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选择性必修1

第二节 化学平衡 第1课时 化学平衡状态 第二章 化学反应速率与化学反应平衡 1 新课导入 工业生产中的两个关键 ①反应速率：快出产品 ②化学平衡：多出产品 化工生产中，我们需要考虑哪些因素呢？ 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。 合成氨反应有限度，原料无法完全转化。 2NH3 N2 + 3H2 催化剂 高温、高压 和哪些化学反应类似呢？ 一、可逆反应 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 若正反应放热，则逆反应吸热 ✪一异： 三同 只有可逆反应才有限度，才有化学平衡，那么什么是化学平衡？ 常见例子 一、可逆反应 合成氨反应属于可逆反应，有一定限度，原料无法完全转化。 1、定义 在一定条件下，在可逆反应体系中，正反应速率与逆反应速率相等，反应物的浓度与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。 即达到此条件下的最大转化率，反应的最大程度。 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 二、化学平衡状态 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 二、化学平衡状态 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。 N2＋3H2 2NH3 高温、高压催化剂 二、化学平衡状态 逆向：2NH3 ⇌N2 + 3H2 【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 二、化学平衡状态 2.化学平衡状态的建立 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) 即同种物质： 消耗速率=生成速率 特征： 研究的对象是可逆反应 逆 v正＝v逆 ≠0 (本质特征) 等 动态平衡 动 平衡时,各组分的浓度保持一定(表征) 定 当外界条件改变,原平衡发生移动 变 如何判断一个可逆的化学反应是否达到了化学平衡状态（反应最大限度）？ 二、化学平衡状态的判断 “表现” “本质” 判断可逆反应是否达到平衡的直接标志。 等 定 ν (正) = ν (逆) 各组分的浓度保持不变 （不是相等，也不是成一定的比值） 三、化学平衡状态的判断 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。 同一物质： 不同物质：速率之比＝化学计量数之比，但必须是不同方向的速率，即 v正=v逆≠0 相同物质看正逆、不同物质成比例 N2+3H2 2NH3 N2的消耗速率与N2的生成速率 N2的消耗速率与NH3的 速率之比等于——— H2的生成速率与NH3的 速率之比等于——— 相等 消耗 1:2 3:2 生成 达到平衡的标志是: v(H2)： v(N2) =3:1可否判断反应达平衡？ 不可以！！！因为任何时刻速率比都等于系数比 标志一： 三、化学平衡状态的判断 ν正(A) ν逆(B) ＝ m n 1、直接依据： 【例1】下列各关系式中能说明反应N2+3H2 2NH3已达平衡状态的是(　　) 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 习题 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 （ ） × √ √ √ √ × × 习题 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 三、化学平衡状态的判断 1、 直接标志——各组分的含量 标志二：各组分的浓度保持不变 ①各组分的 物质的量 或 物质的量分数 保持不变 ②各气体的 体积 或 体积分数 保持不变 ③各组分的 质量 或 质量分数 保持不变 （注意不是相等，也不是成一定的比值） 这些都不是某一种物质的数据，而是所有气体的整体量。 （1）气体的总物质的量n、体积V、压强P,要具体分析： A(g) + B(g) 2C(g) A(g) + B(g) C(g) 气体的总物质的量n 恒温恒容时的压强P 变 不变 不变 变 不变 变 恒温恒压时的气体体积V 等体反应（反应物总气体的计量数等于生成物总气体） 非等体反应（反应物总气体的计量数不等于生成物总气体） 三、化学平衡状态的判断 (pV＝nRT) 方法归纳：看气体化学计量数之和左右是否相等 找固体 看气体系数 （2）混合气体的平均摩尔质量r,不再变化时，要具体分析 M= m总 n总 A(g)+B(g) 2C(g) A(g)+B(g) C(g) A(s)+B(g) C(g) m总 n总 M 不变 不变 不变 不变 变 变 变 变 不变 等体反应 非等体反应 有固体参加的等体反应 三、化学平衡状态的判断 即： 变量不变 — 化学反应达到平衡状态 若方程式中有固体，则气体总质量会变化 （2）恒温恒容时，气体的密度ρ不再变化时，要具体分析 ρ= m总 v 不会变 气体质量改变，ρ是变量，可以作为判断依据。 对于反应：A(s)+B(g) C(g) mA+m B= mC (质量守恒） 找固体，若方程式中有固体，则气体总质量会变化 对于反应：A(g)+B(g) C(g) 质量守恒，气体质量不变，ρ是不变量，不能作为判断依据。 三、化学平衡状态的判断 (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 B 习题 三、化学平衡状态的判断 2、间接标志：“变量”不变即为平衡 ④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 绝热容器中，当体系温度不变，则达平衡。 （若为恒温容器，则不可作为平衡判据） (2)体系温度不变： (1)体系颜色不变： （无色） 小结 判断依据——正逆相等，变量不变 4.化学平衡状态的判断 动态标志 静态标志 ν (正) = ν (逆) ≠0 变量不变 同一物质: 生成速率＝消耗速率，即v正(A)＝v逆(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 ④间接标志：气体的p总、V总、n总，M， ρ 例1.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 有固体参加的增体反应 等体反应 M＝ M总 n总 P1 P2 ＝ n1 n2 ρ＝ m V D 习题 D 一定温度下，在恒容密闭容器中充入CO和H2，发生反应：2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g)　ΔH<0。下列图像符合实际且t0时达到平衡状态的是 该反应气体分子数减小，反应过程中P逐渐减小，当P不再变化，反应达平衡 A. 气体总m为定值 容器V为定值 则ρ始终不变 B. CH3OH(g)初始体积分数为0 C. 该反应为气体分子数减小， 混合气体的总m为定值， 混合气体的M应逐渐增大 D. 习题  $