问题1:硫酸是非常重要的化工产品,工业制硫酸涉及下述3个反应,工业制硫酸会带来一种大气污染物二氧化硫,实际反应中能否让二氧化硫完全转化?
点燃 (1)4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2 (2)
催化剂
2SO2 + O2 2SO3
(3)SO3 + H2O = H2SO△4 三个反应中存在哪两类反应?从反应进行的方向和反应进行的角度分析可逆反应和完全进行的反应有什么区别?
问题2: 已知在500℃、1.01×105 Pa下,某密闭容器中发生下列反应:
各物质的物质的量随时间变化如下: 表1 t(min) (1)分析上表中数据,你从表中数据看到了什么?你是否看到逆反应了?你对数据直观的反映是什么?可逆反应是如何发生的?
(2)换个角度看反应:从微观层面我们可以用分子图像来表示正反应和逆反应,分子在催化剂表面碰撞会引发这两个反应,结合反应过程中三种物质的分子都存在,你如何推测正反应和逆反应的发生过程?
(3)既然正反应和逆反应同时发生,如何解释反应中各物质的量变化?
11
2SO2 + O2
催化剂
2SO3 △ 0 1 0.5
10 0.7 0.35
20 0.5 0.25
30 0.35 0.18
40 0.2 0.1
50 0.1 0.05
60 0.1 0.05
70 0.1 0.05
SO2 O2
SO3 0 0.3 0.5 0.65 0.8 0.9 0.9 0.9
(4)结合表中数据,可逆反应的达到终点时,正逆反应是否还在发生?为何各物质的量保持不变?可逆反应的终点状态有哪些特征?
问题3:(1)科学实验证明:在与问题2相同条件下,在上述密闭中加入1mol SO3从逆反应开始反应,也能达到相同的化学平衡。由此你可得出什么结论?什么是化学平衡状态?化学平衡状态有哪些特征?
(2)我们可以用速率-时间图像表示可逆反应发生达到平衡的完整过程。请分别做出从正反应开始和逆反应开始速率-时间图像
(3)结合二氧化硫的催化反应,请从宏观或微观不同角度用一句话说明该反应达到了平衡: ____________________________的物质的量不再改变; ____________________________的浓度不再改变; ____________________________的百分含量不再改变;
一段时间内,每当有2molSO2消耗的同时,_______________________,说明达到平衡。
一段时间内,每当有两个SO2分子生成的同时,_____________________,说明达到平衡。 思考:以xA(g)+yB(g)
zC(g)为例,如何判断化学反应达到平衡状态?
12
问题4:分析问题2表1和下面表2表3数据,回答平衡为什么是一定条件下可逆反应限度?可逆反应达平衡后,一成不变吗? 表2 600℃ 1.01×105 Pa t(min) 0 n(mol) SO2 O2 SO3 1 10 0.6 20 0.5 0.25 0.5 5 30 0.4 0.2 0.6 40 0.3 0.15 0.7 50 0.3 0.15 0.7 60 0.3 0.15 0.7 70 0.3 0.15 0.7 0.5 0.3 0 0.4 表3 500℃ 5.05×10Pa t(min) 0 n(mol) SO2 O2 SO3 1 10 0.2 20 0.08 0.04 0.92 30 0.03 0.015 0.97 40 0.03 50 60 70 0.03 0.03 0.03 0.5 0.1 0 0.8 0.015 0.015 0.015 0.015 0.97 0.97 0.97 0.97 思考:平衡状态是否改变?改变由什么条件引起的? 表1→表2: 表1→表3: 平衡的移动:
问题5:20℃时,将一块质量为40 g 的NaCl晶体投入到100 g 水中,充分搅拌,至固体不再溶解为止,静置。经过相当长的时间后,发现NaCl晶体质量不再发生变化,但NaCl晶体的形状在不断发生改变,为什么?根据上述化学平衡建立过程的分析思路解释此问题。
课堂笔记
一、可逆反应与不可逆反应 二、化学平衡状态 1.化学平衡的建立
13
2.定义 3.特征 4.达到平衡的标志 三、溶解平衡 学案2 化学平衡常数
问题1:通过表1中的数据,谈谈你对化学平衡状态的认识 表1 已知反应H2 (g)+CO2 (g)
H2O (g) +CO(g) △H< 0。现在298K时反应进行到
不同时间时H2、CO2、H2O、CO的浓度。 t(s) 0 2000 4850 6000 c(H2) 1.0 0.80 0.40 0.40 c(CO2) 1.0 0.80 0.40 0.40 c(H2O) 0 0.20 0.60 0.60 c(CO) 0 0.20 0.60 0.60 观察:
(1)反应从哪个方向开始?
(2)反应物生成物的浓度变化趋势? (3)何时达到化学平衡状态?标志是?
问题2:思考——当反应物初始浓度不同时是否是同一平衡状态呢? 表2-1:已知在298K时下列反应以不同H2初始浓度进行,有关数据如右表所示: H2 (g)+CO2 (g) 0
从表中数据判断:
判断化学平衡状态的角度可以是___________
14
序反应物初始浓度 生成物平衡浓度 号 c0(H2) 1 2 3 1.0 1.2 2.0 c0(CO2) c平(H2O) c平(CO) 1.0 1.0 1.0 0.60 0.65 0.78 0.60 0.65 0.78 H2O (g) +CO(g) △H<
问题3:当H2和CO2的初始浓度不同时,它们的转化率是否相同呢? 对可逆反应mA(g)+nB(g)
pC(g)+ qD(g)来说,反应物A的平衡转化率可以表示为:
c0(A) —c平(A) A的转化率=————————×100% c0(A)
表2-2:请你计算下列反应中CO2的转化率,判断化学平衡状态的角度也可以是___________ 序号 1 2 3 思考: ?
上述反应由于反应物初始浓度不同达到的平衡状态不同,反应物的转化率也不尽相同,那么一定条件下是否可以无限地增加一种反应物的转化率呢? ?
如何定量地描述化学反应限度?生成物浓度或反应物转化率能否用来定量描述化学反应限度? 问题4 :找出化学反应限度的定量表示方法:(表3) 序号 1 2 3 4 思考:这个规律对于其他的反应体系也适用吗? 表4:已知反应H2 (g)+I2 (g)
2HI (g) △H< 0。现在700K时分别用不同起始浓度
c0(H2) 1.0 1.2 0.80 0 初始浓度(mol/L) 平衡浓度(mol/L) 你的猜想是? 起始浓度 (mol/L) c0(H2) 1.0 H2转化率=60% 1.2 H2转化率=54% 2.0 H2转化率= c0(CO2) 1.0 CO2转化率=60% 1.0 CO2转化率= 1.0 CO2转化率=53% 平衡浓度 (mol/L) c平(H2O) 0.60 无 0.65 无 0.78 无 c平(CO) 0.60 无 0.65 无 0.78 无
c0(CO2) c0(H2O) c0(CO) c平(H2) c平(CO2) c平(H2O) c平(CO) 1.0 1.0 1.0 0 0 0 0 2.0 0 0 0 2.0 0.40 0.55 0.27 0.80 0.40 0.35 0.47 0.80 0.60 0.65 0.53 1.20 0.60 0.65 0.53 1.20 15