2.2.1 化学平衡状态 课件 2025-2026学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

该高中化学课件聚焦可逆反应特点、化学平衡状态的建立与特征及平衡判断方法，通过合成氨的三个诺贝尔奖案例导入，联系工业生产实际引出反应限度问题，衔接必修2可逆反应旧知，构建“速率-限度”学习支架。 特色在于融合科学态度与责任（诺奖案例）、科学思维（变量分析、图表建模），通过c-t/v-t图动态呈现平衡建立过程，用“双向当量”“变量不变”归纳判断方法，分层练习巩固。助力学生深化化学观念，教师可高效开展教学。

第二节 化学平衡 　第一课时 化学平衡状态 第二章 化学反应速率与化学平衡 人 教 版 选 择 性 必 修 1 1 2 学习 目标 1.认识化学反应的可逆性，了解可逆反应的特点。 2.掌握化学平衡状态的建立和特征(重点) 。 3 3.会判断化学反应是否达到平衡状态(难点) 。 合成氨：一个反应，三个诺奖 弗里茨·哈伯[德] 1918年诺奖 博施[德] 1931年诺奖 埃特尔 2007年诺奖 发明了N2和H2 直接合成氨的方法 改进了反应条件，实现 氨的规模化工业生产 发现了合成氨 的反应机理 6% 15%-20% 课程导入 最初，哈伯进行研究时，反应后得到的气体产物中，氨的含量只有6% 就是在当今时代，科技、生产发展水平都很高的情况下，反应后氨的含量最高也只能达到15-20%左右。 但是我们相信，在前人奠定的基础上，随着化学学科的不断发展和人类对于物质世界的不断探索，未来人们对于合成氨的研究一定会有更大的突破。 在哈伯出生的28年前，也就是1940年有一位化学家贾斯特斯·冯·李比希发现氮元素对植物的生长有着非常重要的作用，给植物施加氮肥（粪便的形式）可以让作物产量翻翻。这对人类来说是一个天大的好消息，不过在弗里茨·哈伯发明出人工合成氨（NH₃）之前，当时全世界农业所使用的氮肥只能选择廉价、现成的动物粪便；动物粪便（尤其是鸟粪）也成为了19世纪中叶各个国家抢夺的资源，甚至为了鸟粪人类还大打出手，爆发了几次战争，史称鸟粪战争。 争夺的是位于秘鲁海岸的钦查群岛，这里生活着大约6000万只鸟，有鸬鹚、鲣鸟和鹈鹕，是一个名副其实的鸟类天堂。而且这些群岛上积累了数千年的鸟粪，有些地方的鸟粪堆积了60米高，可以说臭气熏天，不过就是这样的地方，却成了战略要地。 1865年西班牙为了鸟粪向秘鲁宣战，厄瓜多尔和玻利维亚也加入了对抗西班牙的战争，最后以西班牙的失败而告终。 哈伯作为主要发明者创立的合成氮肥的方法，高效地利用空气中的氮气合成氮肥，加速了世界农业的发展，粮食产量因此大幅增加。 但是哈伯除了是一位科学家以外，他还是一个德国人，并且是一位疯狂的沙文主义者。他除了养活了数以亿计的人，他也有阴暗的一面，导致了数百人死亡，甚至有些人是在痛不欲生中度过了余生。 哈伯的一生正好经历了两次世界大战，作为一个德国的科学家当然无法独善其身。为了帮助德国赢得第一次世界大战，改变西线战场堑壕战的僵局。 他建议使用毒气战，虽然当时很多将军认为这有点胜之不武，是下三滥的手段，但是迫于无奈只好接受了哈伯的建议。 他首先使用的是氯气，1915年4月22日，在比利时的伊普尔，从6000个毒气罐中释放了168吨的氯气。黄色气体淌过之处很快士兵就会倒地不起，使得盟军伤亡人数是德军的两倍。哈伯的妻子为了阻止他这种不人道的行为，甚至以死相劝，但哈伯此时已经疯狂到失去了理智，最终妻子在他面前自杀，也没有改变哈伯为自己国家研究毒气的决心。 氯气之后，哈伯还研制的光气COCl₂，最后是芥子气C4H8Cl2S二氯二乙硫醚，一次比一次的毒性强，芥子气至今都被称为毒气之王。 而哈伯也被称为了毒气战之父。 在整个战争中，包括后来的二战，因为哈伯的毒气至少造成了百万计的伤亡，给人类带来了无法磨灭的伤痛的恐惧。 到了二战时期，由于哈伯是犹太人，就算他对德国做出了巨大贡献，但德国依旧没有了他的容身之地。 1933年他逃亡英国，1934年去世，当时他69岁。 虽然他逃离了德国，但是他发明的芥子毒气却被用来残害了自己的同胞犹太人。其中有哈伯的朋友、亲戚。 埃特尔的成果之一是弄清了合成氨的哈伯—博施法的运作机制。氨是生产农作物所需的氮肥的原料。大多数农作物需要人工添加氮肥才能获得较高的产量。空气中存在大量的合成氨的免费原料——氮气。德国化学家弗里茨·哈伯和卡尔·博施因为发明和改进了用氮气和氢气人工合成氨的方法而分获1918年和1931年的诺贝尔化学奖。 这个方法能够运作的关键之一是铁。铁不会出现在反应的产物中，但是可以促进反应的发生。化学家把这种角色称之为催化剂。但是铁如何促进了氮与氢的结合？这是一个哈伯和博施都没能回答的问题。利用一系列的现代表面分析技术，埃特尔解决了这个难题：氮分子被铁的表面分解吸收，形成单个氮原子。氮原子然后与氢原子结合，产生氨分子。此外，埃特尔还研究过用于消除汽车尾气一氧化碳的钯催化剂。诺贝尔奖委员会说，埃特尔为整个表面化学学科确立了一套试验思想。 3 课程导入 合成氨原理如下： N2＋3H2 2NH3 高温、高压催化剂 ①使原料尽可能快地转化为产品: 反应进行的快慢——化学反应速率 ②使原料尽可能多地转化为产品: 反应进行的完全程度—化学反应的限度即 化学平衡 在工业生产中，如何提高生产效率(氨的合成效率)呢？ 在科学研究和化工生产中，只考虑化学反应速率是不够的。例如，在工业生产中，除了考虑使原料尽可能快地转化为产品，还需要考虑使原料尽可能多地转化为产品。这就涉及化学反应进行的限度，即化学平衡问题。 可逆反应及其特点 KE NI FAN YING JI QI TE DIAN 01 可逆反应概念及特点 【回顾旧知】回顾必修2，结合教材P30，讨论交流什么是可逆反应？有哪些特点？ 1.概念 在相同条件下，能同时向正、逆反应方向进行的化学反应称为可逆反应。 2.特点 1.1 反应物 生成物 正反应方向 逆反应方向 双同：相同条件下，正、逆反应同时进行 双向：用“ ”表征正、逆反应两个方向 共存：反应物转化率小于100%，反应物与生成物共存 ⇌ 能量转化类型相反：若正反应放热，则逆反应吸热 常见的可逆反应 1.2 NH3 +H2O NH3 ·H2O SO2 +H2O H2SO3 CO2+H2O H2CO3 H2+I2 2HI 加热 2NO2 N2O4 Cl2 + H2O HCl+HClO 2SO2+O2 2SO3 催化剂 ∆ N2+3H2 2NH3 催化剂 高温高压 CH3COOH+CH3CH2OH CH3COOCH2CH3+H2O 浓硫酸 加热 跟踪强化 1.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 跟踪强化 2.在密闭容器中进行反应：X2(g)＋Y2(g) ⇌2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度可能是(　　) A．c(Z)＝0.3 mol·L－1 B．c(X2)＝0.2 mol·L－1 C．c(Y2)＝0.4 mol·L－1 D．c(X2)＋c(Y2)＋c(Z)＝0.55 mol·L－1 A 【解析】假设则完全转化时，X2(g)、Y2(g)、Z(g)的浓度范围分别为0～0.2 mol·L－1、0～0.4 mol·L－1 、0～0.4 mol·L－1；该反应是总体积不变的反应，反应达到平衡时，不论X2、Y2、Z怎么变化，总物质的量不会改变，物质的总浓度也不会改变，即c(X2)＋c(Y2)＋c(Z)＝0.6 mol·L－1。 化学平衡状态 HUA XUE PING HEGN ZHUAGN TAI 02 某密闭容器中发生如下反应： 催化剂 高温高压 1.反应刚开始时，反应物和生成物的浓度哪个大？ 随着反应的进行，反应物和生成物浓度如何变化？ 2.反应刚开始时，正反应与逆反应哪个反应速率大？ 随着反应的进行，v(正)与v(逆)怎样变化？ 3.当v(正)=v(逆) ，反应物和生成物浓度如何变化？反应是否停止了? 化学平衡状态的建立 2.1 时间/min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 c(N2) 1 0.9 0.8 0.75 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 c(H2) 3 2.7 2.4 2.25 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 c(NH3) 0 0.2 0.4 0.5 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 化学平衡状态的建立 2.1 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 正向： N2 + 3H2 ⇌2NH3 【交流研讨】用c-t图，v-t图，表示出可逆反应（合成氨）正向进行建立的过程 化学平衡状态的建立 2.1 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 v正 v逆 v正= v逆 反应处于平衡状态 t0 ≠0 v t O v逆＞ v正 【交流研讨】用c-t图，v-t图，表示出可逆反应（合成氨）逆向进行建立的过程 化学平衡状态的建立 2.1 注意：化学平衡状态的建立除了必须是可逆反应外，还必须有一定的温度、物质的浓度和气体的压强等外界因素的条件。所以，同一个可逆反应在不同条件下建立起的化学平衡状态可能不同；不同的可逆反应，即使在相同条件下，建立起的化学平衡状态也不一定相同。 化学平衡状态 2.2 1.概念 在一定条件下的可逆反应体系中，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。 前提条件：可逆反应 反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态 外在标志： v(正)= v(逆) ≠0 提示 内在本质： 达到“表面静止”状态，但实际反应并未停止，一直在进行中 动态平衡 逆 等 动 定 变 ——研究对象为可逆反应 ——动态平衡，即 ——正、逆反应速率相等，即 ——平衡混合物中，各组分的浓度/物质的量/百分含量保持一定（不是相等） 外界条件改变，原平衡状态被破坏，发生移动，在新条件下建立新的化学平衡（后续会讲） v正= v逆 v正= v逆≠0 —— t v o v正= v逆 化学平衡状态 2.2 2.特征 化学平衡状态 2.2 3.转化率 化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到的或完成的最大程度，即该反应进行的限度。化学反应的限度决定了反应物在该条件下转化为生成物的最大转化率（此时，产率也达到了最大限度）。 α ＝ ×100% 反应物的减少量 反应物的起始量 转化率 跟踪强化 1.一定温度下，在2 L的恒容密闭容器内发生的反应中，M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示。 (1)该反应的化学方程式为　　 　 　 　 　　。  2N M (2)在t2时刻存在的等量关系是　　　 　，此时反应是否达到化学平衡状态？　　 (填“是”或“否”)。  n(M)=n(N) 否 (3)在t3时刻v正　　(填“>”“<”或“=”)v逆，理由是____________________________ _______________________________________________________。 M和N的物质的量不随时间改变发生变化，反应已达到平衡状态，故v正=v逆 = 化学平衡状态的判断方法-直接判据 2.3 1.直接判据——根据速率关系 同一物质： = 不同物质： 生成速率＝消耗速率，例：v正(A)＝v逆(A) ①正、逆两个方向；②双向速率之比=化学计量数之比 例： 物质的量、质量、化学键的断裂和生成等 例： 一定条件下，可逆反应N2 + 3H2 2NH3 （1）单位时间内，有1molN2消耗，同时有1molN2生成 （2）单位时间内，有3molH2消耗，同时有2molNH3消耗 （3）单位时间内，有1molN2生成，同时有2molNH3生成 （4）断开1molN≡N的同时有6molN—H断裂 双向当量 一看有无正逆，二看是否等于系数之比。 随堂练习 1.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 化学平衡状态的判断方法-间接判据 2.3 2.间接判据——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。 从反应开始到平衡之前始终变化，平衡后不再变 变量不变 压强、密度、平均相对分子质量、 总物质的量、百分含量、温度、颜色等 2.间接判据——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。 从反应开始到平衡之前始终变化，平衡后不再变 变量不变 压强、密度、平均相对分子质量、 总物质的量、百分含量、温度、颜色等 化学平衡状态的判断方法-间接判据 2.3 化学平衡状态的判断方法-间接判据 2.3 (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m、物质的量n、物质的量浓度c不变 各组分的转化率或产率不变 各组分的百分含量(气体体积分数、质量分数、物质的量分数)不变 注：生成物只有气体时，体积分数始终不变，不能判定平衡， 例：NH4Cl(S)=NH3(g)+HCl(g) 例如：以下判据，均可证明反应A(g)+3B(g) ⇌2C(g)+2D(s)达到平衡： ①A、B、C的浓度/物质的量/质量不再变化；②A、B的转化率不变； ③A、B、C的百分含量不再变化；④混合气体的物质的量不再变化 化学平衡状态的判断方法-间接判据 2.3 (2)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。 常见有色气体：红棕色：Br2 (g) NO2(g)、黄绿色：Cl2(g)、紫色：I2(g) 例： 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。 2NO2 ⇌N2O4 随堂练习 在一定温度下，将2 mol NO2气体通入恒容密闭容器中，发生如下反应： 2NO2(g) N2O4(g)。下列不能说明反应达到平衡的是(　 ）　 A．N2O4浓度不再改变 B．NO2的消耗速率等于N2O4的生成速率 C．混合气体的颜色不变 D．混合气体中NO2百分含量不变 B 化学平衡状态的判断方法-间接判据 2.3 (3)气体的总压强(恒温恒容) PV=nRT 例：以下反应，当体系总压强不变时，能否判断反应是否达到平衡？ ①C(s)+O2(g) ⇌CO2(g) ②CO2(g)+C(s) ⇌ 2CO(g) ③2SO2(g)+O2(g) ⇌ 2SO3(g) ④H2(g)+I2(g) ⇌2HI(g) 不一定平衡 一定 平衡 不一定 平衡 一定 平衡 P总为变量 P总为定量 变量不变 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 当Δn(g)≠0 看两边气体计量数之和 随堂练习 恒容、恒温条件下 : 1.C(s)+O2(g) CO2(g) 当体系总压强不变时，_______是化学平衡状态 2.CO2(g)+C(s) 2CO(g) 当体系总压强不变时，_______是化学平衡状态 3.2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ， 当体系总压强不变时，_______是化学平衡状态 4.H2(g)+I2(g) 2HI(g) 当体系总压强不变时，_______是化学平衡状态 不一定 一定 一定 不一定 化学平衡状态的判断方法-间接判据 2.3 (4)混合气体的平均相对分子质量 ①若各物质均为气体 →m总为定值 以mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 为例 若m+n≠p+q 若m+n=p+q M为变量 M = m总 n总 取决于有无非气体 取决于气体系数差 ②若有非气体参与 2A(g)+ B(s) 2C(g) NH2COONH4(s) 2NH3(g) + CO2(g) M为定值 M为变量 M为定值 变量不变 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 随堂练习 化学平衡状态的判断方法-间接判据 2.3 (5)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为变量 ②有非气体参加的反应： 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 ρ为定量 ρ为变量 随堂练习 1. 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 2. 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 不一定 一定 不一定 不一定 不能作为平衡标志的几种情况 2.4 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.特殊反应，如H2NCOONH4(s)⇌CO2(g)＋2NH3(g)，CO2与NH3的体积比或CO2、NH3的体积分数始终不变。 跟踪强化 1.在固定体积的的密闭容器中发生反应：2NO2 2NO + O2 该反应达到平衡的标志是：　　　　　　　　　　　 ① ② ④ ⑥ ①混合气体的颜色不再改变 ②混合气体的平均相对分子质量不变 ③混合气体的密度不变 ④混合气体的压强不变 ⑤单位时间内消耗 2nmol NO2 的同时生成 2nmol O2 ⑥O2气体的物质的量浓度不变 跟踪强化 2.在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应： 甲：C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g); 乙：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) 现有下列状态： ①混合气体平均相对分子质量不再改变， ②恒温时，气体压强不再改变 ，③各气体组成浓度相等 ④体系中温度保持不变 ⑤断裂氧氢键速率是断裂氢氢键速率的2倍 ⑥混合气体密度不变 ⑦单位时间内，消耗水质量与生成氢气质量比为9:1 其中能表明甲、乙容器中反应都达到平衡状态的是（ ) A.①②⑤ B.③④⑥ C.⑥⑦ D.④⑤ D 3.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)。  (2)一定能证明I2(g)+H2(g) 2HI(g)达到平衡状态的是　　　　。 (3)一定能证明A(s)+2B(g) C(g)+D(g)达到平衡状态的是　　　。   ①③④ ⑤ ②④ 跟踪强化 直接 判据 间接 判据 ν (正) = ν (逆) 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 各物质的百分含量不变 (物质的量分数、质量分数、体积分数、转化率、产率等)) ②颜色、温度（绝热体系）不再改变 “双向当量， 变量不变” ③ 压强； ④平均相对分子质量；⑤气体密度 小结 化 学 平 衡 研究对象 可逆反应 平 衡 状 态 特征 判断依据 逆、等、动、定、变 概念 人 教 版 选 择 性 必 修 1 本课结束，谢谢！ $$