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1、第六章 化学反应与能量第二节化学反应的速率和限度第3课时化学反应的限度和反应条件的控制一个化学反应在实际进行时，给定量的反应物能否按相应的一个化学反应在实际进行时，给定量的反应物能否按相应的计量数完全转化为生成物？计量数完全转化为生成物？科学史话科学史话炼铁高炉尾气之炼铁高炉尾气之谜谜CCO2 2CO Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2高温高温为什么增高了炉身，为什么增高了炉身，CO的转化率没有提高呢的转化率没有提高呢？化学反应是化学反应是有限度的有限度的，有些能进行地比较彻底，有些能进行地比较彻底，有些反应是不彻底的，甚至是有些反应是不彻底的，甚至是可逆可逆的。的。1.定义：定义：在在同一
2、条件同一条件下，既能向下，既能向正反应正反应方向进行，又能向方向进行，又能向逆反应逆反应方向进行方向进行的反应。的反应。2.2.表示：表示：【回顾】可逆反应【回顾】可逆反应典型的可逆反应：典型的可逆反应：2SO2+O2 2SO3催化剂催化剂高温高温 SO2+H2O H2SO3NH3+H2O NH3 H2OH2 +I2 2HI 3.3.特点：特点：【回顾】可逆反应【回顾】可逆反应练：练：判断下列反应是否为可逆反应？判断下列反应是否为可逆反应？相同同时小于4、可逆反应的反应速率、可逆反应的反应速率N2+3H2 2NH3 v正正 ：正反应速率：正反应速率：v逆逆 ：逆反应速率：逆反应速率：v N2耗
3、耗 v H2耗耗 v NH3生生=132 v N2生生 v H2生生 v NH3耗耗=132深度思考深度思考深度思考深度思考在一定温度下，在恒容的容器中充入 2 mol SO2和1 mol O2发生反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)。(1)一段时间后，再向容器中充入含氧同位素 的氧气，则 最终存在的物质为_(填字母)。A.只有氧气 B.只有三氧化硫 C.只有氧气、三氧化硫 D.氧气、二氧化硫、三氧化硫D步步高步步高P58某密闭容器，充某密闭容器，充入入SO2和和O2 ，测得不同时间段各物质浓度的变化情况如下：，测得不同时间段各物质浓度的变化情况如下：t(min)c(mol/L)010
4、20304050607080SO2106321.21111O2531.510.60.50.50.50.5SO304788.899990tC生成物生成物反应物反应物化学平衡状态化学平衡状态50min时间时间 浓度浓度(c)速率速率(v)反应物反应物 生成物生成物 正反应正反应 逆反应逆反应004050min后后最大最大0最大最大0减小减小不变不变增大增大增大增大减小减小不变不变v(正正)=v(逆逆)0【思考】【思考】(1)开始开始时反应物、生成物浓度、正逆反应速率有什么特征？时反应物、生成物浓度、正逆反应速率有什么特征？(2)反应反应开始后开始后040min，反应物、生成物浓度、正逆反应速率有什
5、么特征，反应物、生成物浓度、正逆反应速率有什么特征？(3)50min以后，反应物、生成物浓度、正逆反应速率有什么特征？以后，反应物、生成物浓度、正逆反应速率有什么特征？t0vv(正正)v(逆逆)50min化学平衡状态化学平衡状态v(正正)=v(逆逆)t0vv(正正)v(逆逆)50minv(正正)=v(逆逆)0各物质浓度不变各物质浓度不变0tC生成物生成物反应物反应物50min二二.化学平衡状态化学平衡状态1、定义：定义：在一定条件下，在一定条件下，可逆反应可逆反应进行到一定程度时，正反应速率进行到一定程度时，正反应速率 和逆反应速率和逆反应速率相等相等，反应物和生成物，反应物和生成物浓度不再发
6、生变化浓度不再发生变化，达到一种，达到一种表表面静止面静止的状态，这种的状态，这种状态称为化学平衡状态，状态称为化学平衡状态，简称化学平衡。简称化学平衡。可逆反应在一定条件下所能达到或完成可逆反应在一定条件下所能达到或完成的的最大程度最大程度，即该反应的限度。即该反应的限度。2、特征：特征：逆：逆：化学平衡的研究对象是化学平衡的研究对象是可逆反应可逆反应等：等：平衡时平衡时 v正正=v逆逆动：动：化学平衡是一个动态平衡化学平衡是一个动态平衡 v正正=v逆逆0 0定：定：达到平衡状态时，达到平衡状态时，外界条件外界条件一定，一定，反应速率反应速率一定，混合物一定，混合物 中各组分的中各组分的浓度
7、不变浓度不变，混合物中各组分混合物中各组分的的含量不变含量不变。变：变：当外界条件改变时，平衡一般要发生改变当外界条件改变时，平衡一般要发生改变判断正误判断正误(1)(1)只有可逆反应才存在平衡状态只有可逆反应才存在平衡状态()(2)(2)化学平衡状态是一定条件下可逆反应进行到最大限度的结果化学平衡状态是一定条件下可逆反应进行到最大限度的结果()(3)(3)化学反应达到化学平衡状态时，正逆反应的速率都为化学反应达到化学平衡状态时，正逆反应的速率都为0(0()(4)(4)化学反应达到化学平衡状态时反应物和生成物的浓度相等化学反应达到化学平衡状态时反应物和生成物的浓度相等()(5)(5)化化学学反
8、反应应达达到到化化学学平平衡衡状状态态时时，反反应应混混合合物物中中各各组组分分的的浓浓度度一一定定与与化化学方程式中对应物质的化学计量数成比例学方程式中对应物质的化学计量数成比例()【练习】【练习】在一定条件下，某容器中充入在一定条件下，某容器中充入N2和和H2合成合成NH3,以下叙述错误的是（以下叙述错误的是（）A.开始反应时，正反应速率最大，逆反应速率为零开始反应时，正反应速率最大，逆反应速率为零 B.随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后减小为零随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后减小为零 C.随着反应的进行逆反应速率逐渐增大，后保持恒定随着反应的进行逆反应速率逐渐增大，后保持恒
9、定 D.随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后与逆反应速率相等随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后与逆反应速率相等 都保持恒定都保持恒定B2.(2022黑龙江鸡西市第四中学高一期中)对于可逆反应MN Q达到化学平衡时，下列说法正确的是A.三种物质的浓度一定相等B.M、N 全部变成了 QC.反应物和生成物的浓度都保持不变D.反应不再进行步步高步步高P59 随堂演练随堂演练4.合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器 中的反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)(正反应为放热反应)，673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间t变化的关系如图所示。下列叙述正
10、确的是A.c点处正反应速率和逆反应速率相等B.a点的正反应速率比b点的大C.d点(t1时刻)和e点(t2时刻)处n(N2)不同D.在t2时刻，正反应速率大于逆反应速率步步高步步高P59 随堂演练随堂演练讨论：讨论：化学平衡状态的判断标准化学平衡状态的判断标准1、本质：、本质：v正正=v逆逆2、现象：反应物与生成物浓度保持不变、现象：反应物与生成物浓度保持不变三三.化学平衡状态判断化学平衡状态判断1、本质：、本质：v正正=v逆逆1 1、同种物质：同种物质：反应速率一正一逆且反应速率一正一逆且相等相等m A(g)+n B(g)p C(g)+q D(g)三三.化学平衡状态判断化学平衡状态判断 v A
11、耗耗=v A生生 v B耗耗=v B生生 v C生生=v C耗耗 v D生生=v D耗耗 2 2、不同种物质：不同种物质：反应速率一正一逆且呈反应速率一正一逆且呈系数比系数比 v A耗耗/v B生生 =m/n v B耗耗/v C耗耗 =n/p“同侧异，异侧同同侧异，异侧同”【练习】当【练习】当N23H2 2NH3 达平衡时达平衡时2、单位、单位时间内，有时间内，有1mol N2消耗消耗，同时，同时有有3mol H2 3、单位、单位时间内，有时间内，有1mol N2消耗消耗，同时，同时有有2mol NH3 4、单位单位时间内，时间内，有有3mol H2消耗消耗，同时，同时有有2mol NH3 5
12、、单位、单位时间内，时间内，有有3mol H-H键键断裂断裂，同时有同时有 mol N-H键键 生成生成 消耗消耗 消耗消耗 断裂断裂 1、单位、单位时间内，有时间内，有1mol N2消耗消耗，同时，同时有有1mol N2 生成生成 6 2、现象：反应物和生成物的浓度保持不变、现象：反应物和生成物的浓度保持不变1、A、B、C、D的物质的量或者物质的量浓度不再改变的物质的量或者物质的量浓度不再改变。2、A、B、C、D的分子数（或物质的量）不再改变。的分子数（或物质的量）不再改变。3、A、B、C、D的百分含量的百分含量不再改变。不再改变。4、A、B、C、D的的转化率或生成率转化率或生成率不再改变。
13、不再改变。5、体系温度体系温度不再改变。不再改变。6、若某物质有色，体系的颜色不再改变。、若某物质有色，体系的颜色不再改变。m A(g)+n B(g)p C(g)+q D(g)三三.化学平衡状态判断化学平衡状态判断对对 m+n p+q 的反应（即反应前后气体分子数改变），还可从以下几的反应（即反应前后气体分子数改变），还可从以下几个方面判断：个方面判断：1、体系的分子总数（或气体总物质的量）不再改变体系的分子总数（或气体总物质的量）不再改变。2、体系的平均分子量不再改变体系的平均分子量不再改变。3、若为、若为恒容恒容体系，体系的体系，体系的压强压强不再改变。不再改变。4、若为、若为恒压恒压体系
14、，体系的体系，体系的密度密度不再改变。不再改变。注意：注意：以上几条对以上几条对m+n =p+q的反应不成立。的反应不成立。m A(g)+n B(g)p C(g)+q D(g)“变量不变即为平变量不变即为平”【练习】一定条件下【练习】一定条件下，下列能表示下列能表示可逆反应可逆反应N23H2 2NH3，达到平衡达到平衡状态状态的是的是 （1 1）容器容器内气体总质量内气体总质量不再改变不再改变（2 2）容器内气体的总物质的量不再改变容器内气体的总物质的量不再改变（3 3）固定容器固定容器恒容恒容条件下，容器内压强不再改变条件下，容器内压强不再改变（4 4）固定容器固定容器恒容恒容条件下条件下，
15、容器，容器内气体密度不再内气体密度不再改变改变（5 5）恒恒压压条件条件下下，容器容器内气体的平均内气体的平均相对分子质量不再改变相对分子质量不再改变 思考：对于逆反应对于逆反应 H2(g)+I2(g)2HI(g)呢？对于可逆反应对于可逆反应A(s)+2B(g)C(g)+D(g)（2）（）（3）（）（5）（1）（）（4）（）（5）均不能说明均不能说明深度思考深度思考深度思考深度思考(2)一段时间后，该反应达到化学平衡，下列能说明达到化学平衡状态的是_(填序号)。v正(SO2)2v逆(O2)v(SO2)v(SO3)单位时间内消耗a mol SO2，同时生成a mol SO3SO2、O2和SO3的
16、浓度之比为212混合气体的总的物质的量不再改变混合气体的压强不再改变混合气体的密度不再改变混合气体的平均相对分子质量不再改变2SO2(g)O2(g)2SO3(g)。步步高步步高P59 5.(2022河北保定高一期中)恒温下在2 L密闭容器中，X、Y、Z三种气态物质的物质的量随时间变化曲线如图。(1)该反应的化学方程式为 _。(2)从 开 始 至 5 min，Y的 平 均 反 应 速 率 为_；X的转化率为 _ 。0.02 molL1min160%(3)反应达平衡时体系的压强是开始时的_倍。步步高步步高P61(4)下列描述中能表明反应已达到平衡状态的是_(填序号)。容器内温度不变混合气体的密度不
17、变混合气体的压强不变混合气体的平均相对分子质量不变Z(g)的物质的量浓度不变容器内X、Y、Z三种气体的浓度之比为312某时刻v(X)3v(Y)且不等于零单位时间内生成2n mol Z，同时生成3n mol X(5)在某一时刻采取下列措施能加快反应速率的是_(填字母)。A.加催化剂B.降低温度C.体积不变，充入XD.体积不变，从容器中分离出YAC四四.化学反应条件的控制化学反应条件的控制促进有促进有利反应利反应提高原料利用率提高原料利用率加快反应速率加快反应速率抑制有害反应减慢反应速率减慢反应速率抑制副反应发生抑制副反应发生减少减少/消除消除有害物有害物质质的产生的产生化学反应化学反应条件控制条
18、件控制在在化工生产中，为了提高反应进行的程度而调控反应条件时，需要考虑化工生产中，为了提高反应进行的程度而调控反应条件时，需要考虑控制反应条件的成本控制反应条件的成本和和实际可能性实际可能性。基本措施基本措施改变反应速率改变反应速率改变反应限度改变反应限度改变温度、浓度、气体的压强、改变温度、浓度、气体的压强、固体的表面积以及催化剂的合理使用等固体的表面积以及催化剂的合理使用等改变温度、浓度、气体的压强等改变温度、浓度、气体的压强等反应条件的控制：为什么工业上通常采用为什么工业上通常采用400-500，10-30Mpa条件合成氨气？条件合成氨气？催化剂催化剂高温、高压高温、高压N N2 2+3
19、H+3H2 2 2NH 2NH3 3工业工业合成氨合成氨温度低温度低压强大压强大有利：氨的产率较高有利：氨的产率较高不利：反应速率小，生产成本高不利：反应速率小，生产成本高有利：氨的产率较高有利：氨的产率较高不利：对动力和生产设备的要求高不利：对动力和生产设备的要求高常用温度常用温度400400500500常用压强常用压强101030Mpa30Mpa试从控制燃烧反应的条件的角度分析，如何提高煤的燃烧效率的具体措施试从控制燃烧反应的条件的角度分析，如何提高煤的燃烧效率的具体措施？1 1、尽可能使燃料、尽可能使燃料充分燃烧充分燃烧，提高能量的转化率。关键是燃料与空气或氧，提高能量的转化率。关键是燃
20、料与空气或氧气尽可能气尽可能充分接触充分接触，且空气要，且空气要适当过量适当过量；2 2、尽可能地、尽可能地充分利用燃料燃烧所释放出的热能充分利用燃料燃烧所释放出的热能，提高热能利用率。，提高热能利用率。提高燃料燃烧效率的具体措施：提高燃料燃烧效率的具体措施：(1)(1)将煤研细，增大与氧气的接触面积，加快反应速率；使用助燃剂将煤研细，增大与氧气的接触面积，加快反应速率；使用助燃剂(2)(2)适当过量的空气有利于煤的充分燃烧；适当过量的空气有利于煤的充分燃烧；(3)(3)炉炉(灶灶)膛材料采用保温性能好的的耐高温材料；膛材料采用保温性能好的的耐高温材料；(4)(4)废气中的热量可用于供暖或发电等。废气中的热量可用于供暖或发电等。2.右图所示为工业合成氨的流程图。下列有关生产条件的调控作用分析正确的是_(填序号)。(1)步骤中“净化”可以防止催化剂中毒(2)步骤中“加压”可以加快反应速率(3)步骤采用的压强是2107 Pa，因为在该压强下铁触媒的活性最大(4)步骤选择高效催化剂是合成氨反应的重要条件(5)目前，步骤一般选择控制反应温度为700 左右(6)步骤有利于提高原料的利用率，能节约生产成本(1)(2)(4)(6)步步高步步高P59