資源簡介

(共42張PPT)
合成氨工業之父——卡爾·博施
1874年，卡爾·博施生于德國科隆。24歲時畢業于萊比錫大學，獲有機化學博士學位。1908年～1913年，卡爾·博施改進哈伯首創的高壓合成氨催化方法，利用氧化鐵型催化劑，使合成氨生產工業化，化學上稱為"哈伯——博施法"。1940年，因找到合適的催化劑，使合成氨反應成為工業化，也因此獲得諾貝爾化學獎。
將空氣變成面包的反應
如何提高生產效率呢？
只要盡力提高化學反應速率生產效率就一定高嗎？
工業合成氨將N2和H2按體積比為1∶3通入合成塔中，在不同條件下，測得NH3的最大含量(體積分數)如下表：
氨的最大含量/%
觀察與思考
你發現了什么問題？
合成氨反應有限度，原料無法完全轉化
只考慮化學反應速率不夠，還需考慮如何盡可能多地將原料轉化為產品
氨的最大含量/%
觀察與思考
概念
一定條件 可逆反應 正、逆反應速率相等 各物質的濃度不變
學
習
目
標
特征
逆 等 動 定 變
判斷
直接標志
間接標志
何為化學平衡狀態
1
某密閉容器中發生如下反應：
濃度
時間(t)
NH3
N2
H2
隨著反應的進行，體系中NH3的濃度逐漸增大，而N2與H2的濃度逐漸減小。
從某一時刻開始，它們的濃度均不再改變
某密閉容器中發生如下反應：
濃度
時間(t)
NH3
N2
H2
隨著反應的進行，體系中N2與H2的濃度逐漸增大，而NH3的濃度逐漸減小。
從某一時刻開始，它們的濃度均不再改變
濃度
時間(t)
NH3
N2
H2
濃度
時間(t)
NH3
N2
H2
不論正向進行，
還是逆向進行，
從某時刻各物質的濃度都保持不變，即達到反應的限度。
此時，反應停止了嗎？
濃度
時間(t)
NH3
N2
H2
反應速率
時間(t)
υ(正)
υ(逆)
v(正)>v(逆)
v(正)＝v(逆)
當正、逆反應速率相等時，達到看似不變的“表面靜止”狀態，但實際反應并未停止，一直在進行中
反應處于
平衡狀態
化學平衡概念
1
即體系的組成不隨時間而改變，這表明該反應中物質的轉化達到了“限度”，這時的狀態我們稱之為化學平衡狀態，簡稱化學平衡。
均保持不變
在一定條件下，在可逆反應體系中，
___________與____________相等，
正反應速率
逆反應速率
反應物的濃度與生成物的濃度__________，
前提
實質
標志
反應速率
時間(t)
υ(正)
υ(逆)
v(正)＝v(逆)
表面靜止
實際仍反應
達到化學平衡時，反應達到該條件下物質轉化的最大“限度”，即反應物的轉化率(α)最大。
轉化率(α)
＝
反應物的減少量
反應物的起始量
×100%
反應物的轉化率是否達到100%？
量: 質量、物質的量、體積、物質的量濃度等
某密閉容器中發生如下反應：
計算反應達平衡時氫氣的轉化率。
3
1.8
1.2
起始量/mol
轉化量/mol
平衡量/mol
平衡時H2的轉化率
α＝ ×100% ＝40%
1.2 mol
3 mol
19世紀下半葉，煉制生鐵過程中所需焦炭的實際用量，遠高于按照化學方程式計算所需的量，而且從高爐排出的廢氣中總是含有沒有利用的CO。工程師們認為是CO與鐵礦石接觸不充分造成的，于是增加高爐的高度。然而，增高后，高爐尾氣中CO的比例竟然沒有改變。
出鐵口
進風口
O2
N2
熱空氣
生鐵
進風口
出渣口
爐渣
CO2+C 2CO
高溫
C+O2 CO2
高溫
鐵礦石、焦炭、石灰石
高爐氣體
高爐氣體
3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2
高溫
CaCO3+SiO2 CaSiO3 + CO2↑
高溫
這是什么原因呢？
法國化學家勒夏特列經過研究發現：C+CO2 2CO是一個可逆反應，并且自下而上發生在高爐中有焦炭的地方。后來的研究證明，在高爐中Fe2O3與CO反應也不能全部轉化為Fe和CO2
還得是我！
化學平衡有何特征？
2
說說化學平衡有什么特征？
濃度
時間(t)
NH3
N2
H2
反應速率
時間(t)
v(正)
v(逆)
v(正)>v(逆)
v(正)＝v(逆)
反應處于
平衡狀態
化學平衡特征
2
逆
研究的對象是
可逆反應
等
v(正)＝v(逆)≠0
(本質)
動
動態平衡
反應未停止
定
平衡時，各組分的濃度保持一定
不是相等
也不是計量數之比
平衡移動
變
當外界條件改變，原平衡發生移動
如何理解v(正)＝v(逆)
一定條件下，可逆反應
1．同一物質
① 單位時間內，有1 mol N2反應掉，同時有________生成
② 單位時間內，有2 mol NH3生成，同時有__________消耗
③ 單位時間內，有1 mol H2生成，同時有__________消耗
1 mol H2
2．不同物質
① 單位時間內，有1 mol N2反應掉，同時有__________生成，___________反應掉。
如何理解v(正)＝v(逆)
3 mol H2
2 mol NH3
② 單位時間內，有3 mol H2反應掉，
同時有__________反應掉
2 mol NH3
v(H2)正
3
2
3
如何判斷反應達化學平衡狀態？
可逆的化學反應是否達到了化學平衡狀態的判斷
濃度
時間(t)
NH3
N2
H2
反應速率
時間(t)
υ(正)
υ(逆)
υ(正)>υ(逆)
υ(正)＝ υ(逆)
反應處于
平衡狀態
一定溫度下，在容積不變的密閉容器中進行合成氨反應，以下說法中哪些可判斷反應已達平衡狀態？
A．單位時間內消耗a mol N2，同時生成2a mol NH3
B．H2的消耗速率等于N2生成速率的3倍
C．容器內的壓強不再變化
D．混合氣體的總質量不再變化
E．混合氣體的密度不再變化
一定溫度下，在容積不變的密閉容器中進行合成氨反應，以下說法中哪些可判斷反應已達平衡狀態？
A．單位時間內消耗a mol N2，同時生成2a mol NH3
B．H2的消耗速率等于N2生成速率的3倍
C．容器內的壓強不再變化
D．混合氣體的總質量不再變化
E．混合氣體的密度不再變化
根據什么來判斷反應是否達到平衡狀態？
化學平衡判斷
3
v(正)＝v(逆)
若為同一物質
若為不同物質
生成速率等于其消耗速率
反應方向不同且比值等于計量數比
各組分的量不再改變
各組分的濃度不隨時間的改變而改變
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
1．先看方向
2．再看數值
正反應或逆反應的速率
同種物質
不種物質
變化的量
不再變化
必須是變化量
化學平衡判斷
3
變量不變
對同一物質而言，斷裂化學鍵的物質的量與形成化學鍵的物質的量相等
可逆反應中有色的物質顏色不再改變，則反應達到平衡狀態
若一個物理量隨著反應的進行而改變，當其不變時反應達平衡狀態
隨反應的進行保持不變的物理量，不能作為反應達平衡狀態的判據
化學鍵
顏色
如 H2(g)+I2(g) 2HI(g)
反應前后氣體的體積不相等，體系的總壓強不隨時間的改變而變化
反應前后氣體體積不變的反應不適用
參加反應的全是氣體、反應前后化學計量數不同的可逆反應，平均相對分子質量保持不變
壓強
密度
恒溫恒容，有固體參加的反應，體系的密度不隨時間的改變而變化
反應全是氣體的反應不適用
平均相對分子質量
判斷下列條件下，反應是否達到平衡？
你學會了嗎？
反應舉例 是否平衡
正、逆反應速率的關系 單位時間內消耗了m mol A同時生成了m mol A
單位時間內消耗了n mol B，同時生成了p mol C
vA:vB:vC:vD=m:n:p:q
單位時間內生成了n mol B，同時消耗了q mol D
即v(正) =v(逆)
均指v(正)
v(正)不一定等于v(逆)
均指v(逆)
平衡
不一定平衡
不一定平衡
不一定平衡
判斷下列條件下，反應是否達到平衡？
你學會了嗎？
反應舉例 是否平衡
氣體密度 若體系的體積不變，密度一定
混合氣體的壓強 當m+n≠p+q時，壓強一定
當m+n=p+q時，壓強一定
顏色 反應體系內有色物質的顏色一定
溫度 體系溫度一定(其他不變)
不一定平衡
平衡
不一定平衡
平衡
平衡
這節課我學到了什么？
（用一句話表示）
還有什么疑問？
可逆反應
特征
逆
等
定
動
變
判據
正逆反應速率相等
各組分的量不變
變量不變
研究的對象是可逆反應
υ(正)＝ υ(逆)
≠0
各組分的濃度或百分含量保持不變
外界條件改變時，平衡可能發生改變
壓強、物質的量、密度、顏色
氣體的總物質的量不變
氣體的總質量不變
氣體的總壓強不變
氣體的密度不變
混合氣體的顏色不變
體系的溫度不變
恒溫恒容的容器中，判斷下列條件下反應是否達到平衡。
氣體的總物質的量不變
氣體的總質量不變
氣體的總壓強不變
氣體的密度不變
混合氣體的顏色不變
體系的溫度不變
恒溫恒容的容器中，判斷下列條件下反應是否達到平衡。
看我七十二變
判斷下列描述的反應狀態是否達到平衡。
3v(N2)＝v(H2)
2v正(N2) ＝ v逆(NH3)
消耗 1 mol N2的同時，生成2 mol NH3
1 mol H-H鍵斷裂的同時，2 mol N-H鍵斷裂
單位時間內消耗的N2量是NH3量的兩倍
不變的物理量 2NO2 N2O4 H2＋I2(g) 2HI Fe2O3＋3CO
2Fe＋3CO2
各氣體的
物質的量濃度
氣體壓強
（恒溫恒容時）
氣體密度
（恒溫恒容時）
氣體顏色
（恒溫恒容時）
下列物理量不變，能否判斷可逆反應已達平衡？
某密閉容器中發生如下反應：
計算反應達平衡時氫氣的轉化率。
3
1.8
1.2
起始量/mol
變化量/mol
平衡量/mol
平衡時H2的轉化率
α＝ ×100% ＝40%
1.2 mol
3 mol
氫氣的轉化率為40%，反應達平衡。
該平衡狀態可以改變嗎？
氫氣的轉化率能提高嗎？
如能，哪些條件會影響化學平衡？
平衡狀態
υ(正)＝ υ(逆)
υ (正) ≠υ (逆)
＇
＇
非平衡狀態
反應條件改變
改變影響化學反應速率的因素，就有可能改變化學平衡，如濃度、壓強、溫度。
改變反應條件，平衡狀態可能發生變化。
在新條件下達新的平衡狀態。
紅棕色
無色
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__________。
①④⑥⑦
判斷下列描述的反應狀態是否達到平衡。
考考你自己
A(g)＋B(g) C(g) A(ｓ)＋B(g)　　C(g)
氣體的n總不變時
恒溫恒容 密閉容器，p總不變時
恒溫恒壓 密閉容器，V總不變時

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