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1、第六章化学反应与能量第二节第二节 化学反应的速率与限度化学反应的速率与限度第三课时第三课时 化学反应的限度化学反应的限度学习目标1.了解可逆反应；2.理解化学平衡状态和学会平衡状态的判断；3.了解控制反应条件在生产生活和科学研究中的作用。情景导学炼铁高炉尾气之谜开始，炼铁工程师们认为是CO与铁矿石接触不充分造成的，于是设法增加高炉的高度。然而，令人吃惊的是，高炉增高后，高炉尾气中的CO比例竟然没有改变。高炉炼铁原理：炼制1t生铁所需要的焦炭的实际用量，远高于按照化学方程式计算所需用量，从高炉炉顶出来的气体中总是含有未利用的CO气体。C+O2 CO2点燃C+CO2 2CO高温Fe2O3+3CO
2、2Fe+3CO2高温思考讨论思考：我们知道在化学反应中，反应物之间是按照化学方程式中的系数比进行反应的，那么，在实际反应中，反应物能否按相应的计量关系完全转化为生成物呢？2H2 +O2 =2H2O 已知：2mol 1mol SO2 +H2O H2SO3 已知：1mol 1mol 2mol?1mol?由上可知可逆反应进行得不完全，正、逆向反应同时同条件进行。化学反应物不可能全部转化为生成物，存在一定的化学反应限度。其实任何化学反应的进程都有一定的限度（可逆性），反应物不可能完全参加了反应，有些能进行地较彻底（非可逆反应），有些反应是不彻底的，甚至是可逆的（可逆反应）。一、可逆反应 1.定义：在同
3、一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应。同一条件下2.表示方法：书写可逆反应的化学方程式时不用“=”而用“”。3.特点，反应不能进行到底，反应不能进行到底，100%进行进行2.14CO2 +C CO，达到化学平衡后，平衡混合物中含14C 的粒子有 。N2+3H2 2NH3催化剂高温高压2SO2+O2 2SO3催化剂高温Cd+2NiO(OH)+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2放电充电2H2O2H2+O2 电解点燃14CO2、14C、14CO1.以下几个反应是否是可逆反应？为什么？A.只存在于O2中B.只存在于O2和SO3中C.只存在于O2和SO2中D.存在于SO
4、2、O2和SO3中解解析析该该反反应应为为可可逆逆反反应应，加加入入18O2后后，它它与与SO2反反应应生生成成SO3，因因此此SO3中中会会有有18O原原子子，含含有有18O原原子子的的SO3会会部部分分分分解解为为SO2和和O2，18O原原子子可可能能进进入入O2中，中，也也可能进入可能进入SO2中，因此最后中，因此最后SO2、O2和和SO3中都会有中都会有18O原子。原子。D2.500 时，将2 mol N2和2.25 mol H2充入体积为10 L的恒容密闭容器中，反应达到平衡时，NH3的浓度不可能是()A.0.1 molL1 B.0.12 molL1C.0.05 molL1 D.0.
5、16 molL1D 极值法极值法极值法极值法可逆反应无法进行到底，那如果给予充足的时间，可逆反应无法进行到底，那如果给予充足的时间，让让 1 mol N2 和和 3 mol H2 充分反应，其反应历程是怎样的？充分反应，其反应历程是怎样的？【思考与讨论】恒温恒容，往容器中充入恒温恒容，往容器中充入 1 mol N2和和 3 mol H2，发生反应，发生反应 N2+3H2 2NH31 1、反应刚开始时，、反应刚开始时，v v正正 、v v逆逆 为何值？为何值？2 2、随着反应的进行，反应物和生成物的浓度如何改变？速率如何变化？、随着反应的进行，反应物和生成物的浓度如何改变？速率如何变化？3 3、
6、v v正正 递减、递减、v v逆逆 递增将导致二者之间出现什么的结果？递增将导致二者之间出现什么的结果？4 4、在、在v v正正 =v v逆逆 后，后，v v正正会继续减小吗？会继续减小吗？v v逆逆 会继续增大吗？反应物和生成物的会继续增大吗？反应物和生成物的浓度呢？浓度呢？在某密闭容器中发生反应：在某密闭容器中发生反应：（1 1）开始阶段开始阶段反反应应速速率率时间时间（t）0开始时开始时c(N2)、c(H2)最最大大 c(NH3)0 N2+3H2 2NH3v(正正)v(逆逆)v(正正)=maxv(逆逆)=0正逆反应都进行正逆反应都进行，v(正正)v(逆逆)（2 2）瞬间过后瞬间过后反反应
7、应速速率率v(正正)v(逆逆)时间时间（t）0瞬间后瞬间后c(N2)、c(H2)最最大大 c(NH3)0 v(逆逆)0（3 3）一段时间后）一段时间后反反应应速速率率v(正正)v(逆逆)时间时间（t）0c(N2)、c(H2)逐渐减小逐渐减小 c(NH3)逐渐增大逐渐增大v(正正)v(逆逆)v(正正)逐渐减小逐渐减小 v(逆逆)逐渐增大逐渐增大（4 4）在某一时刻）在某一时刻t1时v(正)=v(逆)0反应速率时间（t）0v(正)v(逆)此时反应：达到一种表面静止的状态，化学平衡状态，简称“化学平衡”t1反应物的浓度、生成物的浓度都不再改变并非静止动态平衡1.定义：在一定条件下，可逆反应中，当正、
8、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”。2.特征时间时间tV正正V逆逆V正=V逆反反应应速速率率达到平衡达到平衡达到平衡达到平衡0 0t t1 1二、化学平衡状态“化学平衡状态化学平衡状态”有哪些有哪些特征特征？可逆反应(正)=(逆)逆等动02.特征动态平衡定混合物中各组分的含量（如浓度）保持不变变当外界条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡时间时间tV正正V逆逆V正=V逆反反应应速速率率达到平衡达到平衡达到平衡达到平衡0 0t t1 1化学反应的限度化学反应的限度化学平衡状态是在一定条件下可逆反应化学平
9、衡状态是在一定条件下可逆反应所能达到的所能达到的最大程度最大程度，即该反应进行的限，即该反应进行的限度。化学反应的限度决定了反应物度。化学反应的限度决定了反应物在该条在该条件下的最大转化率。件下的最大转化率。时间时间tV正正V逆逆V正=V逆反反应应速速率率达到平衡达到平衡达到平衡达到平衡0 0t t1 1 在一定条件下，当反应达到化学平衡时在一定条件下，当反应达到化学平衡时转化率的计算公式转化率的计算公式=n转化率转化率n起始量起始量100%(1)1 mol N2和3 mol H2在一定条件下可完全生成2 mol NH3()(2)在一定条件下，一个可逆反应达到的平衡状态就是该反应所能达到的最大
10、限度()(3)化学反应在一定条件下建立平衡状态时，化学反应将会停止()(4)一定条件，可以通过延长化学反应的时间来改变反应物的最大限度()(5)可逆反应达到平衡状态时，各反应物、生成物的浓度相等()(6)化学反应达到化学平衡状态时，正、逆反应速率相等且体系混合物中各组分含量（如浓度）不再随时间发生变化()练习练习1：在一定条件下，某可逆反应的正反应速率和逆反应速率随时间变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是（）At1时刻，反应逆向进行Bt2时刻，正反应速率大于逆反应速率Ct3时刻，达到反应进行的限度Dt4时刻，反应处于平衡状态，反应停止BB练习2：在恒温、恒容下，可逆反应：在恒温、恒容下，可
11、逆反应：A A（g g）+3B+3B（g g）C C（g g）下列条件）下列条件能判断反应达到化学平衡状态的标志是（能判断反应达到化学平衡状态的标志是（）A A V V（A A）:V:V（B B）:V:V（CC）=1:3:1 G.A=1:3:1 G.A、B B的质量分数不发生变化的质量分数不发生变化 B B 3 3 V V（A A）=V=V（B B）H.H.物质物质CC的颜色不再发生变化的颜色不再发生变化 CC 3 V3 V正正（A A）=V=V逆逆（B B）I.I.反应不再进行反应不再进行 D D A A的体积分数不再变化的体积分数不再变化 J.J.正、逆反应速率都为零正、逆反应速率都为零
12、E EA A、B B、CC三种物质的浓度之比三种物质的浓度之比 1:3:1 K.1:3:1 K.各组分物质的量不随时间变化各组分物质的量不随时间变化 F F反应的温度不再变化反应的温度不再变化 3.化学平衡状态的标志v(正)=v(逆)混合物中各组分含量保持不变（一定）同种物质，同种物质，v正正=v逆逆，达平衡，达平衡。不同物质，不同物质，“一正一逆一正一逆”，速率比等于系数比，达平衡，速率比等于系数比，达平衡含量指：浓度、质量、质量分数、物质的量、物质的量分数、体积、体积分数、分子数、温度、颜色例例.可逆反应：可逆反应：N N2 2(g)(g)3H3H2 2(g)(g)2NH2NH3 3(g)
13、(g)在恒容的密闭容器中进行，达到平衡在恒容的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是状态的标志是_用用NONO2 2、NONO、O O2 2表示的反应速率的比为表示的反应速率的比为221221的状态的状态混合气体的颜色不再改变的状态混合气体的颜色不再改变的状态 断裂断裂 3mol H-H 3mol H-H 键键的同时的同时 形成形成6mol N-H 6mol N-H 键键 断裂断裂 1mol 1mol 键的同时形成键的同时形成3mol 3mol H-H H-H 键键单位时间内生成单位时间内生成n n mol Omol O2 2的同时生成的同时生成2 2n n mol NO mol NO单位时间内
14、生成单位时间内生成n n mol O mol O2 2的同时生成的同时生成2 2n n mol NO mol NO2 2混合气体的压强不再混合气体的压强不再改变的状态改变的状态混合气体的密度不再改变的状态混合气体的密度不再改变的状态混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态知识扩展知识扩展判断判断化学平衡状态的方法化学平衡状态的方法1 1直接标志法直接标志法（1 1）V V正正 =V=V逆逆（2 2）混合物中各组分含量保持不变混合物中各组分含量保持不变同种物质，同种物质，v正正=v逆逆，达平衡，达平衡。不同物质，不同物质，“一正一逆一正一逆”，速率比等于系
15、数比，达平衡，速率比等于系数比，达平衡含量指：浓度、质量、质量分数、物质的量、物质的量分数、体积、体积分数、分子数、温度、颜色拓展拓展知识扩展知识扩展判断判断化学平衡状态的方法化学平衡状态的方法1 1直接标志法直接标志法（1 1）V V正正 =V=V逆逆（2 2）混合物中各组分含量保持不变混合物中各组分含量保持不变物质的化学物质的化学反应速率反应速率 ：V V正正 =V=V逆逆物质的消耗与生成速率物质的消耗与生成速率：消耗消耗、生成、生成物质化学键的断裂与形成速率物质化学键的断裂与形成速率：断裂、形成断裂、形成满足：满足：“一正一逆一正一逆”，“速率比等于系数比速率比等于系数比”，即即达平衡达
16、平衡例例1：一定条件下，可逆反应：一定条件下，可逆反应 N23H2 2NH3，对该可逆反应，对该可逆反应，下列能判断反应达到了平衡状态的是下列能判断反应达到了平衡状态的是_（1）单位时间内，消耗）单位时间内，消耗1molN2，同时，同时1mol N2生成生成（2）单位时间内，消耗）单位时间内，消耗3molH2，同时有，同时有2mol NH3生成生成（3）单位时间内，消耗单位时间内，消耗1molN2，同时有，同时有1mol H2 消耗消耗（4）1个个 NN 断裂的同时，有断裂的同时，有6个个NH 键断裂键断裂（5）3个个 H-H 断裂的同时，有断裂的同时，有1个个NN 键形成键形成（6）6个个
17、NH 断裂的同时，有断裂的同时，有1个个NN 键形成键形成例题例题2 2：.对于可逆反应对于可逆反应2HI(g)2HI(g)I I2 2(g)+H(g)+H2 2(g)(g)，下列叙述能够，下列叙述能够说明已达到平衡状态的是说明已达到平衡状态的是 （）A A各物质的量的质量分数不再随时间的变化各物质的量的质量分数不再随时间的变化 B B各物质的量的浓度比各物质的量的浓度比2:1:12:1:1 C CV V（HIHI）:V V（I I2 2）:V V（H H2 2）=2:1:12:1:1D DV V正正（HIHI）=2 V=2 V逆逆（I I2 2）E.E.断裂断裂2 mol H2 mol HI
18、 I键的同时生成键的同时生成1 mol I1 mol II I键键 F.F.混合气体的颜色不再变化时混合气体的颜色不再变化时2 2间接标志间接标志（1 1）混合气体的）混合气体的总压强（总压强（P P）（2 2）混合气体的）混合气体的密度（密度（）（3 3）混合气体的）混合气体的平均摩尔质量（平均相对分子质量平均摩尔质量（平均相对分子质量 Mr Mr）“变量不变”可判断平衡的标志“定量不变”不可判断平衡的标志例如：例如：恒容、恒温条件下，当体系中混合气体的压强不再变化能说明恒容、恒温条件下，当体系中混合气体的压强不再变化能说明反应达到平衡的是反应达到平衡的是_ 2SO2(g)+O2(g)2SO
19、3(g)，H2(g)+I2(g)2HI(g)C(s)+O2(g)CO2(g)CO2(g)+C(s)2CO(g)C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)A（s）2B（g）C（g）D（g）（1 1）混合气体的）混合气体的总压强（总压强（P P）对于对于恒容容器恒容容器，混合气体的总压强不再变化时，混合气体的总压强不再变化时A：当：当n(g)=0，则则P为定量为定量不可判断化学平衡不可判断化学平衡 B：当：当n(g)0，则则P为变量为变量可判断化学平衡可判断化学平衡 对于恒压容器：对于恒压容器：不可判断化学平衡例如：例如：恒容、恒温条件下，当体系中气体密度不再变化能说明反应达恒容、恒温条件下，当体系
20、中气体密度不再变化能说明反应达到平衡的是到平衡的是_ 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，H2(g)+I2(g)2HI(g)C(s)+O2(g)CO2(g)CO2(g)+C(s)2CO(g)C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)A（s）2B（g）C（g）D（g）总结只要有固体或纯液体，密度一定可判断平衡纯气体参加的反应看是否定是否定量量（2 2）混合气体的）混合气体的密度（密度（）若有非气体参与，无论等计量数或非等计量数反若有非气体参与，无论等计量数或非等计量数反应，恒容或是恒压，应，恒容或是恒压，不变时一定是化学平衡状态不变时一定是化学平衡状态 。若对于纯气体参加的反应若对于纯气体参
21、加的反应以mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)为例恒容：恒容：总为恒值，不可判断平衡。总为恒值，不可判断平衡。若m+np+q若m+n=p+q可判断化学平衡不可判断化学平衡。恒压：恒压：例如：例如：恒容、恒温条件下，当体系中混合气体的平均摩尔质量不再变恒容、恒温条件下，当体系中混合气体的平均摩尔质量不再变化能说明反应达到平衡的是化能说明反应达到平衡的是_ 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，H2(g)+I2(g)2HI(g)C(s)+O2(g)CO2(g)CO2(g)+C(s)2CO(g)C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)A（s）2B（g）C（g）D（g）=m总总n总总=m1
22、+m2+m3+m4+.n1 +n2+n3+n4+.化学平衡状态的判断标志(1)速率:正=逆同一物质:生成(A)=消耗(A)直接标志(2)各组分的浓度保持不变间接标志 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。不同物质，v正(A):v逆(B)=化学计量数之比（根据具体情况分析）化学平衡状态的判断小结化学平衡状态的判断小结举例反应举例反应 mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)混合物体混合物体系中各成系中各成分的含量分的含量各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定各物质的质量或各物质的质量分数一定各物质的质量或各物质的质量分数一定各
23、气体的体积或体积分数一定各气体的体积或体积分数一定总压强、总体积、总物质的量一定总压强、总体积、总物质的量一定 正、逆反正、逆反应速率的应速率的关系关系在单位时间内消耗了在单位时间内消耗了m molA同时生成同时生成m molA，即，即 v正正=v逆逆在单位时间内消耗了在单位时间内消耗了n molB同时生成同时生成p molC，均指均指 v正正vA:vB:vC:vD=m:n:p:q，v正正不一定等于不一定等于v逆逆在单位时间内生成了在单位时间内生成了n molB，同时消耗，同时消耗q molD平衡平衡平衡平衡平衡平衡不一定平衡不一定平衡平衡平衡不一定平衡不一定平衡不一定平衡不一定平衡不一定平衡
24、不一定平衡08 九月 202337举例反应举例反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)压压 强强（恒容）（恒容）m+np+q时，总压强一定（其他条件一定）时，总压强一定（其他条件一定）m+n=p+q时，总压强一定（其他条件一定）时，总压强一定（其他条件一定）混合气体混合气体的平均的平均分子量分子量 一定时，只有当一定时，只有当m+np+q时，时，一定，但一定，但m+n=p+q时时温温 度度任何化学反应都伴随着能量变化，在其他条件任何化学反应都伴随着能量变化，在其他条件不变的条件下，体系温度一定时不变的条件下，体系温度一定时体系的密体系的密度度 密度一定密度一定平衡平衡不一定平衡不一定平衡平
25、衡平衡不一定平衡不一定平衡平衡平衡不一定平衡不一定平衡381.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)2 Z(g)，不能作为 反应达到化学平衡状态标志的是()A.单位时间内生成和消耗的X的物质的量相等 B.容器内各物质的浓度不随时间变化 C.容器内X、Y、Z的浓度之比为1 2 2 D.单位时间消耗0.1 mol X的同时消耗0.2 mol Z C反应物和生成物的浓度都不再改变（注意不是相等）B练习2：在恒温、恒容下，可逆反应：在恒温、恒容下，可逆反应：A A（g g）+3B+3B（g g）=2C2C（g g）下列条件能判断反
26、应达到平衡的标志是（）下列条件能判断反应达到平衡的标志是（）A ACC的生成速率与的生成速率与CC的分解速率相等。的分解速率相等。B B单位时间生成单位时间生成n molAn molA，同时生成，同时生成3n molB3n molB。CCA A、B B、CC的物质的量浓度保持不变。的物质的量浓度保持不变。D DA A、B B、CC的分子数之比为的分子数之比为1 1：3 3：2 2。E E容器中气体的密度保持不变。容器中气体的密度保持不变。F F容器中气体的总压强保持不变。容器中气体的总压强保持不变。2.某密闭容器中有反应某密闭容器中有反应 2NO2 2NOO2，达到平衡的是（，达到平衡的是（）
27、A、单位时间内生成、单位时间内生成 n mol O2 同时生成同时生成 2n mol NO2B、单位时间内生成、单位时间内生成 n mol O2 同时生成同时生成 2n mol NOC、c(NO2):c(NO):c(CO2)=2:2:1D、混合气体的颜色不再改变、混合气体的颜色不再改变E、混合气体的密度不再改变、混合气体的密度不再改变F、混合气体的平均相对分子质量不再改变、混合气体的平均相对分子质量不再改变H、混合气体个组分的体积分数不再改变、混合气体个组分的体积分数不再改变ADEFHM=m总 n总总=m总 V比值不行NO2红棕色红棕色以下情况可作为反应达到平衡的标志的是反应混合物中各气体的体
28、积分数混合气体的颜色不再改变混合气体的密度不再改变混合气体的压强不再改变反应1：反应2：3.在两个恒容密闭容器中进行如下两个反应反应1：2NO(g)+O2(g)2NO2(g)（NO2红棕色）反应2：H2(g)+I2(g)2HI(g)（I2紫色）混合气体的平均相对分子质量不再改变4.在一恒容密闭容器中，发生反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)下列说法能够证明上述反应已达平衡状态的是：。各物质的物质的量浓度不再改变SO2、O2、SO3的浓度之比为2:1:2 SO2的转化率不再改变 SO3的体积分数不再改变 混合物的总质量不再改变 混合气体的密度不再改变 混合物的总质量不再改变混合物的平均
29、摩尔质量不再改变绝热容器中反应体系的温度不再改变 恒温容器中混合气体的压强一定公式：公式：其他特别的反应类型：A(g)+B(s)C(g)公式：公式：PV=nRT(1)速率:正=逆同一物质:生成(A)=消耗(A）)直接标志(2)各组分的浓度保持不变间接标志各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变。不同物质v正(A):v逆(B)=化学计量数之比（根据具体情况分析）判断标志定义特征逆、动、等、定、变化学平衡状态可逆反应化学反应的限度化学平衡状态的建立过程在同一条件下，既能向正反应方向，又能向逆反应方向进行的反应。指在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。