資源簡介

(共47張PPT)
化學反應的限度　
化學反應條件的控制
第2課時
第二節　化學反應的速率與限度
學習目標
1.通過對化學反應限度的學習,能描述可逆反應的含義及特點,知道可逆反應在一定條件下能達到化學平衡狀態。
2.通過對化學反應限度的學習,能描述化學平衡狀態,判斷化學反應是否達到平衡。
3.能從化學反應快慢和限度的角度解釋生產、生活中簡單的化學現象,列舉化學反應條件的控制的思路和方法。
任務分項突破
『自主梳理』
學習任務1　認識化學反應的限度
1.可逆反應
(1)定義。
在同一條件下,既能向 進行,同時又能向
進行的反應。書寫可逆反應的化學方程式時,不用“ ”,用“ ”。
正反應方向
逆反應方向
(2)
同一條件下
同時
2.化學平衡狀態的建立
(1)化學平衡狀態的建立過程。
在一定條件下,向反應容器中加入SO2和O2發生反應:2SO2+O2 2SO3。
最大
為0
減小
增大
＞
＞
=
(2)用速率變化圖像表示化學平衡狀態的建立。
3.化學平衡狀態
在一定條件下,當 進行到一定程度時,正反應速率與逆反應速率 ,反應物的濃度與生成物的濃度都 ,達到一種表面靜止的狀態,稱為化學平衡狀態,簡稱 。
可逆反應
相等
不再改變
化學平衡
4.化學反應的限度
(1)化學平衡狀態是可逆反應在一定條件下所能達到或完成的
,即該反應進行的限度。
(2)對化學反應限度的理解。
①化學反應的限度決定了反應物在一定條件下的最大 。
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 。
最大程度
轉化率
限度
『互動探究』
對利用甲烷消除NO2污染進行研究,發生反應的化學方程式為CH4+2NO2 N2+CO2+2H2O(18O標記NO2中的O原子)。在2 L密閉容器中,控制不同溫度,分別加入0.50 mol CH4和1.2 mol NO2。測得n(CH4)隨時間變化的有關實驗數據見下表。
組別 溫度 n/mol 時間/min 0 10 20 40 50
① T1 n(CH4) 0.50 0.35 0.25 0.10 0.10
② T2 n(CH4) 0.50 0.30 0.18 0.15
探究1　化學平衡的特征
問題1:當CO2的濃度不再改變,容器中是否還存在NO2和CH4 此時可能在哪種物質中測得18O
提示:存在。CO2、NO2、H2O中均可能測得18O。
問題2:CO2的濃度不再改變時,反應是否停止了
提示:沒有停止,v正=v逆≠0,反應達到一種表面靜止的狀態。
問題3:不向容器中添加CO2,能否改變CO2的含量
提示:能。改變反應條件(如溫度、壓強等)可以改變化學反應的限度。
問題4:根據以上討論,總結化學平衡具有哪些特征。
提示:①逆(反應為可逆反應);②等(v正=v逆);③動(是動態平衡,反應并沒有停止);④定(反應物和生成物的濃度都保持不變);
⑤變(外界條件改變,化學平衡被破壞并建立新的化學平衡)。
探究2　化學平衡狀態的判斷依據
問題5:某時刻測得該反應2v正(NO2)=v逆(CO2),是否達到了平衡狀態
提示:否。當v正(NO2)=2v逆(CO2)時達到平衡狀態,若用同種物質表示,則v正=v逆≠0達到平衡狀態。
問題6:由實驗數據能否比較實驗控制的溫度T1與T2的高低
提示:能。溫度越高,反應速率越大,由實驗數據可知,0～20 min內,實驗①中CH4的物質的量的變化量為0.25 mol ,實驗②中CH4的物質的量的變化量為0.32 mol ,則實驗②溫度高,即實驗控制的溫度T1問題7:40 min時,表格中T2對應反應是否已經達到平衡狀態
提示:T1、40 min時,反應達到平衡狀態,因T2溫度更高,達到平衡用時更短,所以表格中40 min時,T2對應反應已經達到平衡狀態。
問題8:某時刻c(NO2)∶c(N2)∶c(CO2)=2∶1∶1,是否達到平衡狀態
提示:無法確定是否達到化學平衡狀態,平衡時,各物質的濃度之比不一定等于其化學計量數之比。
問題9:某時刻測得該容器內壓強不再改變,是否達到平衡狀態 若將反應換成H2(g)+I2(g) 2HI(g),容器內壓強不再改變,是否達到平衡狀態
提示:是。不能判斷,反應前后氣體物質的量不發生改變,壓強始終不變,不能判斷是否達到平衡狀態。
歸
納
拓
展
1.化學平衡狀態的特征
2.化學平衡狀態的判斷依據
(1)直接標志。
①v正=v逆≠0。
②各組分的濃度、質量分數、物質的量分數、體積分數等不隨時間的改變而改變。
(2)間接標志——“變量不變”。
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的體積不等的可逆反應)。
②混合氣體的密度不隨時間的改變而變化(適用于a.恒壓且反應前后氣體的體積不等的可逆反應;b.恒容且有固體、液體參與的可逆反應)。
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。
『題組例練』
題點一　可逆反應的判斷
1.下列有關可逆反應的說法錯誤的是(　 　)
C
2.下列有關化學反應限度的說法正確的是(　 　)
A.可逆反應達到平衡狀態時反應物的濃度等于生成物的濃度
B.可逆反應達到平衡狀態時正、逆反應速率相等
C.可逆反應達到平衡狀態后不可改變
D.可逆反應達到平衡狀態時反應停止
B
解析:可逆反應達到平衡狀態時,正、逆反應速率相等,但各物質濃度不一定相等,A錯誤,B正確;可逆反應達到平衡狀態后,如果反應條件改變,則原平衡會被破壞,C錯誤;可逆反應達到平衡狀態時,化學反應仍在進行,是同種物質的反應速率和生成速率相等,反應并沒有停止,D錯誤。
題點二　判斷化學平衡狀態
3.一定溫度下,在恒容密閉容器中發生反應:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)。下列能證明反應達到化學平衡狀態的是(　 　)
A.體系壓強不再變化
B.CO的濃度不再變化
C.容器內氣體總質量不再變化
D.生成的CO2與消耗的CO物質的量之比為1∶1
B
解析:題給反應前后氣體物質的量不變,因此隨反應進行,體系的壓強始終不變,故體系壓強不再變化,不能證明反應達到化學平衡狀態,故A錯誤;CO的濃度不再變化,說明正、逆反應速率相等,能證明反應達到化學平衡狀態,故B正確;根據質量守恒定律可知,容器內氣體總質量始終不變,故容器內氣體總質量不再變化,不能證明反應達到化學平衡狀態,故C錯誤;生成的CO2與消耗的CO均表示正反應方向,不能說明正、逆反應速率相等,不能證明反應達到化學平衡狀態,故D錯誤。
A
4.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 NO2
②單位時間內生成n mol O2的同時,生成 2n mol NO
③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∶1
④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.②③④⑥
C.①④⑤⑦ D.①②⑥⑦
解析:單位時間內生成n mol O2同時生成2n mol NO2,則v正=v逆,①能說明反應已達到化學平衡狀態,②不能說明;③中無論反應是否達到化學平衡狀態,各物質表示的化學反應速率之比都等于相應物質的化學計量數之比;④有色氣體的顏色不再改變,則表示體系中各物質的物質的量濃度不再變化,說明反應已達到化學平衡狀態;⑤體積固定,氣體的質量反應前后不變,無論是否達到化學平衡狀態,氣體的密度始終不變;⑥反應前后氣體的體積不相等,壓強不變,意味著各物質的含量不再變化,說明反應已達到化學平衡狀態;⑦由于反應前后氣體的質量不變,氣體的平均相對分子質量不變時,說明氣體中各物質的物質的量不變,反應達到化學平衡狀態。
思維建模
化學平衡狀態判斷“三關注”“一等一不變”
(1)三關注。
①關注反應條件,是恒溫恒容、恒溫恒壓,還是絕熱恒容容器;
②關注反應特點,是等體積反應,還是非等體積反應;
③關注特殊情況,是否有固體參加或生成,或固體的分解反應。
(2)一等一不變。
①一等(正、逆相等):v正(A)=v逆(A);v正(A)∶v逆(B)=a∶b(化學計量數之比);文字描述符合“(物質)同側(變化)異向,異側同向,比例計量(數值為化學計量數之比)”。
②一不變:變量不變,平衡出現;始終不變,不能判斷。
『自主梳理』
學習任務2　關注化學反應條件的控制
化工生產中化學反應條件的控制
速率
程度
小
高
大
高
增大
『互動探究』
探究　化學反應條件的控制
合成氨的化學工業生產中,采用鐵觸媒作催化劑,在10 MPa～
30 MPa、400～500 ℃時進行反應,試結合生產實際分析以下問題。
問題1:選擇適宜的反應條件時需要考慮哪些因素
提示:反應條件有溫度、濃度、壓強、催化劑;還需要考慮生產成本和實際可能性,化工生產需要控制成本,生產成本越低,越有利于大規模生產。
提示:不對。壓強越大,對設備的要求越高,壓縮H2和N2所需要的動力越大,因此選擇壓強應符合實際科學技術,一般在10 MPa～30 MPa,以保證較高的生產效益。
問題2:合成氨時,增大壓強,既可以提高氨的產率,也可以增大反應速率,因此選擇的壓強越大越好,對嗎
問題3:合成氨的生產在溫度較低時,反應限度大,但實際生產中選擇在400～500 ℃下進行,為什么
提示:溫度較低時,反應速率較小,達到平衡所需要的時間長,氨的產率低;溫度較高時,可增大反應速率,提高氨的產率,在400～500 ℃時加入的催化劑的活性最高。
歸
納
拓
展
化學反應條件的選擇
化學反應條件的選擇主要從速率和限度考慮,通過選取適當的條件,既可以控制化學反應速率,又可以改變化學反應的限度(注意:催化劑不能改變反應的限度)。
(1)對于人類需要或有利的化學反應——提高生產或工作效率,提高原料的利用率或轉化率。
(2)對于人類有害或不需要的化學反應——降低反應速率或隔離會引發反應的物質。
(3)關于特定條件環境或特殊需要的化學反應——要對化學反應條件進行特殊的控制。
『題組例練』
1.我國鍋爐燃燒采用沸騰爐的逐漸增多,采用沸騰爐的好處在于(　 　)
①降低煤炭的著火點
②減少爐中雜質氣體(如SO2等)的形成
③提高煤炭的熱效率并減少CO的排放
④使燃料燃燒充分,從而提高燃料的利用率
A.①② B.③④ C.①③ D.②④
B
解析:①燃料的著火點不可改變,故錯誤;②鍋爐燃燒采用沸騰爐能增大煤炭與氧氣的接觸面積,但反應物不變,燃燒過程不變,所以不能減少雜質氣體(如SO2等)的形成,故錯誤;③鍋爐燃燒采用沸騰爐能增大煤炭與氧氣的接觸面積,促使燃料充分燃燒,提高煤炭的熱效率,有利于減少CO的排放,故正確;④鍋爐燃燒采用沸騰爐能增大煤炭與氧氣的接觸面積,有利于使燃料燃燒充分,從而提高燃料的利用率,故正確。
C
2.合成氨工業中,在催化劑作用下發生反應N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。下列說法正確的是(　 　)
A.該反應反應物斷鍵時吸收的總能量大于生成物成鍵時放出的總能量
B.實際生產中通常選擇在400～500 ℃、100 MPa條件下合成氨
C.采取迅速冷卻的方法,可使氣態氨變為液態氨后及時從平衡混合物中分離出去
D.增大催化劑的表面積,不能有效增大反應速率
解析:合成氨的反應為放熱反應,即反應物斷鍵時吸收的總能量小于生成物成鍵時放出的總能量,A錯誤;工業生產中宜選擇400～500 ℃,此時催化劑活性較大,但不宜選用100 MPa,因為該壓強下氨的產量升高并不明顯,且對設備要求更高,B錯誤;氨易液化,實際生產中采取迅速冷卻變為液態后及時從平衡混合物中分離出去,C正確;增大催化劑的表面積,可有效增大反應速率,D錯誤。
知識整合
學科素養測評
合成氨工業對國民經濟起著至關重要的作用,它是國家氮肥工業的基礎,氨也是重要的化工原料之一。
(1)工業合成氨的反應可表示為N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),能說明該反應一定處于化學平衡狀態的是　　　　(填字母)。
A.N2、H2、NH3的濃度相等
B.恒容密閉容器中氣體的密度或壓強不再發生變化
C.單位時間內消耗a mol N2的同時生成了3a mol H2
D.斷裂3m mol H—H,同時斷裂6m mol N—H
CD
解析:(1)達到平衡狀態時,N2、H2、NH3的濃度不變而不是相等,
A錯誤。恒容密閉容器中氣體體積為定值,氣體總質量一定,故密度不變時,不能說明反應達到平衡狀態;而該反應為氣體體積減小的反應,當容器內壓強不再發生變化時,說明反應達到平衡狀態,B錯誤。單位時間內消耗a mol N2的同時生成3a mol H2,即v正=v逆,說明反應達到平衡狀態,C正確。斷裂3m mol H—H,
即反應消耗3m mol H2,同時斷裂 6m mol N—H,說明反應消耗
2m mol NH3,即v正=v逆,說明反應達到平衡狀態,D正確。
(2)工業合成氨的流程圖如圖所示:
ⅰ.請結合圖示流程,概括工業合成氨所采取的適宜條件:
　。
2×107 Pa、500 ℃、使用催化劑
ⅱ.下列有關工業合成氨生產條件的分析正確的是　　　　(填字母)。
A.步驟①中“凈化”的步驟沒有必要
B.步驟②采用該壓強,對應催化劑的活性最大
C.步驟③溫度可高于500 ℃,因為溫度升高,正反應速率增大,逆反應速率減小
D.步驟⑤有利于提高原料的利用率,能節約生產成本
D
解析:(2)ⅰ.結合圖示流程可知,工業合成氨的適宜條件是2×107 Pa、500 ℃、使用催化劑。ⅱ.為防止催化劑中毒,反應前N2和H2混合氣體需除雜凈化,A錯誤;工業合成氨時采用該壓強,與催化劑的活性無關,B錯誤;溫度升高,正、逆反應速率都增大,控制溫度500 ℃時,因該溫度下催化劑活性最大,C錯誤;步驟⑤N2和H2循環使用有利于提高原料的利用率,D正確。ⅲ.設混合氣體中N2和H2的物質的量分別為a mol和4a mol,轉化的N2為
x mol,列三段式得
命題解密與解題指導
情境解讀:本題以工業合成氨的流程為背景,考查化學平衡狀態的判斷,以及在真實生產情境中考查化學反應條件的選擇與控制、轉化率的計算,有利于促進思考、推理和判斷。
素養立意:結合工業合成氨的流程,能根據所學的理論知識解答實際問題,掌握化學反應的調控知識的實際應用及培養化學平衡計算的思維能力,培養變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知的學科素養。
思路點撥:
(1)化學平衡狀態的判斷依據及簡單計算;
(2)化學反應的調控在工業合成氨中的應用。
謝 謝 觀 看

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