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(共27張PPT)
化 學 反 應 的 限 度
科學史話
反應物不能完全轉化為生成物
煉鐵高爐尾氣之謎
反應可以逆向進行
C + O2 CO2
點燃
C + CO2 2CO
高溫
Fe2O3 +3CO 2Fe + 3CO2
高溫
CO為什么反應不完？
太浪費了
復習：
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。
一、化學反應的限度
1. 定義：可逆反應在一定條件下所能達到的或完成的最大程度
思考1：可逆反應剛開始時，濃度、速率有什么特點？
反應物濃度：
生成物濃度：
正反應速率ν(正)：
逆反應速率ν(逆)：
最大
0
最大
0
反應速率
ν(正)
ν(逆)
t1
時間（t）
0
思考2：可逆反應過程中，濃度、速率有什么特點？
反應物濃度：
生成物濃度：
減小
增大
減小
增大
正反應速率ν(正)：
逆反應速率ν(逆)：
反應速率
t1
時間（t）
0
ν(正)
ν(逆)
化學平衡
2. 化學平衡狀態(化學平衡)
(1)定義：
0~t1：
t1：
反應速率
ν(正)
ν(逆)
t1
時間（t）
0
當反應進行到一定程度時，正反應速率和逆反應速率相等，反應物的濃度和生成物的濃度都不再改變。
ν(正) > ν(逆)
ν(正) = ν(逆)
3. 化學平衡特征
逆
研究對象：可逆反應
等
達到化學平衡時，同種物質正、逆反應速率相等， 即ν(正) = ν(逆) > 0
動
動態平衡，ν(正) = ν(逆) ≠ 0
定
達到化學平衡時，混合物中各組分的濃度不再改變
變
外界條件改變時，原平衡狀態將被破壞，在新條件下建立新的平衡
(注：濃度不一定相等或成比例)
二、化學平衡狀態的判斷
1. 對于同一物質而言，物質的生成速率等于消耗速率。
例：X(g) + 2Y(g) Z(g)
單位時間內，生成1mol X的同時消耗1mol X的速率。
直接標志——“正逆反應速率相等”
二、化學平衡狀態的判斷
2. 對于不同物質而言，速率之比等于方程式中的化學計量數之比，但必須是不同方向的速率。
單位時間內，生成1mol X的同時生成2mol Y的速率。
單位時間內，生成1mol X的同時生成1mol Z的速率。
×
√
例：X(g) + 2Y(g) Z(g)
直接標志——“正逆反應速率相等”
3. 對同一物質而言，同一時間內斷裂化學鍵的物質的量與形成化學鍵的物質的量相等。
二、化學平衡狀態的判斷
N2 + 3H2 2NH3
例：一定條件下，可逆反應
單位時間內，1個 N≡N 鍵斷裂的同時，有 N≡N 鍵形成。
1個
直接標志——“正逆反應速率相等”
N2 + 3H2 2NH3
例：一定條件下，可逆反應
單位時間內，有1個 N≡N 鍵斷裂的同時，有 個N─H鍵
。
6
斷裂
4. 對于不同物質而言，同一時間內斷裂或形成化學鍵的物質的量比為化學計量數之比，但必須表示不同方向。
二、化學平衡狀態的判斷
直接標志——“正逆反應速率相等”
二、化學平衡狀態的判斷
間接標志——“變量不變”
1. 混合物中各組分的濃度、物質的量分數、質量分數、體積分數(氣體參加反應)保持不變。
2. 對于反應混合物中存在有顏色變化的物質的可逆反應，體系中顏色保持不變。
3. 在其他條件不變的情況下，體系溫度一定時，達到化學平衡。
如 H2(g) + I2(g) = 2HI(g)
二、化學平衡狀態的判斷
間接標志——“變量不變”
4. 反應前后氣體的化學計量數不相等時，反應體系的總壓強不隨時間的改變而變化。(只適用于反應前后氣體體積不等的反應)
舉例反應 mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) 壓強(其他條件一定)
①m+n ≠ p+q 時，總壓強不變。
平衡
②m+n = p+q 時，總壓強不變。
不一定
平衡
例：可逆反應2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)在容積固定的密閉容器中進行，混合氣體的壓強不再改變的狀態， (填“能”或“不能”)作為達到平衡狀態的標志。
能
二、化學平衡狀態的判斷
間接標志——“變量不變”
5. 參加反應的全是氣體、反應前后化學計量數不同的可逆反應，平均相對分子質量保持不變。
舉例反應 mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) 混合氣體的平均相對分子質量
平衡
不一定
平衡
①m+n ≠ p+q 時， 一定。
M
②m+n = p+q 時， 一定。
M
例：可逆反應2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)在容積固定的密閉容器中進行，混合氣體的平均相對分子質量不再改變的狀態，
(填“能”或“不能”)作為達到平衡狀態的標志。
能
二、化學平衡狀態的判斷
間接標志——“變量不變”
舉例反應 mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)
混合氣體的密度
①恒容
6. 混合氣體的密度
恒容時，ρ是定值，ρ不變時不一定為平衡狀態。
二、化學平衡狀態的判斷
間接標志——“變量不變”
6. 混合氣體的密度
舉例反應 mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) 混合氣體的密度
平衡
不一定
平衡
①m+n ≠ p+q 時，ρ一定。
②m+n = p+q 時，ρ一定。
①恒壓
例：可逆反應2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)在容積固定的密閉容器中進行，混合氣體的密度不再改變的狀態， (填“能”或“不能”)作為達到平衡狀態的標志。
不能
問題1：在化工生產中，利用化學反應時，我們的期望是什么？
促進有利的化學反應，抑制有害的化學反應。
問題2：如何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。
問題3：如何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。
結合教材P48以工業合成氨氣為例，回答化工生產中反應條件如何調控？從速率和平衡的角度分析，工業上為什么通常采用400~500℃，10~30 Mpa條件合成氨氣？
工業合成氨
溫度低，反應速率小，氨的產率高
壓強大，反應速率大，氨的產率高，對動力與生產設備要求高
使用催化劑能很大程度加快反應速率
綜合考慮
采用條件
溫度400~500℃
壓強10~30 Mpa
使用催化劑
高溫、高壓
催化劑
N2 + 3H2 2NH3
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。
思考并討論：為提高燃料的燃燒效率，應如何調控燃燒
反應的條件？
燃料狀態：
粉末狀(接觸面積大)
空氣用量：
適當過量的空氣(充分燃燒)
爐膛材料：
保溫隔熱材料(防止熱量散失)
煙道廢氣中的熱能：
循環利用(提高熱能的利用率)
課堂練習：
1. 下列反應，不屬于可逆反應的是( )
A. 氯氣與水反應生成鹽酸與次氯酸
B. N2與H2在一定條件下可以生成NH3，同時NH3又可分解為
N2和H2
C. 水的生成與電解
D. CO2溶于水和H2CO3分解
C
2. 化學平衡研究的對象( )
A. 不可逆反應
B. 可逆反應
C. 氧化還原反應
D. 所有化學反應
B
3. 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. 反應物和混合物的濃度保持不變
D. 反應已經停止
C
4. 在一定條件下，某容器充入N2和H2合成NH3，以下敘述錯誤的是( )
A. 開始反應時，正反應速率最大，逆反應速率為零
B. 隨著反應的進行，正反應速率逐漸減小，最后減小為零
C. 隨著反應的進行逆反應速率逐漸增大，最后保持恒定
D. 隨著反應的進行，正反應速率逐漸減小，最后與逆反應速率相等且都保持恒定
B
5. 可逆反應達到平衡的重要特征( )
A. 反應停止了
B. 正、逆反應速率都為零
C. 反應物和生成物的濃度相等
D. 正、逆反應的速率相等
D

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