2.2 化学平衡 第1课时（培优课件）化学人教版选择性必修1

该高中化学课件聚焦化学平衡状态与化学平衡常数，通过合成氨工业情境提问“提高反应速率是否一定提升生产效率”，衔接化学反应速率，引导学生从速率变化与浓度恒定理解平衡建立，搭建“概念-特征-判断”的学习支架。 其亮点在于以数据实证驱动概念建构，通过浓度变化表格分析平衡建立过程，结合典例（如CO与H₂O反应的三段式计算）渗透证据推理与模型认知，帮助学生形成动态平衡观念。教师可依托情境素材与分层例题，提升教学效率，学生能深化对反应限度的定量理解。

第二节 化学平衡 人教版必修第一册 高效培优系列 第二章 化学反应速率与化学平衡 第1课时 化学平衡状态 化学平衡常数 01 化学平衡常数 化学平衡状态 02 知识导航 目标立纲 1. 理解化学平衡状态的概念与本质特征，能依据多种判据判断可逆反应是否达到平衡。 2. 掌握化学平衡常数的概念与书写规则，能够进行平衡常数的基础列式与简单运算。 3. 认识平衡常数的化学意义，理清平衡常数的影响因素，区分平衡限度与转化率关系。 知识目标 1. 宏观辨识与微观探析：依托体系浓度宏观变化，微观视角理解化学平衡的动态本质。 2. 变化观念与平衡思想：建立可逆反应限度认知，形成条件改变平衡变化的科学观念。 3. 证据推理与模型认知：借助平衡状态、平衡常数分析，搭建平衡专题分析思维模型。 素养目标 情境启思 合成氨的实现是近代科学发展进程当中一项里程碑式的成果，极大地缓解了全球范围内粮食紧缺所引发的温饱难题，该生产过程对应的反应原理为： 2NH3 N2 + 3H2 催化剂 高温、高压 工业生产既要反应快，又要原料转化得多。大家思考一下：只要提高合成氨的反应速率，工厂生产效率就一定高吗？ 化学平衡状态 01 知识精研 一、化学平衡状态 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 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 可逆反应无法进行到底，那如果给予充足的时间，让 1 mol /L N2 和 3 mol/L H2 充分反应，其反应历程中速率是如何变化的？ 1.化学平衡状态的建立 知识精研 一、化学平衡状态 1.化学平衡状态的建立 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 时间 浓度 0 NH3 H2 N2 伴随反应不断推进，体系当中NH3的浓度逐步升高，N2与H2的浓度持续下降；当反应到达某一时间节点之后，三种物质的浓度便不再发生变化。 知识精研 一、化学平衡状态 1.化学平衡状态的建立 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 （1）开始时c(N2) 、c(H2)大， c(NH3) =0 v(正)最大，v(逆)=0 知识精研 一、化学平衡状态 1.化学平衡状态的建立 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 （2）瞬间后c(N2) 、c(H2 )变小 , c(NH3)≠0随着反应进行，正逆反应都进行，v正逐渐减小，v逆逐渐增大； 知识精研 一、化学平衡状态 1.化学平衡状态的建立 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 （3）c(N2) 、c(H2)逐渐变小，c(NH3)逐渐增大，三种物质的浓度达到一个特定值。某一时刻，各物质的浓度均不再改变，此时v逆＝v正，该反应达到平衡状态。 化学平衡状态 知识精研 一、化学平衡状态 2.化学平衡状态 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) 在特定的外界条件下，对于一个可逆的化学反应体系，当其正、逆两个方向的反应速率大小相等时，体系内所有反应物与生成物的浓度都将不再发生改变，反应体系的物质组成不再随时间发生变化，代表该可逆反应当中物质之间的转化已经到达反应限度，我们就将该反应所处的这种状态定义为化学平衡状态，简称为化学平衡。 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 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 知识精研 一、化学平衡状态 2.化学平衡状态 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 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 知识精研 一、化学平衡状态 3.化学平衡的基本特征 研究的对象是可逆反应 逆 等 v(正)＝v(逆) ≠0(本质) v(正)= v(逆) ≠0 化学平衡状态 动态 平衡 动 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 析典破难 【例1】下列说法正确的是（ ） A.合成氨反应中，如果N2过量，则可以使H2完全消耗 B.对于可逆反应，若加入反应物，则反应先向正反应方向进行，停止后再向逆反应 方向进行 C.化学平衡状态是一定条件下可逆反应进行到最大限度的结果 D.化学反应达到化学平衡状态时，反应混合物中各组分的浓度一定与化学方程式中 对应物质的化学计量数成比例 C 析典破难 【例2】已知：K3[Fe(CN)6]溶液是检验Fe2+的试剂，若溶液中存在Fe2+，将产生蓝色沉淀。将0.2 mol·L-1KI溶液和0.05 mol·L-1Fe2(SO4)3溶液等体积混合后，取混合液分别完成下列实验，能说明下列溶液中存在化学平衡“2Fe3+ + 2I- ⇌ 2Fe2+ + I2”的是 A 实验编号 实验操作 实验现象 ① 滴入KSCN溶液 溶液变红色 ② 滴入AgNO3溶液 有黄色沉淀生成 ③ 滴入K3[Fe(CN)6]溶液 有蓝色沉淀生成 ④ 滴入淀粉溶液 溶液变蓝色 A.① B.②和④ C.③和④ D.①和③ 析典破难 1. 可逆反应具有不完全进行的特点，无论一种反应物怎样过量，另一反应物都 不可能被彻底消耗，反应体系内反应物、生成物始终共存。 2. 可逆反应的正、逆反应始终同时进行，二者不存在先后顺序，加入反应物后 只是正反应速率初期大于逆反应速率，反应整体正向移动。 3. 化学平衡就是特定条件之下可逆反应能够达到的最大限度，达到平衡后各物 质浓度不再改变，但浓度之间没有必然的计量数比例关系。 4. 验证可逆反应是否存在平衡，需要证明反应物有剩余；仅检出生成物，只能 说明反应已经发生，无法证明反应达到了化学平衡状态。 方法总结 化学平衡常数 02 知识精研 二、化学平衡常数 1.化学平衡常数 在800°C时，容积不变的密闭容器中，反应体系CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)各物质的浓度如下表所示： 序号 起始时的浓度（×10⁻² mol·L⁻¹） 平衡时的浓度（×10⁻² mol·L⁻¹） 平衡时 c(H2)·c(CO2) c(H2O)·c(CO) c(CO) c(H2O) c(CO2) c(H2) c(CO) c(H2O) c(CO2) c(H2) 1 1 1 0 0 0.5 0.5 0.5 0.5 2 1 3 0 0 0.25 2.25 0.75 0.75 3 0.25 3 0.75 0.75 0.21 2.96 0.79 0.79 1 1 1 讨论1：结合表中数据填空，说说有何规律？ 为定值 c(H2)·c(CO2) c(H2O)·c(CO) 知识精研 二、化学平衡常数 1.化学平衡常数 在某温度下，反应体系H2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g)中各物质的浓度如下表所示： 序号 起始时的浓度（mol/L） 平衡时的浓度（mol/L） 平衡时 c²(HI) c(H2)·c(I2) H2 I2 HI H2 I2 HI 1 0.01 0.01 0 0.008 0.008 0.004 2 0.025 0.025 0 0.02 0.02 0.01 3 0 0 0.02 0.008 0.008 0.004 4 0 0 0.05 0.02 0.02 0.01 0.25 0.25 0.25 0.25 为定值 c²(HI) c(H2)·c(I2) 讨论2：平衡时 的值大小与起始浓度或平衡浓度有关吗？ 知识精研 二、化学平衡常数 1.化学平衡常数 序号 平衡时的浓度/( mol·L-1) 平衡时 c(H2) c(N2) c(NH3) 1 1.15 0.75 0.261 2 0.51 1.00 0.087 3 1.35 1.15 0.412 4 2.43 1.85 1.27 5 1.47 0.75 0.376 6.00×10－2 5.98×10－2 5.71×10－2 5.93×10－2 6.08×10－2 在500 ℃ 时，3H2(g) + N2(g) 2NH3(g)反应体系中各物质的浓度 该结论适用于其他可逆反应吗？ 在特定温度条件下，可逆反应建立化学平衡状态之后，将各生成物的平衡浓度以其化学计量数为幂进行乘方，再求所得各项的乘积；同理求取各反应物平衡浓度的对应幂乘积，二者的比值为定值，该定值即为化学平衡常数，记作K。 知识精研 二、化学平衡常数 1.化学平衡常数 对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，当该反应在一定温度下达到平衡时： K= ①平衡常数必须指明温度，反应必须达到平衡状态 ②在进行K值的计算时，纯固体、纯液体不作考虑，表达式中不需表达 ③H2O： 液态时，不能代入平衡常数表达式；气态时，需要代入平衡常数表达式 误区警戒 知识精研 二、化学平衡常数 2.浓度商 对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)， 在任意时刻的 ，称为 ，常用 表示，即 浓度商 Q 同一温度下： 是否平衡或平衡移动的方向，可用该时刻浓度商Q与K比较大小来判断 Q ＝ K ，处于化学平衡状态 Q ＜ K ，向正反应方向进行 Q ＞ K ，向逆反应方向进行 知识精研 二、化学平衡常数 3.化学平衡常数的意义 化学方程式 平衡常数 K F2+H2 === 2HF 6.5×1095 Cl2+H2 === 2HCl 2.57×1033 Br2+H2 === 2HBr 1.91×1019 I2+H2 ⇋ 2HI 8.67×102 （1）平衡常数K的数值越高，化学反应进行的限度就越大，达到平衡状态时反应物的转化程度也就越高。通常情况下，对于类型一致的可逆反应，K≥105，即可判定该反应大体进行完全。 （2）K的数值越小，则代表反应进行的限度越低，平衡体系当中反应物能够实现的转化率也就越小。一定温度条件下，平衡常数能够从定量角度表征一个可逆反应本身所具备的固有属性。 （3）平衡常数仅用来表征可逆反应进行的限度，与反应历经的时间、化学反应速率二者没有关联。也就是说，即便某一反应的平衡常数很大，该反应实际的反应速率依旧有可能处于较低水平。 知识精研 二、化学平衡常数 思考讨论 如果将反应的书写形式改变，会出现什么结果呢？ c(CO2) • c(H2) c(CO) • c(H2O) 是定值 H2(g)+I2(g) 2HI(g) CO(g)+H2O(g) CO2(g) + H2(g) H2(g) +I2(g) HI(g) + HI(g) 是定值？ c (HI) • c(HI) c(H2) • c(I2) 是定值？ c2 (HI) c(H2)• c(I2) 即 知识精研 二、化学平衡常数 4.影响化学平衡常数的因素 写出下表中各反应的平衡常数表达式： 2NO2(g)　　 N2O4(g) 3Fe(s)＋4H2O(g)　　Fe3O4(s)＋4H2(g) Br2＋H2O　　H＋＋Br－＋HBrO 不同的化学反应其化学平衡常数不同，是决定化学平衡常数的主要因素。 （1）内因 知识精研 二、化学平衡常数 4.影响化学平衡常数的因素 I2(g) + H2(g) 2HI(g) 在化学方程式一定的情况下，K只受温度影响。与压强、起始浓度、起始反方向均无关。 （2）外因 知识精研 二、化学平衡常数 5.化学平衡常数与化学方程式关系 2 K 1 ) H ( c ) N ( c ) NH ( c 2 3 2 3 2 = K 2 ) NH ( c ) H ( c ) N ( c 3 2 2 3 2 = K 3 ) H ( c ) N ( c ) NH ( c / / 2 2 3 2 2 1 3 = ①N2+3H2 2NH3 ②2NH3 N2+3H2 N2 + H2 NH3 1 3 2 ③ ②K1 = K32。即方程式系数变为原来的2倍，则平衡常数变为K2 ①K1= 1/K2。即正反应的平衡常数为“K”,则逆反应的平衡常数为1/K 写出下列平衡常数表达式，并思考，K1、K2、K3之间有何关系？ 不同的化学反应及化学方程式的书写形式是决定化学平衡常数的主要因素。 知识精研 二、化学平衡常数 5.化学平衡常数与化学方程式关系 K3与K1、K2之间的关系K3 = K1∙K2 C (s) + H2O (g) CO (g) + H2 (g) K1 CO (g) +H2O (g) CO2 (g) + H2 (g) K2 C (s) + CO2(g) 2CO(g) K3 K3与K1、K2之间的关系K3 = K1 K2 ③化学方程式如果相加(或减)，则平衡常数则为两方程式平衡常数的乘积(或商)。 2NO (g) + O2 (g) 2NO2 K1 2NO2 (g) N2O4 K2 2NO (g) +O2(g) N2O4 (g) K3 析典破难 【例3】将0.1 mol CO与0.1 mol H2O气体混合充入10 L密闭容器中，加热到800 ℃ ，充分反应达到平衡后，测得CO的浓度为0.005 mol·L-1 。(2)在上述温度下，CO的量不变，将气态H2O的投料改为0.3 mol，达到平衡时， CO的浓度为多少？CO的转化率为多少？ 起始浓度/(mol·L-1 ) 0.01 0.03 0 0 变化浓度/(mol·L-1 ) x 平衡浓度/(mol·L-1 ) 0.01－x 【解】依题意可知：起始时 c(CO) ＝ 0.01 mol·L-1 ，c(H2O) ＝ 0.03 mol·L-1 CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) x x x 设达到平衡状态时CO浓度的变化量为x mol·L-1 0.03－ x x x K ＝ ＝ c(CO2) • c(H2) c(CO) • c(H2O) ＝ 1 x2 (0.01−x)•(0.03−x） x ＝ 0.0075 (平衡常数只与温度有关) CO的转化率为： ＝75% × 100% 0.0075 mol·L-1 0.01 mol·L-1 析典破难 投料浓度不影响化学反应的平衡常数，改变投料浓度后，平衡时物质的转化率会改变 序号 起始浓度/(mol·L-1) 平衡时CO的转化率 CO(g) H2O(g) 1 0.01 0.01 50% 2 0.01 0.03 75% 【例3】将0.1 mol CO与0.1 mol H2O气体混合充入10 L密闭容器中，加热到800 ℃ ，充分反应达到平衡后，测得CO的浓度为0.005 mol·L-1 。(2)在上述温度下，CO的量不变，将气态H2O的投料改为0.3 mol，达到平衡时， CO的浓度为多少？CO的转化率为多少？ 析典破难 起始浓度/(mol·L-1 ) 0.01 0.0375 0 0 变化浓度/(mol·L-1 ) 0.0075 0.0075 0.0075 0.0075 某时刻浓度/(mol·L-1 ) 0.0025 0.03 0.0075 0.0075 【解】依题意可知：起始时 c(CO) ＝ 0.01 mol·L-1， c(H2O) ＝0.0375 mol·L-1，某时刻 c(CO) ＝ 0.0025 mol·L-1，减少了0.0075 mol·L-1 CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) K＝ ＝ ＝0.75 c(CO2) • c(H2) c(CO) • c(H2O) 0.0075 × 0.0075 0.0025 × 0.03 ＜ 1 此时不是化学平衡状态，反应在向正反应方向进行之中 【例3】将0.1 mol CO与0.1 mol H2O气体混合充入10 L密闭容器中，加热到800 ℃ ，充分反应达到平衡后，测得CO的浓度为0.005 mol·L-1 。(2)在上述温度下，CO的量不变，将气态H2O的投料改为0.3 mol，达到平衡时， CO的浓度为多少？CO的转化率为多少？ 析典破难 1. 平衡常数只受温度影响，温度恒定，改变反应物投料、浓度，平衡常数数值 保持不变，这是多组投料计算题的解题前提。 2. 三段式法是平衡计算的核心方法，依次书写起始、变化、平衡浓度，结合平 衡常数表达式列方程，求解未知数，进而计算转化率。 3. 增加一种反应物的起始投料量，能够提高另一反应物的平衡转化率，但是自 身的转化率反而下降，投料改变不会影响平衡常数。 4. 利用浓度商Q和平衡常数K的大小关系，可判断反应所处状态；`时反应正 向进行，Q＝K才代表体系已经达到化学平衡。 方法总结 知识融通 化学平衡状态 化学平衡常数 化学平衡状态 化学平衡常数 化学平衡状态的建立 化学平衡状态 化学平衡常数 影响化学平衡常数的因素 浓度商Q 化学平衡常数K 平衡常数的表达式与方程式的书写有关 化学平衡常数的意义 化学平衡常数的计算——三段式 内因：反应中物质的性质 外因：只与温度有关 能力跃迁 1.下列关于化学平衡常数的说法中正确的是（ ） A. 在任何条件下，化学平衡常数都是一个定值 B. 由化学平衡常数K可以推断一个可逆反应进行的限度 C. 化学平衡常数K与温度、反应物浓度、体系的压强都有关 D. 当改变反应物的浓度时，化学平衡常数一定会发生改变 B 能力跃迁 A 2.在一定条件下，有下列分子数之比相同的可逆反应，其平衡常数K值分别是①H2＋F2⇌2HF　K＝1047；②H2＋Cl2⇌2HCl　K＝1017；③H2＋Br2⇌2HBr　K＝109；④H2＋I2⇌2HI　K＝1。比较K值大小，可知各反应的正反应进行的程度由大到小的顺序是(　　) A．①②③④ B．④②③① C．①④③② D．无法确定 能力跃迁 D 3.一定温度下，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（ ） A B C D 能力跃迁 B 4.一定条件下，对于反应X(g)+3Y(g) ⇌ 2Z(g) 若起始时X、Y、Z的浓度分别为c1 mol·L-1、c2 mol·L-1、c3 mol·L-1(均不为零) 达平衡时X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1和0.08 mol·L-1 则下列判断错误的是（ ） A.c1:c2 = 1:3 B.平衡时，Y和Z的生成速率之比为2:3 C.平衡时消耗的X和Z的物质的量之比为1:2 D.c1的取值范围为0<c1<0.14 能力跃迁 5.在某温度下，将H2和I2各0.10mol的气态混合物充入10L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得C(H2)=0.0080mol/L. 　　(1)求该反应的平衡常数和转化率 　 解(1)根据题意有: K= C(HI)2 C(H2)C(I2) =0.25 H2 + I2 2HI C(始)/mol .L-1 ∆C/ mol .L-1 C(平)/mol .L-1 0.010 0.010 0 0.0020 0.0020 0.0040 0.0080 0.0080 0.0040 H2的转化率为20%，I2的转化率为20% 能力跃迁 5.在某温度下，将H2和I2各0.10mol的气态混合物充入10L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得C(H2)=0.0080mol/L. (2)在上述温度下，该容器中若通入H2和I2蒸汽各0.20mol. 试求达到化学平衡状态时各物质的浓度. 　 解(2)设H2的消耗浓度为x H2 + I2 2HI C(始)/mol .L-1 0.020 0.020 0 ∆C/ mol .L-1 X x 2x C(平)/mol .L-1 0.020-x 0.020-x 2x K= C(HI)2 C(H2)C(I2) =0.25 = (2x)2 (0.020-x)2 X=0.0040mol/L C(H2)=c(I2)=0.016mol/L C(HI)=0.0080mol/L 感谢观看 人教版必修第一册 高效培优系列 分层精准培优，助力全面提升 K＝ K＝ K＝ $