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第一节 化学反应的速率与限度
第2课时：化学反应的限度及条件控制
第六章 化学反应与能量
化学反应的限度
01
化学反应条件的控制
02
学习目标
1．通过实例分析，体会可逆反应存在限度，理解化学平衡状态的特征，初步学会判断化学平衡状态，发展“变化观念与平衡思想”的学科核心素养。
2．通过问题探究，发展认识化学的基本角度，能从化学反应限度和快慢的角度解释生产、生活中的简单化学现象，体会从限度和快慢两各方面去认识和调控化学反应的重要性。
3．通过讨论交流，进一步认识控制反应条件在生产和科学研究中的作用，知道提高燃料的燃烧效率的重要性和方法，体会化学学科价值，树立将化学知识应用于生产、生活实践的意识。
化学反应的限度
化学反应的限度
任务一、认识可逆反应
学生活动1：阅读教材P46页内容，结合视频“炼铁高炉尾气之迷”，
思考是否所有化学反应都能进行得很完全呢？
①不是。工业上，炼制1 t生铁所需焦炭的实际用量，远高于按照化学方程式计算所需要的量。
②炼铁工程师们认为这是CO与铁矿石接触不充分所造成的，于是耗费大量资金加高了的炼铁高炉，但却发现问题仍然没有得到解决，后来才发现其原因是炼铁过程中的反应是“可逆”的，即在一定条件下很多化学反应并不能进行到底。
C+O2===CO2、C+CO2===2CO、Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2
高温
高温
化学反应的限度
任务一、认识可逆反应
学生活动2：结合教材P46-47页内容，思考可逆反应的定义是什么？
有何特点？
①定义：在同一条件下既可以向正反应方向进行，同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。如氯气溶于水呈浅黄绿色：Cl2 + H2O == HCl + HClO
②特点：
反应物和生成物同时存在，在方程式中用“ ”而不能用“==”表示
双向性
双同性
共存性
反应物 生成物
正、逆反应在同一条件下同时进行，反应不能进行到底，反应物的转化率都小于100%
化学反应的限度
【典例1】下列反应不属于可逆反应的是(　　)
A．SO2与O2在一定条件下生成SO3，同时SO3又分解为SO2和O2
B．N2与H2在一定条件下生成NH3，同时NH3又分解为N2和H2
C．电解水生成H2和O2，氢气在氧气中燃烧生成H2O
D．SO2溶于水生成H2SO3，同时H2SO3又分解为SO2和H2O
C
【解析】可逆反应指在同一条件下，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。电解水生成氢气和氧气，氢气和氧气点燃生成水，两者反应条件不同，不是可逆反应。
化学反应的限度
【典例2】一定温度下,向容积为2 L的密闭容器中通入两种气体发生化
学反应,反应中各物质的物质的量变化如图所示,对该反应的推断合理
的是(　　)
A.该反应的化学方程式为：
3B+4D 6A+2C
B.反应进行到1 s时,v(A)=v(D)
C.反应进行到6 s时,B的平均反
应速率为0.05 mol·L-1·s-1
D.反应进行到6 s时,各物质的反应速率相等
C
【解析】Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)=(1.2-0) mol∶(1.0-0.4) mol∶(1.0-0.2) mol∶(0.4-0) mol=6∶3∶4∶2,化学方程式为3B+4C 6A+2D,A错误;不论在什么时刻,用各物质表示的速率之比等于化学计量数之比,B、D错误;反应进行到6 s时,B的物质的量浓度的变化量为(1.0-0.4) mol÷2 L=0.3 mol·L-1,6 s时,B的平均反应速率为0.3 mol·L-1÷6 s=0.05 mol·L-1·s-1,C正确。
化学反应的限度
化学反应的限度
任务二、探究化学反应的限度—化学平衡
学生活动1：阅读教材P47页内容，思考在1L密闭容器中加入1mol
H2 和1mol I2 发生反应：H2(g) ＋ I2(g ) 2HI(g) ，请结合可逆反应
的特点，画出该反应的速率—时间图像。
①该反应可分为三个阶段：
开始时：c(反应物)最大，v(正)最大；c(反应物)=0，v(逆)最小
进行中：c(反应物)逐渐减小，v(正)逐渐减小；c(生成物)逐
渐增大，v(逆)逐渐增大；
一段时间后：v(正)=v(逆)，c(反应物)、c(生成物)保持不变
②速率—时间图像：
化学反应的限度
任务二、探究化学反应的限度—化学平衡
学生活动2：结合可逆反应的速率—时间图像分析，思考化学平衡
状态的概念、特征是什么？如何判断可逆反应达到平衡状态？
①定义：化学平衡状态(简称化学平衡)是指在一定条件下，可逆反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等（即同一物质的生成速率和消耗速率相等），反应物和生成物的浓度不再改变的表面静止状态。
②建立过程
反应开始时
c(反应物)最大，v(正)最大；c(反应物)=0，v(逆)最小
一段时间后
v(正)=v(逆)，c(反应物)、c(生成物)保持不变（平衡）
反应进行中
c(反应物)逐渐减小，v(正)逐渐减小；c(生成物)逐渐增大，v(逆)逐渐增大
化学反应的限度
任务二、探究化学反应的限度—化学平衡
③速率—时间图像：
反应速率
时间
正反应速率
逆反应速率
O
v(正)= v(逆) ≠ 0
（化学平衡状态）
④化学平衡状态的特征：逆、等、动、定、变
化学反应的限度
任务二、探究化学反应的限度—化学平衡
逆
化学平衡状态的研究对象是可逆反应
等
各组分浓度/物质的量/百分含量保持不变
动
v(正)= v(逆) ≠ 0，是一个动态平衡
定
变
外界条件改变时，原平衡状态被破坏，在新条件下建立平衡
“表现”
“本质”
化学反应的限度
任务二、探究化学反应的限度—化学平衡
⑤平衡状态的判断（标志）：
直接判据：①正逆反应速率相等；②各物质浓度不变。
间接判据：百分含量、物质的量、压强、平均相对分子质量、密度、颜色不随
时间改变等。
【温馨提示】不管是直接判据还是间接判据，在实际应用过程都会有不同的表
现形式，从而产生很多等价标志。如颜色、密度、气体相对分子质量、气体
压强等
同侧异向，异侧同向，比列计算
方法
“变量”——“不变”
化学反应的限度
任务二、探究化学反应的限度—化学平衡
学生活动3：结合教材P47页内容，思考什么是化学反应的限度？
研究化学反应的限度有何意义？
①可逆反应在一定条件下达到的一种特殊的化学平衡状态，是在给定的条件下化学反应所能达到或完成的最大程度，即该反应进行的限度。
②化学反应的限度决定了反应物的量不再随时间的变化而变化，因此反应物的转化率在一定条件下达最大值，且保持不变。
③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限度。
④研究化学反应的限度对于化学研究和化工生产有着重要的意义。
化学反应的限度
【典例1】下列理解错误的是(　　)
A．化学平衡是一个动态平衡
B．化学反应达到平衡时，正反应速率和逆反应速率相等，是对反应
中不同物质而言
C．化学反应速率是研究化学反应进行快慢的问题，化学平衡是研究
化学反应进行的限度问题
D．化学平衡研究的对象主要是可逆反应
B
【解析】化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，且不等于0，化学平衡是一个动态平衡，A正确；平衡时，反应中同一物质反应速率相等，不同物质之间的正逆反应速率可能相等，B错误；化学反应速率是研究化学反应进行快慢的问题，化学平衡是研究化学反应进行的限度问题，C正确；化学平衡研究的对象主要是可逆反应，不适用于不可逆反应，D项正确。
化学反应的限度
【典例2】可逆反应：2NO2 2NO＋O2在体积固定的密闭容器中进
行，达到平衡状态的标志是(　　)
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
化学反应的限度
【解析】①中单位时间内生成n mol O2的同时必消耗2n mol NO2，知v正＝v逆，所以①能说明达到平衡状态；②所描述的都是指正反应方向的速率，无法判断；③无论达到平衡与否，物质的反应速率之比等于化学方程式中物质的化学计量数之比；④有色气体的颜色不变能够说明达到了化学平衡；因容器体积固定，密度是一个常数，所以⑤不能说明；该反应是一个反应前后气体体积不等的反应，容器的体积又固定，所以⑥⑦均能说明达到平衡。
化学反应条件的控制
化学反应条件的控制
任务一、化学反应条件控制的目的和措施
学生活动1：阅读教材P47最后自然段，思考化学反应条件控制的目的和措施是什么？
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。
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
措施
改变化学反应速率
改变可逆反应进行的限度
改变反应温度、物质的浓度、气体的压强、固体的表面积以及催化剂的合理使用等
改变可逆反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强等
化学反应条件的控制
任务一、化学反应条件控制的目的和措施
学生活动2：结合教材P48页“思考与讨论”栏目，思考为提高煤的燃烧效率，应如何调控燃烧反应的条件？
①煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉。目的是增大与空气中O2的接触面积，煤粉燃烧更充分，反应速率快。
②通入过量的空气可以使煤粉充分燃烧，生成CO2，放出更多的热量。若空气不足，会造成煤燃烧不完全，生成CO，产生热量减少，且会造成污染。
③选择保温隔热且耐热的炉(灶)膛材料，主要目的是防止热量散失
④为充分利用煤燃烧后的废气中的热量，可将燃烧后的废气通过热交换装置，供其他方面使用。
化学反应条件的控制
【典例1】生活中家庭常用的燃料气体有三种：天然气、水煤气和液
化石油气。天然气和液化石油气燃烧的主要化学方程式依次为
CH4+2O2 CO2+2H2O，C3H8+5O2 3CO2+4H2O，现有一套以天然气
为燃料的灶具，今改为烧液化石油气，应采用的正确措施是（ ）
A.减少空气进入量，增大石油气进入量
B.增大空气进入量，减少石油气进入量
C.减少空气进入量，减少石油气进入量
D.增大空气进入量，增大石油气进入量
B
【解析】从化学方程式可知，单位体积的甲烷比液化石油气燃烧耗O2少，若改烧液化石油气，必须增大进空气量，减少进石油气量。
化学反应条件的控制
【典例2】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将液体燃料雾化处理　⑤将煤进行气化处理　⑥通入适当过量
的空气
A.①③④⑤　　　 B.②③⑤⑥
C.③④⑤⑥ D.①②③④
C
【解析】着火点是固有性质，不能改变，①②错误;③④⑤⑥都可以使燃料与氧气充分接触，正确。
化学反应条件的控制
任务二、化工生产中反应条件的调控
学生活动1：阅读教材P48页第一自然段，思考化工生产（工业合成氨）中是理论上该如何调控反应条件？
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。
②从反应速率来看，反应速率越快，越有利，应
该选择高温，且温度越高越好。
③从压强来看，压强越大，反应速率越快，因此，
应该选择高压，且压强越高越好。
④使用催化剂，可以加快化学反应速率，所有应该使用催化剂。
化学反应条件的控制
任务二、化工生产中反应条件的调控
学生活动2：下表的实验数据是在不同温度、压强下，平衡混合物中氨的含量的变化情况(初始时氮气和氢气的体积比是1：3)，根据合成氨反应的数据分析合成氨的适宜条件是什么？
温度/℃ 氨的含量/% 0.1MPa 10MPa 20MPa 30MPa 60MPa 100MPa
200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8
300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
600 0.05 4.50 9.1 13.8 23.1 31.4
化学反应条件的控制
任务二、化工生产中反应条件的调控
①理论分析适宜条件：
②工业实际适宜条件：
低温、高压时有利于提高氨的产率。
温度—温度低，速率小，达到平衡所需时间
长，生产成本高，通常选择在400~500℃
压强—压强大，对动力和生产设备的要求越
高，成本高，通常采用压强为10~30MPa。
【温馨提示】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。
化学反应条件的控制
【典例1】工业上合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，
在实际生产中为提高合成氨的反应速率，下列说法正确的是(　　) A．温度越高，反应速率越快，因此采取的温度越高越好
B．压强越大，反应速率越快，因此采取的压强越大越好
C．催化剂能加快反应速率，因此可选用适当的催化剂
D．可向容器中加入一定量的水蒸气，使氨气溶解以提高反应速率
高温、高压
催化剂
C
【解析】A项，温度高反应速率快，但温度过高会消耗更多的燃料，因此实际生产中的温度不是越高越好，错误；B项，压强大反应速率快，但压强过高会增加设备的成本，因此实际生产中的压强不是越大越好，错误；C项，可选用适当的催化剂提高反应速率，正确；D项，加入水蒸气会降低反应体系的温度，且氨气溶于水并不能提高反应速率，错误。
化学反应条件的控制
D
【典例2】硫酸是一种重要的化工产品，目前的重要生产方法是“接
触法”，反应原理为：2SO2+O2 2SO3，已知该反应为放热反应。
则下列说法正确的是（ ）
A．只要选择适宜的条件，SO2和O2就能全部转化为SO3
B．达到平衡后，反应就停止了，故此时正、逆反应速率相等且均
为零
C．由反应可知，2mol SO2的能量大于2mol SO3的能量
D．工业在利用上述反应生产三氧化硫时，要同时考虑反应所能达
到的限度和化学反应速率两方面的问题
化学反应条件的控制
【解析】A．因为2SO2+O2 2SO3为可逆反应，所以尽管选择适宜的条件，SO2和O2也不能全部转化为SO3，故A错误；B．达到平衡后，反应没有停止了，只是正、逆反应速率相等但并不为零，故B错误；C．因为2SO2+O2 2SO3为放热反应，由反应可知，2mol SO2和1mol O2的总能量大于2mol SO3的总能量，故C错误；D．工业在利用上述反应生产三氧化硫时，为了提高产率和效率，要同时考虑反应所能达到的限度和化学反应速率两方面的问题，故D正确；故答案：D。
1．下列反应中可判断为可逆反应的是（ ）
A.氢气在氯气中燃烧生成氯化氢，氯化氢受热分解生成氢气和氯气
B.氮气与氢气在高温、高压、催化剂作用下可以生成氨气，同时氨
气又分解为氮气和氢气
C.单质溴可以置换出碘，氯气又可以置换出溴
D.氯气和水反应生成盐酸和次氯酸，次氯酸在光照条件下可分解为
盐酸和氧气
B
【解析】正、逆两方向的反应条件相同且同时进行时属于可逆反应。A条件不一样，错误;C、D反应物、生成物不一样，错误。
2．下列关于化学反应限度的说法正确的是（ ）
A.当一个可逆反应达到平衡状态时，就是这个反应在该条件下所能达
到的限度
B.可以通过延长化学反应时间改变化学反应限度
C.平衡状态是一种静止的状态，因为反应物和生成物的浓度不再改变
D.化学反应的限度不可以通过改变条件而发生改变
A
【解析】A项，当一个可逆反应达到平衡状态时，正反应速率等于逆反应速率，就是这个反应在该条件下所能达到的限度，A项正确；C项，平衡状态是一种动态平衡，C项错误；D项，改变反应条件，如浓度、温度、压强等，化学反应的限度可能发生改变，D项错误。
A
3．在一定条件下发生反应 2SO3(g) 2SO2(g)＋O2(g)，将2 mol SO3
通入2 L容积恒定的密闭容器甲中，若维持容器内温度不变，5 min末
测得SO3的物质的量为0.8 mol。则下列说法正确的是( )
A．0~5min，SO2的生成速率v(SO2)=0.12mol·L－1·min－1
B．若起始时充入3 mol SO3，起始时SO3分解速率不变
C．若某时刻消耗了1 molSO3同时生成了0.5molO2，则表明该反应
达到了平衡状态
D．达到平衡时，SO2和SO3的浓度相等
【解析】据题意得，5 min末测得SO3的物质的量为0.8 mol，则0~5min内消耗SO31.2mol，v(SO2)=0.12mol·L－1·min－1，故0~5min，SO2的生成速率v(SO2)=0.12mol·L－1·min－1，A正确；若起始时充入3 mol SO3，相当于增大压强，SO3分解速率减小，B错误；若某时刻消耗了1 molSO3同时生成了0.5molO2，则说明可逆反应正向进行，不能表明该反应达到了平衡状态，C错误；达到平衡时，SO2和SO3的浓度不一定相等，D错误。
4．将煤块粉碎、经脱硫处理、在适当过量的空气中燃烧，这样处理
的目的是(　　)
①使煤充分燃烧，提高煤的利用率；②减少SO2的产生，避免造成
“酸雨”；③减少有毒CO的产生，避免污染空气；④减少CO2的产生，
避免“温室效应”
A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②③④
A
【解析】①将煤块粉碎，增大与空气的接触面积，能使煤充分燃烧，提高煤的利用率，正确；②煤中含有S元素，燃烧时能生成SO2，经脱硫处理可减少SO2的产生，避免造成“酸雨”，正确；③在适当过量的空气中燃烧，生成CO2，减少CO的产生，正确；④无论是否脱硫处理，在适当过量的空气中燃烧，生成CO2的量都不变，不能减少CO2的产生，错误。
延时符
化学反
应的限度
可逆反应在一定条件下达到的一种特殊的化学平衡状态，即为该反应在该条件下进行的限度。
目的：促进有利的化学反应、抑制有害的化学反应
措施：改变化学反应速率、改变可逆反应进行的限度
定义
可逆反应
平衡状态
定义：在同一条件下既可以向正反应方向进行，同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。
特点：双向性、双同性、共存性。
条件控制
直接判据：①正逆反应速率相等；②各物质浓度不变。
间接判据：百分含量、物质的量、压强、平均相对分子质量、密度、颜色不随时间改变。
定义：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相等，反应物和生成物浓度不再改变的状态
特点：逆、动、等、定、变。
平衡 判断
第2课时 化学反应的限度

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