2.2.1 化学平衡状态（课件）-【化学可以这样讲】2024-2025学年高二化学同步教学课件+习题（人教版2019选择性必修1）

第一课时 化学平衡状态 第二章　化学反应速率与化学平衡 第二节　化学平衡 1 素养要求 1.理解从不同方向进行化学反应，化学平衡的建立。 2.会判断化学反应是否达到平衡状态。 2 【问题探究】 在工业生产中，必须考虑的两个问题？ (1)反应进行的快慢——化学反应速率 (2)反应进行的完全程度—化学反应的限度即 N2＋3H2 2NH3 ； 2SO2＋O2 2SO3 高温、高压催化剂 催化剂 △ 使反应物既快又多地转变成产物 化学平衡 1 可逆反应的认识 4 任务一 可逆反应的认识 N2＋3H2 2NH3 ； 2SO2＋O2 2SO3 高温、高压催化剂 催化剂 △ (1)概念 ✪双同：相同的条件下，正逆反应同时进行 在相同条件下，能同时向正、逆反应方向进行的化学反应。 ✪双向：可逆符号“⇌”表征正、逆反应两个方向 ✪一小：反应物转化率小于100%，反应物与生成物共存 (2)特征 1．可逆反应 任务一 可逆反应的认识 ①H2与F2         H2  + F2  ⇌2HF ②SO2与O2的催化氧化   2SO2  + O2   ⇌ 2SO3   ③工业合成氨气   N2  + 3H2   ⇌ 2NH3   ④NO2的二聚反应   2NO2 ⇌N2O4 ⑤PCl3与Cl2    PCl3 + Cl2 ⇌PCl5 ⑥CO2 、Cl2、SO2与H2O   CO2 +H2O ⇌H2CO3      SO2 +H2O ⇌H2SO3 Cl2+H2O⇌HCl+HClO ⑦弱电解质得电离与水解 ⑧酯化反应  eg：CH3COOH+CH3CH2OH ⇌ CH3COOCH2CH3+H2O ⑨氨水中的系列平衡   NH3+H2O ⇌NH3·H2O ⇌ NH4+ + OH- 3.常见的可逆反应 催化剂 高温高压 浓硫酸 加热 催化剂 高温高压 任务一 可逆反应的认识 典例剖析 B 1.在下列反应CO＋H2O⇌CO2＋H2中，加入C18O后，则18O存在于(　　)A.只存在于CO和CO2中 B.存在于CO、H2O、CO2中C.只存在于CO中 D.存在于CO、H2O、CO2、H2中 在一定温度下，将2 mol SO2和1 mol O2充入一定容积的密闭容器中，在催化剂作用下发生如下反应：2SO2(g)＋O2(g) ⇌ 2SO3(g)　ΔH＝－197 kJ/mol，当达到化学平衡时，下列说法正确的是（ ） A.生成SO3 2 mol B.SO2和SO3共2 mol C.放出197 kJ热量 D.含氧原子共8 mol B 任务一 可逆反应的认识 典例剖析 任务二 化学平衡的认识 N2＋3H2 2NH3 高温、高压催化剂 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。（本章第四节系统讲解） 某温度下，容积不变的密闭容器中，该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 如何提高生产效率呢？只要尽力提高化学反应速率就一定高吗？ 可逆反应，原料无法转化完全，还需考虑尽可能多地将原料转化为产品。 结合该反应的各物质浓度随时间变化，分析该条件下合成氨的v正、 v逆及反应限度 2 化学平衡 10 任务二 化学平衡的认识 1、建立 正向： N2 + 3H2 ⇌2NH3 某温度下，容积不变的密闭容器中的合成氨反应 反应开始 c(反应物)最大，v正最大； c(产物)=0， v逆为0。 反应过程 c(反应物)逐渐减小，v正逐渐减小； c(产物)逐渐增大， v逆逐渐增大。 达到平衡 v正=v逆； c(反应物)、c(产物)均不再改变。 N2＋3H2 2NH3 高温、高压催化剂 任务二 化学平衡的认识 某温度下，容积不变的密闭容器中的合成氨反应 反应开始 c(产物)最大，v逆最大； c(反应物)=0， v正为0。 反应过程 c(产物)逐渐减小，v逆逐渐减小； c(反应物)逐渐增大， v正逐渐增大。 达到平衡 v正=v逆； c(反应物)、c(产物)均不再改变。 逆向：2NH3 ⇌N2 + 3H2 N2＋3H2 2NH3 高温、高压催化剂 任务二 化学平衡的认识 2.含义 一定条件下的可逆反应中，当v正=v逆时，c(反应物)和c(生成物)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”，这时的状态称之为化学平衡状态，简称化学平衡。 【思考】可逆反应在一定条件下达到限度时，反应就停止了吗？ 当v正=v逆时，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 强调 三点 前提条件： 实质： 反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态 标志： v(正)= v(逆) ≠0 可逆反应 任务二 化学平衡的认识 3.特征 逆 等 动 定 变 ——研究对象为可逆反应 ——v正= v逆≠0 ——正逆反应速率相等 ——平衡混合物中，各组分的百分含量保持一定 ——外界条件改变，化学平衡状态可能发生改变 任务二 化学平衡的认识 4、化学平衡状态的判断 结合化学平衡状态的特征，试分析合成氨达平衡状态的标志？ N2＋3H2 2NH3 高温、高压催化剂 v氮气的消耗= v氮气的生成 3v氮气的消耗= v氢气的生成 2v氮气的消耗= v氨气的消耗 注意速率的不同方向 N2(或H2或NH3)的质量、物质的量、浓度百分含量(质量分数、物质的量分数、气体的体积分数等)保持恒定不变。 【思考讨论】 任务二 化学平衡的认识 以 mA(g) + nB(g) ⇌ pC(g)+ qD(g) 为例： （1）若 v正=v逆，则反应达到平衡 同一物质：同一物质的生成速率等于其消耗速率，说明反应达到平衡。 v正(A)＝v逆(A) v正(C)＝v逆(C) 不同物质：不同种物质“异向”的反应速率之比等于化学计量数之比，说明反应达到平衡。 v消耗(A)＝v生成(A) 任务二 化学平衡的认识 ①在单位时间内，消耗m mol A的同时也生成了m molA ( ） ②在单位时间内，消耗m mol A的同时生成了nmol B ( ） 注:等号同边，一个消耗一个生成 【思考】在单位时间内消耗m mol A的同时消耗了nmolB ( ） ③在单位时间内，消耗m mol A的同时消耗p mol C ( ） ④在单位时间内消耗n mol B的同时消耗q mol D ( ） 注:等号不同边，同时消耗同时生成 【思考】①vA:vb:vc:vD=m:n:p:q ( ） ②在单位时间内，生成了n mol B的同时消耗9mol D （ ） × √ √ √ √ × × 任务二 化学平衡的认识 2.混合物体系中个成分的含量 各物质的物质的量、质量、气体体积、浓度不变； 各物质的百分含量（物质的量分数、质量分数、体积分数）不变； 化学反应达到平衡状态。 【１】 在一定温度下,可逆反应A(g)+3B(g) ⇌2C(g)达到平衡的标志是（ ） A.　C的生成速率与C分解的速率相等 B.　单位时间内生成n molA,同时生3n molB C.　A、B、C的浓度不再变化 D.　A、B、C的分子数比为1:3:2 AC 任务二 化学平衡的认识 化学平衡判断的依据 关键 找出“变量” 当变量不再变化时， 说明反应达到平衡。 不平衡时，一直在变化 平衡时不变了该量就是变量 任务二 化学平衡的认识 所以，当m气不变时，则反应一定平衡。 C(s) N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) 根据质量守恒定律， 即使反应没达到平衡，总质量也不变 总m气不变时， 该反应不一定达到平衡。 总m气不是变量 3、总m气： ①反应物和生成物均是气体 反应正向进行， 反应逆向进行， m气 m气 ②反应中有固体或液体参与 任务二 化学平衡的认识 4、气体的平均摩尔质量： ① 反应物和生成物均是气体 （ 2 + 1 ≠ 2 ）气体计量数不相等 H2(g)+I2(g)⇌2HI(g) M气是变量 M气不是变量 气 气 气 当M气不变时，反应一定达到平衡 当M气不变时，反应不一定达到平衡 ② 有固体或液体参与反应，其他物质为气体 m气是变量, n气 不是变量 M气是变量 当M气不变时，反应一定达到平衡。 2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g) （ 2 + 1 = 2 ）气体计量数不相等 m气不是变量,n气 是变量 m气不是变量,n气 不是变量 任务二 化学平衡的认识 5、总压强（恒容下） 气体分子数 不是变量 气体分子数增多，P增大 P不是变量， 即使反应没达到平衡，P也不变 所以当P不变时，反应不一定平衡。 ②N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) 气体分子数 是变量 P是变量 当P不变时， 反应一定达到平衡 反应正向进行， 反应逆向进行 ① H2(g) + I2(g) ⇌2HI(g） 反应正向进行， 反应逆向进行 任务二 化学平衡的认识 6、总气体体积：V气（恒压下） ① H2(g) + I2(g)⇌ 2HI(g) 气体分子数 不是变量 气体分子数增多，V气增大 V气不是变量 即使反应没达到平衡， V气也不变 所以当V气不变时，反应不一定平衡。 ②N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) 气体分子数 是变量 V气是变量 当V气不变时， 反应一定达到平衡 反应正向进行， 反应逆向进行 反应正向进行， 反应逆向进行 任务二 化学平衡的认识 7、温度：恒容绝热容器。 当体系内温度一定时，则标志反应一定达到平衡。 ① 反应物和生成物均是气体 N2(g) + 3H2(g)⇌ 2NH3(g) ρ气不变时反应不一定达到平衡。 恒温恒容 m气 是变量，所以ρ气是变量，当ρ气不变时，则一定平衡。   气 容器 8、 m气不是变量 ρ气不是变量 ② 反应中有固体或液体参与 (2023·河池八校高二联考)在一定温度一定体积的某密闭容器中，发生反应: A(S）+2B(g)⇌C(g)+D(g) △H<0，下列表明反应达到化学平衡状态的是（ ） ①混合气体的密度不变 ②混合气体的总物质的量不变 ③混合气体的压强不变 ④反应2 molB 同时生成1molC ⑤B 和C 的物质的量比值不变 ⑥反应放出的热量不变 A.④⑤ B.①⑤⑥ C.④⑤⑥ D.①③⑤⑥ 典例剖析 B 1.(2023·枣庄三中高二月考)在恒温、体积为 2L的密闭容器中加入1mol CO2和3 mol H2发生反应:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+ H2O(g) △H<0。下列可认定该可逆反应已达到化学平衡状态的是( ) A.v 正(CO2)= 3v 逆(H₂) B.容器内混合气体平均相对分子质量保持不变 C.容器中 CO₂、H2、CH3OH、H,0 的物质的量之比为 1∶3∶1∶1 D.反应中每形成 2mol H-O键，同时断裂3 mol H-H键 典例剖析 B 【规律小结】 任务一 化学平衡的认识 【题后归纳】 不能作为平衡“标志”的3种情况 学生小结 1.理解从不同方向进行化学反应，化学平衡的建立。 2.会判断化学反应是否达到平衡状态。 当 堂 练 习 3 29 任务三 限时训练 B 任务三 限时训练 B 任务三 限时训练 C 任务三 限时训练 D (1)某状态点的信息，如2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，c(SO2)∶c(O2)∶c(SO3)＝2∶1∶2。 (2)投料比等于化学计量数之比时，反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。 (3)特殊反应，如H2NCOONH4(s)eq \o(=====,\s\up15(△))CO2(g)＋2NH3(g)，CO2与NH3的体积比或CO2、NH3的体积分数始终不变。 2.(2023·邯郸大名一中高二月考)可逆反应：2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)，在容积不变的密闭容器中进行，下列能说明该反应达到平衡状态的有(　　) ①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO　②容器内总压强不再变化　③NO2、NO、O2的物质的量浓度之比为2∶2∶1　④混合气体的密度不再改变　⑤混合气体的颜色不再改变 ⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变 A.①②⑤ B.②⑤⑥ C.③⑥ D.②③⑥ $$