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1、 化学反应限度人教版必修2第六章第二节化学反应速率和限度（第2课时）炼铁高炉尾气之谜炼铁高炉尾气之谜C+O2=CO2 C+CO2=2COFe2O3+3CO=2Fe+3CO2点燃点燃高温高温高温高温 直到19世纪下半叶，法国化学家勒夏特列经过深入研究，才将这一谜底揭开。情景引入情景引入C+O2=CO2 C+CO2 2COFe2O3+3CO 2Fe+3CO2点燃点燃高温高温高温高温知识回顾知识回顾可逆反应可逆反应1.1.定义：在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向定义：在同一条件下，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。逆反应方向进行的反应。2.2.特点：特点：双向性双向性
2、双同性双同性共存性共存性既能既能正向正向进行，又能进行，又能逆向逆向进行进行正、逆反应是在正、逆反应是在同一条件同一条件下下同时同时进行的进行的反应物反应物无法完全转化无法完全转化为生成物，为生成物，反应物反应物与生成物同时存在与生成物同时存在可逆反应存在可逆反应存在“反应限度反应限度”！典型的可逆反应典型的可逆反应2SO2+O2 2SO3催化剂催化剂NH3+H2O NH3H2OCl2+H2O HCl+HClON2+3H2 2NH3催化剂催化剂高温、高压高温、高压SO2+H2O H2SO3I2+H2 2HI可逆反应的限度决定了可逆反应的限度决定了反应反应物在该条件下转化为生成物物在该条件下转化
3、为生成物的的最大转化率最大转化率。2Fe3+2I-2Fe2+I2思考以下问题：思考以下问题：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：2SO2+O2 2SO3催化剂催化剂此条件下，何时达到了反应的限度？达到反应限度时，该反应是否停止了？化学平衡的建立过程：化学平衡的建立过程：开始开始反应反应进行进行平衡平衡浓度和速率的变化浓度和速率的变化反应物浓度反应物浓度v正正生成物生成物(SO3)浓度浓度v逆逆反应物浓度逐渐反应物浓度逐渐v正正生成物生成物(SO3)浓度浓度v逆逆正、逆反应速率相等，正、逆反应速率相等，反应物、生成物浓度不变反应物、生成物浓度
4、不变v正正v逆逆速率时间图像速率时间图像v正正=v逆逆(1)v正正v逆逆 反应反应正向正向进行进行(2)v正正=v逆逆 化学平衡化学平衡(3)v正正v逆逆 反应反应逆向逆向进行进行最大最大 最大最大为为0 0 为为0 0减小减小 减小减小增大增大 增大增大2mol SO21mol O2恒温恒容恒温恒容化学平衡状态：化学平衡状态：1.1.定义：在一定条件下，定义：在一定条件下，可逆反应可逆反应中，当中，当正、逆两个方向的反应速率正、逆两个方向的反应速率相等相等时，时，反应物的浓度和生成物的浓度都不再改变反应物的浓度和生成物的浓度都不再改变，达到一种表面静，达到一种表面静止的状态，我们称之为止的状
5、态，我们称之为“化学平衡状态化学平衡状态”。2.2.特征：特征：逆逆等等动动定定变变可逆反应可逆反应v v正正正正=v v逆逆逆逆0动态平衡动态平衡各组分浓度保持不变各组分浓度保持不变条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡建立新的平衡同一物质同一物质，正逆反应速率相等，正逆反应速率相等，对于对于不同物质不同物质，正逆反应速率，正逆反应速率之比之比=化学计量数之比。化学计量数之比。判断可逆反应是否达到化学平衡的直接标志。纸上得来终觉浅，唯有实践才保险【例1】下列关于可逆反应的化学平衡的说法中，正确的是()A当达到化学平衡时，反应物已完全转化为生成物B
6、化学平衡是一定条件下的平衡，当条件改变时，平衡可能会遭到破坏C当达到化学平衡时，反应混合物中各成分的浓度相等D当达到化学平衡时，正逆反应均已停止对点训练对点训练对点训练对点训练(1)1 mol N2和3 mol H2在一定条件下可完全生成2 mol NH3 ()(2)可逆反应达到平衡状态时，各反应物、生成物的浓度相等()(3)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限度，此时反应物达到最大转化率()(4)化学反应达到化学平衡状态时正、逆反应速率相等，是指同一物质的消耗速率和生成速率相等，若用不同物质表示时，反应速率不一定相等()浓度保持不变而不是相等浓度保持不变而不是相
7、等判断正误：判断正误：教学过程教学过程判断化学平衡的标志判断化学平衡的标志 直接标志直接标志速率标志：先看方向，必须满足一正一逆才能判断平衡。同种物质同种物质消耗速率与其生成速率相等，即消耗速率与其生成速率相等，即v正正(A)=v逆逆(A)不同物质不同物质 速率之比速率之比=化学计量数之比化学计量数之比如aA+bB cC +dD，N2+3H2 2NH3催化剂催化剂高温、高压高温、高压v正正(NH3):NH3的生成速率的生成速率v逆逆(NH3):NH3的消耗速率的消耗速率(1)v正正(NH3)=v逆逆(NH3)(2)N2、H2、NH3的速率之比为1:3:2(3)3v正正(NH3)=2v逆逆(H2
8、)(4)v正正(NH3)=v逆逆(H2)(3)单位时间内消耗a mol N2同时消耗2a mol NH3(4)单位时间内消耗1 mol N2同时生成3 mol H2(5)单位时间内消耗1 mol N2同时生成1 mol N2(6)断裂3mol H-H键同时，断裂6mol N-H键N2+3H2 2NH3催化剂催化剂高温、高压高温、高压判断下列情况，反应 是否达到平衡，是的打对点训练对点训练教学过程教学过程判断化学平衡的标志判断化学平衡的标志 直接标志直接标志各组分浓度不变：反应混合物中各组分的浓度、含量（百分含量）保持不变。各组分的物质的量或物质的量分数保持不变各气体的体积或体积分数保持不变各组
9、分的质量或质量分数保持不变含有色气体体系的颜色不变体系的颜色与体系的颜色与有色有色物质的浓度物质的浓度有关有关一般情况一般情况I2(g)+H2(g)2HI(g)恒温恒容密闭容器中，恒温恒容密闭容器中，下列，下列能判断反应处于平衡状态的是（能判断反应处于平衡状态的是（）a.H2 、I2、HI的物质的量不变的物质的量不变b.混合气体的颜色保持不变混合气体的颜色保持不变c.I2 的体积分数不变的体积分数不变d.H2 、I2、HI浓度之比为浓度之比为1：1：2对点训练对点训练abc判断平衡的标志是各物质浓度和含量判断平衡的标志是各物质浓度和含量不变不变注意：不是各组分浓度相等，也不是成一定的比例。注意
10、：不是各组分浓度相等，也不是成一定的比例。判断化学平衡的标志判断化学平衡的标志间接标志间接标志-“变量变量”不变不变 平衡观平衡观首先分析该量是“变量”还是“恒量”；如为“变量”,即该量随反应进行而改变，当其“不变”时，则为平衡状态。即：即：变量不变变量不变化学反应达到平衡状态化学反应达到平衡状态间接标志间接标志“变量变量”不变不变气体的平均相对分子质量气体的平均相对分子质量以mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)为例若各物质均为气若各物质均为气体体m总总为定值为定值若m+n p+qn总总为变量为变量 为变量为变量 不变时，不变时，即为平衡状态即为平衡状态若m+n=p+qn总总为定值为定
11、值 为定值为定值 不变时，不变时，不一定为平衡不一定为平衡状态状态若有非气体参与若有非气体参与m总总为变量为变量对点训练对点训练1.1.2SO2+O2 2SO3催化剂催化剂当平均相对分子质量不变时，是化学平衡状态。I2+H2 2HI当平均相对分子质量不变时，是化学平衡状态。2.2.C(s)+O2(g)CO2(g)点燃点燃当平均相对分子质量不变时，是化学平衡状态。C+CO2 2CO高温高温当平均相对分子质量不变时，是化学平衡状态。一定不一定一定一定间接标志间接标志“变量变量”不变不变以mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)为例若各物质均为气若各物质均为气体体m总总为定值为定值若为恒容若为恒
12、压V容器容器为变量为变量气体密度气体密度 为定值为定值 不变时，不变时，不一定为平衡状态不一定为平衡状态若m+n p+q若m+n=p+q 为变量为变量 不变时，不变时，一定为平衡一定为平衡状态状态V容器容器为定值为定值 为定值为定值 不变时，不变时，不一定为平不一定为平衡状态衡状态若有非气体参与若有非气体参与m总总为变量为变量气体密度气体密度1.1.2SO2+O2 2SO3催化剂催化剂恒容条件下，气体密度不变时，是化学平衡状态。2.I2+H2 2HI3.3.C(s)+O2(g)CO2(g)点燃点燃4.C+CO2 2CO高温高温一定不一定一定恒压条件下，气体密度不变时，是化学平衡状态。恒容条件下
13、，气体密度不变时，是化学平衡状态。恒压条件下，气体密度不变时，是化学平衡状态。恒容条件下，气体密度不变时，是化学平衡状态。恒压条件下，气体密度不变时，是化学平衡状态。恒容条件下，气体密度不变时，是化学平衡状态。恒压条件下，气体密度不变时，是化学平衡状态。不一定不一定一定一定一定对点训练对点训练混合气体总压强混合气体总压强 P若为恒容、恒温条件下，气体的物质的量与压强成正比，则只需考虑气体的物质的量。当气体的物质的量不变，则压强P为恒值，不一定是化学平衡状态。当气体的物质的量改变，则压强P不变时，一定是化学平衡状态。1.1.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)催化剂催化剂I2(g)+H2(g
14、)2HI(g)2.2.C(s)+O2(g)CO2(g)点燃点燃C(s)+CO2(g)2CO(g)高温高温一定不一定不一定一定恒容、恒温条件下，恒容、恒温条件下，当体系总压强不变时，是化学平衡状态。当体系总压强不变时，是化学平衡状态。当体系总压强不变时，是化学平衡状态。当体系总压强不变时，是化学平衡状态。温度温度T恒温绝热化学反应除了有物质的变化，化学反应除了有物质的变化，还伴随有能量的变化还伴随有能量的变化当系统恒温时，则温度T为恒值，不一定是化学平衡状态。当系统绝热时，则温度T不变时，一定是化学平衡状态。化学平衡状态的判断标志化学平衡状态的判断标志间接标志间接标志 直接标志直接标志(1)(1
15、)速率：速率：v v正正=v=v逆逆(2)(2)各组分的浓度保持不变各组分的浓度保持不变各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变同种物质：即同种物质：即v正正(A)=v逆逆(A)不同物质不同物质：速率之比速率之比=化学计量数之比化学计量数之比总压强、总物质的量、混合气体的平均摩尔质量、总压强、总物质的量、混合气体的平均摩尔质量、体系的密度等。体系的密度等。（根据具体情况分析）某某恒容恒容密闭容器中有反应：密闭容器中有反应：2NO2 2NO+O2，达到平衡的是，达到平衡的是()A.单位时间内生成n mol O2 同时生成2n mol NO2B.单位时间内生成n mol O2
16、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E.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H.混合气体各组分的体积分数不再改变ADFH在一个在一个恒容恒容密闭容器中，发生反应：密闭容器中，发生反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)催化剂催化剂下列说法能够证明上述反应已达平衡状态的是：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各物质的物质的量浓度不再改变SO2(g)、O2(g)、SO3(g)的浓度之比为2：1：2SO2 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
17、混合物的总质量不再改变混合气体的密度不再改变混合气体的密度不再改变混合物的颜色不再改变混合物的颜色不再改变混合物的平均摩尔质量不再改变混合物的平均摩尔质量不再改变绝热容器中反应体系的温度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恒温容器中混合气体的压强一定化学反应条件额控制化学反应条件额控制 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。趋利避害！趋利避害！控制化学反应条件的基本措施控制化学反应条件的基本措施
18、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固体的表面积以及催化剂的合理使用等理使用等改变温度、浓度、气体的压强等改变温度、浓度、气体的压强等合成氨工业反应条件的控制合成氨工业反应条件的控制达到平衡时混合物中达到平衡时混合物中NH3的含量（体积分数）的含量（体积分数）投料投料V(N2):V(H2)=1:3N2+3H2 2NH3催化剂催化剂高温、高压高温、高压温度温度升高，升高，氨的氨的含量含量越低越低 合成氨时，压强越大越好，温度越合成氨时，压强越大越好，温度越低越好。但，压强越大，对材料的强
19、度低越好。但，压强越大，对材料的强度和设备的制造要求就越高，会大大增加和设备的制造要求就越高，会大大增加生产投资，温度越低反应速率也低，单生产投资，温度越低反应速率也低，单位时间内产率很低。位时间内产率很低。实验数据实验数据温度温度400-500压强压强10-30MPa使用催化剂使用催化剂 合成氨的生产在合成氨的生产在温度较低温度较低时，氨的时，氨的产率较高产率较高；压强越大压强越大，氨的氨的产率越高产率越高。但。但温度低，反应速率小，生产成本高温度低，反应速率小，生产成本高，工，工业上通常选择在业上通常选择在400-500下进行。下进行。压强越大压强越大，对动力和生，对动力和生产设备的产设备
20、的要求也越高要求也越高，采用的压强通常为，采用的压强通常为10-30MPa。化工生产中控制反应条件的原则化工生产中控制反应条件的原则控制生产成本控制生产成本反应实际可能性反应实际可能性以以“提高煤的燃烧效率提高煤的燃烧效率”为例为例提高提高煤的煤的燃烧燃烧效率效率煤的状态煤的状态空气用量空气用量炉壁材料的选择炉壁材料的选择热能的利用热能的利用煤被研得越细，与空气中氧气的接触面积越大，煤被研得越细，与空气中氧气的接触面积越大，燃烧越充分，反应速率越大燃烧越充分，反应速率越大过多的空气会带走大量的热量，降低反应温度，过多的空气会带走大量的热量，降低反应温度，减小燃烧速率，甚至会使燃烧停止减小燃烧速
21、率，甚至会使燃烧停止少量的空气会使煤燃烧不充分，造成资源浪费，少量的空气会使煤燃烧不充分，造成资源浪费，污染环境污染环境适当用量适当用量采用隔热的耐高温材料，减小热量的损失采用隔热的耐高温材料，减小热量的损失燃烧后废气中的热能可用于供暖或发电等燃烧后废气中的热能可用于供暖或发电等对点训练对点训练下列措施可以提高燃料燃烧效率的是（）提高燃料的着火点 降低燃料的着火点 将固体燃料粉碎将液体燃料雾化 将煤气化处理 通入足量的空气A.B.C.D.燃料的着火点不可改变且与燃烧效率无关。燃料的着火点不可改变且与燃烧效率无关。C逆逆等等动动定定变变可逆反应可逆反应v v正正正正=v v逆逆逆逆0动态平衡动态
22、平衡各组分浓度保持不变各组分浓度保持不变条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡新的平衡同一物质同一物质，正逆反应速率相等，正逆反应速率相等，对于对于不同物质不同物质，正逆反应速率，正逆反应速率之比之比=化学计量数之比。化学计量数之比。判断可逆反应是否达到化学平衡的直接标志。特例：只有生成物有气体时，体积分数始终保持不变，不是变量。特例：只有生成物有气体时，体积分数始终保持不变，不是变量。恒温下，在两个密闭容器中分别进行下列两个可逆反应：恒温下，在两个密闭容器中分别进行下列两个可逆反应：甲：甲：C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)乙：乙：
23、CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)现有下列状态，判断甲、乙是否平衡现有下列状态，判断甲、乙是否平衡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混合气体的总物质的量混合气体的总物质的量气体总压强不再改变气体总压强不再改变绝热时反应体系中的温度保持不变绝热时反应体系中的温度保持不变混合气体密度混合气体密度单位时间内消耗水的质量与生成氢气单位时间内消耗水的质量与生成氢气的质量为的质量为9：1甲甲 乙乙 甲甲 乙乙 甲甲 乙乙 甲甲 乙乙 甲甲 乙乙 甲甲 乙乙 平衡 不一定平衡 不一定一定 不一定平衡 平衡平衡 不一定不一定 不一定首先明确反应前后首先明确反应前后气体物质的量变没变气体物质的量变没变