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第六章
化學(xué)反應(yīng)與能量
第二節(jié)
化學(xué)反應(yīng)的速率與限度
在化學(xué)反應(yīng)的研究和實(shí)際應(yīng)用中，人們除了選擇合適的化學(xué)反應(yīng)以實(shí)現(xiàn)所期待的物質(zhì)轉(zhuǎn)化或能量轉(zhuǎn)化，還要關(guān)注化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢和程度，以提高生產(chǎn)效率。
一
化學(xué)反應(yīng)的速率
在化學(xué)實(shí)驗(yàn)和日常生活中，我們經(jīng)常觀察到這樣的現(xiàn)象：
有的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行得快，有的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行得慢。
思考與討論
你了解下圖涉及的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢嗎 反應(yīng)的快慢程度與我們有什么關(guān)系
不同的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢千差萬(wàn)別，快與慢是相對(duì)而言的，是一種定性的比較。在科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢進(jìn)行定量的描述或比較時(shí)，要使用同一定義或標(biāo)準(zhǔn)下的數(shù)據(jù)。
與物理學(xué)中物體的運(yùn)動(dòng)快慢用速率表示類(lèi)似，化學(xué)反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行的快慢用反應(yīng)速率來(lái)表示。
一、化學(xué)反應(yīng)速率
1. 定義：
化學(xué)反應(yīng)速率通常用單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減小或生成物濃度的增大來(lái)表示 (取正值)。
計(jì)算式：
濃度常以 mol/L 為單位，時(shí)間常以 min(分) 或 s(秒)為單位，化學(xué)反應(yīng)速率的單位相應(yīng)為 mol/(L·min) 或mol/(L·s)。
例如，某反應(yīng)的反應(yīng)物濃度在 5 min 內(nèi)由 6 mol/L變成了2moL，則以該反應(yīng)物濃度的變化表示的該反應(yīng)在這段時(shí)間內(nèi)的平均反應(yīng)速率為0.8mol/(L·min)。
化學(xué)反應(yīng)速率的特點(diǎn)一
①化學(xué)反應(yīng)速率是標(biāo)量，只取正值。
②化學(xué)反應(yīng)速率有瞬時(shí)反應(yīng)速率和平均反應(yīng)速率，以上所表示的是某段時(shí)間內(nèi)的平均反應(yīng)速率。
③化學(xué)反應(yīng)速率只適用于氣體或溶液，固體或純液體的濃度可視為常數(shù)，并不適用。
練習(xí)鞏固
在 N2＋3H2 2 NH3 反應(yīng)中，自開(kāi)始至 2秒，氨的濃度由0變?yōu)?. 6 mol/L，則以氨氣表示的化學(xué)反應(yīng)速率是多少？
v(NH3) ═ ═ ═ 0.3mol/(L·s)
化學(xué)反應(yīng)速率的特點(diǎn)二
反應(yīng) 4NH3＋5O2 4NO＋6H2O 在5升的密閉容器中進(jìn)行，30秒后，NO 的物質(zhì)的量增加了0.3mol，此反應(yīng)的平均反應(yīng)速率用NO來(lái)表示為多少？
v(NO) ═ 0.002mol/L·s
問(wèn)題1：若用O2的濃度變化來(lái)表示此反應(yīng)速率是多少？若用NH3 來(lái)表示呢
v(O2) ═ 0.0025mol/L·s
v(NH3) ═ 0.002mol/L·s
問(wèn)題2：此反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)速率用不同物質(zhì)表示為什么數(shù)值
不同？數(shù)值上有何規(guī)律？
① 同一反應(yīng)，可用不同物質(zhì)在單位時(shí)間 內(nèi)濃度的變化來(lái)表示，但必須指明是 用哪種反應(yīng)物或哪種生成物來(lái)表示。
②用不同物質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)濃度變化表示時(shí)，速率比等于方程式中的系數(shù)比。
例如：在反應(yīng) aA＋bB ══ cC＋dD中，
v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D) ══ a : b : c : d
③ 均取正值，且是某一段時(shí)間內(nèi)的平均速率。
練習(xí)鞏固
在一定條件下，mA＋nB═pC的反應(yīng)中，各物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率為 V(A) ═ amol·L－1·s－1，V(B)═a/2mol·L－1·s－1， V(C) ═ amol·L－1·s－1，
則該反應(yīng)的化學(xué)方程式是__________________。
2A＋B＝2C
二、影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素
化學(xué)反應(yīng)的速率往往受到反應(yīng)條件的影響。
例如，過(guò)氧化氫溶液在常溫下分解放出氧氣的速率很小，但是加入催化劑二氧化錳后，分解速率增大。
像這樣通過(guò)改變化學(xué)反應(yīng)的條件來(lái)調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率的情況，在實(shí)際的生產(chǎn)和生活中常常會(huì)遇到。
對(duì)于有些化學(xué)反應(yīng)，我們希望其越慢越好，如食物的變質(zhì)、橡膠和塑料的老化、金屬的銹蝕；有些則希望其快一些，如氨、硫酸等化工產(chǎn)品的生產(chǎn)。
調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率常常是決定化學(xué)實(shí)驗(yàn)成敗或化工生產(chǎn)成本的關(guān)鍵有哪些因素能夠影響化學(xué)反應(yīng)速率呢
化學(xué)反應(yīng)速率是由反應(yīng)物的性質(zhì)決定的；
---- 內(nèi)因是主要因素
探 究
[問(wèn)題]
我們已經(jīng)知道催化劑可以影響化學(xué)反應(yīng)速率， 此外還有哪些條件會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)的速率？
[假設(shè) ]
影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素可能有反應(yīng)溫度、反應(yīng)物濃度等。
[用品]
5%H2O2溶液、1mol/L FeCl3溶液、0.1 mol/L 鹽酸、1mol/L 鹽酸、大理石碎塊冷水、熱水、試管、試管夾、燒杯、量筒、膠頭滴管。
[實(shí)驗(yàn)]
(1) 反應(yīng)溫度的影響
在兩支大小相同的試管中均加入 2 mL 5% H2O2溶液，同時(shí)滴入 2 滴 1 mol/L FeCl3 溶液。待試管中均有適量氣泡出現(xiàn)時(shí)，將其中一支試管放入盛有冷水的燒杯中，另一支試管放入盛有熱水的燒杯中，觀察現(xiàn)象并進(jìn)行對(duì)比。
不同溫度環(huán)境 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
0.1mol/L 產(chǎn)生氣泡的速率較慢
熱水 產(chǎn)生氣泡的速率很快
(2) 反應(yīng)物濃度的影響
利用實(shí)驗(yàn)室提供的用品，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并提請(qǐng)教師審閱，待教師同意后進(jìn)行實(shí)驗(yàn) (提示：探究某影響因素時(shí)，需保持其他條件因素相同 )。
步驟：________________________________________ ________________________________________________________________________________________________
在兩支大小相同的試管中分別加入相同質(zhì)量的大理石碎塊，再加入0.1mol/L鹽酸10mL和0.05mol/L鹽酸10mL，觀察試管中氣泡產(chǎn)生的快慢
HCl濃度 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
0.1mol/L 迅速產(chǎn)生大量氣泡
0.05mol/L 緩慢產(chǎn)生氣泡
記錄：
[結(jié)論]
影響因素 如何影響
如何影響 催化劑可以改變化學(xué)反應(yīng)速率
溫度 溫度升高，反應(yīng)速率加快；
溫度降低，反應(yīng)速率減慢。
濃度 濃度增大，反應(yīng)速率加快；
濃度減小，反應(yīng)速率減慢。
[ 問(wèn)題和討論 ]
影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素還可能有哪些 請(qǐng)選擇其中一個(gè)因素，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方案，與同學(xué)交流。
實(shí)驗(yàn)步驟：在2支試管里分別加入粉碎了的大理石和沒(méi)有粉碎的大理石，然后分別滴入5mL0.1mol/L的HCl，對(duì)比觀察現(xiàn)象，將你看到的現(xiàn)象記錄下來(lái)。
結(jié)論：粉碎的大理石產(chǎn)生氣體快，說(shuō)明物質(zhì)的表面積可以影響反應(yīng)速率。
方法導(dǎo)引
變量控制
科學(xué)研究中，對(duì)于多因素 (多變量) 的問(wèn)題，常常采用只改變其中的某一個(gè)因素，控制其他因素不變的研究方法，使多因素的問(wèn)題變成幾個(gè)單因素的問(wèn)題，分別加以研究，最后再將幾個(gè)單因素問(wèn)題的研究結(jié)果加以綜合。
這種變量控制的方法是科學(xué)探究中常用的方法。例如，以上探究在比較不同溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影哈時(shí)，控制濃度和其他影響因素相同；而比較不同濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響時(shí)，則控制溫度和其他影響因素相同； 最后綜合得出影響化學(xué)反應(yīng)速率的多種因素。
大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)和科學(xué)研究證明：
一般條件下，當(dāng)其他條件相同時(shí)，增大反應(yīng)物濃度，化學(xué)反應(yīng)速率增大，降低反應(yīng)物濃度，化學(xué)反應(yīng)速率減??；升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率增大，降低溫度，化學(xué)反應(yīng)速率減??；催化劑可以改變化學(xué)反應(yīng)速率。
對(duì)于氣體來(lái)說(shuō)，在相同溫度下，壓強(qiáng)越大，一定質(zhì)量氣體的體積越小，單位體積內(nèi)氣體的分子數(shù)越多(如圖6-16)。
增大壓強(qiáng) (減小容器容積) 相當(dāng)于增大反應(yīng)物的濃度，化學(xué)反應(yīng)速率增大；
減小壓強(qiáng) (增大容器容積) 相當(dāng)于減小反應(yīng)物的濃度，化學(xué)反應(yīng)速率減小。
影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素
內(nèi)因：反應(yīng)物本身的性質(zhì) (最主要因素)
外因
濃度：濃度大，反應(yīng)速率快
溫度：溫度高，反應(yīng)速率快
催化劑：一般加快反應(yīng)速率
壓強(qiáng)：壓強(qiáng)大，反應(yīng)速率快
固體的表面積
反應(yīng)物的狀態(tài)等
(1) 溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響
規(guī)律：當(dāng)其它條件不變時(shí)，升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率增大。降低溫度，化學(xué)反應(yīng)速率減小。
實(shí)驗(yàn)測(cè)得，溫度每升高10度，化學(xué)反應(yīng)速率通常增大原來(lái)的2～4倍。
注意：溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響不受反應(yīng)物狀態(tài)的限制。
(2) 催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響
規(guī)律：催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)的速率。
有的催化劑能加快化學(xué)反應(yīng)的速率，叫正催化劑；有的催化劑能減慢化學(xué)反應(yīng)
速率，叫負(fù)催化劑。在實(shí)踐中，如沒(méi)有特殊說(shuō)明，凡說(shuō)催化劑都是指正催化劑。
(3) 濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響
規(guī)律：當(dāng)其它條件不變時(shí)，增大反應(yīng)物的濃度，化學(xué)反應(yīng)速率增大。
減小反應(yīng)物的濃度，化學(xué)反應(yīng)速率減慢。
(4) 固體反應(yīng)物的表面積對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響
規(guī)律：當(dāng)其它條件不變時(shí)，增大固體反應(yīng)物的表面積，化學(xué)反應(yīng)速率增大。
減小固體反應(yīng)物的表面積，化學(xué)反應(yīng)速率減慢。
(5) 其他條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響--如光照、紫外線(xiàn)等。
思考與討論
下列調(diào)控反應(yīng)速率的措施或?qū)嶒?yàn)中，分別利用或體現(xiàn)了哪些影響反應(yīng)速率的因素
1. 向爐膛內(nèi)鼓風(fēng)，用煤粉代替煤塊可以使?fàn)t火更旺。
增大接觸面積
2. 把食物放在冰箱里，在糕點(diǎn)包裝內(nèi)防治除氧劑可以延長(zhǎng)食品保質(zhì)期。
溫度越高，食物腐敗變質(zhì)的速率越快，電冰箱能提供較低的溫度，減緩食物的腐?。怀鮿p少氧氣含量，等于減少反應(yīng)物濃度，減緩食物腐敗。
3. 實(shí)驗(yàn)室通常要將兩種塊狀或顆粒狀的固體藥品研細(xì)，并混勻后再進(jìn)行反應(yīng)。原因是什么？
能增大反應(yīng)物的接觸面積，使反應(yīng)物充分接觸，使反應(yīng)速率加快。
4. 鎂在空氣中和在純氧中反應(yīng)的劇烈程度明顯不同。
增大了反應(yīng)物濃度。
科學(xué)·技術(shù)·社會(huì) ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
神奇的催化劑
催化劑是現(xiàn)代化學(xué)中關(guān)鍵而神奇的物質(zhì)之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有80%以上的化工生產(chǎn)過(guò)程(如氨、硫酸、硝酸的合成，乙烯、丙烯苯乙烯的聚合，煤、石油、天然氣的綜合利用，等等) 使用了催化劑，目的是增大反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率。
在資源利用、能源開(kāi)發(fā)、醫(yī)藥制造、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域，催化劑有著廣泛的應(yīng)用。催化劑十分神奇，它能極大地提高化學(xué)反應(yīng)速率 (可使反應(yīng)速率增大幾個(gè)到十幾個(gè)數(shù)量級(jí) )，而自身的組成、化學(xué)性質(zhì)和質(zhì)量在反應(yīng)前后不發(fā)生變化；它和一些反應(yīng)體系的關(guān)系就像鑰匙與鎖的關(guān)系，具有一定的選擇性。
生物體內(nèi)幾乎所有的化學(xué)反應(yīng) (如淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)的水解，DNA的復(fù)制等) 都是由生物體內(nèi)存在的特殊催化劑一酶所催化的。酶比一般的催化劑具有更高的選擇性和催化效率，而且是在正常體溫的條件下發(fā)生作用，反應(yīng)條件溫和。受酶的啟示，科學(xué)家開(kāi)辟了設(shè)計(jì)和合成催化劑的新途徑正在研制具有生物酶某些特性的化學(xué)酶，以期實(shí)現(xiàn)“仿酶催化”。
催化劑的神奇面紗至今尚未完全揭開(kāi)，對(duì)催化劑的研究是當(dāng)代化學(xué)一個(gè)極具魅力和應(yīng)用前景的重要課題。
隨堂練習(xí)
1. ① 在某一化學(xué)反應(yīng)中，生成物B的濃度在5s內(nèi)從0.5mol/L變成2.0mol/L，在這5s內(nèi)B的化學(xué)反應(yīng)速率為_(kāi)____________。
② 一個(gè)5L的容器中，盛入8.0mol某氣體反應(yīng)物，5min后，測(cè)得這種氣體反應(yīng)物還剩余6.8mol，這種反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng)速率為_(kāi)_________________。
0.3 mol/(L·S)
0.048 mol/(L·min)
2. 已知 4NH3＋5O2 4NO＋6H2O，則下列關(guān)系式正確的是( )
A. 4/5V(NH3) ═ V(O2)
B. 4/5V(NH3) ═ V(H2O)
C. 5/6V (O2) ═ V(H2O)
D. 4/5V(O2) ═ V(NO )
D
3. (課本49第3題) 下列措施中，不能增大化學(xué)反應(yīng)速率的是( )
A、Zn與稀硫酸反應(yīng)制取H2時(shí)，加入蒸餾水
B、Al在O2中燃燒時(shí)生成Al2O3,用鋁粉代替鋁片
C、CaCO3與稀鹽酸反應(yīng)生成CO2時(shí)，適當(dāng)升高溫度
D、KClO3分解制取O2時(shí)，添加少量MnO2
A
解 析
【解析】
A、減小了稀硫酸濃度，反應(yīng)速率減小；
B、增大了接觸面積，反應(yīng)加快；
C、溫度升高，反應(yīng)加快；
D、加入催化劑，反應(yīng)加快
4. 為了研究碳酸鈣與稀鹽酸反應(yīng)的反應(yīng)速率，一位同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定反應(yīng)中生成的CO2氣體體積隨反應(yīng)時(shí)間變化的情況，繪制如圖曲線(xiàn)。請(qǐng)分析討論以下問(wèn)題。
試分析O~t3三個(gè)時(shí)間段里，反應(yīng)速率不同的可能原因(該反應(yīng)是放熱反應(yīng))。
解：開(kāi)始時(shí)C(H＋)大，該反應(yīng)的反應(yīng)速率大；
t1—t2由于反應(yīng)放熱溫度升高，所以速率迅速增大；
最后是因?yàn)镃(H＋) 減小了，反應(yīng)速率減慢.
5、下列四種 X 溶液均能與鹽酸反應(yīng)，其中反應(yīng)最快的是 ( )。
A.10℃20mL 3mol/L的X溶液
B.20℃30mL 2mol/L的X溶液
C.20℃10mL 4mol/L的X溶液
D.10℃10mL 2mol/L的X溶液
C
【解析】濃度大，溫度高反應(yīng)快。
解 析
6. 在反應(yīng) 4A(s)＋3B(g)＝2C(g)＋D(g)中，經(jīng)2min，B的濃度減少0.6mol L－1，對(duì)此反應(yīng)速率的表示正確的是
( )。
A. 用A表示的反應(yīng)速率為0.4mol L－1 min－1
B. 分別用B、C、D表示的反應(yīng)速率其比值為3∶2∶1
C. B在2min末的反應(yīng)速率是0.3mol L－1 min－1
D. B在2min內(nèi)的平均反應(yīng)速率是0.3mol L－1 min－1
BD
7．在 2A＋B 3C＋4D 反應(yīng)中，下列各表示該反應(yīng)的速度最快的是 ( )。
A．v(A) ═ 0.4mol/(L·min)
B．v (B) ═ 0.4mol/(L·min)
C．v (C) ═ 0.9mol/(L·min)
D．v (D) ═ 1.2mol/(L·min)
B
【解析】根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率和系數(shù)成正比進(jìn)行計(jì)算。
解 析
二
化學(xué)反應(yīng)的限度
化學(xué)反應(yīng)是按照化學(xué)方程式中的計(jì)量關(guān)系進(jìn)行的，我們正是據(jù)此進(jìn)行有關(guān)化學(xué)方程式的計(jì)算。你是否思考過(guò)這樣的問(wèn)題：一個(gè)化學(xué)反應(yīng)在實(shí)際進(jìn)行時(shí) (如化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化工生產(chǎn)等)，反應(yīng)物是否會(huì)按化學(xué)方程式中的計(jì)量關(guān)系完全轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物 如果能，是在什么條件下 如果不能，原因是什么
我們知道，在 SO2 與 H2O 的反應(yīng)中，由于生成物 H2SO 不穩(wěn)定，會(huì)部分地分解為SO2與H2O，該反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)，不能進(jìn)行到底。
另外，我們學(xué)習(xí)過(guò)的 H2 與N2 生成 NH3 的反應(yīng)也是可逆反應(yīng)，同樣不能進(jìn)行到底。
一、可逆反應(yīng)
1. 定義
一定條件下，既能正向又能逆向進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)叫可逆反應(yīng)。
如：2HI(g) H2(g) ＋ I2(g)； 可逆反應(yīng)。
2KClO3 ═══ 2KCl＋3O2(g). 不可逆反應(yīng)。
科學(xué)研究表明，很多化學(xué)反應(yīng)都是可逆反應(yīng)。
在一定條件下，某個(gè)可逆反應(yīng)在開(kāi)始進(jìn)行時(shí)，反應(yīng)物的濃度最大，生成物濃度為零，因此正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率。
條件下，某個(gè)可逆反應(yīng)在開(kāi)始進(jìn)行時(shí)，反應(yīng)物的濃度最大生成物濃度為零，因此正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率。
典型的可逆反應(yīng)有：
N2＋3H2 2NH3
催化劑
高溫高壓
2SO2＋O2 2SO3
催化劑
高溫
SO2＋H2O H2SO3
NH3＋H2O NH3·H2O
啟示：化學(xué)反應(yīng)是有限度的，有些能進(jìn)行的較徹底，有些反應(yīng)是不徹底的，甚至是可逆的。
2. 在一固定容積的密閉容器里，加1molN2和3mol H2 (合適催化劑)，能發(fā)生什么反應(yīng)？
催化劑
N2＋3H2 2NH3
高溫
N2＋H2 → NH3
(1) 開(kāi)始時(shí)c(N2) 、c(H2)大， c(NH3) ═ 0
開(kāi)始階段有什么特征？
只有正反應(yīng)，v(逆) ═ 0
N2 ＋ H2 → NH3
瞬間過(guò)后有什么特征？
(2) 瞬間后 c(N2) 、c(H2 )變小 , c(NH3)≠0
正逆反應(yīng)都進(jìn)行，v(逆)≠0，v(正) ＞ v(逆)
一定時(shí)間段內(nèi)有什么特征？
(3) c(N2) 、c(H2) 逐漸變小，c(NH3) 逐漸增大，三種物質(zhì)的濃度達(dá)到一個(gè)特定值。
N2 ＋ H2 NH3
v(正) ═ v(逆) ≠0
由于 v(正) ═ v(逆)≠0，雖然正、逆反應(yīng)都在進(jìn)行，但各種物質(zhì)的百分含量、濃度都不會(huì)發(fā)生變化.
從外表上看，反應(yīng)好象“停止”。
可逆反應(yīng)的這種特殊狀態(tài)就是我們今天要研究的化學(xué)平衡狀態(tài)。
反應(yīng)速率
v(正)
v(逆)
v(正) ═ v(逆)
t1
時(shí)間(t)
(1) 0~t1：v(正) ＞ v(逆)
(2) t1以后： v(正) ＝ v(逆)
t1以后反應(yīng)處于平衡狀態(tài)!
什么是化學(xué)平衡呢？
N2＋3H2 2NH3
催化劑
高溫高壓
二、化學(xué)平衡狀態(tài)
1、定義
在一定條件下的可逆反應(yīng)中，當(dāng)正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不變的狀態(tài)。
前提 (適用范圍)：可逆反應(yīng)
內(nèi)在本質(zhì)：v(正) ＝ v(逆) ≠ 0
外在標(biāo)志：反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不變
2、化學(xué)平衡狀態(tài)的特征
(3) 動(dòng)：動(dòng)態(tài)平衡(v(正) ═ v(逆)≠0)
(2) 等：v(正) ＝ v(逆)
(1) 逆：可逆反應(yīng)
(4) 定：反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持定，各組分的含量保持不變。
(5) 變：條件改變，原平衡被破壞，在新條件下建立新的平衡。
3、化學(xué)平衡狀態(tài)的判定
對(duì)于可逆反應(yīng) mA(g) nB(g)＋pC(g) 在一定條件下達(dá)到平衡狀態(tài)有以下幾個(gè)標(biāo)志：
(1) A的生成速率和分解速率相等
(2) 單位時(shí)間生成n mol B和p mol C的同時(shí)，生成m mol A
(3) A、B、C的物質(zhì)的量不再改變
(4) A、B、C的濃度不再改變
(5) A、B、C的百分含量不再改變
4. 反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率（格式如下）
化學(xué)平衡計(jì)算的一般步驟：“三步曲”
① 寫(xiě)出有關(guān)平衡的化學(xué)方程式
② 找出各物質(zhì)的 起始量 轉(zhuǎn)化量 平衡量
③ 根據(jù)已知條件列式：如下
m A(g) n B(g) ＋ p C(g)
起始 (mol)
轉(zhuǎn)化 (mol)
平衡 (mol)
三、化學(xué)平衡的移動(dòng)
V正≠V逆
V正＝V逆≠0
條件改變
V正＝V逆≠0
一定時(shí)間
平衡1 不平衡 平衡2
V正 ＞V逆 平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)
V正 ＞V逆 平衡不移動(dòng)
V正 ＜ V逆 平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)
定義：可逆反應(yīng)中，舊化學(xué)平衡的破壞，新化學(xué)平衡建立過(guò)程叫做化學(xué)平衡的移動(dòng)。
任何可逆反應(yīng)在給定條件下的進(jìn)程都有一定的限度只是不同反應(yīng)的限度不同。改變反應(yīng)條件可以在一定程度上改變一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的限度，亦即改變?cè)摲磻?yīng)的化學(xué)平衡狀態(tài)。
因此，通過(guò)調(diào)控反應(yīng)條件可使反應(yīng)結(jié)果更好地符合人們預(yù)期的目的，這在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)等方面已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。
增大反應(yīng)物的濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響
1、濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響
分析
t1
t2
t3
增大反應(yīng)物濃度或減小生成物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；增大生成物濃度或減小反應(yīng)物濃度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
結(jié)論
應(yīng)用
在生產(chǎn)上，往往采用增大容易取得的或成本較低的反應(yīng)物濃度的方法，使成本較高的原料得到充分利用。
2SO2 ＋ O2 2SO3
2、溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響
例如：2NO2 4N2O2 ＋Q 為放熱反應(yīng)
紅棕色
無(wú)色
結(jié)論：其它條件不變的情況下，溫度升高，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)；溫度降低，平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng)。
3.催化劑對(duì)化學(xué)平衡無(wú)影響
催化劑同等程度的加快或減慢正、逆反應(yīng)速率(V正＝V逆)；對(duì)化學(xué)平衡無(wú)影響。
t時(shí)間
(b)
V速率
V正
V逆
0
V逆
V正
′
′
催化劑能縮短平衡到達(dá)的時(shí)間
1. Fe(NO3)2溶液呈淺綠色，其中存在著下列平衡：Fe2＋ ＋2H2O Fe(OH)2＋2H＋ 往該溶液中滴加鹽酸，發(fā)生的變化 ( )
(A) 平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng) (B)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)
(C) 溶液由淺綠色變成黃色 (D) Fe2+物質(zhì)的量增大
隨堂練習(xí)
A D
2. 在一定條件下，某容器中充入 N2 和 H2 合成 NH3，以下敘述錯(cuò)誤的是 ( )。
A.開(kāi)始反應(yīng)時(shí)，正反應(yīng)速率最大，逆反應(yīng)速 率為零
B.隨著反應(yīng)的進(jìn)行，正反應(yīng)速率逐漸減小，最后減小為零
C.隨著反應(yīng)的進(jìn)行逆反應(yīng)速率逐漸增大，后保持恒定
D.隨著反應(yīng)的進(jìn)行，正反應(yīng)速率逐漸減小，最后與逆反應(yīng)速率相等且都保持恒定
B
三
化學(xué)反應(yīng)條件的控制
在生產(chǎn)和生活中，人們希望促進(jìn)有利的化學(xué)反應(yīng)(提高反應(yīng)速率，提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率即原料的利用率)，抑制有害的化學(xué)反應(yīng) (降低反應(yīng)速率，控制副反應(yīng)的發(fā)生減少甚至消除有害物質(zhì)的產(chǎn)生 )，這就需要進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)條件的控制。
在化工生產(chǎn)中，為了提高反應(yīng)進(jìn)行的程度而調(diào)控反應(yīng)條件時(shí)，需要考慮控制反應(yīng)條件的成本和實(shí)際可能性。
例如，合成氨的生產(chǎn)在溫度較低時(shí)，氨的產(chǎn)率較高；壓強(qiáng)越大，氨的產(chǎn)率越高。
但溫度低，反應(yīng)速率小，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到化學(xué)平衡，生產(chǎn)成本高，工業(yè)上通常選擇在400~500C下進(jìn)行。
而壓強(qiáng)越大，對(duì)動(dòng)力和生產(chǎn)設(shè)備的要求也越高，合成氨廠(chǎng)隨著生產(chǎn)規(guī)模和設(shè)備條件的不同，采用的壓強(qiáng)通常為10 MPa~30 MPa。
思考與討論
為提高燃料的燃燒效率，應(yīng)如何調(diào)控燃燒反應(yīng)的條件
(提示：可以從以下幾方面考慮，如燃料的狀態(tài)空氣用量、爐膛材料、煙道廢氣中熱能的利用，等等。)
具體措施
盡可能的使燃料充分燃燒，提高能量的轉(zhuǎn)化率，關(guān)鍵是燃料與空氣或氧氣要盡可能充分的接觸，且空氣要適當(dāng)過(guò)量。燃料與空氣要有足夠大的接觸面積。
盡可能充分地利用燃料燃燒所放出來(lái)的熱能，提高熱能的利用率。
實(shí)質(zhì)是從多方面控制燃燒反應(yīng)的條件，它的意義在于節(jié)約能源，節(jié)省資源，減少污染等。
資料卡片~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
煉鐵高爐尾氣之謎
高爐煉鐵的主要反應(yīng)是：
Fe2O3＋3CO ════ 2Fe＋3CO2
高溫
其中產(chǎn)生CO的反應(yīng)是：
C(焦炭) ＋ O2(空氣) ════ CO2 (放出熱量)
高溫
C(焦炭) ＋ CO2(空氣) ════ 2CO (放出熱量)
高溫
生產(chǎn)中煉制生鐵所需焦炭的實(shí)際用量遠(yuǎn)高于按照化學(xué)方程式計(jì)算所需的量，而且從高爐爐頂出來(lái)的氣體中總是含有沒(méi)有利用的CO。開(kāi)始，煉鐵工程師們認(rèn)為是CO與鐵礦石接觸不充分造成的，于是設(shè)法增加高爐的高度。然而，令人吃驚的是，高爐增高后，高爐尾氣中CO的比例竟然沒(méi)有改變。這成了煉鐵技術(shù)中的科學(xué)懸念，人們一直在探究其中的原因。
直到19世紀(jì)下半葉，法國(guó)化學(xué)家勒夏特列 (H. -L. Le Chatelier， 1850-1936) 經(jīng)過(guò)深入的研究，才將這一謎底揭開(kāi)。
原來(lái)，產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是：
是一個(gè)可逆反應(yīng)，并且自下而上發(fā)生在高爐中有焦炭的地方。后來(lái)的研究證明，在高爐中 Fe2O3與CO反應(yīng)也不能全部轉(zhuǎn)化為Fe和CO2。
C＋CO2 2CO
隨堂練習(xí)
1. (課本49第4題) 在一定條件下，某可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)如下圖所示。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是 ( )
A. t1時(shí)刻，反應(yīng)逆向進(jìn)行
B. t2時(shí)刻，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率
C. t3時(shí)刻，到達(dá)反應(yīng)進(jìn)行的限度
D. t4時(shí)刻，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)
D
2. (課本50第5題)下列關(guān)于化學(xué)平衡狀態(tài)的敘述錯(cuò)誤的是 ( )
A.化學(xué)平衡是所有可逆反應(yīng)都存在的一種狀態(tài)
B.在給定條件下，達(dá)到平衡式可逆反應(yīng)完成程度達(dá)到最大
C.達(dá)到平衡時(shí)，正、逆反應(yīng)速率均為零
D.達(dá)到平衡時(shí)，但鸚鵡和生成物的濃度不再發(fā)生變化
C
3. (課本50第6題)一定條件下的密閉容器中，發(fā)生可逆反應(yīng) N2(g)＋ 3H2(g) 2NH3(g)。下列情況不能說(shuō)明該反應(yīng)一定達(dá)到化學(xué)平衡的是 ( )。
A. NH3 的質(zhì)量保持不變
B. H2 的含量保持不變
C. 正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率相等
D. N2、H2 和 NH3 的物質(zhì)的量之比為 1∶3∶2
D
4. (課本50第7題)工業(yè)制取硫酸中的一步重要反應(yīng)是 SO2 在400~500℃下的催化氧化：
這是一個(gè)正反應(yīng)放熱的可逆反應(yīng)。如果反應(yīng)在密閉容器中進(jìn)行，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 ( )
A. 使用催化劑是為了增大反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率
B. 在上述條件下，SO2不可能100%地轉(zhuǎn)化為SO3
C. 提高反應(yīng)時(shí)的溫度，可以實(shí)現(xiàn)SO2的完全轉(zhuǎn)化
D. 通過(guò)調(diào)控反應(yīng)條件，可以提高該反應(yīng)進(jìn)行的程度
2SO2＋O2 2SO3
催化劑
△
C
5. 在一定溫度下，可逆反應(yīng) A(g)＋3B(g) 2C(g) 達(dá)到平衡的標(biāo)志是 (　　)
A. A的生成速率與C分解的速率相等
B. 單位時(shí)間內(nèi)生成 n mol A，同時(shí)生 3n mol B
C. A、B、C的濃度不再變化
D. A、B、C的分子數(shù)比為1∶3∶2
C
6. 對(duì)于可逆反應(yīng) M＋N Q 達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，下列說(shuō)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. M、N、Q的濃度都保持不變
D. 反應(yīng)已經(jīng)停止
C
7.(雙選)下列說(shuō)法可以證明反應(yīng) N2＋3H2 2NH3 已達(dá)平衡狀態(tài)的是 ( )
A. 1個(gè)N≡N鍵斷裂的同時(shí)，有3個(gè)H－H鍵形成
B. 1個(gè)N≡N鍵斷裂的同時(shí)，有3個(gè)H－H鍵斷裂
C. 1個(gè)N≡N鍵斷裂的同時(shí)，有6個(gè)N－H鍵斷裂
D. 1個(gè)N≡N鍵斷裂的同時(shí)，有6個(gè)N－H鍵形成
A、C
練習(xí)與應(yīng)用
1. 請(qǐng)根據(jù)已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)填寫(xiě)下表。
影響化學(xué)反應(yīng)速率的條件 如何影響 實(shí)例
溫度 溫度升高化學(xué)反應(yīng)速率加快，溫度降低化學(xué)反應(yīng)的速率降低; 過(guò)氧化氫在加熱條件下比常溫下更容易分解
影響化學(xué)反應(yīng)速率的條件 如何影響 實(shí)例
濃度 反應(yīng)物(非固體和純液體)濃度越大，化學(xué)反應(yīng)速率越快 鎂和不同濃度的鹽酸反應(yīng)，高濃度鹽酸反應(yīng)速率更快
固體的表面積 固體反應(yīng)物的表面積越大，化學(xué)反應(yīng)速率越快 碳酸鈣粉未和塊狀碳酸鈣與等濃度鹽酸反應(yīng)，碳酸鈣粉末產(chǎn)生氫氣速率更快
影響化學(xué)反應(yīng)速率的條件 如何影響 實(shí)例
催化劑 催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)速率，正催化劑加快化學(xué)反應(yīng)速率，負(fù)催化劑降低化學(xué)反應(yīng)速率 向 H2O2中加入三氯化鐵溶液或者二氧化錳粉末能加快過(guò)氧化氫的分解、食用油脂里加入沒(méi)食子酸正丙，就可以有效地防止酸敗
2. 對(duì)于反應(yīng) 2SO2(g) ＋O2(g) 2SO3(g)，如下表所示，保持其他條件不變，只改變一個(gè)反應(yīng)條件時(shí)生成 SO3的反應(yīng)速率會(huì)如何變化 (在下表空格內(nèi)填“增大”“減小”或“不變”。)
改變條件 升高溫度 降低溫度 增大氧氣的濃度 使用催化劑 減小容器容積 恒容下充入Ne
生成SO3的速率 增大 減小 增大 增大 增大 不變
8. 日常生活中的下列做法，與調(diào)控反應(yīng)速率有關(guān)的是_________ ( 填序號(hào) )，請(qǐng)利用本節(jié)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行解釋。
① 食品抽真空包裝
② 在鐵制品表面刷油漆
③ 向門(mén)窗合頁(yè)里注油
④ 用冰箱冷藏食物
④
9. 某課外實(shí)驗(yàn)小組利用壓強(qiáng)傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)等數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，探究鎂與不同濃度鹽酸的反應(yīng)速率，兩組實(shí)驗(yàn)所用試劑如下：
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示。
(1) 試說(shuō)明該圖中曲線(xiàn)的含義。
(2) 結(jié)合實(shí)驗(yàn)條件，分析兩條曲線(xiàn)的區(qū)別。
解：曲線(xiàn)表示不同濃度的鹽酸與鎂條反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)生氣體的壓強(qiáng)隨著時(shí)間的變化關(guān)系，曲線(xiàn)斜率可表征反應(yīng)速率。
(1) 試說(shuō)明該圖中曲線(xiàn)的含義。
解：兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中鹽酸均過(guò)量，鎂條均
不足，理論上若時(shí)間足夠長(zhǎng)，最終反應(yīng)
生成的氣體的量應(yīng)該相同。
實(shí)際上，實(shí)驗(yàn)1中氫離子的濃度大，反應(yīng)速率快，表現(xiàn)在圖像上其曲線(xiàn)斜率大，相同時(shí)間內(nèi)比實(shí)驗(yàn)2生成的氣體多，壓強(qiáng)大。
(2) 結(jié)合實(shí)驗(yàn)條件，分析兩條曲線(xiàn)的區(qū)別。
10. 在許多食品外包裝上都有類(lèi)似下圖所示的說(shuō)明，你能用化學(xué)反應(yīng)速率的知識(shí)加以解釋嗎 你還能找出類(lèi)似的例子嗎
解：溫度越低，反應(yīng)速率越慢，所以溫度越低保質(zhì)期越長(zhǎng)，將物品放入冰箱保存的目的是降低溫度，減小反應(yīng)速率；例如超市的奶制品通常陳列在冰柜里。
11. 在通常情況下，面粉并不會(huì)發(fā)生爆炸。但是，當(dāng)面粉在相對(duì)密閉的空間內(nèi)懸浮在空氣中，達(dá)到一定濃度時(shí)，遇火卻會(huì)發(fā)生劇烈的反應(yīng)，導(dǎo)致爆炸。試用本節(jié)所學(xué)的知識(shí)對(duì)此作出解釋。
解：當(dāng)面粉彌漫在空氣中，細(xì)小的面粉顆粒與空氣中的氧氣的接觸面積大大增加，一旦遇到明火，就會(huì)劇烈反應(yīng)，導(dǎo)致爆炸。
12. 實(shí)驗(yàn)室通常用大理石(或石灰石) 與稀鹽酸反應(yīng)制取二氧化碳，不用純堿與鹽酸或硫酸反應(yīng)制取二氧化碳的考慮是：
(1)純堿比大理石(或石灰石)成本高，不經(jīng)濟(jì)；
(2) 反應(yīng)速率太快，難以控制和收集產(chǎn)物。
反應(yīng)速率可以通過(guò)改變反應(yīng)條件來(lái)控制。作為研究，請(qǐng)你提出用純堿與鹽酸反應(yīng)制取二氧化碳的適宜途徑，并用實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)?zāi)愕脑O(shè)計(jì)。
解：在錐形瓶中放入適量的純堿固體，上塞雙孔塞孔插入分液漏斗，一孔插入導(dǎo)氣管，實(shí)驗(yàn)室時(shí)，可通過(guò)分液漏斗調(diào)節(jié)注入稀鹽酸的量，觀察氣體生成，從而達(dá)到控制反應(yīng)的目的。
本課結(jié)束
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