2.2化学平衡课件(共36张PPT)人教版（2019）选择性必修1

(共36张PPT)
情境引入
18世纪末，英国化学家克鲁克斯“先天下之忧而忧”，率先发出为了使子孙后代免于饥饿“向空气要氮肥”的号召。
假设你是一名化工厂工程师，需要把合成氨的反应投入生产，你需要考虑哪些问题？
生产的可行性问题
——反应进行的方向
生产的效率问题
——化学反应速率
产率问题
——化学平衡（限度）
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
【问题】如何尽可能“多”合成氨？
工业上将氢气和氮气压入高温高压且有催化剂的密闭容器中进行合成氨的反应，反应后气体中氨的含量并不高，一般只有25%左右。
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
0 0 10 3 9 4
任务一：建立化学平衡状态
【讨论】如何证明合成氨的反应是一个可逆反应？
【思考】为什么氮气和氢气不能完全转化为氨气呢？
在一定条件下，容积不变的密闭容器中，充入N2和H2发生反应，反应中各物质的浓度随时间如何变化？正逆反应速率随时间如何变化？
请分别作出相应的浓度-时间图和速率-时间图。
v(正)
v(正)=v(逆)
时间
速率
v(逆)
0
时间
浓度
0
NH3
H2
N2
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
【思考】如果充入NH3发生反应呢？
任务一：建立化学平衡状态
化学平衡状态：一定条件下的可逆反应，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
v(逆)
v(正)=v(逆)
时间
速率
v(正)
0
时间
浓度
0
N2
H2
标志
本质
可逆反应的限度
NH3
（动态平衡）
任务一：建立化学平衡状态
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
序号 平衡时的浓度/( mol·L-1)
平衡时
c(H2) c(N2) c(NH3) 1 1.15 0.75 0.261
2 0.51 1.00 0.087
3 1.35 1.15 0.412
4 2.43 1.85 1.27
5 1.47 0.75 0.376
下表为500 ℃ 时， N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)反应体系中各物质的浓度，小组合作，完成下表。
6.00×10－2
5.98×10－2
5.71×10－2
5.93×10－2
6.08×10－2
定值
任务二：寻找各物质平衡浓度间的定量关系
序号 起始时各物质的浓度mol/L 平衡时各物质的浓度mol/L
H2 I2 HI H2 I2 HI 1 1.197×10-2 6.944×10-3 0 5.617×10-3 5.936×10-4 1.270×10-2 48.37
2 1.228×10-2 9.964×10-3 0 3.841×10-3 1.524×10-3 1.687×10-2 48.62
3 1.201×10-2 8.403×10-3 0 4.580×10-3 9.733×10-4 1.486×10-2 49.54
4 0 0 1.520×10-2 1.696×10-3 1.696×10-3 1.181×10-2 48.49
5 0 0 1.287×10-2 1.433×10-3 1.433×10-3 1.000×10-2 48.70
6 0 0 3.777×10-2 4.213×10-3 4.213×10-3 2.934×10-2 48.50
2
c (HI)
c(H2) · c(I2)
在457.6℃时反应体系I2(g) + H2(g) 2HI(g)中各物质的浓度如图所示
定值
任务二：寻找各物质平衡浓度间的定量关系
在一定温度下，以化学计量数为指数，生成物平衡时浓度幂之积与反应物平衡时浓度幂之积的比值是一个定值（扣除实验误差）。
I2(g) + H2(g) 2HI(g)
N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)
2
c (HI)
c(H2) · c(I2)
【思考】该结论适用于其他可逆反应吗？
任务二：寻找各物质平衡浓度间的定量关系
(1)概念：在一定温度下，一个可逆反应达到化学平衡时，体系内生成物浓度幂(以其化学计量数为幂)之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，叫做该反应的化学平衡常数
(3)特点：K 的数值与各反应体系中各物质的初始浓度和反应路径无关
(2)符号：K
化学平衡常数：
任务二：寻找各物质平衡浓度间的定量关系
任务三：深入了解化学平衡常数
写出三个化学方程式的平衡常数表达式，小组讨论，寻找规律。
平衡常数是针对具体方程式而言的，化学方程式不同，平衡常数的表达式不同。
任务三：深入了解化学平衡常数
常温下四种卤化氢合成反应的化学平衡常数如下表所示，小组讨论，分析化学平衡常数与什么因素有关。
结论：化学平衡常数与反应物性质有关。
不同温度下，HI合成反应的化学平衡常数如下表所示，小组讨论，分析化学平衡常数与什么因素有关。
结论：化学平衡常数与体系温度有关。
任务三：深入了解化学平衡常数
(1)内因：反应物的性质。
(2)外因：对于同一可逆反应，化学平衡常数只受 影响。
与压强、起始浓度、起始反方向均无关。
化学平衡常数的影响因素：
温度
任务三：深入了解化学平衡常数
化学平衡常数与反应限度的关系
（1）Q=K，可逆反应达到平衡状态。
（2）K越大，表示反应进行的程度越大，反应物转化率也越大。
（3）一般来说，当K＞105时，该反应就进行得基本完全了
任务三：深入了解化学平衡常数
以合成氨的反应为例，根据化学平衡常数表达式，小组合作，分析化学平衡常数与反应限度有什么关系。
情境引入
18世纪末，英国化学家克鲁克斯“先天下之忧而忧”，率先发出为了使子孙后代免于饥饿“向空气要氮肥”的号召。
假设你是一名化工厂工程师，需要把合成氨的反应投入生产，你需要考虑哪些问题？
生产的可行性问题
——反应进行的方向
生产的效率问题
——化学反应速率
产率问题
——化学平衡（限度）
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
【问题】如何尽可能“多”合成氨？
资料卡片：工业上将氢气和氮气压入高温高压且有催化剂的密闭容器中进行合成氨的反应，达到化学平衡状态后混合气体中氨的含量一般只有25%左右，这样就会造成原料气体大量浪费。
任务一：构建化学平衡移动思维模型
【讨论】如何提高合成氨反应的转化率呢？
化学平衡1
不平衡
一段时间
化学平衡2
改变反应条件
？
化学平衡的移动
增大有益反应的原料转化率
减小有害反应的原料转化率
任务一：构建化学平衡移动思维模型
化学平衡1
不平衡
一段时间
化学平衡2
改变反应条件
化学平衡移动
v正＝v逆
v正 ≠ v逆
内因
v正 > v逆 ,
v正 < v逆 ,
正反应方向移动
逆反应方向移动
任务二：探究浓度对化学平衡的影响
向盛有 5 mL 0.005 mol/L FeCl3溶液的烧杯中加入 5 mL 0.015 mol/L KSCN溶液，发生反应：Fe3＋＋ 3SCN- Fe(SCN)3，溶液呈现红色。
根据化学平衡移动模型预测：
（1）如果增大SCN-浓度，化学平衡将会向哪个方向移动？将会观察到什么现象？
（2）如果减小 Fe3＋浓度，化学平衡将会向哪个方向移动？将会观察到什么现象？
向盛有 5 mL 0.005 mol/L FeCl3溶液的烧杯中加入 5 mL 0.015 mol/L KSCN溶液，发生反应：Fe3＋＋ 3SCN- Fe(SCN)3，溶液呈现浅红色。
实验验证，观察记录并分析实验现象
（1）增大SCN-浓度 → 溶液颜色加深 → 平衡向正反应方向移动
（2）减小 Fe3＋浓度 → 溶液颜色变浅 → 平衡向逆反应方向移动
【思考】如果改变生成物浓度，化学平衡会如何移动呢？
任务二：探究浓度对化学平衡的影响
【总结】反应物或生成物浓度的改变是怎样影响化学平衡移动的呢？
（1）增大反应物浓度
减小生成物浓度
v正>v逆，平衡向正反应方向移动
在可逆反应达平衡时，在其他条件不变的情况下，
v正（2）减小反应物浓度
增大生成物浓度
任务二：探究浓度对化学平衡的影响
任务三：探究压强对化学平衡的影响
用50 mL注射器吸入20 mLNO2 和N2O4的混合气体，其中存在平衡： 2NO2(g) N2O4(g)，NO2为红棕色气体，而N2O4为无色气体。
根据化学平衡移动模型预测：
（1）迅速将活塞拉至40mL处，这一瞬间气体颜色如何变化？接着化学平衡如何移动，气体颜色又会如何变化？
（2）再迅速将活塞推回20mL处，气体颜色又会如何变化？
任务三：探究压强对化学平衡的影响
用50 mL注射器吸入20 mLNO2 和N2O4的混合气体，其中存在平衡： 2NO2(g) N2O4(g)，NO2为红棕色气体，而N2O4为无色气体。
实验验证，观察记录并分析实验现象
（1）向外拉活塞→压强减小→气体颜色先变浅后又稍有加深 →平衡向逆反应方向移动
（2）向里推活塞→ 压强增大 →气体颜色先加深后又稍有变浅→平衡向正反应方向移动
【讨论】改变压强，化学平衡移动的方向是由什么因素决定的呢？
【总结】压强的改变是怎样影响化学平衡移动的呢？
增大压强
减小压强
平衡向气体体积减小的方向移动
在可逆反应达平衡时，在其他条件不变的情况下，
平衡向气体体积增大的方向移动
【思考】改变压强能够引起“H2(g)＋I2(g) 2HI(g)”平衡移动吗？
【思考】对于只有固体或液体的反应，压强改变会使得平衡移动吗？
任务三：探究压强对化学平衡的影响
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
使平衡正向移动的方法有哪些
探究温度对化学平衡的影响
2只相互连通的烧瓶中装有NO2 和N2O4的混合气体，其中存在平衡： 2NO2(g) N2O4(g)，ΔH=-56.9 kJ/mol，NO2为红棕色气体，而N2O4为无色气体。
根据勒夏特列原理预测：
（1）如果升高温度，化学平衡如何移动，气体颜色又会如何变化？
（2）如果降低温度，化学平衡如何移动，气体颜色又会如何变化？
2只相互连通的烧瓶中装有NO2 和N2O4的混合气体，其中存在平衡：
2NO2(g) N2O4(g)，ΔH=-56.9 kJ/mol，NO2为红棕色，而N2O4为无色。
进行实验验证，观察记录并分析实验现象
探究温度对化学平衡的影响
实验 浸泡在热水中 浸泡在冷水中
现象
平衡移动
结论 颜色加深
颜色变浅
逆向移动
正向移动
其他条件不变时，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动；
降低温度，化学平衡向放热反应方向移动。
改变的外界条件(其他条件不变) 化学平衡移动的方向
浓度 增大反应物浓度或减小生成物浓度 向正反应方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度 向逆反应方向移动
压强 (有气体参加的反应) Δn(g)≠0 （m+n≠p+q) 增大压强(减小容器的容积) 向气体分子体积减小的方向移动
减小压强(增大容器的容积) 向气体分子体积增大的方向移动
Δn(g)=0 （m+n=p+q) 改变压强 平衡不移动
温度 升高温度 向吸热反应方向移动
降低温度 向放热反应方向移动
催化剂 同等程度地改变v正、v逆,平衡不移动
构建化学平衡移动思维模型
化学平衡1
不平衡
一段时间
化学平衡2
改变反应条件
化学平衡移动
【思考】当化学平衡被破坏时，从宏观结果来看，Q还等于K吗？若Q>K,平衡会如何移动？
定量判断
Q ＝ K
Q ≠ K
Q< K
正反应方向
逆反应方向
Q > K
Q ＝ K
用Q-K关系解释温度对化学平衡的影响
【讨论】2NO2(g) N2O4(g)，ΔH=-56.9 kJ/mol
改变温度，2种气体的浓度没有发生改变，但平衡发生移动，证明温度改变时Q≠K。那么温度改变时，哪个量发生了变化？
温度对平衡的影响是通过改变K进行的。
【思考】从Q-K关系的角度解释 反应物浓度增大 对化学平衡的影响
在可逆反应达平衡时，在其他条件不变的情况下，
用Q-K关系解释浓度对化学平衡的影响
【思考】生成物浓度增大怎么解释？
2NO2(g) N2O4(g)
【迁移】
①在可逆反应中，为了尽可能利用一种反应物，经常用过量的易得或成本较低的物质与它作用。
②不断地将生成物从体系中分离，平衡将不断地向生成产物的方向移动。
用Q-K关系解释浓度对化学平衡的影响
【思考】从Q-K关系的角度解释 增大压强 对化学平衡的影响
以合成氨为例，在可逆反应达平衡时，在其他条件不变的情况下，
用Q-K关系解释压强对化学平衡的影响
多个条件？
减弱的程度？