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第六章 化学反应与能量
第二节 化学反应的速率与限度
课时2 化学反应的限度
2）炼铁高炉尾气之谜，阅读： 科学史话，从这一材料中，你得到什么启示？
【思考】1）氯气与水反应后，氯水为什么是浅黄绿色呢？
Cl2 + H2O HCl + HClO
一.可逆反应
定义：在相同条件下，能既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的化学反应称为可逆反应。
双向性
双同性
共存性
正、逆反应是在同一条件下同时进行的
反应物和生成物同时存在，反应物转化率小于100%
反应物
生成物
正向反应
逆向反应
书写可逆反应的化学方程式时，不用“ = ”，用“ ”
Cl2 + H2O HCl + HClO
【例题1】判断以下几个反应是否是可逆反应？为什么？
（1）2SO2 + O2 2SO3 (　　)
催化剂
（3）2H2 + O2 2H2O(　　)
点燃
通电
（4）Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO42- 2PbSO4 + 2H2O(　　)
放电
充电
（2）NH3＋H2O NH3·H2O (　　)
√
√
×
×
(5)14CO2＋C 2CO，达到化学平衡后，平衡混合物中含14C的粒子有 。
14CO2、14C、14CO
时间(min) 0 10 20 30 40 50 60 70 80
c(SO2) 1 0.6 0.3 0.2 0.12 0.1 0.1 0.1 0.1
c(O2) 0.5 0.3 0.15 0.1 0.06 0.05 0.05 0.05 0.05
c(SO3) 0 0.4 0.7 0.8 0.88 0.9 0.9 0.9 0.9
在某密闭容器中发生反应：
2SO2＋O2 2SO3
催化剂
△
（1）当反应刚开始时，反应物和生成物的浓度哪个大？
（2）当反应刚开始时，正反应与逆反应哪个反应速率大？
（3）随着反应的进行，反应物和生成物浓度如何变化？
（4）随着反应的进行，v(正)与v(逆)怎样变化？
反应物
正反应
反应物浓度降低，
生成物浓度升高
v(正) ↓ v(逆)↑
二、化学平衡
浓度 速率变化 v正、v逆关系
开始 反应物浓度_____ v正_____ v正____v逆
生成物浓度_____ v逆_______ 过程中 反应物浓度_____ v正_______ v正_____v逆
生成物浓度_____ v逆_______ 一段 时间 反应物浓度_____ v正_______ v正_____v逆
生成物浓度_____ v逆_______ 最大
最大
＞
为0
为0
减小
减小
增大
增大
＞
不变
不变
不变
不变
＝
二、化学平衡状态的建立
一段时间后：v(正)=v(逆)，c(反应物)、c(生成物)保持不变
如何用图像描述 v正 和 v逆 变化规律 ？
该反应可分为三个阶段：
各物质的浓度最终不变
化学平衡状态的建立
v(正)
v(逆)
反应速率
t1
时间（t）
0
v(正)＝v(逆) ≠0
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，反应好像“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
（1）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”
化学反应限度决定了反应物在该条件下的最大转化率
3.化学反应平衡状态
（2）对化学平衡状态的理解:
前提（适用范围）：
内在本质：
外在标志：
可逆反应
v(正)= v(逆) ≠0
反应混合物中各组分的浓度保持不变
v(正)
v(逆)
反应速率
t1
时间（t）
0
2、化学平衡状态的特征
逆
定
动
等
变
讨论的对象是可逆反应 （前提）
在平衡混合物中，各组成成分的含量保持不变 (标志)
同一物质 v正 = v逆≠0 (实质)
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
外界条件改变时，原平衡状态将被打破，再在新条件下建立新的平衡
标志：“等”“定”
逆、等、动、定、变
4.化学平衡状态的判断
【例】一定条件下，对于可逆反应N2＋3H2 2NH3，表示正、逆反应速率可以用N2或H2或NH3来表示：下列能表示反应达到化学平衡状态的是
（1）单位时间内，有1mol N2消耗，同时有1mol N2生成
（2）单位时间内，有3mol H2消耗，同时有2mol NH3生成
（3）单位时间内，有1mol N2消耗，同时有3mol H2消耗
（4）1mol N三N 键断裂的同时有2mol N-H 键断裂
（5）2v正（N2）=v逆（NH3）
(1) (5)
有正有逆
符合比例
(1)直接标志 ①v正(A)＝v逆(A)a．同一物质的生成速率等于消耗速率；b．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；
核心：一个量随反应一直变，突然不变
【例3】一定条件下，对于可逆反应N2＋3H2 2NH3，表示正、逆反应速率可以用N2或H2或NH3来表示，下列能表示反应达到化学平衡状态的是
（1）容器内氮气的物质的量不再改变
（2）容器内颜色不再改变
（3）固定容器恒容条件下，容器内压强不再改变
（4）固定容器恒容条件下，容器内气体密度不再改变
（5）恒容或恒压条件，容器内平均相对分子质量不再改变
(1) (3) (5)
②各组分的浓度保持不变a．各组分的浓度不随时间的改变而改变；b．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
①对于有颜色的物质参加或生成的可逆反应，颜色不随时间发生变化,则达平衡。
②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）
③当容器内气体的体积或总质量有一个为变量时，密度不再发生变化，可作为平衡判据
（2）间接标志
④有气体参加的可逆反应
若m＋n≠p＋q，体系总压强保持不变,总体积不变,总物质的量不变,密度不变,平均相对分子质量不变,则达平衡。
mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)
若m＋n=p＋q 体系总压强保持不变,总体积不变,密度不变,平均相对分子质量不变,体系不一定达到平衡状态，不可作为平衡判据
【例4】下列说法中可以证明2HI(g) H2(g)+I2(g)（紫色）
已达到平衡状态的是___________。
① 单位时间内生成 n mol H2 的同时生成 n mol HI
② 一个H-H键断裂的同时有两个H-I键断裂
③ 反应速率 v(H2) = v(I2) 时
④ c(HI):c(H2):c(I2) = 2:1:1时
⑤ 温度和体积一定，容器内压强不再变化时
⑥ 温度和体积一定，混合气体的颜色不再变化时
⑦ 条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化时
⑧ 温度和压强一定，混合气体的密度不再变化时
② ⑥
[典例]
可逆反应2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)在恒容密闭容器中进行：①单位时间内生成n mol O2的同时，生成2n mol NO2②单位时间内生成n mol O2的同时，生成2n mol NO③用NO2、NO和O2的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为2∶2∶1④混合气体的颜色不再改变⑤混合气体的密度不再改变⑥混合气体的压强不再改变⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变可说明该反应达到化学平衡状态的是A．①④⑥⑦ B．②③④⑥C．①④⑤⑦ D．①②⑥⑦
【答案】A
【答案】C
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。
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。
2．提高煤的燃烧效率（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；通入适当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。（2）选择保温隔热且耐热的炉灶材料
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
热交换装置，供其他方面使用。
1.(2023·连云港高一期中)化学反应条件的控制具有重要的现实意义。如下反应条件的控制中，不恰当的是（ ）
A.利用钠在点燃的条件下与氧气反应，制备过氧化钠
B.为防止火灾，在面粉厂、加油站等场所要严禁烟火
C.为加快KClO3的分解速率而加入MnO2
D.降温加快H2O2的分解速率
D
2．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
3，下列有关反应2SO2+O2 2SO3的说法中不正确的是A．该反应为可逆反应，故在一定条件下二氧化硫与氧气不可能全部转化为三氧化硫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．一定条件下，向某密闭容器中加入2molSO2和1molO2，则从反应开始到达到平衡的过程中，正反应速率不断减小，逆反应速率不断增大，某一时刻，正、逆反应速率相等D．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
【答案】B
【答案】D
【答案】A
6．某温度时，在2 L容器中A、B两种物质间的转化反应中，A、B物质的量随时间变化的曲线如图所示，由图中数据分析得：
（1）该反应的化学方程式为 。（2）反应开始至4 min时，A的平均反应速率为 。（3）4 min时，反应是否达到平衡状态？ (填“是”或“否”)，8 min时，v(正) v(逆) (填“＞”、“＜”或“＝”)。
【答案】 2A B 0.05 mol·L－1·min－1 否 ＝

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