2.2.1 化学平衡状态　化学平衡常数（课件PPT)-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修第一册（人教版2019）

化学反应速率与化学平衡 第二章 第二节　化学平衡　 第1课时　化学平衡状态　化学平衡常数 课件使用说明 本课件使用Office2016制作，请使用相应软件打开并使用。 本课件文本框内容可编辑，单击文本框即可进行修改和编辑。 本课件理科公式均采用微软公式制作，如果您是Office2007或WPS 2021年4月份以前的版本，会出现包含公式及数字无法编辑的情况，请您升级软件享受更优质体验。 由于WPS软件原因，少量电脑可能存在理科公式无动画的问题，请您安装Office 2016或以上版本即可解决该问题。 课前·教材预案 课堂·深度拓展 目标导航 [知识导图] [课程标准] 1.认识到化学反应是有一定限度的， 并能多角度、动态地分析可逆反应达 到平衡状态时的各种表现。 2.能建立化学平衡“逆、等、动、 定、变”的认知模型，并利用模型解 决有关化学平衡的实际问题。 3.认识到化学平衡常数是表征反应限 度的物理量，知道化学平衡常数的含 义。能书写平衡常数表达式并能进行 简单计算。 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 课前·教材预案 知识点1　化学平衡 1. 可逆反应 在① 下，既能向正反应方向进行，② ⁠又 能向逆反应方向进行的反应，叫作可逆反应。书写可逆反应的 化学方程式时，不用“ ”，用“ ”。 同一条件　 同时　 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 2. 化学平衡的建立 （1）在一定条件下的容积不变的密闭容器中进行反应，根据 图示填写表格： 反应方 程式 N2＋3H2 2NH3 物质浓 度变化 图示 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 物理量 N2、H2浓度 v正 NH3浓度 v逆 开始时 ③ ⁠ ④ ⁠ ⁠ ⑤ ⁠ ⑥ ⁠ 进行中 ⑦ 　　　 ⁠ ⁠ ⑧ 　　 ⁠ ⁠ ⑨ 　　 ⁠ ⁠ ⑩ 　　 ⁠⁠ 平衡时 ⑪ ⁠ ⑫ ⁠ ⑬ ⁠ ⑭ 　　 ⁠⁠ 反应方程式 2NH3 N2＋3H2 最大　 最大 0　 0　 减小 减小 增大 增大 不变 不变 不变 不变 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 物质浓度 变化图示 物理量 N2、H2浓度 v正 NH3浓度 v逆 开始时 ⑮ ⁠ ⑯ ⁠ ⑰ ⁠ ⑱ ⁠ 进行中 ⑲ ⁠ ⑳ ⁠ ㉑ ⁠ ㉒ ⁠ 平衡时 ㉓ ⁠ ㉔ ⁠ ㉕ ⁠ ㉖ ⁠ v － t 图 0　 0　 最大 最大 增大 增大 减小 减小 不变 不变 不变 不变 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 （2）化学平衡状态 化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应，正、逆反应的速 率㉗ ，反应物和生成物的浓度均㉘ ，即 体系的组成不随时间而㉙ ，这表明反应中㉚ ⁠ 达到了“限度”，这时状态被称为化学平衡状态，简称 ㉛ ⁠。 相等　 保持不变　 改变　 物质的 转化　 化学平衡　 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 （3）化学平衡的特征 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 知识点2　化学平衡常数 1. 浓度商和化学平衡常数 （1）浓度商 对于一般的可逆反应 m A（g）＋ n B（g） p C（g）＋ q D（g） ，在任意时刻的㊲ 称为浓度商，常用㊳ 表示。 　 Q 　 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 ①当反应在一定温度下达到化学平衡时， c （A）、 c （B）、 c （C）、 c （D）之间有 ＝ K ，其中 K 是 ㊴ ，称为化学平衡常数，简称㊵ ⁠。 ② K 是表明化学反应㊶ 的一个特征值。当反应中有关 物质的浓度商㊷ 平衡常数时，表明反应达到限度，即 达到化学平衡状态。 常数　 平衡常数　 限度　 等于　 （2）化学平衡常数 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 2. 化学平衡常数的意义 通常， K 越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越㊸ ，正反应进行的程度越㊹ ，即该反应进行得越㊺ ，平衡时反应物的转化率越㊻ ；反之， K 越小，该反应进行得越㊼ ，平衡时反应物的转化率越㊽ 。一般来说，当 K ＞㊾ 时，该反应就进行得基本完全了。 3. 化学平衡常数的影响因素 通常情况下只受㊿ 影响。 大　 大　 完全　 大　 不完全　 小　 105　 温度　 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 （1）既能向正方向进行又能向逆方向进行的反应均是可逆反应。 （　×　） （2）在已达到平衡的可逆反应2SO2＋O2 2SO3中，充入18O2一段时间后，18O只存在于SO2和SO3中。 （　×　） （3）化学平衡常数只受温度的影响，与反应物或生成物的浓度无关。 （　√　） × × √ 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 （4）对于反应C（s）＋H2O（g） CO（g）＋H2（g），其平衡常数的表达式 K ＝ 。 （　×　） （5）温度一定，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数。 （　√　） （6）N2＋3H2 2NH3和 N2＋ H2 NH3的平衡常数表达式相同。 （　×　） × √ × 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 　 名师提醒 （1）可逆反应是指在相同条件下，正反应和逆反应同时进行的反应。 （2）达到化学平衡的反应，宏观物理量（颜色、浓度、总压强等）不再改变，但是反应仍然继续进行，只是 v正＝ v逆≠0。 （3）固体或液体纯物质一般不列入浓度商和平衡常数的计算。 （4）平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关。若反应方向改变、化学计量数等倍扩大或缩小，化学平衡常数都会相应改变。 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 课堂·深度拓展 探究点1　化学平衡状态及其判断 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 反应条件和 可逆反应 在体积固定的密闭容器中进行可逆反应 2NO2（g） 2NO（g）＋O2（g） H2（g）＋I2（g） 2HI（g） 物理量 ①同一物质正反应速率等于逆反应速率 ②混合气体的颜色不再改变 ③混合气体的密度不再改变 ④混合气体的压强不再改变 ⑤混合气体的平均相对分子质量不再改变 能够判断反应处于化学平衡状态的标志 ⁠ ⁠ ①②④⑤　 ①②　 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 1. 可逆反应的特征——“二同一不能” （1）正反应和逆反应在同一个条件下进行；否则，是非可逆 反应。 （2）正、逆反应同时进行，即进行的时间、地点是相同的， 反应物和生成物共存。 （3）无论一种反应物的投入量有多大，其他反应物都不能反 应完全。即反应物不可能全部转化成生成物，即任何一种反应 物的转化率均小于100％。 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 2. 极端假设法确定可逆反应平衡时各物质浓度的范围 在密闭容器中进行反应，在一定条件下，反应达到平衡。可根 据极端假设法判断，假设反应正向或逆向进行到底，求出各物 质浓度的最大值和最小值，从而确定它们的浓度范围。 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 【例题1】密闭容器中发生可逆反应：X2（g）＋Y2（g） 2Z （g）。已知起始时X2、Y2、Z各物质的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，反应在一定条件下达到平衡时，各 物质的物质的量浓度不可能是（　　） A. c （Z）＝0.3 mol·L－1 B. c （Y2）＝0.35 mol·L－1 C. c （X2）＝0.15 mol·L－1 D. c （Z）＝0.4 mol·L－1 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 答案　D　 解析　列“三段式”可得，若反应向右进行完全，则X2、Y2、 Z三种物质的物质的量浓度依次是0 mol·L－1、0.2 mol·L－1、 0.4 mol·L－1；若反应向左进行完全，则X2、Y2、Z三种物质浓 度依次是0.2 mol·L－1、0.4 mol·L－1、 0 mol·L－1，平衡体系 中各物质的浓度范围为0＜ c （X2）＜0.2 mol/L，0.2 mol/L＜ c （Y2）＜0.4 mol/L，0＜ c （z）＜0.4 mol/L，故选D项。 思维导引： 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 【变式1】在一密闭容器中进行反应2SO2（g）＋O2（g） 2SO3（g），已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分 别为0.2 mol·L－1、0.1 mol·L－1、0.2 mol·L－1，当反应达到平 衡时，可能存在的数据是（　　） A. SO2为0.4 mol·L－1，O2为0.2 mol·L－1 B. SO2为0.25 mol·L－1 C. SO2、SO3均为0.15 mol·L－1 D. SO3为0.4 mol·L－1 答案　B　 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 解析　A项数据表明，题中0.2 mol·L－1的SO3完全转化成了 和O2，即平衡时， c （SO3）＝0，这是不可能的；C项数 据表明SO2、SO3的浓度都在原浓度基础上减少了0.05 mol·L－ 1， 这也是不可能的；D项数据表明SO2完全转化成了SO3，即 平衡时， c （SO2）＝0， c （O2）＝0，这也是不可能的。故选 B项。 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 3. 判断平衡状态的方法——“逆向相等，变量不变” （1）“逆向相等”：反应速率必须一个是正反应速率，一个 是逆反应速率，且经过换算后，同一种物质的减少速率和生成 速率相等。 （2）“变量不变”：如果一个量是随反应进行而改变的，当 不变时为平衡状态；一个随反应的进行保持不变的量，不能作 为是否是平衡状态的判断依据。以反应 m A（g）＋ n B（g） p C（g）＋ q D（g）为例： 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 条件 达到平衡的标志 v正＝ v逆 同一物质 生成速率等于消耗速率 不同物质 化学反应速率之比等于化学计量数 之比，且表示不同方向（即“一正 一逆”） 可变量达 不变　　 各物质的 物理量 各组成成分的质量、物质的量、分 子数、物质的量浓度保持不变 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 条件 达到平衡的标志 可变量达 不变　　 各物质的含量 各组成成分的质量分数、物质的量 分数、气体的体积分数保持不变 气体的总物质 的量 m ＋ n ≠ p ＋ q 时，气体的总物质的 量一定 恒容条件下的 压强 m ＋ n ≠ p ＋ q 时，总压强一定 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 条件 达到平衡的标志 可变量达 不变　　 恒压条件下气 体的密度 m ＋ n ≠ p ＋ q 时，ρ＝ 一定 混合气体的平 均相对分子质 量（ ） 当 m ＋ n ≠ p ＋ q 时， ＝ 一定 有颜色变化的 反应 气体的颜色不再变化 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 【例题2】可逆反应2NO2（g） 2NO（g）＋O2（g）在恒容 的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是（　　） ①单位时间内生成 n mol O2的同时生成2 n mol NO2 ②单位时间内生成 n mol O2的同时生成2 n mol NO ③用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为2：2：1的状态 ④混合气体的颜色不再改变的状态 ⑤混合气体的密度不再改变的状态 ⑥混合气体的压强不再改变的状态 ⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 A. ①④⑥⑦ B. ②③⑤⑦ C. ①③④⑤ D. 全部 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 思维导引： 反应特点→恒容、反应前后气体系数和不等 ⇓ 等→分析①②③，①达平衡 ⇓ 定→分析④⑤⑥⑦，④⑥⑦达平衡 答案　A　 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 解析　①单位时间内生成 n mol O2的同时生成2 n mol NO2，能 说明反应已达平衡；②描述的均是正方向，无法判断；③无论 反应是否达平衡，均有此关系；④NO2为有颜色的气体（红棕 色），颜色不变能说明NO2浓度一定，反应已达到平衡；⑤因 ρ＝ ，反应前后， m 、 V 均不变，ρ也不变，密度不变不能说 明反应达到平衡；这是一个气体体积改变的反应，⑥⑦均能说 明反应已达平衡。 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 【变式2】氨基甲酸铵（NH2CO2NH4）是合成尿素的一种中间 产物。已知某温度下，往一恒容密闭容器中加入a mol NH2CO2NH4（s），反应NH2CO2NH4（s） CO（NH2）2 （s）＋H2O（g）。在45 min时达到平衡。可判断该可逆反应 达到化学平衡状态的标志是（　　） A. 氨基甲酸铵的消耗速率不再发生变化 B. 气体的体积分数不再改变 C. 气体的平均摩尔质量不再改变 D. 气体的密度不再改变 答案　D　 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 解析　氨基甲酸铵是固体，不能用单位时间固体浓度的变化表 示速率，A项错误；该反应中只有水蒸气一种气体，故反应过 程中气体的体积分数一直不变，气体的平均摩尔质量就是水分 子的摩尔质量，故一直不变，B、C项错误；根据公式ρ＝ ， 由已知可知：恒容密闭容器，气体体积不变，在平衡之前气体 总质量变化，故气体的密度是平衡标志，D项正确。 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 探究点2　化学平衡常数的理解与应用 2. 可逆反应C（s）＋H2O（g） CO（g）＋H2（g）的平衡 常数表达式是什么？若保持其他条件不变，升高温度， K 值增 大，该反应是吸热反应还是放热反应？ 答案　K ＝ ；吸热反应。 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 1. 使用化学平衡常数应把握的技巧 （1）化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度、压强均无关。 （2）化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数，与反应方 程式的计量系数大小有关。 例如：N2（g）＋3H2（g） 2NH3（g），其平衡常数为 K ＝ ＝ a ； 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 2NH3（g） 3H2（g）＋N2（g），其平衡常数为 K '＝ ＝ ； N2（g）＋ H2（g） NH3（g），其平衡常数为 K ″＝ ＝ 。 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 2. 化学平衡常数的应用 （1）判断反应进行的程度 K 值越大，反应进行得越完全，反应物转化率越大；反之，反 应越不完全，转化率越小。 （2）判断反应的热效应 （3）计算转化率 依据起始浓度（或平衡浓度）和平衡常数可以计算平衡浓度 （或起始浓度），从而计算反应物的转化率。 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 （4）判断平衡移动方向 利用平衡常数可从定量的角度解释恒温下浓度、压强对化学平 衡移动的影响。 对于可逆反应 m A（g）＋ n B（g） p C（g）＋ q D（g），在 任意状态下，生成物的浓度和反应物的浓度之间的关系都可用 Q ＝ 表示，则： 当 Q ＝ K 时，反应处于平衡状态， v正＝ v逆； 当 Q ＜ K 时，反应向正反应方向进行， v正＞ v逆； 当 Q ＞ K 时，反应向逆反应方向进行， v正＜ v逆。 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 【例题3】某温度下，可逆反应： m A（？）＋ n B（s） p C （g）＋ q D（g）的化学平衡常数为 K ，下列说法正确的是 （　　） A. K＝ B. 反应平衡后再加入A，平衡正向移动， K 值增大 C. K 越小，达到平衡时所需的时间就越短 D. K 越大，达到平衡时反应正向进行的程度越大 思维导引：结合化学方程式写出相应的化学平衡常数表达式， 并理解化学平衡常数的意义。 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 答案　D　 解析　由于A是否为气体不清楚，因此 K ＝ 不 能说是平衡常数的表达式，A项错误；反应平衡后再加入A， 平衡正向移动， K 值不变， K 只与温度有关，B项错误； K 越 小，表明达到平衡时反应的限度较小，与反应时间快慢无关， C项错误； K 越大，达到平衡时反应正向进行的程度越大，表 明反应的限度较大，D项正确。 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 【变式3】可逆反应2SO2（g）＋O2（g） 2SO3（g），某温 度下的平衡常数为 K （ K ≠1），反应热为Δ H 。保持温度不 变，将方程式的书写作如下改变，则Δ H 和 K 的相应变化为 （　　） A. 写成4SO2（g）＋2O2（g） 4SO3（g），Δ H 、 K 均扩大 了一倍 B. 写成4SO2（g）＋2O2（g） 4SO3（g），Δ H 扩大了一 倍， K 保持不变 C. 写成2SO3（g） 2SO2（g）＋O2（g），Δ H 、 K 变为原来 的相反数 D. 写成2SO3（g） 2SO2（g）＋O2（g），Δ H 变为原来的相 反数， K 变为原来的倒数 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 答案　D　 解析　写成4SO2（g）＋2O2（g） 4SO3（g），方程式系数 是原来的2倍，则Δ H 扩大了一倍， K 是原来的平方；写成2SO3 （g） 2SO2（g）＋O2（g），Δ H 变为原来的相反数， K 变 为原来的倒数；D项符合题意。 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 探究点3　有关化学平衡常数的计算 3. 一定温度下，在体积为1 L的恒容密闭容器中放入1 mol N2 和3 mol H2，发生反应：N2（g）＋3H2（g） 2NH3（g）　 Δ H ＝－92.4 kJ·mol－1。平衡时反应放出热量 a kJ。试计算： （1）反应物N2的转化率； 答案　（1）1 mol N2完全反应时放出的热量为92.4 kJ，则放出 a kJ热量时，反应掉 mol的N2，反应物N2的转化率为 a / 92.4×100％ 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 （2）化学平衡常数的计算式。 答案（2）　　　　 N2　　＋　　3H2　 　 2NH3 初始（mol·L－1） 1 3 0 转化（mol·L－1） a /92.4 3 a /92.4 2 a /92.4 平衡（mol·L－1） 1－ a /92.4 3－3 a /92.4 2 a /92.4 K ＝ ＝ 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 1. 计算模型——三段式法 a A（g）＋ b B（g） c C（g）＋ d D（g） c （初）（mol·L－1） n1 n2 0 0 Δ c （mol·L－1） x x x x c （平）（mol·L－1） n1－ x n2－ x x x 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 2. 解答思路——三步骤 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 3. 基本计算关系 （1）各物质的物质的量浓度变化之比＝物质的量变化之比＝ 化学计量数之比。 （2）反应物的转化率＝ ×100％＝ ×100％。 （3）生成物的产率＝ ×100％。 （4）平衡时某气体组分的体积分数＝该气体组分的物质的量 分数＝ ×100％。 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 【例题4】在一定温度下的密闭容器中，加入1 mol CO和1 mol H2O发生反应CO（g）＋H2O（g） CO2（g）＋H2（g）， 达到平衡时测得 n （H2）为0.5 mol。求： （1）该温度下的平衡常数； 答案　（1）1　 （2）CO的转化率。 思维导引：平衡时 n （H2）的物质的量→各种物质转化的物 质的量→确定平衡时其他物质的物质的量→代入计算式进行 计算。 答案　（2）50％ 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 解析　依题意可列三段式： CO（g）＋H2O（g） CO2（g）＋H2（g） 起始/mol 　1 　　 1 　 0 　 0 转化/mol 0.5 　 0.5 0.5 0.5 平衡/mol 0.5 　 0.5 0.5 0.5 因体积相同，浓度比值等于物质的量的比值，由反应方程式及 以上数据可得， K ＝ ＝1，CO的转化率为 × 100％＝50％。 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 【变式4】 t ℃时，在体积为2 L的密闭容器中（容积不变）通 入3 mol A和1 mol B，发生反应3A（g）＋B（g） x C（g）；经过2 min的时间该反应达到平衡状态（假设温度不变），剩余的B的物质的量为0.8 mol并测得C的浓度为0.4 mol·L－1。 请回答下列问题： （1）整个反应过程中，B的平均反应速率为 　　　　。 答案　（1）0.05 mol·L－1min－1　 解析　（1）经过2 min的时间该反应达到平衡状态（假设温度不 变），剩余的B的物质的量为0.8 mol，说明B改变量为0.2 mol， 则B的反应速率为 v （B）＝ ＝ ＝0.05 mol·L－1·min－1。 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 （2） x ＝ 　　　　，平衡常数 K ＝ 　　　　。 1。 答案　（2）4　 解析　（2）经过2 min的时间该反应达到平衡状态（假设温度不 变），剩余的B的物质的量为0.8 mol，说明B改变量为0.2 mol， 测得C的浓度为0.4 mol·L－1，则C的物质的量为0.4 mol·L－1×2L ＝0.8 mol，根据改变量之比等于计量系数之比，则 x ＝4，A的改 变量为0.6 mol，剩余2.4 mol，则平衡常数 K ＝ ＝ 。 返回目录 化学　选择性必修1 化学反应原理 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 $$