6.2.2 化学反应限度 课件 2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

第二节 化学反应的速率和限度 第二课时 化学反应的限度 情景导学 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。 高炉炼铁原理： 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。 C + O2 CO2 点燃 C+CO2 2CO 高温 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 高温 【旧知回顾】 1. 什么叫做可逆反应？ 2. 你学习过哪些典型的可逆反应？ 3. 可逆反应的特点是什么？ 1. 在同一条件下，既向正反应方向进行，同时又向逆反应方向进行的反应。 2. 典型的可逆反应有: Cl2 +H2O HCl + HClO NH3 + H2O NH3·H2O SO2+H2O H2SO3 N2 + 3H2 2NH3 催化剂 高温高压 2SO2+O2 2SO3 催化剂 △ H2 + I2 2HI △ 3. 可逆反应的特点： ① 书写可逆反应的化学方程式要用“ ” ② 同一条件，正、逆反应同时进行。 ③ 反应不完全，反应物不可能全部转化为生成物，即反应物的转化率不可能达到100%。故反应体系中反应物和生成物同时存在。 N2 + 3H2 2NH3 催化剂 高温高压 2SO2 + O2 2SO3 催化剂 高温 Cd+2NiO(OH)+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2 放电 充电 2H2O 2H2↑+O2 ↑ 电解 点燃 【思考】以下几个反应是否是可逆反应？为什么？ 针对训练 1. 在一密闭容器中加入 2mol SO2 和 1mol 18O2 ，最终18O存在于什么物质中？ 2SO2 + 18O2 2SO3 催化剂 SO2 、O2 、SO3 2. 思考与讨论：如何设计实验验证Fe3+与I-的反应存在限度？ 2. 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 B. 0.12 mol/L C. 0.05 mol/L D. 0.16 mol/L D 极值法 针对训练 B 3. 在一密闭容器中进行反应：2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol/L、0.1 mol/L、0.2 moL/L，当反应达到平衡时，可能存在的数据是（ ） A．SO2为0.4 mol/L、O2为0.2 mol/L B．SO2为0.25 mol/L C．SO2、SO3均为0.15 mol/L D．SO3为0.4 mol/L 1．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 在某密闭容器中发生反应： 此条件下进行到什么时候达到了这个反应的限度？此时的反应是否停止了？ 此时为何3种物质的浓度保持不变？ 2SO2+O2 2SO3 催化剂 △ 一、化学反应的限度 (1)开始 反应速率 v(正) v(逆) t1 时间（t） 0 c(SO2) 、c(O2)最大， c(SO3)＝0 2SO2 + O2 2SO3 v(正)最大，v(逆)=0 反应速率 v(正) v(逆) t1 时间（t） 0 v(正) v(逆) 反应速率 t1 时间（t） 0 (3)平衡 (2)变化 v(正)减小，v(逆)增大 v(逆)≠0，v(正)＞v(逆) v(正)=v(逆) ≠0 c(SO2) 、c(O2 )减小, c(SO3)增大 2SO2 + O2 2SO3 c(SO2) 、c(O2 )不变, c(SO3)不变 2SO2+O2 2SO3 催化剂 △ 反应物浓度最大，生成物浓度为0 反应物浓度不变，生成物浓度不变 反应物浓度减小，生成物浓度增大 1．某温度下，在2L恒容密闭容器中投入一定量的A、B，发生反应：3A(g)+mB(g) nC(g)+2D(g)，12s时生成C的物质的量为0.8mol(反应进程如图所示)。下列说法错误的是（ ） A. 12s时，A的转化率为75% B. 化学计量数之比m：n=1：2 C. 0~2s，C的平均反应速率为0.1mol·L-1·s-1 D. 图中两曲线相交时，A的消耗速率等于A的生成速率 拓展训练——化学平衡图像分析 D 问：2s时 v(A)正 12s时 v(A)逆（填“＞”“＜”或“=”） ＞ 2．向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，一定条件下使反应SO2(g)+NO2(g) SO3(g)+NO(g)达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如图所示。下列叙述正确的是（ ） A．反应在c点达到平衡状态 B．反应物浓度：a点小于b点 C．反应物的总能量高于生成物的总能量 D．△t1=△t2时，SO2的转化率：a～b段大于b～c段 拓展训练——化学平衡图像分析 C 3. 定义：在一定条件下，可逆反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率_____，反应物和生成物的浓度_______的状态。 相等 不变 = ≠ 动态 保持一定 化学平衡的移动 4. 化学平衡状态的特征 注意：在反应达到化学平衡状态时，各组分的浓度及质量分数、体积分数均保持不变，不一定符合化学计量数之比。 11 ②化学反应的限度决定了反应物在一定条件下的最大 。 ①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 。 （1）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 ，即该反应进行的限度。 最大程度 转化率 限度 5. 化学反应的限度 （2）对化学反应限度的理解 N2(g) + 3H2 (g) = 2NH3(g) 起： 变： 平： 1 3 0 0.8 0.2 0.6 2.4 0.4 0.4 针对训练 （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(　　) 【概念辨析】 例1：对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)，判断下列条件下是否平衡。 （4）判断平衡标志 ①直接标志 条件 是否平衡 正、逆反应速 率的关系 在单位时间内消耗了m mol A，同时生成m mol A 在单位时间内消耗了n mol B，同时消耗了p mol C v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q 在单位时间内生成了n mol B，同时消耗了q mol D 平衡 平衡 无法判断 无法判断 a. v(正) = v(逆) 针对训练 1. 下列各关系式中能说明反应N2 + 3H2 2NH3已达平衡状态的是（ ） A. 3v(N2)正 = v(H2)正 B. v(N2)正 = v(NH3)逆 C. 2v(H2)正 = 3v(NH3)逆 D. v(N2)正 = 3v(H2)逆 C 方法总结：判断一个可逆反应的V(正) = V(逆) 1、先确定比较的分别是正反应速率和逆反应速率； 2、再分析不同物质表示的速率之比与方程式中的化学计量数之比是否相等。 针对训练 2. 一定条件下，可逆反应2A B + 3C，在四种状态中处于平衡状态的是 ( ) 正反应速率 逆反应速率 A v(A)＝2 mol·L－1·min－1 v(B)＝2 mol·L－1·min－1 B v(A)＝2 mol·L－1·min－1 v(C)＝2 mol·L－1·min－1 C v(A)＝1 mol·L－1·min－1 v(B)＝2 mol·L－1·min－1 D v(A)＝1 mol·L－1·min－1 v(C)＝1.5 mol·L－1·min－1 D ①各组分的浓度不随时间的改变而改变； ②各组分的物质的量、质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变。 b. 反应混合物中各组分的浓度保持不变 N2+3H2 2NH3 反应达到平衡时，下列说法正确的是（ ） A. N2、H2、NH3的浓度之比为1：3：2 B. N2、H2、NH3的浓度相等 C. 反应体系的总质量不再变化 D. N2、H2、NH3 的浓度保持不变 D 特别提醒：达到平衡时各组分的浓度保持不变，但不一定相等，也不一定符合化学计量数之比。 【例2】 ①m + n ≠ p + q时，混合气体总压强一定 (其他条件一定)   以mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)为例 a. 对于纯气体参加的可逆反应 平衡 无法判断 压强 ②m + n = p + q时，混合气体总压强一定 (其他条件一定)     温度 绝热容器中，当体系温度一定时 平衡 颜色 反应体系内有色物质的颜色一定 平衡 体系密度 无法判断 恒温恒压时，m+n ≠ p+q，则密度一定时 平衡   平衡 无法判断 恒温恒容时，密度一定 2．间接标志 无法判断 压强 ①n ≠ p＋q时，混合气体总压强一定 (其他条件一定) 平衡 ②n = p＋q时，混合气体总压强一定 (其他条件一定) 平衡 恒温恒容时，密度一定 平衡     体系密度 b. 对于非纯气体参加的可逆反应 以mA(s) + nB(g) pC(g) + qD(g)为例 温度 绝热容器中，当体系温度一定时 平衡 颜色 反应体系内有色物质的颜色一定 平衡 化学平衡状态的判断标志 (1)速率: ν正= ν逆 ①同一物质: ν生成(A) = ν消耗(A）) 直接标志 （2）各组分的浓度保持不变—— 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。 间接标志 ②不同物质， v正(A) : v逆(B) =化学计量数之比   （根据具体情况分析） 针对训练 某恒压密闭容器中有反应 2NO2(g) 2NO(g)+ O2(g) ，达到平衡的是 ; 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 E、混合气体的密度不再改变 F、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 ADEFH 针对训练 2. 在一定温度下，下列叙述不是可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g)+2D(s)达到平衡的标志的是 ； ① C的生成速率与C的分解速率相等 ② 单位时间内生成a mol A，同时生成3a mol B ③ A、B、C的浓度不再变化 ④ 恒容时，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混合气体总质量不再改变 ⑦恒容时，混合气体的密度不再改变 ⑧ A、B、C、D的分子数之比为1:3:2:2 ②⑧ 针对训练 3. 将一定量纯净的氨基甲酸铵(NH2COONH4)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分解平衡：NH2COONH4(s) 2NH3(g) + CO2(g)。下列可以判断该分解反应已经达到化学平衡状态的是（ ） A．2v(NH3)＝v(CO2) B．密闭容器中总压强不变 C．密闭容器中混合气体的平均相对分子质量不变 D．密闭容器中氨气的体积分数不变 B 针对训练 4. 在恒温恒容的密闭容器中，充入等物质的量的CO和NO混合气体，发生如下反应：2CO(g) + 2NO(g) N2(g) + 2CO2(g)，t0时达到平衡，测得反应过程中CO2的体积分数与时间的关系如图所示。 （1）比较大小：a处v正 b处v逆（填“＞”“＜”或“=”） （2）CO的平衡转化率为 。 （3）能说明上述反应达到平衡状态的是 （填序号）。 A. CO浓度与CO2浓度均不再变化 B. 混合气体密度保持不变 C. 反应容器内压强保持不变 D. CO和NO的浓度之比保持不变 E. CO和N2的浓度之比保持不变 ＞ 80% ACE 1. 目的：促进 的化学反应，抑制 的化学反应。 2. 基本措施 （1）改变化学反应速率：改变反应物的温度、溶液中溶质的浓度、气体压强(或浓度)、固体表面积以及催化剂的合理使用等； （2）改变可逆反应进行的限度：改变可逆反应体系的温度、溶液中溶质的浓度、气体压强(或浓度)等。 有利 有害 二、化学反应条件的控制 3. 合成氨工业反应条件的控制 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，生产成本高，工业上通常选择在400~500℃下进行。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。 化工生产中控制反应条件的原则 原则：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， 需要综合考虑控制反应条件的成本和实际可能性 控制生产成本 反应实际可能性 4. 提高煤的燃烧效率问题探究 (1)煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉的依据是 ；通入过量空气的依据是____________________________________。 (2)选择保温隔热且耐热的炉(灶)膛材料的主要目的是 。 (3)充分利用煤燃烧后的废气中的热量可采取的措施是_________________。 与空气中O2的接触面积增大，煤粉燃烧更充分，反应速率快 空气充足，煤粉燃烧充分，生成CO2，放出热量多，若空气不足，煤燃烧不完全，生成CO，产生热量减少，且会造成污染 防止热量散失 将燃烧后的废气通过交换装置，供其他方面使用 转化率 反应速率 反应速率 4.小结 针对训练 1.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 C eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(促进有利反应\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(提高反应的_______,加快_________)),控制有害反应\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(减慢__________,减少甚至消除有害物质的产生,控制副反应的发生)))) $