6.2化学反应的速率与限度 课件 2023-2024学年下学期高一化学人教版（2019）必修第二册

第六章 化学反应与能量 第3课时 化学反应的限度 第二节 化学反应的速率与限度 19世纪下半叶，炼制生铁的高炉排出的废气中总是含有没有利用的CO。工程师认为是CO与铁矿石接触不充分造成的，于是增加高炉的高度。然增高后，尾气中CO的比例竟然没有改变。 铁矿石、焦炭、石灰石 高炉气体 高炉气体 高炉炼铁原理： C+O2 CO2 点燃 C+CO2 2CO 高温 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 高温 炼铁高炉尾气之谜 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 由上可知可逆反应进行得不完全，正、逆向反应同时同条件进行。化学反应物不可能全部转化为生成物，存在一定的化学反应限度。 可逆反应不能进行到底，只能进行到一定的限度。 一、可逆反应 H2 + I2 2HI △ SO2+H2O H2SO3 2SO2 + O2 2SO3 催化剂 △ 催化剂 高温、高压 N2 + 3H2 2NH3 NH3+H2O NH3·H2O 同一条件下 反应物不能完全(100%)转化为生成物 可逆反应的特点： 时间（min) / 浓度(mol/L) 0 10 20 30 40 50 60 70 SO2 1 0.7 0.5 0.35 0.2 0.1 0.1 0.1 O2 0.5 0.35 0.25 0.18 0.1 0.05 0.05 0.05 SO3 0 0.3 0.5 0.65 0.8 0.9 0.9 0.9 某温度和压强下的密闭容器中，2SO2+O2 2SO3 △ 催化剂 二、化学平衡的建立过程 反应刚开始时，浓度、速率有什么特点？ 开始时c(SO2) 、c(O2)大， c(SO3) = 0 只有正反应进行，v(逆)=0 5 时间（min) / 浓度(mol/L) 0 10 20 30 40 50 60 70 SO2 1 0.7 0.5 0.35 0.2 0.1 0.1 0.1 O2 0.5 0.35 0.25 0.18 0.1 0.05 0.05 0.05 SO3 0 0.3 0.5 0.65 0.8 0.9 0.9 0.9 某温度和压强下的密闭容器中，2SO2+O2 2SO3 △ 催化剂 二、化学平衡的建立过程 反应一段时间后，浓度、速率有什么特点？ c(SO2) 、c(O2) 逐渐变小，c(SO3) 逐渐增大，三种物质的浓度达到一个特定值 正逆反应都进行， v(正)逐渐减小， v(逆)逐渐增大，最终 v(正) =v(逆)≠ 0 6 时间（min) / 浓度(mol/L) 0 10 20 30 40 50 60 70 SO2 1 0.7 0.5 0.35 0.2 0.1 0.1 0.1 O2 0.5 0.35 0.25 0.18 0.1 0.05 0.05 0.05 SO3 0 0.3 0.5 0.65 0.8 0.9 0.9 0.9 某温度和压强下的密闭容器中，2SO2+O2 2SO3 △ 催化剂 二、化学平衡的建立过程 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 7 如何用图像描述 v正 和 v逆 变化规律 ？ 时间 速率 O 正反应 逆反应 O 时间 浓度 生成物 反应物 平衡时：C反、C生不再变化， 达到了平衡状态，v正=v逆≠0 反应开始时：C反最大，v正最大; 反应进行过程中：C反↓， v正↓; C生=0 ， v逆=0 C生↑， v逆↑ 二、化学平衡的建立过程 V正=V逆≠0 可逆反应中：当正反应速率和逆反应速率相等，反应中各组分的浓度保持不变，达到一种表面静止的状态，则为“化学平衡状态”。 前提 实质 标志 三、化学平衡状态 反应速率 v(正) v(逆) t1 时间（t） 0 可逆反应 ν (正) = ν (逆) 逆 等 动 ≠0 动态平衡 定 各组分的浓度保持不变 变 条件改变，原平衡被破坏，平衡移动， 在新的条件下建立新的平衡 判断可逆反应是否达到平衡的直接标志。 9 如何理解 v正 = v逆≠0？ 核心：1、有正有逆的描述；2、转化为同一物质速率相等 【例1】一定条件下，对于可逆反应N2＋3H2 ⇌ 2NH3，表示正、逆反应速率可以用N2或H2或NH3来表示：下列能表示反应达到化学平衡状态的是 （1）单位时间内，有1mol N2消耗，同时有1mol N2生成 （2）单位时间内，有3mol H2消耗，同时有2mol NH3生成 （3）单位时间内，有1mol N2消耗，同时有3mol H2消耗 （4）1mol N≡N 键断裂的同时有2mol N-H 键断裂 （5）2v正（N2）=v逆（NH3） （6）v(H2)： v(N2) =3:1 (1) (5) 解题方法：一看有无正逆，二看是否等于系数之比 四、化学平衡状态的判断 四、化学平衡状态的判断 如何理解 “定”？ 核心：一个量随反应一直变，突然不变 变量不变 即平衡 a、各物质的质量、物质的量、分子数目保持不变。 b、各物质的物质的量浓度、质量分数保持不变。 c、反应物的转化率、生成物的产率保持不变。 d、体系的颜色和温度不变 ①一定是变量的物理量——单一物质 不是相等， 也不是成比例 各组分的浓度保持不变 总压强、气体密度、气体的总物质的量、气体平均分子质量需要具体情况具体分析 ②不一定是变量的物理量——混合气体 四、化学平衡状态的判断 如何理解 “定”？ 核心：一个量随反应一直变，突然不变 变量不变 即平衡 【例2】一定条件下，对于可逆反应N2＋3H2 ⇌ 2NH3，表示正、逆反应速率可以用N2或H2或NH3来表示，下列能表示反应达到化学平衡状态的是 （1）容器内氮气的物质的量不再改变 （2）c(N2):c(H2):c(NH3)=1:3:2 （3）容器内颜色不再改变 （4）固定容器恒容条件下，容器内气体压强不再改变 （5）固定容器恒容条件下，容器内气体密度不再改变 （6）恒容或恒压条件，容器内气体平均相对分子质量不再改变 (1) (4) (6) 解题方法：判断这个物理量是否为变量 【例3】下列说法中可以证明2HI(g) ⇌ H2(g)+I2(g)（紫色） 已达到平衡状态的是___________。 ① 单位时间内生成 n mol H2 的同时生成 n mol HI ② 一个H-H键断裂的同时有两个H-I键断裂 ③ 反应速率 v(H2) = v(I2) 时 ④ c(HI):c(H2):c(I2) = 2:1:1时 ⑤ 温度和体积一定，容器内压强不再变化时 ⑥ 温度和体积一定，混合气体的颜色不再变化时 ⑦ 条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化时 ⑧ 温度和压强一定，混合气体的密度不再变化时 ② ⑥ 四、化学平衡状态的判断 2SO2(g)+O2(g) ⇌ 2SO3(g) ，当平均相对分子质量不变时，_______是化学平衡状态 H2(g)+I2(g) ⇌ 2HI(g)当平均相对分子质量不变时，_______是化学平衡状态 C(s)+O2(g) ⇌ CO2(g) ，当平均相对分子质量不变时，_______是化学平衡状态 一定 不一定 一定 2SO2(g)+O2(g) ⇌2SO3(g) 恒容条件，当气体密度不变时，________是化学平衡状态 H2(g)+I2(g) ⇌ HI(g)恒容条件，当气体密度不变时，________是化学平衡状态 不一定 不一定 恒容、恒温条件下 ： CO2(g)+C(s) ⇌ 2CO(g)当体系总压强不变时，_______是化学平衡状态 2SO2(g)+O2(g) ⇌ 2SO3(g) ，当体系总压强不变时，_______是化学平衡状态 H2(g)+I2(g) ⇌ 2HI(g)当体系总强不变时，_______是化学平衡状态 一定 不一定 一定 四、化学平衡状态的判断 在化工生产中，利用化学反应时，我们除了关注化学反应的物质和能量变化外，还应关注促进有利的化学反应，抑制有害的化学反应。 五、化学反应条件的控制 【问题1】如何促进有利的化学反应？ 【问题2】如何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。 提高反应速率；提高反应物的转化率，即原料的利用率。 【回归教材】结合教材P48以工业合成氨气为例，回答化工生产中反应条件如何调控？ 【问题】从速率和平衡的角度分析，工业上为什么通常采用400~500℃，10~30 Mpa条件合成氨气？ 化工生产中调控反应条件时，需要考虑控制反应条件的成本和实际可能性。 工业合成氨 温度低，反应速率小，氨的产率高 压强大，反应速率大，氨的产率高，对动力与生产设备要求高 使用催化剂能很大程度加快反应速率 综合考虑 采用条件 温度400~500℃ 压强10~30 Mpa 使用催化剂 五、化学反应条件的控制 【科学精神】为实现“碳达峰”“碳中和”的目标，提高燃料的燃烧效率与热量的利用率也是重要措施之一。站在科学的人本情怀角度，结合所学试回答下列问题。 【问题】煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉且通入适当过量空气的目的是什么？ 煤块粉碎成煤粉 增大其与空气中O2的接触面积 提高反应速率 煤粉燃烧更充分 通入适当过量的空气 煤粉充分燃烧 生成CO2放出能量 空气不足，会造成煤燃烧不完全，生成CO，产生热量少，且造成污染 五、化学反应条件的控制 $$