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1、第9讲 化学反应的限度 化学反应条件的控制【内容导航内容导航】1可逆反应的特点可逆反应的特点2化学平衡状态化学平衡状态3化学平衡状态的判断方法化学平衡状态的判断方法4化学反应条件的控制化学反应条件的控制高一化学同步高一化学同步辅导1常见的可逆反应常见的可逆反应CO2与水反应：与水反应：_SO2与水反应：与水反应：_Cl2与水反应：与水反应：_氨气与水反应：氨气与水反应：_工业上合成氨：工业上合成氨：_SO2的催化氧化反应：的催化氧化反应：_NO2与与N2O4的相互转化：的相互转化：_CO2+H2OH2CO3Cl2+H2OHCl+HClOSO2+H2OH2SO3NH3+H2ONH3H2ON23H
2、22NH32SO2O22SO32NO2(红棕色红棕色)N2O4(无色无色)一、可逆反应的特点2可逆反应可逆反应(1)可逆反应的概念：在可逆反应的概念：在_条件下正反应方向和逆反应方向均能进行的化学反应。条件下正反应方向和逆反应方向均能进行的化学反应。书写可逆反应的化学方程式时，不用书写可逆反应的化学方程式时，不用“=”，用，用“_”。(2)可逆反应的特点：可逆反应的特点：正反应和逆反应正反应和逆反应_进行进行正反应和逆反应在正反应和逆反应在_条件下进行条件下进行反应物和生成物反应物和生成物_存在存在同一同一同时同时同同一一同时同时交流交流讨论1Cl2与与H2O的反应为：的反应为：Cl2+H2O
3、HCl+HClO，设计实验方案证明该反应是可逆反应。，设计实验方案证明该反应是可逆反应。(1)观察颜色，氯水呈黄绿色，说明氯水中含有观察颜色，氯水呈黄绿色，说明氯水中含有Cl2分子；分子；(2)将将氯氯水水滴滴加加到到NaHCO3溶溶液液溶溶液液中中，有有气气泡泡产产生生，说说明明氯氯水水中中含含有有H+，因因此此该该反反应应为为可可逆反应。逆反应。2设计实验证明设计实验证明2Fe3+2I-2Fe2+I2是可逆反应。是可逆反应。分别在试管中加入分别在试管中加入3mL0.01molL-1FeCl3溶液和溶液和5mL0.01molL-1KI溶液，振荡静置。溶液，振荡静置。取少量反应后的溶液，滴加取
4、少量反应后的溶液，滴加2滴滴KSCN溶液，溶液呈血红色，证明溶液中存在溶液，溶液呈血红色，证明溶液中存在Fe3+；再取少量反应后的溶；再取少量反应后的溶液，滴加少量液，滴加少量K3Fe(CN)6溶液，有蓝色沉淀生成，证明溶液中存在溶液，有蓝色沉淀生成，证明溶液中存在Fe2+，说明，说明该反应是可逆反应。该反应是可逆反应。实验探究可逆反应实验探究可逆反应的方法的方法(1)实验探究可逆反应的方法：实验探究可逆反应的方法：根根据据可可逆逆反反应应的的特特点点，可可逆逆反反应应体体系系中中，反反应应物物和和生生成成物物_存存在在，因因此此要要证证明明一一个个反反应应是否可逆反应，必须分别检验反应体系中
5、既含有是否可逆反应，必须分别检验反应体系中既含有_又含有又含有_。(2)实验设计：实验设计：如果有两种或两种以上的反应物，应使一种反应物如果有两种或两种以上的反应物，应使一种反应物_，另一种反应物，另一种反应物_。分别检验分别检验_的反应物和其中一种生成物。的反应物和其中一种生成物。同时同时反应物反应物生成物生成物过量过量不足不足不过量不过量归纳小小结【即学即练即学即练1】下列反应不属于可逆反应的是下列反应不属于可逆反应的是()A二氧化硫的催化氧化二氧化硫的催化氧化B氯气溶于水氯气溶于水C工业合成氨工业合成氨D水电解生成水电解生成H2和和O2与与H2在在O2中的燃烧反应中的燃烧反应D【即学即练
6、即学即练2】在一定温度下，在恒容的容器中充入在一定温度下，在恒容的容器中充入2molSO2和和1molO2发生反应：发生反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)。一一段段时时间间后后，再再向向容容器器中中充充入入含含氧氧同同位位素素O的的氧氧气气，则则O最最终终存存在的物质为在的物质为()A只有氧气只有氧气B只有三氧化硫只有三氧化硫C只有氧气、三氧化硫只有氧气、三氧化硫D氧气、二氧化硫、三氧化硫氧气、二氧化硫、三氧化硫188188DD【即即学学即即练练3】500时时，将将2molN2和和2.25molH2充充入入体体积积为为10L的的恒恒容容密密闭闭容容器器中中，反反应应达到平衡时，达到平
7、衡时，NH3的浓度不可能是的浓度不可能是()A0.1molL1B0.12molL1C0.05molL1D0.16molL11化学平衡状态的建立化学平衡状态的建立(1)化学平衡状态的建立过程化学平衡状态的建立过程在一定条件下向反应容器中加入在一定条件下向反应容器中加入SO2和和O2发生反应：发生反应：2SO2O2 2SO3浓度浓度速率变化速率变化v正正、v逆逆关系关系开始开始反应物浓度反应物浓度最大最大v正正最大最大v正正v逆逆生成物浓度生成物浓度为为0v逆逆为为0变化变化反应物浓度反应物浓度减小减小v正正减小减小v正正v逆逆生成物浓度生成物浓度增大增大v逆逆增大增大平衡平衡反应物浓度反应物浓度
8、不变不变v正正不变不变v正正v逆逆生成物浓度生成物浓度不变不变v逆逆不变不变二、化学平衡状态(2)用速率变化图像表示化学平衡状态的建立用速率变化图像表示化学平衡状态的建立2化学平衡状态化学平衡状态(1)化学平衡状态的概念化学平衡状态的概念如如果果外外界界条条件件(温温度度、浓浓度度、压压强强等等)不不发发生生改改变变，当当_反反应应进进行行到到一一定定程程度度时时，_与与_相相等等，反反应应物物的的浓浓度度与与生生成成物物的的浓浓度度都都_的的状状态态，称为化学平衡状态，简称化学平衡。称为化学平衡状态，简称化学平衡。可逆可逆正反应速率正反应速率逆反应速率逆反应速率保持不变保持不变(2)化学平衡
9、状态的特征化学平衡状态的特征逆：研究对象是逆：研究对象是_反应反应等：正反应速率和逆反应速率等：正反应速率和逆反应速率_动：动态平衡，反应动：动态平衡，反应_定：各组分的浓度定：各组分的浓度_变：外界条件改变，原平衡将被变：外界条件改变，原平衡将被_，在新条件下建立新的平衡状态，在新条件下建立新的平衡状态可逆可逆相等相等并未停止并未停止保持不变保持不变破坏破坏3化学反应的限度化学反应的限度(1)化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到或完成的化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到或完成的_，即该反应进行的限度。，即该反应进行的限度。(2)对化学反应限度的理解对化学反应限度的理解化学反应的
10、限度决定了反应物在化学反应的限度决定了反应物在_的最大转化率。的最大转化率。转化率转化率=100%同同一一可可逆逆反反应应，不不同同条条件件下下，化化学学反反应应的的限限度度不不同同，即即改改变变条条件件可可以以在在一一定定程程度度上上改改变变一一个个化学反应的化学反应的_。最大程度最大程度一定条件下一定条件下限度限度课堂探究堂探究1在密闭容器中进行反应：在密闭容器中进行反应：N23H22NH3，下列说法正确的是，下列说法正确的是()A升高温度能加快反应速率升高温度能加快反应速率B充入氢气能减慢反应速率充入氢气能减慢反应速率C达到平衡时，反应速率：达到平衡时，反应速率：v正正v逆逆0D达到平衡
11、时，达到平衡时，N2和和H2能能100%转化为转化为NH3A2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：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)(正反应为放热反应正反应为放热反应)，673K、30MPa下，下，n(NH3)和和n(H2)随时间随时间t变化的关系如图所示。变化的关系如图所示。下列叙述正确的是下列叙述正确的是()Ac点处正反应速率和逆反应速率相等点处正反应速率和逆反应速率相等Ba点的正反应速率比点的正反应速率比b点的大点的大Cd点点(t1时刻时刻)和和e点点(t2时刻时刻)处处n(N2)不同不
12、同D在在t2时刻，正反应速率大于逆反应速率时刻，正反应速率大于逆反应速率B【即学即练即学即练1】下列关于化学平衡的说法正确的是下列关于化学平衡的说法正确的是()A化化学学反反应应达达到到化化学学平平衡衡状状态态时时正正、逆逆反反应应速速率率相相等等，是是指指同同一一物物质质的的消消耗耗速速率率和和生生成成速速率率相相等，若用不同物质表示时，反应速率不一定相等等，若用不同物质表示时，反应速率不一定相等B可逆反应达到平衡状态时，各反应物、生成物的浓度相等可逆反应达到平衡状态时，各反应物、生成物的浓度相等C化学反应在一定条件下建立平衡状态时，化学反应将会停止化学反应在一定条件下建立平衡状态时，化学反
13、应将会停止D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转化率一定条件，可以通过延长化学反应的时间来改变反应物的最大转化率A【即学即练即学即练2】对于可逆反应对于可逆反应MNQ达到化学平衡时，下列说法正确的是达到化学平衡时，下列说法正确的是()A三种物质的浓度一定相等三种物质的浓度一定相等BM、N全部变成了全部变成了QC反应物和生成物的浓度都保持不变反应物和生成物的浓度都保持不变D反应不再进行反应不再进行C可可逆逆反反应应达达到到化化学学平平衡衡时时有有两两个个主主要要特特征征：一一是是_物物质质的的正正逆逆反反应应速速率率_，二二是是混混合物中各组分的百分含量合物中各组分的百分含量
14、_。相等相等同一同一保持不变保持不变1速率特征速率特征(1)速率特征指速率特征指“等等”，即，即v(正正)_v(逆逆)0。同种物质：同一物质的生成速率同种物质：同一物质的生成速率_消耗速率。消耗速率。不同物质：速率之比等于化学方程式中的不同物质：速率之比等于化学方程式中的_，但必须是，但必须是_的速率。的速率。等于等于化学计量数之比化学计量数之比不同方向不同方向三、化学平衡状态的判断(2)实例分析：如反应：实例分析：如反应：2SO2O22SO3单位时间消耗单位时间消耗2molSO2，同时，同时_2molSO3；SO2的消耗速率等于的消耗速率等于O2的生成速率的的生成速率的_倍；倍；SO2的消耗
15、速率等于的消耗速率等于SO2的的_速率，都能说明该反应达到平衡状态。速率，都能说明该反应达到平衡状态。消耗消耗2生成生成2含量特征含量特征(1)含量特征指含量特征指“定定”，即反应混合物中各组成成分的含量，即反应混合物中各组成成分的含量_。(2)若若物物理理量量由由变变量量变变成成了了不不变变量量，则则表表明明该该可可逆逆反反应应_；若若物物理理量量为为“不不变变量量”，则不能作为平衡标志。，则不能作为平衡标志。各物质的质量、物质的量或浓度各物质的质量、物质的量或浓度_。各物质的百分含量各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等物质的量分数、质量分数等)_。温度、压强温度、压强(化学反应方程式
16、两边气体体积不相等化学反应方程式两边气体体积不相等)或颜色或颜色(某组分有颜色某组分有颜色)_。保持不变保持不变达到平衡状态达到平衡状态不变不变不变不变不变不变交流交流讨论1一定条件下的密闭容器中，可逆反应一定条件下的密闭容器中，可逆反应2A(g)B(g)3C(g)在下列四种状态中处于平衡状态在下列四种状态中处于平衡状态的是的是()反应速率反应速率(molL1min1)ABCDv(正正)v(A)2v(A)1v(A)1v(A)2v(逆逆)v(B)2v(B)1.5v(C)1.5v(C)2C2(1)对于反应对于反应H2(g)Br2(g)2HBr(g)，恒温、恒容下，反应体系中气体的颜色保持不变是否是
17、，恒温、恒容下，反应体系中气体的颜色保持不变是否是平衡状态？平衡状态？(2)某恒温恒容密闭容器中，发生如下反应：某恒温恒容密闭容器中，发生如下反应：2A(g)B(g)3C(g)D(s)，混合气体的平均相对分，混合气体的平均相对分子质量不再改变，能否表明该反应已达到平衡状态？子质量不再改变，能否表明该反应已达到平衡状态？(3)某恒温恒容密闭容器中，发生如下反应：某恒温恒容密闭容器中，发生如下反应：2A(g)B(g)3C(g)D(s)，混合气体的压强不再改，混合气体的压强不再改变能否表明该反应已达到平衡状态？变能否表明该反应已达到平衡状态？是平衡状态。反应是平衡状态。反应H2(g)Br2(g)2H
18、Br(g)颜色的深浅与颜色的深浅与Br2的浓度有关，气体的颜色保持不的浓度有关，气体的颜色保持不变说明变说明Br2的浓度不再发生变化，反应达到平衡状态。的浓度不再发生变化，反应达到平衡状态。能能。根根据据Mm/n，D是是固固体体，反反应应前前后后气气体体的的物物质质的的量量不不变变，但但质质量量是是改改变变的的，因因此此当当平平均均相相对分子质量不再改变，说明达到平衡。对分子质量不再改变，说明达到平衡。不不能能。D是是固固体体，反反应应前前后后气气体体的的物物质质的的量量不不变变，由由于于容容器器的的体体积积不不变变，故故气气体体的的压压强强始始终终不不变变，因此压强不再改变，不能表明该反应已
19、达到平衡状态。因此压强不再改变，不能表明该反应已达到平衡状态。3在一个体积固定的密闭容器中，进行的可逆反应在一个体积固定的密闭容器中，进行的可逆反应A(s)3B(g)3C(g)。(1)混合气体总压强不再发生变化，反应是否是平衡状态？混合气体总压强不再发生变化，反应是否是平衡状态？(2)若若A为气体，混合气体总压强不再发生变化，反应是否是平衡状态？为气体，混合气体总压强不再发生变化，反应是否是平衡状态？(3)混合气体密度不再发生变化，反应是否是平衡状态？混合气体密度不再发生变化，反应是否是平衡状态？不不一一定定。同同温温同同体体积积下下，混混合合气气体体的的压压强强之之比比等等于于物物质质的的量
20、量之之比比，该该反反应应气气体体物物质质的量保持不变，故压强始终不变，压强不变不一定是平衡状态。的量保持不变，故压强始终不变，压强不变不一定是平衡状态。是是。同同温温同同体体积积下下，混混合合气气体体的的压压强强之之比比等等于于物物质质的的量量之之比比，该该反反应应气气体体物物质质的的量量减减小，故压强减小，故压强不变一定是平衡状态。小，故压强减小，故压强不变一定是平衡状态。是。混合气体的密度是。混合气体的密度M/V，m变，变，V始终不变，故气体密度不变时一定是平衡状态。始终不变，故气体密度不变时一定是平衡状态。归纳小小结判断化学平衡状态要注意的问题判断化学平衡状态要注意的问题(1)化学平衡状
21、态判断化学平衡状态判断“三关注三关注”关注反应条件，是恒温恒容、恒温恒压，还是绝热恒容容器；关注反应条件，是恒温恒容、恒温恒压，还是绝热恒容容器；关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应；关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应；关注特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。关注特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。(2)不能作为不能作为“标志标志”的四种情况的四种情况反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。恒恒温温恒恒容容下下的的体体积积不不变变的的反反应应，体体系系的的压压强
22、强或或总总物物质质的的量量不不再再随随时时间间而而变变化化，如如2HI(g)H2(g)I2(g)。全全是是气气体体参参加加的的体体积积不不变变的的反反应应，体体系系的的平平均均相相对对分分子子质质量量不不再再随随时时间间而而变变化化，如如2HI(g)H2(g)I2(g)。全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。【即学即练即学即练1】下列各关系式中能说明反应下列各关系式中能说明反应N23H22NH3已达平衡状态的是已达平衡状态的是()A3v正正(N2)v正正(H2)Bv正正(N2)v逆逆(NH3)C2v正正(H2)3v逆逆(NH3)Dv
23、正正(N2)3v逆逆(H2)C【即学即练即学即练2】一定条件下，将一定条件下，将NO2与与SO2以体积比以体积比1 2置于密闭容器中发生反应：置于密闭容器中发生反应：NO2(g)SO2(g)SO3(g)NO(g)，下列能说明反应达到平衡状态的是，下列能说明反应达到平衡状态的是()A体系压强保持不变体系压强保持不变B混合气体颜色保持不变混合气体颜色保持不变CSO3和和NO的体积比保持不变的体积比保持不变D每消耗每消耗1molSO3的同时生成的同时生成1molNO2B【即即学学即即练练3】在在一一定定条条件件下下，将将3molA和和1molB两两种种气气体体混混合合于于固固定定容容积积为为2L的的
24、密密闭闭容容器器中中，发发生生如如下下反反应应：3A(g)B(g)xC(g)2D(g)。2min末末该该反反应应达达到到平平衡衡，生生成成0.8molD，并并测得测得C的浓度为的浓度为0.2molL1。下列判断正确的是。下列判断正确的是()Ax2BB的转化率为的转化率为50%C2min内内A的平均反应速率为的平均反应速率为0.3molL1min1D若混合气体的密度保持不变，则表明该反应达到平衡状态若混合气体的密度保持不变，则表明该反应达到平衡状态C1化学反应条件控制的目的化学反应条件控制的目的(1)促进有利的化学反应：提高反应促进有利的化学反应：提高反应速率速率；提高反应物的转化率，即原料的；
25、提高反应物的转化率，即原料的利用率利用率。(2)抑抑制制有有害害的的化化学学反反应应：降降低低反反应应速速率率，控控制制副副反反应应的的发发生生，减减少少甚甚至至消消除除有有害害物物质质的的产产生。生。2化工生产中反应条件的调控化工生产中反应条件的调控(1)考虑因素考虑因素化工生产中调控反应条件时，需要考虑控制反应条件的化工生产中调控反应条件时，需要考虑控制反应条件的成本成本和和实际可能性实际可能性。四、化学反应条件的控制(2)实例实例合成氨生产条件的选择合成氨生产条件的选择温度低，反应速率温度低，反应速率小小，氨的产率，氨的产率高高；压强大，反应速率压强大，反应速率大大，氨的产率，氨的产率高
26、高，对动力与生产设备要求高；，对动力与生产设备要求高；使用催化剂能很大程度使用催化剂能很大程度加快加快反应速率。反应速率。综合考虑，采用条件：综合考虑，采用条件：温度温度400500，反应速率，反应速率大大，催化剂的活性，催化剂的活性大大；压强压强1030MPa，反应速率，反应速率大大，氨的产率，氨的产率高高；使用催化剂。使用催化剂。课堂探究堂探究下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下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_(填序号填序号)。(1)(2)(4)(6)(1)步骤步骤中中“净化净化”可以防止催化剂中毒可以防止催化剂中毒(2
27、)步骤步骤中中“加压加压”可以加快反应速率可以加快反应速率(3)步骤步骤采用的压强是采用的压强是2107Pa，因为在该压强下铁触媒的活性最大，因为在该压强下铁触媒的活性最大(4)步骤步骤选择高效催化剂是合成氨反应的重要条件选择高效催化剂是合成氨反应的重要条件(5)目前，步骤目前，步骤一般选择控制反应温度为一般选择控制反应温度为700左右左右(6)步骤步骤有利于提高原料的利用率，能节约生产成本有利于提高原料的利用率，能节约生产成本【即学即练即学即练】下列措施可以提高燃料燃烧效率的是下列措施可以提高燃料燃烧效率的是()提提高高燃燃料料的的着着火火点点降降低低燃燃料料的的着着火火点点将将固固体体燃燃料料粉粉碎碎将将液液体体燃燃料料雾雾化化将煤气化处理将煤气化处理通入适当过量的空气通入适当过量的空气AB C DC