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第9讲 化学反应的限度 化学反应条件的控制
【内容导航】
1．可逆反应的特点
2．化学平衡状态
3．化学平衡状态的判断方法
4．化学反应条件的控制
高一化学同步辅导
1．常见的可逆反应
CO2与水反应：____________________________
SO2与水反应：____________________________
Cl2与水反应：____________________________
氨气与水反应：____________________________
工业上合成氨：____________________________
SO2的催化氧化反应：____________________________
NO2与N2O4的相互转化：____________________________
CO2+H2O H2CO3
Cl2+H2O HCl+HClO
SO2+H2O H2SO3
NH3+H2O NH3·H2O
N2＋3H2 2NH3
2SO2＋O2 2SO3
2NO2(红棕色) N2O4(无色)
一、可逆反应的特点
2．可逆反应
(1)可逆反应的概念：在________条件下正反应方向和逆反应方向均能进行的化学反应。
书写可逆反应的化学方程式时，不用“===”，用“________”。
(2)可逆反应的特点：
①正反应和逆反应________进行
②正反应和逆反应在________条件下进行
③反应物和生成物________存在
同一
同时
同一
同时
交流讨论
1． Cl2与H2O的反应为：Cl2+H2O HCl+HClO，设计实验方案证明该反应是可逆反应。
(1)观察颜色，氯水呈黄绿色，说明氯水中含有Cl2分子；
(2)将氯水滴加到NaHCO3溶液溶液中，有气泡产生，说明氯水中含有H+，因此该反应为可逆反应。
2．设计实验证明2Fe3++2I- 2Fe2++I2是可逆反应。
①分别在试管中加入3mL0.01mol·L-1FeCl3溶液和5mL0.01mol·L-1KI溶液，振荡静置。
②取少量反应后的溶液，滴加2滴KSCN溶液，溶液呈血红色，证明溶液中存在Fe3+；再取少量反应后的溶液，滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液，有蓝色沉淀生成，证明溶液中存在Fe2+，说明该反应是可逆反应。
实验探究可逆反应的方法
(1)实验探究可逆反应的方法：
根据可逆反应的特点，可逆反应体系中，反应物和生成物________存在，因此要证明一个反应是否可逆反应，必须分别检验反应体系中既含有________又含有________。
(2)实验设计：
①如果有两种或两种以上的反应物，应使一种反应物________，另一种反应物________。
②分别检验________的反应物和其中一种生成物。
同时
反应物
生成物
过量
不足
不过量
归纳小结
【即学即练1】下列反应不属于可逆反应的是(　　)
A．二氧化硫的催化氧化
B．氯气溶于水
C．工业合成氨
D．水电解生成H2和O2与H2在O2中的燃烧反应
D
【即学即练2】在一定温度下，在恒容的容器中充入2 mol SO2和1 mol O2发生反应：
2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)。一段时间后，再向容器中充入含氧同位素 O的氧气，则 O最终存在的物质为( )
A．只有氧气 B．只有三氧化硫
C．只有氧气、三氧化硫 D．氧气、二氧化硫、三氧化硫
18
8
18
8
D
D
【即学即练3】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－1 B．0.12 mol·L－1 C．0.05 mol·L－1 D．0.16 mol·L－1
1．化学平衡状态的建立
(1)化学平衡状态的建立过程
在一定条件下向反应容器中加入SO2和O2发生反应：2SO2＋O2 2SO3
浓度 速率变化 v正、v逆关系
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 变化 反应物浓度减小 v正减小 v正＞v逆
生成物浓度增大 v逆增大 平衡 反应物浓度不变 v正不变 v正＝v逆
生成物浓度不变 v逆不变
二、化学平衡状态
(2)用速率变化图像表示化学平衡状态的建立
2．化学平衡状态
(1)化学平衡状态的概念
如果外界条件(温度、浓度、压强等)不发生改变，当________反应进行到一定程度时，____________与_____________相等，反应物的浓度与生成物的浓度都__________的状态，称为化学平衡状态，简称化学平衡。
可逆
正反应速率
逆反应速率
保持不变
(2)化学平衡状态的特征
逆：研究对象是________反应
等：正反应速率和逆反应速率________
动：动态平衡，反应_________
定：各组分的浓度________
变：外界条件改变，原平衡将被________，在新条件下建立新的平衡状态
可逆
相等
并未停止
保持不变
破坏
3．化学反应的限度
(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。
(2)对化学反应限度的理解
①化学反应的限度决定了反应物在____________的最大转化率。
转化率= ×100%
②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________。
最大程度
一定条件下
限度
课堂探究
1．在密闭容器中进行反应：N2＋3H2 2NH3，下列说法正确的是(　　)
A．升高温度能加快反应速率
B．充入氢气能减慢反应速率
C．达到平衡时，反应速率：v正＝v逆＝0
D．达到平衡时，N2和H2能100%转化为NH3
A
2．合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应：
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)(正反应为放热反应)，673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间t变化的关系如图所示。
下列叙述正确的是(　　)
A．c点处正反应速率和逆反应速率相等
B．a点的正反应速率比b点的大
C．d点(t1时刻)和e点(t2时刻)处n(N2)不同
D．在t2时刻，正反应速率大于逆反应速率
B
【即学即练1】下列关于化学平衡的说法正确的是( )
A．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
B．可逆反应达到平衡状态时，各反应物、生成物的浓度相等
C．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
D．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
A
【即学即练2】对于可逆反应M＋N Q达到化学平衡时，下列说法正确的是(　　)
A．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．反应不再进行
C
可逆反应达到化学平衡时有两个主要特征：一是________物质的正逆反应速率________，二是混合物中各组分的百分含量__________。
相等
同一
保持不变
1．速率特征
(1)速率特征指“等”，即v(正)_____v(逆)≠0。
①同种物质：同一物质的生成速率______消耗速率。
②不同物质：速率之比等于化学方程式中的______________，但必须是__________的速率。
＝
等于
化学计量数之比
不同方向
三、化学平衡状态的判断
(2)实例分析：如反应：2SO2＋O2 2SO3
①单位时间消耗2 mol SO2，同时_______2 mol SO3；
②SO2的消耗速率等于O2的生成速率的______倍；
③SO2的消耗速率等于SO2的_______速率，都能说明该反应达到平衡状态。
消耗
2
生成
2．含量特征
(1)含量特征指“定”，即反应混合物中各组成成分的含量_________。
(2)若物理量由变量变成了不变量，则表明该可逆反应_____________；若物理量为“不变量”，则不能作为平衡标志。
①各物质的质量、物质的量或浓度______。
②各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)_______。
③温度、压强(化学反应方程式两边气体体积不相等)或颜色(某组分有颜色)_______。
保持不变
达到平衡状态
不变
不变
不变
交流讨论
1．一定条件下的密闭容器中，可逆反应2A(g) B(g)＋3C(g)在下列四种状态中处于平衡状态的是(　　)
反应速率 (mol·L－1·min－1) A B C D
v(正) v(A)＝2 v(A)＝1 v(A)＝1 v(A)＝2
v(逆) v(B)＝2 v(B)＝1.5 v(C)＝1.5 v(C)＝2
C
2．(1)对于反应H2(g)＋Br2(g) 2HBr(g)，恒温、恒容下，反应体系中气体的颜色保持不变是否是平衡状态？
(2)某恒温恒容密闭容器中，发生如下反应：2A(g)＋B(g) 3C(g)＋D(s)，混合气体的平均相对分子质量不再改变，能否表明该反应已达到平衡状态？
(3)某恒温恒容密闭容器中，发生如下反应：2A(g)＋B(g) 3C(g)＋D(s)，混合气体的压强不再改变能否表明该反应已达到平衡状态？
是平衡状态。反应H2(g)＋Br2(g) 2HBr(g)颜色的深浅与Br2的浓度有关，气体的颜色保持不变说明Br2的浓度不再发生变化，反应达到平衡状态。
能。根据M＝m/n，D是固体，反应前后气体的物质的量不变，但质量是改变的，因此当平均相对分子质量不再改变，说明达到平衡。
不能。D是固体，反应前后气体的物质的量不变，由于容器的体积不变，故气体的压强始终不变，因此压强不再改变，不能表明该反应已达到平衡状态。
3．在一个体积固定的密闭容器中，进行的可逆反应A(s)＋3B(g) 3C(g)。
(1)混合气体总压强不再发生变化，反应是否是平衡状态？

(2)若A为气体，混合气体总压强不再发生变化，反应是否是平衡状态？

(3)混合气体密度不再发生变化，反应是否是平衡状态？
不一定。同温同体积下，混合气体的压强之比等于物质的量之比，该反应气体物质的量保持不变，故压强始终不变，压强不变不一定是平衡状态。
是。同温同体积下，混合气体的压强之比等于物质的量之比，该反应气体物质的量减小，故压强减小，故压强不变一定是平衡状态。
是。混合气体的密度ρ＝M/V，m变，V始终不变，故气体密度不变时一定是平衡状态。
归纳小结
判断化学平衡状态要注意的问题
(1)化学平衡状态判断“三关注”
①关注反应条件，是恒温恒容、恒温恒压，还是绝热恒容容器；
②关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应；
③关注特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。
(2)不能作为“标志”的四种情况
①反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。
②恒温恒容下的体积不变的反应，体系的压强或总物质的量不再随时间而变化，如2HI(g) H2(g)＋I2(g)。
③全是气体参加的体积不变的反应，体系的平均相对分子质量不再随时间而变化，如2HI(g) H2(g)＋I2(g)。
④全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。
【即学即练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正(N2)＝v正(H2) B．v正(N2)＝v逆(NH3)
C．2v正(H2)＝3v逆(NH3) D．v正(N2)＝3v逆(H2)
C
【即学即练2】一定条件下，将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生反应：
NO2(g)＋SO2(g) SO3(g)＋NO(g)，下列能说明反应达到平衡状态的是(　　)
A．体系压强保持不变
B．混合气体颜色保持不变
C．SO3和NO的体积比保持不变
D．每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2
B
【即学即练3】在一定条件下，将3 mol A和1 mol B两种气体混合于固定容积为2 L的密闭容器中，发生如下反应：3A(g)＋B(g) xC(g)＋2D(g)。2 min末该反应达到平衡，生成0.8 mol D，并测得C的浓度为0.2 mol·L－1。下列判断正确的是(　　)
A．x＝2
B．B的转化率为50%
C．2 min内A的平均反应速率为0.3 mol·L－1·min－1
D．若混合气体的密度保持不变，则表明该反应达到平衡状态
C
1．化学反应条件控制的目的
(1)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。
(2)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。
2．化工生产中反应条件的调控
(1)考虑因素
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。
四、化学反应条件的控制
(2)实例——合成氨生产条件的选择
①温度低，反应速率小，氨的产率高；
②压强大，反应速率大，氨的产率高，对动力与生产设备要求高；
③使用催化剂能很大程度加快反应速率。
综合考虑，采用条件：
①温度400~500℃，反应速率大，催化剂的活性大；
②压强10~30MPa，反应速率大，氨的产率高；
③使用催化剂。
课堂探究
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
【即学即练】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通入适当过量的空气
A．①③④⑤ B．②③⑤⑥ C．③④⑤⑥ D．①②③④
C

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