资源简介

第一章
化学反应的热效应
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
本节重点
化学平衡状态的判断
“从空气中制造面包的圣人”
合成氨领域有三位科学家获得诺贝尔化学奖
1918年，德国化学家弗里茨·哈伯，“由于从单质合成氨的研究”获奖。
1931年，德国化学家卡尔·博施“由于他发明和发展化学合成氨高压技术”获奖。
2007年，德国化学家格哈德·埃特尔“由于他对固体表面化学合成氨反应的研究”获奖。
合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，在农业、工业生产中具有及其重要的意义，满足了人类的需求。其原理如下：
2NH3
N2 + 3H2
催化剂
高温、高压
工业生产中的两个关键
①反应速率：快出产品
②化学平衡：多出产品
化工生产中，我们需要考虑哪些因素呢？
1.可逆反应
N2＋3H2 2NH3 ； 2SO2＋O2 2SO3
高温、高压催化剂
催化剂
△
在相同条件下，能同时向正、逆反应方向进行的化学反应。
(1)概念
(2)特征
双同性
共存性
双向性
反应物 生成物
正反应方向
逆反应方向
在相同条件下，正、逆反应同时进行
反应物和生成物共同存在，反应物转化率<100%
注：在可逆反应的化学方程式中用“ ”代替“ = ”。
主题1:化学平衡状态
课堂检测
1、分析各选项中的各组反应，其中互为可逆反应的是(　　)
A.2KHCO3→K2CO3＋H2O＋CO2↑ K2CO3＋H2O＋CO2 →2KHCO3
B．CO2＋H2O→H2CO3　 H2CO3→CO2＋H2O
C．NH3＋HCl→NH4Cl　 NH4Cl→NH3↑＋HCl↑
D．2NaCl→ 2Na＋Cl2↑　 2Na＋Cl2→2NaCl
B 　
温馨提示：
判断一个反应是可逆反应的关键是可逆反应必须是在同一条件下进行
课堂检测
2.对于可逆反应 ，在混合气体中充入一定量的18O2，
足够长的时间18O原子存在于（ ）　　
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
D
3、在一密闭容器中进行反应：2SO2(g)＋O2(g)?2SO3(g)，已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol/L、0.1 mol/L、0.2 mol/L，当反应达到平衡时，可能存在的数据是(　　)
A．SO2为0.4 mol·L－1，O2为0.2 mol·L－1 B．SO2为0.25 mol·L－1
C．SO2、SO3均为0.15 mol·L－1 D．SO3为0.4 mol·L－1
B
2.化学平衡状态的建立
在某密闭容器中发生反应：
2NH3
N2 + 3H2
催化剂
高温、高压
时间(min)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
c(N2)
5
4
3
2
1.2
1
1
1
1
c(H2)
15
12
9
6
3.6
3
3
3
3
c(NH3)
0
2
4
6
7.6
8
8
8
8
(1)用速率变化图像表示化学平衡状态的建立
主题1:化学平衡状态
①开始
反应速率
v(正)
v(逆)
t1
时间（t）
0
N2 + 3H2 2NH3

v(正) ，v(逆) ；
反应速率
v(正)
v(逆)
t1
时间（t）
0
v(正)
v(逆)
反应速率
t1
时间（t）
0
③平衡
②变化
v(正) ，v(逆) ；
v(逆)≠0，v(正)＞v(逆)
v(正)=v(逆) ≠0
N2 + 3H2 2NH3

N2 + 3H2 2NH3
催化剂
高温、高压
反应物浓度 ，
生成物浓度 ；
反应物浓度 ，
生成物浓度 ；
反应物浓度 ，
生成物浓度 ；
最大
为0
减小
增大
不变
不变
最大
=0
减小
增大
(2)用浓度变化图像表示化学平衡状态的建立
2NH3
N2 + 3H2
催化剂
高温、高压
浓度
时间
(a)反应从正向开始
浓度—时间图
H2
N2
NH3
t0
时间
速率
υ正＝ υ逆
化学平衡状态
υ正
υ逆
t0
速率—时间图
浓度
时间
(b)反应从逆向开始
浓度—时间图
t0
H2
N2
NH3
时间
速率
υ正＝ υ逆
化学平衡状态
υ正
υ逆
t0
速率—时间图
3、化学平衡状态
(1)定义
在一定条件下，在可逆反应体系中，正反应速率与逆反应速率相等，反应物的浓度与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。
即达到此条件下的最大转化率，反应的最大程度。
转化率(α)
=
转化的量
起始的量
×100％
量: 质量、物质的量、体积、物质的量浓度等
主题1:化学平衡状态
3、化学平衡状态
（2）特征：
研究的对象是可逆反应
逆
v正＝v逆 ≠0
(本质特征)
等
动态平衡
动
平衡时,各组分的浓度保持一定(表征)
定
当外界条件改变,原平衡发生移动
变
如何判断一个可逆的化学反应是否达到了化学平衡状态？
主题1:化学平衡状态
化学平衡状态的判断依据——正逆相等，变量不变
直接标志——v正＝v逆 ≠0(正逆相等)
同一物质：生成速率＝消耗速率，即v正(A)＝v逆(A)。
不同物质：速率之比＝化学计量数之比，但必须是不同方向的速率
如aA＋bB
即：
逆向相等
速率必须一个是正反应速率，一个是逆反应速率，且经过换算后同一物质的消耗速率和生成速率相等
—
主题2:化学平衡状态的判断依据
【例1】 ，请根据所学：判断下列描述的反应状态是否达到平衡。
N2 + 3H2 2NH3
3v(N2)＝v(H2) ( )
状态1
2v正(N2) ＝ v逆(NH3) ( )
状态2
消耗 1 mol N2的同时，生成2 mol NH3 ( )
状态3
1 mol H-H键断裂的同时，2molN-H键断裂 ( )
状态4
单位时间内消耗的N2量是NH3量的两倍 ( )
状态5
化学平衡状态的判断依据——正逆相等，变量不变
间接标志——变量不变
①各组分的质量、物质的量、分子数、体积（气体）、物质的量浓度保持不变
②各组分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数保持不变
③各反应物的转化率、生成物的产率保持不变
④体系的颜色和温度不变
即：
变量不变
—
化学反应达到平衡状态
（注意不是相等，也不是成一定的比值）
主题2:化学平衡状态的判断依据
化学平衡状态的判断依据——正逆相等，变量不变
间接标志——变量不变
气体的p总、V总、n总(pV＝nRT)
看两边气体
计量数之和
左=右：______
定量
例如：反应2HI?? H2+I2
?
左≠右：______
变量
例如：N2 + 3H2 ??2NH3
?
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
气体的n总不变时
恒温恒容 密闭容器，p总不变时
恒温恒压 密闭容器，V总不变时
A(g) + B(g) ??C(g)
?
A(s) + B(g) ??C(g)
?
主题2:化学平衡状态的判断依据
气体平均相对分子质量M
M＝
m总
n总
看气体化学计量系数
看物质状态
①以mA(g)+nB(g) ? pC(g)+qD(g) 为例：
若各物质均为气体且m+n≠p+q
若各物质均为气体，且m+n=p+q
?
M不变时，即为平衡状态
M不变时，不一定为平衡状态
化学平衡状态的判断依据——正逆相等，变量不变
间接标志——变量不变
主题2:化学平衡状态的判断依据
气体平均相对分子质量M
M＝
m总
n总
看气体化学计量系数
看物质状态
②有非气体参加的反应：
2A(g)+ B(s) ???2C(g)
NH2COONH4(s) ? 2NH3(g) + CO2(g)
?
M不变时，即为平衡状态
M不变时，不一定为平衡状态
化学平衡状态的判断依据——正逆相等，变量不变
间接标志——变量不变
主题2:化学平衡状态的判断依据
气体密度 ρ
ρ＝
m总
V
看外界条件（恒容或恒压）
看物质状态
①以mA(g)+nB(g) ? pC(g)+qD(g) 为例：
恒容
恒压
?
若m+n≠p+q
若m+n=p+q
ρ不变时，不一定为平衡状态
ρ不变时，不一定为平衡状态
ρ不变时，即为平衡状态
化学平衡状态的判断依据——正逆相等，变量不变
间接标志——变量不变
主题2:化学平衡状态的判断依据
气体密度 ρ
②有非气体参加的反应：
Ni(s) + 4CO(g) ? Ni(CO)4(g)
?
ρ不变时，即为平衡状态
恒容
恒压
化学平衡状态的判断依据——正逆相等，变量不变
间接标志——变量不变
ρ＝
m总
V
看外界条件（恒容或恒压）
看物质状态
主题2:化学平衡状态的判断依据
体系颜色或温度
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绝热条件下，对于吸热或放热反应，如果体系温度不变，反应达到平衡。
化学平衡状态的判断依据——正逆相等，变量不变
间接标志——变量不变
主题2:化学平衡状态的判断依据
例1.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断裂氧氢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
有固体参加的增体反应
等体反应
M＝
M总
n总
P1
P2
＝
n1
n2
ρ＝
m
V
D
例2.判断下列物理量不再变化是否一定达到平衡状态，达到平衡状态的打“√”，不是平衡状态的打“×”。
(1)CaCO3(s) ? CO2(g)＋CaO(s)恒温、恒容下，反应体系中气体的密度保持不变 ()
(2)3H2(g)＋N2(g) ? 2NH3(g)反应体系中H2与N2的物质的量之比保持3∶1 (　　)
(3)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，氨基甲酸铵达到分解平衡：H2NCOONH4(s) ? 2NH3(g)＋CO2(g)，
①NH3(g)的体积分数保持不变(　　)
②气体的平均相对分子质量保持不变(　　)
(4)一定温度下某容积不变的密闭容器中，可逆反应C(s)＋H2O(g) ? CO(g)＋H2(g)中气体的平均相对分子质量保持不变(　　)
气体m为变量，V为恒量
√
不能判断为平衡状态
×
固体
气体
×
×
气体m、n均为变量
固体
√
课堂检测
1、一定条件下，在密闭容器中，能表示反应X(g)＋2Y(g)?2Z(g)一定达到化学平衡状态的是(　　)
①X、Y、Z的物质的量之比为1∶2∶2
②X、Y、Z的浓度不再发生变化
③容器中的压强不再发生变化
④单位时间内生成 n mol Z，同时生成2n mol Y
A．①②　　　　B．①④ C．②③ D．③④
C
课堂检测
2、可逆反应2NO2(红棕色) 　　2NO(无色)＋O2(无色)在密闭容器中反应，达到化学平衡状态的是（ ）
①单位时间内生成n mol O2同时生成2n mol NO2
②单位时间内生成n mol O2同时生成2n mol NO
③v(NO2):v(NO):v(CO2)= 2: 2: 1 ④混合气体的颜色不再改变
⑤混合气体的密度不再改变 ⑥混合气体的压强不再改变
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变
A.①④⑥⑦ B.②③⑤⑦ C.①③④⑤ D.全部
A
课堂检测
A.
变量
B.
对于一个特定反应，ΔH固定不变
C.
在t1时刻，2v正(N2O4)＝v逆(NO2)
D.
变量
B
课堂检测
D
4.一定温度下，在恒容密闭容器中充入CO和H2，发生反应：2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g)　ΔH<0。下列图像符合实际且t0时达到平衡状态的是
该反应气体分子数减小，反应过程中P逐渐减小，当P不再变化，反应达平衡
A.
气体总m为定值
容器V为定值
则ρ始终不变
B.
CH3OH(g)初始体积分数为0
C.
该反应为气体分子数减小，
混合气体的总m为定值，
混合气体的M应逐渐增大
D.
课堂检测
5.在恒温恒容的密闭容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强， ②混合气体的密度，
③混合气体的总物质的量， ④混合气体的平均相对分子质量，
⑤混合气体的颜色， ⑥各反应物或生成物的反应速率之比都等于化学计量数之比。
(1)一定能证明2SO2(g)＋O2(g) ? 2SO3(g)达到平衡状态的是________(填序号，下同)。
(2)一定能证明I2(g)＋H2(g) ? 2HI(g)达到平衡状态的是_____。
(3)一定能证明A(s)＋2B(g) ? C(g)＋D(g)达到平衡状态的是______。
平衡状态的判断依据，变量不变
注意反应前后气体的物质的量变化
气体的总质量和体积比值
气体的总质量和总物质的量比值
气体是否有色及有色气体浓度
该比值为恒量
不等物质的量反应；均为无色气体
①③④
等物质的量反应；碘为有色气体
⑤
反应前后气体的物质的量不变
②④
课堂小结

化
学
平
衡
动态标志
ν (正) = ν (逆)
同一物质: ν生成(A) = ν消耗(A)
不同物质： v正(A) : v逆(B) = 化学计量数之比
静态标志
① 各物质的 m 、n 或 c 不变
② 各物质的百分含量不变
(物质的量分数、质量分数、转化率、产率等)
③ 颜色、温度（绝热体系）不再改变
“正逆相等，变量不变”
化学平衡状态的判断
Thank you for watching

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