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《化学反应限度》
人教版必修2第六章第二节
《化学反应速率和限度》
（第2课时）
炼铁高炉尾气之谜
C + O2==== CO2
C + CO2 ==== 2CO
Fe2O3 + 3CO ==== 2Fe + 3CO2
点燃
高温
高温
直到19世纪下半叶，法国化学家勒夏特列经过深入研究，才将这一谜底揭开。
情景引入
C + O2 ==== CO2
C + CO2 2CO
Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
点燃
高温
高温
知识回顾——可逆反应
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.特点：
双向性
双同性
共存性
既能正向进行，又能逆向进行
正、逆反应是在同一条件下同时进行的
反应物无法完全转化为生成物，反应物与生成物同时存在
可逆反应存在“反应限度”！
典型的可逆反应
2SO2 + O2 2SO3
催化剂

NH3 + H2O NH3·H2O
Cl2 + H2O HCl+HClO
N2 + 3H2 2NH3
催化剂
高温、高压
SO2 + H2O H2SO3
I2 + H2 2HI

可逆反应的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。
2Fe3++2I- 2Fe2++I2
思考以下问题：
在一定条件下向反应容器中加入SO2和O2发生反应：
2SO2 + O2 2SO3
催化剂

此条件下，何时达到了反应的限度？达到反应限度时，该反应是否停止了？
化学平衡的建立过程：
开始
反应进行
平衡
浓度和速率的变化
反应物浓度————
v正————
生成物(SO3)浓度————
v逆————
反应物浓度逐渐————
v正————
生成物(SO3)浓度————
v逆————
正、逆反应速率相等，
反应物、生成物浓度不变
v正
v逆
速率时间图像
v正=v逆
(1) v正＞v逆 反应正向进行
(2) v正=v逆 化学平衡
(3) v正＜v逆 反应逆向进行
最大 最大
为0 为0
减小 减小
增大 增大
2mol SO2
1mol O2
恒温恒容
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再改变，达到一种表面静止的状态，我们称之为“化学平衡状态”。
2.特征：
逆
等
动
定
变
可逆反应
v正=v逆≠0
动态平衡
各组分浓度保持不变
条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡
同一物质，正逆反应速率相等，
对于不同物质，正逆反应速率之比=化学计量数之比。
判断可逆反应是否达到化学平衡的直接标志。
纸上得来终觉浅，唯有实践才保险
【例1】下列关于可逆反应的化学平衡的说法中，正确的是(　　)
A．当达到化学平衡时，反应物已完全转化为生成物
B．化学平衡是一定条件下的平衡，当条件改变时，平衡可能会遭到破坏
C．当达到化学平衡时，反应混合物中各成分的浓度相等
D．当达到化学平衡时，正逆反应均已停止
对点训练
对点训练
(1)1 mol N2和3 mol H2在一定条件下可完全生成2 mol NH3 ( )
(2)可逆反应达到平衡状态时，各反应物、生成物的浓度相等( )
(3)在一定条件下，一个可逆反应达到的平衡状态就是该反应所能达到的最大限度，此时反应物达到最大转化率( )
(4)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( )
浓度保持不变而不是相等
√
×
×
√
判断正误：
教学过程
判断化学平衡的标志— 直接标志
速率标志：
先看方向，必须满足一正一逆才能判断平衡。
①同种物质——消耗速率与其生成速率相等，即v正(A)=v逆(A)
②不同物质—— 速率之比=化学计量数之比
如aA + bB cC + dD，
N2 + 3H2 2NH3
催化剂
高温、高压
v正(NH3):NH3的生成速率
v逆(NH3):NH3的消耗速率
(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)
(3)单位时间内消耗a mol N2同时消耗2a mol NH3
(4)单位时间内消耗1 mol N2同时生成3 mol H2
(5)单位时间内消耗1 mol N2同时生成1 mol N2
(6)断裂3mol H-H键同时，断裂6mol N-H键
N2 + 3H2 2NH3
催化剂
高温、高压
判断下列情况，反应 是否达到平衡，是的打√
√
×
√
×
√
√
√
√
对点训练
教学过程
判断化学平衡的标志— 直接标志
各组分浓度不变：
反应混合物中各组分的浓度、含量（百分含量）保持不变。
①各组分的物质的量或物质的量分数保持不变
②各气体的体积或体积分数保持不变
③各组分的质量或质量分数保持不变
④含有色气体体系的颜色不变
体系的颜色与有色物质的浓度有关
一般情况
I2(g) + H2(g) 2HI(g)
恒温恒容密闭容器中， ，下列能判断反应处于平衡状态的是（ ）
a. H2 、 I2 、HI的物质的量不变
b.混合气体的颜色保持不变
c. I2 的体积分数不变
d.H2 、 I2 、HI浓度之比为1：1：2
对点训练
abc
判断平衡的标志是各物质浓度和含量不变
注意：不是各组分浓度相等，也不是成一定的比例。
判断化学平衡的标志—间接标志 -“变量”不变
—平衡观
①首先分析该量是“变量”还是“恒量”；
②如为“变量”,即该量随反应进行而改变，当其“不变”时，则为平衡状态。
即：
变量不变
化学反应达到平衡状态
间接标志——“变量”不变
气体的平均相对分子质量
以mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)为例
①若各物质均为气体
m总为定值
若m + n ≠ p+ q
n总为变量
为变量
不变时，
即为平衡状态
若m + n = p+ q
n总为定值
为定值
不变时，
不一定为平衡状态
②若有非气体参与
m总为变量
对点训练
1.2SO2 + O2 2SO3
催化剂

当平均相对分子质量不变时，——————是化学平衡状态。
I2 + H2 2HI
当平均相对分子质量不变时，——————是化学平衡状态。
2.C(s) + O2(g) CO2 (g)
点燃
当平均相对分子质量不变时，——————是化学平衡状态。
C + CO2 2CO
高温
当平均相对分子质量不变时，——————是化学平衡状态。
一定
不一定
一定
一定
间接标志——“变量”不变
以mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)为例
①若各物质均为气体
m总为定值
若为恒容
若为恒压
V容器为变量
气体密度
为定值
不变时，
不一定为平衡状态
若m + n ≠ p+ q
若m + n = p+ q
为变量
不变时，
一定为平衡状态
V容器为定值
为定值
不变时，
不一定为平衡状态
②若有非气体参与
m总为变量
气体密度
1.2SO2 + O2 2SO3
催化剂

恒容条件下，气体密度不变时，————是化学平衡状态。
2.I2 + H2 2HI
3.C(s) + O2(g) CO2 (g)
点燃
4.C + CO2 2CO
高温
一定
不一定
一定
恒压条件下，气体密度不变时，————是化学平衡状态。
恒容条件下，气体密度不变时，————是化学平衡状态。
恒压条件下，气体密度不变时，————是化学平衡状态。
恒容条件下，气体密度不变时，————是化学平衡状态。
恒压条件下，气体密度不变时，————是化学平衡状态。
恒容条件下，气体密度不变时，————是化学平衡状态。
恒压条件下，气体密度不变时，————是化学平衡状态。
不一定
不一定
一定
一定
一定
对点训练
混合气体总压强
P
若为恒容、恒温条件下，气体的物质的量与压强成正比，则只需考虑气体的物质的量。
当气体的物质的量不变，则压强P为恒值，不一定是化学平衡状态。
当气体的物质的量改变，则压强P不变时，一定是化学平衡状态。
1.2SO2 (g)+ O2(g) 2SO3(g)
催化剂

I2(g) + H2(g) 2HI(g)
2.C(s) + O2(g) CO2 (g)
点燃
C(s) + CO2 (g) 2CO(g)
高温
一定
不一定
不一定
一定
恒容、恒温条件下，
当体系总压强不变时，————是化学平衡状态。
当体系总压强不变时，————是化学平衡状态。
当体系总压强不变时，————是化学平衡状态。
当体系总压强不变时，————是化学平衡状态。
温度
T
恒温
绝热
化学反应除了有物质的变化，
还伴随有能量的变化
当系统恒温时，则温度T为恒值，不一定是化学平衡状态。
当系统绝热时，则温度T不变时，一定是化学平衡状态。
化学平衡状态的判断标志
间接标志
直接标志
(1)速率：v正=v逆
(2)各组分的浓度保持不变
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
①同种物质：即v正(A)=v逆(A)
②不同物质：速率之比=
化学计量数之比
总压强、总物质的量、混合气体的平均摩尔质量、体系的密度等。
（根据具体情况分析）
某恒容密闭容器中有反应：2NO2 2NO+O2，达到平衡的是( )
A.单位时间内生成n mol O2 同时生成2n mol NO2
B.单位时间内生成n mol O2 同时生成2n mol NO
C. c(NO2):c(NO):c(CO2)=2:2:1
D.混合气体的颜色不再改变
E.混合气体的密度不再改变
F.混合气体的平均相对分子质量不再改变
H.混合气体各组分的体积分数不再改变
ADFH
在一个恒容密闭容器中，发生反应：
2SO2 (g)+ O2(g) 2SO3(g)
催化剂

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 (g)、 O2(g)、SO3(g)的浓度之比为2：1：2
③SO2 的转化率不再改变
④SO3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
化学反应条件额控制
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。
趋利避害！
控制化学反应条件的基本措施
基本措施
改变反应速率
改变反应限度
改变温度、浓度、气体的压强、
固体的表面积以及催化剂的合理使用等
改变温度、浓度、气体的压强等
合成氨工业反应条件的控制
达到平衡时混合物中NH3的含量（体积分数） 投料V(N2):V(H2)=1:3
N2 + 3H2 2NH3
催化剂
高温、高压
温度升高，氨的含量越低
合成氨时，压强越大越好，温度越低越好。但，压强越大，对材料的强度和设备的制造要求就越高，会大大增加生产投资，温度越低反应速率也低，单位时间内产率很低。
实验数据
温度400-500℃
压强10-30MPa
使用催化剂
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，生产成本高，工业上通常选择在400-500℃下进行。压强越大，对动力和生产设备的要求也越高，采用的压强通常为10-30MPa。
化工生产中控制反应条件的原则
控制生产成本
反应实际可能性
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
炉壁材料的选择
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
少量的空气会使煤燃烧不充分，造成资源浪费，污染环境
适当用量
采用隔热的耐高温材料，减小热量的损失
燃烧后废气中的热能可用于供暖或发电等
对点训练
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通入足量的空气
A.①③④⑤ B.②③⑤⑥
C.③④⑤⑥ D.①②③④
燃料的着火点不可改变且与燃烧效率无关。
C
逆
等
动
定
变
可逆反应
v正=v逆≠0
动态平衡
各组分浓度保持不变
条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡
同一物质，正逆反应速率相等，
对于不同物质，正逆反应速率之比=化学计量数之比。
判断可逆反应是否达到化学平衡的直接标志。
特例：只有生成物有气体时，体积分数始终保持不变，不是变量。
恒温下，在两个密闭容器中分别进行下列两个可逆反应：
甲：C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g)
乙： CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)
现有下列状态，判断甲、乙是否平衡
①混合气体的平均相对分子质量不再改变
②混合气体的总物质的量
③气体总压强不再改变
④绝热时反应体系中的温度保持不变
⑤混合气体密度
⑥单位时间内消耗水的质量与生成氢气
的质量为9：1
①甲———— 乙————
②甲———— 乙————
③甲———— 乙————
④甲———— 乙————
⑤甲———— 乙————
⑥甲———— 乙————
平衡 不一定
平衡 不一定
一定 不一定
平衡 平衡
平衡 不一定
不一定 不一定
首先明确反应前后
气体物质的量变没变

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