第6章 第2节 新知探究课10 化学反应的限度 化学反应条件的控制-【名师导航】2023-2024学年高中化学必修第二册同步课件(人教版2019)

第六章　化学反应与能量 第二节　化学反应的速率与限度 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 学习任务 1．了解可逆反应的含义和反应限度及化学平衡的特征，了解达到平衡的标志。培养“变化观念与平衡思想”的核心素养。 2．了解化学反应条件的控制及在生产和科技研究中的作用。培养“科学探究与社会责任”的核心素养。 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 必备知识·自主预习 01 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 3 一、化学反应的限度 1．可逆反应 (1)定义：在同一条件下，既能向______方向进行，同时又能向______方向进行的化学反应。在可逆反应中，用“____”连接。 (2)特点： ①相同条件下，正、逆反应同时进行。 ②不能完全转化，反应物和生成物同时存在，任一反应物的转化率均小于100%。 正反应 逆反应 ⥫⥬ 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．化学平衡状态的建立 (1)过程 最大 最大 0 0 逐渐减小 逐渐减小 逐渐增大 逐渐增大 不再改变 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 (2)图示 3．化学平衡状态的概念：在一定条件下，可逆反应进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度都________，达到一种表面静止的状态。 不再改变 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 4．化学反应的限度 (1)化学平衡状态是可逆反应达到给定条件下所能达到的________。 (2)任何可逆反应在给定条件下的进程都有一定的限度。 (3)改变反应条件可以在一定程度上改变一个化学反应的限度，即改变该反应的化学平衡状态。 最大程度 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 判一判　(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)2H2＋O22H2O与2H2O2H2↑＋O2↑互为可逆反应。 (　　) (2)可逆反应达到平衡时，v正＝v逆，各组分浓度相等。 (　　) (3)可逆反应达到平衡时，反应停止，各组分浓度不变。 (　　) (4)通过改变反应条件，可以使2 mol SO2(g)和过量的O2(g)反应得到2 mol SO3。 (　　) × × × × 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 二、化学反应条件的控制 1．化学反应条件控制的目的 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 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__________。 (2)实例——合成氨生 产条件的选择： 成本 实际可能性 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 判一判　(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)压强越大，合成氨的生产效率越高，所以应尽可能选择高压条件。 (　　) (2)化石燃料在燃烧过程中能产生污染环境的CO、SO2等有害气体。 (　　) (3)在工业生产实际中，反应速率越快越好。 (　　) × √ × 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 关键能力·情境探究 02 学习任务　化学反应的限度理解及判断 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 12 化学反应的限度理解及判断 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 [合作探究] 1．一定条件下，向容积不变的密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2发生合成氨的反应，反应过程中正、逆反应速率如何变化？正、逆反应速率达到何种关系时反应达到平衡状态？ 提示：反应过程中，正反应速率开始最大，后逐渐减小，逆反应速率开始为0，后逐渐增大；当用同种物质表示的正、逆反应速率相等时，反应达到平衡状态。 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．一定条件下，密闭容器中进行合成氨的反应，当1个N≡N断裂的同时，有6个N—H形成，此时反应是否处于平衡状态？当反应达平衡后，反应是否停止？ 提示：不能判断反应是否处于平衡状态，因为1个N≡N断裂和6个N—H形成均指正反应方向，反应过程中的任何时刻均存在上述关系。当反应达到平衡状态后，反应并没有停止，此时v正＝v逆≠0。 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 3．一定条件下，在容积不变的密闭容器中进行合成氨的反应，当容器中压强不变时，反应是否处于平衡状态？当容器中气体的密度不变时，反应是否处于平衡状态？ 提示：由于合成氨的反应是气体物质的量减小的反应，故容器内气体的压强会逐渐减小，当压强不变时，说明反应处于平衡状态。容器容积不变，容器中气体的密度ρ＝，因反应物、生成物均为气体，故气体的质量不变，则气体的密度在反应过程中保持不变，因此，不能判断反应是否处于平衡状态。 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 [归纳总结] 1．化学平衡状态的特征 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．化学平衡状态的判断标志 (1)直接标志——“正逆相等” ①v正＝v逆 a．同一种物质的生成速率等于消耗速率； b．在化学方程式同一边的不同物质的生成速率与消耗速率之比等于化学计量数之比； c．在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于化学计量数之比。 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 ②各组分的浓度保持一定 a．各组分的浓度不随时间的改变而改变； b．各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变。 (2)间接标志——“变量不变” ①反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体体积不等的反应)。 ②对于反应混合物中存在有颜色变化的物质的可逆反应，若体系中颜色不再改变，则反应达到平衡状态。 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 ③全是气体参加的反应前后化学计量数改变的可逆反应，平均相对分子质量保持不变。 ④对同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 [能力达成] 1．在一密闭容器中，N2＋3H2⥫⥬2NH3反应达到平衡后，下列说法中正确的是(　　) A．N2与H2不再化合，NH3不再分解 B．单位时间内，消耗1 mol N2的同时消耗3 mol H2 C．容器内的总压强不随时间而变化 D．N2、H2、NH3的物质的量浓度相等 √ 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 C　[合成氨反应属于可逆反应，不可能出现N2与H2不再化合、NH3不再分解的情况，A不正确；单位时间内，消耗1 mol N2的同时消耗3 mol H2，反应进行的方向相同，不一定达平衡状态，B不正确；反应前后气体的分子数不相等，达平衡前，容器内压强在不断改变，当容器内的总压强不随时间而变化时，反应达平衡状态，C正确；N2、H2、NH3的物质的量浓度相等，可能是反应进行过程中的某个阶段，不一定是平衡状态，D不正确。] 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．在一绝热(不与外界发生热交换)的恒容容器中，发生放热反应2A(g)＋B(s)⥫⥬C(g)＋D(g)，下列描述中不能说明反应已达到平衡状态的是(　　) A．容器内温度不变 B．混合气体的密度不变 C．混合气体的平均相对分子质量不变 D．单位时间内生成n mol D，同时消耗2n mol A √ 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 D　[反应容器绝热，容器内温度不变，说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，不选A；B为固体，混合气体的密度不变，说明气体的质量不变，能够说明反应达到平衡状态，不选B；B为固体，混合气体的平均相对分子质量不变，说明气体的质量不变，能够说明反应达到平衡状态，不选C；根据化学方程式，只要反应发生，就存在单位时间内生成n mol D，同时消耗2n mol A，所以不能说明反应达到平衡状态，选D。] 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 3．CO和H2在一定条件下可以合成乙醇(CH3CH2OH)：2CO(g)＋4H2(g)⥫⥬CH3CH2OH(g)＋H2O(g)，下列叙述中能说明上述反应在一定条件下已达到平衡状态的是(　　) A．CO全部转化为乙醇 B．反应体系中乙醇的物质的量浓度不再变化 C．正反应和逆反应的化学反应速率均为零 D．CO和H2以1∶2的物质的量之比反应生成乙醇 √ 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 B　[该反应为可逆反应，CO不可能全部转化为乙醇，A项错误；反应体系中乙醇的物质的量浓度不再发生变化，说明正反应速率与逆反应速率相等，反应达到平衡状态，B项正确；化学平衡状态是动态平衡，所以平衡时正反应速率和逆反应速率不等于零，C项错误；CO和H2以1∶2的物质的量之比反应生成乙醇，并不能确定正反应速率与逆反应速率相等，不能证明反应达到平衡状态，D项错误。] 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 知　识　必　备 1．熟记可逆反应达到平衡状态的五字特征：逆、等、动、定、变。 2．理解判断化学平衡状态的方法——“正逆相等，变量不变”。 3．注意平衡状态判断的4种特殊情况。 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 课　堂　小　结 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 学习效果·随堂评估 03 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 29 1．在一定条件下，对于密闭容器中进行的反应2SO2(g)＋O2(g)⥫⥬2SO3(g)，下列说法中，能充分说明该反应已经达到化学平衡状态的是(　　) A．反应混合物中SO2、O2、SO3的物质的量之比为2∶1∶2 B．消耗SO2的速率与生成SO3的速率相等 C．反应混合物中SO2、O2、SO3的百分组成不再改变 D．生成O2的速率与生成SO3的速率相等 C　[A项物质的量之比为2∶1∶2不能说明反应达到平衡状态，B项同向速率相等不能说明达到平衡，D项后者应该是前者的2倍。] √ 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 √ 2．恒温恒容条件下，发生化学反应H2(g)＋I2(g)⥫⥬2HI(g)，下列选项中不能作为达到平衡状态的标志的是(　　) A．混合气体颜色不再变化 B．单位时间内形成n mol H—H的同时断裂2n mol H—I C．若该反应在隔热密闭体积恒定的容器中进行反应，体系的温度不再变化 D．2v(H2)正＝v(HI)逆 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 B　[碘蒸气有颜色，其余均为无色气体，因此当混合气体颜色不再改变时，说明反应达到平衡状态，A不符合题意；单位时间内形成H—H，反应向逆反应方向进行，断裂H—I，反应也是向逆反应方向进行，因此单位时间内形成n mol H—H的同时断裂2n mol H—I，不能说明反应达到平衡状态，B符合题意；该反应为放热反应，如果容器为隔热密闭，随着反应进行，容器内气体温度升高，当体系温度不再改变，说明反应达到平衡状态，C不符合题意；利用不同物质的反应速率表示反应达到平衡状态，要求反应方向是一正一逆，且反应速率之比等于化学计量数之比，因此2v(H2)正＝v(HI)逆，能够说明反应达到平衡状态，D不符合题意。] 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 (1)从3 min到9 min，v(H2)＝_______mol·L-1·min-1。 3．在体积为1 L的密闭容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2，一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g)，测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。 [解析]　3 min到9 min, CO2浓度变化为1 mol·L-1－0.25 mol·L -1 ＝0.75 mol·L － 1，CO2的反应速率：＝ mol·L-1·min-1；则v(H2)＝3v(CO2)＝ 0.375 mol·L-1·min-1； 0.375 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 (2)能说明上述反应达到平衡状态的是________(填编号)。 A．反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1∶1(即图中交叉点) B．混合气体的密度不随时间的变化而变化 C．单位时间内消耗3 mol H2，同时生成1 mol H2O D．CO2的体积分数在混合气体中保持不变 [解析]　反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1∶1(即图中交叉点),浓度相等而不是不变，A错误；反应前后，气体质量不变，容器体积不变，则气体密度始终不变，不能判断是否平衡，B错误；单位时间内每消耗3 mol H2，同时生成1 mol H2O，从反应开始到平衡始终按这个比例进行，不一定平衡，C错误；CO2的体积分数在混合气体中保持不变，说明正逆反应速率相等，达平衡状态，D正确。 D 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 (3)平衡时CO2的转化率为________。 [解析]　由图像可知，平衡时CO2的浓度为0.25 mol·L-1，可知消耗CO2 0.75 mol·L-1，则转化率为×100%＝75%。 75% 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 (4)平衡时混合气体中CH3OH(g)的体积分数是________。 [解析]　根据题意得三段式： 　　　　　　 CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g) 起始/(mol·L-1) 1 3 0 0 转化/(mol·L-1) 0.75 2.25 0.75 0.75 平衡/(mol·L-1) 0.25 0.75 0.75 0.75 平衡时混合气体中CH3OH(g)的体积分数是×100%＝30%。 30% 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 (5)一定温度下，第9分钟时v逆(CH3OH)______(填“大于”“小于”或“等于”)第3分钟时v正(CH3OH)。 [解析]　第9分钟时达到平衡，v逆(CH3OH)＝v正(CH3OH)，随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，则第9分钟时v逆(CH3OH)小于第3分钟时v正(CH3OH)。 小于 新知探究课10　化学反应的限度　化学反应条件的控制 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 [情境素材] 德国化学家哈伯(F.Haber，1868—1934)从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨，于1909年改进了合成工艺，氨的产率达到8%。合成氨反应的化学方程式：N2＋3H22NH3。 $$