2019_2020学年高中化学第2章第3节第1课时化学平衡状态课件新人教版选修4.pptx

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1、第1课时 化学平衡状态,新知预习,自主预测,一、可逆反应与不可逆反应 1.可逆反应 (1)定义: 在相同条件下,既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的化学反应。 (2)表示方法: 约定采用“ ”表示,把从左向右的反应称作正反应,从右向左的反应称作逆反应。 例如:SO2与H2O反应可表示为SO2+H2O H2SO3。,新知预习,自主预测,二、化学平衡状态 1.化学平衡的建立 在一定条件下,把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下:,新知预习,自主预测,以上过程可用下图表示:,2.化学平衡状态 一定条件下,可逆反应中,正反应速率与逆反应速率相等,反应混合物中各种物质的浓度或

2、质量保持不变的状态。,新知预习,自主预测,1.判断正误(正确的打“”,错误的打“”)。 (1)可逆反应进行到一定程度时,反应就会停止 ( ) (2)化学反应达到平衡状态时,反应体系中各物质的浓度相等 ( ) (3)一定条件下,容积固定的密闭容器中进行N2、H2合成氨的反应,当容器中的压强不变时,表现反应处于平衡状态 ( ) (4)可逆反应中反应物的转化率不能达到100% ( ) (5)存在平衡的过程一定是化学反应过程 ( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5),新知预习,自主预测,答案 B,探究一,探究二,可逆反应特点的应用 问题探究 1.氢气和氧气生成水的反应与水的分解反应能互称为

3、可逆反应吗? 答案 不能;可逆反应的前提是在相同的条件下,这两个反应的条件不同,所以不互为可逆反应。 2.一定条件下,在一密闭容器中通入2 mol SO2和1 mol O2,发生反应:2SO2+O2 2SO3,经足够长的时间后最终得到的SO3的物质的量小于2 mol,请说明理由。 答案 可逆反应有一定的限度,不能完全进行到底,反应物和生成物同时存在于反应容器中。,探究一,探究二,3.(1)当一个可逆反应达到平衡时,各物质的浓度保持不变,这时反应停止了吗? (2)达到化学平衡的反应中,如何理解正逆反应速率相等?(以N2+3H2 2NH3为例) 答案 (1)没有停止,此时v(正)=v(逆)0。 (

4、2)正、逆反应速率相等是针对同一物质来说的,如当反应达到平衡时,正反应消耗N2的速率与逆反应生成N2的速率相等。,探究一,探究二,知识归纳 极端假设法确定各物质浓度的范围以反应X2(g)+Y2(g) 2Z(g)为例 可根据极端假设法判断,假设反应正向或逆向进行到底,求出各物质浓度的最大值和最小值,从而确定它们的浓度范围。 假设反应正向进行到底:X2(g)+Y2(g) 2Z(g) 起始浓度/(molL-1) 0.1 0.3 0.2 改变浓度/(molL-1) 0.1 0.1 0.2 终态浓度/(molL-1) 0 0.2 0.4 假设反应逆向进行到底:X2(g)+Y2(g) 2Z(g) 起始浓度

5、/(molL-1) 0.1 0.3 0.2 改变浓度/(molL-1) 0.1 0.1 0.2 终态浓度/(molL-1) 0.2 0.4 0 平衡体系中各物质的浓度范围:0c(X2)0.2 molL-1, 0.2 molL-1c(Y2)0.4 molL-1,0c(Z)0.4 molL-1。,探究一,探究二,【典例1】 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 molL-1、0.3 molL-1、0.2 molL-1,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0.3 molL-1 B.Y2为0.4 molL-1

6、 C.X2为0.2 molL-1 D.Z为0.4 molL-1,探究一,探究二,解析 该题可利用“极值法”判断,假设反应正向或逆向进行到底,求出各物质浓度的最大值和最小值,从而确定它们的浓度范围。 假设反应正向进行到底:X2(g)+Y2(g) 2Z(g) 起始浓度/(molL-1) 0.1 0.3 0.2 改变浓度/(molL-1) 0.1 0.1 0.2 终态浓度/(molL-1) 0 0.2 0.4 假设反应逆向进行到底:X2(g)+Y2(g) 2Z(g) 起始浓度/(molL-1) 0.1 0.3 0.2 改变浓度/(molL-1) 0.1 0.1 0.2 终态浓度/(molL-1) 0

7、.2 0.4 0 平衡体系中各物质的浓度取值范围为X2(0,0.2),Y2(0.2,0.4), Z(0,0.4)。 答案 A,探究一,探究二,变式训练1在一个密闭容器中发生如下反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),反应过程中某一时刻测得SO2、O2、SO3的浓度分别为:0.2 molL-1、0.2 molL-1、0.2 molL-1,当反应达到平衡时,可能出现的数据是 ( ) A.c(SO3)=0.4 molL-1 B.c(SO2)=c(SO3)=0.15 molL-1 C.c(SO2)=0.25 molL-1 D.c(O2)=0.1 molL-1 解析 2SO2(g)+O2(g)

8、 2SO3(g)反应过程中某一时刻c(SO2)=0.2 molL-1,c(O2)=0.2 molL-1,c(SO3)=0.2 molL-1。若SO2全部转化为SO3,c(SO3)=0.2 molL-1+0.2 molL-1=0.4 molL-1,c(O2)=0.1 molL-1,由于是可逆反应,无论是反应物或生成物都不可能转化完全,所以A、D两项错误;在某一时刻之后,无论平衡怎样移动,都不会出现c(SO2)=c(SO3)=0.15 molL-1这种情形,因为SO2与SO3的浓度都比原来减小违反了质量守恒定律。C项正确。 答案 C,探究一,探究二,化学平衡状态的判断 问题探究 1.在利用“v(正

9、)=v(逆)”判断反应是否达到平衡时需要注意哪些问题? 答案 利用“v(正)=v(逆)”判断化学平衡时,要注意“同”“等”“逆”的原则:“同”,同一种物质的v(正)和v(逆)才能比较;“等”,转化成同一物质的反应速率必须相等;“逆”,反应方向必须对立。可归纳为“异边同向、同边异向、比例计量”,这里的“向”指的是“消耗”或“生成”。 2.在利用“密度”判断反应是否达到平衡时需要注意哪些问题? 答案 涉及“密度”时要注意物质的状态和容器的体积。,探究一,探究二,知识归纳 判断化学平衡状态的两种方法 (1)动态标志:v(正)=v(逆)0 同种物质:同一物质的生成速率等于消耗速率。,(2)静态标志:各

10、种“量”不变 各物质的质量、物质的量或浓度不变。 各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。 温度、压强(化学反应方程式两边气体体积不相等)或颜色(某组分有颜色)不变。 总之,判断化学平衡时若某一物理量由变量变成了不变量(即“变量不变”),则表明该可逆反应达到平衡状态;若物理量为“不变量”,则不能作为平衡标志。,探究一,探究二,典例剖析 【典例2】 在一定温度下,向a L密闭容器中加入1 mol X气体和2 mol Y气体,发生如下反应:X(g)+2Y(g) 2Z(g)。此反应达到化学平衡的标志是( ) A.容器内气体密度不随时间变化 B.容器内各物质的浓度不随时间变化 C.容器内X、

11、Y、Z的浓度之比为122 D.单位时间消耗0.1 mol X同时生成0.2 mol Z,探究一,探究二,解析 A项,该反应过程中,气体的质量和体积均不发生变化,则气体密度保持不变;B项恰恰表示了化学平衡时各组分的浓度不再变化的情况;判断C项的正误可假设开始投入2 mol X、4 mol Y进行反应,当有1 mol X和2 mol Y反应生成2 mol Z时,X、Y、Z的浓度之比为122,但并不一定是达到平衡时的状态;D项中消耗X与生成Z均为正反应速率,不能表示正、逆反应速率相等的关系。 答案 B,探究一,探究二,规避“2”个易失分点 (1)判断化学平衡状态的“三关注” 关注反应条件,是恒温恒容

12、、恒温恒压还是绝热恒容容器;关注反应特点,是等体积反应还是非等体积反应;关注特殊情况,是否有固体参加或生成,或固体的分解反应。 (2)不能作为平衡状态“标志”的四种情况 反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。 恒温恒容下的体积不变的反应,体系的压强或总物质的量不随时间而变化,如2HI(g) H2(g)+I2(g)。 全是气体参加的体积不变的反应,体系的平均相对分子质量不随时间而变化,如2HI(g) H2(g)+I2(g)。 全是气体参加的反应,恒容条件下体系的密度保持不变。,探究一,探究二,变式训练2一定温度下的恒容密闭容器中,下列叙述不能作为可逆反应A(g)+3B(

13、g) 2C(g)达到平衡状态的标志的是 。 C的生成速率与C的消耗速率相等 单位时间内生成a mol A,同时生成3a mol B A、B、C的浓度不再变化 C的物质的量不再变化 混合气体的总压强不再变化 混合气体的总物质的量不再变化 单位时间消耗a mol A,同时生成3a mol B A、B、C的分子数之比为132,解析 对平衡状态的判断,一定要根据实际反应逐项分析,只有能反映同一物质的v(正)=v(逆),或者混合物中的某组分的浓度或百分含量保持不变,才能证明可逆反应达到了平衡状态。,探究一,探究二,中,同一物质的生成速率与消耗速率相等,说明反应已达到平衡;中,表示的是同一方向的反应速率,

14、不能说明反应已达到平衡;中,各组分的浓度不再变化,说明反应已达到平衡;中,C的物质的量不再变化,也就是C的浓度不再变化,说明反应已达到平衡;中,若反应正向进行,混合气体的总物质的量减小,压强减小,若反应逆向进行,混合气体的总物质的量增大,压强增大,混合气体的总压强不再变化,说明反应正向进行的速率和逆向进行的速率相同,即反应已达到平衡;中,由中的分析可知,混合气体的总物质的量不再变化,说明反应已达到平衡;中,消耗A的量与生成B的量之比与它们在化学方程式中的计量数之比相等,也就是反应正向进行和逆向进行的速率相等,说明反应已达到平衡;中,A、B、C的分子数之比为132只是反应进程中的某一时刻的状态,

15、不能说明反应已达到平衡。 答案 ,1.对于可逆反应2SO2+O2 2SO3,在混合气体中充入一定量的18O2足够长时间后,18O原子( ) A.只存在于O2中 B.只存在于SO3和O2中 C.只存在于SO2和O2中 D.存在于SO2、SO3和O2中 解析 SO2和18O2反应生成了S18O3,S18O3又分解生成S18O2,故平衡混合物中含18O的分子有S18O2、18O2、S18O3。可逆反应中反应物和生成物共存。 答案 D,1,2,3,4,1,2,3,4,解析 A、B、D项均表示同一方向的反应。 答案 C,1,2,3,4,3.(2018湖南长沙一中月考)一定条件下,对于可逆反应X(g)+3

16、Y(g)2Z(g),若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零),达到平衡时,X、Y、Z的浓度分别为0.1 molL-1、0.3 molL-1、0.08 molL-1,则下列判断正确的是( ) A.c1c2=31 B.平衡时,生成Y和Z的速率之比为23 C.X、Y的转化率不相等 D.c1的取值范围为0c10.14 molL-1 解析 X、Y两种物质平衡时的浓度之比为13,转化时的浓度之比也为13,故c1c2=13,A、C不正确;平衡时生成Y表示逆反应速率,生成Z表示正反应速率,且v生成(Y)v生成(Z)应为32,B不正确;由可逆反应的特点可知0c10.14 molL-1。 答案 D

17、,1,2,3,4,4.一定条件下,下列方法能证明可逆反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),一定达到平衡状态的是 。 单位时间内消耗n mol N2的同时生成2n mol NH3; 3NA个HH键断裂的同时有6NA个NH键断裂; N2与NH3的体积分数相等; v(N2)v(H2)v(NH3)=132; c(N2)c(H2)c(NH3)=132; 温度和体积一定时,N2的浓度不再变化; 混合气体的总物质的量不再变化; v正(N2)=v逆(NH3)。,1,2,3,4,解析 解题时注意化学平衡的实质是正、逆反应速率相等,要仔细分析各项叙述中的反应速率。表示同一方向的反应速率,不能表示v(正)=v(逆),不正确。表示v(正)=v(逆),反应达到平衡,正确。平衡时各组分的体积分数保持不变,并不一定相等,不正确。是指单向反应速率,不正确。平衡时各组分的浓度保持不变,而不一定有固定的比例,不正确。平衡时,各组分的浓度保持不变,正确。此反应是气体分子数减小的反应,混合气体的总物质的量随着反应进行的程度不同在发生着变化,当达到平衡时混合气体的总物质的量不再变化,正确。要将v正(N2)转化成v正(NH3),再判断是否相等,即一种物质表示的v(正)与另一种物质表示的v(逆)之比等于对应物质的化学计量数之比时才是化学平衡状态,不正确。 答案 ,