH3可逆反应来讲,让化学平衡向生成NH3的方向移动,在其他条件不变的前提下,可以在反应容器中充入N2或者H2使它们的浓度增加。在实际的生产中为了获得多的NH3,需要将生成的NH3尽快的移走,降低NH3的浓度。这样反应就能向正方向移动。
(2)温度对化学平衡的影响
改变浓度是在化学平衡常数不变的情况下遵循的规律,但是当化学反应温度发生变化会引起化学平衡常数的变化。经过物理化学家们的潜心研究,终于发现了温度对化学平衡的影响,其满足克拉伯龙方程,即当升高温度化学反应向吸热的方向移动,降低温度化学反应向放热方向移动。所以,在工业生产中根据化学反应的吸、放热采取相应的措施,让其向着生成物方向移动。
(3)压强对化学平衡的影响
压强对化学反应的影响主要针对反应物中有气体或者是生成物有气体反应,由化学平衡常数来看,化学方程式中分子数增加和减少的反应,压强对其产生的影响也不同。经过试验证明,在其他条件时,增大压强有利于向化学分子数小的方向移动,减小压强有利于向化学分子数增大的方向移动。
二、化学反应速率理论
不同化学反应其反应速率有着明显的区别,比如,酸碱中和以及爆炸反应比较猛烈,部分氧化反应进行缓慢。为了将化学反应更好的为化工生产服务,需要对化学反应详细的研究,经过研究最终用化学反应速率来衡量化学反应进行的快慢。
1、浓度对化学反应速率的影响浓度对化学反应速率的影响,是通过影响化学平衡进行过程实现的。对于大多数化学反应,增加生成物或者降低生成物浓度有利于向正方向移动,但是并不是所有的化学反应都遵守这个规律。比如,某组分对化学反应速率的分级数是零,不管增加还是减少该组分都不会对化学反应速率造成影响;当某组分反应分级数是负数,增加其浓度不会提高原反应的速率,相反会降低其速率。对于某化学反应,当确定了催化剂和外界温度后,浓度就成为影响其反应速率是重要因素。
2、温度对化学反应速率的影响很早以前人们就发现温度对化学反应速率有重要影响。化学反应除了浓度对反应速率有影响外,和化学速率常数也有着密切的联系,温度对化学反应的影响主要通过影响反应速率常数实现。反应中如果整个体系的活化能降低,其反应温度就越高,反应速率也就越快。但是对于复杂的反应体系来讲,温度升高有利于向活化能高的方向移动。
3、催化剂对化学反应速率的影响催化性具有选择性,比如某种物质在一个反应中是催化剂,在其他反应中就不一定是催化剂。对于具有主副反应的体系,可以选择合适的催化剂达到促进主反应抑制副反应的目的。另外,在化工生产中需要研究影响催化剂中毒的因素,避免由于使用工业设施不慎,导致催化剂中毒情况的发生。催化剂中毒使催化剂不能发挥最佳的催化效果,影响反应的进行。
温度对化学反应速率的影响比较直观、显著,其影响效果一般分为以下五种。第一种是最常见的,它是指化学反应速率与温度间呈现指数关系,即随着温度的升高,化学反应速率呈现出加快的趋势,比如盐酸和烧碱的反应。范特霍夫是首位提出温度与化学反应速率常数间影响关系的化学家,而他研究的正是第一类反应。范特霍夫指出,在反应物浓度一定的情况下,温度每升高10K,化学反应速率会随着加快2~4倍,相应地,化学反应速率常数也会增加2~4倍。第二种是爆炸极限反应,也就是说,当温度升高时,K增大,但达到极限时,K增加得非常快,甚至会引起爆炸。第三种是常见的催化反应,在这类反应中,温度是通过影响催化剂的活性来影响反应速率的。例如,Fe这种催化剂的活性,从500~550℃开始,随着温度升高,活性逐渐增强,并且当催化剂Fe达到最大活性值时,化学反应速率最大,而超过这一极限对应的温度时,Fe的活性会随温度升高而下降,此时化学反应速率常数也会随着减小。第四种类比较反常,比如2NO+O2——2NO2,当温度升高时,化学反应速率反而会降低。第五种指的是温度变化会改变化学反应的生成物,会致使副反应的发生或者反应复杂化,在这类反应中,化学反应速率常数的变化趋势较为复杂,通常有起有伏,较难把握。
二、溶剂对化学反应速率的影响
溶剂是影响化学反应速率的重要因素,而考虑溶剂对反应速率的影响结果时,通常要综合分析,即全面考虑溶剂的极性,溶剂介电常数,原电池原理等。换言之,溶剂对化学反应速率的影响主要表面在以下四方面。第一,如果一个化学反应,它的生成物的极性大于反应物,那么在极性溶剂中反应速率较大,相反地,如果生成物的极性小于反应物,那么在极性溶剂中化学反应速率会减慢。第二,在化学反应中,溶剂的介电常数越大,表示着离子间的吸引力越弱,所以溶剂的介电常数越大,离子间的化合反应越难进行。第三,当化学反应是金属与电解质溶液间的反应,若金属中含有杂质,那么将形成原电池,而这将加快化学反应速率。第四,如果反应物都是电解质,那么在稀溶液下,溶液中的离子强度直接影响着化学反应速率,也就是说,若溶液中存在其他离子,则将会对反应速率产生影响。
三、催化剂对化学反应速率的影响
催化剂对化学反应速率的影响主要通过改变反应途径、降低活化能等来实现的,而催化剂的种类,表面状态,表面性质等都对化学反应速率有显著影响。就催化剂种类而言,催化剂有普通催化剂和负催化剂之分,其中负催化剂的作用效果是阻碍反应进行,也就是说当温度升高时,化学反应速率会降低,比如保鲜剂和防腐剂。而催化剂的表面状态是催化剂的物理性质,它主要包括催化剂的表面积、表面孔径大小。通常情况下,催化剂的表面积越大、表面空穴越多,催化剂的活性就越大,相应地,化学反应速率常数就会越大。比如在H2O2的分解反应中,不同状态的铂催化剂对反应速率的影响不同,具体而言,在粉状铂的催化下,H2O2分解反应速率快于丝状铂,而丝状铂催化下的反应速率快于块状铂。另外由于铂黑是铂的胶体分散状态,活性比粉状铂、丝状铂都大,所以在它的催化下可能会使H2O2的分解反应伴随着猛烈爆炸。
结束语
研究影响化学反应速率的因素及其影响结果,具有重大意义。一方面,探究的过程就是学习和巩固的过程。在教师教学完成后,再进行实验,再归纳总结相关知识,不仅有利于温故知新,增强我们的学习效果,还有助于我们学生分析、探究等能力的提高。另一方面,这有助于教学评价,有利于教师教学。其实,研究结果能反应出我们学生的学习成效、探究能力以及学习态度,而了解这些,能在极大程度上帮助教师认识到我们学生的优点以及不足,有助于因材施教。
参考文献
[1]刘美玲.影响化学反应速率因素之探究[J].科技创新导报,2013,(32):90.
一、化学反应速率及其影响因素
1.化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的,通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示,是一段时间内的平均速率。固体或纯液体(不是溶液)的浓度可视为不变的常数,故一般不用固体或纯液体表示化学反应速率。用不同物质表示同一反应的化学反应速率时,其数值可能不同(因此,必须指明具体物质),但各种物质表示的速率之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。
2.参加反应的物质的性质是决定化学反应速率的主要因素,外界条件对化学反应速率也有影响。
(1)浓度对化学反应速率的影响只适用于气体反应或溶液中的反应;
(2)压强对化学反应速率的影响只适用于有气体参加的反应;
(3)温度对化学反应速率的影响:实验测得,其他条件不变时,温度每升高10℃,化学反应速率通常增加到原来的2-4倍;
(4)使用催化剂,使原来难以进行的化学反应分步进行(本身参与了反应,但反应前后化学性质不变),从而大幅度改变了化学反应速率;
(5)光、电磁波、超声波、反应物颗粒的大小、溶剂的性质等也会对化学反应速率产生影响。
3.浓度和压强的改变仅仅改变了单位体积内活化分子的数目,温度的改变和催化剂的存在却能改变单位体积内反应物分子中活化分子所占的百分数。
A.升高温度可使该反应的逆反应速率降低
B.使用高效催化剂可有效提高正反应速率
C.反应达到平衡后,NO的反应速率保持恒定
D.单位时间内消耗CO和CO2的物质的量相等时,反应达到平衡
解析:升高温度、使用催化剂都会使化学反应速率增大,既包括正反应速率,又包括逆反应速率,故A项错误,B项正确。反应达到平衡后,正反应速率和逆反应速率相等,因此C、D项都是正确的。
答案:A
二、化学平衡的建立及外界条件对化学平衡的影响
1.化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里,正反应和逆反应的速率相等,反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
化学平衡状态的特征,(1)逆:化学平衡研究的对象是可逆反应,可逆反应不能进行到底,即反应过程中反应物(生成物),不能全部转化为生成物(反应物)。(2)动:化学平衡是动态平衡,化学反应达到平衡时正反应和逆反应仍在继续进行。(3)等:指反应体系中的用同一种物质来表示的正反应速率和逆反应速率相等。对于不同种物质而言,速率不一定相等。(4)定:平衡混合物中各组分的物质的量、质量、物质的量浓度,各组分的百分含量(体积分数、质量分数)、转化率等不随时间变化而改变。(5)变:改变影响化学平衡的条件,平衡发生移动。(6)化学平衡的建立与反应的途径无关,化学平衡状态的标志是化学平衡状态特征的具体体现。
2.平衡移动原理:如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度等),平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。它是浓度、压强和温度等外界条件对平衡移动影响的概括和总结,只适用于已经达到平衡状态的可逆反应,未处于平衡状态的体系不能用此原理分析,但它也适用于其他动态平衡体系,如溶解平衡、电离平衡和水解平衡等。催化剂能够同等程度地增加正反应速率和逆反应速率,因此它对化学平衡的移动没有影响。
A.升高温度和减小压强
B.降低温度和减小压强
C.降低温度和增大压强
D.升高温度和增大压强
解析:本题考查了条件改变对平衡移动的影响。由题意知,该反应为吸热反应,故升高温度有利于反应向正方向进行;又知该反应为气体体积增大的反应,故减小压强有利于反应向正方向进行。
答案:A
三、化学平衡常数(浓度平衡常数)及转化率的应用
1.化学平衡常数
(1)化学平衡常数的数学表达式。
(2)化学平衡常数表示的意义。
平衡常数数值的大小可以反映可逆反应进行的程度大小,K值越大,反应进行越完全,反应物转化率越高,反之则越低。
2.化学平衡的基本计算
(1)物质浓度的变化关系。
反应物:平衡浓度=起始浓度-转化浓度;生成物:平衡浓度=起始浓度+转化浓度。
其中,各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中物质的计量数之比。
(4)计算模式:
(5)化学平衡计算的关键是准确掌握相关的基本概念及它们相互之间的关系。化学平衡的计算步骤,通常是先写出有关的化学方程式,列出反应起始时或平衡时有关物质的浓度或物质的量,然后再通过相关的转换,分别求出其他物质的浓度或物质的量和转化率。概括为:建立解题模式、确立平衡状态方程。说明:①反应起始时,反应物和生成物可能同时存在;②由于起始浓度是人为控制的,故不同的物质起始浓度不一定呈化学计量数比,若反应物起始浓度呈计量数比,则隐含反应物转化率相等,且平衡时反应物的浓度呈计量数比;③起始浓度、平衡浓度不一定呈计量数比,但物质之间是按计量数反应和生成的,故各物质的浓度变化一定呈计量数比,这是计算的关键。
答案:C
四、学习化学平衡应注意的三个问题
1.等效平衡:在两种不同的初始状态下,同一个可逆反应在一定条件(恒温、恒容或恒温、恒压)下分别达到平衡时,各组成成分的物质的量(或体积)分数相等的状态。在恒温恒容条件下,建立等效平衡的一般条件是:反应物投料量相当;在恒温恒压条件下,建立等效平衡的条件是:相同反应物的投料比相等。
2.平衡移动的思维基点:
(1)先同后变。进行判断时,可设置相同的平衡状态(参照标准),再根据题设条件观察变化的趋势。
(2)不为零原则。对于可逆反应而言,无论使用任何外部条件,都不可能使其平衡体系中的任何物质浓度变化到零。
3.在实际生产中,需要综合考虑反应速率、化学平衡、原料选择、产量和设备等各方面情况,以确定最佳生产条件。合成氨选择的适宜条件通常是:20MPa-50MPa、500℃左右、铁触媒;及时补充N2和H2,及时将生成氨分离出来。
答案:B
五、化学反应速率与化学平衡图像题
解题策略:(1)首先要看清楚横轴和纵轴的意义(特别是纵轴,表示转化率和表示反应物的百分含量情况就完全相反)以及曲线本身属等温线还是等压线。(当有多余曲线及两个以
解析:在恒容状态下,在5个相同的容器中同时通入等量的NO2,反应相同时间,那么有两种可能:一是已达到平衡状态,二是还没有达到平衡状态,仍然在向正反应方向移动。若5个容器在反应相同时间下,均已达到平衡,因为该反应是放热反应,温度升高,平衡向逆反应方向移动,NO2的百分含量随温度升高而升高,所以B项正确。若5个容器中有未达到平衡状态的,那么温度升高,反应速率增大,会出现温度高的NO2转化得快,导致NO2的百分含量减少的情况,在D图中转折点为平衡状态,转折点左则为未平衡状态,右则为平衡状态,D项正确。
答案:BD
【跟踪训练】
下列说法不正确的是()
A.第4min至第6min该化学反应处于平衡状态
B.第2min时,如果只改变某一条件,则改变的条件可能是降低温度
C.第2min时,如果只改变某一条件,则改变的条件可能是使用催化剂
D.第6min时,其他条件不变,如果升高温度,正反应速率增大
3.B解析:根据表中数据得,第4min后体系中各物质的浓度保持不变,即反应达到平衡状态;该反应在2—4min内的反应速率大于0—2min内的反应速率,即第2min时反应速率增大,因此改变的条件不可能为降低温度,可能为使用催化剂;6min时,升高温度,正、逆反应速率均增大。
4.A解析:由于t2时刻,反应再次达到平衡后的反应速率大于原平衡时的反应速率,则可判断t1时正反应速率减小,而逆反应速率增大,平衡向逆反应方向移动。
5.A解析:缩小容器容积使这两个反应向正反应方向移动,A的转化率增大;升高温度,反应(Ⅰ)向逆反应方向移动,A的转化率减小;③使A的转化率都减小。
例1 某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵(NH2COONH4)的水解反应速率的测定。
已知:NH2COONH4+2H2O?NH4HCO3+NH3・H2O。该研究小组分别用三份初始浓度不同的氨基甲酸铵溶液测定其水解反应速率,得到c(NH2COO-)随时间的变化趋势如图所示。
计算25.0 ℃时,0~6 min 内氨基甲酸铵水解反应的平均速率: 。
解析 25.0 ℃时,0~6 min 内氨基甲酸铵水解的平均速率为:[(2.2-1.9)mol?L-16 min]=0.05 mol・L-1・min-1。
例2 对于可逆反应A(g)+3B(g)?2C(g),在不同条件下的化学反应速率如下,其中表示反应速率最快的是( )
A. v(A)=0.5 mol・L-1・min-1
B. v(B)=1.2 mol・L-1・min-1
C. v(C)=0.4 mol・L-1・min-1
D. v(C)=1.1 mol・L-1・min-1
解析 比较反应速率的大小时,可以用各物质表示的速率除以对应物质的化学计量数,然后对求出的数值进行大小排序,数值大的,表示该反应速率快;也可以利用比例关系转化为用同一种表示的反应速率,再比较大小。以物质A为基础,当A以0.5 mol・L-1・min-1的速率反应时,此时v(B)应为1.5 mol・L-1・min-1,v(C) 应为1.0 mol・L-1・min-1,所以表示反应速率最快的是D项。
答案 D
例3 某温度下,浓度都是1 mol・L-1的两种气体X2和Y2,在密闭容器中反应,生成气体Z,经过t min后,测得各物质的浓度分别为c(X2)=0.4 mol・L-1,c(Y2)=0.6 mol・L-1,c(Z)=0.4 mol・L-1,则该反应的化学方程式可表示为( )
A. 2X2+3Y2?2X2Y3 B. 3X2+2Y2?2X3Y2
C. X2+2Y2?2XY2 D. 2X2+Y2?2X2Y
解析 根据化学反应速率的表示可以求得v(X2)=[1-0.4t]mol・L-1・min-1, v(Y2)=[1-0.6t]mol・L-1・min-1, v(Z)=[0.4t]mol・L-1・min-1。在一个反应体系内,各物质的反应速率之比等于其相应的化学计量系数比,所以该反应的化学方程式可表示为3X2+2Y2?2Z。根据质量守恒,得Z的化学式为X3Y2。
答案 B
点拨 (1)化学反应速率从测定时间分,平均速率和瞬时速率;从反应的方向分,正反应速率和逆反应速率。所以同一反应用不同物质表示的化学反应速率数值可能不同,但表示的意义是相同的,而且必须注明反应物质。(2)在一个反应体系内,各物质的反应速率之比等于其相应的化学计量系数比,所以依据化学方程式可以计算化学反应速率。比较化学反应速率的大小:①利用上述关系,可求解用不同物质表示的反应速率;②利用上述关系,可求解方程式中未知的化学计量数。
二、化学反应速率的影响因素
例4 为探究锌与稀硫酸的反应速率(以v(H2)表示),向反应混合液中加入某些物质,下列判断正确的是( )
A. 加入NH4HSO4固体,v(H2)不变
B. 加入少量水,v(H2)减小
C. 加入CH3COONa固体,v(H2)减小
D. 滴加少量CuSO4溶液,v(H2)减小
解析 对一个液相反应来说,影响化学反应速率的外界因素主要有:温度、浓度、催化剂以及其它影响因素。锌与稀硫酸的反应速率的外界因素主要是温度、氢离子的浓度以及其它影响因素。选项A,加入NH4HSO4固体,增加了体系中的氢离子的浓度,v(H2)增大,错误;选项B,加入少量水,减小了体系中的氢离子的浓度,v(H2)减小,正确;选项C,加入CH3COONa固体,CH3COONa固体电离出来的CH3COO-与溶液中的H+反应生成弱酸分子CH3COOH,使溶液中的氢离子的浓度减小,v(H2)减小,正确;选项D,滴加少量CuSO4溶液,因为锌可以置换出单质铜,使得体系中形成铜锌原电池,加快了反应速率, v(H2)增大,错误。
答案 B
例5 下列有关说法正确的是( )
A. CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)在室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH
B. 镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比受损前更容易生锈
C. N2(g)+3H2(g)?2NH3(g) ΔH
D. 水的离子积常数Kw随着温度的升高而增大,说明水的电离是放热反应
解析 选项A,室温下该反应不能自发进行,所以该反应的ΔG>0,而且该反应的ΔS>0,则ΔH>0,错误;选项B,镀铜铁制品镀层受损后,在环境中形成原电池,铁作负极更容易生锈,正确;选项C,升高温度,反应速率增大,但该反应是放热反应,氢气的平衡转化率减小,错误;选项D,水的离子积常数Kw随着温度的升高而增大,说明水的电离是吸热反应,错误。
答案 B
例6 某实验小组以H2O2分解为例,研究浓度、催化剂、溶液酸碱性对反应速率的影响。在常温下按照如下方案完成实验。
(1)催化剂能加快化学反应速率的原因是 。
(2)常温下5% H2O2溶液的pH约为6,H2O2的电离方程式为 。
(3)实验①和②的目的是 。实验时由于没有观察到明显现象而无法得出结论。资料显示,通常条件下H2O2稳定,不易分解。为了达到实验目的,你对原实验方案的改进是 。
(4)实验③④⑤中,测得生成氧气的体积随时间变化的关系如下图。
分析上图能够得出的实验结论是 。
解析 (1)加入催化剂,能降低反应的活化能,使更多的分子成为活化分子,从而加快化学反应速率。
(2)常温下,H2O2的pH约为6,则H2O2为弱酸,其电离方程式为:H2O2?H++HO2-。
(3)实验①②中均没有使用催化剂,只是增大了H2O2的浓度,故实验①②的目的是探究浓度对化学反应速率的影响。因实验过程中现象不明显,可采用升温或使用同种催化剂的方法加快反应速率来达到实验目的。
(4)实验③④⑤中H2O2的浓度相同,并加入相同量的催化剂,而改变的条件是④中酸性增强,⑤中碱性增强。通过相同时间内产生O2的快慢(⑤>③>④)可得出如下结论:溶液的碱性增强,能加快H2O2的分解;而溶液的酸性增强,能抑制H2O2的分解。
点拨 (1)在一定温度下,固体和纯液体物质的物质的量浓度为定值,不因其量的增减而影响化学反应速率;(2)温度对正、逆反应速率都有影响;(3)压强的改变对化学反应速率的影响只是对有气体参加的反应而言的;(4)对于一个可逆反应,催化剂既是正反应的催化剂,也是逆反应的催化剂。
练习
1. 在一定条件下,反应N2+3H2?2NH3,在2 L密闭容器中进行,5 min内氨的质量增加了1.7 g,则反应速率为( )
A. v(H2)=0.03 mol・L-1・min-1
B. v(N2)=0.02 mol・L-1・min-1
C. v(NH3)=0.17 g・L-1・min-1
D. v(NH3)=0.01 mol・L-1・min-1
2. 将等物质的量的气体A2和B2注入容积为1 L的密闭容器中反应生成C,平衡时测得c(A2)=0.58 mol・L-1,则c(B2)=0.16 mol・L-1,c(C)=0.84 mol・L-1,则C的分子式为( )
A. AB2 B. A2B4 C. AB D. A2B
3. 将4 mol A气体和2 mol B气体在2 L容器中混合并在一定条件下发生如下反应:2A(g)+B(g)?2C(g)。若经2 s后测得C的浓度为0.6 mol・L-1,现有下列几种说法,其中正确的是( )
①用物质A表示的反应的平均速率为0.3 mol・L-1・s-1
②用物质B表示的反应的平均速率为0.6 mol・L-1・s-1
③2 s时物质A的转化率为70%
④2 s时物质B的浓度为0.7 mol・L-1
A. ①③? B. ①④?? C. ②③ D. ③④
4. 0.1 mol・L-1 Na2S2O3溶液与0.1 mol・L-1 H2SO4溶液各5 mL和10 mL水混合,反应速率为v1 mol・L-1・s-1;0.2 mol・L-1 Na2S2O3溶液与0.2 mol・L-1 H2SO4溶液各5 mL和20 mL水混合,反应速率为v2 mol・L-1・s-1。则v1和v2的关系是( )
A. 大于 B. 小于
C. 等于 D. 不能确定
5. 在一定条件下,NO能跟H2发生如下反应:2NO+2H2=N2+2H2O。经研究,上述反应是按以下三步反应依次进行的总反应(括号中是该条件下反应的相对速率):(Ⅰ)2NO+H2=N2O+H2O(慢);(Ⅱ)2N2O=2N2+O2(快);(Ⅲ)2H2+O2=2H2O(更快)。以上总反应的速率主要取决于三步反应中的( )
A. (Ⅰ) B. (Ⅱ)
C. (Ⅲ) D. (Ⅱ)和(Ⅲ)
6. 亚氯酸盐(NaClO2)可用作漂白剂,在常温下、不见光时可保存一年,但在酸性溶液中因生成亚氯酸而发生分解:5HClO2=4ClO2+H++Cl-+2H2O。分解时,刚加入硫酸时反应缓慢,随后突然反应释放出ClO2,这是因为( )
A. 酸使亚氯酸的氧化性增强
B. 溶液中的H+起催化作用
C. 溶液中的Cl-起催化作用
D. 逸出的ClO2使反应的生成物浓度降低
7. 在体积恒定的密闭容器中,一定量的SO2与1.100 mol O2在催化剂作用下加热到600℃发生反应:2SO2+O2?2SO3,当气体的物质的量减少0.315 mol时,反应达到平衡,在相同的温度下测得气体压强为反应前的82.5%。下列有关叙述正确的是( )
A. 反应达到平衡时,SO3的生成速率与SO2消耗速率相等
B. 降低温度,正反应速率减小而逆反应速率增大
C. 将平衡混合气体通入过量BaCl2溶液中,得到沉淀的质量为161.980 g
D. 达到平衡时,SO2的转化率是90%
8. 某化学反应2A?B+D在四种不同条件下进行,B、D起始浓度为0。反应物A的浓度(mol・L-1)随反应时间(min)的变化情况如下表:
根据上述数据,完成下列填空:
(1)实验1,反应在10至20分钟时间内平均速率为 mol・L-1・min-1。
(2)实验2,A的初始浓度c2= mol・L-1,反应经20分钟就达到平衡,可推测实验2中还隐含的条件是 。
(3)设实验3的反应速率为v3,实验1的反应速率为v1,则v3 v1(填“>、=、、=、
参考答案
化学平衡(第1课时)
化学平衡贯穿高中必修与选修内容,主要体现在必修二“化学反应与能量”和选修四“化学反应速率与化学平衡”、“水溶液中的离子平衡”等主题中,承前而又启后,是学生认识化学、学习化学过程中不可缺少的一部分。但是从化学平衡中抽象出的化学平衡模型往往是学生的认知难点,因此化学平衡这一节不仅是中学化学教学的重点也是难点。
一、单元课程理念分析
本单元主题为“化学反应速率与化学平衡”,从化学反应速率入手,延伸到影响化学反应速率的影响因素,最后过渡到化学平衡。化学反应速率与化学平衡不仅是高中化学学习的重点与难点,同时它也遍布在我们的日常生活中、工业生产中,在这一单元的学习中,教师应该注重引导学生进行实验探究,并进行归纳总结。从课程基本理念来看,通过本单元的学习,教师应该引导学生进一步学习化学的基本原理与基本方法,形成科学的世界观;要从学生的已有经验和将要经历的社会生活实际出发,包括生活经验以及前面已经学习过的化学知识,帮助学生认识化学与人类生活的密切关系,关注人类面临的化学相关的社会问题,培养学生的责任感、参与意识和决策能力。贯彻落实以化学实验为主的课程理念,使学生体验科学究过程,激发学生学习化学的兴趣,强化科学探究意识,促进学习方式的转变,培养学生的创新精神和实践能力。同时,教师应该用更加多元化的评价方式对学生进行评价,学生也应该主动的进行自我评价。
二、内容标准分析
在义务教育的化学学习过程中,已经学习过饱和溶液以及溶解度的概念,这对于学生理解蔗糖的溶解、结晶平衡很有帮助。在必修二“化学反应与能量”的学习过程中,学生学习了化学反应速率的概念以及浅显的化学反应限度问题,并学习了催化剂温度对化学反应速率的影响,以及炼铁高炉尾气中存在的化学反应的限度问题。但是前面学习的这些内容仅是学习化学平衡章节的铺垫内容,虽然有部分交叉,但却是螺旋式上升的知识结构,在内容标准的要求上也有很大不同,但是也有着紧密的联系。
内容标准对比:
教材章节
内容标准
活动与探究建议
九年级下册第九单元第二节:溶解度
1.认识溶解现象,知道水是最重要的溶剂,酒精、汽油等也是常见的溶剂。
2.了解饱和溶液和溶解度的涵义。
3.了解结晶现象。
4.了解溶液在生产、生活中的重要意义。
①利用溶解性表或溶解度曲线,查阅有关物质的溶解性或溶解度;依据给定的数据绘制溶解度曲线。
②
探究氯化钠、硝酸铵、氢氧化钠三种物质在水中溶解时的温度变化。
必修二第二章第三节:化学反应的速率和限度
1.认识提高燃料燃烧效率的重要性。
2.通过实验认识化学反应的速率和化学反应的限度,了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。
①实验探究:温度、催化剂对过氧化氢分解速率的影响。
②设计实验:证明某些化学反应的可逆性。
选修四第二章第三节:化学平衡
1.描述化学平衡建立的过程,知道化学平衡常数的含义,能利用化学平衡常数计算反应物的转化率。
2.通过实验探究温度、浓度、压强对化学平衡的影响,并能用理论加以解释。
3.认识化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
①实验:温度、浓度对溴离子与铜离子配位平衡的影响。
②讨论:化学反应的趋势和速率。
③讨论:合成氨反应条件选择的依据。
从内容标准的动词上来看,从初中时期的知道、认识阶段,到必修二认识、了解阶段,再到本章节的探究、解释阶段,可见对于化学平衡的学习是一个不断进阶的过程,也是一个螺旋上升的过程。初中时期学过的溶解度概念是我们研究溶解、结晶平衡的基础;必修二中的化学反应的速率和限度引入了化学反应速率的概念,并通过实验初步探究了可逆反应的限度问题,并认识到控制反应条件在生产生活中的重要应用。而在本章节的学习中,学生要进一步深入了解可逆反应、可逆过程,掌握可逆反应到达平衡时的特征,描述平衡的建立过程,并能够将可逆过程的平衡状态迁移到化学平衡状态,能够判断反应是否达到平衡。进一步认识化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用,培养对化学学习的兴趣以及对社会的责任感。
从活动与探究建议来看,实验探究贯穿三个板块,可见教师在讲授化学平衡这一章节时,一定要注重运用探究性教学,引导学生进行合作学习,提高学生探究能力、合作意识以及归纳总结的能力。
三、单元知识类型分析
从化学知识的分类上来看,本单元主要涉及化学用语、概念原理、化学计算以及化学实验四种知识类型。
化学用语
元素符号、化学式、化学方程式
概念原理
可逆过程、可逆反应、化学平衡
化学计算
浓度的计算、化学反应速率的计算,
化学平衡状态时一些简单的逻辑推理运算
化学实验
蔗糖溶解、结晶平衡,二氧化氮与四氧化二氮的可逆平衡
四、单元概念图的概念编排顺序及特点
从这一单元的概念图来看,化学平衡是与化学反应速率以及反应进行的方向同一层级的概念,不同的是,化学反应速率是化学动力学问题,而化学平衡与反应进行的方向是化学热力学问题。化学平衡下面是发散出的更加细化的相关的概念,化学平衡是基于可逆反应的平衡,因此可逆反应是下层概念,可逆反应又有自己的下层概念,即它自身具有可逆性和限度。化学平衡的改变带来的就是平衡的移动,因此平衡移动是与可逆反应平行的下层概念,而影响平衡移动的因素以及解释平衡移动的勒夏特列原理又是平衡移动的下层概念。化学平衡常数作为衡量可逆反应是否到达平衡的有效手段,也是化学平衡的下层概念。影响化学平衡的三大因素作为影响化学平衡因素这一概念下的三个平行概念。不难看出,化学反应作为本节的中心概念向外辐射,概念与概念之间层层递进也层层细化。
五、教材分析
化学平衡这一节位于选修四第二章第二节,承接必修二第二章第三节的化学反应速率与限度,同时也是选修四第三章水溶液中的离子平衡的理论基础,地位十分重要,同时也是教学的和学生学习的重难点。
栏目分析:
先行组织者分析——P25页第一段作为本节内容的先行组织者,通过例举了几个学生之前就已经接触过的化学反应,提出我们从前没有考虑反应的限度问题。然后通过物质的溶解引入溶解平衡这一物理平衡,引导学生在可逆过程平衡的基础上,构建可逆反应的化学平衡。从学生已有的经验入手,利于学生理解,进行知识建构;从哪可逆过程到可逆反应,从简到易,符合学生的认知顺序。
P25资料卡片——详细讲解了固体溶质的溶解、结晶过程作为可逆过程的特点,便于学生理解可逆过程以及可逆过程的平衡,同时有助于学生深入了解溶液理论。
P26资料卡片——对可逆反应进行了明确定义,并将反应限度为100%以及为0%的反应作为特殊情况处理,那么所有的化学反应就实现了统一。有利于学生加深对于可逆反应的理解,在可逆反应的基础上建构化学平衡。
六、学情分析(三维目标起点状态)
知识与技能:
1、了解溶解度的概念,明确蔗糖在水中不能无限溶解,在过饱和溶液中会有结晶析出。
2、了解温度能够影响固体物质在水中的溶解度。
3、了解化学反应速率的概念并能够进行简单计算。
4、知道催化剂与温度能够影响化学反应速率。
5、对可逆反应有一定的了解。
过程与方法:
1、有一定实验探究与合作学习的能力。
2、有一定的知识迁移能力但是不强。
3、抽象思维能力不强。
情感态度价值观:
1、认识到控制化学反应速率在生产生活中有重要的意义。
2、知道在工业生产(高炉炼铁)中存在化学反应的限度问题,改变化学反应的限度可以提高转化率。
七、三维目标设计
知识与技能:
1、通过对溶解平衡这一可逆过程的理解和迁移,使学生建立起化学平衡的概念,并理解可逆反应,明确可逆反应的表达方式。
2、通过实验探究以及小组合作学习,提高实验探究能力、科学素养以及团队协作能力。
2、通过对化学平衡概念的理解,归纳出一个可逆反应达到平衡状态时的特征。3、能用平衡状态的特征来判断可逆反应是否达到平衡。
过程与方法:
1、从学生已有关于溶解的知识——溶解平衡,导入化学平衡,通过对溶解平衡的理解和迁移,使学生建立起化学平衡是个动态平衡的概念。
2、通过实验探究以及小组合作学习的形式探究可逆过程、可逆反应以及化学平衡的特点。
3、引导学生理解化学平衡的概念,讨论并归纳出反应达到平衡时所具有的特征。
4、通过适当的练习让学生用已归纳的平衡特征来判断在一定条件下,一个可逆反应进行到某种程度时是否达到平衡。
5、通过课下查阅资料,提高搜集信息、筛选信息以及提取信息的能力。
情感态度价值观:
1、认识到化学平衡普遍存在于在我们的日常生活中与工业生产中,改变化学平衡在人类的生产生活中具有重要的意义。
2、化学平衡的核心内容——动态平衡,日常生活中的溶解平衡、环保等平衡问题与化学理论密切联系在一起——化学与生活息息相关。
八、教学重难点分析
教学重点:
1、对可逆过程以及可逆反应的认识和理解。
2、化学平衡状态的建立过程以及概念理解。
3、化学平衡状态的特征。
4、化学平衡状态的判断。
教学难点:
1、化学平衡状态的建立过程。
2、化学平衡状态的特征以及判断。
重难点确定理论依据:
对于本节内容而言,一切教学活动都是围绕化学平衡展开,化学平衡这一节是下一章“水溶液中的离子平衡”的理论基础,同时也是选修二“化学反应速率与限度”的延伸,无论在教材中还是在化学学科的知识体系中,都有着十分重要的地位,因此是对于可逆过程以及可逆反应的认识和理解、化学平衡状态的建立过程以及概念理解、化学平衡状态的特征以及化学平衡状态的判断都是教师教学的重点。
对于学生而言,他们对可逆过程以及可逆反应的认识都比较浅显,而在此基础上建立起来的化学平衡又十分抽象,不利于他们的理解,因此化学平衡状态的建立过程、化学平衡状态的特征以及判断是教学难点。
九、教学方法
多媒体演示法、提问法、谈话法、实验探究法、讲解法
十、教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
环节一
可逆过程及平衡
【提问】:大家结合我们的日常生活并回顾以前学过的知识,思考一下,蔗糖能够在水中无限的溶解吗?
【讲解】我们以前就已经学习过蔗糖、食盐等固体是不能在水溶液中无限溶解的,因为他们都有一定的溶解度。
【PPT展示】展示一杯饱和蔗糖溶液,杯内仍有没有溶解的蔗糖固体。
【提问】大家思考一下,当蔗糖溶液达到饱和的时候,溶解现象还存在吗,如果存在,如何通过实验验证呢?
【教师引导】向饱和蔗糖溶液中加入继续加入蔗糖晶体,蔗糖晶体的总质量不会再减少,但是如果蔗糖晶体能够在别的地方析出,就能证明蔗糖在析出的同时也在不断的溶解,因为在一定温度下,蔗糖的溶解度是一定的。大家思考一下,我们可以通过什么样的手段让蔗糖在别的地方析出呢?
【PPT展示】播放向蔗糖溶液中插入棉线并有蔗糖晶体在棉线析出的视频,验证先前提出的假设。
【板书】蔗糖溶液
可逆过程
在溶液达到饱和时,v溶解=v结晶
【总结】蔗糖溶解是一个可逆过程,溶液达到饱和时,并非是一个静止的过程,而是蔗糖晶体的溶解速度与析出速度相同。
【提问】既然溶液中一直存在着溶解和结晶的过程,那在溶液还未达到饱和前,这两种过程间的关系是怎样的呢?在过饱和的情况下,这两种过程之间的关系又是怎样的呢?引导学生阅读P25资料卡片。
【总结并板书】
未饱和时:v溶解>v结晶
过饱和时:v溶解
【思考并回答】
蔗糖在水中有一定的溶解度,因此不会无限度的溶解。
【仔细观察】通过观察图片确定自己回答的正确性。
【思考并进行交流】溶解现象可能仍然存在,只不过溶解过程与结晶过程速度一样。
【实验设计】通过回顾初中知识,想到向饱和蔗糖溶液中插入棉线,观察是否有蔗糖晶体析出。
【仔细观察实验现象】得出饱和蔗糖溶液中同时存在溶解与结晶两个过程,且v溶解=v结晶的结论。
【思考并回答】在没有达到饱和前,v溶解>v结晶;在过饱和的情况下v溶解
回顾溶解度概念,让学生明确蔗糖在水溶液中的溶解是有一定
“限度”的。
温故知新,在溶解度、饱和溶液的基础上进一步通过实验探究蔗糖的溶解是一个可逆过程,在饱和溶液状态下溶解与结晶达到平衡。
实验设计过程如果学生没有想到插入棉线,其他可行的方案也可以,教师可以进行适当干预
明确蔗糖溶解过程是一个可逆过程,在达到平衡时正过程与逆过程的进行速度一样。在没有达到饱和前,v溶解>v结晶;在过饱和的情况下v溶解
环节二
可逆反应
【导入】我们刚刚研究了蔗糖溶解这一可逆过程,但是我们不仅接触过像蔗糖溶解这样的可逆过程,还接触过可逆反应,比如说在高炉炼铁中存在的焦炭和氧气生成一氧化碳的反应,以及我们工业上的合成氨反应。
【板书】可逆反应
高炉炼铁:
2C+O2=2CO
工业及合成氨:
2N2+3H2=2NH3
【讨论】我们现在已经举出了几个可逆反应的例子,让我们来归纳一下,到底什么样的反应叫做可逆反应,可逆反应应该用什么特殊的表示符号呢?
这个反应叫做可逆反应吗?
【总结】在相同的条件下能够同时从正向和逆向两个方向进行化学的化学反应称为可逆反应,可逆反应要用可逆符号来表示。
【回顾】回顾从前学过的可逆反应,以及他们在工业生产的体现。
【交流讨论】可逆反应是正向和逆向均能进行的反应,但是要在同样的条件下,氧气与氢气生成水的过程与水电解生成氢气和氧气的过程反应条件不一样,所以不是可逆反应;可逆反应要用可逆号而不是等号来表示。
从可逆过程过渡到可逆反应,是知识进阶,也是知识迁移的一个过程,符合学生的认知顺序,能够让学生更好的把握可逆过程与可逆反应之间的关系。
通过交流讨论以及教师引导明确可逆反应的定义以及基本特征,能够判断可逆反应。
环节三
化学平衡
【类比探究】我们已经研究过,对于可逆过程,当它达到平衡时,存在v溶解=v结晶的动态平衡,那么可逆反应作为可逆过程的一种,是不是也存在这样的平衡呢?
【追问】那在达到平衡之前,这个可逆反应是怎样进行的呢?
【PPT展示】二氧化氮在容器里的反应过程,并引导学生仔细观察气体颜色。预测达到平衡时的现象。
【继续PPT展示】将刚刚的实验装置进行热水浴操作,气体颜色改变,引导学生思考原因。
【讲解】气体颜色的改变意味着v正≠v逆了,说明平衡发生了移动,这意味化学平衡是可以改变的。
【回顾总结】在到达平衡时,这个体系有什么特点呢?
【总结归纳并板书】化学平衡
定义:
研究对象:可逆反应
标志:各组分浓度都不再改变
实质:v正=v逆
特征:
①逆:只有可逆反应才有化学平衡
②等:v正=v逆
③动:反应并没有停止,而是达到了动态平衡。
④定:各组分的物质的量浓度都不在改变。
⑤变:化学平衡是可以改变的。
【思考交流并回答】可逆反应同样存在这样的平衡,在达到平衡时v正=v逆,反应物不再减少,生成物也不再增加。
【回答】在到达平衡之前v正>v逆,,
反应物不断减少,生成物不断增加。
【观察并思考】
反应达到平衡时,v正=v逆,反应物与生成物的浓度不再改变,装置里的气体颜色不再改变。
【思考并回答】NO2变少了N2O2变多了,反应进行的程度加深了一些。
【归纳思考并回答】到达平衡时v正=v逆,反应物与生成物的浓度不再改变,化学平衡会因为环境的影响而发生改变。
通过类比推理、知识迁移,以及小组间的合作交流,发掘出可逆反应的平衡特征。
教师引导,通过类比和迁移,自我构建化学平衡的建立过程。
通过实验探究,归纳思考、讨论交流等方式发现化学平衡的特征
通过归纳总结以及教师讲解,在化学平衡建立的基础上掌握化学平衡的特征。
环节四
巩固提升
【习题巩固】
【例1】
在一定温度下,可逆反应达到平衡的标志是 (AC
)
A.
C的生成速率与C分解的速率相等
B.单位时间内生成nmolA,同时生成3nmolB
C.
A、B、C的浓度不再变化
D.
A、B、C的分子数比为1:3:2
【例2】
下列说法中可以充分说明反应:
在恒温下已达平衡状态的是(
B
)
A.反应容器内压强不随时间变化
B.P和S的生成速率相等
C.反应容器内P、Q、R、S四者共存
D.反应容器内总物质的量不随时间而变化
【例3】
下列说法可以证明反应已达平衡状态的是(
AC
)
A.1个NN键断裂的同时,有3个H-H键形成
B.1个NN键断裂的同时,有3个H-H键断裂
C.1个NN键断裂的同时,有6个N-H键断裂
D.1个NN键断裂的同时,有6个N-H键形成
【教师讲解】
【思考作答】
回顾刚刚讲到的化学平衡的相关知识,并通过逻辑推理,简单运算等方式来确定答案。
【聆听讲解】仔细听教师讲解,审查自己的错误以及思维漏洞。
这是三道均是判断可逆是否达到平衡的题目,但是切入点却不一样,即从不同的方面来判断各组分是否还在变化,可逆反应是否达到平衡。有利于学生对化学平衡更加深层次的理解,同时也增强他们逻辑推理能力。
环节五
情感升华
【PPT展示】合成氨工业在人类历史上起着至关重要的作用,如果没有合成氨工业,就不会有今天迅猛发展的农业,也就不能养活地球上的七十多亿人口,尽管合成氨工业给人类带来了极大的收益,但事实上反应:
2N2+3H2=2NH3
它的转化率并不高,而提高合成氨的转化率,仍然是科学家们一直在研究的问题,如何让反应朝我们希望的方向进行?请大家思考这个问题并查阅相关资料,我们下一节课会讲解影响化学平衡移动的因素。
【倾听、思考】感受化学给人类文明带来的巨大贡献,并结合合成氨工业中的可逆反应,加深对本节课知识的印象,同时积极思考老师留下的问题并进行资料的查找。
通过讲述化学在工业生产中的重要应用以及贡献,让学生感受化学的魅力,提高学习化学的兴趣,同时增强对社会发展的责任感。
十一:板书设计
主板书
三、化学平衡
研究对象:可逆反应
定义:在一定条件下的可逆反应里,当正反应速率和逆反应速率相等,反应混合物中各组分的百分含量(浓度、质量、质量分数、体积分数)保持不变的状态。
标志:各组分浓度都不再改变
实质:v正=v逆
化学平衡特征:
逆、等、动、定、变
主板书
一、可逆过程
在溶液达到饱和时,v溶解=v结晶
未饱和时:v溶解>v结晶
过饱和时:v溶解
二、可逆反应
特点:在相同的条件下能够同时从正向和逆向两个方向进行化学的化学反应。
表示:可逆符号
到达平衡:v正=v逆
未达平衡:v正>v逆
副板书
练习题目的一些讲解
十二:教学设计反思
困难:
1.
不能准确判断一课时教学具体能够进行到什么地方,因为没有进行过具体授课,因此无法确定每一部分的教学过程具体需要多长时间。
2.
评价方式比较单一,只有习题和口头提问。
3.
教学设计过程中,不能准确判断哪一种教学活动更有助于学生理解。
解决策略:
1.
上网查找一些精品课程,同时学习老师发的一些案例,将一课时教学内容确定在影响化学平衡的因素之前。
2.
应该设计导学案对学生进行评价。
知识目标
使学生建立化学平衡的观点;理解化学平衡的特征;理解浓度、压强和温度等条件对化学平衡的影响;理解平衡移动的原理。
能力目标
培养学生对知识的理解能力,通过对变化规律本质的认识,培养学生分析、推理、归纳、总结的能力。
情感目标
培养学生实事求是的科学态度及从微观到宏观,从现象到本质的科学的研究方法。
教学建议
化学平衡教材分析
本节教材分为两部分。第一部分为化学平衡的建立,这是本章教学的重点。第二部分为化学平衡常数,在最新的高中化学教学大纲(2002年版)中,该部分没有要求。
化学平衡观点的建立是很重要的,也具有一定的难度。教材注意精心设置知识台阶,采用图画和联想等方法,帮助学生建立化学平衡的观点。
教材以合成氨工业为例,指出在化学研究和化工生产中,只考虑化学反应速率是不够的,还需要考虑化学反应进行的程度,即化学平衡。建立化学平衡观点的关键,是帮助学生理解在一定条件下的可逆反应中,正、逆反应速率会趋于相等。教材以蔗糖溶解为例指出在饱和溶液中,当蔗糖溶解的速率与结晶速率相等时,处于溶解平衡状态,并进而以的可逆反应为例,说明在上述可逆反应中,当正反应速率与逆反应速率相等时,就处于化学平衡状态。这样层层引导,通过图画等帮助学生联想,借以
在一定程度上突破化学平衡状态建立的教学难点。
教材接着通过对19世纪后期,在英国曾出现的用建造高大高炉的方法来减少高炉气中含量的错误做法展开讨论。通过对该史实的讨论,使学生对化学平衡的建立和特征有更深刻的理解,培养学生分析实际问题的能力,并训练学生的科学方法。
化学平衡教法建议
教学中应注意精心设置知识台阶,充分利用教材的章图、本节内的图画等启发学生联想,借以建立化学平衡的观点。
教学可采取以下步骤:
1.以合成氨工业为例,引入新课,明确化学平衡研究的课题。
(1)复习提问,工业上合成氨的化学方程式
(2)明确合成氨的反应是一个可逆反应,并提问可逆反应的定义,强调“二同”——即正反应、逆反应在同一条件下,同时进行;强调可逆反应不能进行到底,所以对任一可逆反应来讲,都有一个化学反应进行的程度问题。
(3)由以上得出合成氨工业中要考虑的两个问题,一是化学反应速率问题,即如何在单位时间里提高合成氨的产量;一是如何使和尽可能多地转变为,即可逆反应进行的程度以及各种条件对反应进行程度的影响——化学平衡研究的问题。
2.从具体的化学反应入手,层层引导,建立化学平衡的观点。
如蔗糖饱和溶液中,蔗糖溶解的速率与结晶的速率相等时,处于溶解平衡状态。
又如,说明一定温度下,正、逆反应速率相等时,可逆反应就处于化学平衡状态,反应无论进行多长时间,反应混合物中各气体的浓度都不再发生变化。
通过向学生提出问题:达到化学平衡状态时有何特征?让学生讨论。最后得出:化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里,正反应和逆反应的速率相等,反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态(此时化学反应进行到最大限度)。并指出某一化学平衡状态是在一定条件下建立的。
3.为进一步深刻理解化学平衡的建立和特征,可以书中的史实为例引导学生讨论分析。得出在一定条件下当达到化学平衡状态时,增加高炉高度只是增加了CO和铁矿石的接触时间,并没有改变化学平衡建立时的条件,所以平衡状态不变,即CO的浓度是相同的。关于CO浓度的变化是一个化学平衡移动的问题,将在下一节教学中主要讨论。从而使学生明白本节的讨论题的涵义。
“影响化学平衡的条件”教材分析
本节教材在本章中起承上启下的作用。在影响化学反应速率的条件和化学平衡等知识的基础上进行本节的教学,系统性较好,有利于启发学生思考,便于学生接受。
本节重点:浓度、压强和温度对化学平衡的影响。难点:平衡移动原理的应用。
因浓度、温度等外界条件对化学反应速率的影响等内容,不仅在知识上为本节的教学奠定了基础,而且其探讨问题的思路和方法,也可迁移用来指导学生进行本书的学习。所以本节教材在前言中就明确指出,当浓度、温度等外界条件改变时,化学平衡就会发生移动。同时指出,研究化学平衡的目的,并不是为了保持平衡状态不变,而是为了利用外界条件的改变,使化学平衡向有利的方向移动,如向提高反应物转化率的方向移动,由此说明学习本节的实际意义。
教材重视由实验引入教学,通过对实验现象的观察和分析,引导学生得出增大反应物的浓度或减小生成物的浓度都可以使化学平衡向正反应方向移动的结论。反之,则化学平衡向逆反应方向移动。并在温度对化学平衡影响后通过对实验现象的分析,归纳出平衡移动原理。
压强对化学平衡的影响,教材中采用对合成氨反应实验数据的分析,引导学生得出压强对化学平衡移动的影响。
教材在充分肯定平衡移动原理的同时,也指出该原理的局限性,以教育学生在应用原理
时,应注意原理的适用范围,对学生进行科学态度的熏陶和科学方法的训练。
“影响化学平衡的条件”教学建议
本节教学可从演示实验入手,采用边演示实验边讲解的方法,引导学生认真观察实验现象,启发学生充分讨论,由师生共同归纳出平衡移动原理。
新课的引入:
①复习上一节讲过的“化学平衡状态”的概念,强调化学平衡状态是建立在一定条件基础上的,当浓度、压强、温度等反应条件改变时,原平衡的反应混合物里各组分的浓度也会随着改变,从而达到新的平衡状态。
②给出“化学平衡的移动”概念,强调化学平衡的移动是可逆反应中旧平衡的破坏、新平衡的建立的过程,在这个过程中,反应混合物中各组分的浓度一直在变化着。
③指出学习和研究化学平衡的实际意义正是利用外界条件的改变,使旧的化学平衡破坏并建立新的较理想的化学平衡。
具体的教学建议如下:
1.重点讲解浓度对化学平衡的影响
(1)观察上一节教材中的表3-l,对比第1和第4组数据,让学生思考:可从中得出什么结论?
(2)从演示实验或学生实验入手,通过对实验现象的观察和分析,引导学生得出结论。这里应明确,溶液颜色的深浅变化,实质是浓度的增大与减小而造成的。
(3)引导学生运用浓度对化学反应速率的影响展开讨论,说明浓度的改变为什么会使化学平衡发生移动。讨论时,应研究一个具体的可逆反应。讨论后,应明确浓度的改变使正、逆反应速率不再相等,使化学平衡发生移动;增加某一反应物的浓度,会使反应混合物中各组分的浓度进行调整;新平衡建立时,生成物的浓度要较原平衡时增加,该反应物的浓度较刚增加时减小,但较原平衡时增加。
2.压强和温度对化学平衡的影响:应引导学生分析实验数据,并从中得出正确的结论。温度对化学平衡影响也是从实验入手。要引导学生通过观察实验现象,归纳出压强和温度的改变对化学平衡的影响。
3.勒夏特列原理的教学:在明确了浓度、压强、温度的改变对化学平衡的影响以后,可采用归纳法,突破对勒夏特列原理表述中“减弱这种改变”含义理解上的困难:
其他几个问题:
1.关于催化剂问题,应明确:①由于催化剂能同等程度增加正、逆反应速率,因此它对化学平衡的移动没有影响;②使用催化剂,能改变达到平衡所需要的时间。
2.关于化学平衡移动原理的应用范围和局限性,应明确:①平衡移动原理对所有的动态平衡都适用,为后面将要学习的电离平衡、水解平衡作铺垫;②平衡移动原理能用来判断平衡移动的方向,但不能用来判断建立新平衡所需要的时间。教育学生在应用原理时应注意原理的适用范围,对学生进行科学态度的熏陶和科学方法的训练。
关键词:反应速率;化学平衡;图象问题;解题策略
中图分类号:G633.8 文献标识码:A 文章编号:1992-7711(2014)05-0158
平衡图象问题形式多样,能从多方面考查学生对知识的理解能力和问题的分析能力,能较好地体现思维素质,所以经常在题目中出现。下面,笔者具体谈谈这类问题的解题策略,并分类加以例析。
一、策略妙谈
1. 对于化学反应速率的有关图象问题,可按照以下方法进行分析:(1)认清坐标系,搞清横、纵坐标所表示的意义。(2)看起点,分清反应物和生成物,浓度减小的是反应物,浓度增大的是生成物,生成物多数以原点为起点。(3)看变化趋势,分清正反应和逆反应,分清放热反应和吸热反应。(4)看终点,分清消耗的浓度和增大的浓度。反应物消耗的浓度与生成物增大的浓度之比等于方程式中各物质的计量系数之比。(5)对于时间――速率图象,看清曲线是连续的,还是跳跃的。分清“渐变”和“突变”、“大变”和“小变”。
2. 对于化学平衡的有关图象问题,可按照以下方法进行分析:(1)认清坐标系,搞清横、纵坐标所代表的意义,并与勒夏特列原理挂钩。(2)紧扣可逆反应的特征,搞清正反应方向是吸热还是放热、体积是增是减还是不变,进而推断有无固体、纯液体物质参加或生成。(3)看清速率的变化及变化量的大小,在条件与变化之间搭桥。(4)看清起点、拐点、终点,看清曲线的变化趋势。(5)先拐先平。对于可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),在转化率――时间曲线中,先出拐点的曲线先达到平衡。它所代表的温度高、压强大。(6)定一议二。当图象中有三个量时,先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。
二、题型归类
1. 速率――时间图
例1. 在密闭容器中,在一定条件下进行反应:mA(气)+nB(气)
pC(气)+qD(气)若增大压强或升高温度,重新达到平衡后,ν′正,ν′逆随时间的变化过程均如图所示,则对该反应叙述正确的是( )。
A. 正反应是放热反应,m+n
B. 逆反应是放热反应,m+n>p+q
C. 正反应是放热反应,m+n>p+q
D. 逆反应是放热反应,m+n
解析:由图象可看出在改变条件的瞬间,ν′逆>ν′正,故平衡发生了逆向移动。
增大压强时,平衡逆向移动,说明m+n
答案: A
2. 速率――压强(或温度)图
例2. 下列反应符合右图p-v变化曲线的是( )。
A. H2(g)+I2 (g) 2HI(g)
B. 3NO2(g)+H2O(l) 2HNO3(l)+NO(g)
C. 4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)
D. CO2(g)+C(s) 2CO(g)
解析:根据勒夏特列原理,增大压强p,ν正、ν逆都增大,但气体分子数多的一边增大的幅度大,平衡向气体体积缩小的方向移动。由图示可知,ν正斜率大,即随压强p的增大,ν正增大的多,故ν正应为气体分子数较多的一边。
答案:B
3. 转化率(或质量分数)――压强、温度图
例3. 已知反应mA(g)+nB(g) xC(g)+yD(g),A的转化率RA与p、T的关系如图所示,根据图示可以得出的正确结论是( )。
A. 正反应吸热,m+n>x+y
B. 正反应吸热,m+n
C. 正反应放热,m+n>x+y
D. 正反应放热,m+n
解析:相同压强时,升高温度,转化率RA提高,说明正反应为吸热反应;相同温度时,增大压强,转化率RA提高,说明正反应为气体体积缩小的反应,即m+n>x+y。
答案:A
4. 质量分数――时间图
例4. 对于可逆反应mA(g)+nB(s) pC(g)+qD(g),其他条件不变时,产物D的质量分数D%与温度T或压强p的关系如图所示,下列说法正确的是( )。
A. 降温,化学平衡向正反应方向移动
B. 使用催化剂可使D%有所增加
C. 化学方程式中气体的化学计量数m
D. B的颗粒越小,正反应速率越快,有利于平衡向正反应方向移动
解析:这类图象题的解题方法是“先拐先平”,即曲线先折拐的首先达到平衡。因为升高温度或增大压强,都可以加快化学反应速率,使反应尽快达到平衡,所以T1
(上接第158页)
答案:AC
5. 物质的量(转化率)――时间图
例5. 反应2X(g)+Y(g) 2Z(g)(正反应为放热反应),在不同温度(T1和T2)及压强(P1和P2)下,产物Z的物质的量nZ与反应时间t的关系如图所示,下述判断正确的是( )。
A. T1
C. T1>T2,P1>P2 D. T1>T2,P1
解析:温度相同时(上面2条曲线),压强越大,反应速率越快,达到化学平衡的时间越短,故P1>P2;若从纵坐标nZ来分析,P1P2,nZ减小,平衡逆向移动,对照反应特征(气体体积减小),可知P1>P2。同理,压强相同时(下面2条曲线),温度越高,反应速率越快,达到化学平衡的时间越短,故T1>T2;若从nZ来分析,T2T1,nZ减小,平衡逆向移动(正向放热则逆向吸热),说明T1>T2。
答案:C
6. 体积分数――压强、时间图
例6. 在一定温度不同压强(p1
2Y(g)+Z(g)中,生成物Z在反应混合物中的体积分数(φ)与反应时间(t)的关系有以下图示,其中正确的是( )。
解析:因为p1
答案:B