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第二節(jié) 化學反應的速率與限度
第六章 化學反應與能量
教師導學
一、化學反應速率
用來衡量化學反應過程進行快慢程度的物理量。
1. 概念
2. 表示
3. 計算公式：
反應物（或生成物）A的濃度變化量
mol/ (L·min) 或 mol/(L·s)
4. 常用單位：
單位時間內(nèi)反應物濃度的減少量或者生成物濃度的增加量來表示。
教師導學
5. 注意事項：
（1）反應速率都為正數(shù)
（3） 一般不用固體或純液體表示化學反應速率
（2）反應速率指的是一段時間內(nèi)的平均速率而不是某一時刻的瞬時速率。
固體或純液體（液態(tài)水、液溴等）濃度為常數(shù)Δc=0，不用固體或純液體表示化學反應速率
一、化學反應速率
同伴助學
【例1】在某一化學反應里，反應物A的濃度在5min內(nèi)從6 mol/L變成2 mol/L。試求在這5min內(nèi)該反應的化學反應速率為多少？
t
(A)＝
c(A)
=
（6-2） mol/L
5min
＝0.8 mol/(L·min)
教師導學
已知： 2SO2 + O2 2SO3
t=0時 3mol/L 1mol /L
t=2min 2.5mol/L
求：2min內(nèi)
△

【例2】
方法：三段式法
催化劑
解： 已知： 2SO2 + O2 2SO3
　　　　
　　　　　　　　　　
加熱

起始濃度(mol/L)
變化濃度(mol/L)
2min末濃度(mol/L)
　0.5　　　
0.75 　　0.5
0.25 0.5
v(SO2)=
(3－2.5) mol/L
(2－0) min
v(O2)=
(1－0.75)mol/L
(2－0)min
v(SO3)=
(2－0)min
(0.5－0) mol/L
= 0.25mol/（L.min）
只有變化量與系數(shù)成比例
v(SO2) ∶v(O2) ∶v(SO3)= 2∶1∶2
3 　　 1 　 0
2.5
思考： v(SO2) 、v(O2) 、v(SO3) 的比值與方程式的系數(shù)比有什么關系
催化劑
= 0.25mol/（L.min）
= 0.125mol/（L.min）
教師導學
1、同一反應的反應速率可以用不同物質(zhì)表示的化學反應速率，其值不一定相同，但其表示反應的快慢程度相同——計算時必須指明具體物質(zhì)v(A)
2、同一反應的各反應速率之比等于化學方程式的系數(shù)之比。即對于反應：aA+bB=cC+dD (各物質(zhì)都不是固體和純液體)
vA：vB：vC：vD = a : b : c : d
訓練驗學
【例3】 (2023·廣東湛江二十一中校考期中)高溫高壓下，1 L密閉容器中，發(fā)生如下反應：2H2＋CO CH3OH。反應開始時H2的物質(zhì)的量為5 mol，5 min后變?yōu)?.5 mol，則0～5 min內(nèi)該反應的平均反應速率為 (　　)
A．v(H2)＝9.00 mol·L-1·min-1
B．v(H2)＝0.90 mol·L-1·min-1
C．v(H2)＝0.45 mol·L-1·min-1
D．v(H2)＝4.50 mol·L-1·min-1
B
教師導學
化學反應速率的比較方法
1、定性比較
觀察實驗現(xiàn)象（劇烈程度、產(chǎn)生氣泡或沉淀的快慢、固體消失所需時間的長短等）
如 K 與水反應比 Na 與水反應劇烈，則反應速率：K＞Na
2、定量比較
①“化物質(zhì)”：將不同物質(zhì)的化學反應速率轉化成同一物質(zhì)的化學反應速率，
或分別除以相應物質(zhì)的化學計量數(shù)，所得數(shù)值大的速率大。
②“化單位”：若化學反應速率的單位不一致，需轉化為同一單位。
訓練驗學
【例4】(2023·廣東深圳龍城高級中學期中)下列四個選項是在不同的情況下對化學反應3A(g)＋B(g) 2C(g)＋2D(g)測得的用不同物質(zhì)表示的反應速率，其中表示該化學反應的反應速率最快的是 (　　)
A．v(A)＝0.6 mol·L-1·s-1
B．v(B)＝0.1 mol·L-1·s-1
C．v(C)＝0.3 mol·L-1·s-1
D．v(D)＝0.5 mol·L-1·s-1
D
訓練驗學
A
注意單位的同一！
=0.0075 mol·L-1·S-1
教師導學
四、速率圖像問題
根據(jù)右圖填空：
v (B)＝２mol/(L·min)
v (A)＝３mol/(L·min)
v (C)＝３mol/(L·min)
（3）該反應的化學方程式是 。
3A+2B 3C
（2）2min內(nèi)A、B、C三者的反應速率是多少？
（1）反應物: 生成物: 。
A、B
C
訓練驗學
在某一容積為4L的密閉容器中，A、B、C、D四種物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時間的變化曲線如圖所示，完成下列問題：
(1)反應物是_______，生成物是_____。
反應的方程式為__________________
0.125mol/(L min）
（2）前2min用A的濃度變化表示的化學反應速率為____________________。
用B表示的反應速率為________________
0.25mol/(L min）
2A + B 2C
A、B
C
教師導學五、“三段式”計算反應速率與轉化率在2L密閉容器中，發(fā)生反應N2+3H22NH3，先加入1molN2和3molH2，反應2min后，n(NH3)=0.6mol。求各物質(zhì)的化學反應速率是多少？N2的轉化率是多少？N2+ 3H2 2NH3起始n（mol) n（mol)0.7mol1mol3mol0最終n(mol)0.9mol0.3mol0.6mol2.1mol0.6mol①寫出有關反應的化學方程式；②標出各物質(zhì)的起始量、變化量、最終量③根據(jù)已知條件列方程式計算。v(N2)=0.3mol2L 2minv(H2)=0.225mol/(L min)= 0.075mol/(L min) n(N2)V體積 t= C t=v(NH3)=0.15mol/(L min)α(N2)=100%=30%轉化率α（A)×100%高溫、高壓催化劑教師導學
運用“三段式”法解題時的注意事項：
1. 起始量、變化量、一段時間后的量，三者物理量及單位要統(tǒng)一，可以是物質(zhì)的量或物質(zhì)的量濃度。
2. 起始量、變化量、一段時間后的量中，只有各物質(zhì)的變化量之比等于對應物質(zhì)的化學計量數(shù)之比，不同物質(zhì)的起始量或一段時間后的量之間沒有必然的關系，不能列比例式計算。
訓練驗學例2：在某一容積為5 L的密閉容器內(nèi)，加入0.2mol CO和0.2mol H2O(g)，在催化劑存在的條件下高溫加熱，發(fā)生如下反應：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)，反應放出熱量。反應中CO2的濃度隨時間變化的情況如圖所示：根據(jù)圖中數(shù)據(jù)，從反應開始至到10min時，H2O的化學反應速率為____；10min末c(H2)= ___，10min內(nèi)CO的轉化率為__________。CO(g) + H2O(g) CO2(g)+H2(g)n始(mol)△n(mol)n末(mol)0.003 mol/(L·min)0.03 mol/L75%0.2mol0.2mol000.15mol0.15mol0.15mol0.15mol0.05mol0.05mol0.15mol0.15mol課堂小結
化學反應的速率
化學反應速率及其表示方法
概念
表示
定義
常用單位
注意事項
1、下列關于化學反應速率的說法，不正確的是（ ）A.化學反應速率是衡量化學反應進行快慢程度的物理量B.化學反應速率的大小主要取決于反應物的性質(zhì)C.化學反應速率可用單位時間內(nèi)生成某物質(zhì)的質(zhì)量的多少來表示D.化學反應速率常用單位有mol·L－1·s－1和mol·L－1·min－1C【訓練驗學】【訓練驗學】2、已知4A(g)+5B(g)=4C(g)+6D(g),則下列關系式正確的是( )4v(A)=5v(B)4v(A)=5v(D)C.5v(B)=6v(D)D.4v(B)=5v(C)D3、對于反應A(g)+2B(g)=3C(s)+2D(g)來說，下列反應速率最快的是（　　）A．v(A)=0.32 mol·L-1·min-1B．v(B)=0.55 mol·L-1·min-1C．v(C)=0.02 mol·L-1·s-1D．v(D)=0.01 mol·L-1·s-1A【訓練驗學】4、某溫度時在2L容器中X、Y、Z三種物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時間的變化曲線如圖。由圖中數(shù)據(jù)分析：（1）反應開始2min內(nèi)的X、Y、Z的化學反應速率（2）該反應的化學方程式為：___________。【訓練驗學】v(Y)＝0.075 mol/(L·min)v(x)＝0.025mol/(L·min)v(Z)＝0.05mol/(L·min)X+3Y 2Z5.在一個容積3L的密閉容器里進行如下反應N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)，反應開始時n(N2)=1.5mol，n(H2)=4.4mol，2min末n(H2)=0.8mol。(1)前2min內(nèi)用NH3表示的該反應的反應速率__________；(2)2min末N2的濃度___________；(3)2min末N2的轉化率___________；0.4mol/(L·min)0.1mol/L80%【訓練驗學】高溫、高壓催化劑1. 定義：
在同一條件下，既能向正反應方向進行，又能向逆反應方向進行的反應。
3. 特點：
同一條件、同時進行；不能進行到底，反應物和產(chǎn)物共存
2. 表示：
一. 可逆反應
練：判斷下列反應是否為可逆反應？
一. 可逆反應
2SO2+O2 2SO3
催化劑
高溫
SO2 +H2O H2SO3
NH3 +H2O NH3 ·H2O
H2 + I2 2HI
典型的可逆反應：
某密閉容器中充入SO2和O2 ，測得不同時間段各物質(zhì)濃度的變化情況如下：
思考：(1) 開始時反應物、生成物濃度、正逆反應速率有什么特征？
(2) 反應開始后0~40min，反應物、生成物濃度、正逆反應速率有什么特征？
(3) 50min以后，反應物、生成物濃度、正逆反應速率有什么特征？
t(min) c(mol/L) 0 10 20 30 40 50 60 70 80
SO2 10 6 3 2 1.2 1 1 1 1
O2 5 3 1.5 1 0.6 0.5 0.5 0.5 0.5
SO3 0 4 7 8 8.8 9 9 9 9
二. 化學平衡狀態(tài)的建立
時間 濃度 速率 反應物 生成物 正反應 逆反應
0
0~40
50min后
最大
0
最大
0
減小
不變
增大
增大
減小
不變
v(正)=v(逆) ≠0
二. 化學平衡狀態(tài)的建立
t
0
v
v(正)
v(逆)
●
●
50min
化學平衡狀態(tài)
v(正)=v(逆)
各物質(zhì)濃度不變
0
t
C
生成物
反應物
●
●
50min
二. 化學平衡狀態(tài)的建立
化學平衡狀態(tài)
三. 化學平衡狀態(tài)
1、定義：
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，反應物和生成物濃度不再發(fā)生變化，達到一種表面靜止的狀態(tài)，這種狀態(tài)稱為化學平衡狀態(tài)，簡稱化學平衡。
前提（適用范圍）：在一定條件下的可逆反應
2、特征：
逆：化學平衡的研究對象是可逆反應
等：平衡時 v正=v逆
動：化學平衡是一個動態(tài)平衡 v正=v逆≠0
定：達到平衡狀態(tài)時，外界條件一定，反應速率一定，混合物
中各組分的濃度不變，混合物中各組分的含量不變。
變：當外界條件改變時，平衡一般要發(fā)生改變
三. 化學平衡狀態(tài)
例1：在一定條件下，某容器中充入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，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
典例剖析
三. 化學平衡狀態(tài)判斷
① v正=v逆≠ 0
例：N2＋3H2 2NH3 達平衡時
同一物質(zhì) v(B)正＝ v(B)逆
即：單位時間內(nèi)生成與消耗某反應物（生成物）的量相等
如：單位時間內(nèi)，有1mol N2消耗，同時有1mol N2生成
單位時間內(nèi)，有1mol H2消耗，同時有1mol H2生成
單位時間內(nèi)，有1mol H-H鍵斷裂，同時有1mol H-H鍵形成
不同物質(zhì)＝
如：單位時間內(nèi)，有1mol N2消耗，同時有3mol H2
單位時間內(nèi)，有1mol N2消耗，同時有2mol NH3
單位時間內(nèi)，有3mol H2消耗，同時有2mol NH3
單位時間內(nèi)，有3mol H-H鍵斷裂，同時有 mol N-H鍵
生成
消耗
消耗
斷裂
6
“同側異，異側同”
三. 化學平衡狀態(tài)判斷
一正一逆、系數(shù)成比例
例3：可逆反應N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的正、逆反應速率可用各反應物或生成物濃度的變化來表示。下列各關系中能說明反應已達到平衡狀態(tài)的是( 　　)
A．3v正(N2)＝v正(H2)　　 B．v正(N2)＝v逆(NH3)
C．2v正(H2)＝3v逆(NH3) D．v正(N2)＝3v逆(H2)
C
典例剖析
②各組分濃度或含量保持不變
c(B)、 n(B)、 n(B) % 、m(B)、 m(B) %、 V(B)等
該量隨反應進行而改變，當其不變時，則為平衡狀態(tài)
注意：不是相等，也不是成一定的比值
如： N2＋3H2 2NH3 達平衡時
容器內(nèi)N2的濃度不再改變
容器內(nèi)各組分的物質(zhì)的量不再改變
容器內(nèi)各組分的物質(zhì)的量分數(shù)保持不變
容器內(nèi)各氣體的體積保持不變
變量不變
三. 化學平衡狀態(tài)判斷
一定條件下，下列能表示可逆反應N2＋3H2 2NH3，達到平衡狀態(tài)的是
（1）容器內(nèi)氣體總質(zhì)量不再改變
（2）容器內(nèi)總物質(zhì)的量不再改變
（3）固定容器恒容條件下，容器內(nèi)壓強不再改變
（4）固定容器恒容條件下，
容器內(nèi)氣體密度不再改變
（5）恒壓條件下，容器內(nèi)氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變
m總
n總
取決于氣體系數(shù)差
√
取決于有無非氣體
PV=nRT
n總
√
ρ =
m總
V容器
取決于氣體系數(shù)差
√
M =
m總
n總
三. 化學平衡狀態(tài)判斷
三. 化學平衡狀態(tài)判斷
對于一定條件下，可逆反應 H2(g)+I2(g) 2HI(g)，以上狀態(tài)是否達到化學平衡狀態(tài)？體系的顏色不變呢？
化學平衡狀態(tài)是可逆反應在一定條件下所能達到或完成的最大程度，即該反應的限度。
② 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。
① 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。
四、化學反應限度
五. 化學反應條件的控制
在化工生產(chǎn)中，為了提高反應進行的程度而調(diào)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。
基本措施
改變反應速率
改變反應限度
改變溫度、濃度、氣體的壓強、
固體的表面積以及催化劑的合理使用等
改變溫度、濃度、氣體的壓強等
五. 化學反應條件的控制
五. 化學反應條件的控制
為什么工業(yè)上通常采用400-500℃，10-30Mpa條件合成氨氣？
催化劑
高溫、高壓
N2 + 3H2 2NH3
工業(yè)合成氨
溫度低
壓強大
有利：氨的產(chǎn)率較高
不利：反應速率小，生產(chǎn)成本高
有利：氨的產(chǎn)率較高
不利：對動力和生產(chǎn)設備的要求高
常用溫度400℃~500℃
常用壓強10～30Mpa
五. 化學反應條件的控制
五. 化學反應條件的控制
試從控制燃燒反應的條件的角度分析，如何提高燃料的燃燒效率的具體措施？
五. 化學反應條件的控制
盡可能使燃料充分燃燒，提高能量的轉化率
盡可能地充分利用燃料燃燒所釋放出的熱能
燃料與空氣或氧氣盡可能充分接觸，且空氣要適當過量
提高熱能利用率
提高燃料燃燒效率的具體措施：
將固體研細，增大與氧氣的接觸面積，加快反應速率；
適當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；
(5) 使用助燃劑；
(6) 液體燃料以霧狀與氧氣混合。
五. 化學反應條件的控制
課堂小結
化學平
衡狀態(tài)
化學平
衡狀態(tài)
的判斷
化學反
應條件
的控制
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(zhì)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(jīng)停止
C
2.在恒溫恒容密閉容器中，發(fā)生反應：A(g)＋2B(g) C(g)＋D(g)，以下表述，不能證明反應已達化學平衡狀態(tài)的是 ( )
A．物質(zhì)A的質(zhì)量保持不變
B．物質(zhì)B的濃度保持不變
C．用C表示的正反應速率等于用C表示的逆反應速率
D．物質(zhì)D的濃度等于物質(zhì)C的濃度
D
3．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(tài)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(tài)時，正向反應速率和逆向反應速率相等且等于零
C．反應達到化學平衡狀態(tài)時，各物質(zhì)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
4．化學反應限度的調(diào)控在工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)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(jié)約原料和能源
B．能夠提高產(chǎn)品的產(chǎn)量
C．能夠提高經(jīng)濟效益
D．能夠提高化學反應速率
D

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