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

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 合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，极大地缓解了全球范围内粮食紧缺所引发的温饱难题，原理如下： 2NH3 N2 + 3H2 催化剂 高温、高压 新课导入 化工生产中，我们需要考虑哪些因素呢？ 工业生产中的两个关键 ①快出产品： ②多出产品： 反应速率 反应的限度即化学平衡 任务一：化学平衡状态的建立 很多化学反应是可逆的。如在一定条件下容积不变的密闭容器中发生反应： 2NH3 N2 + 3H2 催化剂 高温、高压 时间(min) 0 10 20 30 40 50 60 c(N2) 5 4 3 2 1.2 1 1 c(H2) 15 12 9 6 3.6 3 3 c(NH3) 0 2 4 6 7.6 8 8 任务一：化学平衡状态的建立 反应开始 c反最大，v正最大 c生为0， v逆为0 反应过程 c反逐渐减小，v正逐渐减小 c生逐渐增大，v逆逐渐增大 达到平衡 v正=v逆 各组分c均不再改变 反应从正向开始 v(逆) v(正) 反应速率 任务一：化学平衡状态的建立 若反应从逆向开始 任务二：化学平衡状态 1.概念： 在一定条件，可逆反应中，v正=v逆时，c反、c生 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。 达到反应最大程度，决定反应物在一定条件下的最大转化率。 前提 本质 标志 (1) 逆 研究对象是可逆反应 (前提) (2) 等 v正 = v逆 ≠ 0 (本质) (3) 动 动态平衡 (4) 定 各组分的量保持不变 (标志) (5) 变 外界条件改变，化学平衡就会被破坏，在新的条件下建立新的化学平衡。 双向性 双同性 共存性 量: 质量、物质的量、体积、物质的量浓度等 任务二：化学平衡状态 2.特征： 如何判断一个可逆反应达到了化学平衡状态？ 任务三：化学平衡状态的判断 “等” “定” 方法 v正 = v逆 变量不变 1.“等” 同种物质：v正 = v逆 不同物质：有正有逆成系数比 1.能说明N2＋3H2 2NH3 为平衡状态的是 （1）3v(N2)＝v(H2) （2）2v正(N2) ＝ v逆(NH3) （3）单位时间消耗 1 mol N2的同时生成2 mol NH3 （4）单位时间断裂1mol H—H 键的同时有2mol N—H 键断裂 （5）v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝ 1∶3∶2 （6）c(N2)∶c(H2)＝ 1∶3 典例精讲 × × × × √ √ 2.“定” 任务三：化学平衡状态的判断 ---变量不变即平衡 (1)mi、ni、ci、Vi（气）、αi、产率、颜色等不变时，一定平衡？ (2)P总、n总 不变时一定平衡？ 恒T恒V 2SO2(g)＋O2(g) 　2SO3(g) C(s)＋H2O(g) CO(g)+H2(g) H2(g)＋I2(g) 　 2HI(g) √ √ × √ 看 左？右 (PV ＝nRT ) (3)气体体积分数φ 不变时一定平衡？ 任务三：化学平衡状态的判断 看 φi ＝ ni n总 A(s) ⇌B(g) + C(g) A(g)+B(g) ⇌2C(g) √ × 注：固体分解锁比例 50%恒定 (4)混合气体平均摩尔质量 M 不变时一定平衡？ 看 M＝ m总 n总 看状态 看系数 2SO2(g)＋O2(g) 　 2SO3(g) 2HI(g) H2(g)＋I2(g) NH2COONH4(s) CO2(g)＋2NH3(g) √ 2A(g)+B(s) ⇌2C(g) √ × × M＝ ×17＋ ×44为定值 2 3 1 3 C(s)＋CO2(g)　　2CO(g) √ CO2变成CO，CO占比增大，M减小 任务三：化学平衡状态的判断 (5)混合气体密度 ρ 不变时一定平衡？ ρ＝ m总 V总 看 2SO2(g)＋O2(g) 　 2SO3(g) C(s)＋CO2(g)　　2CO(g) 恒T恒V √ × 2HI(g) H2(g)＋I2(g) × (6)温度T 不变时一定平衡？ 绝热体系 恒温体系 × √ 恒T恒P 2SO2(g)＋O2(g) 　 2SO3(g) 体积V总（看系数）在减小 √ 恒容不变 恒压看系数 看状态 3.在一密闭容器中进行反应：2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g)，已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol/L、0.1 mol/L、0.2 mol/L，当反应达到平衡时，可能存在的数据是(　　) A．SO2为0.4 mol·L－1，O2为0.2 mol·L－1 B．SO2为0.25 mol·L－1 C．SO2、SO3均为0.15 mol·L－1 D．SO3为0.4 mol·L－1 B 典例精讲 极值法 2.14CO2与碳在高温条件下发生反应：14CO2+C⇌2CO，达到化学平衡后，平衡混合物中含14C的粒子有 A.14CO2 B.14CO2、14CO C.14CO2、14CO、14C D.14CO C 4.在恒容密闭容器中，可以作为2NO2(g)⥫⥬2NO(g)+O2(g)达到平衡状态的标志的是　　　 (填序号)。 ①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2 ②混合气体的颜色不再改变 ③混合气体的密度不再改变 ④混合气体的平均相对分子质量不再改变 ⑤混合气体中NO与O2的物质的量之比保持恒定 ①②④ 典例精讲 5.(2026·天津南开中学期中)某反应2X(g)+Y(g)⥫⥬3Z(g)+M(s)　ΔH=-a kJ· mol-1(a>0)，在与外界隔热且容积不变的密闭容器中进行时，下列关于平衡的相关说法不正确的是 A.达到平衡时，反应放出的总热量可能为a kJ B.当容器内气体的物质的量分数n(X)%∶n(Y)%不变时，则反应一定达到 　平衡状态 C.当容器内气体的密度不再变化时，则反应达到平衡状态 D.当容器内压强不再变化时，则反应达到平衡状态 B 典例精讲 6.(2026·石家庄第三十八中学期中)一定温度下，在容积不变的密闭容器中进行如下可逆反应：SiF4(g)+2H2O(g)⥫⥬SiO2(s)+4HF(g)，下列不能表明该反应达到化学平衡状态的是 A.SiF4的体积分数不再变化 B.容器内气体压强不再变化 C.4 mol H—O断裂的同时，有2 mol H—F断裂 D.混合气体的密度不再变化 典例精讲 C 7.向容积为1 L的密闭容器中通入一定量N2O4和NO2的混合气体，发生反应：N2O4(g)⥫⥬2NO2(g)　ΔH>0。体系中各物质浓度随时间的变化如图所示。 下列有关说法正确的是 A.64 s时，反应达到化学平衡状态 B.达到化学平衡前，混合气体的颜色逐渐变深 C.容器中气体的总物质的量浓度最多为2.6 mol·L-1 D.若该容器与外界无热传递，则反应达到平衡前， 　容器内气体的温度逐渐升高 典例精讲 B 由题图可知，64 s后NO2和N2O4的浓度依然发生改变，说明64 s时正、逆反应速率不相等，反应未达到化学平衡状态，A错误； NO2为红棕色气体，N2O4为无色气体，由题图可看出，随着反应的进行，NO2的浓度不断增大直至达到化学平衡状态，则达到化学平衡前，混合气体的颜色逐渐变深，B正确； 可逆反应不能进行到底，根据题图信息，当达到平衡时，容器中气体的总物质的量浓度最多，为1.8 mol·L-1，C错误； 该反应正反应为吸热反应，若容器与外界无热传递，则反应达到平衡前容器内气体的温度逐渐降低，D错误。 典例精讲 8.(2026·陕西宝鸡高二上期中)我国科学家研发出一种乙醇(沸点78.5 ℃)绿色制氢新途径，并实现高附加值乙酸(沸点118 ℃)的生产，反应为C2H5OH(g)+H2O(g)⥫⥬2H2(g)+CH3COOH(g)。一定条件下，在恒容密闭容器中发生该反应，下列说法正确的是 A.升高温度，v正增大，v逆减小 B.向容器中通入氦气，v正、v逆均减小 C.当v正(H2O)=2v逆(H2)时，该反应达到平衡状态 D.当混合气体的平均摩尔质量不变时，该反应达到平衡状态 D 典例精讲 9.(2026·济南高二上期中)在氧化炉中NH3催化氧化生成NO，反应为4NH3(g)+5O2(g)⥫⥬4NO(g)+ 6H2O(g)。某温度下，在2 L恒容密闭容器中充入4 mol NH3和5 mol O2发生该反应，NH3的转化率随时间的变化关系如图。 (1)A点v正(NH3)　　　(填“>”“<”或“=”)v逆(NH3)。  > 由图可知，A点后，氨气的转化率仍在增大，说明反应向正反应方向进行，即A点v正(NH3)>v逆(NH3)。 典例精讲 (2)0~5 min内O2的平均反应速率v(O2)= 　　　 mol·L-1·min-1。  0.25 0~5 min内氨气的转化率为50%，则消耗氨气的物质的量为4 mol×50%=2 mol，此时消耗氧气的物质的量为2.5 mol，该时间段内O2的平均反应速率v(O2)==0.25 mol·L-1·min-1。 典例精讲 (3)下列措施能加快反应速率的是　 　(填字母， 下同)。  A.升高温度 B.将容器的体积减小一半 C.保持容器容积不变，充入He增大压强 D.不断将H2O(g)从体系中分离出来 AB 典例精讲 升高温度，反应速率加快，A符合题意； 将容器的体积减小一半，浓度增大，反应速率加快，B符合题意； 保持容器容积不变，充入He增大压强，但各物质浓度不变，故反应速率不变，C不符合题意； 不断将H2O(g)从体系中分离出来，H2O(g)的浓度减小，反应速率减慢，D不符合题意。 典例精讲 (4)下列选项能说明上述反应已达到平衡的是 　　　。  A.4v正(NH3)=5v逆(O2) B.单位时间内1 mol N—H断裂的同时有1 mol 　H—O断裂 C.c(NH3)∶c(O2)∶c(NO)∶c(H2O)=4∶5∶4∶6 D.容器内气体压强不再发生变化 BD 典例精讲 4v正(NH3)=5v逆(O2)时，正、逆反应速率不相等，反应未达到平衡，A不符合题意； 单位时间内1 mol N—H断裂的同时有1 mol H—O断裂时，正、逆反应速率相等，反应达到平衡，B符合题意； c(NH3)∶c(O2)∶c(NO)∶c(H2O)=4∶5∶4∶6时，反应不一定达到平衡，C不符合题意； 恒容条件下，反应前后物质的量变化，故容器内压强为变量，则容器内气体压强不再发生变化时，反应达到平衡，D符合题意。 典例精讲 典例精讲 10.恒温恒容，投入等物质的量的H2和CO,发生反应： 2H2+CO⥫⥬CH3OH φCO不变即平衡？ × φCO= nCO↓ n总↓ 要具体算！！定值1/2 $