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第六章 化學反應與能量
第一節 化學反應與能量變化
第2節 化學反應的限度
2Fe3+ + 2I- == 2Fe2+ + I2
無明顯現象
KI溶液過量,FeCl3也不會全部轉化成FeCl2,即FeCl3與KI的反應不能進行到底
2Fe3+ + 2I- == 2Fe2+ + I2

滴入KSCN溶液，
溶液變紅
無明顯現象
1.定義
一.可逆反應
2.特點
同條件，正反應方向和逆反應方向均能同時進行的化學反應
兩同一不能：正、逆同進行；物質同存在；不能100%轉化
工業合成氨
5.常見可逆反應
SO2的催化氧化
弱電解質的電離
Cl2與水反應
4.表示：
不用“=”，用“ ”連接
3.能量變化特點：若正反應為放熱（吸熱）反應，則逆反應為吸熱（放熱）反應，且熱量的變化在數值上相等。
2. 14CO2 + C 2CO，達到化學平衡后，平衡混合物中含
14C 的粒子有 。
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
2H2↑+O2 ↑
電解
點燃
14CO2、14C、14CO
1. 以下幾個反應是否是可逆反應？為什么？
課堂練習
3.已知N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 1mol N2完全反應放出92.3kJ能量，在某密閉容器中充入1mol N2和3mol H2使之反應，結果放出的熱量小于92.3kJ，為什么？
答：因為可逆反應中反應物的轉化率達不到100%，所以1mol N2和3mol H2不能完全反應，故放出的熱量小于92.3kJ。
課堂練習
這些可逆反應不能進行到底，只能進行到一定的限度。
此時是反應物在該條件下轉化為生成物的最大轉化率
催化劑
高溫、高壓
N2 + 3H2 2NH3
NH3+H2O
NH3·H2O
2SO2 + O2 2SO3
催化劑
△
SO2+H2O
H2SO3
H2 + I2 2HI
△
Cl2+H2O HCl+HClO

常見的可逆反應
<<現代漢語詞典>>:范圍的極限；最高或最低的數量或程度。
思考與討論
0 10 20 30 40 50 60
SO2 1.00 0.70 0.50 0.38 0.30 0.30 0.30
O2 0.50 0.35 0. 25 0.19 0.15 0.15 0.15
SO3 0 0.30 0.50 0.62 0.70 0.70 0.70
t/min
c/mol·L-1
請用濃度-時間圖像來表示此變化過程。
某溫度和壓強下的密閉容器中，發生
2SO2 + O2 2SO3
請用速率-時間圖像來表示此變化過程。
二.化學平衡的建立
如果外界條件(溫度、濃度、壓強等)不發生改變，
當可逆反應進行到一定程度時，正反應速率與逆反應速率相等，反應物的濃度與生成物的濃度不再改變，達到一種表面靜止的狀態，稱為“化學平衡狀態”，簡稱化學平衡。
1、定義
V進水 =V出水
≠0
2、平衡狀態的特點
逆：可逆反應（研究對象）
等：v（正）=v（逆）（內在本質）
定：各組分的百分含量恒定（外在特征）
動：動態平衡（本質）v（正）=v（逆）≠0
變：條件改變，平衡可能被破壞（移動）
三、平衡狀態的判定
1、等：v（正）=v（逆）（內在本質）
2、定：各物質的物質的量濃度恒定（外在表現）
衍生特征
1.反應物轉化率不再改變
2.生成物產率不再改變
3.各物質的百分含量不再改變
4.有色物質參與的反應顏色不再改變
一定溫度下，在某恒容的密閉容器中，建立化學平衡：
C(s)＋H2O(g)??CO(g)＋H2(g)。下列敘述中不能說明該反應已達到化學平衡狀態的是(　　)
A．體系的壓強不再發生變化
B．v正(CO)＝v逆(H2O)
C．生成n mol CO的同時生成n mol H2
D．1 mol H—H鍵斷裂的同時斷裂2 mol H—O鍵
C
總結：判斷可逆反應達到平衡狀態的標志
1．直接標志
(1)v正＝v逆≠0(化學平衡的本質)
①同一種物質的生成速率等于消耗速率。
②在化學方程式同一邊的不同物質的生成速率與消耗速率之比等于相應物質的化學計量數之比。
③化學方程式兩邊的不同物質的生成(或消耗)速率之比等于相應物質的化學計量數之比。
(2)各組分的濃度保持一定(化學平衡的特征)
①各組分的濃度不隨時間的改變而改變。②各組分的質量分數、物質的量分數、體積分數、百分含量不隨時間的改變而改變。
判斷下列情況，反應 N2 + 3H2 2NH3 是否達到平衡.
(1)V正(NH3) = V逆(NH3) (2)N2、H2、NH3的速率之比為1:3:2
(3)3V正(NH3)= 2V逆(H2) (4)V正(NH3)= V逆(H2)
(5)2V正(NH3)= 3 V逆(H2)
(6)單位時間內消耗a mol N2同時生成2a molNH3
(4)單位時間內消耗a molN2同時消耗2a mol NH3
(5)單位時間內消耗1molN2同時生成1molN2
(6)生成3molH-H鍵同時，斷裂6molN-H鍵
(7)斷裂3molH-H鍵同時，斷裂6molN-H鍵
√
×
√
×
×
√
√
×
√
因為任意時刻速率比等于系數比
×
H2(g)＋I2(g) ??2HI(g)已經達到平衡狀態的標志是
①c(H2)＝c(I2)＝c(HI)
②c(H2)∶c(I2)∶c(HI)＝1∶1∶2
③c(H2)∶c(I2)∶c(HI)不再變化
④單位時間內生成n mol H2的同時生成2n mol HI
⑤單位時間內生成n mol H2的同時生成n mol I2
⑥反應速率v(H2)＝v(I2)＝2v(HI)
⑦一個H—H鍵斷裂的同時有兩個H—I鍵斷裂
⑧溫度和體積一定時，容器內壓強不再變化
⑨溫度和體積一定時，混合氣體的顏色不再變化
⑩溫度和壓強一定時，混合氣體的密度不再變化
答案?、邰堍撷?br/>可逆反應2NO2(g)?? 2NO(g)＋O2(g)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
(1)反應體系中的總壓強不隨時間的改變而變化(適用于有氣體參與且反應前后氣體分子個數不等的可逆反應)。
(2)混合氣體的密度不隨時間的改變而變化(適用于①恒壓且反應前后氣體分子個數不等的可逆反應；②恒容且有固體、液體參與或生成的可逆反應)。
(3)對于反應混合物中存在有顏色物質的可逆反應，若體系的顏色不再改變，則反應達到平衡狀態。
(4)某反應物的轉化率或某生成物的產率達到最大值且不再隨時間而變化。
2．間接標志——“變量不變”
2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ，
恒容條件下，當氣體密度不變時，________是化學平衡狀態
恒壓條件下，當氣體密度不變時，________是化學平衡狀態
H2(g)+I2(g) 2HI(g)
恒容條件下，當氣體密度不變時，________是化學平衡狀態
恒壓條件下，當氣體密度不變時，________是化學平衡狀態
不一定
一定
不一定
不一定
練習
C(s)+O2(g) CO2(g)
恒容條件下，當氣體密度不變時，________是化學平衡狀態
恒壓條件下，當氣體密度不變時，________是化學平衡狀態
CO2(g)+C(s) 2CO(g)
恒容條件下，當氣體密度不變時，________是化學平衡狀態
恒壓條件下，當氣體密度不變時，________是化學平衡狀態
一定
一定
一定
一定
練習
(1)恒容容器中，對于全部是氣體的反應體系，密度不變不能作為反應達到化學平衡狀態的標志。
(2)恒容容器中，對于化學方程式兩邊氣體分子個數相等的反應，壓強不變不能作為反應達到化學平衡狀態的標志。
(3)對于全部是氣體的反應體系，若反應物和生成物的化學計量數之和相等，則氣體的平均相對分子質量不變不能作為反應達到化學平衡狀態的標志。
3．不能作為標志的條件——定量不能作為判據
兩個恒溫、恒容的密閉容器中進行下列可逆反應：
(甲)2X(g)??Y(g)　(乙)A(s)＋2B(g)??C(g)＋D(g)，當下列物理量不再發生變化時，能表明甲、乙均達到化學平衡狀態的有(　　)
①混合氣體的密度
②反應容器中生成物的百分含量
③反應物的消耗速率與生成物的消耗速率之比等于化學計量數之比
④混合氣體的壓強
⑤混合氣體的平均相對分子質量
⑥混合氣體的總物質的量
A．①②③⑤ B．①③⑤⑥ C．②③⑤ D．②③④
C
合成氨工業對國民經濟和社會發展具有重要的意義。對于密閉容器中的反應：
673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)隨時間t變化的關系如圖所示。
下列敘述中正確的是( )
A. c點處正反應速率和逆反應速率相等
B. a點的正反應速率比b點的大
C. d點(t1時刻)和e點(t2時刻)處n(N2)不同
D. 在t2時刻，正反應速率大于逆反應速率
N2 + 3H2 2NH3
催化劑
高溫高壓
B
密閉容器中發生可逆反應： X2(g)+Y2(g) 2Z(g)。已知起始時X2、Y2、Z各物質的濃度分別為0.1 mol·L－1、0.2mol·L－1、0.2mol·L－1，反應在一定條件下達到平衡時，各物質的物質的量濃度可能是(　　)
A．c(Z)＝0.3 mol·L－1
B．c(Y2)＝0.35 mol·L－1
C．c(X2)＝0.2 mol·L－1
D．c(Z)＝0.4 mol·L－1
A
極值法
B
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
其他有顏色變化的反應：
I2(g)+H2(g) 2HI(g)
(紫色)
公式：PV=nRT
對于可逆反應N2＋3H2 2NH3，下列能表示反應達到化學平衡狀態的是
（1） 3V正(N2) =2 V(逆) (NH3 )
（2）容器內顏色不再改變
（3）單位時間內，消耗2molNH3，同時生成3molH2
（4）斷裂3molH-H鍵同時，斷裂2molN-H鍵
（5）c(N2)= c(H2) =c(NH3)
（6）N2、H2、NH3的速率之比為1:3:2
（7）N2的轉化率達到最大
（8）固定容器恒容條件下，容器內壓強不再改變
（9）固定容器恒容條件下，容器內氣體密度不再改變
（10）恒容或恒壓條件，容器內平均相對分子質量不再改變
√
×
×
×
×
×
×
√
√
×
化學反應條件的控制
目的
促進有利的化學反應
提高速率、提高轉化率及原料利用率等
抑制有害的化學反應
降低速率、控制副反應、減少或消除有害物等
改變化學反應速率：
改變溫度、溶液的濃度、氣體壓強（或濃度）、固體表面積及使用催化劑等
改變可逆反應進行的程度：
改變溫度、溶液濃度、氣體壓強（或濃度）等
控制化學反應條件的方法
合成氨工業反應條件的控制
壓強增大，氨的含量增大
溫度升高 氨的含量降低
催化劑
高溫、高壓
N2 + 3H2 2NH3
達到平衡時平衡混合物中NH3的含量（體積分數）
N2+3H2 2NH3
歸納總結：工業合成氨的最佳條件
1)濃度：
2)溫度：
3)壓強:
4)催化劑：
使用過量的N2或及時分離平衡混合氣中的氨。
500℃左右 （溫度低，有利于增大平衡混合氣中的含量，但反應速率太慢。 500℃，催化劑活性最大）
鐵觸媒 (能加快化學反應速率，對平衡無影響)
10~30MPa（壓強過高，對設備材質和生產條件提出了更高的要求）
500℃
鐵觸媒
10-30Mpa
值得說明的是：在上述條件下，合成氨的產率仍然不高。
以上說明：化工生產中調控反應條件時,需要考慮控制反應條件的__ ___和___________。
成本
實際可能性
內容內容內容
以“提高煤的燃燒效率”為例
提高煤的燃燒效率
煤的狀態
空氣用量
爐膛材料的選擇
熱能的利用
煤被研得越細，與空氣中氧氣的接觸面積越大，燃燒越充分，反應速率越大
過多的空氣會帶走大量的熱量，降低反應溫度，減小燃燒速率，甚至會使燃燒停止
燃燒后廢氣中的熱能可用于供暖或發電等
采用隔熱的耐高溫材料，減少熱量的損失
少量的空氣會使煤燃燒不充分，造成能源浪費，污染環境
適當用量
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?、诮档腿剂系闹瘘c　③將固體燃料粉碎　
④將液體燃料霧化　 ⑤將煤氣化處理　 ⑥通入足量的空氣
A.①③④⑤ B.②③⑤⑥
C.③④⑤⑥ D.①②③④
C

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