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走进奇妙的化学世界
2022-2023
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
回顾旧知
对于一些反应，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
阅读思考
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
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。
任何可逆反应在一定条件下都存在反应的限度。
学习
目标
第1课时
化学平衡状态
PART
01
PART
02
通过化学平衡状态的建立过程，知道化学平衡是一种动态平衡。
知道化学平衡状态的特征，判断反应是否达到化学平衡状态。
一、化学平衡的建立过程
2、反应过程中：
反应物浓度——————，正反应速率————— ，
生成物浓度——————，逆反应速率————
N2+3H2 2NH3
高温、高压
催化剂
1、反应刚开始时：
反应物浓度————，正反应速率———— ，
生成物浓度为———，逆反应速率为——。
最大
最大
0
0
逐渐减小
逐渐减小
逐渐增大
逐渐增大
时间t
速率v
0
t1
.
V正 (N2)
.
V逆 (N2)
V正=v逆
平衡状态
3、一定时间后，必然出现
V正反应速率＝V逆反应速率
4、某时刻后，v正＝ v逆 ,即正反应消耗的反应物的量与逆反应生成的反应物的量相等，反应物和生成物的浓度不再发生变化 ——
化学平衡
时间
速率
V逆
V正
=
V正
V逆
化学平衡状态
在一定条件下的可逆反应 里，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”，这时的状态我们称之为化学平衡状态，简称化学平衡。
1.化学平衡状态
可逆反应
速率相等
浓度均保持不变
限度
反应物的
转化率最大
α ＝ ×100%
反应物的减少量
反应物的起始量
转化率
强调三点
对象：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的状态
练一练
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，求H2的转化率。
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
起始量/mol
变化量/mol
平衡量/mol
5 15 0
2 6 4
α＝ ×100% ＝40%
6 mol
15 mol
平衡时H2的转化率
3 9 4
N2 + 3H2 2NH3
想一想：达到限度时，反应就停止了吗？
N2+3H2 2NH3
2NH3 N2+3H2
正向：
逆向：
反应速率
v (正)
v (逆)
t1
时间（t）
0
v (正)= v (逆)
（动态平衡）
2.化学平衡状态的特点
(1)逆：
(2)等：
(3)定：
(4)动：
(5)变：
正反应速率=逆反应速率
动态平衡（ v (正) = v (逆) ≠0）
可逆反应；
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，平衡发生移动
思考交流
怎样证明一个可逆反应达到平衡状态了？就是找证据：
正逆相等：
变量不变。
二、化学平衡判断的标志：
1.直接标志：
正逆相等
（1）速率：
v正 = v逆
①任何一种物质的生成速率等于其消耗速率
②或是两种不同的物质 v正：v逆 = 化学计量数之比
例1：以反应mA(g)+nB (g) pC(g)为例，达到平衡的标志为：
A的消耗速率与A的生成速率—————
A的消耗速率与C的———速率之比等于———
B的生成速率与C的———速率之比等于———
A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
异边同向，同边异向，比例计量
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
mB、nB、CB、质量分数wB、转化率ɑB、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)含量关系：
A(s) B(g)+C(g)
时间 B的物质的量 C的物质的量
起始 0 0
1min 0.2 0.2
2min 0.3 0.3
3min 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
例2： N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
一定温度下，在容积不变的密闭容器中进行合成氨反应以下哪些选项可以判断反应已达到化学平衡状态？
①.N2的体积分数与NH3的相等
②.c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2
③. N2的物质的量不再变化
④.H2的体积分数保持恒定
⑤.N2、H2、NH3 的总质量保持不变
③④
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？
A(g)+B(g) 2C(g) 时间 nA nB nC n总
起始
1
1
0
2
1min
0.8
0.8
0.4
2
2min
0.7
0.7
0.6
2
3min
0.65
0.65
0.7
2
4min
0.6
0.6
0.8
2
5min
0.6
0.6
0.8
2
…………
A(g)+B(g) C(g) 时间 nA nB nC n总
起始
1
1
0
2.00
1min
0.8
0.8
0.2
1.80
2min
0.7
0.7
0.3
1.70
3min
0.65
0.65
0.35
1.65
4min
0.6
0.6
0.40
1.60
5min
0.6
0.6
0.40
1.60
…………
保持不变
逐渐减少
你有什么发现？
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
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
2.间接标志：
变量不变
①混合气体的总压强、总体积、总物质的量不随时间改变而—— —，（适用于—————————————）
改变
m+n≠p 的反应
混合气体的平均摩尔质量M，不再变化时，要具体分析：
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： 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？
A(s)=B(g)+C(g)
②混合气体的平均相对分子质量
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(s)+B(g)=C(g)
mA + mB + mC
不变
（质量守恒）
质量减少
质量增加
恒容时，凡是有固体参与的反应，其气体密度都会变
③混合气体的密度
例3、在一定温度下，向aL密闭容器中加入1molX
气体和2molY气体发生如下反应：
X(g)+2Y(g) 2Z(g），此反应达到平衡的标志是：
A、容器内压强不随时间变化
B、容器内各物质的浓度不随时间变化
C、容器内X、Y、Z的浓度之比为1:2:2
D、单位时间消耗0.1molX的同时生成0.2molZ
AB
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
BC
练一练
N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
一定温度下，在容积不变的密闭容器中进行合成氨反应以下哪些选项可以判断反应已达到化学平衡状态？
判断方法：反应中“变化的量”“不变”时，
即达到化学平衡状态
（3）特殊标志：
①对于有色物质参加反应，如果体系颜色不变，反应达到平衡
②对于吸热或放热反应，如果体系温度不变，反应达到平衡
【例4】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
B C D
【例5】在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应：
甲：C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)
乙：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
现有下列状态：
①混合气体平均相对分子质量不再改变
②恒温时，气体压强不再改变　③各气体组成浓度相等
④体系中温度保持不变　⑤断裂氢氧键速率是断裂氢氢键速率的2倍
⑥混合气体密度不变　
⑦单位时间内，消耗水质量与生成氢气质量比为9：1
其中能表明甲、乙容器中反应都达到平衡状态的是(　　)
A．①②⑤ B．③④⑥ C．⑥⑦ D．④⑤
D
气体的总压、气体的总的物质的量、混合气体的平均相对分子质量、混合气体的密度、反应混合物平衡时物质的量之比
⑷在等系数的气体反应中不能作为平衡判据的是
例4、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(固)+3B(气) 2C(气)+D(气)已达平衡
状态的是 ( )
A. 混合气体的压强
B. 混合气体的密度
C. B的物质的量浓度
D. 气体的总物质的量
BC
（1）平衡状态是一种静止的状态，反应物和生成物的浓度已经不再改变（ ）
（2）化学平衡状态时，所有物质的速率都相等（ ）
（3）化学平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等且等于零（ ）
（4）化学平衡状态时，反应物与生成物的浓度/含量保持不变（ ）
（5）化学平衡状态时，各物质的浓度之比等于化学计量数之比（ ）
（6）当一个可逆反应达到平衡状态时，体系中只存在生成物（ ）
（7）化学反应的限度不可以通过改变条件而改变（ ）
（8）一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度（ ）
1；判断下列说法是否正确
×
×
×
√
×
×
×
√
练一练
在体积固定的密闭容器中发生可逆反应2NO2(g) 2NO(g) + O2(g)
（1）单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2（　　）
（2）单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO（　　）
（3）用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态（　　）
（4）单位时间内消耗2n mol NO2的同时，生成2n mol NO2（　　）
（5）单位时间内断开n mol O中的N—O键的同时生成2n mol O＝O键（　　）
（6）NO2减少的化学反应速率和NO减少的化学反应速率相等（　　）
2；判断下列条件能否说明该反应已达化学平衡？
√
×
×
√
×
√
恒容绝热容器中 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H2(g) + I2(g) 2HI(g)
①气体的总物质的量不变
②气体的总质量不变
③气体的总压强不变
④气体的密度不变
⑤气体的平均相对分子质量不变
⑥混合气体的颜色不变
⑦体系的温度不变
3；判断下列条件能否说明该反应已达化学平衡？
√
×
×
×
√
×
×
×
√
×
×
√
√
√
恒容绝热容器中 H2(g) + I2(s) 2HI(g)
①气体的总物质的量不变
②气体的总质量不变
③气体的总压强不变
④气体的密度不变
⑤气体的平均相对分子质量不变
⑥混合气体的颜色不变
⑦体系的温度不变
√
√
√
√
√
×
√
4；判断下列条件能否说明该反应已达化学平衡？
化学平衡状态的判定标志
利用“变量”与“不变量”判断
(1)确定反应中的“变量”,即随反应的进行而变化的量,当变量不再变化时,表明反应已达到平衡状态。而当“不变量”不变时,不能判断反应是否处于平衡状态。
(2)常见的变量有:
对于有色物质参加或生成的可逆反应，体系的颜色不再随时间而变化。;
对同一物质而言，断裂的化学键的物质的量与形成的化学键的物质的量相等。
绝热体系的温度不变，说明反应处于平衡状态。
对于气体体积有变化的反应来说,恒压反应时的体积、恒容反应时的压强;
对于反应体系中全部为气体,且气体物质的量有变化的反应来说,混合气体的平均相对分子质量;
对于反应体系中不全部为气体的反应来说,恒容时混合气体的密度等。
应当注意,在利用 、ρ、n(总)、p(总)判断时要注意反应特点和容器的体积变化问题。
总之，要抓住变化的量不变可作平衡的标志；如果该物理量始终是一个定值，就不能作为判断是否达平衡的标志。

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