2.2.1 化学平衡状态 课件 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第二节 化学平衡　 人教版选择性必修1 第二章　化学反应速率与化学平衡 第1课时 化学平衡状态 工业合成氨 氨气在国民经济中占有重要地位，随着人类社会的发展，对氨的需求量日益增长。如果你准备开一家合成氨的工厂，从化学角度，应该考虑哪些问题来提升生产效益呢？ 反应物的转化率多 化学反应速率快 生产效率 合成氨反应是一个可逆反应，反应有限度，即反应不能进行彻底。 2NH3 N2 + 3H2 催化剂 高温、高压 【导】 对于这些非可逆反应，我们在进行化学计算时，从未关心过反应能否进行彻底的问题，即限度问题，各种反应物之间是一种“同归于尽”或者“你死我活”的关系。它们不存在限度，即反应能进行彻底。 2 1、通过化学平衡状态的建立过程，知道化学平衡是一种动态平衡，用变化观念与平衡思想建构认知模型。 2、知道化学平衡状态的特征，判断反应是否达到化学平衡状态。 【素养目标】 【重点难点】 【导】 化学反应平衡状态的特征与判定标志 1、定义：在相同条件下能向正反应方向进行同时又能向逆反应方向进行的反应称为可逆反应。 N2+3H2 2NH3 2、常见的可逆反应 【思考】H2＋O2 2H2O 与 2H2O 2H2↑＋O2↑互为可逆反应吗？ 不是；反应条件不同 一、可逆反应 2NH3 N2 + 3H2 催化剂 高温、高压 H2CO3 CO2 + H2O H2SO3 SO2 + H2O NH3.H2O NH3 + H2O HCl+HClO Cl2 + H2O 乙酸与乙醇的酯化反应 2SO3 2SO2 + O2 催化剂 2HI H2 + I2 N2O4 2NO2 【思】 4 3、可逆反应的特点 (1)双向性：可逆反应分为方向相反的两个反应—正反应和逆反应。 (2)双同性：正、逆反应在相同条件下是同时进行的。 (3)共存性：反应物和生成物共存于同一体系中，反应物的转化率永远小于100%。 【思考】向含有2 mol SO2的容器中通入过量O2发生2SO2(g)＋O2(g) ⇌ 2SO3(g)　ΔH＝－Q kJ·mol－1(Q＞0)，充分反应后生成SO3的物质的量______(填“＜”“>”或“＝”，下同)2 mol，SO2的物质的量______0 mol，转化率______100%，反应放出的热量______ Q kJ。 ＜ ＜ ＜ > 【思】 【课堂检测1】下列属于可逆反应的是___________。 A．氯化钠溶解与结晶析出 B．氯气溶于水 C．电解水生成H2、O2与H2在O2中燃烧生成H2O D．反应物和生成物相反的反应 E．SO2被氧气氧化成SO3 F．H2和I2在高温下边化合边分解 G．品红溶液通入SO2褪色，加热后又恢复红色 H．Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O I．SO2 + Br2 + 2H2O = H2SO4 + 2HBr与2HBr + H2SO4(浓) = Br2 + SO2↑+ 2H2O BEF 【检】 【课堂检测2】在密闭容器中进行反应：X2(g)＋3Y2(g) ⇌ 2Z2(g)，若X2、Y2、Z2的初始浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，当反应达到平衡后，各物质的浓度可能是（ ） ①X2为0.2 mol·L－1　②Y2为0.1 mol·L－1 ③Z2为0.3 mol·L－1　④Y2为0.6 mol·L－1 A.①② B.②③ C.③④ D.①④ B 利用极端假设的解题思想 【检】 【交流与讨论】可逆反应无法进行到底，那如果给予充足的时间，让 1 mol N2 和 3 mol H2 充分反应，其反应历程是怎样的？ 二、化学平衡状态 （1）反应刚开始时： 反应物浓度————，v正———— ， 生成物浓度为———，v逆为 。 （2）反应过程中： 反应物浓度——————，v正 ， 生成物浓度——————，v逆 。 最大 最大 0 0 逐渐减小 逐渐减小 逐渐增大 逐渐增大 1、化学平衡状态的建立 （1）该可逆反应的v正 、v逆取决于什么因素？（2）反应刚开始时， v正 、v逆 的大小比较？ （3）随着反应的进行，v正 、v逆 的大小如何变化？为什么？（4）v正、v逆 的变化将导致二者出现什么结果？ 反应进行到一定程度时，v(正)=v(逆) （4）此时，反应物和生成物浓度如何变化？ （5）反应真的停止了吗？ （6）给这个状态命名： 不再改变 化学平衡状态 不是，v(正)=v(逆)≠ 0，处于动态平衡 （3）v正、v逆 的变化将导致二者出现什么结果？ 【思】 9 2、概念：一定条件下的可逆反应，正反应和逆反应的速率相等，反应和生成物的浓度均保持不变的状态，称之为化学平衡状态，简称化学平衡。 【课堂检测3】判断正误 (1)合成氨反应中，如果N2过量，则可以使H2完全消耗(　　) (2)对于可逆反应，若加入反应物，则反应先向正反应方向进行，停止后再向逆反应方向进行(　　) (3)只有可逆反应才存在平衡状态(　　) (4)化学平衡状态是一定条件下可逆反应进行到最大限度的结果(　　) (5)化学反应达到化学平衡状态时反应物和生成物的浓度相等(　　) (6)化学反应达到化学平衡状态时，反应混合物中各组分的浓度一定与化学方程式中对应物质的化学计量数成比例(　　) × × √ √ × × 【检】 在一定条件下的可逆反应里，当正、逆反应的速率相等时，反应物和生成物的浓度均保持不变，即体系的组成不随时间而改变，这表明该反应中物质的转化达到了“限度”，这时的状态我们称之为化学平衡状态，简称化学平衡。 10 【课堂检测4】在一定条件下，某可逆反应的正反应速率和逆反应速率随时间变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是（ ） A．t1时刻，反应逆向进行 B．t2时刻，正反应速率大于逆反应速率 C．t3时刻，达到反应进行的限度 D．t4时刻，反应处于平衡状态，反应停止 B 【检】 3、化学平衡状态的特征 条件改变，原平衡被破坏，发生移动，在新的条件下建立新的化学平衡（后续会讲） v(正)＝ v(逆) 动 动态平衡，v(正)＝ v(逆) ≠0 定 条件一定，平衡混合物中各物质的浓度一定（不是相等） 变 【交流讨论】这几个特征中，哪几个可作为化学平衡状态的判断标志？ 研究对象为可逆反应 逆 等 ①同一物质：生成速率＝消耗速率，即v正(A)＝v逆(A)。 ②不同物质：符合：bv正(A)=av逆(B) 正逆相等 同一个物质，消耗速率（量）等于生成速率（量） ③反应物与生成物在单位时间物质的量、质量、化学键的断裂和生成等的变化也能体现速率。 如:aA (g) ＋bB (g) ⇌ cC (g) 因 = 得 即 ：= 1、直接依据 —— 根据速率关系 三、化学平衡状态的判断标志 υ正(A )=υ逆(A) 【课堂检测5】在恒温恒容的密闭容器中发生可逆反应 2NO2(g)⇌2NO(g) + O2(g)说明已达到平衡状态的是（ ） ①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2 ②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO ③2υ正(NO)=υ逆(O2 ) ④υ正(NO2 )=2υ逆(O2 ) ⑤单位时间内断开n mol NO中的N—O键的同时生成2n mol O＝O键 ⑥NO2减少表示的化学反应速率和NO减少表示的化学反应速率相等 ①④⑥ 【检】 2、间接依据——根据各组分的量 首先分析该量是“变量”还是“恒量”，如为“恒量”，即随反应的进行永远不变，则不能作为判断平依据；如为“变量”，即该量随反应进行而改变，当其“不变”时，则为平衡状态衡状态的。 变量不变 从反应开始到平衡之前始终变化，平衡后不再变 （1）各组分的量不再变化时达到化学平衡状态 各组分的质量、物质的量、物质的量浓度不变 各组分的转化率或产率不变 各组分的百分含量(体积分数、质量分数)不变 注：只有生成物有气体时，体积分数始终不变，不是变量 体系颜色或温度 ①对于有色物质参加反应，如果体系颜色不变，反应达到平衡。 ②绝热条件下，对于吸热或放热反应，如果体系温度不变，反应达到平衡。 各组分的量成一定比值时不一定达到平衡 16 （2）气体的P总、V总、n总(pV＝nRT) 左=右：______ 看两边气体 计量数之和 左≠右：______ 例如：N2 + 3H2 2NH3 变量 定量 例如：反应2HI H2+I2 气体的n总 恒温恒容 密闭容器，P总 恒温恒压 密闭容器，V总 A(g) + B(g) C(g) A(s) + B(g) C(g) 减少 减少 减少 不变 不变 不变 不能作为判断依据 P总、V总、n总不变时能作为判断依据 定量 变量 17 （3）气体密度 ρ ρ＝ m总 V 看气体化学计量系数 看物质状态 ①以mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 为例： 若m+n≠p+q 若m+n=p+q ρ为定量 ρ为定量 ρ为变量 ②有非气体参加的反应： ρ为变量 Ni(s) + 4CO(g) Ni(CO)4(g) 恒温恒容 恒温恒压 恒温恒容 恒容时，凡是有固体参与的反应，其气体密度都会变 18 （4）气体平均相对分子质量M M＝ m总 n总 看气体化学计量系数 看物质状态 ①以mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 为例： 若各物质均为气体，且m+n≠p+q 若各物质均为气体，且m+n=p+q M为变量 M为定量 ②有非气体参加的反应： 2A(g)+ B(s) 2C(g) NH2COONH4(s) 2NH3(g) + CO2(g) M为变量 M为定量 19 ①反应条件，是恒温恒容、恒温恒压，还是绝热恒容容器； ②反应特点，反应前后气体的物质的量是否改变 ③物质状态，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。 （1）各组分的质量、物质的量、物质的量浓度（或颜色）、质量分数、转化率、绝热容器温度等总物质的量不随时间的延长而改变（一定可以）。 （2）混合气体的总压强、总体积、总物质的量、混合气体的密度、平均摩尔质量不随时间的延长而改变（具体情况具体分析）。 【总结】 三看 【课堂检测6】在一定温度，恒容的容器中发1A(s)+4B(g)⇌2C(g)+2D(g)气体B有颜色，一段时间后，该反应达到化学平衡，下列能说明达到化学平衡状态的是_________________ (填序号)。 ①v正(B)＝2v逆(D) ②各气体的物质的量分数不再改变 ③混合气体的颜色不再改变 ④B、C和D的浓度之比为2∶1∶1 ⑤混合气体的总的物质的量不再改变 ⑥混合气体的压强不再改变 ⑦混合气体的密度不再改变 ⑧混合气体的平均相对分子质量不再改变 ① ② ③ ⑦ ⑧ 【思+议+展】 21 【课堂检测7】在一定温度下，在恒容的容器中充入2 mol SO2和1 mol O2发生反应：2SO2(g)＋O2(g) ⇌ 2SO3(g)。一段时间后，该反应达到化学平衡，下列能说明达到化学平衡状态的是_________________ (填序号)。 ①v正(SO2)＝2v逆(O2) ②v(SO2)＝v(SO3) ③单位时间内消耗a mol SO2，同时生成a mol SO3 ④SO2、O2和SO3的浓度之比为2∶1∶2 ⑤混合气体的总的物质的量不再改变 ⑥混合气体的压强不再改变 ⑦混合气体的密度不再改变 ⑧混合气体的平均相对分子质量不再改变 ① ⑤ ⑥ ⑧ 【检】 判断平衡状态的证据： 正逆相等 变量不变 【课堂小结】 1、在一定温度下的恒容密闭容器中，当下列条件不再改变时，表明反应 已达到平衡状态的是（ ） (1)单位时间内生成a mol A和2a mol B (2)混合气体的平均摩尔质量不再变化 (3)A的浓度不再变化 (4)混合气体的密度不再变化 (5)容器内气体的压强不变 (6)混合气体质量 A．1个 B．2个 C．3个 D．4个 C 【自我检测】 【检】 2、将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：H2NCOONH4(s)⇌2NH3(g)+CO2(g)。能判断该反应已经达到化学平衡的是（ ） ①v(NH3)正=2v(CO2)逆 ②密闭容器中总压强不变 ③密闭容器中混合气体的密度不变 ④密闭容器中混合气体的平均相对分子质量不变 ⑤密闭容器混合气体的总物质的量不变 ⑥密闭容器中 CO2的体积分数不变 ⑦混合气体总质量不变 A．①②⑤⑦ B．①②③⑤⑦ C．①②③⑤⑥ D．全部 B 3、一定温度下，在2L的密闭容器中，M、N两种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示： (1)反应的化学方程式为 。 (2)反应达到最大限度的时间是 min， 该时间内的平均反应速率v(N)=__ ，v(M)= 。 (3)反应达到平衡状态时，放出6QkJ的热量，当容器中充入1molN， 反应放出的热量为__。①等于QkJ ②小于QkJ ③大于QkJ ④等于2QkJ (4)判断该反应达到平衡状态的依据是 。 ①该条件下，正逆反应速率都为零 ②该条件下，混合气体的密度不再发生变化 ③该条件下，混合气体的压强不再发生变化 ④该条件下，单位时间内消耗2molN的同时，生成1molM (5)能加快反应速率的措施是 。①升高温度 ②容器体积不变，充入惰性气体Ar ③容器压强不变，充入惰性气体Ar ④使用催化剂 ①④ 2N ⇌ M 6 0.5mol/(L·min) 0.25mol/(L·min) ② ③ $$