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

第二节 化学反应速率与限度 第三课时 化学反应的限度与条件控制 第六章 高一 化学 1 学习目标 炼铁高炉尾气之谜 炼制1 t 生铁所需要的焦炭的实际用量，远高于按照化学方程式计算所需用量，从高炉炉顶出来的气体中总是含有未利用的CO气体。 高炉炼铁原理： C+O2 CO2 点燃 C+CO2 2CO 高温 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 高温 教材48页 科学史话 ‹#› 新课导入 500 ℃时，容积为1 L的密闭容器中，发生如下反应，一段时间后，各物质浓度如下： 起始量(mol·L-1)   30min(mol ·L-1)    1小时 (mol ·L-1)      2小时 (mol ·L-1) 3小时 (mol ·L-1) N2  ＋     3H2   2NH3  0.2 0.4 0 0.15 0.25 0.13 0.18  0.08 0.04 0.24 0.08 0.04 0.24 0.1 0.11 科学研究表明：有些化学反应在实际进行时，反应物不能完全转变为生成物，化学反应是有限度的，很多化学反应都具有可逆性 ‹#› 新课导入 在同一条件下______________和_____________均能进行的化学反应。书写可逆反应的化学方程式时，不用“ ”，用“ ”。 ①定义 一、可逆反应 正反应方向 逆反应方向 ②特点： 反应物和生成物同时存在，在方程式中用“ ”而不能用“==”表示 双向性 双同性 共存性 反应物 生成物 正、逆反应在同一条件下同时进行，反应不能进行到底，反应物的转化率都小于100% ‹#› 1.下列反应不属于可逆反应的是(　　) A．SO2与O2在一定条件下生成SO3，同时SO3又分解为SO2和O2 B．N2与H2在一定条件下生成NH3，同时NH3又分解为N2和H2 C．电解水生成H2和O2，氢气在氧气中燃烧生成H2O D．SO2溶于水生成H2SO3，同时H2SO3又分解为SO2和H2O 2. 14CO2 + C CO，达到化学平衡后，平衡混合物中含14C 的粒子有 。 14CO2、14C、14CO 3. 500 ℃时，将2 mol N2和2.25 mol H2充入体积为10 L的恒容密闭容器中，反应达到平衡时，NH3的浓度不可能是(　　) A.0.1 mol·L－1 B.0.12 mol·L－1 C.0.05 mol·L－1 D.0.16 mol·L－1 D C ‹#› 课堂练习 对于可逆反应而言，反应物会转变成生成物，而生成物又会分解成反应物，那岂不是无穷尽也？ ‹#› 新课导入 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 二、化学平衡的建立过程 t/min C mol/L 1. 反应刚开始时，浓度、速率有什么特点？ 2. 反应过程中，浓度、速率有什么特点？ 3. 反应开始一段时间后，浓度、速率有什么特点？ 4. 用图像描述n反应物和n生成物、 v正 和 v逆 随时间的变化规律 ？ 在一定条件下向反应容器中加入SO2和O2发生反应：2SO2+ O2 2SO3 △ 催化剂 ‹#›   浓度 速率变化 v正、v逆关系 开始 反应物浓度_____ v正_____ v正____v逆 生成物浓度_____ v逆_______ 过程中 反应物浓度_____ v正_______ v正_____v逆 生成物浓度_____ v逆_______ 一段 时间 反应物浓度_____ v正_______ v正_____v逆 生成物浓度_____ v逆_______ 最大 最大 ＞ 为0 为0 减小 减小 增大 增大 ＞ 不变 不变 不变 不变 ＝ 生成物 时间 浓度 O 反应物 时间 速率 O 正反应 逆反应 用速率变化图像表示化学平衡状态的建立 由于v(正)= v(逆)≠0，虽然正、逆反应都在进行，但各种物质的百分含量、浓度都不会发生变化。 正反应速率 逆反应速率 v正= v正(化学平衡状态） 时间 反应速率 二、化学平衡的建立过程 从外表上看，反应好像“停止” 可逆反应的这种特殊状态就是我们今天要研究的化学平衡状态 ‹#› 三、化学平衡状态 1. 定义：在一定条件下，可逆反应进行到一定程度时，正反应与逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度都不再改变。达到了一种表面静止的状态，称之为“化学平衡状态”。 可逆反应 ν (正) = ν (逆) 逆 等 动 ≠0 2. 特征 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，在新的条件下建立新的平衡 时间t V正 V逆 V正=V逆 反应速率 达到平衡 0 t1 判断可逆反应是否达到平衡的直接标志。 ‹#› 10 化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到的或完成的最 大程度，即该反应进行的限度。 化学反应的限度决定了反应物在一定条件下转化为生成物的最大转化率。 化学反应限度是可逆反应在一定条件下所建立的平衡状态。 四、化学反应限度 任何可逆反应在给定条件下的进程都有一定限度，只是不同反应的限度不同。 改变反应条件可以在一定程度上改变一个可逆反应的限度，亦改变该反应的平衡状态。 转化率 = 转化的量 起始的量 ×100％ 量: 质量、物质的量、体积、物质的量浓度等 ‹#› (1)1 mol N2和3 mol H2在一定条件下可完全生成2 mol NH3(　　) (2)在一定条件下，一个可逆反应达到的平衡状态就是该反应所能达到的最大限度(　　) (3)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(　　) (4)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(　　) (5)可逆反应达到平衡状态时，各反应物、生成物的浓度相等(　　) (6)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(　　) ‹#› 课堂练习 将一定量N2和H2（体积比为1:3）的混合气体通入合成塔，反应达到平衡后，氨的体积分数为25%，则平衡时混合气体中N2的体积分数为 ，H2的转化率为 ？ ‹#› 课堂练习 1.T℃时，向5 L的密闭容器中通入 1mol H2 (g)和1 mol I2 (g) ，发生反应H2(g)+ I2(g) 2HI(g)。1 min后，反应达到平衡状态，测得容器中H2(g)的体积分数为25%，下列说法正确的是 （ ） A. 1 min内，v（H2）=0.1 mol/(L·s) B. 反应达到平衡时，I2的转化率为25% C.反应达到平衡状态时，容器中H2、HI的浓度之比为1:2 ‹#› 课堂练习 2．一定温度下，向容积为4L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应，反应中各物质的物质的量变化如图所示，下列对反应的推断合理的是 A．该反应的化学方程式为3B＋4C=6A＋3D B．反应进行到1s时，v(A)=3v(D) C．反应进行到6s时，B的平均反应速率为0.05mol·L-1·s-1 D．反应进行到6s时，各物质的反应速率相等 ‹#› 课堂练习 如何判断化学反应达到平衡呢？ ‹#› 可逆反应 ν (正) = ν (逆) 逆 等 动 ≠0 化学平衡的特征 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，在新的条件下建立新的平衡 时间t V正 V逆 V正=V逆 反应速率 达到平衡 0 t1 判断可逆反应是否达到平衡的直接标志。 生成物 时间 浓度 O 反应物 角度1：正反应速率等于逆反应速率且不为0 角度2：反应物和生成物的浓度不再发生改变 ‹#› 【例1】一定条件下的密闭容器中，发生可逆反应：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。下列情况能说明正反应和逆反应速率相等，反应达到平衡状态了吗？ ①v正(N2)=v逆(N2) ②生成NH3的速率与消耗NH3的速率相等 ③生成2mol NH3的同时消耗1mol N2 ④v(N2):v(H2):v(NH3)=1:3:2 ⑤2v正(H2)=3v逆(NH3) ⑥1个N≡N键断裂的同时，有6个N－H键断裂 √ √ × × √ √ ＝系数之比 υ正 υ逆 即： “正、逆速率”——“相等” 标志一 一看有无正逆，二看是否等于系数之比。 解题方法： 五、化学反应平衡的判断 ‹#› 条件 具体表述 结论 正、逆反应速率之间的关系 ①在单位时间内消耗了m mol A同时也生成了m mol A 平衡 ②在单位时间内，消耗了n mol B同时也消耗了p mol C ③vA:vB:vC:vD= m:n:p:q 不一定平衡 ④在单位时间内，消耗了n mol B同时也生成了p mol C 对于密闭容器中的可逆反应： m A(g) + n B(g) p C(g) +q D(g) 五、化学反应平衡的判断 根据：正反应速率等于逆反应速率且不为“0”，判断反应是否达到平衡。 ‹#› 根据：反应物和生成物的浓度不再发生改变 五、化学反应平衡的判断 ①单一物质浓度不再发生改变 对于密闭容器中的可逆反应：m A(g) + n B(g) p C(g) +q D(g) 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。 “变量”——“不变” 标志二 ‹#› 例2、 恒温恒容时,可逆反应N2(g)+3H2(g) ⇌2NH3(g)达到平衡状态的标志是_________ ① N2 、H2 、 NH3 的浓度比为1:3:2 ② N2的浓度不随时间变化 ③ NH3的百分含量不再发生变化 ④ 混合气体的颜色不再发生变化 ⑤ H2的转化率不再发生变化 ②③⑤ 判断这个物理量是否为变量 解题方法： “变量”——“不变” 标志二 五、化学反应平衡的判断 ‹#› 例3、恒温恒容时,可逆反应N2(g)+3H2(g) ⇌ 2NH3(g)达到平衡状态的标志是_________ ① 混合气体总的物质的量不再发生变化 ② 气体的总压强不再发生变化 ③ 混合气体的平均相对分子质量不再发生变化 ④ 混合气体的密度不再发生变化 ①②③ 对于可逆反应: H2(g)+I2(g) ⇌2HI(g)呢 ？ 都不行 “变量”——“不变” 标志二 五、化学反应平衡的判断 ‹#› b、混合气体的M＝ ，要根据气体的m总、n总来确定混合气体的M是否为变量。 m总 n总 ②不一定是变量的物理量——混合气体 “变量”——“不变” 标志二 a、混合气体的n总、V总（恒T、P）、P总（恒T、V），一切只看n总是否为变量。 m总 V总 c、混合气体的ρ＝ ，要根据气体的m总和V总来确定混合气体的ρ是否为变量。 五、化学反应平衡的判断 m A(g) + n B(g) p C(g) +q D(g) ‹#› 4. 在一恒容密闭容器中，发生反应：2SO2(g)+O2(g) ⇋2SO3(g)下列说法能够证明上述反应已达平衡状态的是： 。 ①各物质的物质的量浓度不再改变 ②SO2 、O2、SO3的浓度之比为2:1:2 ③ SO2的转化率不再改变 ④ SO3的体积分数不再改变 ⑤混合物的总质量不再改变 ⑥混合气体的密度不再改变 ⑦混合物的颜色不再改变 ⑧混合物的平均摩尔质量不再改变 ⑨绝热容器中反应体系的温度不再改变 ⑩恒温容器中混合气体的压强一定 ①③④⑧⑨⑩ 公式： 公式： 其他特别的反应类型： A(g)+B(s) ⇋C(g) 其他有颜色变化的反应： I2(g)+H2(g) ⇋2HI(g) (紫色) 公式： 公式：PV=nRT 对于密闭容器中的可逆反应：m A(g) + n B(g) p C(g) +q D(g) 条件 具体表述 结论 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 平衡 ②各物质的质量或质量分数一定 ③各气体的体积或体积分数一定 ④总体积、总压强、总物质的量一定 不一定 压强 其他条件一定时、总压强一定，且m+n≠p+q 平衡 其他条件一定时、总压强一定，且m+n=p+q 不平衡 混合气体的平均相对分子质量 平均相对分子质量一定，且m+n≠p+q 平衡 平均相对分子质量一定，且m+n=p+q 不平衡 温度 任何化学反应都伴随着能量的变化，当体系温度一定时 平衡 颜色 反应体系内有色物质的颜色稳定不变 平衡 气体密度 密度一定 不一定平衡 ‹#› 13．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到化学平衡：NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。可以判断该分解反应已经达到平衡状态的是(　　) A．2v(NH3)＝v(CO2) B．密闭容器中NH3与CO2的物质的量之比不变 C．密闭容器中混合气体密度不变 D．密闭容器中氨气的体积分数不变 恒温恒容的条件下，如果该反应有固体参与，则可以用密度进行判定。 ‹#› 课堂练习 19世纪下半叶，炼制生铁过程中所需焦炭的实际用量，远高于按照化学方程式计算所需的量，而且从高炉排出的废气中总是含有没有利用的CO。工程师们认为是CO与铁矿石接触不充分造成的，于是增加高炉的高度。然而，增高后，高炉尾气中CO的比例竟然没有改变。 出铁口 进风口 O2 N2 热空气 生铁 进风口 出渣口 炉渣 CO2+C 2CO 高温 C+O2 CO2 高温 铁矿石、焦炭、石灰石 高炉气体 高炉气体 3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2 高温 CaCO3+SiO2 CaSiO3 + CO2↑ 高温 这是什么原因呢？ ‹#› 1．化学反应条件控制的目的 (1)促进有利的化学反应：提高反应______；提高反应物的转化率，即原料的________。 (2)抑制有害的化学反应：________反应速率，控制__________的发生，减少甚至消除____________的产生。 2．化工生产中反应条件的调控 (1)考虑因素 化工生产中调控反应条件时，需要考虑控制反应条件的________和____________。 反应速率 利用率 降低 副反应 副反应 实际成本 实际可行性 ‹#› 3.控制化学反应条件的方法 改变化学反应速率：改变温度、溶液的浓度、气体压强（或浓度）、 固体表面积及使用催化剂 改变可逆反应进行的程度：改变温度、溶液浓度、气体压强（或浓度） 六、化学反应条件的控制 ‹#› 温度较低时氨的产率较高，但温度低时反应速率小，达到平衡需要的时间很长生产成本高 压强越大，氨的产率越高，但对动力和生产设备的要求越高 实例：合成氨生产条件的选择 400~500℃ 10 MPa~ 30 MPa 六、化学反应条件的控制 控制生产成本 反应实际可能性 ‹#› 【思考】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。试回答下列调控燃烧反应条件的目的及措施。 (1)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？ 　　 (2)煤燃烧时，选择保温隔热且耐热的炉(灶)膛材料的主要目的是什么？ 　　 (3)煤燃烧后的废气中的热量，采取什么措施可充分利用？ 六、化学反应条件的控制 增大反应物与氧气的接触面积，提高反应速率、提高转化率，使煤粉燃烧更充分 提高热量的利用率，减少热量的散失去 用余热加热水、用于发电等 ‹#› 化学平衡状态： 标志一： 逆、动、等、定、变 标志二：变量→不变 一定是变量的物理量 不一定是变量的物理量 化学反应的调控 化学平衡状态的判断 化学反应限度 ＝系数之比 υ正 υ逆 ‹#› 笔记总结 2.下列措施可以提高燃料燃烧效率的是(　　) 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　⑤将煤气化处理　⑥通入足量的空气 A.①③④⑤ B.②③⑤⑥ C.③④⑤⑥ D.①②③④ 解析　燃料的着火点不可改变且与燃烧效率无关。 C ‹#› 课堂练习 4.下图所示为工业合成氨的流程图。下列有关生产条件的调控作用分析正确的是___________(填序号)。 (1)步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 (2)步骤②中“加压”可以加快反应速率 (3)步骤②采用的压强是2×107 Pa，因为在该压强下铁触媒的活性最大 (4)步骤③，选择高效催化剂是合成氨反应的重要条件 (5)目前，步骤③一般选择控制反应温度为700 ℃左右 (6)步骤④⑤有利于提高原料的利用率，能节约生产成本 (1)(2)(4)(6) ‹#› 课堂练习 Lavf59.16.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$