2.2 课时1 化学平衡状态 课件(共22张PPT) 2023-2024学年高二化学人教版（2019）选择性必修1

(共22张PPT)
第二节 化学平衡 课时1
第二章 化学反应速率与化学平衡
1．认识化学反应的可逆性,了解可逆反应的特点。
2．通过化学平衡状态的建立过程，知道化学平衡是特征，理解并会判断化学平衡状态的标志。
然而，令人吃惊的是，高炉增高后，高炉尾气中的一氧化碳的比例竟然没有改变。这成了炼铁技术中的科学悬念。有关人士一直在探究其中的原因，直到19世纪下半叶，法国科学家勒夏特列经过深入的研究，才将这一谜底揭开。
你知道这是为什么吗？
炼制1吨生铁所需焦炭的实际用量，远高于按照化学方程式计算所需的量，且从高炉炉顶出来的气体中含有没有利用的一氧化碳气体。开始，炼铁工程师们认为是一氧化碳与铁矿石接触不充分之故，于是设法增加高炉的高度。
一、可逆反应
2.可逆反应表示方法
采用“ ”表示,把从左向右的反应称作正反应,从右向左的反应称作逆反应。例如:SO2与H2O反应可表示为SO2+H2O H2SO3。
1.可逆反应
在相同条件下,既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的化学反应。
3. 可逆反应的特点：
(1)相同条件，同时进行
(2)不能完全转化（即反应物与生成物共存）
(3)能量转化类型相反，若正反应放热,则逆反应吸热。
练一练
1.已知反应2H2+O2 2H2O与2H2O 2H2↑+O2↑的反应物和生成物正好互换,这2个反应是可逆反应吗
提示:这两个反应不是可逆反应,因为可逆反应指在同一条件下既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应,这两个反应不是同一条件下发生的反应,因此不是可逆反应。
2. 已知热化学方程式SO2(g)+O2(g)SO3(g)　ΔH=―98.32 kJ·mol-1,在密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2充分反应,最终放出的热量为 (　　)
A.=196.64 kJ B.=196.64 kJ·mol-1 C.<196.64 kJ D.>196.64 kJ
C
[解析] 利用热化学方程式可知SO2与O2反应生成2 mol SO3时放出热量196.64 kJ,因该反应为可逆反应,反应物不能完全转化,所以容器中充入的2 mol SO2和1 mol O2充分反应后生成的SO3也一定小于2 mol,故最终放出的热量要小于196.64 kJ。
二、化学平衡状态
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：
①合成氨反应有限度，原料无法转化完全
②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
【思考】
通过上述数据你有什么启示？
合成氨反应中有关物质的浓度随时间变化示意图
合成氨： N2 + 3H2 2NH3
正向：N2+3H2 2NH3
逆向：2NH3 N2+3H2
反应物浓度 v正 生成物浓度 v逆
开始时
进行中
平衡时
请根据上述图示填表：
最大
最大
0
0
减小
减小
增大
增大
不变
不变
不变
不变
上述过程用v－t图像表示
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。
1.化学平衡状态概念
在一定条件下的可逆反应体系中，当正、逆反应的速率相等时，反应物和生成物的浓度均保持不变，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。
化学平衡是一种动态平衡。
2.化学平衡状态的特征
(3)动：平衡时，反应仍在不断进行，是一种动态平衡。
(2)等：平衡时，v(正)= v(逆)≠0
(4)定：平衡时，反应混合物各组分的浓度保持不变。
(1)逆：可逆反应——研究对象
即同一物质消耗速率与生成速率相等
(5)变：外界条件改变，平衡可能被破坏，并在新的条件下
建立新的化学平衡。
(1)对于反应A(g)+B(g) C(g)+D(g),压强不随时间而变,说明反应已达平衡状态。 (　　)
(2)恒温恒容下进行的可逆反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时,反应达到平衡状态。 (　　)
(3)在2 L密闭容器内,800 ℃时2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)反应体系中,当该容器内颜色保持不变时能说明该反应已达到平衡状态。 (　　)
(4)对于反应NO2(g)+SO2(g) SO3(g)+NO(g),当每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2时,说明反应达到平衡状态。 (　　)
(5)化学平衡状态指的是反应停止了,不再发生反应了。 (　　)
练一练
×
×
√
×
×
3.化学平衡状态的判断标志
化学反应 mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g) 是否平衡
(1)混合物体系中各成分的含量 ①各物质的物质的量或物质的量分数一定
②各物质的质量或质量分数一定
③各气体的体积或体积分数一定
④总体积、总压强、总物质的量一定
(2)压强 ①其他条件一定、总压强一定,且m+n≠p+q
②其他条件一定、总压强一定,且m+n=p+q
平衡
平衡
平衡
不一定平衡
平衡
不一定平衡　
(3)正、逆反应速 率之间的关系 ①在单位时间内消耗了m mol A,同时也生成了m mol A
②在单位时间内消耗了n mol B,同时也消耗了p mol C
③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q
④在单位时间内生成了n mol B,同时也消耗了q mol D
(4)混合气体的平均相对分子质量 ①平均相对分子质量一定,且m+n≠p+q
②平均相对分子质量一定,且m+n=p+q
(5)温度 任何化学反应都伴随着能量变化,当体系温度一定时
(6)气体的密度 密度一定
(7)颜色 反应体系内有色物质的颜色稳定不变
平衡
平衡
不一定平衡　
不一定平衡　
平衡
不一定平衡　
平衡
不一定平衡
平衡
1.将NO2与SO2以体积比1∶2置于恒温恒容密闭容器中发生反应:NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) 　ΔH=-41.8 kJ·mol-1,下列能说明反应达到平衡状态的是 (　　)
A.体系压强保持不变
B.混合气体颜色保持不变
C.每消耗1 mol SO3的同时消耗1 mol NO
D.NO2、SO2、SO3、NO的浓度之比为1∶1∶1∶1
B
练一练
[解析] 体系中反应前后气体的化学计量数之和相等,反应时气体物质的量不变,则压强保持不变,无法判断是否达到平衡状态,A错误;
体系中NO2为红棕色气体,若反应达到平衡时,则NO2的物质的量不再改变,则混合气体颜色保持不变,体系颜色可作为判断是否平衡的依据,B正确;
反应时,每消耗1 mol SO3必然消耗1 mol NO,不能判断是否达到平衡状态,C错误;
NO2、SO2、SO3、NO的浓度之比为1∶1∶1∶1,不能判断同一物质的正逆反应速率是否相等,不能判断是否达到平衡状态,D错误。
2.将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡H2NCOONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。下列各项:①2v(NH3)=v(CO2)
②密闭容器中总压强不变 ③密闭容器中混合气体的密度不变
④密闭容器中氨气的体积分数不变 ⑤密闭容器中c(NH3)不变
能判断该反应已经达到化学平衡状态的是 (　　)
A.②③⑤ B.②③④ C.①④ D.全部
A
[解析] 2v(NH3)=v(CO2),没有指明是正反应速率,还是逆反应速率,①错误;
②该反应是体积增大、压强增大的反应,当密闭容器中总压强不变,能说明达到平衡状态,②正确;
③根据ρ=,气体质量增加,容器体积不变,当密闭容器中混合气体的密度不变,能说明达到平衡状态,③正确;
④NH3(g)、CO2(g)始终是以物质的量之比2∶1的比例增加,因此密闭容器中氨气的体积分数始终不变,不能说明达到平衡状态,④错误;
⑤密闭容器中c(NH3)不变,各物质的浓度不再改变,能作为判断达到平衡的标志,⑤正确。
3.一定条件下,下列方法能证明可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),一定达到平衡状态的是　 。
①单位时间内消耗n mol N2的同时生成2n mol NH3;
②3NA个H—H断裂的同时有6NA个N—H断裂;
③N2与NH3的体积分数相等;
④v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)=1∶3∶2;
⑤c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2;
⑥温度和体积一定时,N2的浓度不再变化;
⑦混合气体的总物质的量不再变化;
⑧v正(N2)=v逆(NH3)。
②⑥⑦
解析:注意化学平衡的实质是正、逆反应速率相等,解题时要仔细分析。①表示同一方向的反应速率,不能表示v(正)=v(逆),不正确。②表示v(正)=v(逆),反应达到平衡,正确。③平衡时各组分的体积分数保持不变,但并不一定相等,不正确。④未指明反应速率的正负,不正确。⑤平衡时各组分的浓度保持不变,而不一定有固定的比例,不正确。⑥平衡时,各组分的浓度保持不变,正确。⑦正反应是气体分子数减小的反应,混合气体的总物质的量随着反应的进行而不断变化,当达到平衡时混合气体的总物质的量不再变化,正确。⑧可将v正(N2)转化成v正(NH3),再判断是否相等,即一种物质表示的v(正)与另一种物质表示的v(逆)之比等于对应物质的化学计量数之比时,说明反应达到化学平衡状态,不正确。
4.一定条件下,对于可逆反应X(g)+3Y(g) 2Z(g),若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零),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,则下列判断正确的是(　　)
A.c1∶c2=3∶1
B.平衡时,生成Y和Z的速率之比为2∶3
C.X、Y的转化率不相等
D.c1的取值范围为0D　
解析:X、Y两种物质平衡时的浓度之比为1∶3,转化浓度之比也为1∶3,故c1∶c2=1∶3,A、C不正确;生成Y表示逆反应速率,生成Z表示正反应速率,平衡时v生成(Y)∶v生成(Z)应为3∶2,B不正确;由可逆反应的特点可知0