第二节 化学平衡 第1课时（教学课件）化学人教版2019选择性必修1

第二章 化学反应速率与化学平衡 第二节 化学平衡 课时1 化学平衡状态 人教版 2019选择性必修1 化学平衡状态的判定 2 化学平衡的状态 1 知识导航 1.理解化学平衡状态的定义，掌握其特征(逆、动、等、定、变)。 3.掌握判断可逆反应达到化学平衡状态的动态标志(正逆反应速率相等)和静态标志(变量不变)。 2.学会计算反应物的转化率(α)，理解化学反应的限度决定反应物在该条件下的最大转化率。 明·学习目标 合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，在很大程度上解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问题，原理如下： 2NH3 N2 + 3H2 催化剂 高温、高压 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? 引·新课导入 01 化学平衡的状态 某温度下，在容积不变的密闭容器中N2与H2反应足够长时间后各物质的量不再改变，数据如下： 2NH3 N2 + 3H2 催化剂 高温、高压 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。 1 3 ∶ 2 ∶ 合作探究 示例分析 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 探·知识奥秘 正向： N2 + 3H2 2NH3 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。 合成氨反应中有关物质的浓度随时间变化示意图 H2 N2 NH3 浓度 时间(t) 合作探究 示例分析 探·知识奥秘 逆向：2NH3 N2 + 3H2 NH3 N2 H2 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) 合作探究 示例分析 合成氨反应中有关物质的浓度随时间变化示意图 探·知识奥秘 任何可逆反应在一定条件下都存在反应的限度。达到限度时，反应就停止了吗? 探·知识奥秘 9 v(正)>v(逆) v(正) v(逆) 反应速率 时间(t) 反应处于平衡状态 t1 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。 用速率变化图像表示化学平衡状态的建立 合作探究 理论分析 探·知识奥秘 定义 在一定条件下，在可逆反应体系中，____________与____________相等，反应物的浓度与生成物的浓度____________，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。 正反应速率 逆反应速率 均保持不变 特征 研究的对象是可逆反应 逆 动态 平衡 动 (化学平衡是一种动态平衡) 等 v(正)＝v(逆) ≠0(本质) 平衡时，各组分的浓度保持一定 定 变 当外界条件改变，原平衡发生移动 化学平衡状态的建立 化学平衡状态 探·知识奥秘 转化率 (α) ＝ 转化的量 起始的量 ×100％ 量: 质量、物质的量、体积、物质的量浓度等 化学反应的限度 化学反应的限度决定了反应物在该条件下的最大转化率 同一可逆反应，改变条件可以在一定程度上改变一个化学反应的限度 化学平衡状态是可逆反应的一种特殊状态，是在给定条件下化学反应所能达到或完成的最大程度。 探·知识奥秘 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 【例1】某温度下，在容积不变的密闭容器中N2与H2反应达到化学平衡，请根据以下数据计算达到化学平衡时H2的转化率。 2NH3 N2 + 3H2 催化剂 高温、高压 N2 + 3H2 2NH3 起始量/mol 变化量/mol 平衡量/mol 5 15 0 2 6 4 3 9 4 平衡时H2的转化率 α＝ ×100% ＝40% 6 mol 15 mol 平衡时反应物的转化率是该条件下反应物能达到的最大转化率 析·典型范例 13 如何判断一个可逆的化学反应是否达到了化学平衡状态? 探·知识奥秘 02 化学平衡状态的判定 (v正＝v逆 ≠ 0) “正逆反应速率相等” 标志一 同一物质的生成速率等于其消耗速率 A2(g)＋ 3B2(g) 2AB3(g) 示例： 用不同物质表示反应速率时，速率不一定相等，但必须符合两个条件：一是表示___________________；二是速率之比等于化学方程式中相应的___________之比。 标志二 两个不同的反应方向 化学计量数 v正(A) ＝ v逆(A) A2(g)＋ 3B2(g) 2AB3(g) 示例： 消耗 1 mol A2的同时生成1 mol A2 2v正(A2) ＝ v逆(AB3) 消耗 1 mol A2的同时，消耗2 mol AB3 反应达到化学平衡的标志 动态标志 探·知识奥秘 3v(N2)＝v(H2) ( ) 状态01 2v正(N2) ＝ v逆(NH3) ( ) 状态02 消耗 1 mol N2的同时，生成2 mol NH3 ( ) 状态03 1 mol H-H键断裂的同时，2molN-H键生成 ( ) 状态04 单位时间内消耗的N2量是NH3量的两倍 ( ) 状态05 【例1】 ，判断下列描述的反应状态是否达到平衡。 v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝ 1∶3∶2 ( ) 状态06 N2(g)＋ 3H2(g) 2NH3(g) 析·典型范例 若一个物理量随着反应的进行而改变，当其不变时，则反应达到平衡状态；随反应的进行保持不变的物理量，不能作为平衡状态的判断依据。 随反应进行(各组分)一定改变的量有?当这些量不再变化时，反应达平衡。 物质 的量 物质的 量浓度 质量 产率 颜色 (有色 物质) 转化率 (α反) 百分含量 (体积分数) (质量分数) 反应达到化学平衡的标志 静态标志 “变量不变” 探·知识奥秘 反应达到化学平衡的标志 静态标志 “变量不变” 探·知识奥秘 (pV＝nRT) 左＝右：_____________ 左≠右：_____________ 变量 定量 气体的p总(或V总或n总)一定时，反应达到平衡状态。 情况一 示例：2HI (g) H2 (g) +I2 (g) 2 2 ＝ 4 3 > 方法归纳：看气体化学计量数之和左右是否相等 N2(g)＋ 3H2(g) 2NH3(g) 反应达到化学平衡的标志 静态标志 “变量不变” 探·知识奥秘 【例1】判断下列描述的反应状态是否达到平衡。 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 A(g) ＋ B(g) C(g) 左＝右 左≠右 A(s) ＋ B(g) C(g) 析·典型范例 (pV＝nRT) φ(B) ＝ nB n总 变量 φ(B)不变时 A(g)＋B(g) 2C(g) φ(B)＝ nB n总 φ(B) ＝ 1 2 定量 变量 定量 A(s) B(g)＋C(g) 反应达到化学平衡的标志 静态标志 “变量不变” 情况二 气体体积分数/物质的量分数 探·知识奥秘 反应式 M(平均)不变时 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) M＝ m总 n总 变量 定量 左≠右：_____________ n总为变量 变量 M＝ m总 n总 反应达到化学平衡的标志 静态标志 “变量不变” 情况三 气体平均相对分子质量 探·知识奥秘 反应式 M(平均)不变时 M＝ m总 n总 变量 定量 左=右：_____________ n总为定量 变量 2A(g)＋B(s) 2C(g) 反应达到化学平衡的标志 静态标志 “变量不变” M＝ m总 n总 情况三 气体平均相对分子质量 探·知识奥秘 反应式 M(平均)不变时 H2(g)＋I2(g) 2HI(g) M＝ m总 n总 定量 定量 定量 左＝右：_____________ n总为定量 反应达到化学平衡的标志 静态标志 “变量不变” M＝ m总 n总 情况三 气体平均相对分子质量 探·知识奥秘 反应式 M(平均)不变时 NH2COONH4(s) 2NH3(g) + CO2(g) 2 3 1 3 M＝ ×17＋ ×44 2 3 1 3 定量 反应达到化学平衡的标志 静态标志 “变量不变” M＝ m总 n总 情况三 气体平均相对分子质量 探·知识奥秘 M＝ m总 n总 看系数 看状态 反应物和生成物均为气体，则气体总的质量为定量 反应前后气体物质的化学计量数之和相等，则气体总的物质的量为定量 (归纳总结) 反应达到化学平衡的标志 静态标志 “变量不变” 情况三 气体平均相对分子质量 探·知识奥秘 ρ＝ m总 V 看系数 看状态 反应式 ρ＝ m总 V 定量 恒容时，不用考虑系数 定量 定量 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) 恒温 恒容 密闭容器，ρ不变时 反应达到化学平衡的标志 静态标志 “变量不变” 情况四 气体密度 探·知识奥秘 反应式 ρ＝ m总 V 定量 变量 变量 ρ＝ m总 V 看系数 看状态 恒温 恒容 密闭容器，ρ不变时 Ni(s) + 4CO(g) Ni(CO)4(g) 反应达到化学平衡的标志 静态标志 “变量不变” 情况四 气体密度 探·知识奥秘 反应式 pV＝nRT pM＝ρRT M∝ρ ρ＝ m总 V M＝ m总 n总 变量 定量 变量 恒温 恒压 密闭容器，ρ不变时 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) 反应达到化学平衡的标志 静态标志 “变量不变” ρ＝ m总 V 看系数 看状态 情况四 气体密度 探·知识奥秘 反应式 Ni(s) + 4CO(g) Ni(CO)4(g) M＝ m总 n总 变量 变量 变量 恒温 恒压 密闭容器，ρ不变时 反应达到化学平衡的标志 静态标志 “变量不变” ρ＝ m总 V 看系数 看状态 情况四 气体密度 探·知识奥秘 pV＝nRT φ(B) ＝ nB n总 ρ＝ m总 V M＝ m总 n总 看系数 看状态 恒压 恒容→m总 归纳总结 气体密度 反应达到化学平衡的标志 静态标志 “变量不变” 探·知识奥秘 示例：判断下列描述的应状态是否达到平衡。 ，当n(SO2):n(O2):n(SO3)=2:1:2时( ) 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) 状态01 不和外界发生热量交换 变温 变量 变量不变，反应达到平衡 绝热体系下， ，体系温度不变时( ) 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) 状态02 反应达到化学平衡的标志 静态标志 “变量不变” 情况五 其他条件 探·知识奥秘 【例1】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 析·典型范例 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。 合成氨工业之父——卡尔·博施 迁·拓展延伸 1.下列关于化学平衡的说法中，不正确的是( ) A.当可逆反应达到平衡时，正、逆反应速率都为零 B.当可逆反应达到化学平衡时，正、逆反应速率一定相等 C.当可逆反应达到化学平衡后，改变某些条件可以使平衡破坏 D.当可逆反应达到平衡时，尽管正、逆反应都还在进行，但各物质的浓度保持不变 A 练·技能实战 2.某体积可变的密闭容器，盛有适量的A和B的混合气体，在一定条件下发生反应：A(g)＋3B(g) 2C(g)。若维持温度和压强不变，当达到平衡时容器的体积为V L，其中C气体的体积占10%。下列推断正确的是(　　 ) ①原混合气体的体积为1.2V L ②原混合气体的体积为1.1V L ③反应达到平衡时气体A消耗掉0.05V L ④反应达到平衡时气体B消耗掉0.05V L A．②③ B．②④C．①③ D．①④ A 练·技能实战 3.在一定温度下的恒容容器中，发生反应：2A(g)＋B(s)　　 C(g)＋D(g)，下列描述中能表明反应已达到平衡状态的是( ) ①混合气体的压强不变 ②混合气体的密度不变 ③C(g)的物质的量浓度不变 ④容器内A、C、D三种气体的浓度之比为2∶1∶1 ⑤单位时间内生成n mol C，同时生成n mol D ⑥单位时间内生成n mol D，同时生成2n mol A A.①②⑤ B.②③⑤ C.②③⑥ D.①③⑥ C 练·技能实战 4．在一个绝热的固定容积的密闭容器中，发生可逆反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(s)，当m、n、p、q为任意整数时，一定可以作为反应达到平衡状态的标志是(　　 ) ①体系的压强不再改变　 ②体系的温度不再改变　 ③体系的密度不再变化　 ④各组分质量分数不再改变 A．①②③ B．①②③④ C．②③④ D．③④ C 练·技能实战 5.在698 K时，向某V L的密闭容器中充入2 mol H2(g)和2 mol I2(g)，发生反应：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)　ΔH＝－26.5 kJ·mol－1，测得各物质的物质的量浓度与时间变化的关系如图所示。 请回答下列问题： (1)V＝__________ L。 (2)该反应达到最大限度的时间是________， 该时间内平均反应速率v(HI)＝________________。 (3)该反应达到平衡状态时，________(填“吸收”或“放出”)的热量为__________。 2 5 s 0.316 mol·L-1·s-1 放出 41.87 kJ 练·技能实战 动态标志 静态标志 第二节 化学平衡 第1课时 化学平衡 的状态 化学平衡 状态的判定 定义 特征 理·核心要点 感谢 您的聆听 THANKS 人教版 2019选择性必修1  $$