2.2.1化学平衡状态 课件（共24张ppt）化学人教版（2019）选择性必修1

(共24张PPT)
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
学习目标
1. 了解可逆反应与不可逆反应
2. 了解化学平衡状态的建立和特征
回顾我们所接触的各种反应：
Ag++Cl-===AgCl
2Na+2H2O === 2NaOH+H2↑
2Mg+O2====2MgO
点燃
对于这些不可逆反应，我们在进行化学计算时，从未关心过反应能否进行彻底的问题，即限度问题，各种反应物之间是一种“同归于尽”或者“你死我活”的关系。它们不存在限度，即反应能进行彻底。
新课导入
那么可逆反应呢？它们就有限度，即反应不能进行彻底。比如某种固体在水中的溶解就存在限度。
一大块糖
放入水中
一段时间后
溶液浓度、糖块质量
保持不变。
达到溶解限度，
形成饱和溶液。
但是经过仔细的长时间观察发现：饱和溶液并不是一个静止的系统，未溶解的那一部分固体，其质量虽然不变，但是他的外形却在变化，小晶体会长大，有的棱角会消失。
固体溶质 溶液中的溶质
结晶
溶解
其实，从最初糖块进入水中开始，这两个过程就一直同时存在。
思考：既然“固体溶解”和“溶液结晶” 这两个过程一直存在，为什么在起初，我们只看到了其中之一的“固体溶解”；而在溶液饱和后，一个也看不到了。
时间t
速率v
0
t1
溶解速率
结晶速率
可逆过程虽然永远有两个相反的方向，但是因为二者速率不等，我们永远只能观察到那个速率相对较大的过程，而当二者速率相等时，我们在宏观上将看不到任何变化。就像如图水池中的水位变化一样。
达到饱和
进水口
出水口
一. 可逆反应与不可逆反应
1. 可逆反应的定义：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。
NH3＋H2O
NH3·H2O
NH4＋＋OH－
注意：可逆反应总是不能进行到底，反应物的转化率不能达到100%
得到的总是反应物与生成物的混合物（反应混合物）
2. 可逆反应的特征：双向性、同时性、共存性
例1．一定条件下，可逆反应：X(g)＋3Y(g) 2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为c1 mol·L－1、c2 mol·L－1、c3 mol·L－1(均不为零)，反应达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.08 mol·L－1。则下列判断不正确的是 (　　)
A．c1∶c2＝1∶3
B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为3∶2
C．X、Y的转化率不相等
D．c1的取值范围为0C
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
只有可逆反应才有限度，才有化学平衡，那么什么是化学平衡呢？
3．常见的可逆反应
在 1 L的容积的密闭容器里，加 1mol CO和 1mol H2O (g) ，能发生什么反应？
CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2 (g)
开始阶段有什么特征？
瞬间过后有什么特征？
以CO与H2O(g)的反应为例来研究化学平衡建立的过程。
开始时c(CO) 、c(H2O)最大，c(CO2) 、c(H2)=0
随着反应的进行， c(CO) 、c(H2O)逐渐减小
c(CO2) 、c(H2)逐渐增大
(1)开始时，v正 v逆= 。
(2)随着反应的进行，v正 ； v逆 。
最大
0
减小
增大
以CO为例，v正为CO的消耗速率；v逆为CO的生成速率
反应进行到一定程度，到了某一时刻，CO的浓度不再改变，v正= v逆≠0 。
其它物质也一样，浓度保持不变，正逆反应速率相等
这种状态就是-----化学平衡状态
时间t
浓度 c
0
t1
H2
NH3
N2
1、化学平衡：在一定条件下的可逆反应，当正反应速率和逆反应速率相等时，各组分的浓度保持不变（不能理解为相等或成一定比例），这种状态称为化学平衡状态，简称化学平衡。
强调三点
前提条件：可逆反应
实质：正反应速率=逆反应速率
标志：反应混合物中各组分的浓度保持不变
二、化学平衡
2. 化学平衡状态的特征
动态平衡（ v(正)≠0，v(逆)≠0 ）
反应混合物中各组分的浓度保持不变，各组分的含量一定。
条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡。
(2)动：
(3)等：
(4)定：
(5)变：
v(正)= v(逆)
(1)逆：
正逆反应仍在进行
即等效平衡,稍后讨论
【例1】 在一定温度下，可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g)达到平衡的标志是( 　 )
A. C的生成速率与 C分解的速率相等
B. 单位时间生成n mol A，同时生成3n mol B
C. 单位时间生成B的速率,与生成C的速率相等（数值）
D. 单位时间生成n mol A，同时生成2n mol C
AD
怎样理解v(正)= v(逆)？
v正、v逆是指同一化学反应中的同一种物质的消耗或生成，若给出不同物质的数值时，按方程式计量数转换成同一物质进行比较。
3. 判断可逆反应达到平衡状态的标志
可逆反应达到化学平衡状态时有两个主要的特征：
一是正反应速率和逆反应速率相等；
二是反应混合物中各组分的百分含量保持不变。
这两个特征就是判断可逆反应是否达到化学平衡状态的核心性依据
正逆相等 ； 变量不变
(1)正逆相等
N2+3H2 2NH3
b．用不同物质，正逆反应速率之比=化学计量数之比
a．用同一物质，v消= v生(消耗速率等于生成速率)
如：v正(N2)=v逆(N2)
如：单位时间内生成a mol N2，同时消耗a mol N2
如：单位时间内断裂1 mol N N键，同时形成1 mol N N键
如：单位时间内，消耗3 mol H2，同时消耗2 mol NH3
如：单位时间内，消耗1 mol N2，同时生成3 mol H2
如：单位时间内，消耗1 mol N2，同时消耗3 mol H2
如：单位时间内，消耗1 mol N2，同时生成2 mol NH3
如：单位时间内断裂1 mol N N键，同时形成3 mol H-H键
例2．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)
N2+3H2 2NH3
C
①A的消耗速率与A的生成速率—————。
②A的消耗速率与C的 速率之比等于 。
③B的生成速率与C的 速率之比等于 。
④A的生成速率与B的 速率之比等于 。
相等
消耗
m∶p
生成
n∶p
消耗
m∶n
例3．反应mA(g)+nB (g) pC(g) ，达到平衡的标志为：
mB、nB、cB、质量分数wB、转化率αB、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。
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：
第一类
第二类
请大家试着分析此反应中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，
(2)变量不变
A(s) B(g)+C(g)
时间 B的物质的量 C的物质的量
起始 0 0
1 min 0.2 0.2
2 min 0.3 0.3
3 min 0.4 0.4
………… 我们发现：从反应开始起， φB=1/2 、φC =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
思考：A(s)===2B(g)+C(g)，分析此反应中，气体体积分数的变化
A(g)+B(g) C(g) 时间 nA nB nC n总
A(g)+B(g) 2C(g) 时间 nA nB nC n总
思考：我们已经知道反应前后，所有物质的总质量是不会变的，即质量守恒。那么总物质的量呢？也不变吗？
起始
1
1
0
2
1 min
0.8
0.8
0.4
2
2 min
0.7
0.7
0.6
2
3 min
0.65
0.65
0.7
2
4 min
0.6
0.6
0.8
2
5 min
0.6
0.6
0.8
2
…………
保持不变
你有什么发现？
起始
1
1
0
2.00
1 min
0.8
0.8
0.2
1.80
2 min
0.7
0.7
0.3
1.70
3 min
0.65
0.65
0.35
1.65
4 min
0.6
0.6
0.4
1.60
5 min
0.6
0.6
0.4
1.60
逐渐减小
…………
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n
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
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(g)+B(g) ===C(g)
mA + mB ＝ mC
恒容时，凡是有固体参与的反应，其气体密度都会变。
对于反应：A(s)+B(g) ===C(g)
mA + mB ≠ mC
第五类
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
思考：A(s) === B(g)+C(g)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？
混合气体的平均摩尔质量M，不再变化时，要具体分析：
例．在一定温度下的恒容容器中，当下列物理量不再发生变化时，表明反应：A(s)+3B(g) 2C(g)+D(g)已达平衡状态的是（其中只有B气体有颜色）( )
A．混合气体的压强
B．混合气体的密度
C．气体的平均分子量
D．气体的颜色
BCD