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第二節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的速率與限度之化學(xué)反應(yīng)的限度
思考：一個(gè)化學(xué)反應(yīng)在實(shí)際進(jìn)行時(shí)，反應(yīng)物能否完全轉(zhuǎn)變?yōu)樯晌铮?br/>經(jīng)過(guò)科學(xué)家們長(zhǎng)期的研究發(fā)現(xiàn)，化學(xué)反應(yīng)除了有速率問(wèn)題，還有限度問(wèn)題，即反應(yīng)進(jìn)行的程度問(wèn)題。有些能進(jìn)行地較徹底，有些反應(yīng)是不徹底的，甚至是可逆的。
怎么理解“限度”這個(gè)名詞？
范圍的極限；
最高或最低的數(shù)量或程度。
——《現(xiàn)代漢語(yǔ)詞典》
在給定條件下，化學(xué)反應(yīng)所能達(dá)到的或完成的最大的程度，即該反應(yīng)的的限度。
科學(xué)研究表明，不少化學(xué)反應(yīng)都具有可逆性即正向反應(yīng)和逆向反應(yīng)能同時(shí)進(jìn)行。
正反應(yīng)：反應(yīng)物→生成物
逆反應(yīng)：生成物→反應(yīng)物
H2 + I2 2HI
正反應(yīng)
逆反應(yīng)
可逆反應(yīng)：在相同條件下能向正、逆兩個(gè)方向同時(shí)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)稱為可逆反應(yīng)。
可逆反應(yīng)和一般的反應(yīng)有什么區(qū)別呢？
一．可逆反應(yīng)
(1)正向反應(yīng)：由反應(yīng)物得到生成物的化學(xué)反應(yīng)。
(2)逆向反應(yīng)：由生成物得到反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng)。
(3)可逆反應(yīng)：在同一條件下 方向和 方向均能進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。
(4)表示方法：化學(xué)方程式中反應(yīng)物與生成物之間用“ ”連接而不用“===”。
(5)實(shí)例：工業(yè)合成氨的反應(yīng)：
(6)特點(diǎn)
①相同條件下，正、逆反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。
②不能完全轉(zhuǎn)化，反應(yīng)物和生成物同時(shí)存在，任一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率小于100%。
不可逆反應(yīng)：同一條件下，逆反應(yīng)的傾向很小；若正反應(yīng)的傾向很小，可視為不反應(yīng).
不同的化學(xué)反應(yīng)，限度有所不同，相同的化學(xué)反應(yīng)，條件不同時(shí)限度也不同。
二：化學(xué)平衡狀態(tài)
時(shí)間（t）
反應(yīng)速率
0
v(正)
v(逆)
t1
v(正)=
v(逆)
化學(xué)平衡狀態(tài)
不平衡狀態(tài)
(1)0~t1：v(正)>v(逆)
(2)t1以后：v(正)=v(逆)
t1以后反應(yīng)處于平衡狀態(tài)!
(3)化學(xué)平衡狀態(tài)的概念:在一定條件下,可逆反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí),正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等,反應(yīng)物的濃度和生成物的濃度都不再改變,達(dá)到一種表面靜止的狀態(tài)。
化學(xué)平衡狀態(tài)是可逆反應(yīng)達(dá)到的一種特殊狀態(tài)，是在給定條件下化學(xué)反應(yīng)所能達(dá)到或完成的最大程度，即是該反應(yīng)進(jìn)行的限度。決定了反應(yīng)物在該條件下的最大轉(zhuǎn)化率。
前提（適用范圍）：可逆反應(yīng)
實(shí)質(zhì)：v(正)= v (逆) ≠0
外在標(biāo)志：反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不變
(4)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征——“五字訣”:
(5)化學(xué)反應(yīng)的限度:
①化學(xué)平衡狀態(tài)是可逆反應(yīng)達(dá)到給定條件下所能達(dá)到
的最大程度。
②任何可逆反應(yīng)在給定條件下的進(jìn)行程度都有一定的限度。反應(yīng)的限度決定了反應(yīng)物在該條件下的最大轉(zhuǎn)化率。
③改變反應(yīng)條件可以在一定程度上改變一個(gè)化學(xué)反應(yīng)
的限度,即改變?cè)摲磻?yīng)的化學(xué)平衡。
[特別提醒]
在反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，各組分的濃度及質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)均保持不變，但不一定相等，也不一定符合化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。
溫馨提示：①化學(xué)反應(yīng)的限度(或化學(xué)平衡狀態(tài))研究對(duì)象為可逆反應(yīng)，且要求在一定條件下。如恒溫恒容或恒溫恒壓。
②化學(xué)反應(yīng)限度的本質(zhì)：v(正)＝v(逆)≠0，可理解為同一物質(zhì)的生成速率等于其消耗速率，如果不是同一物質(zhì)的速率，應(yīng)依據(jù)化學(xué)計(jì)量數(shù)轉(zhuǎn)化為同一物質(zhì)速率。
③化學(xué)反應(yīng)限度的宏觀特征：反應(yīng)物和生成物的濃度不再變化。應(yīng)理解為：物質(zhì)的量濃度一定；組成成分的百分含量一定；不能理解為各組成成分的含量或濃度相等，通常情況下平衡時(shí)各組成成分的含量或濃度是不相等的。
任何化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程都有一定的限度，只是不同反應(yīng)的限度不同罷了。化學(xué)反應(yīng)的限度可以通過(guò)改變條件而改變，同學(xué)們可以在選擇性必修模塊《化學(xué)反應(yīng)原理》中繼續(xù)學(xué)習(xí)。
(6)達(dá)到化學(xué)平衡的標(biāo)志
直接標(biāo)志
①V正=V逆
②各組分的m、n（單一量）不變
③各組分的濃度或百分含量不變。
間接標(biāo)志
①總量：對(duì)△n≠0的反應(yīng)，n總（或恒溫恒壓下的V總，恒溫恒容下的P總）不變。
②平均量：混合氣體的相對(duì)平均分子量、密度。
③其他：平衡體系的顏色。
化學(xué)平衡狀態(tài)判斷“三關(guān)注”“一等一不變”
(1)三關(guān)注:
①關(guān)注反應(yīng)條件,是恒溫恒容,恒溫恒壓,還是絕熱恒容容器;
②關(guān)注反應(yīng)特點(diǎn),是等體積反應(yīng),還是非等體積反應(yīng);
③關(guān)注特殊情況,是否有固體參加或生成,或固體的分解反應(yīng)。
(2)一等一不變:
【易錯(cuò)提醒】
(1)化學(xué)平衡的實(shí)質(zhì)是同種物質(zhì)的正、逆反應(yīng)速率相等。用不同物質(zhì)的正、逆反應(yīng)速率判斷是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí),要根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比,轉(zhuǎn)化為同種物質(zhì)的速率進(jìn)行比較。
(2)利用v(正)=v(逆)>0判斷平衡狀態(tài)時(shí)注意:反應(yīng)速率必須是一正一逆,不能都是v(正)或都是v(逆)。
解答有關(guān)化學(xué)平衡標(biāo)志的思維流程如下:
易錯(cuò)提醒
1.正反應(yīng)和逆反應(yīng)均能進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)不一定是可逆反應(yīng)，需注意前提條件——在相同條件下。
2.可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡后，反應(yīng)并沒(méi)有停止，實(shí)際上正反應(yīng)和逆反應(yīng)始終在進(jìn)行，只是正、逆反應(yīng)速率相等。
3.對(duì)于反應(yīng)前后氣體體積不變的反應(yīng)，總物質(zhì)的量、總壓強(qiáng)始終保持不變，不能作為依據(jù)。
4.利用密度判斷化學(xué)平衡時(shí)，不僅要看化學(xué)方程式的特點(diǎn)(質(zhì)量變化和物質(zhì)的量的變化)，還要看容器的特點(diǎn)(容器容積不變還是可變)。
三、化學(xué)反應(yīng)條件的控制
在生產(chǎn)和生活中，人們希望促進(jìn)有利的化學(xué)反應(yīng)抑制有害的化學(xué)反應(yīng)，這就涉及到反應(yīng)條件的控制
2.化工生產(chǎn)中反應(yīng)條件的調(diào)控:
(1)考慮因素:
化工生產(chǎn)中調(diào)控反應(yīng)條件時(shí),需要考慮控制反應(yīng)條件
的_____和___________。
成本
實(shí)際可能性
(2)實(shí)例——合成氨生產(chǎn)條件的選擇:
化學(xué)反應(yīng)條件的控制
【思考】
生活中有很多現(xiàn)象都存在化學(xué)知識(shí),如爐火越扇越旺,但蠟燭的火焰一扇就滅。
(1)同樣是扇風(fēng)結(jié)果為什么不同,試解釋其中的原因
提示:“爐火越扇越旺”是扇風(fēng)為燃燒提供了足量的氧氣促進(jìn)燃燒;“蠟燭的火焰一扇就滅”是由于空氣流動(dòng)帶走大量的熱量,使溫度降低,低于了蠟燭的著火點(diǎn)。
(2)為了提高燃料的燃燒效率,應(yīng)如何調(diào)控燃燒反應(yīng)的條件
提示:①燃料與空氣或氧氣接觸,且空氣要適當(dāng)過(guò)量。②盡可能使燃料充分燃燒,提高能量的轉(zhuǎn)化率。③盡可能充分地利用燃料燃燒所釋放出的熱量,提高熱能的利用率。
A. 混合氣體的顏色不再改變 （ ）
B. 混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變（ ）
C. 混合氣體的密度不變（ ）
D. 混合氣體的壓強(qiáng)不變（ ）
E. 單位時(shí)間內(nèi)消耗2nmolNO2的同時(shí)生成2nmolO2 （ ）
F. O2氣體的物質(zhì)的量濃度不變（ ）
1、在固定體積的的密閉容器中發(fā)生反應(yīng) 2NO2 2NO + O2
該反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是
2、可逆反應(yīng)達(dá)到平衡的重要特征（ ）
A.反應(yīng)停止了
B.正、逆反應(yīng)速率都為零
C.反應(yīng)物和生成物的濃度相等
D.正、逆反應(yīng)的速率相等
D
3. 在一定溫度下，可逆反應(yīng)：
A(g)+3B(g) 2C(g)達(dá)到平衡的標(biāo)志是（　 ）
A.　C的生成速率與C分解的速率相等
B.　單位時(shí)間內(nèi)生成nmolA，同時(shí)生成3nmolB
C.　A、B、C的濃度不再變化
D.　A、B、C的分子數(shù)比為1:3:2
E.　A的生成速率與C生成的速率相等
AC
4、下列說(shuō)法可以證明反應(yīng)N2+3H2 2NH3已達(dá)平衡狀態(tài)的是（ ）
A.1molN≡N鍵斷裂的同時(shí),有3molH－H鍵形成
B.1molN≡N鍵斷裂的同時(shí),有3molH－H鍵斷裂
C.1molN≡N鍵斷裂的同時(shí),有6molN－H鍵斷裂
D.1molN≡N鍵斷裂的同時(shí),有6molN－H鍵形成
AC
5．下列各關(guān)系式中能說(shuō)明反應(yīng)N2＋3H2 2NH3已達(dá)到平衡狀態(tài)的是(　　)
A．3v正(N2)＝v正(H2)　　 B．v正(N2)＝v逆(NH3)
C．2v正(H2)＝3v逆(NH3) D．v正(N2)＝3v逆(H2)
解析：A項(xiàng)中都是正反應(yīng)速率，不能確定是否達(dá)到平衡狀態(tài)；B項(xiàng)中v正(N2)≠v逆(N2)，不是平衡狀態(tài)；C項(xiàng)中v正(H2)＝v逆(H2)，處于平衡狀態(tài)；D項(xiàng)中v正(N2)≠v逆(N2)，不是平衡狀態(tài)。
C
6．密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)A(g)＋B(g) C(g)＋D(g)，判斷該反應(yīng)是否達(dá)到平衡的依據(jù)為(　　)
A．壓強(qiáng)不隨時(shí)間改變
B．氣體的密度不隨時(shí)間改變
C．c(A)不隨時(shí)間改變
D．單位時(shí)間里生成C(g)和D(g)的物質(zhì)的量相等
解析　由于反應(yīng)物和生成物均為氣體，且反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變，故氣體的壓強(qiáng)和密度在反應(yīng)過(guò)程中始終保持不變，A、B項(xiàng)不能作為反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志。C(g)、D(g)均為生成物，反應(yīng)的任何時(shí)刻，C(g)、D(g)的物質(zhì)的量總是相等，D項(xiàng)不能作為反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志。當(dāng)c(A)不變時(shí)，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。
C

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