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 第二章 化学反应速率与化学平衡 一、化学平衡状态 吃吃喝喝，星辰大海 1 回顾旧知 化学平衡状态 研究对象 特征 判断依据 图像 定义 当反应进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度都不再改变，达到一种表面静止的状态。 ——可逆反应 ——逆、等、动、定、变 ——双向当量，变量不变 图像 以1mol/LN2 和3mol/LH2为起始反应物，在一定条件下使其发生反应。 （1）以时间为横坐标，浓度为纵坐标，绘制反应过程中浓度随时间变化的示意图，并与教材32页中的图2-5对照。 （2）以时间为横坐标，速率为纵坐标，绘制反应过程中N2的正、逆反应速率随时间变化的示意图。 化学平衡状态 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) V 逆 V 正 V t 0 c/mol·L-1 t/min H2 N2 NH3 课本33页 一、化学平衡状态的建立 (1)概念：在相同条件下，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。 相同 同时 小于 1.可逆反应 (2)特征 一、化学平衡状态的建立 在一定条件下的容积不变的密闭容器中，合成氨反应如下： 如图所示，N2与H2发生反应。随着反应的进行，体系中N2和H2的浓度逐渐 ，v正逐渐 ，而NH3的浓度逐渐 ，v逆逐渐 ，从某一时刻开始，它们的浓度不再改变，v正 v逆，反应达到平衡。 减小 减小 增大 增大 ＝ 2.化学平衡状态的建立 N2＋3H2　　　2NH3 高温、高压 催化剂 V 逆 V 正 V t 0 c/mol·L-1 t/min H2 N2 NH3 一、化学平衡状态的建立 2.化学平衡状态的建立 如图所示，NH3发生分解反应。随着反应的进行，体系中NH3的浓度逐渐 ，v逆逐渐 ，而N2和H2的浓度逐渐 ，v正逐渐 ，t2时刻起，它们的浓度不再改变，v正 v逆，反应达到平衡。 减小 减小 增大 增大 ＝ 通过上述两例说明，平衡的建立与建立的途径无关。 c/mol·L-1 t/min NH3 N2 H2 V t 0 V 逆 V 正 N2＋3H2　　　2NH3 高温、高压 催化剂 一、化学平衡状态的建立 在一定条件下的可逆反应，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。 3.化学平衡状态的概念 一、化学平衡状态的建立 4.化学平衡状态的特征 可逆反应 相等 v正＝v逆 v正＝v逆≠0 一定 (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(　　) × × √ √ 例题1 正误判断 × × 一定条件下，对于可逆反应X(g)＋3Y(g)　　2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)。达到平衡时，X、Y、Z浓度分别为 0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1和0.08 mol·L－1。 (1)c1∶c2＝________。 (2)平衡时，Y和Z的速率之比为________。 (3)反应是从正反应开始，则X、Y的转化率是否相等________(填“是”或“否”)。 (4)c1的取值范围为__________________。 例题2 深度思考 1∶3 3∶2 是 0<c1<0.14 mol·L－1 一边倒 两反应物初始浓度之比为化学计量数之比 某时刻两反应物浓度之比为化学计量数之比 结论： 两反应物的转化率始终相同 二、化学平衡状态的判断方法 判断依据：正反应速率与逆反应速率相等，即v正＝v逆。 (1)同一种物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率。 (2)不同的物质：速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比，但必须是不同方向的速率。 1.用本质特征判断 判断化学平衡的标志:双向当量，变量不变。 双向当量 判断依据：反应混合物中各组成成分的浓度、含量保持不变。 (1)各物质的物理量:各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积(气体)、物质的量浓度均保持不变。 (2)各物质的含量:各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数均保持不变。 2.用宏观特征判断 (1)反应物的转化率(或产物的产率)保持不变; (2)平衡体系的颜色保持不变; (3)绝热的恒容反应体系中的温度保持不变; (4)某化学键的破坏速率和生成速率相等。 3.用间接标志判断 变量不变   mA(g)＋nB(g) 　　pC(g)＋qD(g) 是否平衡 压强 当m＋n≠p＋q时，总压强一定(其他条件一定) ____ 当m＋n＝p＋q时，总压强一定(其他条件一定) _______ 混合气体的 ____ _______ (1)恒温恒容条件下，用“总压强、平均摩尔质量”判断平衡状态时，要特别关注反应前后气体分子总数的变化，如： 是 不一定 是 不一定 3. 用“总压强、混合气体的密度、平均摩尔质量” 　判断平衡状态的注意事项 总质量、总物质的量、总体积、总压强等总量判断时：   关注各物质的状态 是否平衡 密度 C(s)＋CO2(g) 　　2CO(g)(ρ一定) ____ N2(g)＋3H2(g) 　　2NH3(g)(ρ一定) _______ H2(g)＋I2(g) 　　2HI(g)(ρ一定) _______ (2)恒温恒容条件下，用“混合气体的密度”判断平衡状态时，要特别 关注反应前后是否有非气态物质参与反应，如 是 不一定 不一定   关注各物质的状态 是否平衡 密度 C(s)＋CO2(g) 　　2CO(g)(ρ一定) ____ N2(g)＋3H2(g) 　　2NH3(g)(ρ一定) _______ H2(g)＋I2(g) 　　2HI(g)(ρ一定) _______ (3)恒温恒压条件下，用“混合气体的密度”判断平衡状态时，要特别 关注反应前后是否有非气态物质参与反应，如 是 是 不一定 在恒温恒容的密闭容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强，②混合气体的密度，③混合气体的总物质的量，④混合气体的平均相对分子质量，⑤混合气体的颜色，⑥各反应物或生成物的反应速率之比都等于化学计量数之比。 (1)一定能证明2SO2(g)＋O2(g) 　　2SO3(g)达到平衡状态的是________(填序号，下同)。 例题3 (2)一定能证明I2(g)＋H2(g) 　　2HI(g)达到平衡状态的是______。 ⑤ ②④ (3)一定能证明A(s)＋2B(g) 　　C(g)＋D(g)达到平衡状态的是_______。 ①③④ 解析　混合气体的密度是混合气体的总质量与容器容积的比值，混合气体的平均相对分子质量是混合气体的总质量与总物质的量的比值，混合气体颜色的深浅与有色气体的浓度有关系。在任何时刻各反应物或生成物的反应速率之比都等于化学计量数之比。 反应2SO2(g)＋O2(g) 　　2SO3(g)是反应前后气体体积减小的可逆反应，因此混合气体的压强、总物质的量和平均相对分子质量不变均可以说明反应达到平衡状态。 解析　反应A(s)＋2B(g)　 　 C(g)＋D(g)是反应前后气体体积不变，但气体质量增加的可逆反应，因此混合气体的密度、混合气体的平均相对分子质量不变可以说明反应达到平衡状态。 解析　反应I2(g)＋H2(g)　　 2HI(g)是反应前后气体体积不变的可逆反应，由于碘是有色气体，则混合气体的颜色不变可以说明反应达到平衡状态。 在一定温度下，容积一定的密闭容器中发生反应: A(s)＋2B(g) 　　C(g)＋D(g)，当下列物理量不再发生变化时，表明反应已达平衡的是 ①混合气体的密度　 ②混合气体的压强　 ③B的物质的量浓度　④混合气体的总物质的量 A.①② B.②③ C.①③ D.①④ √ 例题4 解析　①该容器的体积保持不变，根据质量守恒定律知，反应前后混合气体的质量会变，所以容器内气体的密度会变，当容器中气体的密度不再发生变化时，能表明达到化学平衡状态，故正确； ②该反应是反应前后气体体积没有变化的反应，容器中的压强始终不发生变化，所以压强不变不能证明达到了平衡状态，故错误； ③B的物质的量浓度不变是平衡状态的特征之一，此时能证明达到了平衡状态，故正确； ④该反应是一个反应前后气体体积不变的可逆反应，无论该反应是否达到平衡状态，混合气体的总物质的量都不变，所以不能据此判断反应是否达到平衡状态，故错误。 已知：N2O4(g)　　2NO2(g)　ΔH＞0，现将1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图不能说明反应达到平衡状态的是 √ 解析　B项，对于一个特定反应，ΔH固定不变，不能作为判断反应是否达到平衡状态的依据； C项，在t1时刻，2v正(N2O4)＝v逆(NO2)，反应达到平衡状态。 例题5 图像   当m＋n≠p＋q时，一定 当m＋n＝p＋q时，一定           $$