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第六章 化學反應與能量
第二節 化學反應的速率與限度
6.2.2 化學反應的限度
學習目標
1、能判斷一個反應是否為可逆反應，了解可逆反應的特點。
2、理解化學平衡狀態的特征及標志，知道改變條件化學平衡會發生改變。
3、了解控制反應條件在生產、生活和科學研究中的作用。
思考：在化學反應中，反應物是按照化學方程式中的系數比進行反應的，在實際生產中，反應物能否按相應的計量關系完全轉化為生成物呢？
① 2H2 + O2 = 2H2O
已知：2mol 1mol
② 2SO2 + O2 2SO3
已知：2mol 1mol
2mol

<2mol

可逆反應中反應物不能全部轉化為生成物，存在化學反應限度。
一定條件
課堂導入
1、可逆反應：
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稱為可逆反應。
同一條件下
表示方法：書寫可逆反應的化學方程式時不用“===”而用“ ”。
一、化學反應限度
N2+3H2 2NH3
催化劑
高溫高壓
2SO2+O2 2SO3
催化劑
高溫
Cd+2NiO(OH)+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2
放電
充電
2H2O
H2↑+O2 ↑
電解
點燃
√
×
√
×
14CO2、14C、14CO
2、14CO2 + C CO，達到化學平衡后，平衡混合物中含14C 的粒子有 。
1、以下幾個反應是否是可逆反應？為什么？
1. 反應剛開始時， v正 、v逆 為何值？
2. 隨著反應的進行，反應物和生成物的濃度如何改變？速率如何變化？
3. v正 遞減、v逆 遞增將導致二者之間出現什么的結果？
4. 在v正 = v逆 后，v正會繼續減小嗎？
5. v逆 會繼續增大嗎？反應物和生成物的濃度呢？
在一固定容積的密閉容器里，加 2 mol SO2和 1 mol O2 (合適催化劑)，能發生什么反應？是否能生成2 mol SO3？
2SO2+O2 2SO3
催化劑
△
2.化學平衡狀態的建立
一、化學反應限度
(1)開始
反應速率
v(正)
v(逆)
t1
時間（t）
0
c(SO2) 、c(O2)最大，
c(SO3)＝0
2SO2 + O2 2SO3
v(正)最大，v(逆)=0
反應速率
v(正)
v(逆)
t1
時間（t）
0
v(正)
v(逆)
反應速率
t1
時間（t）
0
(3)平衡
(2)變化
v(正)減小，v(逆)增大
v(逆)≠0，v(正)＞v(逆)
v(正)=v(逆) ≠0
c(SO2) 、c(O2 )減小,
c(SO3)增大
2SO2 + O2 2SO3
c(SO2) 、c(O2 )不變,
c(SO3)不變
2SO2+O2 2SO3
催化劑
△
反應物濃度最大，生成物濃度為0
反應物濃度不變，生成物濃度不變
反應物濃度減小，生成物濃度增大
正反應速率
逆反應速率
v正= v正(化學平衡狀態）
時間
反應速率
3.化學平衡狀態
(1)化學平衡狀態的概念
在一定條件下，一個可逆反應進行到一定程度時，正向反應速率與逆向反應速率相等時，反應物濃度和生成物濃度不再改變，達到一種表面靜止的狀態。
t1
(1) 0-t1 ： v(正)____v(逆)
(2) t1以后：v(正)____v(逆)
＞
=
一、化學反應限度
動：動態平衡
等：v(正)= v(逆) ≠0
定：平衡時，各組分的濃度保持不變。
變：條件改變，原平衡破壞，建立新平衡。
逆：研究對象是可逆反應
(2)化學平衡狀態的特征
(研究對象)
(外部特征)
(本質原因)
3.化學平衡狀態
判斷可逆反應是否達到平衡的直接標志。
一、化學反應限度
1、對于可逆反應M＋N Q 達到平衡時，下列說法正確的是（ ）
A. M、N、Q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. 反應已經停止
C
2、在一定溫度下，可逆反應A(g)+3B (g) 2C(g) 達到平衡狀態的標志是（ ）
A
A. C的生成速率和C的分解速率相等.
B. 單位時間內生成1molA同時生成了3molB.
C. A、B、C濃度一樣
D. A、B、C的分子個數之比為1：3：2
(1)等速標志：
v(正) = v(逆) ≠ 0（化學平衡的本質）
方法1：一正一逆，符合比例
以N2+3H2 2NH3為例
v正(H2) v正(NH3)
3 2
=
v正(N2)
1
=
任意時刻成立
v逆(H2) v逆(NH3)
3 2
=
v逆(N2)
1
=
任意時刻成立
=
=
=
平衡時刻成立
同種物質： v正 = v逆 消耗速率 = 生成速率
不同物質：一正一逆，速率之比 = 計量數之比
4、化學平衡狀態的判斷
一、化學反應限度
(2)濃度不變標志：
①反應體系中各物質的濃度不隨時間的改變而改變。
②各組成成分的質量、質量分數、物質的量、物質的量分數、氣體的體積及體積分數、物質的量濃度、分子數、反應物的轉化率、產物的產率保持不變時為平衡狀態。
（注意不是相等，也不是成一定的比例）
③反應體系中的總物質的量、總體積、總壓強、平均摩爾質量、混合氣體的密度、顏色等保持不變時，要根據具體情況判斷是否為平衡狀態。
溫度：絕熱的恒容反應體系中溫度保持不變，說明已達平衡
顏色：針對有顏色變化的反應，若顏色保持不變，可認為已達平衡
方法2：變量不變，平衡出現
4、化學平衡狀態的判斷
一、化學反應限度
直 接 標 志
速率
v(正）=v(逆）
濃度不再改變
4、化學平衡狀態的判斷
方法1：一正一逆，符合比例
方法2：變量不變，平衡出現
一、化學反應限度
1、以3H2+N2 2NH3為列分析,判斷下列情形是否達到平衡狀態
(1) 若有1molN2消耗，則有1molN2生成。
(2) 若有1molN2消耗，則有3molH2生成。
(3) 若有1molN2消耗，則有2molNH3生成。
(4) 若有1molN≡N鍵斷裂，則有6molN﹣H鍵斷裂。
(5) 若有1molN≡N鍵斷裂，則有6molN﹣H鍵生成。
(6) 若反應體系中N2、H2、NH3的百分含量不變。
(7) 反應體系中平均相對分子質量一定。
(8) 若體系的體積一定，氣體的密度一定。
(9) 若體系的體積一定，氣體的壓強一定。
是
否
是
是
是
是
否
是
否
在一恒容密閉容器中，發生反應：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)，下列說法能夠證明上述反應已達平衡狀態的是：
①各物質的物質的量濃度不再改變
②SO2 、O2、SO3的濃度之比為2:1:2
③ SO2的轉化率不再改變
④ SO3的體積分數不再改變
⑤混合物的總質量不再改變
⑥混合氣體的密度不再改變
⑦混合物的顏色不再改變
⑧混合物的平均摩爾質量不再改變
⑨絕熱容器中反應體系的溫度不再改變
⑩恒溫容器中混合氣體的壓強一定
①③④⑧⑨⑩
公式：
公式：
其他特別的反應類型：
A(g)+B(s) C(g)
其他有顏色變化的反應：
I2(g)+H2(g) 2HI(g)
(紫色)
公式：
公式：PV=nRT
間 接 標志
壓強不變
若m+n≠p+q
平衡
若m+n=p+q
不一定
平均相對分子質量不變
若m+n≠p+q
若m+n=p+q
平衡
不一定
密度不變
若m+n≠p+q
若m+n=p+q
不一定
不一定
顏色不變
平衡
4、化學平衡狀態的判斷
以mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 為例
一、化學反應限度
歸納總結
化學平衡狀態的判斷依據
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最大程度，即該反應進行的限度。
2.對化學反應限度的理解:
N2(g) + 3H2 (g) = 2NH3(g)
起：
變：
平：
1 3 0
0.8
0.2
0.6
2.4
0.4
0.4
一、化學反應的限度
①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。
②化學反應的限度決定了反應物在一定條件下的最大轉化率。
科學史話
1．控制反應條件的目的：
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）
閱讀課本P47-48，了解化學反應條件的控制的目的和方法
2．方法：
3．工業合成氨條件的控制：
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。
通過改變條件改變反應的速率和可逆反應進行的程度
二、化學反應條件的控制
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。
催化劑
高溫、高壓
N2 + 3H2 2NH3
合成氨的生產壓強越大，氨的產率越高；在溫度較低時，氨的產率較高，但溫度低，反應速率小，需要很長時間才能達到化學平衡，生產成本高。工業上通常選擇在400~500℃下進行，而壓強越大，對動力和生產設備的要求也越高，合成氨廠隨著生產規模和設備條件的不同，采用的壓強通常為10~30MPa。
壓強：10~30MPa
溫度：400~500℃
催化劑：鐵觸媒
催化劑也在400~500℃時催化效率高
二、化學反應條件的控制
思考與討論：為提高燃料的燃燒效率，應如何調控燃燒反應的條件？
①燃料與空氣接觸；
②溫度達到燃料的著火點。
(2)燃料充分燃燒的條件
①要有足夠的空氣或氧氣(助燃劑)；
②燃料與空氣或氧氣要有足夠大的接觸面積。
(3)燃料充分燃燒的意義
①使有限的能量發揮最大的作用，節約能源；
②降低污染程度。
二、化學反應條件的控制
二、化學反應條件的控制
1.以下關于合成氨工業中條件控制的敘述正確的是 ( )
A. 選擇在400~500℃下進行生產的目的是為了減小反應速率
B. 高壓下反應速率太慢，所以未選擇很高的壓強
C. 關于生產條件的控制，只需要考慮反應的限度
D. 加入催化劑的目的是為了加快反應速率
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了廣泛的應用，如果改變條件提高化學反應的限度，下列說法錯誤的是( )
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
D
D
課堂小結
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正反應速率和逆反應速率相等，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
⑦壓強保持不變
√
√
√
×
×
×
√
1、可逆反應2NO2(紅棕色) 　　2NO(無色)＋O2(無色)在密閉容器中反應，達到化學平衡狀態的是（ ）
A.單位時間內生成n mol O2同時生成2n mol NO2
B.單位時間內生成n mol O2同時生成2n mol NO
C.c(NO2):c(NO):c(CO2)= 2: 2: 1
D.混合氣體的顏色不再改變
F.混合氣體的密度不再改變
E.混合氣體的平均相對分子質量不再改變
H.混合氣體個組分的 體積分數不再改變
ADEH
H2(g)＋I2(g) 2HI(g)
2.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
C
3.在體積不變的密閉容器中發生反應N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，下列敘述表示該反應處于化學平衡狀態的是( )
A.N2、H2、NH3的濃度之比為1∶3∶2
B.混合氣體的密度不隨時間變化
C.當有1 mol N≡N鍵斷裂時，有6 mol N—H鍵斷裂
D.單位時間內生成2a mol NH3，同時消耗a mol N2
4.化學反應限度的調控在工業生產和環保技術等方面得到了廣泛的應用，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
D
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?、诮档腿剂系闹瘘c
③將固體燃料粉碎?、軐⒁后w燃料霧化處理
⑤將煤進行氣化處理?、尥ㄈ脒m當過量的空氣
③④⑤⑥
6.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)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
(1)(2)(4)(6)

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