6.2.2 化学反应的限度和化学反应条件的控制 课件-2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

人教版必修第二册 第六章 化学反应与能量 　第二节　化学反应速率与限度 第2课时　化学反应的限度和化学反应条件的控制 【学习目标与核心素养】 学习目标 1、了解可逆反应。 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。 核心素养 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。 【引入】 新制氯水（棕色试剂瓶） 新制氯水（无色试剂瓶） 反应物未完全转变成生成物，该反应具有一定的限度。 【思考与交流】 设计实验证明FeCl3与 KI 之间可以发生反应，且该反应有一定的限度。 即证明反应 2Fe3++2I- 2Fe2++I2 可以发生。 方案： 1、取5ml 0.1mol/L KI溶液，加入0.1mol/L FeCl3 溶液5~6滴。 2、向上述溶液中继续加入2ml CCl4。 3、取上层清液，滴入2滴0.1mol/L KSCN溶液。 检验Fe3+是否完全反应 检验是否生成了I2 I-过量 科学研究表明，不少化学反应都具有可逆性即正向反应和逆向反应能同时进行。 H2 + I2 2HI 正反应 逆反应 所有化学反应都有速率问题，但化学反应限度不是所有化学反应都有，只有可逆反应才有限度问题。 正反应：反应物→生成物 逆反应：生成物→反应物 可逆反应：在相同条件下能向正、逆两个方向同时进行的化学反应称为可逆反应。 可逆反应和一般的反应有什么区别呢？ 5 一、化学反应限度 1、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称为可逆反应。 同一条件下 表示方法：书写可逆反应的化学方程式时不用“===”而用“ ”。 反应物转化率小于100% 2、绝大多数化学反应都是可逆的，是有限度的。不同的化学反应，限度有所不同，相同的化学反应，条件不同时限度也不同。 3、不可逆反应：同一条件下，逆反应的倾向很小；若正反应的倾向很小，可视为不反应。 1、化学反应的可逆性导致化学反应有一定的限度。 一、化学反应限度 1、可逆反应： 提示： 【思考】 （1）反应刚开始时， v正 、v逆 为何值？ （2）随着反应的进行，C反和C生如何改变？v正 、v逆 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？C反和C生呢？ 在一固定容积的密闭容器里，加 1 mol N2和 3 mol H2 (合适催化剂)，能生成2 mol NH3 吗 ？ 2、化学平衡状态的建立 一、化学反应限度 N2+3H2 2NH3 催化剂 高温高压 化学反应的限度 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 1、化学平衡状态的建立 一、化学反应限度 可逆反应的这种特殊状态我们把它命名为化学平衡状态，它是可逆反应能达到的最大的限度。 N2+3H2 2NH3 催化剂 高温高压 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在改变。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”。 【思考】 (1)在化学平衡的反应中，如何理解正逆反应速率相等？ (2) 当一个可逆反应达到平衡时，各物质的浓度保持不变，这时反应停止了吗？ 反应速率 v(正) v(逆) t1 时间 0 可逆反应中 v正 = v逆 是针对同一物质而言的 化学反应限度决定了反应物在该条件下的最大转化率 一、化学反应限度 转化率：已被转化的反应物的物质的量与其初始物质的量之比 达到动态平衡, 此时反映仍在继续 可逆反应 ν (正) = ν (逆) 逆 等 动 ≠0 动态平衡 定 各组分的浓度保持恒定 变 条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡 时间t V正 V逆 V正=V逆≠0 反应速率 达到平衡 0 t1 判断可逆反应是否达到平衡的直接标志。 化学平衡状态是可逆反应在一定条件下达到v正 =v逆的一种状态，此时反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度可以保持恒定。 4、化学平衡状态的特征： 一、化学反应限度 化学平衡的本质 化学平衡的标志 11 —“等”“变” 一、化学反应限度 5、化学平衡状态的判断依据 直 接 速率 v(正）=v(逆） 浓度不再改变 同一物质：一正一逆 v正(A)= v逆(A) 不同物质：一正一逆，与系数成比例。 各组分的浓度、n, m, W（n）颜色、温度不再变化 变量不变 最大转化率 A的转化率最大时，A的百分含量最小； C的产率最大时，C的百分含量最大。 一审条件：恒压or恒容？ 二审方程：状态、反应前后气体量 例1：在温度体积不变的容器中充入1molN2、3molH2，发生反应： 放热反应，下列选项表明一定达到平衡状态的是 N2+3H2 2NH3 催化剂 高温高压 1、V正(H2)=V逆（H2） 2、V正(N2)=2V正（NH3） 3、相同时间内，断开H-H键的数目和生成N-H键的数目相等 4、NH3的物质的量保持不变 5、C(N2):C(H2)保持不变 6、C(N2):C(NH3)保持不变 7、容器内气体的浓度C(N2):C(H2):C(NH3)=1:3:2 8、N2的转化率保持不变 9、NH3的体积分数保持不变 10、混合气体密度保持不变 11、容器内气体压强保持不变 12、混合气体平均摩尔质量保持不变 √ × × √ × √ × √ √ × √ √ 1molN2、4molH2充入 √ 恒温恒压 10√ 11× 12√ 化学平衡状态是可逆反应达到的一种特殊的状态。 一、化学反应限度 是在给定的条件下化学反应所能做到的或完成的最大程度。 限度 最大转化率 改变条件 改变限度 （改变化学反应的平衡） 5、化学平衡状态的计算 14 1、1mol N2与3mol H2参加反应，平衡时测得NH3为0.4mol ，求平衡时N2的转化率 N2(g) + 3H2 (g) 2NH3(g) 起： 转： 平： 1 3 0.4 0 0.4 0.6 0.2 0.8 2.4 N2 “三段式”法 一、化学反应限度 5、化学平衡状态的计算 2、 C “三段式”法 一、化学反应限度 5、化学平衡状态的计算 二、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。 1．控制反应条件的目的： 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） 即通过控制化学反应的条件，使反应向着我们有利的方向进行。 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 即通过改变条件改变反应的速率和可逆反应进行的程度 趋利避害 二、化学反应条件的控制 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。 催化剂 高温、高压 N2 + 3H2 2NH3 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，合成氨厂随着生产规模和设备条件的不同，采用的压强通常为10~30MPa。 3. 化工生产中反应条件的调控： 二、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?（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。） 思考与讨论：P48 煤被研得越细，粉末越小，与空气中O2的接触面积越大，燃烧越充分，反应速率越快。 空气充足，煤燃烧得充分，产物主要为CO2，放热量大；空气不足，则煤燃烧不充分，部分生成CO，CO排放到空气中造成污染，且生成CO时，放出的热量大大减小。 尽管煤燃烧是放热反应，但反应过程中煤燃烧需要提供部分能量才能进行，而利用煤燃烧放出的部分热量就可维持反应的持续进行。 应选择保温隔热且耐热的炉（灶）膛材料，防止热量散失。 节约能源，提高能源利用率，降低污染程度。 二、化学反应条件的控制 【科学史话】 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 (放出热量) (吸收热量) 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？ 【科学史话】 炼铁高炉尾气之谜 高炉炼铁原理： 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 课堂小结: (1)任何可逆反应都有一定的限度。(　　) (2)化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等。(　　) (3)化学反应的限度与时间的长短无关。(　　) (4)化学反应的限度是不可改变的。(　　) (5)化学平衡的建立与反应条件密切相关。(　　) (6)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(　　) (7)1 mol N2和3 mol H2在一定条件下可完全生成2 mol NH3(　　) (8)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(　　) (9)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(　　) (10)可逆反应达到平衡状态时，各反应物、生成物的浓度相等(　　) 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) × × × × × √ √ √ √ √ 【课堂练习】 2、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 3、在一定温度下，可逆反应A(g)+3B (g) 2C(g) 达到平衡状态的标志是（ ） A. C的生成速率和C的分解速率相等. B. 单位时间内生成1molA同时生成了3molB. C. A、B、C浓度不再变化. D. A、B、C的分子个数之比为1：3：2 A C 【课堂练习】 4、以3H2+N2 2NH3为列分析,判断下列情形是否达到平衡状态? (1) 若有1molN2消耗，则有1molN2生成。 (2) 若有1molN2消耗，则有3molH2生成。 (3) 若有1molN2消耗，则有2molNH3生成。 (4) 若有1molN≡N键断裂，则有6molN﹣H键断裂。 (5) 若有1molN≡N键断裂，则有6molN﹣H键生成。 (6) 若反应体系中N2、H2、NH3的百分含量不变。 (7) 反应体系中平均相对分子质量一定。 (8) 若体系的体积一定，气体的密度一定。 (9) 若体系的体积一定，气体的压强一定。 是 否 是 是 是 是 否 是 否 【课堂练习】 5、可逆反应2NO2 NO+O2，在体积固定的密闭容器中进行，达到平衡的标志是（ ） ①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2 ②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO ③用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为2:2:1的状态 ④混合气体的颜色不再改变的状态 ⑤混合气体的密度不再改变的状态 ⑥混合气体的压强不再改变的状态 ⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 A.①④⑥⑦ B.②③⑤⑦ C.①③④⑤ D.全部 A 6、一定温度下，向2L恒容密闭容器中充入0.4molNH3和0.5molO2发生反应4NH3(g)+5O2(g)⇌4NO(g)+6H2O(g)。2min后，NO的浓度为0.06mol·L-1。下列有关说法不正确的是（ ） A．2min末，用NO表示的反应速率为0.06mol·L-1·min-1 B．2min末，NH3的浓度为0.14mol·L-1 C．0～2min内，生成的水的质量为3.24g D．0～2min内，O2的物质的量减少了0.15mol A “三段式”法 【课堂练习】 7、密闭容器中进行如下反应：X(g) +3Y(g) 2Z(g)，X、Y、Z起始浓度分别是0.2mo1/L、0.6mol/L、0.4mol/L，当达到平衡时，下列数据可能正确的是（ ） A. X 为0.25mol/L，Z为0.5mol/L B. Y为1.2mol/L C. X为0.3mol/L，Z为0.3mol/L D. Z为0.6mo1/L X2(g) + 3Y (g) 2Z(g) 起： 转： 平： 0.2 0.6 0.4 0.2 0.6 0.4 0 0 0.8 假设正反应方向完全进行 假设逆反应方向完全进行 X2(g) + 3Y (g) 2Z(g) 起： 转： 平： 0.2 0.6 0.4 0.2 0.6 0.4 0.4 1.2 0 D “三段式”法 【课堂练习】 C “三段式”法 8、一定条件下，可逆反应X（g）+3Y（g）═2Z（g），若X、Y、Z起始浓度分别为c1、c2、c3（可以为0），平衡时X、Y、Z的浓度分别为0.1mol/L、0.3mol/L和0.08mol/L，则下列判断不合理的是（　　） A. c1：c2=1：3 B. 平衡时，Y和Z的生成速率之比为3：2 C. X、Y的转化率不相等 D. c1的取值范围为0＜c1＜0.14mol/L 【课堂练习】 9、一定温度下，在容积为V L的密闭容器中进行反应：a N(g) b M(g)，M、N两种气体的物质的量随时间的变化曲线如图所示： （1）此反应的化学反应方程式为：___ ___； （2）t1到t2时刻，以M的浓度变化表示的平均反应速率为：___ ___。 (3)下列叙述中能说明上述反应达到平衡状态的是________。 A．反应中M与N的物质的量之比为1:1 B．混合气体的总质量不随时间的变化而变化 C．混合气体的总物质的量不随时间的变化而变化 D．单位时间内每消耗a mol N，同时生成b mol M E．混合气体的压强不随时间的变化而变化 F．N的质量分数在混合气体中保持不变 2N M CEF $