6.2.3 化学反应的限度 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

第二节 化学反应的速率与限度 6.2.3 化学反应的限度 化学反应条件的控制 第六章 化学反应与能量 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 学习目标 1、掌握化学反应的限度、可逆反应和化学平衡的含义 2、知道当一定的外界条件改变时化学反应限度可能发生改变 3、掌握化学平衡状态的判断方法，掌握化学平衡中转化率的相关计算 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 1、19世纪下半叶，炼制生铁过程中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，而且从高炉排出的废气中总是含有没有利用的CO。工程师们认为是CO与铁矿石接触不充分造成的，于是增加高炉的高度。然而，增高后，高炉尾气中CO的比例竟然没有改变，这是什么原因呢？ 思考 法国化学家勒夏特列经过研究发现：C+CO2⇋2CO是一个可逆反应，并且自下而上发生在高炉中有焦炭的地方。后来的研究证明，在高炉中Fe2O3与CO反应也不能全部转化为Fe和CO2 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 2、通过表中数据，你能发现什么？ 0.04 0.1 0.14 0.2 1.2 反应结束后SO2物质的量 100 10 5 1 0.5 n(O2)/mol 2 2 2 2 2 n(SO2)/mol 表2：反应2SO2+O2 = 2SO3中 △ 催化剂 表1：反应2CO + O2 = 2CO2中 0 0 0 0 1 反应结束后CO物质的量 100 10 5 1 0.5 n(O2)/mol 2 2 2 2 2 n(CO)/mol 点燃 思考 化学反应是有限度的，有些能进行地比较彻底，有些反应是不彻底的，甚至是可逆的。 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 4 一.可逆反应 在同一条件下，正反应方向和逆反应方向均能同时进行的化学反应称为可逆反应 (1)反应不能进行到底【双向性】(2)在一定条件下反应物与生成物同时存在【共同性】 (3)正、逆反应方向同时进行【双同性】 可逆反应的化学方程式中，用“ ⇋ ”号代替“=”号 1、定义 2、可逆反应的特点 3、可逆反应的表示方法 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 典型的可逆反应有: N2+3H2 ⇋ 2NH3 催化剂 高温高压 2SO2+O2 ⇋ 2SO3 催化剂 加热 SO2 +H2O ⇋ H2SO3 NH3 +H2O ⇋ NH3 ·H2O 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 1、下列不属于可逆反应的是（ ） A.氯气与水反应生成盐酸与次氯酸 B.N2与H2在一定条件下可以生成NH3，同 时NH3又可以分解为N2和H2 C.电解水生成H2和O2，H2和O2转化成H2O D.SO2溶于水和H2SO3分解 2、当可逆反应：2SO2＋O2⇋2SO3达到平衡后，通入18O2，再次达到平衡时，18O存在于(　　) A．SO3和O2中 B．SO2和SO3中 C．SO2、O2和SO3中 D．SO2和O2中 C C 【练一练】 3、　　　　　 和　　　　　　　　互为可逆反应吗？ 不是可逆反应，反应条件不相同。 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master ①反应开始前有什么特征？ 开始前容器中c(N2) 、c(H2)最大， c(NH3) =0 N2 + H2 → NH3 只有正反应进行v(正)最大，v(逆)=0 思考 3、500 ℃时，容积为1 L的密闭容器中，发生如下反应，一段时间后，各物质浓度如下： 起始量(mol·L-1)   N2  ＋   3H2  ⇋ 2NH3  0.2 0.4 0 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master ②反应的发生阶段有什么特征？ 思考 起始量(mol·L-1)   N2  ＋   3H2  ⇋ 2NH3  0.2 0.4 0 30min(mol ·L-1)    1小时 (mol ·L-1)      0.15 0.25 0.13 0.18  0.1 0.11 反应开始后c(N2) 、c(H2 )逐渐变小(大→小) , c(NH3)从0逐渐增大 N2 + H2 → NH3 正逆反应都进行，v(逆) ≠0，v(正)> v(逆) 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master ③反应足够长的时间后的阶段，有什么特征？ c(N2) 、c(H2)逐渐变小到一定量后不再变化，c(NH3)逐渐增大到一定量后不再变化，三种物质的浓度达到一个特定值。 (三种物质的浓度均不再变化) v (正)= v (逆) ≠0 N2 + H2 ⇋NH3 思考 起始量(mol·L-1)   N2  ＋   3H2  ⇋ 2NH3  0.2 0.4 0 30min(mol ·L-1)    1小时 (mol ·L-1)      0.15 0.25 0.13 0.18  0.1 0.11 2小时 (mol ·L-1) 3小时 (mol ·L-1) 0.08 0.04 0.24 0.08 0.04 0.24 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 二、化学反应限度 1、化学平衡的建立 浓度 速率变化 v正、v逆关系 反应开始 反应物浓度最大 v正最大 v正＞v逆 生成物浓度为0 v逆为0 反应进行中 反应物浓度逐渐减小 v正逐渐减小 v正＞v逆 生成物浓度逐渐增大 v逆增大 反应一段时间(t1)后 反应物浓度不再改变 v正不变 v正＝v逆≠0 生成物浓度不再改变 v逆不变 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 达到反应限度后，反应物和生成物浓度不在变化(定) 达到反应限度后V正=V逆 (等)≠0(动) 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 由于v(正)= v(逆) ≠ 0，虽然正、逆反应都在进行，但各种物质的百分含量、浓度都不会发生变化。 从外表上看，反应好象“停止” 可逆反应的这种特殊状态就是我们今天要研究的化学平衡状态 正反应速率 逆反应速率 相等 时间 速率 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 如果外界条件(温度、浓度、压强等)不发生改变，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”。 【注意】 ①化学反应的限度决定了反应物在该条件下转化为生成物的最大转化率 ②对于可逆反应来说，当处于化学平衡状态时，转化率、产率达到了最大限度 2、化学平衡状态的定义 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 时间 速率 O · · 时间 浓度 O 正反应 逆反应 · · 平衡状态 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 4、达化学平衡的反应中，如何理解正逆反应速率相等？ 5、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 反应没有停止，处于动态平衡 思考 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 逆、等、动、定、变 (1) 逆：讨论的对象是可逆反应 (前提) (2) 等：平衡时，同一物质 v正 = v逆≠0 (实质) (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，是一种表面静止状态。 (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。 【各物质的转化率(α)、百分含量(w%)、物质的量(n)、物质的质量(m)、物质的量浓度(c)、混合气体的平均摩尔质量、混合气体的密度(ρ)、压强(P)等所有物理量全部恒定】 3、化学平衡状态的特征 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master D 3、可逆反应达到平衡的重要特征（　 ） A.反应停止了 B.正、逆反应速率都为零 C.反应物和生成物的浓度相等 D.正、逆反应的速率相等 4、下列说法中不正确的是(　　) A．当可逆反应达到平衡时，就是此反应在该条件下能达到的限度 B．当可逆反应达到平衡时，此反应的正反应速率和逆反应速率相等 C．延长反应时间，不能使2 mol SO2与1 mol O2反应生成2 mol SO3 D．化学反应达到其限度后，反应就停止了 D 【练一练】 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 4、化学平衡状态的判断方法 可逆反应达到平衡状态时主要有以下两个特征：①v 正＝v 逆；②混合物中各组分的百分含量不变(除百分含量外其他在反应过程中变化的量，达到平衡后均不再发生变化，即“变化量”达“定量”)，以上两个特征可作为判断可逆反应达平衡的标志 (1)直接标志 a.正、逆反应速率相等(一个表示v逆一个表示v正）①同种物质：v正＝v逆≠0，(同一种物质的生成速率等于消耗速率)②不同种物质：v逆(B)/v正(A)＝B的化学计量数/A的化学计量数 a.在化学方程式同一边的不同物质的生成速率与消耗速率之比等于化学计量数之比 b.在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于化学计量数之比 vA(增)=vA(减） 等号一边一增一减，量与系数成正比 等号两边同增共减，量与系数成正比 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master b.各组分的浓度保持一定①各组分的浓度不随时间的改变而改变 ②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 变量不变即平衡 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master a. 单位时间内有2mol SO2消耗，同时有2mol SO2生成； b. 单位时间内有2mol SO3生成，同时有_____SO3消耗； c. 单位时间内有2mol SO2生成，同时有_____SO3 ____ d. 单位时间内有1mol O2生成， 同时有_____SO3———— e. 单位时间内有2mol SO2生成，同时有_____O2———— 2SO2+O2 2SO3 △ 催化剂 2mol 2mol 1mol 2mol 生成 消耗 生成 【练一练】 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 类型 判断依据 【以mA(g)＋nB(g)⇋pC(g)＋qD(g)为例】 是否是平衡状态 混合物体系中各成分的含量 ①各物质的物质的量或各物质的物质的量的分数一定 平衡 ②各物质的质量或各物质质量分数一定 平衡 ③各气体的体积或体积分数一定 平衡 ④总体积、总压强、总物质的量一定 不一定平衡 正、逆反应速率的关系 ①在单位时间内消耗了m molA同时生成m molA，即v(正)=v(逆) 平衡 ②在单位时间内消耗了n molB同时消耗了p molC，则v(正)=v(逆) 平衡 ③在单位时间内生成n molB，同时消耗了q molD，因均指v(逆) 不一定平衡 ④v(A):v(B):v(C):v(D)=m:n:p:q，v(正)不一定等于v(逆) 不一定平衡 (2)间接判断依据 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 类型 判断依据 【以mA(g)＋nB(g)⇋pC(g)＋qD(g)为例】 是否是平衡状态 压强 ①m＋n≠p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 平衡 ②m＋n=p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 不一定平衡 混合气体平均相对分子质量 ① 一定时，只有当m＋n≠p＋q时 平衡 ② 一定时，但m＋n=p＋q时 不一定平衡 温度 任何反应都伴随着能量变化，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 体系的密度 恒温恒容时，密度一定 不一定平衡 恒温恒压时，若m＋n≠p＋q，则密度一定时 平衡 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 【几点强调】 ①对同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等则一定处于平衡状态②对绝热密闭容器，温度保持不变则一定处于平衡状态③若反应中有固体或液体，平均相对分子质量一定、密度一定则一定处于平衡状态 ④改变压强，浓度化学平衡不一定改变 ⑤改变温度、化学平衡(反应限度)一定改变 ⑥加入催化剂只能改变反应速率，但不改变化学平衡(反应限度) 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 6、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 【练一练】 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 7、已知FeCl3溶液和KI溶液发生如下反应:2Fe3+ + 2I- = 2Fe2+ + I2 ，取5mL0.1mol·L-1KI溶液，滴加0. 1mol·L-1FeCl3溶液5~6滴，接下来通过哪些操作可以验证该反应是一个可逆反应？请详细说明操作步骤和实验现象。 【练一练】 可逆反应的特点：反应物和产物共存 只需要验证溶液中还有铁离子即可 操作步骤：取少量反应溶液的上层清夜，滴加及其硫氰化钾溶液。 实验现象和结论：溶液变红说明溶液了存在铁离子 检验碘离子能不能达到目的？ 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 三、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，也是我们学习化学平衡的意义。 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 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 ①控制反应条件的成本(原料，反应条件，设备要求等) ②实际可能性 1、基本措施 2、考虑因素 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 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。 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 6、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)将煤研细，增大与氧气的接触面积，加快反应速率；使用助燃剂 (2)适当过量的空气有利于煤的充分燃烧；【空气的通入量要适当，否则过量的空气会带走部分热量， 同样会造成浪费。】 (3)炉(灶)膛材料采用保温性能好的的耐高温材料； (4)废气中的热量可用于供暖或发电等(循环利用)。 思考 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 3、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与空气中O2的接触面积增大，煤粉燃烧更充分，反应速率加快；通入适当过量空气的依据是空气充足，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 (2)选择保温隔热且耐热的炉(灶)膛材料的主要目的是防止热量散失 (3)充分利用煤燃烧后的废气中的热量可采取的措施是将燃烧后的废气通过交换装置，供其他方面使用 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 4、提高燃料的燃烧效率的措施和意义 措施 (1)尽可能使燃料充分燃烧，提高能量的转化率。关键是燃料与空气或氧气要尽可能充分接触，且空气要适当过量 (2)尽可能充分利用燃料燃烧所释放出的热能，提高热能的利用率 意义 节约能源、节省资源、减少污染 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 8、判断正误 (1)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( ) (2)化学反应达到平衡状态时，该反应停止了( )　 (3)可逆反应达到平衡状态时，各反应物、生成物的浓度相等( ) × × × 【练一练】 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 0.2 mol·L－1·min－1 56.25% 4∶5 0.2 mol·L－1·min－1 1.2 mol·L－1 50% CE BD 【练一练】 3A⇋3C＋B 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 9、(1)向2 L密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2，在一定条件下发生合成氨反应，2 min时达到平衡。测得平衡混合气体中NH3的体积分数为25%，则： ①0～2 min内，v(NH3)＝____________________。 ②H2在平衡混合气体中的体积分数为________。 ③平衡时容器的压强与起始时的压强之比为________。 (2)某温度时，在一个2 L的密闭容器中，A、B、C三种气体物质的浓度随时间的变化曲线如图所示。根据图中数据，试填写下列空白： ①该反应的化学方程式为______________________________________。②从开始至2 min，B的平均反应速率为_______________________________；平衡时，C的浓度为___________________，A的转化率为________。 ③下列叙述能说明该反应已达到化学平衡状态的是________(填序号)。 A．A、B、C的物质的量之比为3∶1∶3 B．相同时间内消耗3 mol A，同时生成3 mol C C．相同时间内消耗3n mol A，同时消耗n mol B D．混合气体的总质量不随时间的变化而变化 E．B的体积分数不再发生变化 ④在某一时刻采取下列措施能使该反应速率减小的是________(填序号)。 A．加催化剂 B．降低温度 C．容积不变，充入A D．容积不变，从容器中分离出A $