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

第六章 化学反应与能量 第一节 化学反应的速率与限度 课时1 化学反应的速率 1 学习目标 1. 可逆反应和化学平衡状态的概念。 2. 化学平衡状态的特征和判断方法。 3. 影响化学反应限度的因素。 2 情景导入 炼铁高炉尾气之谜 高炉炼铁说明化学反应是有限度的 有些反应能进行得较彻底， 有些反应是有一定的限度的，不能进行彻底 n(H2)/mol 2 2 2 2 2 n(O2)/mol 0.5 1 5 10 100 反应结束后H2物质的量 1 0 0 0 0 表1：反应 O2 + 2 H2 === 2 H2O中 点燃 n(H2)/mol 3 3 3 3 3 n(N2)/mol 0.5 1 5 10 100 反应结束后H2物质的量 1.8 0.4 0.24 0.15 0.08 【思考】从数据可以说明什么？ 表2：反应 N2 + 3 H2 2 NH3中 催化剂 高温高压 1. 定义 在同一条件下，既能向正反应方向进行， 同时又能向逆反应方向进行的反应 2. 表示方法 方程式用可逆号“ ”连接，而不用“====”， 3. 特征 (1) 双向性 在同一条件下，正逆方向反应同时进行 (2) 不完全性 可逆反应不能完全进行，反应物不能完全被消耗， 反应物转化率小于100% (3) 共存性 反应物和生成物同时存在 一、可逆反应 一、可逆反应 【回顾】学过的可逆反应有哪些？ 2NO2 ⇌N2O4 Pb(s) + PbO2(s) + 2H2SO4(aq) === 2PbSO4 (s) + 2H2O(l) 放电 2PbSO4 (s) + 2H2O(l) === Pb(s) + PbO2(s) + 2H2SO4(aq) 充电 【思考】这类反应是否为可逆反应？ 不是同一条件下进行，不属于可逆反应 2.下列反应中，不属于可逆反应的是( ) 。 A.与 B.与 C.与 D.与 D 课堂练习 1.反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，达到平衡后，再向反应容器中充入含18O的一氧化碳，经过一段时间后，18O存在于( ) A.CO B.H2O C.CO2　CO D.CO　H2O　CO2 高温 D 【思考】对于可逆反应而言，正逆方向反应在同一条件下同时进行，那么反应是否持续进行？何时达到其限度？ 课堂练习 在某固定密闭容器中发生反应： ， 各物质的浓度随反应的时间变化如下表所示： 时间(min) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 c(SO2)/mol·L-1 10 6 3 2 1.2 1 1 1 1 c(O2)/mol·L-1 5 3 1.5 1 0.6 0.5 0.5 0.5 0.5 c(SO3)/mol·L-1 0 4 7 8 8.8 9 9 9 9 化学平衡状态 反应开始时 反应进行时 反应50min后 宏观 物料角度 c(反应物) ____ c(反应物) ______ c(反应物)______ c(生成物) ____ 0 c(生成物) ______ c(生成物)______ 微观 速率角度 v正 ____ v正 ______ v正______ v逆 ____ 0 v逆 ______ v逆 ______ 最大 = 减小 增大 不变 不变 最大 = 减小 增大 不变 不变 化学平衡状态 v(正) v(逆) 反应速率 时间（t） 0 开始阶段： 反应物浓度最大， 生成物浓度最小 v(正)最大，v(逆)最小 反应进行： 反应物浓度减小， 生成物浓度增大 v(正)减小，v(逆)增大 某一时刻： 反应物浓度不变， 生成物浓度不变 v(正) = v(逆) v(正) = v(逆) ≠0 1. 平衡建立过程 类比到所有的可逆反应 t c c(生成物) c(反应物) v t 0 v(正) v(逆) 一定时间后，c反、c生不再变化，v正 = v逆 ≠ 0 某个可逆反应开始进行时，c反最大，c生 = 0，此时v正 > v逆 随着反应的进行，c反减小，c生增大，v正 减小，v逆 增大 化学平衡状态 1. 定义 一定条件下可逆反应进行到一定程度，正反应速率和逆反应速率 相等，反应物和生成物浓度不再改变，达到一种表面静止的状态， 这种状态称为化学平衡状态，简称化学平衡 2. 实质 化学平衡是可逆反应一定条件下能达到 的最大程度，即该反应的限度。 反应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。 ＝ ×100% Δc c始 ＝ ×100% Δn n始 转化率 α 化学平衡状态 3. 特征 逆 定 动 等 变 化学平衡状态研究的对象是可逆反应 达到化学平衡状态时，正反应和逆反应的速率相等，v正 = v逆 ≠ 0 化学平衡是一种表面静止状态，反应并未停止，是一种动态平衡 达到化学平衡状态时，各组分浓度不再改变，含量保持一定 外界条件改变时，原平衡将被打破，并在新的条件下建立新的平衡 （前提） （实质） （标志） 化学平衡状态 【课本】P49 在一定的条件下，某可逆反应的正反应速率和逆反应速率随时间的变化曲线如下图所示。有关说法正确的是（ ） A. t1时刻，反应逆向进行 B. t2时刻，正反应速率大于逆反应速率 C. t3时刻，达到反应的限度 D. t4时刻，反应处于平衡状态 课堂练习 BD 【课本】P49 5. 下列关于化学平衡状态的叙述错误的是（ ） A.化学平衡是所有可逆反应都存在的一种状态 B. 在给定的条件下，达到平衡时可逆反应完成程度达到最大 C. 达到平衡时，正、逆反应速率均为零 D. 达到平衡时，反应和生成物的浓度不再发生变化 C 课堂练习 化学平衡判断依据 mA(g)＋nB(g) ⇌pC(g)＋qD(g) 1.混合物体系中各组分的含量 各物质的物质的量/物质的量分数，不再发生变化 一定平衡 各物质的质量/质量分数，不再发生变化 一定平衡 各物质的体积/体积分数，不再发生变化 一定平衡 例：一定条件下的密闭容器中,发生可逆反应CH4(g)+CO2(g) ⇌ 2CO(g)+2H2(g)。 下列情况不能说明该反应一定达到化学平衡的是(　 　) A.H2的质量保持不变 B.CH4的含量保持不变 C.各组分正反应和逆反应的速率相等 D.V(CH4) : V(CO2) = 1∶1 D 化学平衡判断依据 mA(g)＋nB(g) ⇌pC(g)＋qD(g) 2.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 molA 在单位时间内消耗了n mol B，同时生成 p mol C 一定平衡,即V正(A)=V逆(A) 不一定平衡 在单位时间内消耗了n mol B，同时生成 m mol A 一定平衡 直接标志——正逆反应速率 有正有逆 符合比例 标志一 ：v正=v逆≠0 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， v (A)正：v (B)逆＝m：n 方法指导 利用“变量”与“不变量”来判断化学平衡状态 化学平衡判断依据 mA(g)＋nB(g) ⇌pC(g)＋qD(g) 间接标志：“变量”不变 即为平衡 3.混合气体压强 (恒温、恒容) PV=nRT 当m+n＝p＋q 时，体系总压强不变 当m+n ≠ p＋q 时，体系总压强不变 不一定平衡 一定平衡 2SO2(g)+O2(g) ⇌2SO3(g) ， 当体系总压强不变时，_______是化学平衡状态 H2(g)+I2(g) ⇌2HI(g) 当体系总压强不变时，_______是化学平衡状态 C (s)+O2(g) ⇌CO2(g) 当体系总压强不变时，_______是化学平衡状态 CO2(g)+C(s) ⇌2CO(g) 当体系总压强不变时，_______是化学平衡状态 恒容、恒温条件下 气体密度ρ ρ= m总（气体） V容器 (2)若有非气体参与，恒压或是恒容 (1)若各物质均为气体 mA(g)＋nB(g) ⇌pC(g)＋qD(g) 化学平衡判断依据 mA(g)＋nB(s) ⇌pC(g)＋qD(g) 当恒温、恒容时，气体ρ不变 不一定平衡 当恒温、恒压时，气体ρ不变 若m+n=p+q 若m+n≠p+q 不一定平衡 一定平衡 当恒温、恒容时，气体ρ不变 当恒温、恒压时，气体ρ不变 一定平衡 mA(g)＋nB(g) ⇌pC(s)＋qD(g) 或 一定平衡 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ， 恒容条件下，当气体密度不变时，________是化学平衡状态 恒压条件下，当气体密度不变时，________是化学平衡状态 H2(g)+I2(g) 2HI(g) 恒容条件下，当气体密度不变时，________是化学平衡状态 恒压条件下，当气体密度不变时，________是化学平衡状态 不一定 一定 不一定 不一定 CO2(g)+C(s) 2CO(g) 恒容条件下，当气体密度不变时，________是化学平衡状态 恒压条件下，当气体密度不变时，________是化学平衡状态 一定 一定 化学平衡判断依据 气体的平均相对分子质量 若m+n≠p+q 若m+n=p+q m总为定值 n总为变量 Mr为变量 平衡状态 n总为定值 Mr为定值 不一定为平衡状态 （1）若各物质均为气体 mA(g)＋nB(g) ⇌pC(g)＋qD(g) mA(g)＋nB(g) ⇌pC(s)＋qD(g) （2）若有非气体参与 m总为变量 Mr为变量 平衡状态 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ， 当气体平均相对分子质量不变时，_______是化学平衡状态 H2(g)+I2(g) 2HI(g) 当气体平均相对分子质量不变时，_______是化学平衡状态 1、 一定 不一定 2、C(s)+O2(g) CO2(g) 当气体平均相对分子质量不变时，_______是化学平衡状态 CO2(g)+C(s) 2CO(g) 当气体平均相对分子质量不变时，_______是化学平衡状态 一定 一定 体系的颜色和温度不变 一定为平衡状态 H2 + I2 2HI △ 2NO2 N2O4 红棕色 绝热容器中，当体系温度不变，则达平衡。 （若为恒温容器，则不可作为平衡判据） (2)体系温度不变： (1)体系颜色不变： 化学平衡判断依据 化学反应条件的控制 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 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 化学反应条件的控制 阅读课本P48，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？ 放热反应 温度过高，反应速率更快，但对于放热反应，升温平衡会向逆反应方向反应，产率下降；温度较低，反应过慢。 压强过高，反应速率更快，且加压反应向气体系数更小的正反应方向进行，产率增加，但仪器成本增加；压强较低时，反应速率以及平衡产率下降。 采用条件 温度400~500℃ 压强10~30 Mpa 使用催化剂 综合考虑 化工生产中调控反应条件时，需要考虑: 控制反应条件的成本和实际可能性。 【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：可以从以下几个方面考虑，如燃料的状态、空气用量、炉膛材料、烟道废气中的热能的利用，等等) (1) 燃料燃烧时，可将其粉碎或雾化 增大与空气中O2的接触面积，燃烧更充分，反应速率更快 (2) 通入适当过量的空气 增大O2浓度使燃料充分燃烧，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 (3)炉膛材料尽量选择保温性能好 (4)烟道废气中的热量用来加热水、发电等，以提高热量利用率 $