資源簡介

2.2.1化學平衡
學習目標
1．通過溶解和結晶過程的分析，認識化學反應的可逆性。
2．通過化學平衡狀態的建立過程，知道化學平衡是一種動態平衡，理解并會判斷化學平衡狀態的標志。
學習目標
1．可逆反應都有一定的限度，是可調控的，條件改變，限度被破壞， 達到新的平衡狀態。能從多角度、動態地分析化學平衡狀態的各種表現。培養學生“變化觀念與平衡思想”的學科素養。
2．能建立“逆、等、動、定、變”的認知模型，并利用模型解決化學平衡的實際問題，培養學生“證據推理與模型認知”的學科素養。
素養目標
情境引入
合成氨是人類科學技術發展史上的一項重大成就，在很大程度上解決了地球上因糧食不足而導致的饑餓問題，原理如下：
2NH3
N2 + 3H2
催化劑
高溫、高壓
為了提高生產效率，我們除了考慮提高化學反應速率問題，還應該考慮轉化程度問題。
我們將一塊不規則的硫酸銅晶體放入飽和的硫酸銅溶液中
溶解和結晶達到了平衡
思考：化學反應中是否也存在著平衡呢？
過一段時間，我們發現硫酸銅晶體變得規則，但是固體溶質的質量沒有發生改變，這個實驗說明了什么呢？
01
一、可逆反應
我們學過的可逆反應有哪些？
Cl2＋H2O HCl＋HClO
I2＋H2 2HI
CH3COOH＋CH3CH2OH CH3COOCH2CH3＋H2O
在相同條件下，能同時向正、逆反應方向進行的化學反應稱為可逆反應。
1.定義

2．表示
書寫可逆反應的方程式不用“===”，而用“ ”連接。
相同條件下，正、逆反應同時進行
反應物轉化率小于100%，反應物與生成物共存
用“ ”表征正、逆反應兩個方向
雙同
雙向
一小
3.特點
在容器為1L的密閉容器中加入0.1mol I2和0.1mol H2反應能得到0.2mol HI嗎？
H2＋O2 2H2O 與 2H2O 2H2↑＋O2↑互為可逆反應嗎？
不是。反應條件不同
Pb+PbO2+2H2SO4=== 2PbSO4+2H2O和2PbSO4+2H2O === Pb+PbO2+2H2SO4互為可逆反應嗎？
在密閉容器中進行反應 X2(g)+Y2(g)?2Z(g),已知X2、Y2、Z的起始濃度分別為0.1 mol/L、0.2 mol/L、0.2 mol/L,在一定條件下,當反應達到平衡時,各物質的濃度有可能是(　　)
A.Z為0.25 mol/L B.Y2為0.35 mol/L
C.X2為0.3 mol/L D.Z為0.4 mol/L
由于為可逆反應,物質不能完全轉化,故平衡時濃度范圍為：
00.1 mol/L0A
1.反應剛開始時，反應物和生成物的濃度哪個大？隨著反應的進行，反應物和生成物濃度如何變化？
2.反應剛開始時，正反應與逆反應哪個反應速率大？隨著反應的進行，v(正)與v(逆)怎樣變化？
3.反應會進行到什么時候“停止”？
4.此時，反應物和生成物濃度如何變化？
5.反應真的停止了嗎？
思考討論
二、化學平衡狀態的建立
2NH3
N2 + 3H2
催化劑
高溫、高壓
C
t
(a)反應從正向開始
濃度—時間圖
剛開始時：反應物濃度________，正反應速率________ ，生成物濃度為_________，逆反應速率_________ 。
反應過程中：反應物濃度_________ ，正反應速率_________ ， 生成物濃度_________ ，逆反應速率_________。
t0時間后:必然出現___________________。
H2
N2
NH3
t
v
υ正＝υ逆≠0
化學平衡狀態
υ正
υ逆
最大
最大
0
0
減小
減小
增大
增大
υ正＝υ逆 ≠0
t0
t0
速率—時間圖
正反應
在容器為1L的密閉容器中加入0.1molN2和0.3mol H2，體系中各組分的濃度與速率的變化情況？
2NH3
N2 + 3H2
催化劑
高溫、高壓
C
t
(b)反應從逆向開始
濃度—時間圖
t0
H2
N2
NH3
t
v
υ正＝υ逆≠0
化學平衡狀態
υ正
υ逆
t0
速率—時間圖
剛開始時：生成物濃度________，逆反應速率________ ，反應物濃度為_________，正反應速率_________ 。
反應過程中：生成物濃_________ ，逆反應速率_________ ， 反應物濃度_________ ，正反應速率_________。
t0時間后:必然出現___________________。
最大
最大
0
0
減小
減小
增大
增大
υ正＝υ逆≠0
逆反應
在容器為1L的密閉容器中加入0.3molNH3，體系中各組分的濃度與速率的變化情況？
2NH3
N2 + 3H2
催化劑
高溫、高壓
在一定條件下的可逆反應體系中，當正、逆反應的速率相等時，反應物和生成物的濃度均保持不變，即體系的組成不隨時間而改變，這表明該反應中物質的轉化達到了“限度”，這時的狀態我們稱之為化學平衡狀態，簡稱化學平衡。
三.化學平衡狀態的概念
化學反應限度決定了反應物在該條件下的最大轉化率
補 轉化率：化學反應的限度決定了反應物在一定條件下的最大轉化率。
轉化率
(α)
=
轉化的量
起始的量
×100％
產率：化學反應中（尤其在可逆反應中）某種生成物實際產量與理論產量的比值。
產率
(γ)
=
實際產量
理論產量
×100％
四.化學平衡狀態的特征
t
v
o
v正= v逆
(1) 逆：討論的對象是可逆反應 (前提)
(2) 等：同一物質 v正 = v逆≠0 (實質)
(3) 動：化學平衡是一種動態平衡。化學反應達到平衡時，反應并沒有停止。
(4) 定：在平衡混合物中，各組成成分的含量保持不變 (標志)
(5) 變：化學平衡狀態是有條件的，當影響化學平衡的外界條件發生改變，化學平衡就會被破壞，在新的條件下建立新的化學平衡。
正誤判斷
(1)可逆反應平衡狀態的建立可以加入反應物從正反應方向開始，也可以加入生成物從逆反應方向開始
(2)在化學平衡建立過程中，v正一定大于v逆
(3)化學平衡狀態是一定條件下可逆反應進行到最大限度的結果
(4)化學反應達到化學平衡狀態后反應物和生成物的濃度相等
(5)化學反應達到化學平衡狀態后，反應混合物中各組分的濃度一定與化學方程式中對應物質的化學計量數成比例
√
×
√
×
×
【課堂練習】
如何判斷是反應是否到達平衡狀態？
思考：
在一定條件下，1L的密閉容器中進行如下的可逆反應：

請判斷下列情況是否說明該反應已經達到化學平衡狀態：
（1）反應物濃度等于生成物濃度；（2）容器中N2、H2、NH3的濃度之比為1：3：2 ；（3）單位時間內生成nmolN2同時生成3nmolH2；（4）反應物混合體系的壓強不隨時間的變化而變化；（5）容器內混合氣體的密度不再變化；
( 6） N2的生成速率等于NH3的生成速率。
2NH3
N2 + 3H2
催化劑
高溫、高壓
五、化學平衡狀態的標志
1、直接標志：
①平衡的本質（v正= v逆）
a、同一物質，V消=V生
b、在化學方程式同一邊的不同物質生成速率與消耗速率之比等于計量數之比；
c、在化學方程式兩邊的不同物質生成(或消耗)速率之比等于化學計量數之比。
②從組分含量來判斷
達平衡時各物質的含量及濃度、質量、物質的量均不再變化。
練一練
練一練
對反應mA(g)+nB(g) ?pC(g)+qD(g)，以下哪些說法可以判斷反應已達平衡狀態？
①各組分的物質的量或物質的量分數不再變化。
②各組分的質量或質量分數不再變化。
③各氣體的體積或體積分數不再變化。
④單位時間內消耗m mol A，同時生成m mol A。
⑤單位時間內消耗n mol B，同時生成p mol C。
⑥VA:VB:VC:VD=m:n:p:q。
⑦單位時間內生成n mol B ，同時消耗q mol D。
√
√
√
√
?
?
?
⑵間接標志：
①對于反應前后氣體體積不等的可逆反應，反應體系總壓強和混合氣體的平均摩爾質量不變化。
②對于反應混合物中存在有顏色的物質的可逆反應，若體系顏色不再變化，則反應達到平衡狀態。
密度、溫度等等
即：該物理量在平衡到達前（反應過程中）是否發生變化若是則可；否則，不行。
間接標志：
氣體總壓強P、氣體密度ρ、氣體平均摩爾質量????
?
當以上參數由不變?不變，不一定平衡；由變?不變，一定平衡。
變量不變即平衡
①混合氣體的總壓強不隨時間改變而—— —
改變
適用于前后氣體分子數不相等的反應(m+n≠p+q)
{69012ECD-51FC-41F1-AA8D-1B2483CD663E}
A(g)+B(g)?2C(g)
A(g)+B(g)?C(g)
氣體總物質的量
不變
減小
恒溫恒容時的壓強P
不變
減小
恒溫恒壓時的體積V
不變
減小
對于這三個量，若反應前后氣體系數不相等，則可以作為判斷依據
②混合氣體的平均相對分子質量不隨時間改變而變化
找固體
看氣體系數
M=
m總
n總
m總
n總
M
不變
不變
不變
不變
變
變
變
變
不變
A(g)+B(g) 2C(g)
A(g)+B(g) C(g)
A(S)+B(g) C(g)
③混合氣體的密度不隨時間改變而變化
恒容時，凡是有固體參與的反應，其氣體密度都會變
ρ=
m總
v
不會變
氣體質量增加
對于反應：A(s)+B(g) C(g)
mA+m B= mC (質量守恒）
找固體，若方程式中有固體，則氣體總質量會變化
（3）特殊標志：
①對于有色物質參加反應，如果體系顏色不變，反應達到平衡
②對于吸熱或放熱反應，如果體系溫度不變，反應達到平衡
1、下列說法中可以證明2HI(g) H2(g)+I2(g)（紫色）已達到平衡狀態的是___________。
①單位時間內生成 n mol H2的同時生成 n molHI
②一個H-H鍵斷裂的同時有兩個H-I鍵斷裂
③ 反應速率 v(H2) = v(I2) 時
④c(HI):c(H2):c(I2) = 2:1:1時
⑤溫度和體積一定，容器內壓強不再變化時
⑥溫度和體積一定，混合氣體的顏色不再變化時
⑦條件一定，混合氣體的平均相對分子質量不再變化時
⑧溫度和壓強一定，混合氣體的密度不再變化時
②⑥
練習：
2、可逆反應2NO2(紅棕色) 　　N2O4(無色)在一固定密閉容器中反應，達到化學平衡狀 態的是（ ）
A.單位時間內生成n mol N2O4 同時生成2n mol NO2
B.單位時間內生成n mol N2O4 同時消耗2n mol NO2
C.c(NO2):c(N2O4)= 2: 1
D.混合氣體的顏色不再改變
E.混合氣體的密度不再改變
F.混合氣體的平均相對分子質量不再改變
H.混合氣體各組分的體積分數不再改變
A D F H
化學平衡狀態
可逆反應
概念
逆、等、動、定、變
判斷依據
正逆相等
變量不變
研究對象
特征：
本節小結

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