6.2 化学反应的速率与限度 第2课时 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 第2课时 化学反应的限度 学习目标 1、了解可逆反应及特点。 2、理解化学平衡状态的特征及标志，学会平衡状态的判断。 3、知道改变条件化学平衡会发生移动。 4、了解控制反应条件在生产生活和科学研究中的作用。 2 阅读：P48 科学史话，从这一材料中，你得到什么启示？ 1、为什么尾气中总是有CO？ 2、为什么尾气中CO的含量是不变的？ 思考：我们知道在化学反应中，反应物之间是按照化学方程式中的系数比进行反应的，那么，在实际反应中，反应物能否按相应的计量关系完全转化为生成物呢？ ① 2H2 + O2 = 2H2O 已知：2mol 1mol ② 2SO2 + O2 = 2SO3 已知：2mol 1mol 2mol ? <2mol ? 1.可逆反应 概念：在同一条件下既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应。 一、化学反应的限度 典型的可逆反应有: N2+3H2 2NH3 催化剂 2SO2+O2 2SO3 催化剂 SO2 +H2O H2SO3 NH3 +H2O NH3 ·H2O 高温、高压 可逆反应的特点： ①正反应和逆反应是两个方向完全相反的不同的化学反应，但同时发生。 ③不能进行到底，反应物、生成物共同存在；任何一种物质的存在量都大于0。 ②正反应和逆反应发生的条件相同。 ④可逆反应有一定的限度 A B D 【练习】 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 在某密闭容器中发生反应： 此条件下进行到什么时候达到了这个反应的限度? 此时的反应是否停止了？ 此时为何3种物质的浓度保持不变? 2.化学平衡状态的建立 2SO2+O2 2SO3 催化剂 △ ① 该可逆反应的v正 、v逆取决于什么因素？  ② 反应刚开始时， v正 、v逆 的大小比较？  ③ 随着反应的进行，v正 、v逆 的大小如何变化？为什么？ ④ v正、v逆 的变化将导致二者出现什么结果？   思考：恒温恒容条件下， 2SO2+O2 2SO3 催化剂 △ (1)开始 反应速率 v(正) v(逆) t1 时间（t） 0 c(SO2) 、c(O2)最大， c(SO3)＝0 2SO2 + O2 2SO3 v(正)最大，v(逆)=0 反应速率 v(正) v(逆) t1 时间（t） 0 v(正) v(逆) 反应速率 t1 时间（t） 0 (3)平衡 (2)变化 v(正)减小，v(逆)增大 v(逆)≠0，v(正)＞v(逆) v(正)=v(逆) ≠0 c(SO2) 、c(O2 )减小, c(SO3)增大 2SO2 + O2 2SO3 c(SO2) 、c(O2 )不变, c(SO3)不变 2SO2+O2 2SO3 催化剂 △ 反应物浓度最大，生成物浓度为0 反应物浓度不变，生成物浓度不变 反应物浓度减小，生成物浓度增大 3.化学平衡状态 (1)化学平衡状态的概念 在一定条件下，一个可逆反应进行到一定程度时，正向反应速率与逆向反应速率相等时，反应物浓度和生成物浓度不再改变，达到一种表面静止的状态。 动：动态平衡 等：v(正)= v(逆) ≠0 定：平衡时，各组分的浓度保持不变。 变：条件改变，原平衡破坏，建立新平衡。 逆：研究对象是可逆反应 (2)化学平衡状态的特征 (1)化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到或完成的 ，即该反应进行的限度。 最大程度 转化率 限度 4.化学反应的限度 (2)对化学反应限度的理解 ①同一可逆反应，不同条件下，化学反应的限度不同，即改变条件可以在一定程度上改变一个化学反应的 。 ②化学反应的限度决定了反应物在一定条件下的最大 。 N2(g) + 3H2 (g) = 2NH3(g) 起： 变： 平： 1 3 0 0.8 0.2 0.6 2.4 0.4 0.4 (1) (2)1 mol N2和3 mol H2在一定条件下可完全生成2 mol NH3(　　) (3)一定条件，可以通过延长化学反应的时间来改变反应物的最大转化率 (　　) (4)化学反应达到化学平衡状态时正、逆反应速率相等，是指同一物质的消耗速率和生成速率相等，若用不同物质表示时，反应速率不一定相等 (　　) (5)可逆反应达到平衡状态时，各反应物、生成物的浓度相等(　　) × × × √ × 化学反应在一定条件下建立平衡状态时，化学反应将会停止(　　) 课堂训练 ①同一物质：生成速率＝消耗速率，即v正(A)＝v逆(A)。 ②不同物质：速率之比＝化学计量数之比，但必须是不同方向的速率， 即： 逆向相等 — 速率必须一个是正反应速率，一个是逆反应速率，且经过换算后同一物质的消耗速率和生成速率相等 如aA＋bB 5、化学平衡状态的判断依据 标志一 ：v正=v逆≠0 (1)直接依据——根据速率关系 例如，一定条件下，可逆反应 N2＋3H2 2NH3，对该可逆反应，表示正、逆反应速率可以用N2或H2或NH3来表示： （1）单位时间内，消耗1molN2，同时1molN2生成 （2）单位时间内，消耗3molH2，同时有2molNH3生成 （3）1个 N≡N 断裂的同时，有6个N—H 键断裂 √ × √ (2)直接依据——根据各组分的量 标志二：各组分的浓度保持不变 （注意不是相等，也不是成一定的比值） ①各组分的物质的量或物质的量分数保持不变 ②各气体的体积或体积分数保持不变 ③各组分的质量或质量分数保持不变 ④体系的颜色和温度不变 例如，在一定温度下，可逆反应A(g)+3B (g) 2C(g) 达到平衡状态的标志是（ ） A. A、B、C浓度相等. B. 单位时间内生成1molA同时生成了3molB. C. A、B、C浓度不再变化. D. A、B、C的分子个数之比为1：3：2 C 压强不变 若m+n≠p+q 平衡 若m+n=p+q 不一定 平均相对分子质量不变 若m+n≠p+q 若m+n=p+q 平衡 不一定 密度不变 若m+n≠p+q 若m+n=p+q 不一定 不一定 以恒容条件下mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 为例 (3)间接依据——变量不变，即为平衡 在一定温度下，在恒容的容器中充入2 mol SO2和1 mol O2发生反应： 2SO2＋O2 2SO3。一段时间后，该反应达到化学平衡，下列能说明达到化学平衡状态的是_________________ (填序号)。 ①v正(SO2)＝2v逆(O2) ②v(SO2)＝v(SO3) ③单位时间内消耗a mol SO2，同时生成a mol SO3 ④SO2、O2和SO3的浓度之比为2∶1∶2 ⑤混合气体的总的物质的量不再改变 ⑥混合气体的压强不再改变 ⑦混合气体的密度不再改变 ⑧混合气体的平均相对分子质量不再改变 典例分析 ① ⑤ ⑥ ⑧ 1、以H2(g)+I2 (g) 2HI(g)为列分析,判断下列情形是否达到平衡状态? (1) 若有1molH2消耗，则有1molH2生成。 (2) 若有1molH2消耗，则有2molHI生成。 (3) 若有1molH2消耗，则有1molI2生成。 (4) 若有1molH-H键断裂，则有2molH﹣I键断裂。 (5) 若有1molI-I键断裂，则有2molH﹣I键生成。 (6) 若反应体系中I2、H2、HI的百分含量不变。 (7) 反应体系中平均相对分子质量一定。 (8) 若体系的体积一定，气体的密度一定。 (9) 若体系的体积一定，气体的压强一定。 是 否 否 否 否 是 是 是 否 2、下列各关系中能说明可逆反应：N2 + 3H2 2NH3 ,已达平衡状态的是 ( ) A. 3υ正（ N2 ）=υ正（H2） B.υ正（ N2 ）=υ逆（ NH3 ） C. 2υ正（ H2 ）=3υ逆（ NH3 ） D. υ正（ N2 ）= 3 υ逆（H2） 3、在一定温度下的恒容容器中，当下列物理量不再发生变化时，不能表明反应N2O4(g，无色) 2NO2(g)已达 平衡状态的是（ ） A. 混合气体的压强 B. 混合气体的密度 C. 混合气体的平均相对分子量 D. 气体的总物质的量 C B 化学平衡状态的判断小结： 在生产和生活中，人们希望促进有利的化学反应（提高反应速率，提高反应物的转化率即原料的利用率），抑制有害的化学反应（降低反应速率，控制副反应的发生，减少甚至消除有害物质的产生），这就需要进行化学反应条件的控制。 二、化学反应条件的控制 催化剂 高温、高压 N2 + 3H2 2NH3 达到平衡时平衡混合物中NH3的含量（体积分数） 资料1 压强增大，氨的含量增大 温度升高，氨的含量降低 合成氨的 速率增大 使混合物中氨 的含量提高 压强 高压 温度 高温 催化剂 使用 分析角度 反应条件 高压 低温 不影响 一致 矛盾 10~30MPa 合成氨的适宜条件 400~500℃ 铁触媒 ※ 空气的通入量要适当，否则过量的空气会带走部分热量， 同样会造成浪费。 【思考与讨论】 为提高燃料的燃烧效率，应如何调控燃烧的反应条件？ 粉末状（接触面积足够大） 1) 燃料状态： 2) 空气用量： 3) 炉膛材料： 4) 烟道废气中的热能： 足够的空气（适当的量） 保温隔热材料（防止热量散失） 循环利用 【小结】化工生产中化学反应条件的控制 速度 程度 小 高 大 高 加快 1.化学反应限度的调控在工业生产和环保技术等方面得到了广泛的应用，如果设法提高化学反应的限度，下面说法中错误的是( ) A.能够节约原料和能源 B.能够提高产品的产量 C.能够提高经济效益 D.能够提高化学反应速率 D 2.下列措施可以提高燃料燃烧效率的是_________(填序号)。 ①提高燃料的着火点　②降低燃料的着火点 ③将固体燃料粉碎　④将液体燃料雾化处理 ⑤将煤进行气化处理　⑥通入适当过量的空气 ③④⑤⑥ 课堂训练 30 2．可逆反应N2＋3H22NH3，在容积为10 L的密闭容器中进行，开始时加入2 mol N2和3 mol H2，达平衡时，NH3的浓度不可能达到 (　　) A．0.1 mol·L－1 B．0.2 mol·L－1 C．0.05 mol·L－1 D．0.15 mol·L－1 1．反应2SO2＋O22SO3达到平衡后，再向反应容器中充入含氧的同位素eq \o\al(18, )O的氧气，经过一段时间后，eq \o\al(18, )O原子存在于 (　　) A．O2 B．SO2 C．O2和SO2 D．O2、SO2和SO3 3．在密闭容器中进行反应：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是 (　　) A．Z为0.3 mol·L－1 B．Y2为0.4 mol·L－1 C．X2为0.2 mol·L－1 D．Z为0.4 mol·L－1 cC＋dD，＝ 。 平衡 平衡 化学反应 mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 是否平衡 混合物体系中各成分的含量 ①各物质的物质的量或物质的量分数一定 _____ ②各物质的质量或质量分数一定 _____ ③各气体的体积分数一定 _____ ④总体积、总压强、总物质的量一定 __________ 平衡 不一定平衡 不一定平衡 不一定平衡 不一定平衡 化学反应 mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 是否平衡 正、逆反 应速率之 间的关系 ①单位时间内消耗了m mol A，同时也生成了m mol A _____ ②单位时间内消耗了n mol B，同时也消耗了p mol C _____ ③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q __________ ④单位时间内生成了n mol B，同时也消耗了q mol D __________ 压强 （恒容） ①其他条件一定、总压强一定，且m＋n≠p＋q _____ ②其他条件一定、总压强一定，且m＋n＝p＋q __________ 平衡 平衡 平衡 不一定平衡 化学反应 mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 是否平衡 混合气体的平均相对分子质量 ①平均相对分子质量一定， 且m＋n≠p＋q _____ ②平均相对分子质量一定， 且m＋n＝p＋q ___________ 温度 任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时 _____ 平衡 平衡 平衡 化学反应 mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 是否平衡 气体密度(ρ) ①只有气体参加的反应，密度保持不变(恒容密闭容器中) ___________ ②m＋n≠p＋q时，密度保持不变(恒压容器中) _____ ③m＋n＝p＋q时，密度保持不变(恒压容器中) ___________ 颜色 反应体系内有色物质的颜色稳定不变(其他条件不变) _____ 不一定平衡 不一定平衡 平衡 $$