6.2.2 化学反应的限度 化学反应条件的控制 课件 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 第二节 化学反应与能量变化 第2课时 人教版必修第二册 化学反应的限度 化学反应条件的控制 学习目标与核心素养 1.掌握可逆反应的定义和表示方法。 2.理解化学平衡状态和学会平衡状态的判断。 3.了解控制反应条件在生产生活和科学研究中的作用。 学习目标 1.变化观念与平衡思想：化学反应有一定限度，是可以调控的。 2.证据推理与模型认知：通过分析推理认识化学平衡的特征。 核心素养 炼铁高炉尾气之谜 开始，炼铁工程师们认为是CO与铁矿石接触不充分造成的，于是设法增加高炉的高度。然而，令人吃惊的是，高炉增高后，高炉尾气中的CO比例竟然没有改变。 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 课程导入 (放出热量) (吸收热量) 课程导入 高炉炼铁原理： 为什么增加炼铁高炉的高度不能改变高炉尾气中的CO比例呢？ C+O2 CO2 点燃 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 高温 可逆反应 直到19世纪下半叶，法国化学家勒夏特列经过深入的研究，才将这一谜底揭开。 研究证明，在高炉中Fe2O3与CO反应 也不能全部转化为Fe和CO2。 C+CO2 2CO 高温 C+CO2 2CO 高温 课程导入 用来养鱼的自来水为什么需要日晒？ 1.可逆反应 化学反应的限度 在相同条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的化学反应称为可逆反应。 特点 双向性 双同性 共存性 正、逆反应是在同一条件下同时进行的 反应物和生成物同时存在，反应物转化率小于100% 反应物 生成物 正向反应 逆向反应 【方程式特征】用可逆号“ ” 表示。可逆号上下写反应条件。 定义 化学反应的限度 N2+3H2 2NH3 催化剂 高温高压 2SO2+O2 2SO3 催化剂 高温 √ √ × 1. 以下几个反应是否是可逆反应？为什么？ 2. 14CO2 + C CO，达到化学平衡后，平衡混合物中含14C 的粒子有 。 【思考与交流】 Cd+2NiO(OH)+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2 放电 充电 × 2H2O H2↑+O2 ↑ 电解 点燃 14CO2、14C、14CO 化学反应的限度 NH3 +H2O NH3 ·H2O SO2 +H2O H2SO3 CO2+H2O H2CO3 Cl2 + H2O HCl+HClO H2+I2 2HI 加热 2NO2 N2O4 2SO2+O2 2SO3 催化剂 高温 N2+3H2 2NH3 催化剂 高温高压 只有可逆反应才有限度，才有化学平衡，那么什么是化学平衡呢？ 常见的典型的可逆反应有： 化学反应的限度 【思考与交流】 （1）反应刚开始时， v正 、v逆 为何值？ （2）随着反应的进行，反应物和生成物的浓度如何改变？速率如何变化？ （3）v正 递减、v逆 递增将导致二者之间出现什么的结果？ （4）在v正 = v逆 后，v正会继续减小吗？v逆 会继续增大吗？反应物和生成物的浓度呢？ 在1L密闭容器里，加 1 mol N2和 3 mol H2 (合适催化剂)，能发生什么反应？加2 mol NH3呢？ N2+3H2 2NH3 催化剂 高温高压 2. 化学平衡状态的建立 化学反应的限度 2. 化学平衡状态的建立 v(正) v(逆) t1 反应速率 时间（t） 0 = v(正) v(逆) 动态平衡 ≠0 t1 浓度 时间（t） 0 c(H2) c(N2) c(NH3) c(H2) c(N2) c(NH3) 表面静止的状态 化学反应的限度 2. 化学平衡状态的建立（正向、逆向、同时） 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 1.反应物是否完全转化为生成物？ 2.各组分浓度随时间如何变化？ 3.各组分浓度的变化对正、逆反应速率有何影响？ 分析平衡建立过程：某温度和压强下的密闭容器中,2SO2+O2 2SO3 △ 催化剂 t (min) C (mol/L) 思考 化学反应的限度 正逆反应都进行，v(正)> v(逆) c(SO2) 、c(O2 )逐渐减小 ,v(正) 逐渐减小， c(SO3)逐渐增大， v(逆)逐渐增大 反应过程中(0-t1) c(SO2) 、c(O2)最大，→ v(正)最大, c(SO3) =0 → v(逆)=0 开始时(t=0) 反应速率 时间（t） 0 v(正) v(逆) v(正)=v(逆)≠0 平衡状态 t1 反应到t1后 c(SO2) 、c(O2 )、c(SO3)不变， 思考：如何用ν-t图表示平衡状态的逆向建立过程？同时呢？ 化学反应的限度 3. 化学平衡状态的定义 在一定条件下，可逆反应中，当正、逆两个方向的反应速率相等时，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，我们称之为“化学平衡状态”。 化学平衡状态是可逆反应在一定条件下能达到的或完成的最大“限度”。 化学反应限度决定了反应物在该条件下的最大转化率 化学反应的限度 某温度下，在容积不变的密闭容器中，N2与H2反应足够长时间后各物质的量不再改变，求H2的转化率。 各物质的起始量/mol 充分反应后各物质的量/mol N2 H2 NH3 N2 H2 NH3 5 15 0 3 9 4 n始/mol n/mol n平/mol 5 15 0 2 6 4 α＝ ×100% ＝40% 6 mol 15 mol 平衡时H2的转化率 3 9 4 N2 + 3H2 2NH3 化学反应的限度 4. 化学平衡状态的特征 逆、等、动、定、变 (1) 逆：讨论的对象是可逆反应 (前提) (2) 等：同一物质 v正 = v逆 ≠ 0 (本质) (3) 动：化学平衡是一种动态平衡。化学反应达到平衡时，反应并没有停止。 (4) 定：在平衡混合物中，各组成成分的含量保持不变 (标志) (5) 变：化学平衡状态是有条件的，当影响化学平衡的外界条件发生改变，化学平衡就会被破坏，在新的条件下建立新的化学平衡。 化学反应的限度 5. 化学平衡状态的判断——直接标志 等 v正=v逆 ≠ 0 ①同一物质：v正（A）= v逆(A） 一正一逆，再看比例 ②不同物质： 一正一逆，系数交换 即速率之比＝化学计量数之比 ③消耗与生成：单位时间消耗（或反应）2 mol SO2，同时生成2 mol SO2 单位时间消耗（或反应）2 mol SO2，同时消耗2 mol SO3 ④断键与成键：单位时间断裂（或反应）2 mol 硫氧键，同时形成 2 mol 硫氧键 单位时间断裂（或反应）2 mol 硫氧键，同时形成 1 mol 氧氧键 v正(SO2)＝v逆(SO2) v正(SO2)＝2v逆(O2) 以2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)为例 化学反应的限度 5. 化学平衡状态的判断——间接标志 定 各组分的含量保持不变 如物质的量浓度 如各组分的n， m，P，ρ，T，ω，ω(V)，ω(n)，颜色等若本身是变量，当不再变化时，就说明反应达到了化学平衡状态 变量不变 即平衡 以mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 为例 若m+n≠p+q 一 定 若m+n=p+q 不一定 ①压强不变 若m+n≠p+q 一 定 若m+n=p+q 不一定 ②平均相对分 子质量不变 若m+n≠p+q 不一定 若m+n=p+q 不一定 ③密度不变 一 定 ④颜色不变 化学反应的限度 “变量”不变即为“平衡” 反应类型 实例 反应前后各量的变化 m n P 纯气体参加 的可逆反应 2SO2(g)＋O2(g) 2SO2(g) I2(g) + H2(g) 2HI(g) 非纯气体参加 的可逆反应 C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g) A(s) + 2B(g) C(g) + D(g) 仅固体作反应物 的可逆反应 CaC2O4(s) CaO (s) + CO2(g) + CO (g) 不变 变 不变 变 变 不变 不变 不变 不变 不变 变 变 变 变 变 变 变 变 变 不变 化学反应的限度 【例1】对于可逆反应M＋N Q 达到平衡时，下列说法正确的是（ ） A. M、N、Q三种物质的浓度一定相等 B. M、N全部变成了Q C. 反应物和生成物的浓度都保持不变 D. 反应已经停止 C 【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）单位时间内，有1mol N2消耗，同时有1mol N2生成 （2）单位时间内，有1mol N2消耗，同时有3mol H2消耗 （3）1mol N三N 键断裂的同时有2mol N-H 键断裂 （4）2v正（N2）=v逆（NH3） (1) (4) 化学反应的限度 （1）混合气体的颜色不再改变 （2）混合气体的平均相对分子质量不变 （3）混合气体的密度不变 （4）混合气体的压强不变 （5）单位时间内消耗2n molNO2的同时生成2n molO2 （6） O2气体的物质的量浓度不变 练习1.在固定体积的的密闭容器中发生反应：2NO2 2NO + O2 该反应达到平衡的标志是： √ × × √ √ √ 化学反应条件的控制 (2)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 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 化学反应条件的控制 【思考】下表是达到化学平衡时，平衡混合物中NH3的含量(体积分数)， 请分析平衡时混合物中NH3的含量与温度、压强的关系？ 随着压强增大，NH3含量增大 随着温度升高，NH3含量降低 压强：10~30MPa 压强越大，氨的产率越高；而压强越大，对动力和生产设备的要求也越高。 化学反应条件的控制 【思考】下表是达到化学平衡时，平衡混合物中NH3的含量(体积分数)， 请分析平衡时混合物中NH3的含量与温度、压强的关系？ 催化剂活性温度 温度：400~500℃、催化剂：铁触媒 温度较低时，氨的产率较高；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。催化剂也在400~500℃时催化效率高。 化学反应条件的控制 【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：可以从以下几方面考虑，如燃料的状态、空气用量、炉膛材料、烟道废气中热能的利用，等等。） (1)燃料燃烧的条件 ①燃料与空气接触； ②温度达到燃料的着火点。 (2)燃料充分燃烧的条件 ①要有足够的空气或氧气(助燃剂)； ②燃料与空气或氧气要有足够大的接触面积。 (3)燃料充分燃烧的意义 ①使有限的能量发挥最大的作用，节约能源； ②降低污染程度。 课堂练习 2.下列关于化学反应限度的说法中正确的是（ ） A.一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的最大限度 B.当一个可逆反应达到平衡状态时，正向反应速率和逆向反应速率相等且等于零 C.平衡状态时，各物质的浓度保持相等 D.化学反应的限度不可以通过改变条件而改变 A D 3. 一定条件下的密闭容器中，发生可逆反应N2+3H2 2NH3。下列情况不能说明该反应一定达到化学平衡的是（ ） A.NH3的质量保持不变 B.H2的含量保持不变 C.正反应和你反应的速率相等 D.N2、H2和NH3的物质的量之比为1:3:2 课堂练习 4. 在恒温恒容下,下列叙述是可逆反应 A(g)+3B(g) ⇌ 2C(g)+2D(s)达到平衡的标志的是（ ） ①C的生成 速率与C的分解速率相等 ②单位时间内生成a molA,同时生成3a molB ③A、B、C的浓度不再变化 ④混合气体的总压强不再变化 ⑤混合气体的物质的量不再变化 ⑥单位时间内消耗a molA，同时生成 3a molB ⑦A、B、C、D的分子数之比为1:3:2:2 ①③ ④⑤⑥ 5. 可逆反应2NO2(红棕色) 　　2NO(无色)＋O2(无色)在密闭容器中反应，达到化学平衡状态的是（ ） A.单位时间内生成n mol O2同时生成2n mol NO2 B.单位时间内生成n mol O2同时生成2n mol NO C.c(NO2):c(NO):c(CO2)= 2: 2: 1 D.混合气体的颜色不再改变 F.混合气体的密度不再改变 E.混合气体的平均相对分子质量不再改变 H.混合气体各组分的体积分数不再改变 课堂练习 ADEH 课堂练习 6.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 D 7.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 课堂练习 8.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)(2)(4)(6) (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 课堂总结 可逆反应 化学平衡 平衡的建立 平衡的特征 平衡的标志 反应条件控制 建立 Thanks 谢谢观看 Lavf58.51.100 Lavf58.51.100 $$