2.2 化学平衡 课件 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

情境引入 18世纪末，英国化学家克鲁克斯“先天下之忧而忧”，率先发出为了使子孙后代免于饥饿“向空气要氮肥”的号召。 假设你是一名化工厂工程师，需要把合成氨的反应投入生产，你需要考虑哪些问题？ 生产的可行性问题 ——反应进行的方向 生产的效率问题 ——化学反应速率 产率问题 ——化学平衡（限度） N2(g)＋3H2(g) ⇌ 2NH3(g) 【问题】如何尽可能“多”合成氨？ 工业上将氢气和氮气压入高温高压且有催化剂的密闭容器中进行合成氨的反应，反应后气体中氨的含量并不高，一般只有25%左右。 某温度下，在容积不变的密闭容器中，N2与H2反应足够长时间后各物质的量不再改变，数据如下： 各物质的起始量/mol 充分反应后各物质的量/mol N2 H2 NH3 N2 H2 NH3 5 15 0 3 9 4 0 0 10 3 9 4 任务一：建立化学平衡状态 【讨论】如何证明合成氨的反应是一个可逆反应？ 【思考】为什么氮气和氢气不能完全转化为氨气呢？ 在一定条件下，容积不变的密闭容器中，充入N2和H2发生反应，反应中各物质的浓度随时间如何变化？正逆反应速率随时间如何变化？ 请分别作出相应的浓度-时间图和速率-时间图。 v(正) v(正)=v(逆) 时间 速率 v(逆) 0 时间 浓度 0 NH3 H2 N2 N2(g)+3H2(g) ⇌2NH3(g) 【思考】如果充入NH3发生反应呢？ 任务一：建立化学平衡状态 化学平衡状态：一定条件下的可逆反应，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。 v(逆) v(正)=v(逆) 时间 速率 v(正) 0 时间 浓度 0 N2 H2 标志 本质 可逆反应的限度 NH3 （动态平衡） 任务一：建立化学平衡状态 N2(g)+3H2(g) ⇌2NH3(g) 序号 平衡时的浓度/( mol·L-1) 平衡时 c(H2) c(N2) c(NH3) 1 1.15 0.75 0.261 2 0.51 1.00 0.087 3 1.35 1.15 0.412 4 2.43 1.85 1.27 5 1.47 0.75 0.376 下表为500 ℃ 时， N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)反应体系中各物质的浓度，小组合作，完成下表。 6.00×10－2 5.98×10－2 5.71×10－2 5.93×10－2 6.08×10－2 定值 任务二：寻找各物质平衡浓度间的定量关系 序号 起始时各物质的浓度mol/L 平衡时各物质的浓度mol/L H2 I2 HI H2 I2 HI 1 1.197×10-2 6.944×10-3 0 5.617×10-3 5.936×10-4 1.270×10-2 48.37 2 1.228×10-2 9.964×10-3 0 3.841×10-3 1.524×10-3 1.687×10-2 48.62 3 1.201×10-2 8.403×10-3 0 4.580×10-3 9.733×10-4 1.486×10-2 49.54 4 0 0 1.520×10-2 1.696×10-3 1.696×10-3 1.181×10-2 48.49 5 0 0 1.287×10-2 1.433×10-3 1.433×10-3 1.000×10-2 48.70 6 0 0 3.777×10-2 4.213×10-3 4.213×10-3 2.934×10-2 48.50 2 c (HI) c(H2) · c(I2) 在457.6℃时反应体系I2(g) + H2(g) ⇌ 2HI(g)中各物质的浓度如图所示 定值 任务二：寻找各物质平衡浓度间的定量关系 在一定温度下，以化学计量数为指数，生成物平衡时浓度幂之积与反应物平衡时浓度幂之积的比值是一个定值（扣除实验误差）。 I2(g) + H2(g) ⇌ 2HI(g) N2(g) +3H2(g) ⇌ 2NH3(g) 2 c (HI) c(H2) · c(I2) 【思考】该结论适用于其他可逆反应吗？ 任务二：寻找各物质平衡浓度间的定量关系 (1)概念：在一定温度下，一个可逆反应达到化学平衡时，体系内生成物浓度幂(以其化学计量数为幂)之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，叫做该反应的化学平衡常数 (3)特点：K 的数值与各反应体系中各物质的初始浓度和反应路径无关 (2)符号：K 化学平衡常数： 任务二：寻找各物质平衡浓度间的定量关系 任务三：深入了解化学平衡常数 写出三个化学方程式的平衡常数表达式，小