2.1 化学平衡状态 课件 2024-2025学年高二化学人教版（2019）选择性必修1

高炉炼铁的主要反应为： 2C(焦炭)+O2(空气)＝２CO Fe2O3+3CO ===== 2Fe +3CO2 从炼铁炉口排出的尾气中含有一定量的CO。 100多年前，人们曾认为这是由于 CO与铁矿石接触时间不够 的缘故。为使反应进行的完全，当时曾耗巨资改建高炉， 以延长CO和Fe2O3的接触时间，结果尾气中CO的含量并未减少。 你知道这是为什么吗？ 你知道吗？ 直到19世纪下半叶，法国科学家勒·夏特列终将谜底揭开： C（焦炭）+CO2=2CO （吸收热量）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。 第二章 化学反应速率与化学平衡 第二节 化学平衡 第1课时 化学平衡状态 学习目标 1.从可逆反应化学平衡状态的建立过程，认识化学平衡是一种动态平衡。 2.熟知化学平衡状态的特征，建立化学平衡状态判断方法的思维模型。 教学重点：化学平衡状态的建立。 教学难点：化学平衡状态的判断。 1.定义：在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应。 一、可逆反应 双向性 可逆反应分为正反应方向和逆反应方向 双同性 正、逆反应在同一条件下同时进行 共存性 反应物与生成物共存，反应物的转化率小于100% 2.特点： 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 某温度下，N2与H2反应足够长时间后各物质的量不再变化的数据 合成氨原料无法完全转化，反应有限度。 2SO2 + 18O2 2SO3 化学新魔术 ！ 2SO2 + 18O2 2SO3 S18O2 S16O18O 你能用一个化学专用名词破解这个动画魔术吗？ 认真看图，说明什么问题？ 6 回顾常见的可逆反应： 2SO3 2SO2 + O2 △ 催化剂 2NH3 N2 + 3H2 催化剂 高温、高压 2HI H2 + I2 H2SO3 SO2 + H2O HCl+HClO Cl2 + H2O N2O4 2NO2 CO2 + H2O H2CO3 CO2 + H2O NH3 +H2O NH3 ·H2O NH4+ +OH- D B 【课堂练习】 2SO2 + 18O2 2SO3 化学新魔术 ！ 2SO2 + 18O2 2SO3 S18O2 S16O18O 你能用一个化学专用名词破解这个动画魔术吗？ 认真看图，说明什么问题？ 10 C t (a)从 浓度—时间图 刚开始时： 反应物浓度________，正反应速率________ ，生成物浓度为_________， 逆反应速率_________ 。 反应过程中： 反应物浓度_________ ，正反应速率_________ ， 生成物浓度_________ ，逆反应速率_________。 t0时间后: 必然出现___________________。 H2 N2 NH3 t v υ正＝υ逆≠0 化学平衡状态 υ正 υ逆 最大 最大 0 0 减小 减小 增大 增大 t0 t0 速率—时间图 讨论1：在1L的密闭容器中加入0.1molN2和0.3mol H2，体系中各组分的浓度与速率如何变化? 2NH3 N2 + 3H2 催化剂 高温、高压 υ正＝υ逆≠0 二、化学平衡状态 1.化学平衡状态的建立 C t (b)从 浓度—时间图 t0 H2 N2 NH3 t v υ正＝υ逆≠0 化学平衡状态 υ正 υ逆 t0 速率—时间图 刚开始时： 生成物浓度________，逆反应速率________ ，反应物浓度为_________， 正反应速率_________ 。 反应过程中： 生成物浓度_________ ，逆反应速率_________ ， 反应物浓度_________ ，正反应速率_________。 t0时间后: 必然出现___________________。 最大 最大 0 0 减小 减小 增大 增大 υ正＝υ逆≠0 逆反应 讨论2：在1L的密闭容器中加入0.3molNH3，体系中各组分的浓度与速率如何变化? 2NH3 N2 + 3H2 催化剂 高温、高压 1.化学平衡状态的建立 通过上述两例说明，平衡的建立与建立的途径无关 12 【交流与讨论】工业合成氨。在一定条件下，在密闭容器中加1molN2和3mol H2发生反应： （1）反应刚开始时： 反应物浓度————，正反应速率———— ， 生成物浓度为———，逆反应速率为——。 （2）反应过程中： 反应物浓度——————，正反应速率——————— ， 生成物浓度——————，逆反应速率——————— 最大 最大 0 0 逐渐减小 逐渐减小 逐渐增大 逐渐增大 2NH3 N2 + 3H2 催化剂 高温、高压 （3）反应进行到什么时候会“停止”？ v(正)=v(逆)≠ 0 （4）此时，反应物和生成物浓度如何变化？ 不再改变 （5）反应真的停止了吗？ 不是 处于动态平衡 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 二、化学平衡状态 2.化学平衡状态：一定条件下可逆反应里，当正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分浓度保持不变，即体系中物质的转化达到了“限度”的状态称化学平衡状态。 化学平衡 v正=v逆 v 化学平衡 从逆反应开始建立 从正反应开始建立 v正 v逆 v逆 v正 v 什么是化学平衡状态？化学平衡状态有哪些特征？ 2.化学平衡状态：一定条件下可逆反应里，当正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分浓度保持不变，即体系中物质的转化达到了“限度”的状态称化学平衡状态。 二、化学平衡状态 (1)实质：在一定条件下的可逆反应，正反应和逆反应的速率相等， (2)表象：反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。 强调三点 前提条件：可逆反应 实质：v正=v逆≠0 标志：反应混合物中各组分的浓度保持不变 （3）意义： 平衡状态是在一定条件下，可逆反应所能进行的最大程度，即可逆反应的限度。 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 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 3.化学平衡状态的特征： 4.化学平衡状态的判断 标志一 ：v正=v逆≠0 用同一种物质来表示反应速率时--- 该物质的生成速率与消耗速率相等。 用不同种物质来表示反应速率时 必须符合两方面 ①表示两个不同的方向。 ②速率之比化学方程式中相应的化学计量数之比。 1.可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是(　　) A．3v正(N2)＝v正(H2) B．v正(N2)＝v逆(NH3) C．2v正(H2)＝3v逆(NH3) D．v正(N2)＝3v逆(H2) C 【课堂练习】 ⑤单位时间内有2mol SO2生成，同时有_____O2 ______ 2mol 2mol 1mol 2mol 生成 消耗 生成 ①单位时间内有2mol SO2消耗，同时有2mol SO2生成； ②单位时间内有2mol SO3生成，同时有_____SO3消耗； ③单位时间内有2mol SO2生成，同时有_____SO3 ______ ; ④单位时间内有1mol O2生成， 同时有_____SO3 ______ ; SO2+2O2 2SO3 催化剂 加热 例如：对反应： 【课堂练习】 标志二：变量不变 4.化学平衡状态的判断 各组分浓度保持不变 （注意不是相等，也不是成一定的比值） 各组分的物质的量或物质的量分数保持不变 各组分的质量或质量分数保持不变 各气体的体积或体积分数保持不变 特例：反应物无气体，只有生成物有气体时， 体积分数始终不变， 故此时体积分数不是变量 例如：A(s) ⇌ B(g)+C(g) 4.化学平衡状态的判断 标志二：“变量”不变 气体的平均相对分子质量 M 若各物质均为气体 m总为定值 M = m总 n总 取决于有无非气体 取决于气体系数差 以mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 为例 若m+n≠p+q 若m+n=p+q n总为变量 M为变量 M不变时， 即为平衡状态 n总为定值 M为定值 M不变时， 不一定为平衡状态 标志二：“变量”不变 4.化学平衡状态的判断 气体的平均相对分子质量 M M = m总 n总 取决于有无非气体 取决于气体系数差 若有非气体参与 m总为变量 M为变量 M不变时， 即为平衡状态 4.化学平衡状态的判断 标志二：“变量”不变 以mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 为例 气体的平均相对分子质量 M M = m总 n总 取决于有无非气体 取决于气体系数差 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不变时， 不一定为平衡状态 若有非气体参与 M不变时， 即为平衡状态 M不变时， 即为平衡状态 【课堂练习】 1.2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ， 当平均相对分子质量不变时，_______是化学平衡状态 H2(g)+I2(g) 2HI(g) 当平均相对分子质量不变时，_______是化学平衡状态 不一定 一定 2. C(s)+O2(g) CO2(g) 当平均相对分子质量不变时，_______是化学平衡状态 CO2(g)+C(s) 2CO(g) 当平均相对分子质量不变时，_______是化学平衡状态 一定 一定 标志二：“变量”不变 4.化学平衡状态的判断 气体密度ρ ρ = m总 V容器 取决于有无非气体 取决于气体系数差 以mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 为例 若各物质均为气体 ①恒容 m总为定值 ρ为定值 ρ不变时， 不一定为平衡状态 标志二：“变量”不变 ρ = m总 V容器 取决于有无非气体 取决于气体系数差 气体密度ρ 以mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 为例 若各物质均为气体 m总为定值 若m+n≠p+q 若m+n=p+q ②恒压 V容器为变量 ρ为变量 ρ不变时， 一定为平衡状态 V容器为定值 ρ为定值量 ρ不变时， 不一定为平衡状态 4.化学平衡状态的判断 标志二：“变量”不变 ρ = m总 V容器 取决于有无非气体 取决于气体系数差 气体密度ρ m总为变量 若有非气体参与 恒压或是恒容 ρ为变量 ρ不变时， 一定为平衡状态 4.化学平衡状态的判断 标志二：“变量”不变 取决于有无非气体 取决于气体系数差 气体密度ρ 若有非气体参与，恒压或是恒容 ρ不变时， 一定为平衡状态 若各物质均为气体 ①恒容 ρ不变时， 不一定为平衡状态 ②恒压 若m+n≠p+q 若m+n=p+q ρ = m总 V容器 4.化学平衡状态的判断 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ， 恒容条件下，当气体密度不变时，________是化学平衡状态 恒压条件下，当气体密度不变时，________是化学平衡状态 H2(g)+I2(g) 2HI(g) 恒容条件下，当气体密度不变时，________是化学平衡状态 恒压条件下，当气体密度不变时，________是化学平衡状态 【课堂练习】 不一定 一定 不一定 不一定 C(s)+O2(g) CO2(g) 恒容条件下，当气体密度不变时，________是化学平衡状态 恒压条件下，当气体密度不变时，________是化学平衡状态 CO2(g)+C(s) 2CO(g) 恒容条件下，当气体密度不变时，________是化学平衡状态 恒压条件下，当气体密度不变时，________是化学平衡状态 【课堂练习】 一定 一定 一定 一定 标志二：“变量”不变 混合气体总压强 因为恒容、恒温条件下，n(g)越大则压强P就越大，则无论各成份是否均为气体，只需考虑Δn(g)。 当Δn(g)=0，则P为恒值，不一定是化学平衡状态。 PV=nRT 当Δn(g)≠0，则P一定时，一定是化学平衡状态。 4.化学平衡状态的判断 恒容、恒温条件下 ， C(s)+O2(g) CO2(g) 当体系总压强不变时，_______是化学平衡状态 CO2(g)+C(s) 2CO(g) 当体系总压强不变时，_______是化学平衡状态 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ， 当体系总压强不变时，_______是化学平衡状态 H2(g)+I2(g) 2HI(g) 当体系总压强不变时，_______是化学平衡状态 【课堂练习】 不一定 一定 一定 不一定 体系的颜色和温度不变 一定为平衡状态 H2 + I2 2HI △ 2NO2 N2O4 红棕色 4.化学平衡状态的判断 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对于隔热反应，体系温度保持不变，说明已达到平衡状态。 1.一定温度下，在固定容积的密闭容器中，可逆反应： mA(s)＋nB(g)⇌ pC(g)＋qD(g)，当m、n、p、q为任意正整数时，下列状态：①体系的压强不再发生变化②体系的密度不再发生变化③各组分的物质的量浓度不再改变④各组分的质量分数不再改变⑤反应速率vB∶vC∶vD＝n∶p∶q其中，能说明反应已达到平衡的是(　　) A．只有③④ B．只有②③④ C．只有①②③④ D．①②③④⑤ B 【课堂练习】 2.一定条件下，下列方法能证明可逆反应N2＋3H2 2NH3，一定达到平衡状态的是________________________。 （1）温度和体积一定时，N2的浓度不再变化； （2）c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2； （3）NH3的物质的量不再变化； （4）N2的体积分数与NH3的相等； （5）温度和体积一定时，混合气体的总压强不再变化； （6）温度和压强一定时，混合气体的总体积不再变化； （7）混合气体的平均摩尔质量不再变化； （8）温度和体积一定时，混合气体的密度不再变化。 （1）（3）（5）（6）（7） 【课堂练习】 3.在一定温度下的某容积不变的密闭容器中，建立下列化学平衡： C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)不能确定该可逆反应在一定条件下已达到化学平衡状态的是(　　) A．体系的压强不再发生变化 B．v正(CO)＝v逆(H2O) C．生成n mol CO的同时生成n mol H2 D．1 mol H—H键断裂的同时断裂2 mol H—O键 C 动态标志 静态标志 ν (正) = ν (逆) 变量不变 同一物质: ν生成(A) = ν消耗(A) 不同物质： v正(A) : v逆(B) = 化学计量数之比 ① 各物质的 m 、n 或 c 不变 ② 各物质的百分含量不变 (物质的量分数、质量分数、转化率、产率等) ③ 颜色、温度（绝热体系）不再改变 “正逆相等，变量不变” 课堂小结 1．反应2SO2＋O22SO3达到平衡后，再向反应容器中充入含氧的同位素eq \o\al(18, )O的氧气，经过一段时间后，eq \o\al(18, )O原子存在于 (　　) A．O2 B．SO2 C．O2和SO2 D．O2、SO2和SO3 2．可逆反应N2＋3H22NH3，在容积为10 L的密闭容器中进行，开始时加入2 mol N2和3 mol H2，达平衡时，NH3的浓度不可能达到 (　　) A．0.1 mol·L－1 B．0.2 mol·L－1 C．0.05 mol·L－1 D．0.15 mol·L－1 $$