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(共31張PPT)
第六章 化學(xué)反應(yīng)與能量
第二節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的速率與限度
第二課時(shí)
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.結(jié)合實(shí)例體會(huì)可逆反應(yīng)存在限度，理解化學(xué)平衡狀態(tài)的特征，發(fā)展“變化觀念與平衡思想”的學(xué)科核心素養(yǎng)。
2.體會(huì)從限度和快慢兩個(gè)方面去認(rèn)識(shí)和調(diào)控化學(xué)反應(yīng)的重要性，認(rèn)識(shí)控制反應(yīng)條件在生產(chǎn)和科學(xué)研究中的作用。
新課導(dǎo)入
煉鐵高爐尾氣之謎：
一個(gè)化學(xué)反應(yīng)在實(shí)際進(jìn)行時(shí)，給定量的反應(yīng)物能否按相應(yīng)的計(jì)量數(shù)完全轉(zhuǎn)化為生成物？
為什么增高了爐身，CO的轉(zhuǎn)化率沒有提高呢？
C＋CO2 2CO
Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
高溫
化學(xué)反應(yīng)是有限度的，有些能進(jìn)行地比較徹底，有些反應(yīng)是不徹底的，甚至是可逆的。
知識(shí)回顧
可逆反應(yīng)：
1.定義：在同一條件下，既能向正反應(yīng)方向進(jìn)行，同時(shí)又能向逆反應(yīng)方向進(jìn)
行的反應(yīng)。
注：向生成物方向進(jìn)行的反應(yīng)叫做正反應(yīng)，
　　向反應(yīng)物方向進(jìn)行的反應(yīng)叫做逆反應(yīng)。
書寫可逆反應(yīng)的化學(xué)方程式時(shí)，不用“ === ”，用 “ ”。
2.特征：
化學(xué)反應(yīng)的限度
比較兩個(gè)反應(yīng)方程式對(duì)應(yīng)表中數(shù)據(jù)，你能發(fā)現(xiàn)什么？
n(H2)/mol 2 2 2 2 2
n(O2)/mol 0.5 1 5 10 100
反應(yīng)結(jié)束后H2物質(zhì)的量 1 0 0 0 0
表1：反應(yīng) O2 + 2 H2 === 2 H2O中，
點(diǎn)燃
n(H2)/mol 3 3 3 3 3
n(N2)/mol 0.5 1 5 10 100
反應(yīng)結(jié)束后H2物質(zhì)的量 1.8 0.4 0.24 0.15 0.08
表2：反應(yīng) N2 + 3 H2========= 2 NH3中，
催化劑
高溫高壓
化學(xué)反應(yīng)是有限度的，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。
【思考】
什么樣的反應(yīng)在給定條件下的進(jìn)程有一定的限度？
化學(xué)平衡狀態(tài)的建立
在某固定密閉容器中發(fā)生反應(yīng)： 各物質(zhì)的濃度隨反應(yīng)的時(shí)間變化如下表所示：
時(shí)間(min) 0 10 20 30 40 50 60 70 80
c(SO2) 10 6 3 2 1.2 1 1 1 1
c(O2) 5 3 1.5 1 0.6 0.5 0.5 0.5 0.5
c(SO3) 0 4 7 8 8.8 9 9 9 9
問：①此條件下進(jìn)行到什么時(shí)候達(dá)到了這個(gè)反應(yīng)的限度（化學(xué)平衡狀態(tài)）
②此時(shí)的反應(yīng)是否停止了？
③此時(shí)為何三種物質(zhì)的濃度保持不變
化學(xué)平衡狀態(tài)的建立
在某固定密閉容器中發(fā)生反應(yīng)： ，各物質(zhì)的濃度隨反應(yīng)的時(shí)間變化如下表所示：
時(shí)間(min) 0 10 20 30 40 50 60 70 80
c(SO2) 10 6 3 2 1.2 1 1 1 1
c(O2) 5 3 1.5 1 0.6 0.5 0.5 0.5 0.5
c(SO3) 0 4 7 8 8.8 9 9 9 9
反應(yīng)開始時(shí) 反應(yīng)進(jìn)行時(shí) 反應(yīng)50min后 宏觀 物料角度 c(反應(yīng)物) ____ 0 c(反應(yīng)物) ______ c(反應(yīng)物)______ c(生成物) ____ 0 c(生成物) ______ c(生成物)______ 微觀 速率角度 v正 ____ 0 v正 ______ v正 ______
v逆 ____ 0 v逆 ______ v逆 ______ >
=
>
=
減小
增大
減小
增大
不變
不變
不變
不變
【思考4】用圖像描述 v正 和 v逆 變化規(guī)律 ？
化學(xué)平衡狀態(tài)的建立
正逆反應(yīng)都進(jìn)行，v(逆) ≠0，v(正)> v(逆)
c(SO2) 、c(O2 )逐漸減小 ,v(正) 逐漸減小，
c(SO3)逐漸增大， v(逆)逐漸增大
反應(yīng)過程中
c(SO2) 、c(O2)最大，→ v(正)最大,
c(SO3) =0 → v(逆)=0
開始時(shí)
反應(yīng)速率
時(shí)間（t）
0
v(正)
v(逆)
v(正)=v(逆)
t1
反應(yīng)到t1時(shí)刻
動(dòng)態(tài)平衡
化學(xué)平衡狀態(tài)的建立
反應(yīng)物濃度最大
生成物濃度為0
v正最大
v逆為0
反應(yīng)
開始
反應(yīng)過程
達(dá)到平衡
反應(yīng)物濃度減小
生成物濃度增大
各物質(zhì)的濃度
不再改變
v正逐漸減小
v逆逐漸增大
v正 = v逆≠0
生成物
時(shí)間
濃度
O
反應(yīng)物
時(shí)間
速率
O
正反應(yīng)
逆反應(yīng)
化學(xué)平衡狀態(tài)
t
0
v
v(正)
v(逆)
●
50min
v(正)=v(逆) ≠0
各物質(zhì)濃度不變
0
t
C
生成物
反應(yīng)物
●
●
50min
1、定義： 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)物和生成物濃度不再發(fā)生變化，達(dá)到一種表面靜止的狀態(tài)，這種狀態(tài)稱為化學(xué)平衡狀態(tài)，簡(jiǎn)稱化學(xué)平衡。
可逆反應(yīng)在一定條件下所能達(dá)到或完成的最大程度，即該反應(yīng)的限度。
●
化學(xué)平衡狀態(tài)
化學(xué)平衡狀態(tài)的特征
逆
定
等
動(dòng)
變
化學(xué)平衡狀態(tài)研究的對(duì)象是可逆反應(yīng)
達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)后，各組分濃度不再改變，不隨時(shí)間變化而變化
達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等
化學(xué)平衡是一種表面靜止?fàn)顟B(tài)，反應(yīng)并未停止，是一種動(dòng)態(tài)平衡
外界條件改變時(shí)，原平衡狀態(tài)將被打破，再在新條件下建立新的平衡
化學(xué)平衡狀態(tài)
動(dòng)：化學(xué)平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡
當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，雖然達(dá)到一種表面靜止的狀態(tài)，即總反應(yīng)速率為0，但正、逆反應(yīng)速率均不為0。
【思考】在一定條件下的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2SO2+O2 2SO3，達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)后，再充入少量含18O的氧氣，一段時(shí)間后，18O可能存在于哪些物質(zhì)中？
該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，18O可存在于SO2、O2、SO3中。
化學(xué)平衡狀態(tài)
等：正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率
可逆反應(yīng) N2O4(g) 2NO2(g)
t1時(shí)刻時(shí)，v逆(NO2)= v正(N2O4)，反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)。
t2時(shí)刻后，v逆(NO2)= 2v正(N2O4)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。
由此可見，當(dāng)用不同物質(zhì)表示化學(xué)平衡狀態(tài)下的正、逆反應(yīng)速率時(shí)，
速率比應(yīng)該與其化學(xué)計(jì)量數(shù)成正比。
化學(xué)平衡狀態(tài)
定：反應(yīng)物的濃度和生成物的濃度都不再改變
某條件下的合成氨反應(yīng)中，N2、H2、NH3的濃度隨時(shí)間變化如圖所示：
從t1時(shí)刻開始，它們的濃度均不再改變。這表明該反應(yīng)中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化達(dá)到了“限度” ，即化學(xué)平衡狀態(tài)。此時(shí)
反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率最大：
（轉(zhuǎn)化率= ×100%）
產(chǎn)物的產(chǎn)率最大：
（ 產(chǎn)率= ×100%）
化學(xué)平衡狀態(tài)
變：改變反應(yīng)條件，可以改變化學(xué)平衡狀態(tài)
大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，化學(xué)平衡狀態(tài)通常會(huì)受到濃度、溫度、壓強(qiáng)等因素的影響。
化學(xué)平衡狀態(tài)
常用于判斷反應(yīng)達(dá)到平衡的依據(jù)
達(dá)到平衡的標(biāo)志：
（一定條件下）
v正=v逆
濃度不再改變
以xA + yB zC為例：
VA耗 = VA生
VA耗 : VC耗 = x : z
VB生 : VC生 = y : z
VA耗 : VB生 = x : y
能說明V正=V逆的標(biāo)志：
①如何理解 v(正)＝v(逆)？
v(正)＝v(逆)
核心：1、有正有逆的描述；2、轉(zhuǎn)化為同一物質(zhì)速率相等
化學(xué)平衡狀態(tài)
①反應(yīng)物與生成物濃度不再改變：各物質(zhì)的物質(zhì)的量、百分含量、體積分?jǐn)?shù)等保持恒定;
變量不再改變
②方程式左右兩邊氣體系數(shù)之和不同的反應(yīng),壓強(qiáng)、氣體密度、氣體的總物質(zhì)的量、氣體平均分子質(zhì)量、容器壓強(qiáng)（恒容條件）、容器體積（恒壓條件）不變。
③有色物質(zhì)參加或生成的反應(yīng),顏色不再變時(shí)，或絕熱容器中的溫度不再
改變。
②如何理解濃度不再改變
核心：一個(gè)量隨反應(yīng)一直變，突然不變
變量不變 即平衡
化學(xué)反應(yīng)條件的控制
在化工生產(chǎn)中，為了提高反應(yīng)進(jìn)行的程度而調(diào)控反應(yīng)條件時(shí)，需要考慮控制反應(yīng)條件的成本和實(shí)際可能性。
合成氨的生產(chǎn)在溫度較低時(shí)，氨的產(chǎn)率較高；壓強(qiáng)越大，氨的產(chǎn)率越高。但溫度低，反應(yīng)速率小，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到化學(xué)平衡，生產(chǎn)成本高，工業(yè)上通常選擇在400~500℃下進(jìn)行。而壓強(qiáng)越大，對(duì)動(dòng)力和生產(chǎn)設(shè)備的要求也越高，合成氨廠隨著生產(chǎn)規(guī)模和設(shè)備條件的不同，采用的壓強(qiáng)通常為10~30MPa。
催化劑
高溫、高壓
N2 + 3H2 2NH3
工業(yè)合成氨
化學(xué)反應(yīng)條件的控制
基本措施
改變反應(yīng)速率
改變反應(yīng)限度
改變溫度、濃度、氣體的壓強(qiáng)、
固體的表面積以及催化劑的合理使用等
改變溫度、濃度、氣體的壓強(qiáng)等
思考：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
提高燃料燃燒效率的具體措施：
(1)將煤研細(xì)，增大與氧氣的接觸面積，加快反應(yīng)速率；使用助燃劑
(2)適當(dāng)過量的空氣有利于煤的充分燃燒；
(3)爐(灶)膛材料采用保溫性能好的的耐高溫材料；
(4)廢氣中的熱量可用于供暖或發(fā)電等。
歸納總結(jié)
化學(xué)反應(yīng)限度
1、可逆反應(yīng)的進(jìn)程都有一定的限度
2、化學(xué)平衡狀態(tài)的建立
3、化學(xué)平衡狀態(tài)的特征——?jiǎng)印⒌取⒍ā⒆儭?br/>4、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷——判斷依據(jù)：等、定
化學(xué)反應(yīng)條件的控制
促進(jìn)有利的化學(xué)反應(yīng)，抑制有害的化學(xué)反應(yīng)。
隨堂訓(xùn)練
D
隨堂訓(xùn)練
B
隨堂訓(xùn)練
C
隨堂訓(xùn)練
B
隨堂訓(xùn)練
B
隨堂訓(xùn)練
C
隨堂訓(xùn)練
D
隨堂訓(xùn)練
C
隨堂訓(xùn)練
D
隨堂訓(xùn)練
D
隨堂訓(xùn)練
0.2 mol·L－1·min－1
56.25%
4∶5
0.2 mol·L－1·min－1
1.2 mol·L－1
50%
CE
BD

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