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第一節 化學反應的速率與限度
第2課時：化學反應的限度及條件控制
第六章 化學反應與能量
化學反應的限度
01
化學反應條件的控制
02
學習目標
1．通過實例分析，體會可逆反應存在限度，理解化學平衡狀態的特征，初步學會判斷化學平衡狀態，發展“變化觀念與平衡思想”的學科核心素養。
2．通過問題探究，發展認識化學的基本角度，能從化學反應限度和快慢的角度解釋生產、生活中的簡單化學現象，體會從限度和快慢兩各方面去認識和調控化學反應的重要性。
3．通過討論交流，進一步認識控制反應條件在生產和科學研究中的作用，知道提高燃料的燃燒效率的重要性和方法，體會化學學科價值，樹立將化學知識應用于生產、生活實踐的意識。
化學反應的限度
化學反應的限度
任務一、認識可逆反應
學生活動1：閱讀教材P46頁內容，結合視頻“煉鐵高爐尾氣之迷”，
思考是否所有化學反應都能進行得很完全呢？
①不是。工業上，煉制1 t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要的量。
②煉鐵工程師們認為這是CO與鐵礦石接觸不充分所造成的，于是耗費大量資金加高了的煉鐵高爐，但卻發現問題仍然沒有得到解決，后來才發現其原因是煉鐵過程中的反應是“可逆”的，即在一定條件下很多化學反應并不能進行到底。
C+O2===CO2、C+CO2===2CO、Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2
高溫
高溫
化學反應的限度
任務一、認識可逆反應
學生活動2：結合教材P46-47頁內容，思考可逆反應的定義是什么？
有何特點？
①定義：在同一條件下既可以向正反應方向進行，同時又可以向逆反應方向進行的化學反應。如氯氣溶于水呈淺黃綠色：Cl2 + H2O == HCl + HClO
②特點：
反應物和生成物同時存在，在方程式中用“ ”而不能用“==”表示
雙向性
雙同性
共存性
反應物 生成物
正、逆反應在同一條件下同時進行，反應不能進行到底，反應物的轉化率都小于100%
化學反應的限度
【典例1】下列反應不屬于可逆反應的是(　　)
A．SO2與O2在一定條件下生成SO3，同時SO3又分解為SO2和O2
B．N2與H2在一定條件下生成NH3，同時NH3又分解為N2和H2
C．電解水生成H2和O2，氫氣在氧氣中燃燒生成H2O
D．SO2溶于水生成H2SO3，同時H2SO3又分解為SO2和H2O
C
【解析】可逆反應指在同一條件下，既能向正反應方向進行，同時又能向逆反應方向進行的反應。電解水生成氫氣和氧氣，氫氣和氧氣點燃生成水，兩者反應條件不同，不是可逆反應。
化學反應的限度
【典例2】一定溫度下,向容積為2 L的密閉容器中通入兩種氣體發生化
學反應,反應中各物質的物質的量變化如圖所示,對該反應的推斷合理
的是(　　)
A.該反應的化學方程式為：
3B+4D 6A+2C
B.反應進行到1 s時,v(A)=v(D)
C.反應進行到6 s時,B的平均反
應速率為0.05 mol·L-1·s-1
D.反應進行到6 s時,各物質的反應速率相等
C
【解析】Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)=(1.2-0) mol∶(1.0-0.4) mol∶(1.0-0.2) mol∶(0.4-0) mol=6∶3∶4∶2,化學方程式為3B+4C 6A+2D,A錯誤;不論在什么時刻,用各物質表示的速率之比等于化學計量數之比,B、D錯誤;反應進行到6 s時,B的物質的量濃度的變化量為(1.0-0.4) mol÷2 L=0.3 mol·L-1,6 s時,B的平均反應速率為0.3 mol·L-1÷6 s=0.05 mol·L-1·s-1,C正確。
化學反應的限度
化學反應的限度
任務二、探究化學反應的限度—化學平衡
學生活動1：閱讀教材P47頁內容，思考在1L密閉容器中加入1mol
H2 和1mol I2 發生反應：H2(g) ＋ I2(g ) 2HI(g) ，請結合可逆反應
的特點，畫出該反應的速率—時間圖像。
①該反應可分為三個階段：
開始時：c(反應物)最大，v(正)最大；c(反應物)=0，v(逆)最小
進行中：c(反應物)逐漸減小，v(正)逐漸減小；c(生成物)逐
漸增大，v(逆)逐漸增大；
一段時間后：v(正)=v(逆)，c(反應物)、c(生成物)保持不變
②速率—時間圖像：
化學反應的限度
任務二、探究化學反應的限度—化學平衡
學生活動2：結合可逆反應的速率—時間圖像分析，思考化學平衡
狀態的概念、特征是什么？如何判斷可逆反應達到平衡狀態？
①定義：化學平衡狀態(簡稱化學平衡)是指在一定條件下，可逆反應進行到一定程度時，正反應速率和逆反應速率相等（即同一物質的生成速率和消耗速率相等），反應物和生成物的濃度不再改變的表面靜止狀態。
②建立過程
反應開始時
c(反應物)最大，v(正)最大；c(反應物)=0，v(逆)最小
一段時間后
v(正)=v(逆)，c(反應物)、c(生成物)保持不變（平衡）
反應進行中
c(反應物)逐漸減小，v(正)逐漸減小；c(生成物)逐漸增大，v(逆)逐漸增大
化學反應的限度
任務二、探究化學反應的限度—化學平衡
③速率—時間圖像：
反應速率
時間
正反應速率
逆反應速率
O
v(正)= v(逆) ≠ 0
（化學平衡狀態）
④化學平衡狀態的特征：逆、等、動、定、變
化學反應的限度
任務二、探究化學反應的限度—化學平衡
逆
化學平衡狀態的研究對象是可逆反應
等
各組分濃度/物質的量/百分含量保持不變
動
v(正)= v(逆) ≠ 0，是一個動態平衡
定
變
外界條件改變時，原平衡狀態被破壞，在新條件下建立平衡
“表現”
“本質”
化學反應的限度
任務二、探究化學反應的限度—化學平衡
⑤平衡狀態的判斷（標志）：
直接判據：①正逆反應速率相等；②各物質濃度不變。
間接判據：百分含量、物質的量、壓強、平均相對分子質量、密度、顏色不隨
時間改變等。
【溫馨提示】不管是直接判據還是間接判據，在實際應用過程都會有不同的表
現形式，從而產生很多等價標志。如顏色、密度、氣體相對分子質量、氣體
壓強等
同側異向，異側同向，比列計算
方法
“變量”——“不變”
化學反應的限度
任務二、探究化學反應的限度—化學平衡
學生活動3：結合教材P47頁內容，思考什么是化學反應的限度？
研究化學反應的限度有何意義？
①可逆反應在一定條件下達到的一種特殊的化學平衡狀態，是在給定的條件下化學反應所能達到或完成的最大程度，即該反應進行的限度。
②化學反應的限度決定了反應物的量不再隨時間的變化而變化，因此反應物的轉化率在一定條件下達最大值，且保持不變。
③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限度。
④研究化學反應的限度對于化學研究和化工生產有著重要的意義。
化學反應的限度
【典例1】下列理解錯誤的是(　　)
A．化學平衡是一個動態平衡
B．化學反應達到平衡時，正反應速率和逆反應速率相等，是對反應
中不同物質而言
C．化學反應速率是研究化學反應進行快慢的問題，化學平衡是研究
化學反應進行的限度問題
D．化學平衡研究的對象主要是可逆反應
B
【解析】化學反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，且不等于0，化學平衡是一個動態平衡，A正確；平衡時，反應中同一物質反應速率相等，不同物質之間的正逆反應速率可能相等，B錯誤；化學反應速率是研究化學反應進行快慢的問題，化學平衡是研究化學反應進行的限度問題，C正確；化學平衡研究的對象主要是可逆反應，不適用于不可逆反應，D項正確。
化學反應的限度
【典例2】可逆反應：2NO2 2NO＋O2在體積固定的密閉容器中進
行，達到平衡狀態的標志是(　　)
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表示的反應速率的比為2∶2∶1的狀態
④混合氣體的顏色不再改變的狀態
⑤混合氣體的密度不再改變的狀態
⑥混合氣體的壓強不再改變的狀態
⑦混合氣體的平均相對分子質量不再改變的狀態
A．①④⑥⑦ B．②③⑤⑦ C．①③④⑤ D．全部
A
化學反應的限度
【解析】①中單位時間內生成n mol O2的同時必消耗2n mol NO2，知v正＝v逆，所以①能說明達到平衡狀態；②所描述的都是指正反應方向的速率，無法判斷；③無論達到平衡與否，物質的反應速率之比等于化學方程式中物質的化學計量數之比；④有色氣體的顏色不變能夠說明達到了化學平衡；因容器體積固定，密度是一個常數，所以⑤不能說明；該反應是一個反應前后氣體體積不等的反應，容器的體積又固定，所以⑥⑦均能說明達到平衡。
化學反應條件的控制
化學反應條件的控制
任務一、化學反應條件控制的目的和措施
學生活動1：閱讀教材P47最后自然段，思考化學反應條件控制的目的和措施是什么？
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。
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
措施
改變化學反應速率
改變可逆反應進行的限度
改變反應溫度、物質的濃度、氣體的壓強、固體的表面積以及催化劑的合理使用等
改變可逆反應體系的溫度、物質的濃度、氣體的壓強等
化學反應條件的控制
任務一、化學反應條件控制的目的和措施
學生活動2：結合教材P48頁“思考與討論”欄目，思考為提高煤的燃燒效率，應如何調控燃燒反應的條件？
①煤燃燒時，將煤塊粉碎成煤粉。目的是增大與空氣中O2的接觸面積，煤粉燃燒更充分，反應速率快。
②通入過量的空氣可以使煤粉充分燃燒，生成CO2，放出更多的熱量。若空氣不足，會造成煤燃燒不完全，生成CO，產生熱量減少，且會造成污染。
③選擇保溫隔熱且耐熱的爐(灶)膛材料，主要目的是防止熱量散失
④為充分利用煤燃燒后的廢氣中的熱量，可將燃燒后的廢氣通過熱交換裝置，供其他方面使用。
化學反應條件的控制
【典例1】生活中家庭常用的燃料氣體有三種：天然氣、水煤氣和液
化石油氣。天然氣和液化石油氣燃燒的主要化學方程式依次為
CH4+2O2 CO2+2H2O，C3H8+5O2 3CO2+4H2O，現有一套以天然氣
為燃料的灶具，今改為燒液化石油氣，應采用的正確措施是（ ）
A.減少空氣進入量，增大石油氣進入量
B.增大空氣進入量，減少石油氣進入量
C.減少空氣進入量，減少石油氣進入量
D.增大空氣進入量，增大石油氣進入量
B
【解析】從化學方程式可知，單位體積的甲烷比液化石油氣燃燒耗O2少，若改燒液化石油氣，必須增大進空氣量，減少進石油氣量。
化學反應條件的控制
【典例2】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將液體燃料霧化處理　⑤將煤進行氣化處理　⑥通入適當過量
的空氣
A.①③④⑤　　　 B.②③⑤⑥
C.③④⑤⑥ D.①②③④
C
【解析】著火點是固有性質，不能改變，①②錯誤;③④⑤⑥都可以使燃料與氧氣充分接觸，正確。
化學反應條件的控制
任務二、化工生產中反應條件的調控
學生活動1：閱讀教材P48頁第一自然段，思考化工生產（工業合成氨）中是理論上該如何調控反應條件？
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。
②從反應速率來看，反應速率越快，越有利，應
該選擇高溫，且溫度越高越好。
③從壓強來看，壓強越大，反應速率越快，因此，
應該選擇高壓，且壓強越高越好。
④使用催化劑，可以加快化學反應速率，所有應該使用催化劑。
化學反應條件的控制
任務二、化工生產中反應條件的調控
學生活動2：下表的實驗數據是在不同溫度、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)，根據合成氨反應的數據分析合成氨的適宜條件是什么？
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
化學反應條件的控制
任務二、化工生產中反應條件的調控
①理論分析適宜條件：
②工業實際適宜條件：
低溫、高壓時有利于提高氨的產率。
溫度—溫度低，速率小，達到平衡所需時間
長，生產成本高，通常選擇在400~500℃
壓強—壓強大，對動力和生產設備的要求越
高，成本高，通常采用壓強為10~30MPa。
【溫馨提示】在化工生產中，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能性。
化學反應條件的控制
【典例1】工業上合成氨的反應為N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，
在實際生產中為提高合成氨的反應速率，下列說法正確的是(　　) A．溫度越高，反應速率越快，因此采取的溫度越高越好
B．壓強越大，反應速率越快，因此采取的壓強越大越好
C．催化劑能加快反應速率，因此可選用適當的催化劑
D．可向容器中加入一定量的水蒸氣，使氨氣溶解以提高反應速率
高溫、高壓
催化劑
C
【解析】A項，溫度高反應速率快，但溫度過高會消耗更多的燃料，因此實際生產中的溫度不是越高越好，錯誤；B項，壓強大反應速率快，但壓強過高會增加設備的成本，因此實際生產中的壓強不是越大越好，錯誤；C項，可選用適當的催化劑提高反應速率，正確；D項，加入水蒸氣會降低反應體系的溫度，且氨氣溶于水并不能提高反應速率，錯誤。
化學反應條件的控制
D
【典例2】硫酸是一種重要的化工產品，目前的重要生產方法是“接
觸法”，反應原理為：2SO2+O2 2SO3，已知該反應為放熱反應。
則下列說法正確的是（ ）
A．只要選擇適宜的條件，SO2和O2就能全部轉化為SO3
B．達到平衡后，反應就停止了，故此時正、逆反應速率相等且均
為零
C．由反應可知，2mol SO2的能量大于2mol SO3的能量
D．工業在利用上述反應生產三氧化硫時，要同時考慮反應所能達
到的限度和化學反應速率兩方面的問題
化學反應條件的控制
【解析】A．因為2SO2+O2 2SO3為可逆反應，所以盡管選擇適宜的條件，SO2和O2也不能全部轉化為SO3，故A錯誤；B．達到平衡后，反應沒有停止了，只是正、逆反應速率相等但并不為零，故B錯誤；C．因為2SO2+O2 2SO3為放熱反應，由反應可知，2mol SO2和1mol O2的總能量大于2mol SO3的總能量，故C錯誤；D．工業在利用上述反應生產三氧化硫時，為了提高產率和效率，要同時考慮反應所能達到的限度和化學反應速率兩方面的問題，故D正確；故答案：D。
1．下列反應中可判斷為可逆反應的是（ ）
A.氫氣在氯氣中燃燒生成氯化氫，氯化氫受熱分解生成氫氣和氯氣
B.氮氣與氫氣在高溫、高壓、催化劑作用下可以生成氨氣，同時氨
氣又分解為氮氣和氫氣
C.單質溴可以置換出碘，氯氣又可以置換出溴
D.氯氣和水反應生成鹽酸和次氯酸，次氯酸在光照條件下可分解為
鹽酸和氧氣
B
【解析】正、逆兩方向的反應條件相同且同時進行時屬于可逆反應。A條件不一樣，錯誤;C、D反應物、生成物不一樣，錯誤。
2．下列關于化學反應限度的說法正確的是（ ）
A.當一個可逆反應達到平衡狀態時，就是這個反應在該條件下所能達
到的限度
B.可以通過延長化學反應時間改變化學反應限度
C.平衡狀態是一種靜止的狀態，因為反應物和生成物的濃度不再改變
D.化學反應的限度不可以通過改變條件而發生改變
A
【解析】A項，當一個可逆反應達到平衡狀態時，正反應速率等于逆反應速率，就是這個反應在該條件下所能達到的限度，A項正確；C項，平衡狀態是一種動態平衡，C項錯誤；D項，改變反應條件，如濃度、溫度、壓強等，化學反應的限度可能發生改變，D項錯誤。
A
3．在一定條件下發生反應 2SO3(g) 2SO2(g)＋O2(g)，將2 mol SO3
通入2 L容積恒定的密閉容器甲中，若維持容器內溫度不變，5 min末
測得SO3的物質的量為0.8 mol。則下列說法正確的是( )
A．0~5min，SO2的生成速率v(SO2)=0.12mol·L－1·min－1
B．若起始時充入3 mol SO3，起始時SO3分解速率不變
C．若某時刻消耗了1 molSO3同時生成了0.5molO2，則表明該反應
達到了平衡狀態
D．達到平衡時，SO2和SO3的濃度相等
【解析】據題意得，5 min末測得SO3的物質的量為0.8 mol，則0~5min內消耗SO31.2mol，v(SO2)=0.12mol·L－1·min－1，故0~5min，SO2的生成速率v(SO2)=0.12mol·L－1·min－1，A正確；若起始時充入3 mol SO3，相當于增大壓強，SO3分解速率減小，B錯誤；若某時刻消耗了1 molSO3同時生成了0.5molO2，則說明可逆反應正向進行，不能表明該反應達到了平衡狀態，C錯誤；達到平衡時，SO2和SO3的濃度不一定相等，D錯誤。
4．將煤塊粉碎、經脫硫處理、在適當過量的空氣中燃燒，這樣處理
的目的是(　　)
①使煤充分燃燒，提高煤的利用率；②減少SO2的產生，避免造成
“酸雨”；③減少有毒CO的產生，避免污染空氣；④減少CO2的產生，
避免“溫室效應”
A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②③④
A
【解析】①將煤塊粉碎，增大與空氣的接觸面積，能使煤充分燃燒，提高煤的利用率，正確；②煤中含有S元素，燃燒時能生成SO2，經脫硫處理可減少SO2的產生，避免造成“酸雨”，正確；③在適當過量的空氣中燃燒，生成CO2，減少CO的產生，正確；④無論是否脫硫處理，在適當過量的空氣中燃燒，生成CO2的量都不變，不能減少CO2的產生，錯誤。
延時符
化學反
應的限度
可逆反應在一定條件下達到的一種特殊的化學平衡狀態，即為該反應在該條件下進行的限度。
目的：促進有利的化學反應、抑制有害的化學反應
措施：改變化學反應速率、改變可逆反應進行的限度
定義
可逆反應
平衡狀態
定義：在同一條件下既可以向正反應方向進行，同時又可以向逆反應方向進行的化學反應。
特點：雙向性、雙同性、共存性。
條件控制
直接判據：①正逆反應速率相等；②各物質濃度不變。
間接判據：百分含量、物質的量、壓強、平均相對分子質量、密度、顏色不隨時間改變。
定義：一定條件下，可逆反應進行到一定程度時，正反應速率和逆反應速率相等，反應物和生成物濃度不再改變的狀態
特點：逆、動、等、定、變。
平衡 判斷
第2課時 化學反應的限度

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