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

第一章 化学反应的热效应 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、了解活化分子、活化能及有效碰撞的简单概念。 2、理解基元反应及反应历程。 3、能用简单碰撞理论正确解释外界条件对化学反应速率的影响。 化学 1918年，德国化学家弗里茨·哈伯，“由于从单质合成氨的研究”获奖。 1931年，德国化学家卡尔·博施“由于他发明和发展化学合成氨高压技术”获奖。 2007年，德国化学家格哈德·埃特尔“由于他对固体表面化学合成氨反应的研究”获奖。 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 合成氨：一个反应，三个诺奖 化学 新课导入 如果你准备开一家合成氨的工厂，从化学角度你应该考虑哪些问题来提高生产效益？ 多 快 好 省 反应物的转化率多 化学反应速率快 效益好，日产量高 节省成本 合成氨工厂 √ ? 化学 课堂导入 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！！！ 各物质的起始量/mol 足够长时间反应后各物质的量/mol N2 H2 NH3 N2 H2 NH3 5 15 0 3 9 4 化学 【回顾旧知】可逆反应 回顾教材必修第二册P46，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 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 任务一 复习回顾可逆反应的概念与特点 化学 　(1)二者不属于可逆反应，两个反应发生的条件不同。 (2)可逆反应不能进行到底，故不能生成2 mol NH3。 2.在一定条件下，将SO2和18O2充入反应容器使之发生反应，当反应达到平衡时18O原子将存在于哪些物质中？ 课堂探究 1．(1)2H2＋O2 2H2O和2H2O 2H2↑＋O2↑属于可逆反应吗？ (2)把3 mol H2和1 mol N2充入密闭容器中反应，最终可以生成2 mol NH3吗？ 答案　存在于氧气、二氧化硫和三氧化硫3种物质中。 化学 一定条件下，某密闭容器中发生合成氨反应，数据如下表所示： N2 (g) ＋3H2 (g) 2NH3 (g) △H= - 92.4kJ/mol 2. 此条件下进行到什么时候达到了反应的限度（即达到了化学平衡状态）？ 3. 此时为何3种物质的浓度保持不变？此时的反应是否停止了？ 1. 能否绘制出合成氨反应中各组分的浓度(c)-时间(t)图像 任务二 建立化学平衡 化学 N2 (g) ＋3H2 (g) 2NH3 (g) 高温、高压 催化剂 随着反应的进行，体系中NH3浓度逐渐增大，而N2和H2浓度逐渐减小，4min后各物质浓度均保持不变，达到了反应的限度，即达到了化学平衡状态。 任务二 建立化学平衡 时间 浓度 0 NH3 H2 N2 化学 N2 (g) ＋3H2 (g) 2NH3 (g) 高温、高压 催化剂 任务二 建立化学平衡 思考1：你能否根据c-t图像绘制出对应的化学反应速率(v)-时间(t)图像？ 化学 ①开始 反应速率 v(正) v(逆) t1 时间（t） 0 N2 + 3H2 2NH3 v(正) ，v(逆) ； 反应速率 v(正) v(逆) t1 时间（t） 0 v(正) v(逆) 反应速率 t1 时间（t） 0 ③平衡 ②变化 v(正) ，v(逆) ； v(逆)≠0，v(正)＞v(逆) v(正)=v(逆) ≠0 N2 + 3H2 2NH3 N2 + 3H2 2NH3 催化剂 高温、高压 反应物浓度 ， 生成物浓度 ； 反应物浓度 ， 生成物浓度 ； 反应物浓度 ， 生成物浓度 ； 最大 为0 减小 增大 不变 不变 最大 =0 减小 增大 思考2 当它们的浓度均不再改变的时候，反应停止了吗? 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)v ≠0 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。 任务二 认识化学平衡状态 一、化学平衡状态 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”，这时的状态称之为化学平衡状态，简称化学平衡。 可逆反应所能进行的最大程度 反应物的转化率最大 限度 2.化学反应平衡的特征 可逆反应 相等 v正＝v逆 v正＝v逆≠0 一定 内在本质 外在标志 如何判断一个可逆反应达到了化学平衡状态呢？ 任务二 认识化学平衡状态 化学 任务三 判断化学平衡状态 （1）速率标志: “本质” 等 ν (正) = ν (逆) 1、直接标志： 三、 化学平衡状态的判断 两个方向，成比例 例1：下列哪个说法可以证明反应N2+3H2 2NH3已达到平衡状态（ ）。 （A）1个N≡N键断裂的同时，有3个H-H键形成 （B）1个N≡N键断裂的同时，有3个H-H键断裂 （C）1个N≡N键断裂的同时，有6个N-H键断裂 （D）1个N≡N键断裂的同时，有6个H-H键形成 1:3 1:2 1:6 ╳ ╳ AC 化学 学习评价 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 任务三 判断化学平衡状态 2、间接标志： 三、 化学平衡状态的判断 “表现” 定 各组分的浓度(百分含量、质量、物质的量等)保持不变 （2）变量不变 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。 化学 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 体系的颜色和温度不变 例2：以下判据，均可证明反应H2(g)+I2(g) ⇌2HI(g)达到平衡： ①H2、I2、HI的浓度/物质的量/质量不再变化；②H2、I2的转化率不变； ③H2、I2、HI的的分子数之比为1：1：2；④c(H2)=c(I2) ⑤温度不变 ⑥颜色不变 任务三 判断化学平衡状态 2、间接标志： （2）变量不变 ①②⑤⑥ 探究课堂 气体的p总、V总、n总 (PV＝nRT) 看气体左右系数和 【例3】在一定温度下的 恒容 容器中，判断下列描述状态不变时反应是否达到平衡。 ① 混合气体的 压强；② 混合气体的总物质的量 (1) 2SO2(g)＋O2(g) ⇌2SO3(g)________。 (2) I2(g)＋H2(g) ⇌2HI(g)________。 (3) 2NO2(g) ⇌N2O4(g)________。 (4) C(s)＋CO2(g) ⇌2CO(g)________。 (5) NH2COONH4(s) ⇌2NH3(g)＋CO2(g)________。 (6) 5CO(g)＋I2O5(s) ⇌5CO2(g)＋I2(s)________。 间接标志 思维建模： 变量不变 即平衡 恒压 左≠右 左=右 左≠右 左≠右 左≠右 左=右 体积 （2）变量不变 探究课堂 气体体积分数/物质的量分数 【例3】在一定温度下的 恒容 容器中，判断下列描述状态不变时反应是否达到平衡。 某种气体的百分含量 (1) 2SO2(g)＋O2(g) ⇌2SO3(g)________。 (2) I2(g)＋H2(g) ⇌2HI(g)________。 (3) 2NO2(g) ⇌N2O4(g)________。 (4) C(s)＋CO2(g) ⇌2CO(g)________。 (5) NH2COONH4(s) ⇌2NH3(g)＋CO2(g)________。 (6) 5CO(g)＋I2O5(s) ⇌5CO2(g)＋I2(s)________。 间接标志 变量不变 看 φ(B) ＝ nB n总 警惕反应：A(s) ⇌B(g) + C(g) φ(NH3) ＝ 2 3 φ(CO2) ＝ 1 3 探究课堂 气体平均相对分子质量 【例4】在一定温度下的 恒容 容器中，判断下列描述状态不变时反应是否达到平衡。 某种气体的百分含量 (1) 2SO2(g)＋O2(g) ⇌2SO3(g)________。 (2) I2(g)＋H2(g) ⇌2HI(g)________。 (3) 2NO2(g) ⇌N2O4(g)________。 (4) C(s)＋CO2(g) ⇌2CO(g)________。 (5) NH2COONH4(s) ⇌2NH3(g)＋CO2(g)________。 (6) 5CO(g)＋I2O5(s) ⇌5CO2(g)＋I2(s)________。 间接标志 变量不变 看 M＝ m总 n总 M＝ ×17＋ ×44 2 3 1 3 警惕反应：A(s) ⇌B(g) + C(g) 探究课堂 气体密度 (pV＝nRT) 看 【例5】在一定温度下的 恒容 容器中，判断下列描述状态不变时反应是否达到平衡。 某种气体的密度 (1) 2SO2(g)＋O2(g) ⇌2SO3(g)________。 (2) I2(g)＋H2(g) ⇌2HI(g)________。 (3) 2NO2(g) ⇌N2O4(g)________。 (4) C(s)＋CO2(g) ⇌2CO(g)________。 (5) NH2COONH4(s) ⇌2NH3(g)＋CO2(g)________。 (6) 5CO(g)＋I2O5(s) ⇌5CO2(g)＋I2(s)________。 间接标志 变量不变 ρ(g)＝ m(g,总) V 看系数 看清状态 恒压 √ 学习评价  恒容绝热容器中 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H2(g) + I2(g) 2HI(g) ①气体的总物质的量不变     ②气体的总质量不变     ③气体的总压强不变     ④气体的密度不变     ⑤气体的平均相对分子质量不变     ⑥混合气体的颜色不变     ⑦体系的温度不变     √ × 1.判断下列条件能否说明该反应已达化学平衡？ × × × × √ × × √ √ √ H2(g) + I2(s) 2HI(g)               √ √ √ √ √ × √ 学习评价 2. 一定条件下，将A、B、C三种物质各1mol通入一个密闭容器中，发生反应： B 极端假设法 2A(g) ＋ B(g) 2C(g) n始： 1mol 1mol 1mol 反应转化量: 若反应完全正向进行 -1mol -0.5mol +1mol 余0.5molB 若反应完全逆向进行 反应转化量: +1mol +0.5mol -1mol 1+0.5=1.5molB 达到化学反应限度时，B的物质的量可能是（ ） A.1.5mol B. 1mol C. 0.5mol D. 0 2A(g) ＋ B(g) 2C(g) 学习评价 3.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 课堂小结 化学 平衡 状态 可逆反应 概念 逆、等、动、定、变 判断依据 1、等— 2、变—“变量”不变 研究对象 特征 ＝系数之比 υ正 υ逆 $