6.2.3 化学反应的限度 化学反应条件的控制 课件高一下学期化学人教版必修第二册

第二节化学反应的速率与限度6.2.3化学反应的限度

化学反应条件的控制第六章化学反应与能量学习目标1、掌握化学反应的限度、可逆反应和化学平衡的含义2、知道当一定的外界条件改变时化学反应限度可能发生改变3、掌握化学平衡状态的判断方法，掌握化学平衡中转化率的相关计算1、19世纪下半叶，炼制生铁过程中所需焦炭的实际用量，远高于按照化学方程式计算所需的量，而且从高炉排出的废气中总是含有没有利用的CO。工程师们认为是CO与铁矿石接触不充分造成的，于是增加高炉的高度。然而，增高后，高炉尾气中CO的比例竟然没有改变，这是什么原因呢？思考法国化学家勒夏特列经过研究发现：C+CO2⇋2CO是一个可逆反应，并且自下而上发生在高炉中有焦炭的地方。后来的研究证明，在高炉中Fe2O3与CO反应也不能全部转化为Fe和CO22、通过表中数据，你能发现什么？0.040.10.140.21.2反应结束后SO2物质的量10010510.5n(O2)/mol22222n(SO2)/mol表2：反应2SO2+O2=2SO3中△催化剂

表1：反应2CO+O2=2CO2中00001反应结束后CO物质的量10010510.5n(O2)/mol22222n(CO)/mol点燃思考化学反应是有限度的，有些能进行地比较彻底，有些反应是不彻底的，甚至是可逆的。一.可逆反应在同一条件下，正反应方向和逆反应方向均能同时进行的化学反应称为可逆反应(1)反应不能进行到底【双向性】(2)在一定条件下反应物与生成物同时存在【共同性】(3)正、逆反应方向同时进行【双同性】可逆反应的化学方程式中，用“⇋”号代替“=”号1、定义2、可逆反应的特点3、可逆反应的表示方法典型的可逆反应有:N2+3H2⇋

2NH3催化剂高温高压2SO2+O2

⇋

2SO3催化剂加热SO2+H2O⇋H2SO3NH3+H2O⇋NH3·H2O1、下列不属于可逆反应的是（）A.氯气与水反应生成盐酸与次氯酸B.N2与H2在一定条件下可以生成NH3，同时NH3又可以分解为N2和H2C.电解水生成H2和O2，H2和O2转化成H2OD.SO2溶于水和H2SO3分解2、当可逆反应：2SO2＋O2⇋2SO3达到平衡后，通入18O2，再次达到平衡时，18O存在于()A．SO3和O2中

B．SO2和SO3中C．SO2、O2和SO3中 D．SO2和O2中CC【练一练】3、

和互为可逆反应吗？不是可逆反应，反应条件不相同。①反应开始前有什么特征？开始前容器中c(N2)、c(H2)最大，c(NH3)=0N2+H2→NH3只有正反应进行v(正)最大，v(逆)=0思考3、500℃时，容积为1L的密闭容器中，发生如下反应，一段时间后，各物质浓度如下：起始量(mol·L-1)

N2

＋

3H2

⇋2NH3

0.20.40②反应的发生阶段有什么特征？思考起始量(mol·L-1)

N2

＋

3H2

⇋2NH3

0.20.4030min(mol·L-1)

1小时

(mol·L-1)

0.150.250.130.18

0.10.11反应开始后c(N2)、c(H2)逐渐变小(大→小)

,c(NH3)从0逐渐增大N2+H2→NH3正逆反应都进行，v(逆)≠0，v(正)>v(逆)③反应足够长的时间后的阶段，有什么特征？c(N2)、c(H2)逐渐变小到一定量后不再变化，c(NH3)逐渐增大到一定量后不再变化，三种物质的浓度达到一个特定值。(三种物质的浓度均不再变化)v(正)=v(逆)≠0N2+H2

⇋NH3思考起始量(mol·L-1)

N2

＋

3H2

⇋2NH3

0.20.4030min(mol·L-1)

1小时

(mol·L-1)

0.150.250.130.18

0.10.112小时(mol·L-1)3小时(mol·L-1)0.080.040.240.080.040.24二、化学反应限度1、化学平衡的建立浓度速率变化v正、v逆关系反应开始反应物浓度最大v正最大v正＞v逆生成物浓度为0v逆为0反应进行中反应物浓度逐渐减小v正逐渐减小v正＞v逆生成物浓度逐渐增大v逆增大反应一段时间(t1)后反应物浓度不再改变v正不变v正＝v逆≠0生成物浓度不再改变v逆不变达到反应限度后，反应物和生成物浓度不在变化(定)达到反应限度后V正=V逆(等)≠0(动)由于v(正)=v(逆)≠0，虽然正、逆反应都在进行，但各种物质的百分含量、浓度都不会发生变化。

从外表上看，反应好象“停止”

可逆反应的这种特殊状态就是我们今天要研究的化学平衡状态正反应速率逆反应速率相等时间速率如果外界条件(温度、浓度、压强等)不发生改变，可逆反应中，当正、逆两个方向的反应速率相等时，反应物的浓度和生成物的浓度都不在改变。达到了一种表面静止的状态，我们称之为“化学平衡状态”。化学平衡状态是可逆反应在一定条件下能达到的或完成的最大“限度”。【注意】①化学反应的限度决定了反应物在该条件下转化为生成物的最大转化率

②对于可逆反应来说，当处于化学平衡状态时，转化率、产率达到了最大限度2、化学平衡状态的定义时间速率O··时间浓度O正反应逆反应··平衡状态4、达化学平衡的反应中，如何理解正逆反应速率相等？5、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？反应速率v(正)v(逆)t1时间0可逆反应中v正=v逆是针对同一物质而言的反应没有停止，处于动态平衡思考逆、等、动、定、变(1)

逆：讨论的对象是可逆反应

(前提)(2)等：平衡时，同一物质v正=v逆≠0(实质)(3)动：化学平衡是一种动态平衡。化学反应达到平衡时，反应并没有停止，是一种表面静止状态。(4)定：在平衡混合物中，各组成成分的含量保持不变

(标志)(5)变：化学平衡状态是有条件的，当影响化学平衡的外界条件发生改变，化学平衡就会被破坏，在新的条件下建立新的化学平衡。【各物质的转化率(α)、百分含量(w%)、物质的量(n)、物质的质量(m)、物质的量浓度(c)、混合气体的平均摩尔质量、混合气体的密度(ρ)、压强(P)等所有物理量全部恒定】3、化学平衡状态的特征D3、可逆反应达到平衡的重要特征（

）A.反应停止了B.正、逆反应速率都为零C.反应物和生成物的浓度相等D.正、逆反应的速率相等4、下列说法中不正确的是()A．当可逆反应达到平衡时，就是此反应在该条件下能达到的限度B．当可逆反应达到平衡时，此反应的正反应速率和逆反应速率相等C．延长反应时间，不能使2molSO2与1molO2反应生成2molSO3D．化学反应达到其限度后，反应就停止了D【练一练】4、化学平衡状态的判断方法可逆反应达到平衡状态时主要有以下两个特征：①v正＝v逆；②混合物中各组分的百分含量不变(除百分含量外其他在反应过程中变化的量，达到平衡后均不再发生变化，即“变化量”达“定量”)，以上两个特征可作为判断可逆反应达平衡的标志(1)直接标志a.正、逆反应速率相等(一个表示v逆一个表示v正）①同种物质：v正＝v逆≠0，(同一种物质的生成速率等于消耗速率)②不同种物质：v逆(B)/v正(A)＝B的化学计量数/A的化学计量数a.在化学方程式同一边的不同物质的生成速率与消耗速率之比等于化学计量数之比b.在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于化学计量数之比vA(增)=vA(减）等号一边一增一减，量与系数成正比等号两边同增共减，量与系数成正比b.各组分的浓度保持一定①各组分的浓度不随时间的改变而改变②各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变变量不变即平衡a.单位时间内有2molSO2消耗，同时有2molSO2生成；b.单位时间内有2molSO3生成，同时有_____SO3消耗；c.单位时间内有2molSO2生成，同时有_____SO3____d.单位时间内有1molO2生成，同时有_____SO3————e.单位时间内有2molSO2生成，同时有_____O2————2SO2+O22SO3△催化剂2mol2mol1mol2mol生成消耗生成【练一练】类型判断依据【以mA(g)＋nB(g)⇋pC(g)＋qD(g)为例】是否是平衡状态混合物体系中各成分的含量①各物质的物质的量或各物质的物质的量的分数一定平衡②各物质的质量或各物质质量分数一定平衡③各气体的体积或体积分数一定平衡④总体积、总压强、总物质的量一定不一定平衡正、逆反应速率的关系

①在单位时间内消耗了mmolA同时生成mmolA，即v(正)=v(逆)平衡②在单位时间内消耗了nmolB同时消耗了pmolC，则v(正)=v(逆)平衡③在单位时间内生成nmolB，同时消耗了qmolD，因均指v(逆)不一定平衡④v(A):v(B):v(C):v(D)=m:n:p:q，v(正)不一定等于v(逆)不一定平衡(2)间接判断依据类型判断依据【以mA(g)＋nB(g)⇋pC(g)＋qD(g)为例】是否是平衡状态压强

①m＋n≠p＋q时，总压强一定(其他条件一定)平衡②m＋n=p＋q时，总压强一定(其他条件一定)不一定平衡混合气体平均相对分子质量

①一定时，只有当m＋n≠p＋q时平衡②一定时，但m＋n=p＋q时不一定平衡温度任何反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时平衡颜色反应体系内有色物质的颜色一定平衡体系的密度

恒温恒容时，密度一定不一定平衡恒温恒压时，若m＋n≠p＋q，则密度一定时平衡【几点强调】①对同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等则一定处于平衡状态②对绝热密闭容器，温度保持不变则一定处于平衡状态③若反应中有固体或液体，平均相对分子质量一定、密度一定则一定处于平衡状态④改变压强，浓度化学平衡不一定改变⑤改变温度、化学平衡(反应限度)一定改变

⑥加入催化剂只能改变反应速率，但不改变化学平衡(反应限度)6、以3H2+N2

⇋2NH3为列分析,判断下列情形是否达到平衡状态?(1)若有1molN2消耗，则有1molN2生成。(2)若有1molN2消耗，则有3molH2生成。(3)若有1molN2消耗，则有2molNH3生成。

(4)若有1molN≡N键断裂，则有6molN﹣H键断裂。

(5)若有1molN≡N键断裂，则有6molN﹣H键生成。(6)若反应体系中N2、H2、NH3的百分含量不变。(7)反应体系中平均相对分子质量一定。(8)若体系的体积一定，气体的密度一定。(9)若体系的体积一定，气体的压强一定。是否是是是是否是否【练一练】7、已知FeCl3溶液和KI溶液发生如下反应:2Fe3++2I-=2Fe2++I2，取5mL0.1mol·L-1KI溶液，滴加0.1mol·L-1FeCl3溶液5~6滴，接下来通过哪些操作可以验证该反应是一个可逆反应？请详细说明操作步骤和实验现象。【练一练】可逆反应的特点：反应物和产物共存只需要验证溶液中还有铁离子即可操作步骤：取少量反应溶液的上层清夜，滴加及其硫氰化钾溶液。实验现象和结论：溶液变红说明溶液了存在铁离子检验碘离子能不能达到目的？三、化学反应条件的控制在生产和生活中，人们希望促进有利的化学反应(提高反应速率，提高反应物的转化率即原料的利用率)，抑制有害的化学反应(降低反应速率，控制副反应的发生，减少甚至消除有害物质的产生)，这就需要进行化学反应条件的控制，也是我们学习化学平衡的意义。①改变化学反应速率：改变反应物的温度、溶液中溶质的浓度、气体压强(或浓度)、固体表面积以及催化剂的合理使用等②改变可逆反应进行的限度：改变可逆反应体系的温度、溶液中溶质的浓度、气体压强(或浓度)等①控制反应条件的成本(原料，反应条件，设备要求等)②实际可能性1、基本措施2、考虑因素催化剂高温、高压N2+3H22NH3合成氨的生产在温度较低时，氨的产率较高；压强越大，氨的产率越高。但温度低，反应速率小，需要很长时间才能达到化学平衡，生产成本高，工业上通常选择在400~500℃下进行。而压强越大，对动力和生产设备的要求也越高，合成氨厂随着生产规模和设备条件的不同，采用的压强通常为10~30MPa。6、为提高燃料的燃烧效率，应如何调控燃烧反应的条件？（提示：可以从以下几方面考虑，如燃料的状态、空气用量、炉膛材料、烟道废气中热能的利用，等等。）(1)将