6.2化学反应的速率与限度 课件 2024-2025学年下学期高一化学人教版（2019）必修第二册

第一节 化学反应的速率与限度 第2课时 化学反应的限度 1 贰 知识导航 本节重难点 化学反应限度 壹 化学反应条件的控制 贰 　　　 炼铁高炉尾气之谜 高炉炼铁的主要反应是: 2C(焦炭)+O2(空气) ===２CO（放出热量） Fe2O3+3CO === 2Fe+3CO2 炼制１吨生铁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，且从高炉中出来的气体中含有未被利用的CO气体。开始，炼铁工程师们认为是CO与铁矿石接触不充分之故，于是设法增加高炉的高度，然而高炉增高后，高炉尾气中的CO比例竟没有改变，这是什么原因呢？ 高温 高温 化学反应的限度 看我的化学魔术！ 2SO2 + 18O2 2SO3 加入18O2 在一定 条件下反应 化学反应的限度 2SO2 + 18O2 2SO3 S18O2 S16O18O 18O2 18O16O S18O3 S16O218O S16O18O2 反应物、生成物共存 用一个化学专用名词破解 这个魔术吗？ 化学反应的限度 可逆反应 定义：在同一条件下正反应方向和逆反应方向均能进行的化学反应。 特征 反应物 生成物 正、逆反应是在同一条件下同时进行的 双向性 双同性 共存性 反应物和生成物同时存在 书写可逆反应的化学方程式时，不用“ === ”，用“ ”。 NH3 +H2O NH3 ·H2O 化学反应的限度 典型的可逆反应： SO2 +H2O H2SO3 N2+3H2 2NH3 催化剂 高温、高压 2SO2+O2 2SO3 催化剂 可逆反应 H2+I2 2HI Cl2+H2O HCl+HClO 7 化学反应的限度 可逆反应 可逆反应不能进行到底，存在一定的化学反应限度。 化学反应是按照化学方程式中的计量关系进行的 2CO + O2 2CO2 点燃 2 1 2 2mol 1mol ? mol 2mol 2SO2 + O2 2SO3 催化剂 2 1 2 2mol 1mol ? mol 小于 2mol 有些化学反应能进行地较彻底（非可逆反应），有些化学反应是不能进行彻底的（可逆反应）。 8 1、下列属于可逆反应的是 。 A．氯化钠溶解与结晶析出 B．氯气溶于水 C．电解水生成H2、O2 与H2在O2中燃烧生成H2O D．SO2被氧气氧化成SO3 E．H2和I2在高温下边化合边分解 F．品红溶液通入SO2褪色，加热后又恢复红色 G．Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O H．SO2 +Br2 +2H2O=H2SO4 +2HBr 课堂练习 BDE 放电 充电 化学平衡状态的建立 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： ，各物质浓度随反应时间变化如下： 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 2SO2+O2 2SO3 催化剂 △ 思考 化学反应的限度 化学反应的限度 化学平衡状态的建立 开始： 反应速率 v(正) v(逆) t1 时间（t） 0 2SO2 + O2 2SO3 v(正)最大，v(逆)=0 反应速率 v(正) v(逆) t1 时间（t） 0 变化： v(正)减小，v(逆)增大，v(逆)≠0，v(正)＞v(逆) 2SO2 + O2 2SO3 c(SO2) 、c(O2)最大， c(SO3)＝0 c(SO2) 、c(O2 )减小，c(SO3)增大 化学反应的限度 化学平衡状态的建立 平衡： v(正)=v(逆) ≠ 0 2SO2+O2 2SO3 催化剂 △ c(SO2) 、c(O2 )、 c(SO3)均不变 化学平衡的标志 O 时间 浓度 生成物 反应物 反应开始时：c反最大, v正最大; c生=0 ， v逆=0 反应进行过程中：c反↓, v正↓; c生↑ v逆↑ v(正)>v(逆) v(正) v(逆) 反应速率 时间(t) t1 v(正)= v(逆) t1 化学反应的限度 化学平衡状态 定义： 如果外界条件（温度、浓度、压强等）不发生改变，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相等，反应物和生成物的浓度均不再改变，达到一种表面静止的状态，称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。 对象： 化学平衡研究的对象是可逆反应。 v(正) v(逆) 反应速率 t1 时间（t） 0 平衡状态 13 化学反应的限度 化学平衡状态的特征 逆 化学平衡状态的研究对象是可逆反应 等 各组分浓度/物质的量/百分含量 保持不变 动 同一物质 v正 ＝ v逆 ≠ 0 定 变 条件改变，原平衡状态被破坏，重新建立新平衡 反应并未停止，是一个动态平衡 14 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，即该反应进行的限度。 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。 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。 化学反应的限度 化学反应的限度 N2(g) + 3H2 (g) = 2NH3(g) 起： 变： 平： 1 3 0 0.8 0.2 0.6 2.4 0.4 0.4 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 化学反应的限度 化学反应的限度 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，即该反应进行的限度。 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 化学反应的限度 化学反应的限度决定了反应物在该条件下的最大转化率 同一可逆反应，改变条件可以在一定程度上改变一个化学反应的限度 N2(g) + 3H2 (g) = 2NH3(g) 起： 变： 平： 1 3 0 0.8 0.2 0.6 2.4 0.4 0.4 判断对错 1、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 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 课堂练习 × × √ × × 1、合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应： N2(g)＋3H2(g)　　　　　 2NH3(g)， 673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间t 变化的关系如图所示。 下列叙述中正确的是( ) A. c点处正反应速率和逆反应速率相等 B. a点的正反应速率比b点的大 C. d点(t1时刻)和e点(t2时刻)处n(N2)不同 D. 在t2时刻，正反应速率大于逆反应速率 B 高温、高压 催化剂 化学反应的限度 2、在2 L的密闭容器中放入4 mol N2O5，发生如下反应： 2N2O5(g) 4NO2(g) + O2(g)。 反应至5 min时，测得N2O5转化了20%，v(NO2)为__________________ ； 5 min时，N2O5在混合气体中的体积分数是___________。 课堂练习 0.16 mol·L-1·min-1 61.5% 气体体积分数（或物质的量分数） φ(A)＝ n(A) / n总 ×100% 3、在一定温度下，容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间的变化曲线如图，下列表述中正确的是 (　　 ) A．反应的化学方程式为2M ⇌ N B．t2时，正、逆反应速率相等，反应达到平衡 C．t3时，正反应速率大于逆反应速率 D．t1时，N的浓度是M的浓度的2倍 课堂练习 D 化学平衡状态的判断依据 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 标志一 ：v正 = v逆 ≠ 0 1、直接依据——“正逆反应速率相等” 化学反应的限度 化学平衡状态的判断依据 例 ：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1mol N2，同时1mol N2生成 （2）单位时间内，消耗3mol H2，同时有2mol NH3反应掉 （3）1个 N≡N 断裂的同时，有6个N—H 键断裂 （4）2v正(N2) = v逆(NH3) （5）单位时间内，有3mol H2消耗，同时有2mol NH3生成 有正有逆 符合比例 × 化学平衡状态的判断依据 2、间接依据——根据各组分的量 a. 各组分的浓度不随时间的改变而改变 b. 各组分的物质的量、物质的量分数不随时间的改变而改变 标志二：各组分的量保持不变 （注意：不是相等，也不是成一定的比值） 即： 变量不变 化学反应达到平衡状态 c. 各组分的体积、体积分数不随时间的改变而改变 d. 各组分的质量、质量分数不随时间的改变而改变 e. 体系的颜色和温度不变 化学反应的限度 化学平衡状态的判断依据 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 压强不变 若m+n ≠ p+q 一 定 若m+n = p+q 不一定 ①气体总压强（即P总、n总） 当容器体积一定时： A(g) + B(g) 2C(g) A(g) + 2B(g) 2C(g) 压强不变可以说明达到平衡 压强不变不能说明达到平衡 结论：总压强不再改变达到平衡，适用于前后气体分子数不相等的反应 化学反应的限度 化学平衡状态的判断依据 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 平均相对分子质量不变 若m+n≠p+q 一 定 若m+n=p+q 不一定 ②气体平均相对分子质量 不变 不能说明达到平衡 不变 可以说明达到平衡 A(g) + B(g) 2C(g) A(g) + 2B(g) 2C(g) n(g,总) m(g,总) = M 化学反应的限度 化学平衡状态的判断依据 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 密度不变 若m+n≠p+q 一 定 若m+n=p+q 不一定 ①混合气体密度 当容器体积一定时： A(g)+B(g) 2C(g) A(g)+B(s) 2C(g) 气体密度不变 可以说明达到平衡 气体密度不变 不能说明达到平衡 结论：混合气体密度不再改变，适用于反应中有固/液参与或生成的反应。 ρ = m(g,总) / V 化学反应的限度 1、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 ① ⑤ ⑥ ⑧ 课堂练习 2、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恒温容器中混合气体的压强一定 ⑩绝热容器中反应体系的温度不再改变 公式：pV=nRT 课堂练习 ①③④⑧⑨⑩ 化学反应条件的控制 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。 为提高燃料的燃烧效率，应如何调控燃烧反应的条件？ 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。 化学反应条件的控制 从速率和平衡的角度分析， 为什么工业上通常采用400-500℃，10-30Mpa条件合成氨气？ 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 400~500℃ 10 MPa~ 30 MPa 高温、高压 N2 + 3H2 2NH3 催化剂 在化工生产中，为了提高反应进行的程度而调控反应条件时，需要考虑控制反应条件的成本和实际可能性。 合成氨的生产在温度较低时，氨的产率较高；压强越大，氨的产率越高。但温度低，反应速率小，需要很长时间才能达到化学平衡，生产成本高，工业上通常选择在400~500℃下进行。而压强越大，对动力和生产设备的要求也越高，采用的压强通常为10~30MPa。 高温、高压 N2 + 3H2 2NH3 催化剂 化学反应的限度 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 课堂练习 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 $$