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課題：第二節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的速率與限度
第六章　化學(xué)反應(yīng)與能量
第2課時 化學(xué)反應(yīng)的限度
[學(xué)習(xí)目標]
1.了解可逆反應(yīng)的含義，知道可逆反應(yīng)在一定條件下能達到化學(xué)平衡。
2.能描述化學(xué)平衡狀態(tài)的特點并判斷化學(xué)反應(yīng)是否達到平衡狀態(tài)。
3.從化學(xué)反應(yīng)快慢角度解釋控制反應(yīng)條件在生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究中的作用。
情景引入
19世紀下半葉，煉制生鐵過程中所需焦炭的實際用量，遠高于按照化學(xué)方程式計算所需的量，而且從高爐排出的廢氣中總是含有沒有利用的CO。工程師們認為是CO與鐵礦石接觸不充分造成的，于是增加高爐的高度。然而，增高后，高爐尾氣中CO的比例竟然沒有改變。
這是什么原因呢？
出鐵口
進風(fēng)口
O2
N2
熱空氣
生鐵
進風(fēng)口
出渣口
爐渣
CO2+C 2CO
高溫
C+O2 CO2
高溫
鐵礦石、焦炭、石灰石
高爐氣體
高爐氣體
3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2
高溫
CaCO3+SiO2 CaSiO3 + CO2↑
高溫
氯氣與水反應(yīng)后，氯水為什么是淺黃綠色呢？
結(jié)論：該反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)，有一定的限度，達到該條件下的平衡狀態(tài)。
Cl2 + H2O HCl + HClO
【思考】
一、可逆反應(yīng)
化學(xué)反應(yīng)有一定的限度，反應(yīng)物與生成物不能完全相互轉(zhuǎn)化。
2.特點：
1.定義：在同一條件下，正反應(yīng)方向和逆反應(yīng)方向能同時進行的反應(yīng)稱為“可逆反應(yīng)”，用 表示。
【例題1】判斷以下幾個反應(yīng)是否是可逆反應(yīng)？為什么？
2SO2 + O2 2SO3
催化劑
N2 + 3H2 2NH3
催化劑
2H2 + O2 2H2O
點燃
通電
Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO42- 2PbSO4 + 2H2O
放電
充電
在同一條件下，正反應(yīng)方向和逆反應(yīng)方向能同時進行的反應(yīng)稱為“可逆反應(yīng)”
【例題2】對于可逆反應(yīng)2SO2＋O2 2SO3　，在混合氣體中充入一定量的18O2，足夠長時間后，18O原子(　　 )
A．只存在于O2中
B．只存在于O2和SO3中
C．只存在于O2和SO2中
D．存在于O2、SO2和SO3中
D
對于可逆反應(yīng)而言，反應(yīng)物會轉(zhuǎn)變成生成物，而生成物又會分解成反應(yīng)物，那豈不是無窮盡也？
時間(min) 0 10 20 30 40 50 60 70 80
c(SO2) 1 0.6 0.3 0.2 0.12 0.1 0.1 0.1 0.1
c(O2) 0.5 0.3 0.15 0.1 0.06 0.05 0.05 0.05 0.05
c(SO3) 0 0.4 0.7 0.8 0.88 0.9 0.9 0.9 0.9
在某密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：
2SO2＋O2 2SO3
催化劑
△
（1）當反應(yīng)剛開始時，反應(yīng)物和生成物的濃度哪個大？
（2）當反應(yīng)剛開始時，正反應(yīng)與逆反應(yīng)哪個反應(yīng)速率大？
（3）隨著反應(yīng)的進行，反應(yīng)物和生成物濃度如何變化？
（4）隨著反應(yīng)的進行，v(正)與v(逆)怎樣變化？
反應(yīng)物
正反應(yīng)
反應(yīng)物濃度降低，
生成物濃度升高
v(正) ↓ v(逆)↑
二、化學(xué)平衡
各物質(zhì)的濃度最終不變
開始階段
開始時c(SO2) 、c(O2)大， c(SO3)＝0
2SO2＋O2 2SO3
只有正反應(yīng)，v(逆)＝0
反應(yīng)速率
v(正)
v(逆)
t1
時間（t）
0
正逆反應(yīng)都進行，v(逆)≠0，v(正)＞v(逆)
過程中
反應(yīng)速率
v(正)
v(逆)
t1
時間（t）
0
（2c(SO2) 、c(O2 )變小，c(SO3)≠0
2SO2＋ O2 2SO3
各物質(zhì)的濃度最終不變
平衡時
（3）c(SO2) 、c(O2)逐漸變小，c(SO3)逐漸增大，三種物質(zhì)的濃度達到一個特定值。
v(正)
v(逆)
反應(yīng)速率
t1
時間（t）
0
v(正)＝v(逆) ≠0
各物質(zhì)的濃度最終不變
v(正)
v(逆)
反應(yīng)速率
t1
時間（t）
0
v(正)＝v(逆)
(1)0～t1：v(正)＞v(逆)
(2)t1：v(正)＝v(逆)
化學(xué)平衡狀態(tài)
非化學(xué)平衡狀態(tài)
化學(xué)平衡狀態(tài)的建立
化學(xué)平衡狀態(tài)的建立
化學(xué)平衡狀態(tài)的建立過程
理論分析
物質(zhì)濃度
反應(yīng)過程
反應(yīng)速率
反應(yīng)物濃度最大
生成物濃度最小
v正_____
v逆_____
反應(yīng)
開始
反應(yīng)物濃度逐漸減小
生成物濃度逐漸增大
反應(yīng)體系中各組
分濃度不再改變
v正逐漸_____
v逆逐漸_____
v正______v逆
最大
為零
減小
增大
>
平衡時
過程中
v正______v逆
=
化學(xué)平衡狀態(tài)是可逆反應(yīng)的一種特殊狀態(tài)，是在給定條件下化學(xué)反應(yīng)所能達到或完成的最大程度。
轉(zhuǎn)化率
=
轉(zhuǎn)化的量
起始的量
×100％
量: 質(zhì)量、物質(zhì)的量、體積、物質(zhì)的量濃度等
化學(xué)反應(yīng)的限度
化學(xué)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
同一可逆反應(yīng)，改變條件可以在一定程度上改變一個化學(xué)反應(yīng)的限度
化學(xué)平衡狀態(tài)
定義
如果外界條件(溫度、濃度、壓強等)不發(fā)生改變，當__________反應(yīng)進行到一定程度時，____________與____________相等，反應(yīng)物的濃度與生成物的濃度____________，達到一種表面靜止的狀態(tài)，稱為“化學(xué)平衡狀態(tài)”，簡稱化學(xué)平衡。
可逆
正反應(yīng)速率
逆反應(yīng)速率
不再改變
特征
動態(tài)平衡
平衡時，各組分的濃度保持一定
當外界條件改變，原平衡發(fā)生移動
研究的對象是可逆反應(yīng)
逆
v(正)＝v(逆) ≠0(本質(zhì))
等
動
定
變
化學(xué)平衡狀態(tài)的建立
如何判斷化學(xué)反應(yīng)達到平衡呢？
a.同一物質(zhì)的生成速率等于其消耗速率
直接標志——“正逆反應(yīng)速率相等”
v正＝v逆 > 0
c.在化學(xué)方程式同一邊的不同物質(zhì)，一種物質(zhì)的生成速率與另一種物質(zhì)的消耗速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比
b.在化學(xué)方程式兩邊的不同物質(zhì)的生成(或消耗)速率之比等化學(xué)計量數(shù)之比
各組分的濃度保持一定
a.各組分的濃度不隨時間的改變而改變
b.各組分的質(zhì)量分數(shù)、物質(zhì)的量分數(shù)、體積分數(shù)不隨時間的改變而改變
速率必須一個是正反應(yīng)速率，一個是逆反應(yīng)速率，且經(jīng)過換算后同一物質(zhì)的消耗速率和生成速率相等
化學(xué)平衡狀態(tài)的標志
間接標志——“變量不變”
如果一個物理量隨著反應(yīng)的進行而改變，當其不變時反應(yīng)達到平衡狀態(tài)；隨反應(yīng)的進行保持不變的物理量，不能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)
對同一物質(zhì)而言，斷裂化學(xué)鍵的物質(zhì)的量與形成化學(xué)鍵的物質(zhì)的量相等
對于反應(yīng)體系中存在有顏色的物質(zhì)的可逆反應(yīng),若體系中顏色不再改變，則反應(yīng)達到平衡狀態(tài)。如 H2(g)+I2(g)→2HI(g)
反應(yīng)前后氣體的化學(xué)計量數(shù)不相等時，反應(yīng)體系的總壓強不隨時間的改變而變化
參加反應(yīng)的全是氣體、反應(yīng)前后化學(xué)計量數(shù)不同的可逆反應(yīng)，平均相對分子質(zhì)量保持不變。
(根據(jù)M= 進行分析)
m(氣體)
n(氣體)
(只適用于反應(yīng)前后氣體體積不等的反應(yīng))
化學(xué)平衡狀態(tài)的標志
【例題3】下列各圖中M時刻不處于化學(xué)平衡狀態(tài)的是(　　 )
B
【例題4】一定溫度下,可逆反應(yīng) 達到平衡的標志的是( )
A. NH3的生成速率與NH3的分解速率相等
B. 單位時間內(nèi)生成了n mol N2的同時生成了2n mol NH3
C. 單位時間內(nèi)生成了3n mol H2的同時生成了2n mol NH3
D. N2 、H2 、NH3 三種氣體共存
E. 一個N≡N鍵斷裂的同時，有3個H－H鍵斷裂
F. 一個N≡N鍵斷裂的同時，有6個N－H鍵斷裂
G. v正（H2 ） ： v逆（ NH3 ） = 3：2
ABCFG
N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)
√
×
√
√
√
√
×
19世紀下半葉，煉制生鐵過程中所需焦炭的實際用量，遠高于按照化學(xué)方程式計算所需的量，而且從高爐排出的廢氣中總是含有沒有利用的CO。工程師們認為是CO與鐵礦石接觸不充分造成的，于是增加高爐的高度。然而，增高后，高爐尾氣中CO的比例竟然沒有改變。
出鐵口
進風(fēng)口
O2
N2
熱空氣
生鐵
進風(fēng)口
出渣口
爐渣
CO2+C 2CO
高溫
C+O2 CO2
高溫
鐵礦石、焦炭、石灰石
高爐氣體
高爐氣體
3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2
高溫
CaCO3+SiO2 CaSiO3 + CO2↑
高溫
這是什么原因呢？
法國化學(xué)家勒夏特列經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)：C+CO2 2CO是一個可逆反應(yīng)，并且自下而上發(fā)生在高爐中有焦炭的地方。后來的研究證明，在高爐中Fe2O3與CO反應(yīng)也不能全部轉(zhuǎn)化為Fe和CO2
還得是我！
注意事項
加入催化劑只能改變反應(yīng)速率， 但不改變化學(xué)平衡(反應(yīng)限度)
改變溫度、濃度，化學(xué)平衡(反應(yīng)限度)一定改變
改變壓強，化學(xué)平衡不一定改變
三、影響反應(yīng)限度的因素
在生產(chǎn)和生活中，人們希望促進有利的化學(xué)反應(yīng)(提高反應(yīng)速率，提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率即原料的利用率)，抑制有害的化學(xué)反應(yīng)(降低反應(yīng)速率，控制副反應(yīng)的發(fā)生，減少甚至消除有害物質(zhì)的產(chǎn)生)，這就需要進行化學(xué)反應(yīng)條件的控制
【思考討論】為提高燃料的燃燒效率，應(yīng)如何調(diào)控燃燒反應(yīng)的條件？
盡可能使燃料充分燃燒，提高能量的轉(zhuǎn)化率
盡可能充分地利用燃料燃燒所釋放的熱能，提高熱能的利用率
四、化學(xué)反應(yīng)條件的控制
【例題5】下列措施可以提高燃料燃燒效率的是_________(填序號)。
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將液體燃料霧化處理
⑤將煤進行氣化處理　
⑥通入適當過量的空氣
③④⑤⑥
四、化學(xué)反應(yīng)條件的控制
合成氨反應(yīng)的數(shù)據(jù)分析：下表的實驗數(shù)據(jù)是在不同溫度、壓強下，平衡混合物中氨的含量的變化情況(初始時氮氣和氫氣的體積比是1：3)。
溫度/℃ 氨的含量/% 0.1MPa 10MPa 20MPa 30MPa 60MPa 100MPa
200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8
300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
600 0.05 4.50 9.1 13.8 23.1 31.4
壓強越大，NH3%越大。
溫度越低，NH3%越大。
催化劑
高溫、高壓
N2 + 3H2 2NH3
四、化學(xué)反應(yīng)條件的控制
生產(chǎn)成本
反應(yīng)限度
反應(yīng)速率
反應(yīng)條件的控制
四、化學(xué)反應(yīng)條件的控制
合成氨反應(yīng)的數(shù)據(jù)分析：下表的實驗數(shù)據(jù)是在不同溫度、壓強下，平衡混合物中氨的含量的變化情況(初始時氮氣和氫氣的體積比是1：3)。
溫度/℃ 氨的含量/% 0.1MPa 10MPa 20MPa 30MPa 60MPa 100MPa
200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8
300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
600 0.05 4.50 9.1 13.8 23.1 31.4
溫度越低，NH3%越大，但反應(yīng)速率慢
壓強越大，NH3%越大。
但生產(chǎn)成本高
【例題6】下圖所示為工業(yè)合成氨的流程圖。下列有關(guān)生產(chǎn)條件的調(diào)控作用分析正確的是___________(填序號)。
(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(yīng)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(yīng)的重要條件
(5)目前，步驟③一般選擇控制反應(yīng)溫度為700 ℃左右
(6)步驟④⑤有利于提高原料的利用率，能節(jié)約生產(chǎn)成本
(1)(2)(4)(6)
課堂小結(jié)
化學(xué)反應(yīng)的限度
化學(xué)反應(yīng)限度
化學(xué)反應(yīng)條件的控制
可逆反應(yīng)
促進有利的化學(xué)反應(yīng)
抑制有害的化學(xué)反應(yīng)
化學(xué)平衡狀態(tài)的建立
化學(xué)反應(yīng)的限度
化學(xué)平衡狀態(tài)及標志
THANKS

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