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(共30張PPT)
第6章 化學反應與能量
第二節 化學反應的速率與限度
第2課時 化學反應的限度 化學反應條件的控制
導入一
高爐煉鐵之謎。
高爐煉鐵的主要反應有: Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2； C(焦炭)+ O2(空氣) CO2；C(焦炭)+ CO2 2CO ；生產中煉制生鐵所需焦炭的實際用量,遠高于按照化學方程式計算所需的量,而且從高爐爐頂出來的氣體中總是含有沒有利用的 CO 氣體。開始煉鐵工程師們認為是 CO 與鐵礦石接觸不充分造成的,于是設法增加高爐的高度。然而,令人吃驚的是,高爐增高后,高爐尾氣中的CO的比例竟然沒有改變,這是什么原因呢
導入二
我們知道在化學反應中,反應物之間是按照化學方程式中的化學計量數之比進行反應的。那么,在實際化學反應中,反應物是否會按化學方程式中的計量關系完全轉化為生成物呢
由化學方程式①②可知,可逆反應進行得不完全。在同一條件下,正、逆反應同時同條件進行,化學反應物不可能全部轉化為生成物,存在一定的化學反應限度,其實任何化學反應的進程都有一定的限度(可逆性)。
一、化學反應的限度
[演示實驗]
向 2 mL 0.01 mol·L 1 KI溶液中逐滴加入1 mL 0.01 mol·L 1 FeCl3溶液,然后加入 0.1 mol·L 1 KSCN 溶液。
觀察實驗現象,分析實驗結果。
加入 KSCN 溶液后,溶液變為紅色,說明溶液中仍存在 Fe3+ 。在I 過量的情況下,Fe3+ 仍沒完全反應,說明該化學反應不能進行到底,存在一定的限度。
一、化學反應的限度
可逆反應。
1.定義:在同一條件下,正反應和逆反應均能同時進行的化學反應。書寫可逆反應的化學方程式時,不用符號“ ”,而用符號“ ”。
2.特征:
一、化學反應的限度
小試牛刀
判斷以下幾個反應是否為可逆反應。
①N2+3H2 2NH3
②NH3+H2O NH3·H2O
③Cd+2NiO(OH)+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2
④2H2O 2H2↑+O2↑
屬于可逆反應的是①②。
一、化學反應的限度
[問題思考]在一定條件下,向反應容器中加入SO2和 O2,發生反
應:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),回答下列問題:
(1)反應剛開始時,濃度、速率有什么特點
(2)反應過程中,濃度、速率發生了怎樣的變化
(3)反應進行到一定程度后,濃度、速率又有什么特點
一、化學反應的限度
可逆反應:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g):
一、化學反應的限度
該過程的v-t變化圖像如下:
一、化學反應的限度
在一定條件下,某個可逆反應在開始進行時,反應物的濃度最大,生成物的濃度為零,因此正反應速率大于逆反應速率。隨著反應的進行,反應物的濃度逐漸減小,正反應速率逐漸減小;生成物的濃度逐漸增大,逆反應速率逐漸增大。當反應進行到一定程度時,正反應速率與逆反應速率相等,反應物的濃度和生成物的濃度都不再改變。從外表上看,反應好像“停 止”了,就像往一個有出口的水缸中灌水一樣,雖然水缸中的水面不發生變化,但是水在流動。
一、化學反應的限度
可逆反應的這種特殊狀態就是我們今天要研究的化學平衡狀態。
一、化學反應的限度
化學平衡狀態。
當反應進行到一定程度時,正反應速率與逆反應速率相等,反應物的濃度和生成物的濃度都不再改變,達到一種表面靜止的狀態,稱為化學平衡狀態,簡稱化學平衡。
一、化學反應的限度
化學平衡狀態的特征。
一、化學反應的限度
化學反應的限度。
1.化學平衡狀態是可逆反應在一定條件下所能達到的或完成的最大程度,即該反應進行的限度。
2.對化學反應限度的理解。
(1)化學反應的限度決定了反應物在該條件下轉化為生成物的最大轉化率。 轉化率:已被轉化的反應物的物質的量與其初始的物質的量之比。
(2)同一可逆反應在不同條件下,化學反應的限度不同,即改變反應條件可以在一定程度上改變一個化學反應的限度。
二、化學反應的限度
小試牛刀 1.正誤判斷。
(1)1 mol N2和3 mol H2在一定條件下可完全反應生成2 mol NH3。 ( )
(2)化學反應達到化學平衡狀態時正、逆反應速率相等,是指同一物
質的消耗速率和生成 速率相等,若用不同物質表示時,反應速率不一
定相等。 ( )
(3)可逆反應達到平衡狀態時,各反應物、生成物的濃度相等。 ( )
(4)化學反應在一定條件下建立平衡狀態時,化學反應將會停止。 ( )
(5)一定條件,可以通過延長化學反應的時間來改變反應物的最大轉
化率。 ( )
√
×
×
×
×
二、化學反應的限度
①④⑥⑦
2.(1)可逆反應2NO2(g) 2NO(g)+O2(g)在容積固定的密閉容器中進
行,達到平衡 狀態的標志是___________(填序號,下同)。
①單位時間內生成 n mol O2的同時生成 2n mol NO2
②單位時間內生成 n mol O2的同時生成 2n mol NO
③用 NO2、NO、O2的物質的量濃度變化表示的反應速率之比為
2∶2∶1
④混合氣體的顏色不再改變
⑤混合氣體的密度不再改變
⑥混合氣體的壓強不再改變
⑦混合氣體的平均相對分子質量不再改變
二、化學反應的限度
2.(2)一定條件下的密閉容器中,發生可逆反應:N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)。下列哪些情況能說明反應達到了平衡狀態:_________。
①生成2 mol NH3的同時消耗1 mol N2
②v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)=1∶3∶2
③2v正(H2)=3v正(NH3)
④1個 N≡N斷裂的同時,有6個 N—H 斷裂
⑤H2的百分含量保持不變
⑥NH3的體積分數保持不變
④⑤⑥
一、化學反應的限度
【歸納總結】化學平衡狀態的判斷依據:
二、化學反應條件的控制
[問題思考1]在化工生產中,利用化學反應時,我們除了關注化學反應的物質和能量變化外, 還應關注哪些方面的問題
二、化學反應條件的控制
化學反應條件的控制的目的。
促進有利的化學反應:提高反應速率,提高反應物的轉化率即原料的利用率。
抑制有害的化學反應:降低反應速率,控制副反應的發生,減少甚至消除有害物質的產生。
二、化學反應條件的控制
[問題思考2]從速率和平衡的角度分析工業上為什么通常采用400~500 ℃、10 MPa~ 30 MPa的條件合成氨氣
化工生產中,為了提高反應進行的程度而調控反應條件時,需要考慮控制反應條件的成本和實際可行性。
二、化學反應條件的控制
[問題思考3]為了實現“碳達峰”“碳中和”的目標,提高燃料的燃燒效率與熱量的利用率也是 重要措施之一。試回答下列問題: 煤燃燒時,將煤塊粉碎成煤粉且通入適當過量空氣的目的是什么
二、化學反應條件的控制
[問題思考4]煤燃燒時,選擇保溫隔熱且耐熱的爐(灶)膛材料的主要目的是什么
減少熱量的損失,提高煤燃燒的效率。
[問題思考5]煤燃燒后的廢氣中的熱量,采取什么措施可充分利用
可將燃燒后的廢氣通過熱循環裝置,供其他方面使用。
二、化學反應條件的控制
小試牛刀 1.下列措施可以提高燃料燃燒效率的是 ( )
①提高燃料的著火點 ②降低燃料的著火點
③將固體燃料粉碎 ④將液體燃料霧化
⑤將煤氣化處理 ⑥通入適當過量的空氣
A.①③④⑤
B.②③⑤⑥
C.③④⑤⑥
D.①②③④
C
二、化學反應條件的控制
2.下圖所示為工業合成氨的流程圖,下列有關生產條件的調控作用分析正確的是__________(填序號)。
a.步驟①中“凈化”可以防止
雜質與催化劑作用,降低其活性
b.步驟②中“加壓”可以加快反應速率
c.步驟②采用的壓強是2×107 Pa,因為在該壓強下鐵觸媒的活性最大
d.步驟③選擇高效催化劑是合成氨反應的重要條件
e.目前,步驟③一般選擇控制反應溫度為700 ℃左右
f.步驟④⑤有利于提高原料的利用率,能節約生產成本
abdf
二、化學反應條件的控制
[問題思考6]揭秘時刻———高爐煉鐵之謎。高爐增高后,高爐尾氣中的 CO 比例竟沒有改變, 這是什么原因呢
高爐煉鐵時發生的反應:C+CO2 2CO 是一個可逆反應,且自下而上發生在高爐中有焦炭的地方。在高爐中Fe2O3與CO反應也不能全部轉化為Fe和CO2,故反應進行到一定程度時達到反應的最大限度,只增加高爐的高度,不改變其他反應條件,高爐尾氣中CO的比例不會改變。
總結
課堂練習
1.下列關于化學反應限度的說法中正確的是 ( )
A.一個可逆反應達到的平衡狀態就是這個反應在 該條件下所能
達到的最大限度
B.當一個可逆反應達到平衡狀態時,正向反應速率和逆向反應速
率相等且等于零
C.平衡狀態時,各物質的濃度保持相等
D.化學反應的限度不可以通過改變條件而改變
A
課堂練習
D
2.化學反應限度的調控在工業生產和環保技術等方面得到廣泛的
應用,如果設法提高化學反應的限度,下面說法中錯誤的是 ( )
A.能夠節約原料和能源
B.能夠提高產品的產量
C.能夠提高經濟效益
D.能夠提高化學反應速率
謝謝！

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