2.2.1 化学平衡状态（优选课件）-【教学新思维】2024-2025学年高二化学同步讲透教材（人教版2019选择性必修1）

合成氨工业之父——卡尔·博施 1874年，卡尔·博施生于德国科隆。24岁时毕业于莱比锡大学，获有机化学博士学位。1908年～1913年，卡尔·博施改进哈伯首创的高压合成氨催化方法，利用氧化铁型催化剂，使合成氨生产工业化，化学上称为"哈伯——博施法"。1940年，因找到合适的催化剂，使合成氨反应成为工业化，也因此获得诺贝尔化学奖。 将空气变成面包的反应 知识回顾 如何提高生产效率呢？ 只要尽力提高化学反应速率生产效率就一定高吗？ 工业合成氨将N2和H2按体积比为1∶3通入合成塔中，在不同条件下，测得NH3的最大含量(体积分数)如下表： 氨的最大含量/% 观察与思考 你发现了什么问题？ 合成氨反应有限度，原料无法完全转化 只考虑化学反应速率不够，还需考虑如何尽可能多地将原料转化为产品 氨的最大含量/% 观察与思考 化学平衡状态 2024/9/3 5 概念 一定条件 可逆反应 正、逆反应速率相等 各物质的浓度不变 学 习 目 标 特征 逆 等 动 定 变 判断 直接标志 间接标志 6 何为化学平衡状态 1 某密闭容器中发生如下反应： 时间/min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 c(N2) 1 0.8 0.7 0.63 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 c(H2) 3 2.4 2.1 1.89 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 c(NH3) 0 0.4 0.6 0.74 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 浓度 时间(t) NH3 N2 H2 问题解决 随着反应的进行，体系中NH3的浓度逐渐增大，而N2与H2的浓度逐渐减小。 从某一时刻开始，它们的浓度均不再改变 某密闭容器中发生如下反应： 时间/min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 c(NH3) 2 1.8 1.5 1.0 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 c(N2) 0 0.1 0.75 0.5 0.6 0.6 0.6 0.6 1.8 c(H2) 0 0.3 0.25 1.5 1.8 0.8 0.8 0.8 0.8 浓度 时间(t) NH3 N2 H2 问题解决 随着反应的进行，体系中N2与H2的浓度逐渐增大，而NH3的浓度逐渐减小。 从某一时刻开始，它们的浓度均不再改变 浓度 时间(t) NH3 N2 H2 浓度 时间(t) NH3 N2 H2 感受﹒ 理解 不论正向进行， 还是逆向进行， 从某时刻各物质的浓度都保持不变，即达到反应的限度。 此时，反应停止了吗？ 浓度 时间(t) NH3 N2 H2 感受﹒ 理解 反应速率 时间(t) υ(正) υ(逆) v(正)>v(逆) v(正)＝v(逆) 当正、逆反应速率相等时，达到看似不变的“表面静止”状态，但实际反应并未停止，一直在进行中 反应处于 平衡状态 化学平衡概念 1 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。 均保持不变 在一定条件下，在可逆反应体系中， ___________与____________相等， 正反应速率 逆反应速率 反应物的浓度与生成物的浓度__________， 前提 实质 标志 反应速率 时间(t) υ(正) υ(逆) v(正)＝v(逆) 表面静止 实际仍反应 化学平衡 是一种动态平衡 达到化学平衡时，反应达到该条件下物质转化的最大“限度”，即反应物的转化率(α)最大。 转化率(α) ＝ 反应物的减少量 反应物的起始量 ×100% 反应物的转化率是否达到100%？ 量: 质量、物质的量、体积、物质的量浓度等 某密闭容器中发生如下反应： 时间/min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 c(N2) 1 0.8 0.7 0.63 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 c(H2) 3 2.4 2.1 1.89 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 c(NH3) 0 0.4 0.6 0.74 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 问题解决 计算反应达平衡时氢气的转化率。 3 1.8 1.2 起始量/mol 转化量/mol 平衡量/mol 平衡时H2的转化率 α＝ ×100% ＝40% 1.2 mol 3 mol 19世纪下半叶，炼制生铁过程中所需焦炭的实际用量，远高于按照化学方程式计算所需的量，而且从高炉排出的废气中总是含有没有利用的CO。工程师们认为是CO与铁矿石接触不充分造成的，于是增加高炉的高度。然而，增高后，高炉尾气中CO的比例竟然没有改变。 出铁口 进风口 O2 N2 热空气 生铁 进风口 出渣口 炉渣 CO2+C 2CO 高温 C+O2 CO2 高温 铁矿石、焦炭、石灰石 高炉气体 高炉气体 3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2 高温 CaCO3+SiO2 CaSiO3 + CO2↑ 高温 这是什么原因呢？ 化学趣史 法国化学家勒夏特列经过研究发现：C+CO2 2CO是一个可逆反应，并且自下而上发生在高炉中有焦炭的地方。后来的研究证明，在高炉中Fe2O3与CO反应也不能全部转化为Fe和CO2 还得是我！ 化学趣史 化学平衡有何特征？ 2 问题探究 说说化学平衡有什么特征？ 浓度 时间(t) NH3 N2 H2 反应速率 时间(t) v(正) v(逆) v(正)>v(逆) v(正)＝v(逆) 反应处于 平衡状态 化学平衡特征 2 逆 研究的对象是 可逆反应 等 v(正)＝v(逆)≠0 (本质) 动 动态平衡 反应未停止 定 平衡时，各组分的浓度保持一定 不是相等 也不是计量数之比 平衡移动 变 当外界条件改变，原平衡发生移动 如何理解v(正)＝v(逆)? 一定条件下，可逆反应 1．同一物质 ① 单位时间内，有1 mol N2反应掉，同时有________生成 ② 单位时间内，有2 mol NH3生成，同时有__________消耗 ③ 单位时间内，有1 mol H2生成，同时有__________消耗 1 mol H2 感受﹒ 理解 2．不同物质 ① 单位时间内，有1 mol N2反应掉，同时有__________生成，___________反应掉。 如何理解v(正)＝v(逆)? 3 mol H2 2 mol NH3 ② 单位时间内，有3 mol H2反应掉， 同时有__________反应掉 2 mol NH3 v(H2)正 3 2 感受﹒ 理解 3 如何判断反应达化学平衡状态？ 问题探究 可逆的化学反应是否达到了化学平衡状态的判断 浓度 时间(t) NH3 N2 H2 反应速率 时间(t) υ(正) υ(逆) υ(正)>υ(逆) υ(正)＝ υ(逆) 反应处于 平衡状态 一定温度下，在容积不变的密闭容器中进行合成氨反应，以下说法中哪些可判断反应已达平衡状态？ 问题解决 A．单位时间内消耗a mol N2，同时生成2a mol NH3 B．H2的消耗速率等于N2生成速率的3倍 C．容器内的压强不再变化 D．混合气体的总质量不再变化 E．混合气体的密度不再变化 一定温度下，在容积不变的密闭容器中进行合成氨反应，以下说法中哪些可判断反应已达平衡状态？ 问题解决 A．单位时间内消耗a mol N2，同时生成2a mol NH3 B．H2的消耗速率等于N2生成速率的3倍 C．容器内的压强不再变化 D．混合气体的总质量不再变化 E．混合气体的密度不再变化 根据什么来判断反应是否达到平衡状态？ 3.1 直接判据 化学平衡判断 3 v(正)＝v(逆) ❶ 若为同一物质 若为不同物质 生成速率等于其消耗速率 反应方向不同且比值等于计量数比 ❷ 各组分的量不再改变 各组分的浓度不随时间的改变而改变 各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变 1．先看方向 2．再看数值 从“速率”判平衡状态 规律方法点拨 正反应或逆反应的速率 同种物质 不种物质 从“变量”判平衡状态 规律方法点拨 变化的量 不再变化 必须是变化量 变量不变 3.2 间接判据 化学平衡判断 3 变量不变 对同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等 可逆反应中有色的物质颜色不再改变，则反应达到平衡状态 若一个物理量随着反应的进行而改变，当其不变时反应达平衡状态 随反应的进行保持不变的物理量，不能作为反应达平衡状态的判据 ❶ 化学键 ❷ 颜色 如 H2(g)+I2(g) 2HI(g) 反应前后气体的体积不相等，体系的总压强不随时间的改变而变化 反应前后气体体积不变的反应不适用 参加反应的全是气体、反应前后化学计量数不同的可逆反应，平均相对分子质量保持不变 ❸ 压强 ❹ 密度 恒温恒容，有固体参加的反应，体系的密度不随时间的改变而变化 反应全是气体的反应不适用 ❺ 平均相对分子质量 判断下列条件下，反应是否达到平衡？ 你学会了吗？ 反应举例 是否平衡 正、逆反应速率的关系 单位时间内消耗了m mol A同时生成了m mol A 单位时间内消耗了n mol B，同时生成了p mol C vA:vB:vC:vD=m:n:p:q 单位时间内生成了n mol B，同时消耗了q mol D 即v(正) =v(逆) 均指v(正) v(正)不一定等于v(逆) 均指v(逆) 平衡 不一定平衡 不一定平衡 不一定平衡 判断下列条件下，反应是否达到平衡？ 你学会了吗？ 反应举例 是否平衡 气体密度 若体系的体积不变，密度一定 混合气体的压强 当m+n≠p+q时，压强一定 当m+n=p+q时，压强一定 颜色 反应体系内有色物质的颜色一定 温度 体系温度一定(其他不变) 不一定平衡 平衡 不一定平衡 平衡 平衡 这节课我学到了什么？ （用一句话表示） 还有什么疑问？ 课堂小结 可逆反应 化学平衡 特征 逆 等 定 动 变 判据 直接判据 间接判据 正逆反应速率相等 各组分的量不变 变量不变 研究的对象是可逆反应 υ(正)＝ υ(逆) ≠0 各组分的浓度或百分含量保持不变 外界条件改变时，平衡可能发生改变 规律总结 压强、物质的量、密度、颜色 气体的总物质的量不变 气体的总质量不变 气体的总压强不变 气体的密度不变 混合气体的颜色不变 体系的温度不变 恒温恒容的容器中，判断下列条件下反应是否达到平衡。 看谁做得既准又快 气体的总物质的量不变 气体的总质量不变 气体的总压强不变 气体的密度不变 混合气体的颜色不变 体系的温度不变 恒温恒容的容器中，判断下列条件下反应是否达到平衡。 看我七十二变 看谁做得既准又快 判断下列描述的反应状态是否达到平衡。 3v(N2)＝v(H2) 2v正(N2) ＝ v逆(NH3) 消耗 1 mol N2的同时，生成2 mol NH3 1 mol H-H键断裂的同时，2 mol N-H键断裂 单位时间内消耗的N2量是NH3量的两倍 不变的物理量 2NO2 N2O4 H2＋I2(g) 2HI Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2 各气体的 物质的量浓度 气体压强 （恒温恒容时） 气体密度 （恒温恒容时） 气体颜色 （恒温恒容时） √ √ √ √ × × √ × × × √ √ 下列物理量不变，能否判断可逆反应已达平衡？ 看谁做得既准又快 某密闭容器中发生如下反应： 时间/min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 c(N2) 1 0.8 0.7 0.63 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 c(H2) 3 2.4 2.1 1.89 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 c(NH3) 0 0.4 0.6 0.74 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 问题解决 计算反应达平衡时氢气的转化率。 3 1.8 1.2 起始量/mol 变化量/mol 平衡量/mol 平衡时H2的转化率 α＝ ×100% ＝40% 1.2 mol 3 mol 氢气的转化率为40%，反应达平衡。 该平衡状态可以改变吗？ 氢气的转化率能提高吗？ 如能，哪些条件会影响化学平衡？ 问题探究 平衡状态 υ(正)＝ υ(逆) υ (正) ≠υ (逆) ＇ ＇ 非平衡状态 反应条件改变 改变影响化学反应速率的因素，就有可能改变化学平衡，如浓度、压强、温度。 改变反应条件，平衡状态可能发生变化。 在新条件下达新的平衡状态。 红棕色 无色 资料在线 可逆反应2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)在恒容密闭容器中进行： 　　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 　　③用NO2、NO和O2的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为2∶2∶1 　　④混合气体的颜色不再改变 　　⑤混合气体的密度不再改变 　　⑥混合气体的压强不再改变 　　⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变 可说明该反应达到化学平衡状态的是__________。 ①④⑥⑦ 看谁做得既准又快 判断下列描述的反应状态是否达到平衡。 考考你自己 A(g)＋B(g) C(g) A(ｓ)＋B(g)　　C(g) 气体的n总不变时 恒温恒容 密闭容器，p总不变时 恒温恒压 密闭容器，V总不变时 Strength Of A Thousand Men Two Steps From Hell Nero, track 5 139865.42 eng - 163 key(Don't modify):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 $$