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(共32張PPT)
專題2 化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡
第二單元 化學(xué)反應(yīng)的方向和限度
化學(xué)平衡狀態(tài)
第一課時
1．了解化學(xué)反應(yīng)的可逆性。
2．通過化學(xué)平衡狀態(tài)的建立過程，知道化學(xué)平衡是一種動態(tài)平衡，理解并會判斷化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志。
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
高爐煉鐵的主要反應(yīng)是：
2C(焦炭) + O2(空氣) =2CO(放出熱量)，F(xiàn)e2O3 + 3CO 2Fe＋3CO2。
煉制1噸生鐵所需焦炭的實際用量遠(yuǎn)高于按照化學(xué)方程式計算所需的量，且從高爐中出來的氣體中含有沒利用的CO氣體。
開始，煉鐵工程師們認(rèn)為是CO與鐵礦石接觸不充分之故，于是設(shè)法增加高爐的高度，然而高爐增高后，高爐尾氣中的CO比例竟沒有改變，這是什么原因呢？
復(fù)習(xí)回顧
什么是可逆反應(yīng)？我們學(xué)過哪些反應(yīng)是可逆反應(yīng)？
可逆反應(yīng)是指在同一條件下，向正反應(yīng)方向進(jìn)行的同時也向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的反應(yīng)。
常見的可逆反應(yīng)有：
2NH3
N2 + 3H2
催化劑
高溫、高壓
2SO3
2SO2 + O2
△
催化劑
2HI
H2 + I2
N2O4
2NO2
HCl+HClO
Cl2 + H2O
NH3.H2O
NH3 + H2O
H2SO3
SO2 + H2O
H2CO3
CO2 + H2O
課堂練習(xí)
下列反應(yīng)屬于可逆反應(yīng)的是(　　)
A．H2和O2點燃生成H2O的反應(yīng)與H2O電解生成H2和O2的反應(yīng)
B．CuSO4吸水形成晶體藍(lán)礬與藍(lán)礬加熱失去水分生成CuSO4
C．Cl2溶于水
D．Na2O溶于水
答案：C
解析：A、B項的反應(yīng)不是在同一條件下進(jìn)行，不屬于可逆反應(yīng)；D項反應(yīng)能進(jìn)行到底，不屬于可逆反應(yīng)；同一條件下，Cl2與水反應(yīng)生成HCl和HClO，同時，HCl和HClO反應(yīng)生成Cl2與水，屬于可逆反應(yīng)。
可逆反應(yīng)
在同一條件下，能向正反應(yīng)方向進(jìn)行，又能向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的反應(yīng).
N2 + 3H2 2NH3
催化劑
高溫高壓
1、特征：
特點
雙向性
反應(yīng)物 生成物
正反應(yīng)方向
逆反應(yīng)方向
υ正
υ正(N2):N2的消耗速率，N-N鍵的斷裂
υ正(H2):H2的消耗速率，H-H鍵的斷裂
υ正(NH3):NH3的生成速率，N-H鍵的形成
取決于N2、H2的濃度
υ逆
υ逆(N2):N2的生成速率 ，N-N鍵的形成
υ逆(H2):H2的生成速率，H-H鍵的形成
υ逆(NH3):NH3的消耗速率，N-H鍵的斷裂
取決于NH3的濃度
可逆反應(yīng)
在同一條件下，能向正反應(yīng)方向進(jìn)行，又能向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的反應(yīng).
N2 + 3H2 2NH3
催化劑
高溫高壓
1、特征：
2、表示：
方程式而用“ ”連接，而不用 “ = ”
特點
雙同性
共存性
雙向性
反應(yīng)物 生成物
正反應(yīng)方向
逆反應(yīng)方向
在相同條件下，正、逆反應(yīng)同時進(jìn)行
反應(yīng)物和生成物共同存在
任一組分的轉(zhuǎn)化率都小于100%
【練習(xí)】下列對可逆反應(yīng)的認(rèn)識正確的是（ ）
A、2H2O == 2H2↑+O2↑與2H2+O2 == 2H2O互為可逆反應(yīng)
B、一定條件下，1molSO2與足量的O2反應(yīng)可生成1molSO3
C、化學(xué)反應(yīng)，一種反應(yīng)物過量，另一種反應(yīng)物少量，充分反應(yīng)， 若少量的反應(yīng)物仍存在，則證明為可逆反應(yīng)
通電 點燃
C
思考與討論
0 10 20 30 40 50 60
SO2 1.00 0.70 0.50 0.38 0.30 0.30 0.30
O2 0.50 0.35 0. 25 0.19 0.15 0.15 0.15
SO3 0 0.30 0.50 0.62 0.70 0.70 0.70
t/min
c/mol·L-1
請用濃度-時間圖像來表示此變化過程。
某溫度和壓強下的密閉容器中，發(fā)生
2SO2 + O2 2SO3
c/mol·L-1
t/min
1. 0
0.5
0
40
SO2
O2
SO3
從濃度對反應(yīng)速率的影響入手，分析正、逆反應(yīng)速率（某同一物質(zhì)，如SO2）隨時間是如何變化的？用速率-時間圖象來表示此變化過程。
v (mol/L·min)
t/min
40
v正
v逆
對于此濃度-時間圖像，
為何40 min后3種物質(zhì)的濃度保持不變？
是反應(yīng)是否停止了嗎？
v正 = v逆 ≠ 0
思考與討論
v表觀 = v正 – v逆
v表觀 = 0
2SO2 + O2 2SO3
在容積為 2 L 的密閉容器中放入 12 mol NH3，進(jìn)行反應(yīng)
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)，
測得當(dāng) NH3 的物質(zhì)的量減到 8 mol 時，將不再減小，畫出表示此變化過程的 速率-時間圖象 及 濃度-時間圖象。
課堂練習(xí)
催化劑
v/mol·L-1·min-1
t/min
0
v(逆)
v(正)
t0
t/min
c/mol·L-1
2
4
6
0
NH3
H2
N2
t0
可逆反應(yīng)的過程分析（從反應(yīng)物開始）
反應(yīng)開始時：
反應(yīng)過程中：
一段時間后：
反應(yīng)物濃度最大，正反應(yīng)速率最大
生成物濃度為0，逆反應(yīng)速率為0
反應(yīng)物濃度逐漸減小，正反應(yīng)速率逐漸減小
生成物濃度逐漸增大，逆反應(yīng)速率逐漸增大
反應(yīng)物濃度不再變化（最小），正反應(yīng)速率不再變化（最小）
生成物濃度不再變化（最大），逆反應(yīng)速率不再變化（最大）
反應(yīng)物和生成物
的濃度不再變化
v正=v逆≠0
當(dāng)正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等時，達(dá)到一種平衡狀態(tài)，反應(yīng)物的濃度和生成物的濃度不再改變，正反應(yīng)和逆反應(yīng)都沒有停止。
化學(xué)平衡狀態(tài)的概念
當(dāng)外界條件不變時，可逆反應(yīng)進(jìn)行到一定程度，反應(yīng)物和生成物的濃度不再隨時間的變化而發(fā)生變化。
達(dá)到化學(xué)平衡時，反應(yīng)達(dá)到該條件下物質(zhì)轉(zhuǎn)化的最大“限度”，
即反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率最大。
電梯
v逆
v正
化學(xué)平衡狀態(tài)
4.化學(xué)平衡狀態(tài)的特征
可逆反應(yīng)
相等
v正=v逆
v正=v逆≠0
一定
υ正＝ υ逆
化學(xué)平衡狀態(tài)
υ正
υ逆
時間
速率
t1
此條件下進(jìn)行到什么時候達(dá)到了這個反應(yīng)的限度
此時的反應(yīng)是否停止了？
此時為何3種物質(zhì)的濃度保持不變
某溫度和壓強下的密閉容器中,2SO2+O2 2SO3
△
催化劑
時間 （min) 物質(zhì)的量 濃度(mol/L) 0 10 20 30 40 50 60 70
SO2 1 0.7 0.5 0.35 0.2 0.1 0.1 0.1
O2 0.5 0.35 0.25 0.18 0.1 0.05 0.05 0.05
SO3 0 0.3 0.5 0.65 0.8 0.9 0.9 0.9
微觀本質(zhì)
t0
已知反應(yīng)2SO2+O2 2SO3，在密閉容器中，充入SO2和18O原子組成的氧氣，在一定條件下開始反應(yīng)，在達(dá)到平衡后，18O存在于(　　)
A．只存在于氧氣中 B．只存在于SO3中
C．只存在于SO2和SO3中 D．SO2、SO3、O2中都存在
答案：D
解析：該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，正反應(yīng)、逆反應(yīng)同時存在；化學(xué)平衡是動態(tài)平衡，正反應(yīng)發(fā)生時，18O存在于SO3中，逆反應(yīng)發(fā)生時，SO3中的18O又可以轉(zhuǎn)化到SO2中。
課堂練習(xí)
t1 t2 t3
D
t3時，n(M)、n(N)不變，達(dá)平衡
2N M
【練習(xí)】
【問題】
如何判斷可逆反應(yīng)是否已達(dá)平衡狀態(tài)？
判斷可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)：
① v正=v逆≠0
②各組分的含量（濃度、物質(zhì)的量、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)等）為恒定值
交流討論
如何判斷可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)？
若某個物理量在建立平衡的過程中發(fā)生變化，平衡時不變，則該反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)。
若某個物理量在建立平衡的過程中始終保持不變，則不能確定該反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)。
化學(xué)平衡
化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷
動態(tài)標(biāo)志
靜態(tài)標(biāo)志
ν (正) = ν (逆)
≠0
變量不變
同一物質(zhì): ν生成(A) = ν消耗(A)
不同物質(zhì)： v正(A) : v逆(B) = 化學(xué)計量數(shù)之比
① 各物質(zhì)的 m 、n 或 c 不變
② 各物質(zhì)的百分含量不變
(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率等)
③ 顏色、溫度（絕熱體系）不再改變
“正逆相等，變量不變”
必須是“一正一逆”，
在1L密閉容器中充入1mol N2 (g)與3mol H2 (g) ，在一定條件下進(jìn)行反應(yīng)。下列哪些圖象能判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________。
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
氣體平均密度
反應(yīng)進(jìn)程
O
氣體平均摩爾質(zhì)量
反應(yīng)進(jìn)程
O
NH3的濃度
反應(yīng)進(jìn)程
O
N2 的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)
反應(yīng)進(jìn)程
O
化學(xué)平衡標(biāo)志的判斷要注意“三關(guān)注”:
一要關(guān)注反應(yīng)條件,是恒溫恒容、恒溫恒壓還是絕熱容器;
二要關(guān)注反應(yīng)特點,是等體積反應(yīng),還是非等體積反應(yīng);
三要關(guān)注特殊情況,是否有固體或液體參加或生成,或固體的分解反應(yīng)。
① NH3 (g)的濃度c(NH3)不變
②容器中氣體的密度 不變

氣
③ N2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù) 不變
④混合氣體的平均摩爾質(zhì)量 不變


氣體平均密度
反應(yīng)進(jìn)程
O
氣體平均摩爾質(zhì)量
反應(yīng)進(jìn)程
O
NH3的濃度
反應(yīng)進(jìn)程
O
N2 的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)
反應(yīng)進(jìn)程
O
寫出下列含量的化學(xué)表達(dá)式，試?yán)帽磉_(dá)式解釋圖像變化趨勢。
解析　B項，對于一個特定反應(yīng)，ΔH固定不變，不能作為判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)；
C項，在t1時刻，2v正(N2O4)＝v逆(NO2)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。
√
化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷
分析目標(biāo)反
應(yīng)及外界條
件
確定分
析角度
明確變與定
得出正確結(jié)論
看清恒容、恒壓、
絕熱等外界條件，
反應(yīng)前后氣體分
子數(shù)目及物質(zhì)狀
態(tài)等
從速率還是定
的角度著手
ρ=
m氣總
v容器
M=
m氣總
n總
P始
P終
＝
n始
n終
氣體的平均相對分子質(zhì)量、密度和體系顏色變化等特征
混合氣體的平均相對分子質(zhì)量：各氣體的相對分子質(zhì)量乘以該氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)（或體積分?jǐn)?shù)）的和。
2.下列各關(guān)系中能說明反應(yīng)N2＋3H2 2NH3已達(dá)到平衡狀態(tài)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)
CEF
E.消耗1mol N2，同時生成1molN2
F.一個N≡N鍵斷裂同時，有6個N－H鍵斷裂
3.可逆反應(yīng)：2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)在恒容的密閉容器中進(jìn)行，達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是
①單位時間內(nèi)生成n mol O2的同時生成2n mol NO2
②單位時間內(nèi)生成n mol O2的同時生成2n mol NO
③用NO2、NO、O2表示的反應(yīng)速率的比為2∶2∶1的狀態(tài)
④混合氣體的顏色不再改變的狀態(tài)
⑤混合氣體的密度不再改變的狀態(tài)
⑥混合氣體的壓強不再改變的狀態(tài)
⑦混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變的狀態(tài)
A.①④⑥⑦ B.②③⑤⑦ C.①③④⑤ D.全部
√
2
2
1
化學(xué)反應(yīng)速率
是否定量？
絕熱容器中溫度不變？
解析　依據(jù)v正＝v逆≠0判斷：①單位時間內(nèi)生成n mol O2的同時生成 2n mol NO2，能說明反應(yīng)已達(dá)平衡；
②描述的均是正反應(yīng)速率，無法判斷；
③無論反應(yīng)是否達(dá)平衡，均有此關(guān)系。
依據(jù)組成一定判斷：④NO2為有顏色的氣體(紅棕色)，顏色不變能說明反應(yīng)體系中NO2的濃度一定，已達(dá)到平衡；
特別注意
化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷
間接依據(jù) ：變量不再改變。
這些都不是某一種物質(zhì)的數(shù)據(jù)，而是所有氣體的整體量。
對于這三個量，若反應(yīng)為等體反應(yīng)，不能作為判斷依據(jù)，若反應(yīng)為非等體反應(yīng)，則可以作為判斷依據(jù)。
第一類:氣體的總物質(zhì)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(zhì)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(yīng)
縮體反應(yīng)
間接依據(jù) ：變量不再改變。
恒容時，凡是有固體參與的氣體反應(yīng)，其氣體密度都會變，此時ρ是變量，可以作為判斷依據(jù)。
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(zhì)量增加，ρ是變量，可以作為判斷依據(jù)。
對于反應(yīng)：A(s)+B(g) C(g)
mA+m B= mC (質(zhì)量守恒）
找固體，若方程式中有固體，則氣體總質(zhì)量會變化
對于反應(yīng)：A(g)+B(g) C(g)
質(zhì)量守恒，氣體質(zhì)量不變，ρ是不變量，不能作為判斷依據(jù)。
特別注意
間接依據(jù) ：變量不再改變。
找固體
看氣體系數(shù)
第三類：混合氣體的平均摩爾質(zhì)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(jù)
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(yīng)
縮體反應(yīng)
有固體參加的等體反應(yīng)
特別注意

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