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(共29張PPT)
第9講 化學反應的限度 化學反應條件的控制
【內容導航】
1．可逆反應的特點
2．化學平衡狀態
3．化學平衡狀態的判斷方法
4．化學反應條件的控制
高一化學同步輔導
1．常見的可逆反應
CO2與水反應：____________________________
SO2與水反應：____________________________
Cl2與水反應：____________________________
氨氣與水反應：____________________________
工業上合成氨：____________________________
SO2的催化氧化反應：____________________________
NO2與N2O4的相互轉化：____________________________
CO2+H2O H2CO3
Cl2+H2O HCl+HClO
SO2+H2O H2SO3
NH3+H2O NH3·H2O
N2＋3H2 2NH3
2SO2＋O2 2SO3
2NO2(紅棕色) N2O4(無色)
一、可逆反應的特點
2．可逆反應
(1)可逆反應的概念：在________條件下正反應方向和逆反應方向均能進行的化學反應。
書寫可逆反應的化學方程式時，不用“===”，用“________”。
(2)可逆反應的特點：
①正反應和逆反應________進行
②正反應和逆反應在________條件下進行
③反應物和生成物________存在
同一
同時
同一
同時
交流討論
1． Cl2與H2O的反應為：Cl2+H2O HCl+HClO，設計實驗方案證明該反應是可逆反應。
(1)觀察顏色，氯水呈黃綠色，說明氯水中含有Cl2分子；
(2)將氯水滴加到NaHCO3溶液溶液中，有氣泡產生，說明氯水中含有H+，因此該反應為可逆反應。
2．設計實驗證明2Fe3++2I- 2Fe2++I2是可逆反應。
①分別在試管中加入3mL0.01mol·L-1FeCl3溶液和5mL0.01mol·L-1KI溶液，振蕩靜置。
②取少量反應后的溶液，滴加2滴KSCN溶液，溶液呈血紅色，證明溶液中存在Fe3+；再取少量反應后的溶液，滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液，有藍色沉淀生成，證明溶液中存在Fe2+，說明該反應是可逆反應。
實驗探究可逆反應的方法
(1)實驗探究可逆反應的方法：
根據可逆反應的特點，可逆反應體系中，反應物和生成物________存在，因此要證明一個反應是否可逆反應，必須分別檢驗反應體系中既含有________又含有________。
(2)實驗設計：
①如果有兩種或兩種以上的反應物，應使一種反應物________，另一種反應物________。
②分別檢驗________的反應物和其中一種生成物。
同時
反應物
生成物
過量
不足
不過量
歸納小結
【即學即練1】下列反應不屬于可逆反應的是(　　)
A．二氧化硫的催化氧化
B．氯氣溶于水
C．工業合成氨
D．水電解生成H2和O2與H2在O2中的燃燒反應
D
【即學即練2】在一定溫度下，在恒容的容器中充入2 mol SO2和1 mol O2發生反應：
2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)。一段時間后，再向容器中充入含氧同位素 O的氧氣，則 O最終存在的物質為( )
A．只有氧氣 B．只有三氧化硫
C．只有氧氣、三氧化硫 D．氧氣、二氧化硫、三氧化硫
18
8
18
8
D
D
【即學即練3】500 ℃時，將2 mol N2和2.25 mol H2充入體積為10 L的恒容密閉容器中，反應達到平衡時，NH3的濃度不可能是(　　)
A．0.1 mol·L－1 B．0.12 mol·L－1 C．0.05 mol·L－1 D．0.16 mol·L－1
1．化學平衡狀態的建立
(1)化學平衡狀態的建立過程
在一定條件下向反應容器中加入SO2和O2發生反應：2SO2＋O2 2SO3
濃度 速率變化 v正、v逆關系
開始 反應物濃度最大 v正最大 v正＞v逆
生成物濃度為0 v逆為0 變化 反應物濃度減小 v正減小 v正＞v逆
生成物濃度增大 v逆增大 平衡 反應物濃度不變 v正不變 v正＝v逆
生成物濃度不變 v逆不變
二、化學平衡狀態
(2)用速率變化圖像表示化學平衡狀態的建立
2．化學平衡狀態
(1)化學平衡狀態的概念
如果外界條件(溫度、濃度、壓強等)不發生改變，當________反應進行到一定程度時，____________與_____________相等，反應物的濃度與生成物的濃度都__________的狀態，稱為化學平衡狀態，簡稱化學平衡。
可逆
正反應速率
逆反應速率
保持不變
(2)化學平衡狀態的特征
逆：研究對象是________反應
等：正反應速率和逆反應速率________
動：動態平衡，反應_________
定：各組分的濃度________
變：外界條件改變，原平衡將被________，在新條件下建立新的平衡狀態
可逆
相等
并未停止
保持不變
破壞
3．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或完成的_________，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____________的最大轉化率。
轉化率= ×100%
②同一可逆反應，不同條件下，化學反應的限度不同，即改變條件可以在一定程度上改變一個化學反應的________。
最大程度
一定條件下
限度
課堂探究
1．在密閉容器中進行反應：N2＋3H2 2NH3，下列說法正確的是(　　)
A．升高溫度能加快反應速率
B．充入氫氣能減慢反應速率
C．達到平衡時，反應速率：v正＝v逆＝0
D．達到平衡時，N2和H2能100%轉化為NH3
A
2．合成氨工業對國民經濟和社會發展具有重要的意義。對于密閉容器中的反應：
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)(正反應為放熱反應)，673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)隨時間t變化的關系如圖所示。
下列敘述正確的是(　　)
A．c點處正反應速率和逆反應速率相等
B．a點的正反應速率比b點的大
C．d點(t1時刻)和e點(t2時刻)處n(N2)不同
D．在t2時刻，正反應速率大于逆反應速率
B
【即學即練1】下列關于化學平衡的說法正確的是( )
A．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
B．可逆反應達到平衡狀態時，各反應物、生成物的濃度相等
C．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
D．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
A
【即學即練2】對于可逆反應M＋N Q達到化學平衡時，下列說法正確的是(　　)
A．三種物質的濃度一定相等
B．M、N 全部變成了 Q
C．反應物和生成物的濃度都保持不變
D．反應不再進行
C
可逆反應達到化學平衡時有兩個主要特征：一是________物質的正逆反應速率________，二是混合物中各組分的百分含量__________。
相等
同一
保持不變
1．速率特征
(1)速率特征指“等”，即v(正)_____v(逆)≠0。
①同種物質：同一物質的生成速率______消耗速率。
②不同物質：速率之比等于化學方程式中的______________，但必須是__________的速率。
＝
等于
化學計量數之比
不同方向
三、化學平衡狀態的判斷
(2)實例分析：如反應：2SO2＋O2 2SO3
①單位時間消耗2 mol SO2，同時_______2 mol SO3；
②SO2的消耗速率等于O2的生成速率的______倍；
③SO2的消耗速率等于SO2的_______速率，都能說明該反應達到平衡狀態。
消耗
2
生成
2．含量特征
(1)含量特征指“定”，即反應混合物中各組成成分的含量_________。
(2)若物理量由變量變成了不變量，則表明該可逆反應_____________；若物理量為“不變量”，則不能作為平衡標志。
①各物質的質量、物質的量或濃度______。
②各物質的百分含量(物質的量分數、質量分數等)_______。
③溫度、壓強(化學反應方程式兩邊氣體體積不相等)或顏色(某組分有顏色)_______。
保持不變
達到平衡狀態
不變
不變
不變
交流討論
1．一定條件下的密閉容器中，可逆反應2A(g) B(g)＋3C(g)在下列四種狀態中處于平衡狀態的是(　　)
反應速率 (mol·L－1·min－1) A B C D
v(正) v(A)＝2 v(A)＝1 v(A)＝1 v(A)＝2
v(逆) v(B)＝2 v(B)＝1.5 v(C)＝1.5 v(C)＝2
C
2．(1)對于反應H2(g)＋Br2(g) 2HBr(g)，恒溫、恒容下，反應體系中氣體的顏色保持不變是否是平衡狀態？
(2)某恒溫恒容密閉容器中，發生如下反應：2A(g)＋B(g) 3C(g)＋D(s)，混合氣體的平均相對分子質量不再改變，能否表明該反應已達到平衡狀態？
(3)某恒溫恒容密閉容器中，發生如下反應：2A(g)＋B(g) 3C(g)＋D(s)，混合氣體的壓強不再改變能否表明該反應已達到平衡狀態？
是平衡狀態。反應H2(g)＋Br2(g) 2HBr(g)顏色的深淺與Br2的濃度有關，氣體的顏色保持不變說明Br2的濃度不再發生變化，反應達到平衡狀態。
能。根據M＝m/n，D是固體，反應前后氣體的物質的量不變，但質量是改變的，因此當平均相對分子質量不再改變，說明達到平衡。
不能。D是固體，反應前后氣體的物質的量不變，由于容器的體積不變，故氣體的壓強始終不變，因此壓強不再改變，不能表明該反應已達到平衡狀態。
3．在一個體積固定的密閉容器中，進行的可逆反應A(s)＋3B(g) 3C(g)。
(1)混合氣體總壓強不再發生變化，反應是否是平衡狀態？

(2)若A為氣體，混合氣體總壓強不再發生變化，反應是否是平衡狀態？

(3)混合氣體密度不再發生變化，反應是否是平衡狀態？
不一定。同溫同體積下，混合氣體的壓強之比等于物質的量之比，該反應氣體物質的量保持不變，故壓強始終不變，壓強不變不一定是平衡狀態。
是。同溫同體積下，混合氣體的壓強之比等于物質的量之比，該反應氣體物質的量減小，故壓強減小，故壓強不變一定是平衡狀態。
是。混合氣體的密度ρ＝M/V，m變，V始終不變，故氣體密度不變時一定是平衡狀態。
歸納小結
判斷化學平衡狀態要注意的問題
(1)化學平衡狀態判斷“三關注”
①關注反應條件，是恒溫恒容、恒溫恒壓，還是絕熱恒容容器；
②關注反應特點，是等體積反應，還是非等體積反應；
③關注特殊情況，是否有固體參加或生成，或固體的分解反應。
(2)不能作為“標志”的四種情況
①反應組分的物質的量之比等于化學方程式中相應物質的化學計量數之比。
②恒溫恒容下的體積不變的反應，體系的壓強或總物質的量不再隨時間而變化，如2HI(g) H2(g)＋I2(g)。
③全是氣體參加的體積不變的反應，體系的平均相對分子質量不再隨時間而變化，如2HI(g) H2(g)＋I2(g)。
④全是氣體參加的反應，恒容條件下體系的密度保持不變。
【即學即練1】下列各關系式中能說明反應N2＋3H2 2NH3已達平衡狀態的是(　　)
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)
C
【即學即練2】一定條件下，將NO2與SO2以體積比1∶2置于密閉容器中發生反應：
NO2(g)＋SO2(g) SO3(g)＋NO(g)，下列能說明反應達到平衡狀態的是(　　)
A．體系壓強保持不變
B．混合氣體顏色保持不變
C．SO3和NO的體積比保持不變
D．每消耗1 mol SO3的同時生成1 mol NO2
B
【即學即練3】在一定條件下，將3 mol A和1 mol B兩種氣體混合于固定容積為2 L的密閉容器中，發生如下反應：3A(g)＋B(g) xC(g)＋2D(g)。2 min末該反應達到平衡，生成0.8 mol D，并測得C的濃度為0.2 mol·L－1。下列判斷正確的是(　　)
A．x＝2
B．B的轉化率為50%
C．2 min內A的平均反應速率為0.3 mol·L－1·min－1
D．若混合氣體的密度保持不變，則表明該反應達到平衡狀態
C
1．化學反應條件控制的目的
(1)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。
(2)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。
2．化工生產中反應條件的調控
(1)考慮因素
化工生產中調控反應條件時，需要考慮控制反應條件的成本和實際可能性。
四、化學反應條件的控制
(2)實例——合成氨生產條件的選擇
①溫度低，反應速率小，氨的產率高；
②壓強大，反應速率大，氨的產率高，對動力與生產設備要求高；
③使用催化劑能很大程度加快反應速率。
綜合考慮，采用條件：
①溫度400~500℃，反應速率大，催化劑的活性大；
②壓強10~30MPa，反應速率大，氨的產率高；
③使用催化劑。
課堂探究
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)。
(1)(2)(4)(6)
(1)步驟①中“凈化”可以防止催化劑中毒
(2)步驟②中“加壓”可以加快反應速率
(3)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
(4)步驟③選擇高效催化劑是合成氨反應的重要條件
(5)目前，步驟③一般選擇控制反應溫度為700 ℃左右
(6)步驟④⑤有利于提高原料的利用率，能節約生產成本
【即學即練】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

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