第二章 第二节 第一课时 化学平衡状态 课件-2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修1

第二章 化学反应速率与化学平衡 第二节 化学平衡 第一课时 化学平衡状态 一、可逆反应 自1784年氨被发现以来，人们一直在研究如何利用化学方法由氮气和氢气合成氨，直到1913年才实现了合成氨的工业化生产。化学反应N2(g)+3H2(g) ⇌ 2NH3(g)看起来十分简单，合成氨的工业化生产却经历了漫长的发展过程。化工生产中，我们需要考虑哪些因素呢？ ——化学反应进行的限度 使原料尽可能快地转化为产品 使原料尽可能多地转化为产品 ——化学反应速率 （即化学平衡） 2 一、可逆反应 事实表明：许多反应是可逆的，我们还学习过哪些可逆反应？ Cl2+H2O HCl+HClO NH3+H2O NH3·H2O 2SO3 2SO2+O2 SO2+H2O H2SO3 CO2+H2O H2CO3 N2+3H2 2NH3 H2+I2 2HI N2O4 2NO2 2Fe2+ + I2 2Fe3+ + 2I- 乙酸与乙醇的酯化反应 3 二 、化学平衡状态 v(正) v(正)=v(逆) 时间 速率 v(逆) 0 N2(g)+3H2(g) ⇌ 2NH3(g) 时间 浓度 0 NH3 H2 N2 如果充入NH3发生反应呢？ 在一定条件下，容积不变的密闭容器中，充入N2和H2发生反应，反应中各物质的浓度随时间如何变化？正逆反应速率随时间如何变化？ 请分别作出相应的浓度-时间图和速率-时间图。 4 由于v(正)= v(逆) ≠0，虽然正、逆反应都在进行，但各种物质的百分含量、浓度都不会发生变化. 从外表上看，反应好象“停止”。 可逆反应的这种特殊状态就是化学平衡状态。 催化剂 N2 + 3 H2 2NH3 高温 v(正)= v(逆) ≠0 二 、化学平衡状态 二、化学平衡状态 1. 定义：一定条件下的可逆反应，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。 v(逆) v(正)=v(逆) 时间 速率 v(正) 0 时间 浓度 0 N2 H2 标志 本质 平衡状态是在一定条件下，可逆反应所能进行的最大程度，即可逆反应的限度。 NH3 N2(g)+3H2(g) ⇌ 2NH3(g) 6 二、化学平衡状态 逆 化学平衡状态的研究对象是_______反应 等 各组分浓度/物质的量/百分含量________ 动 v正 ____ v逆 ____ 0，是一个动态平衡 定 变 外界条件改变时，原平衡状态被破坏，在新条件下建立新的平衡 可逆 ＝ ≠ 保持不变 2. 化学平衡状态的特征： 如何判断一个化学反应是否已达到平衡状态呢？ 7 1、化学平衡状态 达到化学平衡时，反应达到该条件下物质转化的最大“限度”， 即反应物的转化率最大。 α＝ ×100% 反应物的减少量 反应物的起始量 转化率 二、化学平衡状态 8 练习：X、Y、Z三种气体，取X和Y按1：1的物质的量之比混合，放入密闭容器中发生如下反应： ,达到平衡后，测得混合气体中反应物的总物质的量与生成物的总物质的量之比为3：2，则Y的转化率最接近于（ ） A.33% B.40% C.50% D.65% 二、化学平衡状态 D 如何理解V(正)＝V(逆)? 例如，一定条件下，可逆反应N2＋3H2＝2NH3，对该可逆反应，表示正、逆反应速率可以用N2或H2或NH3来表示： （1）单位时间内，有1molN2反应掉，同时 ； （2）单位时间内，有3molH2反应掉，同时 ； （3）单位时间内，有1molN2生成，同时 ； （4）单位时间内，有1molN2反应掉，同时 ； 二、化学平衡状态 10 三、化学平衡状态的判定 （1）同种物质—— v正(A) = v逆(A) 1）． “等” （2）不同物质—— v正(A) : v逆(B) = a : b（化学计量数之比） 正逆反应速率相等 【思维模型】 v正 = v逆 ①方向 ②数值 相反 同一物质 不同物质 相同 化学计量比 直接标志 3、化学平衡状态的判定 11 例1:反应mA(g)+nB(g)=pC(g),达到平衡的标志为： ①、A的消耗速率与A的生成速率 ②、A的消耗速率与C的 速率之比等于 ③、B的生成速率与C的 速率之比等于 ④、A的生成速率与B的 速率之比等于 （1）、等--正逆反应速率相等 三、化学平衡状态的判定 3、化学平衡状态的判定 12 三、化学平衡状态的判定 (2)“定” 变量不变 【思维模型】 变量 + 不变 = 平衡 mB、nB、cB、质量分数wB、转化率ɑB、颜色、绝热容器内的温度等不再变化时，可以证明反应达到了平衡状态。 其中的B指的是反应体系中的某一种物质，不是整体量。 第一类 某种气体的体积分数（即物质的量分数）φB不再变化时，要具体分析： 第二类 请试着分析此反应中B、C的体积分数变化 A(s) ⇌ B(g)+C(g) 绝大多数情况下，体积分数φB不变，可以作为判断平衡的依据 个别情况例外， 13 思考：如下反应中B或C体积分数不变能不能判断平衡态？ A(s) B(g)+C(g) 从反应开始起，B、C的体积分数均为1/2，始终没有改变，不是变量，不能作为判断平衡状态的依据。 三、化学平衡状态的判定 (2)、“定” 变量不变 3、化学平衡状态的判定 三、化学平衡状态的判定 第三类 气体的总物质的量n、体积V、压强P，要具体分析： 这些都不是某一种物质的数据，而是所有气体的整体量。 A(g)+B(g) ⇌ 2C(g) A(g)+B(g) ⇌ C(g) 气体的总物质的量 恒温恒容时的压强P 恒温恒压时的体积V 不变 不变 不变 减少 减少 减少 对于这三个量，若反应前后气体系数不相等，则可以作为判断依据 (2)、“定” 变量不变 15 三、化学平衡状态的判定 第四类 恒温恒容时，气体的密度ρ不再变化时，要具体分析： m总 ρ = V 不会变 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(s)+B(g) ⇌ C(g) mA + mB + mC 不变 （质量守恒） 质量减少 质量增加 恒容时，凡是有固体参与的反应，其气体密度都会变 （2）、“定” 变量不变 16 三、化学平衡状态的判定 第五类 混合气体的平均摩尔质量M，不再变化时，要具体分析： m总 M= n总 看气体系数 找固体 分子、分母只要有一个是变量， M 即可作为判断平衡的依据 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 不变 变 （2）、“定” 变量不变 17 思考： 此反应的平均摩尔质量不再变化时，能否证明反应达到平衡状态？ A(s)⇌B(g)+C(g) （2）、“定” 变量不变 三、化学平衡状态的判定 不能 对于可逆反应m A(g) n B(g) + p C(g) 在一定条件下达到平衡状态，下列哪几个可以作为判断依据？ （1）A的生成速率和分解速率相等 （2）单位时间生成n mol B和p mol C的同时，生成m mol A （3）A、B、C的物质的量不再改变 （4）A、B、C的浓度不再改变 （5）A、B、C的百分含量不再改变 三、化学平衡状态的判定 全选 练习1：一定温度下，反应H2(g)+I2(g) 2HI(g)达到平衡的标志是( ) A 单位时间内生成nmolH2同时生成nmolHI。 B 单位时间内生成2nmolHI同时生成nmolI2。 C 单位时间内生成nmolH2同时生成nmolI2 D 1mol的H-H键断裂的同时，有1mol的I-I键断裂。 三、化学平衡状态的判定 B 练习2：在一定温度下，2NO2（g) N2O4 (g) 的可逆反应中，下列情况属于平衡状态的是（ ） A.N2O4不再分解 B.v(N2O4):v(NO2)=1:2 C.体系的颜色不再改变 D.NO2的浓度与N2O4的浓度之比2：1 C 三、化学平衡状态的判定 练习3：在一定温度下的定容容器中，当下列的物理量不再发生变化时，表明反应A（s）+2B（g） C（g）+D（g）已达到平衡状态的是：（ ） A 混合气体的压强 B 混合气体的密度 C 气体的总物质的量 D A的物质的量浓度 E 混合气体的平均相对分子质量 三、化学平衡状态的判定 BE 练习4：对反应A（g）+B（g） C（g）+D（g）的以下叙述中，能说明恒温下已达平衡状态的 A 反应容器中，压强不随时间改变而改变 B 反应容器中，A、B、C、D 能共存 C 反应容器中，A、B、C、D质量不再改变 D 反应容器中的各物质物质的量不随时间变化 三、化学平衡状态的判定 CD 练习5：可逆反应： 的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是（ ） 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) 三、化学平衡状态的判定 C 练习6：下列①→⑩的说法中可以证明 已达平衡状态的是_____；在⑥→⑩的说法中能说明 已达平衡状态的是____。 ①单位时间内生成n molH2的同时生成n mol HI ②一个H-H 键断裂的同时，有两个H-I键断裂 ③百分组成：W(HI)=W(I2) ④容器内HI(g)、H2 (g) 、I2 (g)共存 ⑤c(HI): c(H2): c(I2)=2:1:1 ⑥温度和体积一定时，容器内压强不再变化 ⑦温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化 ⑧条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化 ⑨温度和压强一定时，混合气体的颜色不再发生变化 ⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化 ②⑦⑨ ⑥⑦⑧⑨⑩ 四、化学反应条件的控制（P47(2)） 通常控制反应的条件可从浓度、温度、压强、催化剂、光照等方面考虑，使选择的条件既可提高化学反应速率又可提高化学反应的限度。 四、化学反应条件的控制 资料1：达到平衡时平衡混合物中NH3的含量（体积分数） 压强增大，氨的含量增大 温度升高，氨的含量降低 四、化学反应条件的控制 资料2： 工业合成氨条件的控制 压强越大，氨的产率越高。而压强越大，对动力和生产设备的要求也越高，采用的压强通常为10MPa~30MPa。 温度较低时，氨的产率较高；但温度低，反应速率小，需要很长时间才能达到化学平衡，生产成本高，通常选择在400~500℃下进行。 10~30MPa 合成氨的适宜条件 400~500℃ 铁触媒 1、粉碎； 2、空气量； 3、炉膛保温； 4、废气的热利用； 四、化学反应条件的控制 如何提高燃料的燃烧效率？ 科学史话（P48(2)） 30 $