6.2.2 化学反应的速率与限度 课件 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第六章 化学反应与能量 第二节 化学反应的速率与限度 学习目标 1.结合实例体会可逆反应存在限度，理解化学平衡状态的特征，发展“变化观念与平衡思想”的学科核心素养。 2.体会从限度和快慢两个方面去认识和调控化学反应的重要性，认识控制反应条件在生产和科学研究中的作用。 曾经在某网站上出现过这样一个问题:如果穿越回古代，你会带什么书回去?在工程技术方面最常提到的无外乎《土法炼钢》和《粗制氨水》。由此可以看出，氨的合成对人类来说几乎可以和炼钢相媲美。合成氨究竟有怎样的意义呢?可以这样说，合成氨是人类首次彻底地采用化学合成的方式对自然循环进行干预，人类由此在自然循环中依靠自己的努力改变了过去靠天吃饭的状况。直到今天，合成氨仍然是我们工业固定氮源的重要方法。 资料 1909年，德国化学家哈伯采用“循环法”利用氮气和氢气合成了氨气，并沿用至今，经历了一系列探究过程之后，对实验条件进行了改进，发现采用如下表所示的条件后，反应混合物中氨的含量有所提高，说明探究过程是正确的。但是大家应该也发现了，即使在这样的条件下,反应混合物中氨的含量依然不高。 温度/℃ 不同压强条件下氨的含量/% 0.1MPa 10MPa 20MPa 30MPa 60MPa 100MPa 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4 问题1 哈伯在对实验进行改进后，反应混合物中氨的含量依然不高，可能的原因是什么？ 不同条件下，合成氨反应达到化学平衡时反应混合物中氨的含量（体积分数） 合成氨反应为可逆反应，存在限度 温度/℃ 不同压强条件下氨的含量/% 0.1MPa 10MPa 20MPa 30MPa 60MPa 100MPa 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4 知识回顾 可逆反应： 在同一条件下，既能向正反应方向进行， 同时又能向逆反应方向进行的反应。 不用“ === ”，用 “ ”。 在某固定密闭容器中发生反应： 各物质的浓度随反应的时间变化如下表所示： 时间(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 此条件下进行到什么时候达到了这个反应的限度? 问题2 化学平衡状态的建立 在某固定密闭容器中发生反应： 各物质的浓度随反应的时间变化如下表所示： 时间(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 反应开始时 反应进行时 反应50min后 宏观 物料角度 c(反应物) ____ 0 c(反应物) ______ c(反应物)______ c(生成物) ____ 0 c(生成物) ______ c(生成物)______ 微观 速率角度 v正 ____ 0 v正 ______ v正 ______ v逆 ____ 0 v逆 ______ v逆 ______ > = > = 减小 增大 减小 增大 不变 不变 不变 不变 t 0 v v(正) v(逆) ● 50min v(正)=v(逆) ≠0 各物质浓度不变 在一定条件下，可逆反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物和生成物浓度不再发生变化，达到一种表面静止的状态，这种状态称为化学平衡状态，简称化学平衡。 可逆反应在一定条件下所能达到或完成的最大程度，即该反应的限度。 ● 三、化学反应的限度（化学平衡状态） 1、定义： 2、化学平衡状态的特征 逆 定 等 动 变 化学平衡状态研究的对象是可逆反应 达到化学平衡状态后，各组分浓度不再改变，不随时间变化而变化 达到化学平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等 化学平衡是一种表面静止状态，反应并未停止，是一种动态平衡 外界条件改变时，原平衡状态将被打破，再在新条件下建立新的平衡 3、判断反应达到平衡的依据 达到平衡的标志： （一定条件下） v正=v逆 浓度不再改变 1909年，德国化学家哈伯采用“循环法”利用氮气和氢气合成了氨气，并沿用至今。从反应限度的视角选择合成氨的生产条件，多角度认识“循环法”的工业价值 温度/℃ 不同压强条件下氨的含量/% 0.1MPa 10MPa 20MPa 30MPa 60MPa 100MPa 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4 哈伯为什么不选择更高的温度和压强使反应速率更快呢？ 问题1 问题2 能否从其他角度分析“循环法”合成氨的优势还有哪些？ 在工业生产上，除需要考虑速率、产量等因素外，还需考虑环境、资源、设备、能耗、成本等问题 “循环法”除可提高反应物转化率外，还可控制反应速率。对于放热反应，通过气体的循环可将反应热及时移走，以免温度过高导致速率过快，且容易烧坏触媒和设备。此外还可在一定程度上减少能耗，减少资源浪费和污染排放。 四、化学反应条件的控制 在化工生产中，为了提高反应进行的程度而调控反应条件时，需要考虑控制反应条件的成本和实际可能性。 合成氨的生产在温度较低时，氨的产率较高；压强越大，氨的产率越高。但温度低，反应速率小，需要很长时间才能达到化学平衡，生产成本高，工业上通常选择在400~500℃下进行。而压强越大，对动力和生产设备的要求也越高，合成氨厂随着生产规模和设备条件的不同，采用的压强通常为10~30MPa。 催化剂 高温、高压 N2 + 3H2 2NH3 工业合成氨 四、化学反应条件的控制 在化工生产中，为了提高反应进行的程度而调控反应条件时，需要考虑控制反应条件的成本和实际可能性。 基本措施 改变反应速率 改变反应限度 改变温度、浓度、气体的压强、固体的表面积以及催化剂的合理使用等 改变温度、浓度、气体的压强等 思考：为提高燃料的燃烧效率，应如何调控燃烧反应的条件? 提高燃料燃烧效率的具体措施： (1)将煤研细，增大与氧气的接触面积，加快反应速率；使用助燃剂 (2)适当过量的空气有利于煤的充分燃烧； (3)炉(灶)膛材料采用保温性能好的的耐高温材料； (4)废气中的热量可用于供暖或发电等。 归纳总结 化学反应限度 1、可逆反应的进程都有一定的限度 2、化学平衡状态的建立 3、化学平衡状态的特征——动、等、定、变。 4、化学平衡状态的判断——判断依据：等、定 化学反应条件的控制 促进有利的化学反应，抑制有害的化学反应。 $$