师：同学们，今天我们来学习高二化学人教版选择性必修一第二章第二节化学平衡第一课时的内容。本节课的学习目标有两个：一是认识化学平衡状态，了解化学平衡常数的含义；二是通过分析化学平衡状态时的浓度数据，认识化学平衡常数的概念。
大家认识这位化学家吗？没错，他就是1918年诺贝尔化学奖得主弗里茨·哈伯。他从1904年开始研究氨的平衡，成功从空气中提取了氨气，改变了当时人们只能依靠天然氮肥的局面，使得粮食大量增产，因此被誉为“从空气中制造面包的人”。
上一节我们学习了化学反应速率，是不是提高化学反应速率就能提高合成氨的生产效率呢？其实不是，化学反应速率快，反应物转化率不一定大，生产效率也不一定高。合成氨是一个可逆反应，存在反应限度，即反应不能进行到底。
下面我们来看练习一中合成氨的反应数据。在一定条件下，容积为1升的密闭容器中，氮气和氢气反应足够长时间后，T1时各物质的量不再改变。数据如下，请同学们算出平衡时氮气的转化率，再根据这些数据画出浓度 - 时间图。我们知道，物质的转化率等于某反应物的转化浓度除以该反应物的起始浓度，再乘以100%。从表中的数据可知，氮气起始的物质的量为5摩尔，平衡时氮气的物质的量为4.8摩尔，体积为1升，即氮气起始浓度为5摩尔每升，平衡浓度为4.8摩尔每升，代入数据可得，氮气的转化率为4%。由此可见，氮气的平衡转化率比较低。那么在合成氨工业中，如何提高氮气的转化率呢？我们将在后面的学习中讲解。
根据表中数据可以画出浓度 - 时间图。如图a，反应为正向投料，氮气与氢气作为反应物发生化合反应。随着反应的进行，体系中氨气的浓度逐渐增大，而氮气的浓度逐渐减小。从某一时刻开始，它们的浓度均不再改变。如果把反应改成逆向投料，浓度 - 时间图会是怎样的呢？请同学们按下暂停键思考一下。
生：图b就是逆向投料的浓度 - 时间图，氨气作为反应物，随着分解反应的进行，体系中的氮气和氢气浓度逐渐增大，而氨气的浓度逐渐减小。从某一时刻开始，它们的浓度也不再改变。
师：非常好。这两幅图说明无论从哪个方向开始反应，最终都会达到一个各物质的浓度都不再变化的表面静止状态，即达到了化学反应的限度。通过上述两例可知，平衡的建立与建立的途径无关，这就是我们这节课要学习的化学平衡状态。
首先，我们从定性的角度认识化学平衡状态。在一定条件下的可逆反应体系里，当正逆反应速率相等时，反应物和生成物的浓度均保持不变，即体系的组成不随时间改变，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。化学平衡是一种动态平衡，达到化学平衡时，反应达到该条件下物质转化的最大限度，即反应物的转化率最大。那么如何判断可逆反应是否达到平衡状态呢？请同学们按下暂停键完成练习。
二、恒温恒容时，在某密闭容器中投入1摩尔的氢气和1摩尔的碘蒸气，发生如下反应：氢气和碘蒸气合成碘化氢。一段时间后，达到平衡状态的标志是什么呢？
当氢气的正反应速率等于碘蒸气的逆反应速率时，即氢气的正反应速率与碘蒸气的逆反应速率之比等于两者的化学计量数之比为1 : 1，可以判断反应达到了平衡状态。
在反应过程中，氢气的浓度、碘蒸气的百分含量、混合气体的颜色和氢气的转化率都一直在变化。当它们不再改变时，说明该反应达到了化学平衡状态。
混合气体的密度等于混合气体的质量除以体积，反应中质量守恒，体积恒容，所以混合气体的密度任何时候都不变，不能作为判断化学平衡的标志。
混合气体的平均相对分子质量等于混合气体的质量除以混合气体的物质的量。由于质量守恒，反应前后气体的物质的量相等，所以气体的物质的量不随反应进行而改变，因此混合气体的平均相对分子质量一直保持不变，不能作为判断化学平衡的标志。所以答案为1、2、3、4、5。
通过氢气和碘蒸汽合成碘化氢的化学平衡判据选择，同学们能概括判断化学反应达到平衡状态的方法吗？
生：我们可以从正逆反应速率相等的角度判断化学平衡状态，也可以根据可逆反应中变量不变来判断化学平衡状态。在化学平衡中，常见的变量有各组成成分物质的量、浓度、质量分数、物质的量分数、气体的体积分数、转化率、产率等。
师：非常好。总结完判断化学反应达到平衡状态的方法后，请同学们通过练习三再巩固一下。该反应是一个反应前后气体物质的量不变的反应，恒温恒容条件下，混合气体的压强不变无法说明反应达到平衡状态，a项错误；两个氢氧键的断裂表示正反应速率，两个碳氧双键的断裂表示逆反应速率，正逆反应速率相等，说明反应达到平衡状态，b项正确；混合气体的密度等于混合气体的质量除以体积，在恒容密闭容器中，混合气体的质量和体积始终不变，则混合气体的密度始终不变，所以反应容器内气体的密度不再发生变化，不能说明反应达到平衡状态，c项错误；该反应是一个反应前后气体物质的量不变的可逆反应，根据混合气体的平均摩尔质量等于质量除以物质的量可知，混合气体的平均摩尔质量始终不发生变化，所以混合气的平均摩尔质量不变不能说明反应达到平衡状态，d项错误。因此本题正确的答案为b。
下面我们从定量的角度认识化学平衡状态。在一定温度下，化学平衡体系中反应物浓度与生成物浓度有什么关系呢？物质的转化率又有何变化？下面以反应氢气和碘蒸气合成碘化氢为例进行分析。表1是457.6摄氏度反应体系氢气和碘蒸气合成碘化氢中各物质的浓度。请同学们观察一、二、三组实验数据，各物质的起始浓度有什么特点？平衡浓度是否相等，转化率有何规律？