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(共27張PPT)
第二節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的速率與限度
課時2 化學(xué)反應(yīng)的限度
第六章 化學(xué)反應(yīng)與能量
貳
知識導(dǎo)航
本節(jié)重難點
化學(xué)反應(yīng)限度
壹
化學(xué)反應(yīng)條件的控制
貳
課堂導(dǎo)入
閱讀：P48 科學(xué)史話，從這一材料中，你得到什么啟示？
增加煉鐵高爐的高度，不能改變高爐尾氣中CO的比例，原因是：
C+CO2 2CO是一個可逆反應(yīng)，不能完全進行，存在一定的反應(yīng)限度。在高爐中Fe2O3與CO的反應(yīng)也不能全部轉(zhuǎn)化為Fe和CO2。
煉鐵高爐尾氣之謎
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比較兩個反應(yīng)方程式對應(yīng)表中數(shù)據(jù)，你能發(fā)現(xiàn)什么？
n(H2)/mol 2 2 2 2 2
n(O2)/mol 0.5 1 5 10 100
反應(yīng)結(jié)束后H2物質(zhì)的量 1 0 0 0 0
表1：反應(yīng) O2 + 2 H2 === 2 H2O中，
點燃
n(H2)/mol 3 3 3 3 3
n(N2)/mol 0.5 1 5 10 100
反應(yīng)結(jié)束后H2物質(zhì)的量 1.8 0.4 0.24 0.15 0.08
表2：反應(yīng) N2 + 3 H2========= 2 NH3中，
催化劑
高溫高壓
化學(xué)反應(yīng)是有限度的，有些能進行地較徹底，有些反應(yīng)是不徹底的，甚至是可逆的。
什么樣的反應(yīng)在給定條件下的進程有一定的限度？
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什么是可逆反應(yīng)？
在同一條件下，
既能向正反應(yīng)方向進行，同時又能向逆反應(yīng)方向進行的反應(yīng)。
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學(xué)習(xí)過的可逆反應(yīng)有哪些？
Cl2+H2O HCl+HClO
NH3+H2O NH3·H2O
SO2+H2O H2SO3
N2+3H2 2NH3
高溫、高壓
催化劑
2SO2+O2 2SO3
催化劑
△
和
　　　　　　　　　 互為可逆反應(yīng)嗎？
不是可逆反應(yīng)，反應(yīng)條件不相同。
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可逆反應(yīng)的特點
1、雙向性
在同一條件下，既能向正反應(yīng)方向進行，同時又能向逆反應(yīng)方向進行。
【思考】對于可逆反應(yīng)　　　　　　　　 向反應(yīng)容器中充入 N2 和 H2 ，可生成 NH3 ；
　　　　 若向反應(yīng)容器中充入 NH3 ，______ 得到 N2 （“能”或“不能”） 。
能
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可逆反應(yīng)的特點
可逆反應(yīng)不能完全進行，反應(yīng)物不能完全被消耗，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率小于100%。
2、不完全性
【思考】對于可逆 反應(yīng) 　　　　　　　　，向反應(yīng)容器中充入1 mol N2 和 3 mol H2 ，
　　　　充分反應(yīng)后，
　　　　①反應(yīng)容器中 ____ N2 剩余（“有”或“無”）；
　　　　②最終可得到 ____________ mol NH3 。
小于 2
有
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化學(xué)平衡狀態(tài)的建立
時間(min) 0 10 20 30 40 50 60 70 80
c(SO2) 10 6 3 2 1.2 1 1 1 1
c(O2) 5 3 1.5 1 0.6 0.5 0.5 0.5 0.5
c(SO3) 0 4 7 8 8.8 9 9 9 9
在某固定密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2SO2+O2 2SO3，各物質(zhì)濃度隨反應(yīng)時間變化如下：
催化劑
△
反應(yīng)剛開始時，濃度、速率有什么特點？
開始時c(SO2) 、c(O2)大， c(SO3) = 0
只有正反應(yīng)進行，v(逆)=0
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化學(xué)平衡狀態(tài)的建立
時間(min) 0 10 20 30 40 50 60 70 80
c(SO2) 10 6 3 2 1.2 1 1 1 1
c(O2) 5 3 1.5 1 0.6 0.5 0.5 0.5 0.5
c(SO3) 0 4 7 8 8.8 9 9 9 9
在某固定密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2SO2+O2 2SO3，各物質(zhì)濃度隨反應(yīng)時間變化如下：
催化劑
△
反應(yīng)一段時間后，濃度、速率有什么特點？
c(SO2) 、c(O2) 逐漸變小，c(SO3) 逐漸增大，三種物質(zhì)的濃度達到一個特定值
正逆反應(yīng)都進行， v(正)逐漸減小， v(逆)逐漸增大，最終 v(正) =v(逆)≠ 0
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化學(xué)平衡狀態(tài)的建立
時間(min) 0 10 20 30 40 50 60 70 80
c(SO2) 10 6 3 2 1.2 1 1 1 1
c(O2) 5 3 1.5 1 0.6 0.5 0.5 0.5 0.5
c(SO3) 0 4 7 8 8.8 9 9 9 9
在某固定密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2SO2+O2 2SO3，各物質(zhì)濃度隨反應(yīng)時間變化如下：
催化劑
△
反應(yīng)開始時 反應(yīng)進行時 反應(yīng)50min后 宏觀 物料角度 c(反應(yīng)物) ____ 0 c(反應(yīng)物) ______ c(反應(yīng)物)______ c(生成物) ____ 0 c(生成物) ______ c(生成物)______ 微觀 速率角度 v正 ____ 0 v正 ______ v正 ______
v逆 ____ 0 v逆 ______ v逆 ______ >
=
>
=
減小
增大
減小
增大
不變
不變
不變
不變
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如何用圖像描述 v正 和 v逆 變化規(guī)律 ？
時間
速率
O
正反應(yīng)
逆反應(yīng)
O
時間
濃度
生成物
反應(yīng)物
平衡時：C反、C生不再變化， 達到了平衡狀態(tài)，v正=v逆≠0
反應(yīng)開始時：C反最大, v正最大;
反應(yīng)進行過程中：C反↓, v正↓;
C生=0 ， v逆=0
C生↑ v逆↑
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【例1】合成氨工業(yè)對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展具有重要的意義。對于密閉容器中的反應(yīng)：
N2(g)＋3H2(g)　　　　　 2NH3(g)，
673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)隨時間t變化的關(guān)系如圖所示。
下列敘述中正確的是( )
A.c點處正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等
B.a點的正反應(yīng)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(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率
B
高溫、高壓
催化劑
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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)。
（2）對化學(xué)平衡狀態(tài)的理解:
前提（適用范圍）：
內(nèi)在本質(zhì)：
外在標(biāo)志：
可逆反應(yīng)
v(正)= v(逆) ≠0
反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不變
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化學(xué)平衡狀態(tài)
(3) 化學(xué)平衡狀態(tài)的特征
逆
定
動
等
變
化學(xué)平衡狀態(tài)研究的對象是可逆反應(yīng)
達到化學(xué)平衡狀態(tài)后，各組分濃度不再改變，不隨時間變化而變化
達到化學(xué)平衡狀態(tài)時，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等
化學(xué)平衡是一種表面靜止?fàn)顟B(tài)，反應(yīng)并未停止，是一種動態(tài)平衡
外界條件改變時，原平衡狀態(tài)將被打破，再在新條件下建立新的平衡
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化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷
你覺得這些特征中，哪些可以說明一個可逆反應(yīng)達到了一定條件下的反應(yīng)限度（化學(xué)平衡狀態(tài)）？
“等”
“定”
--標(biāo)志
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如何理解 v正 = v逆？
核心：1、有正有逆的描述；2、轉(zhuǎn)化為同一物質(zhì)速率相等
【例2】一定條件下，對于可逆反應(yīng)N2＋3H2 2NH3，表示正、逆反應(yīng)速率可以用N2或H2或NH3來表示：下列能表示反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)的是
（1）單位時間內(nèi)，有1mol N2消耗，同時有1mol N2生成
（2）單位時間內(nèi)，有3mol H2消耗，同時有2mol NH3生成
（3）單位時間內(nèi)，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
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如何理解 “定”？
核心：一個量隨反應(yīng)一直變，突然不變
變量不變 即平衡
【例3】一定條件下，對于可逆反應(yīng)N2＋3H2 2NH3，表示正、逆反應(yīng)速率可以用N2或H2或NH3來表示，下列能表示反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)的是
（1）容器內(nèi)氮氣的物質(zhì)的量不再改變
（2）容器內(nèi)顏色不再改變
（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）恒容或恒壓條件，容器內(nèi)平均相對分子質(zhì)量不再改變
(1) (3) (5)
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【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(tài)的是___________。
① 單位時間內(nèi)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(yīng)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(nèi)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(zhì)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
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化學(xué)平衡狀態(tài)是可逆反應(yīng)在一定條件下所能達到或完成的最大程度，即該反應(yīng)的限度。
② 同一可逆反應(yīng)，不同條件下，化學(xué)反應(yīng)的限度不同，即：
改變條件可以在一定程度上改變一個化學(xué)反應(yīng)的限度。
① 化學(xué)反應(yīng)的限度決定了反應(yīng)物在一定條件下的最大轉(zhuǎn)化率。
化學(xué)平衡狀態(tài)的限度
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化學(xué)反應(yīng)條件的控制
1. 控制化學(xué)反應(yīng)條件的目的
促進有利反應(yīng)：
提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率即原料的利用率，加快反應(yīng)速率等
抑制有害反應(yīng)：
減緩反應(yīng)速率，減少甚至消除有害物質(zhì)的產(chǎn)生，控制副反應(yīng)的發(fā)生等
2. 控制化學(xué)反應(yīng)條件的方法
改變化學(xué)反應(yīng)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(yīng)進行的程度：
改變溫度、溶液濃度、氣體壓強（或濃度）等
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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？
煤燃燒時，將煤塊粉碎成煤粉：
增大與空氣中O2的接觸面積，煤粉燃燒更充分，反應(yīng)速率更快
通入適當(dāng)過量的空氣：
增大O2濃度煤粉充分燃燒，生成CO2，放出更多的熱量；
同時避免不充分燃燒，生成CO，造成環(huán)境污染
爐膛材料盡量選擇保溫性能好的，煙道廢氣中的熱量用來加熱水、發(fā)電等，以提高熱量利用率。
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從速率和平衡的角度分析，
為什么工業(yè)上通常采用400-500℃，10-30Mpa條件合成氨氣？
溫度較低時氨的產(chǎn)率較高，但溫度低時反應(yīng)速率小，達到平衡需要的時間很長生產(chǎn)成本高
壓強越大，氨的產(chǎn)率越高，但對動力和生產(chǎn)設(shè)備的要求越高
400~500℃
10 MPa~ 30 MPa
探究課堂
【例5】下列措施可以提高燃料燃燒效率的是 (填序號)。
①提高燃料的著火點　
②降低燃料的著火點
③將固體燃料粉碎　
④將液體燃料霧化處理
⑤將煤進行氣化處理　
⑥通入適當(dāng)過量的空氣
③ ④ ⑤ ⑥
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【例6】下圖所示為工業(yè)合成氨的流程圖。下列有關(guān)生產(chǎn)條件的調(diào)控作用分析正確的是___________(填序號)。
(1)步驟①中“凈化”可以防止催化劑中毒
(2)步驟②中“加壓”可以加快反應(yīng)速率
(3)步驟②采用的壓強是2×107 Pa，因為在該壓強下鐵觸媒的活性最大
(4)步驟③，選擇高效催化劑是合成氨反應(yīng)的重要條件
(5)目前，步驟③一般選擇控制反應(yīng)溫度為700 ℃左右
(6)步驟④⑤有利于提高原料的利用率，能節(jié)約生產(chǎn)成本
(1)(2)(4)(6)
課堂小結(jié)
化學(xué)反應(yīng)的限度
化學(xué)反應(yīng)限度
化學(xué)反應(yīng)條件的控制
可逆反應(yīng)
化學(xué)平衡狀態(tài)的建立
化學(xué)平衡狀態(tài)及標(biāo)志
方法
目的
化學(xué)反應(yīng)的限度
抑制有害的化學(xué)反應(yīng)
促進有利的化學(xué)反應(yīng)
改變可逆反應(yīng)進行的程度
改變化學(xué)反應(yīng)速率
謝謝觀看
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