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第六章 化学反应与能量
第一节 化学反应与能量变化
第2节 化学反应的限度
2Fe3+ + 2I- == 2Fe2+ + I2
无明显现象
KI溶液过量,FeCl3也不会全部转化成FeCl2,即FeCl3与KI的反应不能进行到底
2Fe3+ + 2I- == 2Fe2+ + I2

滴入KSCN溶液，
溶液变红
无明显现象
1.定义
一.可逆反应
2.特点
同条件，正反应方向和逆反应方向均能同时进行的化学反应
两同一不能：正、逆同进行；物质同存在；不能100%转化
工业合成氨
5.常见可逆反应
SO2的催化氧化
弱电解质的电离
Cl2与水反应
4.表示：
不用“=”，用“ ”连接
3.能量变化特点：若正反应为放热（吸热）反应，则逆反应为吸热（放热）反应，且热量的变化在数值上相等。
2. 14CO2 + C 2CO，达到化学平衡后，平衡混合物中含
14C 的粒子有 。
N2+3H2 2NH3
催化剂
高温高压
2SO2+O2 2SO3
催化剂
高温
Cd+2NiO(OH)+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2
放电
充电
2H2O
2H2↑+O2 ↑
电解
点燃
14CO2、14C、14CO
1. 以下几个反应是否是可逆反应？为什么？
课堂练习
3.已知N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 1mol N2完全反应放出92.3kJ能量，在某密闭容器中充入1mol N2和3mol H2使之反应，结果放出的热量小于92.3kJ，为什么？
答：因为可逆反应中反应物的转化率达不到100%，所以1mol N2和3mol H2不能完全反应，故放出的热量小于92.3kJ。
课堂练习
这些可逆反应不能进行到底，只能进行到一定的限度。
此时是反应物在该条件下转化为生成物的最大转化率
催化剂
高温、高压
N2 + 3H2 2NH3
NH3+H2O
NH3·H2O
2SO2 + O2 2SO3
催化剂
△
SO2+H2O
H2SO3
H2 + I2 2HI
△
Cl2+H2O HCl+HClO

常见的可逆反应
<<现代汉语词典>>:范围的极限；最高或最低的数量或程度。
思考与讨论
0 10 20 30 40 50 60
SO2 1.00 0.70 0.50 0.38 0.30 0.30 0.30
O2 0.50 0.35 0. 25 0.19 0.15 0.15 0.15
SO3 0 0.30 0.50 0.62 0.70 0.70 0.70
t/min
c/mol·L-1
请用浓度-时间图像来表示此变化过程。
某温度和压强下的密闭容器中，发生
2SO2 + O2 2SO3
请用速率-时间图像来表示此变化过程。
二.化学平衡的建立
如果外界条件(温度、浓度、压强等)不发生改变，
当可逆反应进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率相等，反应物的浓度与生成物的浓度不再改变，达到一种表面静止的状态，称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。
1、定义
V进水 =V出水
≠0
2、平衡状态的特点
逆：可逆反应（研究对象）
等：v（正）=v（逆）（内在本质）
定：各组分的百分含量恒定（外在特征）
动：动态平衡（本质）v（正）=v（逆）≠0
变：条件改变，平衡可能被破坏（移动）
三、平衡状态的判定
1、等：v（正）=v（逆）（内在本质）
2、定：各物质的物质的量浓度恒定（外在表现）
衍生特征
1.反应物转化率不再改变
2.生成物产率不再改变
3.各物质的百分含量不再改变
4.有色物质参与的反应颜色不再改变
一定温度下，在某恒容的密闭容器中，建立化学平衡：
C(s)＋H2O(g)??CO(g)＋H2(g)。下列叙述中不能说明该反应已达到化学平衡状态的是(　　)
A．体系的压强不再发生变化
B．v正(CO)＝v逆(H2O)
C．生成n mol CO的同时生成n mol H2
D．1 mol H—H键断裂的同时断裂2 mol H—O键
C
总结：判断可逆反应达到平衡状态的标志
1．直接标志
(1)v正＝v逆≠0(化学平衡的本质)
①同一种物质的生成速率等于消耗速率。
②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相应物质的化学计量数之比。
③化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于相应物质的化学计量数之比。
(2)各组分的浓度保持一定(化学平衡的特征)
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、百分含量不随时间的改变而改变。
判断下列情况，反应 N2 + 3H2 2NH3 是否达到平衡.
(1)V正(NH3) = V逆(NH3) (2)N2、H2、NH3的速率之比为1:3:2
(3)3V正(NH3)= 2V逆(H2) (4)V正(NH3)= V逆(H2)
(5)2V正(NH3)= 3 V逆(H2)
(6)单位时间内消耗a mol N2同时生成2a molNH3
(4)单位时间内消耗a molN2同时消耗2a mol NH3
(5)单位时间内消耗1molN2同时生成1molN2
(6)生成3molH-H键同时，断裂6molN-H键
(7)断裂3molH-H键同时，断裂6molN-H键
√
×
√
×
×
√
√
×
√
因为任意时刻速率比等于系数比
×
H2(g)＋I2(g) ??2HI(g)已经达到平衡状态的标志是
①c(H2)＝c(I2)＝c(HI)
②c(H2)∶c(I2)∶c(HI)＝1∶1∶2
③c(H2)∶c(I2)∶c(HI)不再变化
④单位时间内生成n mol H2的同时生成2n mol HI
⑤单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol I2
⑥反应速率v(H2)＝v(I2)＝2v(HI)
⑦一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂
⑧温度和体积一定时，容器内压强不再变化
⑨温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化
⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化
答案　③④⑦⑨
可逆反应2NO2(g)?? 2NO(g)＋O2(g)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
(1)反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于有气体参与且反应前后气体分子个数不等的可逆反应)。
(2)混合气体的密度不随时间的改变而变化(适用于①恒压且反应前后气体分子个数不等的可逆反应；②恒容且有固体、液体参与或生成的可逆反应)。
(3)对于反应混合物中存在有颜色物质的可逆反应，若体系的颜色不再改变，则反应达到平衡状态。
(4)某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化。
2．间接标志——“变量不变”
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
练习
C(s)+O2(g) CO2(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
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
一定
一定
练习
(1)恒容容器中，对于全部是气体的反应体系，密度不变不能作为反应达到化学平衡状态的标志。
(2)恒容容器中，对于化学方程式两边气体分子个数相等的反应，压强不变不能作为反应达到化学平衡状态的标志。
(3)对于全部是气体的反应体系，若反应物和生成物的化学计量数之和相等，则气体的平均相对分子质量不变不能作为反应达到化学平衡状态的标志。
3．不能作为标志的条件——定量不能作为判据
两个恒温、恒容的密闭容器中进行下列可逆反应：
(甲)2X(g)??Y(g)　(乙)A(s)＋2B(g)??C(g)＋D(g)，当下列物理量不再发生变化时，能表明甲、乙均达到化学平衡状态的有(　　)
①混合气体的密度
②反应容器中生成物的百分含量
③反应物的消耗速率与生成物的消耗速率之比等于化学计量数之比
④混合气体的压强
⑤混合气体的平均相对分子质量
⑥混合气体的总物质的量
A．①②③⑤ B．①③⑤⑥ C．②③⑤ D．②③④
C
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：
673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间t变化的关系如图所示。
下列叙述中正确的是( )
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
N2 + 3H2 2NH3
催化剂
高温高压
B
密闭容器中发生可逆反应： X2(g)+Y2(g) 2Z(g)。已知起始时X2、Y2、Z各物质的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.2mol·L－1、0.2mol·L－1，反应在一定条件下达到平衡时，各物质的物质的量浓度可能是(　　)
A．c(Z)＝0.3 mol·L－1
B．c(Y2)＝0.35 mol·L－1
C．c(X2)＝0.2 mol·L－1
D．c(Z)＝0.4 mol·L－1
A
极值法
B
在一恒容密闭容器中，发生反应：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)
下列说法能够证明上述反应已达平衡状态的是：
①各物质的物质的量浓度不再改变
②SO2 、O2、SO3的浓度之比为2:1:2
③ SO2的转化率不再改变
④ SO3的体积分数不再改变
⑤混合物的总质量不再改变
⑥混合气体的密度不再改变
⑦混合物的颜色不再改变
⑧混合物的平均摩尔质量不再改变
⑨绝热容器中反应体系的温度不再改变
⑩恒温容器中混合气体的压强一定
①③④⑧⑨⑩
其他有颜色变化的反应：
I2(g)+H2(g) 2HI(g)
(紫色)
公式：PV=nRT
对于可逆反应N2＋3H2 2NH3，下列能表示反应达到化学平衡状态的是
（1） 3V正(N2) =2 V(逆) (NH3 )
（2）容器内颜色不再改变
（3）单位时间内，消耗2molNH3，同时生成3molH2
（4）断裂3molH-H键同时，断裂2molN-H键
（5）c(N2)= c(H2) =c(NH3)
（6）N2、H2、NH3的速率之比为1:3:2
（7）N2的转化率达到最大
（8）固定容器恒容条件下，容器内压强不再改变
（9）固定容器恒容条件下，容器内气体密度不再改变
（10）恒容或恒压条件，容器内平均相对分子质量不再改变
√
×
×
×
×
×
×
√
√
×
化学反应条件的控制
目的
促进有利的化学反应
提高速率、提高转化率及原料利用率等
抑制有害的化学反应
降低速率、控制副反应、减少或消除有害物等
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
控制化学反应条件的方法
合成氨工业反应条件的控制
压强增大，氨的含量增大
温度升高 氨的含量降低
催化剂
高温、高压
N2 + 3H2 2NH3
达到平衡时平衡混合物中NH3的含量（体积分数）
N2+3H2 2NH3
归纳总结：工业合成氨的最佳条件
1)浓度：
2)温度：
3)压强:
4)催化剂：
使用过量的N2或及时分离平衡混合气中的氨。
500℃左右 （温度低，有利于增大平衡混合气中的含量，但反应速率太慢。 500℃，催化剂活性最大）
铁触媒 (能加快化学反应速率，对平衡无影响)
10~30MPa（压强过高，对设备材质和生产条件提出了更高的要求）
500℃
铁触媒
10-30Mpa
值得说明的是：在上述条件下，合成氨的产率仍然不高。
以上说明：化工生产中调控反应条件时,需要考虑控制反应条件的__ ___和___________。
成本
实际可能性
内容内容内容
以“提高煤的燃烧效率”为例
提高煤的燃烧效率
煤的状态
空气用量
炉膛材料的选择
热能的利用
煤被研得越细，与空气中氧气的接触面积越大，燃烧越充分，反应速率越大
过多的空气会带走大量的热量，降低反应温度，减小燃烧速率，甚至会使燃烧停止
燃烧后废气中的热能可用于供暖或发电等
采用隔热的耐高温材料，减少热量的损失
少量的空气会使煤燃烧不充分，造成能源浪费，污染环境
适当用量
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通入足量的空气
A.①③④⑤ B.②③⑤⑥
C.③④⑤⑥ D.①②③④
C

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