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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
課時2 化學反應的限度
2）煉鐵高爐尾氣之謎，閱讀： 科學史話，從這一材料中，你得到什么啟示？
【思考】1）氯氣與水反應后，氯水為什么是淺黃綠色呢？
Cl2 + H2O HCl + HClO
一.可逆反應
定義：在相同條件下，能既能向正反應方向進行，同時又能向逆反應方向進行的化學反應稱為可逆反應。
雙向性
雙同性
共存性
正、逆反應是在同一條件下同時進行的
反應物和生成物同時存在，反應物轉化率小于100%
反應物
生成物
正向反應
逆向反應
書寫可逆反應的化學方程式時，不用“ = ”，用“ ”
Cl2 + H2O HCl + HClO
【例題1】判斷以下幾個反應是否是可逆反應？為什么？
（1）2SO2 + O2 2SO3 (　　)
催化劑
（3）2H2 + O2 2H2O(　　)
點燃
通電
（4）Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO42- 2PbSO4 + 2H2O(　　)
放電
充電
（2）NH3＋H2O NH3·H2O (　　)
√
√
×
×
(5)14CO2＋C 2CO，達到化學平衡后，平衡混合物中含14C的粒子有 。
14CO2、14C、14CO
時間(min) 0 10 20 30 40 50 60 70 80
c(SO2) 1 0.6 0.3 0.2 0.12 0.1 0.1 0.1 0.1
c(O2) 0.5 0.3 0.15 0.1 0.06 0.05 0.05 0.05 0.05
c(SO3) 0 0.4 0.7 0.8 0.88 0.9 0.9 0.9 0.9
在某密閉容器中發生反應：
2SO2＋O2 2SO3
催化劑
△
（1）當反應剛開始時，反應物和生成物的濃度哪個大？
（2）當反應剛開始時，正反應與逆反應哪個反應速率大？
（3）隨著反應的進行，反應物和生成物濃度如何變化？
（4）隨著反應的進行，v(正)與v(逆)怎樣變化？
反應物
正反應
反應物濃度降低，
生成物濃度升高
v(正) ↓ v(逆)↑
二、化學平衡
濃度 速率變化 v正、v逆關系
開始 反應物濃度_____ v正_____ v正____v逆
生成物濃度_____ v逆_______ 過程中 反應物濃度_____ v正_______ v正_____v逆
生成物濃度_____ v逆_______ 一段 時間 反應物濃度_____ v正_______ v正_____v逆
生成物濃度_____ v逆_______ 最大
最大
＞
為0
為0
減小
減小
增大
增大
＞
不變
不變
不變
不變
＝
二、化學平衡狀態的建立
一段時間后：v(正)=v(逆)，c(反應物)、c(生成物)保持不變
如何用圖像描述 v正 和 v逆 變化規律 ？
該反應可分為三個階段：
各物質的濃度最終不變
化學平衡狀態的建立
v(正)
v(逆)
反應速率
t1
時間（t）
0
v(正)＝v(逆) ≠0
由于v(正)= v(逆)≠0，雖然正、逆反應都在進行，但各種物質的百分含量、濃度都不會發生變化。從外表上看，反應好像“停止”
可逆反應的這種特殊狀態就是我們今天要研究的化學平衡狀態
（1）定義：在一定條件下，可逆反應中，當正、逆兩個方向的反應速率相等時，反應物的濃度和生成物的濃度都不在改變。達到了一種表面靜止的狀態，我們稱為“化學平衡狀態”。
化學平衡狀態是可逆反應在一定條件下能達到的或完成的最大“限度”
化學反應限度決定了反應物在該條件下的最大轉化率
3.化學反應平衡狀態
（2）對化學平衡狀態的理解:
前提（適用范圍）：
內在本質：
外在標志：
可逆反應
v(正)= v(逆) ≠0
反應混合物中各組分的濃度保持不變
v(正)
v(逆)
反應速率
t1
時間（t）
0
2、化學平衡狀態的特征
逆
定
動
等
變
討論的對象是可逆反應 （前提）
在平衡混合物中，各組成成分的含量保持不變 (標志)
同一物質 v正 = v逆≠0 (實質)
化學平衡是一種表面靜止狀態，反應并未停止，是一種動態平衡
外界條件改變時，原平衡狀態將被打破，再在新條件下建立新的平衡
標志：“等”“定”
逆、等、動、定、變
4.化學平衡狀態的判斷
【例】一定條件下，對于可逆反應N2＋3H2 2NH3，表示正、逆反應速率可以用N2或H2或NH3來表示：下列能表示反應達到化學平衡狀態的是
（1）單位時間內，有1mol N2消耗，同時有1mol N2生成
（2）單位時間內，有3mol H2消耗，同時有2mol NH3生成
（3）單位時間內，有1mol N2消耗，同時有3mol H2消耗
（4）1mol N三N 鍵斷裂的同時有2mol N-H 鍵斷裂
（5）2v正（N2）=v逆（NH3）
(1) (5)
有正有逆
符合比例
(1)直接標志 ①v正(A)＝v逆(A)a．同一物質的生成速率等于消耗速率；b．不同物質的生成速率與消耗速率之比等于化學計量數之比；
核心：一個量隨反應一直變，突然不變
【例3】一定條件下，對于可逆反應N2＋3H2 2NH3，表示正、逆反應速率可以用N2或H2或NH3來表示，下列能表示反應達到化學平衡狀態的是
（1）容器內氮氣的物質的量不再改變
（2）容器內顏色不再改變
（3）固定容器恒容條件下，容器內壓強不再改變
（4）固定容器恒容條件下，容器內氣體密度不再改變
（5）恒容或恒壓條件，容器內平均相對分子質量不再改變
(1) (3) (5)
②各組分的濃度保持不變a．各組分的濃度不隨時間的改變而改變；b．各組分的質量分數、物質的量分數、體積分數不隨時間的改變而改變。
變量不變 即平衡
①對于有顏色的物質參加或生成的可逆反應，顏色不隨時間發生變化,則達平衡。
②絕熱容器中，當體系溫度不變，則達平衡。（若為恒溫容器，則不可作為平衡判據）
③當容器內氣體的體積或總質量有一個為變量時，密度不再發生變化，可作為平衡判據
（2）間接標志
④有氣體參加的可逆反應
若m＋n≠p＋q，體系總壓強保持不變,總體積不變,總物質的量不變,密度不變,平均相對分子質量不變,則達平衡。
mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)
若m＋n=p＋q 體系總壓強保持不變,總體積不變,密度不變,平均相對分子質量不變,體系不一定達到平衡狀態，不可作為平衡判據
【例4】下列說法中可以證明2HI(g) H2(g)+I2(g)（紫色）
已達到平衡狀態的是___________。
① 單位時間內生成 n mol H2 的同時生成 n mol HI
② 一個H-H鍵斷裂的同時有兩個H-I鍵斷裂
③ 反應速率 v(H2) = v(I2) 時
④ c(HI):c(H2):c(I2) = 2:1:1時
⑤ 溫度和體積一定，容器內壓強不再變化時
⑥ 溫度和體積一定，混合氣體的顏色不再變化時
⑦ 條件一定，混合氣體的平均相對分子質量不再變化時
⑧ 溫度和壓強一定，混合氣體的密度不再變化時
② ⑥
[典例]
可逆反應2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)在恒容密閉容器中進行：①單位時間內生成n mol O2的同時，生成2n mol NO2②單位時間內生成n mol O2的同時，生成2n mol NO③用NO2、NO和O2的物質的量濃度變化表示的反應速率之比為2∶2∶1④混合氣體的顏色不再改變⑤混合氣體的密度不再改變⑥混合氣體的壓強不再改變⑦混合氣體的平均相對分子質量不再改變可說明該反應達到化學平衡狀態的是A．①④⑥⑦ B．②③④⑥C．①④⑤⑦ D．①②⑥⑦
【答案】A
【答案】C
二、化學反應條件的控制
在生產和生活中，人們希望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），這就需要進行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
合成氨的生產在溫度較低時，氨的產率較高；壓強越大，氨的產率越高。
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。
2．提高煤的燃燒效率（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；通入適當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。（2）選擇保溫隔熱且耐熱的爐灶材料
的主要目的是防止熱量散失。（3）充分利用煤燃燒后的廢氣中的熱
量可采取的措施是將燃燒后的廢氣通過
熱交換裝置，供其他方面使用。
1.(2023·連云港高一期中)化學反應條件的控制具有重要的現實意義。如下反應條件的控制中，不恰當的是（ ）
A.利用鈉在點燃的條件下與氧氣反應，制備過氧化鈉
B.為防止火災，在面粉廠、加油站等場所要嚴禁煙火
C.為加快KClO3的分解速率而加入MnO2
D.降溫加快H2O2的分解速率
D
2．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
3，下列有關反應2SO2+O2 2SO3的說法中不正確的是A．該反應為可逆反應，故在一定條件下二氧化硫與氧氣不可能全部轉化為三氧化硫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．一定條件下，向某密閉容器中加入2molSO2和1molO2，則從反應開始到達到平衡的過程中，正反應速率不斷減小，逆反應速率不斷增大，某一時刻，正、逆反應速率相等D．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
【答案】B
【答案】D
【答案】A
6．某溫度時，在2 L容器中A、B兩種物質間的轉化反應中，A、B物質的量隨時間變化的曲線如圖所示，由圖中數據分析得：
（1）該反應的化學方程式為 。（2）反應開始至4 min時，A的平均反應速率為 。（3）4 min時，反應是否達到平衡狀態？ (填“是”或“否”)，8 min時，v(正) v(逆) (填“＞”、“＜”或“＝”)。
【答案】 2A B 0.05 mol·L－1·min－1 否 ＝

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