资源简介

2.2.1化学平衡
学习目标
1．通过溶解和结晶过程的分析，认识化学反应的可逆性。
2．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，理解并会判断化学平衡状态的标志。
学习目标
1．可逆反应都有一定的限度，是可调控的，条件改变，限度被破坏， 达到新的平衡状态。能从多角度、动态地分析化学平衡状态的各种表现。培养学生“变化观念与平衡思想”的学科素养。
2．能建立“逆、等、动、定、变”的认知模型，并利用模型解决化学平衡的实际问题，培养学生“证据推理与模型认知”的学科素养。
素养目标
情境引入
合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，在很大程度上解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问题，原理如下：
2NH3
N2 + 3H2
催化剂
高温、高压
为了提高生产效率，我们除了考虑提高化学反应速率问题，还应该考虑转化程度问题。
我们将一块不规则的硫酸铜晶体放入饱和的硫酸铜溶液中
溶解和结晶达到了平衡
思考：化学反应中是否也存在着平衡呢？
过一段时间，我们发现硫酸铜晶体变得规则，但是固体溶质的质量没有发生改变，这个实验说明了什么呢？
01
一、可逆反应
我们学过的可逆反应有哪些？
Cl2＋H2O HCl＋HClO
I2＋H2 2HI
CH3COOH＋CH3CH2OH CH3COOCH2CH3＋H2O
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。
1.定义

2．表示
书写可逆反应的方程式不用“===”，而用“ ”连接。
相同条件下，正、逆反应同时进行
反应物转化率小于100%，反应物与生成物共存
用“ ”表征正、逆反应两个方向
双同
双向
一小
3.特点
在容器为1L的密闭容器中加入0.1mol I2和0.1mol H2反应能得到0.2mol HI吗？
H2＋O2 2H2O 与 2H2O 2H2↑＋O2↑互为可逆反应吗？
不是。反应条件不同
Pb+PbO2+2H2SO4=== 2PbSO4+2H2O和2PbSO4+2H2O === Pb+PbO2+2H2SO4互为可逆反应吗？
在密闭容器中进行反应 X2(g)+Y2(g)?2Z(g),已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol/L、0.2 mol/L、0.2 mol/L,在一定条件下,当反应达到平衡时,各物质的浓度有可能是(　　)
A.Z为0.25 mol/L B.Y2为0.35 mol/L
C.X2为0.3 mol/L D.Z为0.4 mol/L
由于为可逆反应,物质不能完全转化,故平衡时浓度范围为：
00.1 mol/L0A
1.反应刚开始时，反应物和生成物的浓度哪个大？随着反应的进行，反应物和生成物浓度如何变化？
2.反应刚开始时，正反应与逆反应哪个反应速率大？随着反应的进行，v(正)与v(逆)怎样变化？
3.反应会进行到什么时候“停止”？
4.此时，反应物和生成物浓度如何变化？
5.反应真的停止了吗？
思考讨论
二、化学平衡状态的建立
2NH3
N2 + 3H2
催化剂
高温、高压
C
t
(a)反应从正向开始
浓度—时间图
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_________ 。
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_________。
t0时间后:必然出现___________________。
H2
N2
NH3
t
v
υ正＝υ逆≠0
化学平衡状态
υ正
υ逆
最大
最大
0
0
减小
减小
增大
增大
υ正＝υ逆 ≠0
t0
t0
速率—时间图
正反应
在容器为1L的密闭容器中加入0.1molN2和0.3mol H2，体系中各组分的浓度与速率的变化情况？
2NH3
N2 + 3H2
催化剂
高温、高压
C
t
(b)反应从逆向开始
浓度—时间图
t0
H2
N2
NH3
t
v
υ正＝υ逆≠0
化学平衡状态
υ正
υ逆
t0
速率—时间图
刚开始时：生成物浓度________，逆反应速率________ ，反应物浓度为_________，正反应速率_________ 。
反应过程中：生成物浓_________ ，逆反应速率_________ ， 反应物浓度_________ ，正反应速率_________。
t0时间后:必然出现___________________。
最大
最大
0
0
减小
减小
增大
增大
υ正＝υ逆≠0
逆反应
在容器为1L的密闭容器中加入0.3molNH3，体系中各组分的浓度与速率的变化情况？
2NH3
N2 + 3H2
催化剂
高温、高压
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”，这时的状态我们称之为化学平衡状态，简称化学平衡。
三.化学平衡状态的概念
化学反应限度决定了反应物在该条件下的最大转化率
补 转化率：化学反应的限度决定了反应物在一定条件下的最大转化率。
转化率
(α)
=
转化的量
起始的量
×100％
产率：化学反应中（尤其在可逆反应中）某种生成物实际产量与理论产量的比值。
产率
(γ)
=
实际产量
理论产量
×100％
四.化学平衡状态的特征
t
v
o
v正= v逆
(1) 逆：讨论的对象是可逆反应 (前提)
(2) 等：同一物质 v正 = v逆≠0 (实质)
(3) 动：化学平衡是一种动态平衡。化学反应达到平衡时，反应并没有停止。
(4) 定：在平衡混合物中，各组成成分的含量保持不变 (标志)
(5) 变：化学平衡状态是有条件的，当影响化学平衡的外界条件发生改变，化学平衡就会被破坏，在新的条件下建立新的化学平衡。
正误判断
(1)可逆反应平衡状态的建立可以加入反应物从正反应方向开始，也可以加入生成物从逆反应方向开始
(2)在化学平衡建立过程中，v正一定大于v逆
(3)化学平衡状态是一定条件下可逆反应进行到最大限度的结果
(4)化学反应达到化学平衡状态后反应物和生成物的浓度相等
(5)化学反应达到化学平衡状态后，反应混合物中各组分的浓度一定与化学方程式中对应物质的化学计量数成比例
√
×
√
×
×
【课堂练习】
如何判断是反应是否到达平衡状态？
思考：
在一定条件下，1L的密闭容器中进行如下的可逆反应：

请判断下列情况是否说明该反应已经达到化学平衡状态：
（1）反应物浓度等于生成物浓度；（2）容器中N2、H2、NH3的浓度之比为1：3：2 ；（3）单位时间内生成nmolN2同时生成3nmolH2；（4）反应物混合体系的压强不随时间的变化而变化；（5）容器内混合气体的密度不再变化；
( 6） N2的生成速率等于NH3的生成速率。
2NH3
N2 + 3H2
催化剂
高温、高压
五、化学平衡状态的标志
1、直接标志：
①平衡的本质（v正= v逆）
a、同一物质，V消=V生
b、在化学方程式同一边的不同物质生成速率与消耗速率之比等于计量数之比；
c、在化学方程式两边的不同物质生成(或消耗)速率之比等于化学计量数之比。
②从组分含量来判断
达平衡时各物质的含量及浓度、质量、物质的量均不再变化。
练一练
练一练
对反应mA(g)+nB(g) ?pC(g)+qD(g)，以下哪些说法可以判断反应已达平衡状态？
①各组分的物质的量或物质的量分数不再变化。
②各组分的质量或质量分数不再变化。
③各气体的体积或体积分数不再变化。
④单位时间内消耗m mol A，同时生成m mol A。
⑤单位时间内消耗n mol B，同时生成p mol C。
⑥VA:VB:VC:VD=m:n:p:q。
⑦单位时间内生成n mol B ，同时消耗q mol D。
√
√
√
√
?
?
?
⑵间接标志：
①对于反应前后气体体积不等的可逆反应，反应体系总压强和混合气体的平均摩尔质量不变化。
②对于反应混合物中存在有颜色的物质的可逆反应，若体系颜色不再变化，则反应达到平衡状态。
密度、温度等等
即：该物理量在平衡到达前（反应过程中）是否发生变化若是则可；否则，不行。
间接标志：
气体总压强P、气体密度ρ、气体平均摩尔质量????
?
当以上参数由不变?不变，不一定平衡；由变?不变，一定平衡。
变量不变即平衡
①混合气体的总压强不随时间改变而—— —
改变
适用于前后气体分子数不相等的反应(m+n≠p+q)
{69012ECD-51FC-41F1-AA8D-1B2483CD663E}
A(g)+B(g)?2C(g)
A(g)+B(g)?C(g)
气体总物质的量
不变
减小
恒温恒容时的压强P
不变
减小
恒温恒压时的体积V
不变
减小
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混合气体的平均相对分子质量不随时间改变而变化
找固体
看气体系数
M=
m总
n总
m总
n总
M
不变
不变
不变
不变
变
变
变
变
不变
A(g)+B(g) 2C(g)
A(g)+B(g) C(g)
A(S)+B(g) C(g)
③混合气体的密度不随时间改变而变化
恒容时，凡是有固体参与的反应，其气体密度都会变
ρ=
m总
v
不会变
气体质量增加
对于反应：A(s)+B(g) C(g)
mA+m B= mC (质量守恒）
找固体，若方程式中有固体，则气体总质量会变化
（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
1、下列说法中可以证明2HI(g) H2(g)+I2(g)（紫色）已达到平衡状态的是___________。
①单位时间内生成 n mol H2的同时生成 n molHI
②一个H-H键断裂的同时有两个H-I键断裂
③ 反应速率 v(H2) = v(I2) 时
④c(HI):c(H2):c(I2) = 2:1:1时
⑤温度和体积一定，容器内压强不再变化时
⑥温度和体积一定，混合气体的颜色不再变化时
⑦条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化时
⑧温度和压强一定，混合气体的密度不再变化时
②⑥
练习：
2、可逆反应2NO2(红棕色) 　　N2O4(无色)在一固定密闭容器中反应，达到化学平衡状 态的是（ ）
A.单位时间内生成n mol N2O4 同时生成2n mol NO2
B.单位时间内生成n mol N2O4 同时消耗2n mol NO2
C.c(NO2):c(N2O4)= 2: 1
D.混合气体的颜色不再改变
E.混合气体的密度不再改变
F.混合气体的平均相对分子质量不再改变
H.混合气体各组分的体积分数不再改变
A D F H
化学平衡状态
可逆反应
概念
逆、等、动、定、变
判断依据
正逆相等
变量不变
研究对象
特征：
本节小结

展开更多......

收起↑