資源簡介

(共25張PPT)
第二節 化學平衡
第1課時 化學平衡狀態
人教版（2019版） 選擇性必修1《化學反應原理》
第二章 化學反應速率與化學平衡
1.從可逆反應化學平衡狀態的建立過程，認識化學平衡是一種動態平衡。
2.熟知化學平衡狀態的特征，建立化學平衡狀態判斷方法的思維模型。
核心素養發展目標
學習目標
教學重點：化學平衡狀態的建立。
教學難點：化學平衡狀態的判斷。
1918年，德國化學家弗里茨·哈伯，“由于從單質合成氨的研究”獲獎。
1931年，德國化學家卡爾·博施“由于他發明和發展化學合成氨高壓技術”獲獎。
2007年，德國化學家格哈德·埃特爾“由于他對固體表面化學合成氨反應的研究”
獲獎。
合成氨領域有三位科學家獲得諾貝爾化學獎
情境導入：“從空氣中制造面包的圣人”。
工業合成氨
自1784年氨被發現以來，人們一直在研究如何利用化學方法由氮氣和氫氣合成氨，直到1913年才實現了合成氨的工業化生產。化學反應N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)看起來十分簡單，合成氨的工業化生產卻經歷了漫長的發展過程。
化工生產中，我們需要考慮哪些因素呢？
——化學反應進行的限度
使原料盡可能快地轉化為產品
使原料盡可能多地轉化為產品
——化學反應速率
（即化學平衡）
情境導入：“從空氣中制造面包的圣人”。
任務一：再識可逆反應
25℃時，合成氨反應的熱化學方程式為：
N2 (g) ＋3H2 (g) 2NH3 (g) △H= - 92.4kJ/mol
在該溫度時，取1mol N2和3mol H2放在密閉容器中，在催化劑存在下進行反應，測得反應放出的熱量總小于92.4kJ。其原因是_______________________________________________________________________________________
該反應是可逆反應，1 mol N2和3 mol H2不能完全化合生成2 mol NH3，所以反應放出的熱量總是小于92.4 kJ。
反應物的轉化率不能達到100％
Ag++Cl-=AgCl
2Mg+O2====2MgO
點燃
對于以上反應，我們在進行化學計算時，從未關心過反應能否進行徹底的問題，即限度問題。某種反應物會“消耗殆盡”。它們不存在限度，即反應能進行徹底。
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
任務一：再識可逆反應
任務一：再識可逆反應
一、可逆反應：在相同條件下，能向正反應方向進行同時又能向逆反應方向進行的反應稱為可逆反應。
2NH3
N2 + 3H2
催化劑
高溫、高壓
正反應
逆反應
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
問題1：對比以上兩類反應，你認為什么樣的反應是可逆反應？
問題2：2H2＋O2 2H2O 與 2H2O 2H2↑＋O2↑互為可逆反應嗎？
正反應
2NH3
N2 + 3H2
催化劑
高溫、高壓
HCl+HClO
Cl2 + H2O
任務一：再識可逆反應
材料1：
材料2：
問題3：結合以上材料，你能從反應的方向性、條件性、轉化率、方程式表示等方面對可逆反應的特點進行分析？
2、特點：
3、表示：
雙向性
可逆反應分為正反應方向和逆反應方向
雙同性
正、逆反應在同一條件下同時進行
共存性
反應物不能全部轉化為生成物，即反應物的轉化率小于100%
任務一：再識可逆反應
問題4：根據可逆反應的特點，你還能列舉我們已知的可逆反應嗎？
回顧常見的可逆反應：
2SO3
2SO2 + O2
△
催化劑
2NH3
N2 + 3H2
催化劑
高溫、高壓
2HI
H2 + I2
H2CO3
CO2 + H2O
H2SO3
SO2 + H2O
NH3.H2O
NH3 + H2O
HCl+HClO
Cl2 + H2O
N2O4
2NO2
任務一：再識可逆反應
B
D
評價任務1：再識可逆反應
在一定條件下的容積不變的密閉容器中：
【思考4】請根據圖示分析速率的變化，并畫出v－t圖像。
任務二：圖解化學平衡狀態
正向建立
逆向建立
正向建立
逆向建立
v－t圖
v－t圖
任務二：圖解化學平衡狀態
【交流與討論】工業合成氨。在一定條件下，在密閉容器中加1molN2和3mol H2發生反應：
（1）反應剛開始時：
反應物濃度————，正反應速率———— ，
生成物濃度為———，逆反應速率為——。
（2）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———————
最大
最大
0
0
逐漸減小
逐漸減小
逐漸增大
逐漸增大
任務二：深研化學平衡狀態
（3）反應進行到什么時候會“停止”？
v(正)=v(逆)≠ 0
（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？
不再改變
不是
處于動態平衡
任務二：圖解化學平衡狀態
任務二：圖解化學平衡狀態
二、化學平衡：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”，這時的狀態稱之為化學平衡狀態，簡稱化學平衡。
標志
本質
【思考2】請根據合成氨c－t圖和v－t圖分析化學平衡狀態的特征？
任務二：圖解化學平衡狀態
條件改變，原平衡被破壞，發生移動，在新的條件下
建立新的化學平衡
v(正)＝ v(逆)
動
動態平衡，v(正)＝ v(逆) ≠0
定
條件一定，平衡混合物中各物質的濃度一定（不是相等）
變
【交流討論】這幾個特征中，哪幾個可作為化學平衡狀態的判斷標志？
研究對象為可逆反應
逆
等
任務三：深研化學平衡狀態
①同一物質：生成速率＝消耗速率，即v正(A)＝v逆(A)。
②不同物質：符合：bv正(A)=av逆(B)
正逆相等
同一個物質，消耗速率（量）等于生成速率（量）
③反應物與生成物在單位時間物質的量、質量、化學鍵的斷裂和生成等的變化也能體現速率。
如:aA (g) ＋bB (g) cC (g)
1、直接依據 —— 根據速率關系
√
×
任務三：深研化學平衡狀態
2、間接依據——根據各組分的量
首先分析該量是“變量”還是“恒量”，如為“恒量”，即隨反應的進行永遠不變，則不能作為判斷平衡狀態的依據；如為“變量”，即該量隨反應進行而改變，當其“不變”時，則為平衡狀態。
（1）各組分的質量、物質的量、物質的量濃度（或顏色）、質量分數、轉化率、絕熱容器溫度等不隨時間的延長而改變（一定可以）。
（2）混合氣體的總壓強、總體積、總物質的量、混合氣體的密度、平均摩爾質量不隨時間的延長而改變（具體情況具體分析）。
變量不變
從反應開始到平衡之前始終變化，平衡后不再變
任務三：深研化學平衡狀態
這些都不是某一種物質的數據，而是所有氣體的整體量。
對于這三個量，若反應為等體反應，不能作為判斷依據，若反應為非等體反應，則可以作為判斷依據。
第一類:氣體的總物質的量n、體積V、壓強P ,要具體分析：
A(g) + B(g) 2C(g)
A(g) + B(g) C(g)
氣體的總物質的量n
恒溫恒容時的壓強P
減少
不變
不變
減少
不變
減少
恒溫恒壓時的體積V
等體反應
縮體反應
恒容時，凡是有固體參與的氣體反應，其氣體密度都會變，此時ρ是變量，可以作為判斷依據。
第二類：恒溫恒容時，氣體的密度ρ 不再變化時，要具體分析
ρ=
m總
v
不會變
氣體質量增加，ρ是變量，可以作為判斷依據。
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
對于反應：A(g)+B(g) C(g)
質量守恒，氣體質量不變，
ρ是不變量，不能作為判斷依據。
任務三：深研化學平衡狀態
找非氣體
看氣體系數
第三類：混合氣體的平均摩爾質量M,不再變化時，要具體分析
M=
m總
n總
分子、分母只要有一個是變量，
M即可作為判斷平衡的依據
A(g)+B(g) 2C(g)
A(g)+B(g) C(g)
A(s)+B(g) C(g)
m總
n總
M
不變
不變
不變
不變
變
變
變
變
不變
等體反應
縮體反應
有固體參加的等體反應
任務三：深研化學平衡狀態
3.一定條件下，下列方法能證明可逆反應N2＋3H2 2NH3，一定達到平衡狀態的是________________________。
（1）溫度和體積一定時，N2的濃度不再變化；
（2）c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2；
（3）NH3的物質的量不再變化；
（4）N2的體積分數與NH3的相等；
（5）溫度和體積一定時，混合氣體的總壓強不再變化；
（6）溫度和壓強一定時，混合氣體的總體積不再變化；
（7）混合氣體的平均摩爾質量不再變化；
（8）溫度和體積一定時，混合氣體的密度不再變化。
（1）（3）（5）（6）（7）
【學習任務2】化學平衡狀態的判斷
動態標志
靜態標志
ν (正) = ν (逆)
≠0
變量不變
同一物質: ν生成(A) = ν消耗(A)
不同物質： v正(A) : v逆(B) = 化學計量數之比
① 各物質的 m 、n 或 c 不變
② 各物質的百分含量不變
(物質的量分數、質量分數、轉化率、產率等)
③ 顏色、溫度（絕熱體系）不再改變
“正逆相等，變量不變”
課堂小結
化
學
平
衡
思考：如何從定量的角度來判斷可逆反應達到平衡狀態呢？
再見

展開更多......

收起↑