6.2.2 化学反应的限度及条件控制 2024-2025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 容山中学 化学科组 第一节 化学反应与能量变化 第2课时 化学反应的限度 主讲人：郭 静 目 录 CONTENTS 1 2 化学反应限度 化学反应条件的控制 新课导入 已知FeCl3溶液和KI溶液发生如下反应: 2Fe3+ + 2I- = 2Fe2+ + I2 【实验】取2mL 0.1mol·L-1KI溶液，滴加0.1mol·L-1 FeCl3溶液5~6滴。再加入几滴KSCN溶液，你认为能观察到什么现象？为什么？ 预测实验现象 观察到的实验现象 结论 溶液不变红 溶液变红 即使KI过量， FeCl2也不可能完全转化为FeCl3，上述反应不能进行完全，存在一定的限度。 即反应2Fe3++2I- 2Fe2++I2为可逆反应，反应存在一定的限度 任务一 认识可逆反应 一、可逆反应 在相同条件下能向正反应方向进行同时又能向逆反应方向进行的反应。 特点 反应物和生成物同时存在 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 表示方法：书写可逆反应的化学方程式时不用“===”而用“ ”。 任务一 认识可逆反应 学习过的可逆反应有哪些？ Cl2+H2O HCl+HClO NH3+H2O NH3·H2O SO2+H2O H2SO3 N2+3H2 2NH3 高温、高压 催化剂 2SO2+O2 2SO3 催化剂 △ 互为可逆反应吗？ 不是可逆反应，反应条件不相同。 任务一 认识可逆反应 阅读：P48 科学史话，从这一材料中，你得到什么启示？ 炼铁高炉尾气之谜 增加炼铁高炉的高度，不能改变高炉尾气中CO的比例，原因是： C+CO2 2CO是一个可逆反应，不能完全进行，存在一定的反应限度。在高炉中Fe2O3与CO的反应也不能全部转化为Fe和CO2。 学习评价 1.设NA为阿伏加德罗常数值。下列有关叙述正确的打√错误的打×。 （1）1 mol N2与4 mol H2反应生成的NH3分子数为2NA（ ） （2） 0.1mol H2和0.1mol I2于密闭容器中充分反应后，其分子总数为0.2NA （ ） × √ 2.已知可逆反应2SO2+O2 2SO3达到平衡状态,若再向容器中充入18O2气体,反应进行一段时间后,18O可能存在哪些物质中? 化学平衡是动态平衡,18O2代替O2后,18O2与SO2结合生成的SO3含有18O,同时含18O的SO3分解,使SO2中的O中也可能含有18O,因此18O可能存在SO2、O2、SO3这三种物质中。 任务二 建立化学平衡的观念 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 在某固定密闭容器中发生反应：2SO2+O2 2SO3，各物质浓度随反应时间变化如下： 催化剂 △ 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 二、化学平衡状态的建立 任务二 建立化学平衡的观念 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 在某固定密闭容器中发生反应：2SO2+O2 2SO3，各物质浓度随反应时间变化如下： 催化剂 △ 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 任务二 建立化学平衡的观念 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 在某固定密闭容器中发生反应：2SO2+O2 2SO3，各物质浓度随反应时间变化如下： 催化剂 △ 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 任务二 建立化学平衡的观念 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↑ 任务三 认识化学平衡状态 三、化学平衡状态 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。 1.定义 逆 化学平衡状态的研究对象是_______反应 等 各组分浓度/物质的量/百分含量__________ 动 υ正 ____ υ逆 ____ 0，是一个动态平衡 定 变 外界条件改变时，原平衡状态被破坏，在新条件下建立平衡 可逆 ＝ ≠ 保持不变 “表现” “本质” 2.特征 学习评价 3. 概念辨析 (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(　　) 任务三 认识化学平衡状态 3. 化学平衡状态的判断 如何判断一个可逆反应达到了一定条件下的反应限度（化学平衡状态）？ “表现” “本质” 判断可逆反应是否达到平衡的直接标志。 等 定 ν (正) = ν (逆) 各组分的浓度保持不变 探究课堂 速率标志（v正= v逆）思维建模：同种物质反向相等，不同物质反向成比例。 （1）单位时间内，消耗1molN2，同时生成1mol N2 （2）单位时间内，消耗3mol H2，同时消耗 2mol NH3 （3）单位时间内，生成1mol N2，同时生成3mol H2 【例1】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，试判断下列反应历程中，v正和v逆是否相等,该反应是否达到平衡状态. √ √ × （5）一个N≡N键断裂同时，有三个H－H键形成 （4）1mol N≡N 键断裂的同时有2mol N-H 键断裂 （6）υ正（ N2 ）= 3 υ逆（H2） （7）2υ正（ H2 ）=3υ逆（ NH3 ） × √ × √ 探究课堂 浓度标志思维建模：各组分的浓度(物质的量/质量/质量分数/ 物质的量分数/体积分数等) 保持不变。 注意不是相等，也不是成一定的比值！ 【例2】373K时，将0.10mol无色N2O4气体放入100mL抽空的密闭容器中，发生如下反应：N2O4 2NO2隔一定时间对体系进行分析，得到以下数据： 时间/s 0 20 40 60 80 100 n(N2O4)/mol 0.10 0.07 0.05 0.04 0.04 0.04 n(NO2)/mol 0 0.06 0.10 0.12 0.12 0.12 根据表与图中数据，该反应达到平衡状态所需的时间是 A．20s B．40s C．60s D．100s C 探究课堂 其他平衡标志思维建模： “变量 → 不变”。 【例3】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）容器内颜色不再改变 （2） 气体的总物质的量 （3）恒容条件下，容器内压强不再改变 （4）恒容条件下，容器内气体密度不再改变 （5）恒容或恒压条件，容器内平均相对分子质量不再改变 （6）恒压条件下，容器内气体总质量不再改变 （7）恒压条件下，容器总体积不再改变 （8）绝热容器中，容器内温度不再改变 (2) (3) (5) (7) (8) 学习评价 4. 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 任务三 认识化学平衡状态 4. 化学平衡状态的限度 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最大程度，即该反应的限度。 ② 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限度。 ① 化学反应的限度决定了反应物在一定条件下的最大转化率。 任务四 化学反应条件的控制 高 炉 炼 铁 高炉炼铁过程中发生的反应包括了可逆反应，而可逆反应存在一定的限度，当反应达到其限度以后，各物质的量就不变了，因此炼铁过程中，原料是不可能完全转化为产物的。 对炼铁的反应进行深入研究还有没有意义？ 任务四 化学反应条件的控制 对炼铁的反应进行深入研究的意义： 可逆反应的限度是建立在一定条件的基础上的，改变反应条件可以在一定程度上改变反应的限度。 趋 利 避 害 ！ 所以通过对反应条件的控制，可以促进有利的化学反应，抑制有害的化学反应。 任务四 化学反应条件的控制 四、化学反应条件的控制 促进有利反应： 提高反应物的转化率即原料的利用率，加快反应速率等 抑制有害反应： 减缓反应速率，减少甚至消除有害物质的产生，控制副反应的发生等 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等 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）等 1. 控制化学反应条件的目的 2. 控制化学反应条件的方法 任务四 化学反应条件的控制 3. 化工生产中反应条件的调控 (1)考虑因素：反应速率、平衡转化率、______和____________。 成本 实际可能性 (2)实例——合成氨生产条件的选择: N2＋3H2 　 2NH3 (放热反应) 催化剂 温度：400~500 ℃ 压强：10~30 MPa 温度：a. 温度适当低，平衡转化率高，氨的产率高； b. 温度过低，反应速率过慢，达到平衡所需时间长，成本高。 压强：a. 压强大，氨的产率高；b.压强大，反应速率快; c. 对动力和生产设备要求高，成本高。 催化剂：铁触媒 催化剂：仅增大反应速率，不影响反应限度。 探究课堂 思考与讨论 为提高燃料的燃烧效率，应如何调控燃烧反应的条件？ （提示：燃料的状态、空气用量、炉膛材料、尾气热能利用等） 教材48页 煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉： 增大与空气中O2的接触面积，煤粉燃烧更充分，反应速率更快 通入适当过量的空气： 增大O2浓度煤粉充分燃烧，生成CO2，放出更多的热量； 同时避免不充分燃烧，生成CO，造成环境污染 炉膛材料尽量选择保温性能好的，烟道废气中的热量用来加热水、发电等，以提高热量利用率。 学习评价 5. 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) 学习评价 6.(双选)在密闭的容器中进行反应：X2(g)+3Y2(g) 2Z(g)，若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，当反应达到平衡后，各物质浓度可能是 A.X2为0.2 mol·L-1 B.Y2为0.4 mol·L-1 C.Z为0.3 mol·L-1 D.Y2为0.6 mol·L-1 BC 7.某温度时，在2 L密闭容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示。由图中数据分析： (1)该反应的化学方程式为　 ；  (2)反应开始至2 min末，X的反应速率为　 mol·L-1·min-1； (3)3 min后图中曲线所表示的含义是　 　。 0.1 反应达到了平衡状态 Y+2Z 3X 课堂小结 化学反 应的限度 可逆反应在一定条件下达到的一种特殊的化学平衡状态，即为该反应在该条件下进行的限度。 目的：促进有利的化学反应、抑制有害的化学反应 措施：改变化学反应速率、改变可逆反应进行的限度 定义 可逆反应 平衡状态 定义：在同一条件下既可以向正反应方向进行，同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。 特点：双向性、双同性、共存性。 条件控制 直接判据：①正逆反应速率相等；②各物质浓度不变。 间接判据：百分含量、物质的量、压强、平均相对分子质量、密度、颜色不随时间改变。 定义：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改变的状态 特点：逆、动、等、定、变。 平衡 判断 $$