2.2.1 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

该高中化学课件聚焦化学平衡状态，通过合成氨工业生产问题导入，衔接化学反应速率与反应限度，借助可逆反应数据表格、速率变化分析等学习支架，帮助学生构建化学平衡概念。 其亮点在于运用“变量不变”思维建模，结合科学思维中的证据推理与模型建构，通过不同反应中压强、密度等变量判断实例辨析，深化对平衡标志的理解。对学生培养分析能力，对教师提供系统教学资源，提升教学效率。

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平衡 1 原料 产品 更快 更多 ——化学反应速率 ——化学反应进行的限度 （即化学平衡） 问题导入 2NH3 N2 + 3H2 催化剂 高温、高压 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 在合成氨的工业化生产中，从化学角度，可以通过哪些因素来提高生产效益呢？ 如何加快化学反应速率，如何提高化学反应限度 阅读思考 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： 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 合成氨反应有限度，原料无法转化完全； 生产中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。 任何可逆反应在一定条件下都存在反应的限度。 可逆反应 可逆反应 1、概念 在相同条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应。 2、表示 方程式而用“ ”连接，而不用 “ = ” 3、特点 N2 + 3H2 2NH3 催化剂 高温高压 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 可逆反应 常见的可逆反应 NH3 +H2O NH3 ·H2O SO2 +H2O H2SO3 CO2+H2O H2CO3 H2+I2 2HI 加热 2NO2 N2O4 Cl2 + H2O HCl+HClO 2SO2+O2 2SO3 催化剂 高温 N2+3H2 2NH3 催化剂 高温高压 SO2与O2的催化氧化 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 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 合成氨反应有限度，原料无法完全转化。 还需考虑尽可能多地将原料转化为产品。 结合该反应的各物质浓度随时间变化，分析该条件下合成氨的v正、 v逆及反应限度 反应速率 化学平衡状态 正向： N2 + 3H2 ⇌2NH3 H2 N2 NH3 浓度 时间(t) 反应开始 c(反应物)最大，v正最大 c(生成物)=0， v逆为0 反应过程 c(反应物)逐渐减小，v正逐渐减小 c(生成物)逐渐增大，v逆逐渐增大 达到平衡 v正=v逆 各组分c均不再改变 v(正) v(逆) t1 t1 (1)建立 思考 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。 思考2：若反应为NH3的分解，你能否绘制出对应的c-t图像和v-t图像？ 化学平衡状态 逆向：2NH3 ⇌N2 + 3H2 NH3 N2 H2 浓度 时间(t) v(正) v(逆) 反应速率 NH3的浓度逐渐 ，而N2和H2的浓度逐渐 ，到达t2时刻 时，N2、H2、NH3的浓度均 ，即反应达到了 。 减小 增大 不再改变 化学平衡状态 化学平衡状态 v(逆) v(正)=v(逆) 时间 速率 v(正) 0 时间 浓度 0 N2 H2 标志 本质 NH3 (1) 定义： 在一定条件下可逆反应中，当正、逆反应速率相等时，反应物的浓度和生成物的浓度都不在改变。 化学平衡状态是可逆反应在一定条件下能达到的或完成的最大“限度”。 化学平衡状态 (2) 特征： 可逆反应 正、逆速率相等 v正= v逆（同种物质） 动态平衡 v正 = v逆 ≠ 0 各物质浓度固定 外界条件改变时，平衡状态也随之改变 (3) 标志（判断方法） ： 直 接 正逆速率相等 或 各物质浓度不变 速率相等 浓度不变 同种物质 v正(A) = v逆(A) 不同物质v正 (A) : v逆(B) = 化学计量数之比 方法：先看正逆；再看比例 各组分的浓度等保持不变。 化学平衡状态 【例1】 ，判断下列描述的反应状态是否达到平衡。 N2 + 3H2 2NH3 ①、3 v (N2)＝ v (H2) ( ) 没有表达清楚正/逆 × ②、2 v正(N2) ＝ v 逆(NH3) ( ) ①、标示正/逆；②、速率比例关系正确 √ ③、消耗 1 mol N2的同时，生成 2 mol NH3 ( ) 正向 正向 × ④、1 mol H-H键断裂的同时，2molN-H键断裂 ( ) 消耗1mol H2→正向 消耗2/3mol NH3→逆向 ①、有正有逆；②、比例正确 √ ⑤、单位时间内消耗的N2量是消耗NH3量的两倍 ( ) 正向 逆向 比例不正确，无法表示正逆速率相等 × ⑥、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 ( ) 速率之比始终等于方程系数比，无法用于判断平衡 × 思维建模：同种物质反向相等，不同物质反向成比例。 A(g)＋2B(g) 3C(g) c(A)∶c(B)∶c(C)＝1∶2∶3时，能否说明该反应已达化学平衡状态？ 不能，该比值未能体现出变量不变 化学平衡状态 (3) 标志（判断方法） ： 间 接： “变量”不变 重点：一个量随反应一直变，突然不变，则平衡 （各气体的体积、体系的密度、质量、平均相对分子质量r 、百分含量、温度、颜色、压强、转化率……） 常用公式： φ(B) ＝ nB n总 M＝ m n ρ＝ m V 物质的量分数 密度 摩尔质量 相对分子质量 P V ＝ n R T 化学平衡状态的判断依据 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。 化学平衡状态 (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) “变量不变” C(s)＋CO2(g) ⇌2CO(g) 思维建模：变量不变 ，即平衡 化学平衡状态 【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) 化学平衡状态的判断依据 【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)________。 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 化学平衡状态 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) “变量不变” 情况二 气体体积分数/物质的量分数 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 化学平衡状态 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 “变量不变” 情况三 气体平均相对分子质量 M＝ m总 n总 变量 定量 左=右：_____________ n总为定量 变量 2A(g)＋B(s) 2C(g) 在一定温度下的 恒容 容器中，判断下列反应M(平均)不变时描述状态不变时反应是否达到平衡。 H2(g)＋I2(g) 2HI(g) M＝ m总 n总 定量 定量 定量 左＝右：_____________ n总为定量 NH2COONH4(s) 2NH3(g) + CO2(g) 2 3 1 3 M＝ ×17＋ ×44 2 3 1 3 定量 化学平衡状态 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) “变量不变” 情况三 气体平均相对分子质量 化学平衡状态 ρ＝ m总 V 定量 定量 定量 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) “变量不变” 情况四 气体密度 恒温 恒容 密闭容器，ρ不变时，判断反应是否达到平衡？ ρ＝ m总 V 定量 变量 变量 Ni(s) + 4CO(g) Ni(CO)4(g) ρ(g)＝ m(g , 总) V 看清状态 看系数 恒容时，不用考虑系数 恒温 恒压 密闭容器，ρ不变时，判断反应是否达到平衡？ 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ρ＝ m总 V 变量 定量 变量 化学平衡状态的判断依据 【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)________。 恒压 化学平衡状态 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 “变量不变” 情况五 其他条件 小练 1.在恒温恒容的密闭容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强，②混合气体的密度，③混合气体的总物质的量，④混合气体的平均相对分子质量，⑤混合气体的颜色，⑥各反应物或生成物的反应速率之比都等于化学计量数之比。 (1)一定能证明2SO2(g)＋O2(g) ⇌ 2SO3(g)达到平衡状态的是________(填序号，下同)。 (2)一定能证明I2(g)＋H2(g) ⇌ 2HI(g)达到平衡状态的是_____。 (3)一定能证明A(s)＋2B(g) ⇌ C(g)＋D(g)达到平衡状态的是______。 ①③④ 平衡状态的判断依据，变量不变 不等物质的量反应；均为无色气体 注意反应前后气体的物质的量变化 气体的总质量和体积比值 气体的总质量和总物质的量比值 气体是否有色及有色气体浓度 该比值为恒量 等物质的量反应；碘为有色气体 ⑤ 注意A为固体， 反应前后气体的物质的量不变 ②④ 2.判断下列物理量不再变化是否一定达到平衡状态，达到平衡状态的打“√”，不是平衡状态的打“×”。 (1)CaCO3(s) ⇌ CO2(g)＋CaO(s)恒温、恒容下，反应体系中气体的密度保持不变 (　　) (2)3H2(g)＋N2(g) ⇌ 2NH3(g)反应体系中H2与N2的物质的量之比保持3∶1 (　　) (3)密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下，氨基甲酸铵达到分解平衡：H2NCOONH4(s) ⇌ 2NH3(g)＋CO2(g)， ①NH3(g)的体积分数保持不变(　　) ②气体的平均相对分子质量保持不变(　　) (4)一定温度下某容积不变的密闭容器中，可逆反应C(s)＋H2O(g) ⇌ CO(g)＋H2(g)中气体的平均相对分子质量保持不变(　　) 小练 √ × × × √ 气体m为变量，V为恒量 不能判断为平衡状态 固体 气体 一直不变 固体 气体m、n均为变量 总结：化学平衡状态的判断 直接标志 间接标志 ν (正) = ν (逆) ≠0 变量不变 同一物质: ν生成(A) = ν消耗(A) 不同物质： v正(A) : v逆(B) = 化学计量数之比 各物质的 m 、n 或 c 不变 各物质的百分含量不变 (物质的量分数、质量分数、体积分数等 pV＝nRT 看系数 看状态 恒压 恒容→m总 P 看系数 判断 $