課題3反應條件對化學平衡的影響 學習目標1 通過實驗加深對可逆反應的了解和認識 加深對化學平衡移動的理解 2 學習乙酸乙酯水解反應條件的控制 3 用實驗的方法了解和初步探究溫度 濃度 壓強等因素對化學平衡的影響 課前自主學案 一 實驗原理1 化學平衡狀態對于可逆反應 當正 逆反應速率 時 反應物和生成物的濃度不再隨時間而改變 反應達到平衡狀態 化學平衡狀態是一種 相等 動態平衡 2 化學平衡移動化學平衡是可逆反應體系中的一種特殊狀態 反應物濃度 反應溫度是影響化學平衡移動的主要因素 對反應前后氣體體積發生變化的可逆反應而言 壓強也能影響平衡的移動 總之 當外界條件如 等改變時 平衡就會發生移動 直到建立起新的平衡狀態 當可逆反應達到平衡時 如果其他條件不變 溫度 濃度 壓強 1 增大反應物濃度或減小生成物濃度 都會使平衡向 方向移動 反之 則向 方向移動 由此得出下面兩點結論 在可逆反應中 為了盡可能利用某一反應物 經常用過量的另一種物質和它作用 不斷將產物從反應體系中分離出來 則平衡將不斷地向生成物的方向移動 正反應 逆反應 2 反應前后氣態物質總物質的量發生變化的反應 在恒溫下增大壓強 會使平衡向氣態物質物質的量 的方向移動 3 升高溫度 平衡向 反應方向移動 降低溫度 平衡向 反應方向移動 4 加催化劑只能縮短達到平衡的時間 并不能使平衡發生移動 減小 吸熱 放熱 3 氯化鈷溶液的變色原理在氯化鈷溶液中 四氯合鈷 離子與六水合鈷 離子間存在如下平衡 cocl4 2 6h2o co h2o 6 2 4cl 藍色粉紅色將溶液稀釋時 平衡向 方向移動 溶液的顏色由 色逐漸轉變為 色 加入能取代 co h2o 6 2 中的水分子的物質 如 等 會使上述平衡向 方向移動 溶液逐漸轉變為 色 正反應 藍 粉紅 濃鹽酸 氯化鈣 逆反應 藍 思考感悟1 有人將棉球用氯化鈷溶液浸泡后 懸掛在家中 粗略測估室內的空氣濕度 原理是什么 提示 氯化鈷在溶液中存在下列平衡 cocl4 2 6h2o co h2o 6 2 4cl 其中 cocl4 2 顯藍色 co h2o 6 2 顯粉紅色 隨著空氣中水分的不同 棉球會發生顏色的變化 由此估計空氣的濕度 酸或堿 水解 思考感悟2 試分析常用熱的純堿液清洗餐具的原因是什么 提示 加熱條件下能夠促進na2co3的水解 而na2co3水解成的naoh能夠促進油脂的水解 故常用熱的純堿液洗滌餐具上的油污 二 實驗步驟1 氯化鈷溶液顏色的變化 1 觀察稀釋酸性cocl2溶液時顏色的變化在一支試管中加入約3ml0 5mol l 1cocl2溶液 再慢慢滴加約6ml濃鹽酸 觀察到溶液顯藍色的現象 將上述試管中的溶液一分為二 置于兩支試管中 向一支試管中加入約3ml蒸餾水 與另一支試管作對照 觀察到的現象是加水后的溶液變 色 粉紅 2 觀察稀釋 加熱cocl2 6h2o乙醇溶液時顏色的變化取一支試管 加入3ml95 乙醇溶液和少量 2 3小粒 氯化鉆晶體 cocl2 6h2o 振蕩使其溶解 再逐滴滴加蒸餾水 至溶液恰好呈粉紅色 然后用酒精燈加熱該試管片刻 觀察到加熱后 溶液顏色變 色的現象 紫 2 乙酸乙酯水解條件的比較 1 取三支試管 編為1 2 3號 分別注入4ml蒸餾水 4ml2mol l 1h2so4溶液 4ml4mol l 1naoh溶液 在試管1 2中各滴加一些甲基橙指示劑 試管3中滴加一些石蕊溶液 使三支試管中溶液的顏色分別為 色 色和 色 2 在三支試管中各加入2ml乙酸乙酯 振蕩后將三支試管同時插入 約75 中 加熱約5min 加熱過程中注意不要振蕩 觀察現象 比較各試管中無色的乙酸乙酯層剩余體積的大小是 橙 紅 藍 熱水浴 1號 2號 3號 思考感悟3 試解釋乙酸乙酯的水解實驗中要用 水浴 加熱的原因 提示 水浴加熱的特點是 受熱均勻 受熱溫度不超過100 易控制 乙酸乙酯的沸點低 易揮發 在實驗中為了防止乙酸乙酯過度揮發而影響結果 故選用水浴加熱的方法 解析 選b 鹽酸中h 結合碳酸鈣中co生成co2氣體 使碳酸鈣的溶解平衡向溶解方向移動 b中反應前后氣體分子數不變 縮小容積 反應速率增大 但平衡狀態不變 cl 濃度高有利于cl2 h2o h cl hclo平衡逆向移動 有利于氯氣的溶解平衡逆向移動 溶解平衡co2 g co2 aq 受體系壓強和溫度影響 打開冰鎮啤酒瓶把啤酒倒入玻璃杯 由于壓強減小 溫度升高 平衡逆向移動 所以杯中立即泛起大量泡沫 2 下圖是表示2x g y s z g r g 正反應放熱 的氣體反應速率 v 與時間 t 的關系 t1時開始改變條件 則所改變的條件符合曲線的是 a 減少z的物質的量b 減小壓強c 升高溫度d 使用催化劑解析 選d 因為速率同等倍數增大 說明改變的條件對正 逆反應速率的影響是相同的 所以選d項 3 fe no3 2溶液呈淺綠色 其中存在下列平衡 fe2 2h2o fe oh 2 2h 往該溶液中逐滴加入鹽酸 發生的變化是 a 平衡向逆反應方向移動b 平衡向正反應方向移動c 溶液顏色由黃色變為淺綠色d 溶液顏色由淺綠色變為深綠色解析 選a 根據勒夏特列原理判斷平衡的移動 加入h 后形成hno3會將fe2 氧化成fe3 而使溶液變棕黃色且平衡逆向移動 課堂互動講練 1 化學平衡狀態的建立對于可逆反應 當正 逆反應速率相等時 反應物和生成物的濃度不再隨時間而改變 反應達平衡狀態 2 化學平衡狀態的特征 思路點撥 解答本題應注意以下兩點 1 實質 正 逆反應速率是否相等 2 特征 體系中各物質的含量是否保持不變 解析 與 是針對v 正 v 逆 首先看方向是否為同向 如為同向則排除 為同向排除 如為兩個方向的再看量的關系是否正確 為兩個方向 且量的關系正確 如果no2為減少的量 no和o2為增加的量 則為同向 也不正確 當容器容積恒定時混合氣體的密度為一定值 不能表明反應達平衡狀態 因為反應前后氣體體積是變化的 當混合氣體的平均相對分子質量不再改變時 反應也達平衡狀態 當反應前后氣體顏色不同時 顏色不發生改變也達平衡狀態 據此 逐項分析 可知 是平衡狀態 答案 變式訓練1哈伯因發明了由氮氣和氫氣合成氨氣的方法而獲得1918年諾貝爾化學獎 現向一密閉容器中充入1moln2和3molh2 在一定條件下使該反應發生 下列有關說法正確的是 a 達到化學平衡時 n2將完全轉化為nh3b 達到化學平衡時 n2 h2和nh3的物質的量濃度一定相等c 達到化學平衡時 n2 h2和nh3的物質的量濃度不再變化d 達到化學平衡時 正反應和逆反應的速率都為零 解析 選c 在密閉容器中進行的任何可逆反應不可能進行到底 因此 達到化學平衡時 氮氣不可能完全轉化為氨氣 a錯 當正反應速率和逆反應速率相等 不為零 時 反應達到平衡 此時 n2 h2和nh3的物質的量濃度不再變化 但不能認為n2 h2和nh3的物質的量濃度一定相等 外界條件對化學平衡移動的影響 只改變一個條件 a 由圖甲知 a點so2的平衡濃度為0 4mol l 1b 由圖甲知 b點so2 o2 so3的平衡濃度之比為2 1 2c 達平衡后 縮小容器容積 則反應速率變化圖象可以用圖乙表示d 壓強為0 50mpa時不同溫度下so2轉化率與溫度關系如丙圖 則t2 t1 思路點撥 解答本題時要注意以下三點 1 平衡時so2的物質的量 so2的起始量 1 2 增大濃度 正 逆反應速率都加快 但速率改變的程度有可能不同 3 升高溫度 反應速率加快 能縮短達到平衡的時間 解析 由圖甲知 在a點so2轉化率是0 80 則平衡時so2的物質的量為2mol 0 80 2mol 0 4mol 所以a點so2的平衡濃度為0 04mol l 1 同理可以計算出b點so2 o2 so3的平衡濃度分別是0 03mol l 1 0 015mol l 1 0 17mol l 1 故a b錯 達平衡后 縮小容器容積 各成分的濃度增大 正 逆反應速率都加快 平衡正向移動 故c正確 丙是一定壓強不同溫度下的圖象 當溫度為t1時先達平衡 說明在條件t1下反應速率快 所以t1 t2 d錯 答案 c 規律方法 觀察反應速率與時間的關系曲線 1 若達新平衡時反應速率比原平衡的大 則改變的條件是增大物質的濃度或增大壓強或升高溫度或使用催化劑 2 根據改變條件的瞬間v 正 與v 逆 的相對大小可判定平衡移動的方向 進而確定改變的條件是增大還是減小反應物 或生成物 的濃度 反應是吸熱反應還是放熱反應 反應方程式兩邊氣體物質化學計量數和的大小關系 是否使用了催化劑 變式訓練2確認能發生化學平衡移動的是 a 化學反應速率發生了改變b 有氣態物質參加的可逆反應達到平衡后 改變了壓強c 由于某一條件的改變 使平衡混合物中各組分的濃度發生了不同程度的改變d 可逆反應達到平衡后 使用催化劑 解析 選c 對反應前后氣體體積不變的可逆反應 若達到平衡改變壓強 正 逆反應速率和各組分的濃度都會改變 但平衡不移動 等效平衡 故a b仍為平衡狀態 但對氣體體積改變的反應 平衡發生移動 催化劑可等倍數改變正 逆反應速率 平衡也不移動 而c項是各組分的濃度發生了不同程度的改變 不是同倍改變 故a b d不能確認為是平衡發生移動的標志 實驗步驟 向試管中加入8mlnaoh溶液 再加入2ml乙酸乙酯 用直尺量出乙酸乙酯的高度 再把試管放入70 的水浴中 每隔1min將其取出 振蕩 靜置 立即測量并記錄剩余酯層的高度 再迅速放回水浴中繼續加熱 如此反復進行 改變naoh溶液的濃度 重復實驗 數據記錄 乙酸乙酯水解后剩余的高度 mm 回答下列問題 1 完成上述對比實驗時 每組實驗都必須控制不變的因素有 反應時間 試管規格 操作流程等 2 分析上述數據 得到乙酸乙酯水解速率的結論是 naoh溶液濃度越大 水解速率越 3 結論 的理論解釋是 4 欲使乙酸乙酯完全水解 可采取的措施是 5 有同學認為有必要用蒸餾水代替naoh溶液重復實驗 對上述數據進行修正 主要原因是 解析 本題的目的是研究催化劑對反應的作用而不是研究化學平衡問題 催化劑的作用和反應程度問題是兩個問題 要區分開來 用蒸餾水重復實驗的目的就是研究naoh以外的因素會不會造成乙酸乙酯高度的變化 題目的設問角度是確定有必要做而問這樣做的原因 所以顯然要回答naoh以外的因素是如何影響乙酸乙酯高度的 這樣答題方向就找準了 答案 1 naoh溶液的體積乙酸乙酯的用量反應溫度 2 快 乙酸乙酯水解速率先快后慢 一段時間后停止水解 3 naoh能與水解產物醋酸發生中和反應 隨著反應的進行 naoh濃度逐漸減小直到完全消耗 其催化作用也逐漸減弱直到沒有催化作用 4 增大naoh溶液的濃度 或體積 5 乙酸乙酯水解過程中部分揮發 規律方法 本題考查實驗方案的分析 評價和實驗數據的處理 其核心思想還是實驗條件的控制 要從方案的合理性 物質的成分 反應的外界條件 操作的流程 反應裝置等各個角度分析可能對實驗結果造成影響的因素 并對可能的影