第二章与提升第四十一中学

主讲：戚旭（高级教师）天津市第四十一中学高二年级化学天津市秋季学期基础教育精品课程资源选择性必修1化学反应原理第二章化学反应速率与化学平衡章整理与提升高二年级化学主讲人 戚旭天津市第四十一中学天津市秋季学期基础教育精品课程资源选择性必修1化学反应原理第二章化学反应速率与化学平衡章整理与提升主讲：戚旭（高级教师）指导教师：王

宏 姜国庆学习目标能书写平衡常数表达式，能进行平衡常数、转化率的简单计算，能利用平衡常数和浓度商的关系判断化学反应是否达到平衡及平衡移动的方向。能运用浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律，推测平衡移动方向及浓度、转化率等相关物理量的变化，能思考化学反应条件的选择和优化。能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题，能思考化学反应条件的选择和优化。针对典型案例，能从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。天津市秋季学期基础教育精品课程资源天津市秋季学期基础教育精品课程资源【整体框架】化学反应反应历程化学反应往往经历多个基元反应反应方向与反应的焓变、熵变有关反应速率v

=

—∆—c∆t活化能、碰撞理论表示影响因素解释平衡移动v(正)≠v(逆)勒夏特列原理

等温下，Q>K或Q<K解释化学平衡平衡状态v(正)=v(逆)化学平衡常数（K）表示化学反应的调控应用天津市秋季学期基础教育精品课程资源【整理与提升】一、合成氨反应历程二、合成氨反应方向三、合成氨反应调控天津市秋季学期基础教育精品课程资源一、合成氨反应历程二、合成氨反应方向三、合成氨反应调控【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源【整理与提升】一、合成氨反应历程【思考】合成氨反应（N2

+3H2NH3NH3吸NH2吸+H吸+2H吸N吸+3H吸NH吸N+3H221

N

+3

H2222N

吸+ H

吸

3

122能量T

=298

K（25℃）时，合成氨各步反应的能量变化如图所示（注：图中“吸”表示在催化剂表面的吸附）。2NH3）

是基元反应么？

不是。天津市秋季学期基础教育精品课程资源【整理与提升】一、合成氨反应历程【思考】合成氨反应（N2

+3H2NH3NH3吸NH2吸+H吸NH吸+2H吸N吸+3H吸N+3H221

N

+3

H2222N

吸+ H

吸

3

122能量2NH3）

是基元反应么？

不是。大多数化学反应都是分几步完成的，其中的每一步反应称为基元反应，基元反应的总和称为总反应。基元反应构成的反应序列称为反应历程(又称反应机理)。天津市秋季学期基础教育精品课程资源一、合成氨反应历程二、合成氨反应方向三、合成氨反应调控【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源二、合成氨反应方向【思考1】合成氨反应在常温下能否自发？N2(g)

+3H2(g)2NH3(g)∆H

<

0化学反应能否自发的判断依据焓判据∆H

<

0∆H

>

0∆H

>0∆H

<

0熵判据∆S>0∆S<0∆S>0∆S<0反应能否自发自发不自发不能定性判断【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源二、合成氨反应方向【思考1】合成氨反应在常温下能否自发？N2(g)

+3H2(g)

2NH3(g) ∆H

<

0化学反应能否自发的判断依据焓判据∆H

<

0∆H

>

0∆H

>0∆H

<

0熵判据∆S>0∆S<0∆S>0∆S<0反应能否自发自发不自发不能定性判断【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源【查阅资料】合成氨反应在298

K时，∆H

=

–92.4

kJ·mol-1；∆S

=

–

198.2J·K-1·mol-1∆G

=

∆H

–T∆S=

–92.4

–298×(–

0.1982) <

0二、合成氨反应方向【思考1】合成氨反应在常温下能否自发？常温下可以自发N2(g)

+3H2(g)

2NH3(g) ∆H

<

0【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源一般来说，当K

>105时，该反应就进行得基本完全了。【查阅资料】合成氨反应在298

K时，平衡常数K

=6.0×105二、合成氨反应方向【思考1】合成氨反应在常温下能否自发？常温下可以自发N2(g)

+3H2(g)

2NH3(g) ∆H

<

0【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源二、合成氨反应方向一般来说，当K

>105时，该反应就进行得基本完全了。【查阅资料】合成氨反应在298

K时，平衡常数K

=6.0×105反应方向【思考2】合成氨反应在常温下可以正向自发进行，而且反应程度很大，为什么实际情况却看不到反应发生呢？反应程度【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源二、合成氨反应方向【思考2】合成氨反应在常温下可以正向自发进行，而且反应程度很大，为什么实际情况却看不到反应发生呢？答：因为其化学反应速率小到可以忽略不计的程度。【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源一、合成氨反应历程二、合成氨反应方向三、合成氨反应调控【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源【整理与提升】三、合成氨反应调控【思考1】合成氨反应为什么在常温下的化学反应速率很慢呢？N2(g)

+3H2(g)

2NH3(g) ∆H

<

0答：因为N2的吸附分解反应活化能高、反应速率慢，决定了合成氨的整体反应速率很慢。天津市秋季学期基础教育精品课程资源正反应活化能三、合成氨反应调控【思考2】对于合成氨反应，如何降低反应的活化能呢？加催化剂反应热非催化反应催化反应E1

–E2逆反应活化能【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源三、合成氨反应调控【思考3】对于合成氨反应，加入催化剂能否又快又多的产生氨？答：“快”——速率角度：加催化剂，加快化学反应速率；“多”——平衡角度：加催化剂，对化学平衡的移动无影响，但能改变反应达到平衡所需的时间。【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源三、合成氨反应调控外界条件理

论实

际使氨生产得快（反应速率）使氨生产得多（化学平衡）催化剂使用无影响使用铁触媒做催化剂【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源三、合成氨反应调控【思考4】合成氨反应的催化剂铁触媒有活性温度（500℃活性最大），如何控制温度使氨又快又多的产生？N2(g)

+3H2(g)

2NH3(g) ∆H

=

–92.4

kJ/mol答：1．速率角度：升温，加快化学反应速率；2．平衡角度：降温，平衡正向移动，平衡转化率增大。【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源三、合成氨反应调控外界条件理

论实

际使氨生产得快（反应速率）使氨生产得多（化学平衡）催化剂使用无影响使用铁触媒做催化剂温度高温低温400~500℃（催化剂活性温度）【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源三、合成氨反应调控【思考5】合成氨反应采取400~500℃的高温，使反应物转化率降低，还能改变什么外界条件既能提升转化率，又能加快速率？N2(g)

+3H2(g)

2NH3(g) ∆H

=

–92.4

kJ/mol答：1．速率角度：加压，加快化学反应速率；2．平衡角度：加压，平衡正向移动，平衡转化率增大。【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源三、合成氨反应调控外界条件理

论实

际使氨生产得快（反应速率）使氨生产得多（化学平衡）催化剂使用无影响使用铁触媒做催化剂温度高温低温400~500℃（催化剂活性温度）压强高压高压10~30MPa（考虑材料强度等）【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源三、合成氨反应调控【思考6】试分析浓度对合成氨反应的影响N2(g)

+3H2(g)

2NH3(g) ∆H

=

–92.4

kJ/mol答：1．速率角度：增大反应物浓度，加快化学反应速率；

2．平衡角度：增大反应物浓度，减小生成物浓度，

平衡正向移动，增大氨气产量。【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源外界条件理

论实

际使氨生产得快（反应速率）使氨生产得多（化学平衡）催化剂使用无影响使用铁触媒做催化剂温度高温低温400~500℃（催化剂活性温度）压强高压高压10~30MPa（考虑材料强度等）浓度增加反应物浓度增加反应物浓度减少生成物浓度N2与H2物质的量之比1:2.8投料，及时液化分离氨气，分离后的原料气循环使用【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源2016年，中国科学院大连化学物理研究所的研究团队研制了一种新型催化剂，将合成氨的温度、压强分别降到了350℃、1MPa，这是近年来合成氨反应研究中的重要突破，为发展更加节能的催化剂提供了新的思路。【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源理论依据化学反应方向化学反应限度化学反应速率生产实际设备条件、安全操作、生产成本等化学反应调控影响因素【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源合成氨反应为可逆反应，可逆反应在一定条件下存在一定的限度，如何定量地描述化学反应的限度？【整理与提升】【再思考】天津市秋季学期基础教育精品课程资源化学平衡常数（K）【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源对于一般的可逆反应：mA(g)

+nB(g) pC(g)

+qD(g)化学平衡常数表达式如：K

=————————cp(C)平衡·cq(D)平衡cm(A)平衡·cn(B)平衡影响因素：只与温度有关应用判断反应进行的程度判断反应是否达平衡及移动方向【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源———————————

=

Qcp(C)任意时刻·cq(D)任意时刻cm(A)任意时刻·cn(B)任意时刻cp(C)平衡·cq(D)平衡cm(A)平衡·cn(B)平衡？

K

=

————————相等：反应处于平衡状态【平衡常数应用之判断反应是否平衡】不相等：反应不是平衡状态对于一般的可逆反应：mA(g)

+nB(g) pC(g)

+qD(g)【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源一定条件下，该反应mA(g)

+nB(g) pC(g)

+qD(g)已达化学平衡————————————

=Qcp(C)任意时刻·cq(D)任意时刻cm(A)任意时刻·cn(B)任意时刻K=【平衡常数应用之判断平衡移动方向】改变外界条件【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源一定条件下，该反应mA(g)

+nB(g) pC(g)

+qD(g)已达化学平衡————————————

=Qcp(C)任意时刻·cq(D)任意时刻cm(A)任意时刻·cn(B)任意时刻？

K【平衡常数应用之判断平衡移动方向】改变外界条件【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源一定条件下，该反应mA(g)

+nB(g) pC(g)

+qD(g)已达化学平衡————————————

=Qcp(C)任意时刻·cq(D)任意时刻cm(A)任意时刻·cn(B)任意时刻？

K仍相等：平衡不移动不相等：平衡移动Q<K，正向移动Q>K，逆向移动【平衡常数应用之判断平衡移动方向】改变外界条件【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源一定条件下，该反应mA(g)

+nB(g) pC(g)

+qD(g)已达化学平衡————————————

=Qcp(C)任意时刻·cq(D)任意时刻cm(A)任意时刻·cn(B)任意时刻？

K改变某一物质浓度（反应物或生成物）—c【平衡常数应用之判断平衡移动方向】【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源一定条件下，该反应mA(g)

+nB(g) pC(g)

+qD(g)已达化学平衡————————————

=Qcp(C)任意时刻·cq(D)任意时刻cm(A)任意时刻·cn(B)任意时刻？

K不相等：平衡移动Q<K，正向移动Q>K，逆向移动改变某一物质浓度（反应物或生成物）—c【平衡常数应用之判断平衡移动方向】【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源一定条件下，该反应mA(g)

+nB(g) pC(g)

+qD(g)已达化学平衡————————————

=Qcp(C)任意时刻·cq(D)任意时刻cm(A)任意时刻·cn(B)任意时刻？

K等倍数改变体系内各物质浓度—P【平衡常数应用之判断平衡移动方向】【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源一定条件下，该反应mA(g)

+nB(g) pC(g)

+qD(g)已达化学平衡————————————

=Qcp(C)任意时刻·cq(D)任意时刻cm(A)任意时刻·cn(B)任意时刻？

K仍相等：平衡不移动不相等：平衡移动Q<K，正向移动Q>K，逆向移动等倍数改变体系内各物质浓度—Pm+n=p+qm+n≠p+q【平衡常数应用之判断平衡移动方向】【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源一定条件下，该反应mA(g)

+nB(g) pC(g)

+qD(g)已达化学平衡————————————

=Qcp(C)任意时刻·cq(D)任意时刻cm(A)任意时刻·cn(B)任意时刻？

K改变体系温度—T【平衡常数应用之判断平衡移动方向】【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源一定条件下，该反应mA(g)

+nB(g) pC(g)

+qD(g)已达化学平衡————————————

=Qcp(C)任意时刻·cq(D)任意时刻cm(A)任意时刻·cn(B)任意时刻？

K不相等：平衡移动Q<K，正向移动Q>K，逆向移动改变体系温度—T【平衡常数应用之判断平衡移动方向】【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源一定条件下，该反应mA(g)

+nB(g) pC(g)

+qD(g)已达化学平衡————————————

=Qcp(C)任意时刻·cq(D)任意时刻cm(A)任意时刻·cn(B)任意时刻？

K仍相等：平衡不移动不相等：平衡移动Q<K，正向移动Q>K，逆向移动等倍数改变体系内各物质浓度—P改变某一物质浓度（反应物或生成物）—c改变体系温度—Tm+n=p+qm+n≠p+q【平衡常数应用之判断平衡移动方向】【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源【化学平衡常数计算解题模型】一定温度下，在体积为V

L恒容密闭容器中加入amolN2和

b

molH2进行如下反应：N2(g)

+3H2(g) 2NH3(g)

，t

min

后达平衡，消耗了x

mol

N2。3xb

–3x2x2x2NH3(g)0N2(g)

+3H2(g)起始/(mol)

a

b转化/(mol)

x平衡/(mol)

a–x三段式v(N2)

=

——

=

——

=

——

mol·L-1·min-1∆c

x/V

x∆ttVtα(N2)

=

—————

=

—

×100%n(N2)转化

xn(N2)起始

aφ(N2)

=

—————

=————×100%n(N2)平衡a–xn(总)平衡a+b

–

2xK

=

————————

=

—————————c2(NH3)平衡

(2x/V)2c(N2)平衡·c3(H2)平衡(a-x)/V

·[(b-3x)/V]3【整理与提升】天津市秋季学期基础教育精品课程资源【课堂小结】统筹兼顾把握分寸控制变量天津市秋季学期基础教育精品课程资源【实战演练】一、平衡常数计算二、图像问题分析天津市秋季学期基础教育精品课程资源【实战演练之平衡常数计算】三段式起始/(mol·L-1

)转化/(mol·L-1

)平衡/(mol·L-1

)a

3a

？CO2(g)

+3H2(g) CH3OH(g)

+

H2O(g)产率=实际产量/理论产量【2020年天津等级考化学卷

16

节选】II.

用

H2还原

CO2可以在一定条件下合成CH3OH（不考虑副反应），CO2(g)

+

3H2(g) CH3OH(g)

+

H2O(g) ∆H

<

0（3）某温度下，恒容密闭容器中，CO2和H2的起始浓度分别为a

mol·L-1

和3a

mol·L-1

，反应平衡时，CH3OH

的产率为b，该温度下反应平衡常数的值为

天津市秋季学期基础教育精品课程资源【实战演练之平衡常数计算】【2020年天津等级考化学卷

16

节选】II.

用

H2还原

CO2可以在一定条件下合成CH3OH（不考虑副反应），CO2(g)

+

3H2(g) CH3OH(g)

+

H2O(g) ∆H

<

0（3）某温度下，恒容密闭容器中，CO2和H2的起始浓度分别为a

mol·L-1

和3a

mol·L-1

，反应平衡时，CH3OH

的产率为b，该温度下反应平衡常数的值为

产率=实际产量/理论产量三段式起始/(mol·L-1

)转化/(mol·L-1

)平衡/(mol·L-1

)a

3a

aCO2(g)

+3H2(g) CH3OH(g)

+

H2O(g)b=实际产量/a实际产量=ababab天津市秋季学期基础教育精品课程资源【实战演练之平衡常数计算】【2020年天津等级考化学卷

16

节选】II.

用

H2还原

CO2可以在一定条件下合成CH3OH（不考虑副反应），CO2(g)

+

3H2(g) CH3OH(g)

+

H2O(g) ∆H

<

0（3）某温度下，恒容密闭容器中，CO2和H2的起始浓度分别为a

mol·L-1

和3a

mol·L-1

，反应平衡时，CH3OH

的产率为b，该温度下反应平衡常数的值为

产率=实际产量/理论产量三段式起始/(mol·L-1

)转化/(mol·L-1

)b=实际产量/a实际产量=ababCO2(g)

+3H2(g)a

3aab

3abCH3OH(g)

+

H2O(g)0

0ab平衡/(mol·L-1

)

a–ab

3a–3abab天津市秋季学期基础教育精品课程资源【实战演练之平衡常数计算】【2020年天津等级考化学卷

16

节选】II.

用

H2还原

CO2可以在一定条件下合成CH3OH（不考虑副反应），CO2(g)

+

3H2(g) CH3OH(g)

+

H2O(g) ∆H

<

0（3）某温度下，恒容密闭容器中，CO2和H2的起始浓度分别为a

mol·L-1

和3a

mol·L-1

，反应平衡时，CH3OH

的产率为b，该温度下反应平衡常数的值为

ab×abK=————————(a–ab)×(3a–3ab)3b2=————————27a2

(1

–b)4ab三段式起始/(mol·L-1

)转化/(mol·L-1

)abCO2(g)

+3H2(g)a

3aab

3abCH3OH(g)

+

H2O(g)0

0ab平衡/(mol·L-1

)

a–ab

3a–3abab天津市秋季学期基础教育精品课程资源【实战演练之图像问题分析】【2020年天津等级考化学卷16

节选】II.

用H2

还原CO2

可以在一定条件下合成CH3OH（不考虑副反应），CO2(g)+3H2(g)

CH3OH(g)+H2O(g)∆H<0（4）恒压下，CO2和H2的起始物质的量之比为1:3时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时甲醇的产率随温度变化如图2所示，其中分子筛膜能选择性分离出H2O。①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为②P点甲醇产率高于T点的原因为天津市秋季学期基础教育精品课程资源【实战演练之图像问题分析】天津市秋季学期基础教育精品课程资源【实战演练之图像问题分析】天津市秋季学期基础教育精品课程资源【实战演练之图像问题分析】天津市秋季学期基础教育精品课程资源【实战演练之图像问题分析】“面”“线”“点”“控制变量”天津市秋季学期基础教育精品课程资源【实战演练之图像问题分析】【2020年天津等级考化学卷

16

节选】II.

用

H2还原

CO2可以在一定条件下合成CH3OH（不考虑副反应），CO2(g)

+

3H2(g) CH3OH(g)

+

H2O(g) ∆H

<

0（4）恒压下，CO2

和H2的起始物质的量之比为1:3时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时甲醇的产率随温度变化如图2所示，其中分子筛膜能选择性分离出H2O。①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为②P点甲醇产率高于T点的原因为天津市秋季学期基础教育精品课程资源【实战演练之图像问题分析】【2020年天津等级考化学卷

16

节选】II.

用

H2还原

CO2可以在一定条件下合成CH3OH（不考虑副反应），CO2(g)

+