2.2.1 化学平衡状态的建立 课件(共19张PPT)-高二化学人教版选择性必修1课件

(共19张PPT)
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
化学平衡状态的建立
教 学 目 标
核 心 素 养
1．了解化学反应的可逆性，理解可逆反应的特征。
2．从可逆反应化学平衡状态的建立过程，结合图像理解化学平衡是一种动态平衡。
熟知化学平衡状态的特征，建立化学平衡状态判断方 法的思维模型，培养学生证据推理与模型认知的化学核心素养。
你知道吗？
高炉炼铁的主要反应：
从炼铁炉口排出的尾气中含有一定量的CO。
100多年前，人们认为是由于CO和铁矿石接
触时间不够，曾耗费巨资改建高炉，以延长
反应物接触时间，结果尾气中的CO含量没有
减少，你知道这是什么原因吗？如何改进？
Fe2O3+3CO ==== 2Fe+3CO2
高温
反应可逆
一、可逆反应
1．概念
双同性：正逆反应在相同的条件下，同时进行
NH3＋H2O
NH3·H2O
＋OH－
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。
双向性：可逆反应分为方向相反的两个方向，正反应方向和逆反应方向
共存性：反应物转化率小于100%，反应物与生成物共存
2．特征
例1．可逆反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，充入由18O组成的氧气一段时间后，18O存在下列物质中的 ( )
A．多余的氧气中
B．生成的三氧化硫中
C．氧气和二氧化硫中
D．二氧化硫、氧气和三氧化硫中
理解应用
解析　 18O2的加入定会与SO2结合生成含18O的SO3，同时含有18O的SO3又会分解得到SO2和O2，使得SO2和O2中也含有18O，因此18O存在于SO2、O2、SO3这三种物质中。
D
科学· 技术· 社会
工业合成氨
氨气在国民经济中占有重要地位，
随着人类社会的发展，对氨的需求量日益增长。
如何提高生产效率呢？只要尽力提高化学反应速率生产效率就一定高吗？
2NH3
N2 + 3H2
催化剂
高温、高压
理解应用
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
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：
★合成氨反应有限度，原料无法转化完全
★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
二、化学平衡的建立
合成氨反应中有关物质的浓度随时间变化示意图
2NH3
N2 + 3H2
催化剂
高温、高压
任何可逆反应在一定条件下都存在反应的限度。达到限度时，反应就停止了吗？
正向： N2 + 3H2 2NH3
逆向：2NH3 N2 + 3H2
理解应用
该可逆反应中包含两个反应，两个反应同时发生
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。
v正
v逆
v正= v逆
反应时间
反应速率
化学平衡
t0
≠0
正向： N2 + 3H2 2NH3
逆向：2NH3 N2 + 3H2
三、化学平衡的特征
正反应速率
逆反应速率
相等
时间
速率
逆
等
动
定
变
——研究对象为可逆反应
——v正= v逆≠0
——正逆反应速率相等
——平衡混合物中，各组分的百分含量保持一定
——外界条件改变，化学平衡状态可能发生改变
理解应用
例2．可逆反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)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)
C
解析　可逆反应达到化学平衡状态的主要特征之一是v正＝v逆，
A．3v正(N2)＝v正(H2)，均为v正，并未体现v正＝v逆的关系，错误；
在N2与H2合成NH3的反应中，v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2，转化成反应体系中同一物质速率考虑。
B．v逆(NH3)=2v逆(N2)， v正(N2) ≠ v逆(N2)，未平衡；
C．3v逆(NH3) =2v逆(H2) ， 2 v正(H2) =2v逆(H2)，已达平衡；
D．3v逆(H2)=9v逆(N2)，v正(N2) ≠ v逆(N2)，未平衡。
四、化学平衡状态的判定
判断方法：反应中“变化的量”“不变”时，即达到化学平衡状态
v正
v逆
v正= v逆≠0
t
v
等
动
定
——v正= v逆≠0
——正逆反应速率相等
——平衡混合物中，各组分的百分含量保持一定
可以判断反应已达到化学平衡状态的是_______。
理解应用
BC
例3．一定温度下，在容积不变的密闭容器中进行合成氨反应，
A．单位时间内消耗 a mol N2，同时生成 2a mol NH3
B．H2的消耗速率等于N2生成速率的3倍 C．容器内的压强不再变化
D．混合气体的总质量不再变化 E．混合气体的密度不再变化
v正(N2)
v正(NH3)
v正(H2)
v逆(N2)
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)，
解析　判断方法“变量不变”。
A、B．变量是速率， v正＝v逆达平衡，A中均为v正无法判断；
v正(H2)=3v逆(N2)， ∵ 3v逆(N2)=v逆(H2 )，∴B平衡；
C．变量是压强，正反应方向压强减小，当压强不变证明已达平衡；
D．体系中反应物、生成物均为气体，总质量为定量，无法判断；
E．ρ容器体积不变，则混合气体体积不变，且气体质量也不变， ρ为定值，无法判断。
随堂练习
1．在固定容积的密闭容器中进行如下反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3浓度分别为0.2 mol/L、0.1 mol/L、0.2 mol/L，达到平衡时浓度可能是 ( )
A．SO2、O2分别为0.4 mol/L 、0.2 mol/L B．SO2为0.25 mol/L
C．SO2为0.24 mol/L ，SO3为0.14 mol/L D．SO2、SO3均为0.15 mol/L
解析　用极限法。可逆反应不可能进行到底，假设反应由正反应或逆反应开始建立。
A．0.2 mol/L SO3全部转化时，SO2和O2浓度才是0.4 mol/L 、0.2 mol/L ；
B．SO2的浓度应在0～0.4 mol/L之间；
根据S元素守恒，SO2和SO3浓度之和应为0.4 mol/L ，C、D两项均错误。
B
2．一定温度下，反应N2O4(g) 2NO2(g)的焓变为ΔH。现将1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是(　　)
A．①② B．②④ C．③④ D．①④
D
随堂练习
解析　判断方法“变量不变”。
① ρ
②焓变为ΔH为定量；
③通过v正＝v逆才能判断，③中只有v正，无法判断；
④浓度是变量，不变证明已达平衡。
本节内容结束