资源简介

(共47张PPT)
化学反应的限度　
化学反应条件的控制
第2课时
第二节　化学反应的速率与限度
学习目标
1.通过对化学反应限度的学习,能描述可逆反应的含义及特点,知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态。
2.通过对化学反应限度的学习,能描述化学平衡状态,判断化学反应是否达到平衡。
3.能从化学反应快慢和限度的角度解释生产、生活中简单的化学现象,列举化学反应条件的控制的思路和方法。
任务分项突破
『自主梳理』
学习任务1　认识化学反应的限度
1.可逆反应
(1)定义。
在同一条件下,既能向 进行,同时又能向
进行的反应。书写可逆反应的化学方程式时,不用“ ”,用“ ”。
正反应方向
逆反应方向
(2)
同一条件下
同时
2.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。
最大
为0
减小
增大
＞
＞
=
(2)用速率变化图像表示化学平衡状态的建立。
3.化学平衡状态
在一定条件下,当 进行到一定程度时,正反应速率与逆反应速率 ,反应物的浓度与生成物的浓度都 ,达到一种表面静止的状态,称为化学平衡状态,简称 。
可逆反应
相等
不再改变
化学平衡
4.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一定条件下的最大 。
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
转化率
限度
『互动探究』
对利用甲烷消除NO2污染进行研究,发生反应的化学方程式为CH4+2NO2 N2+CO2+2H2O(18O标记NO2中的O原子)。在2 L密闭容器中,控制不同温度,分别加入0.50 mol CH4和1.2 mol NO2。测得n(CH4)随时间变化的有关实验数据见下表。
组别 温度 n/mol 时间/min 0 10 20 40 50
① T1 n(CH4) 0.50 0.35 0.25 0.10 0.10
② T2 n(CH4) 0.50 0.30 0.18 0.15
探究1　化学平衡的特征
问题1:当CO2的浓度不再改变,容器中是否还存在NO2和CH4 此时可能在哪种物质中测得18O
提示:存在。CO2、NO2、H2O中均可能测得18O。
问题2:CO2的浓度不再改变时,反应是否停止了
提示:没有停止,v正=v逆≠0,反应达到一种表面静止的状态。
问题3:不向容器中添加CO2,能否改变CO2的含量
提示:能。改变反应条件(如温度、压强等)可以改变化学反应的限度。
问题4:根据以上讨论,总结化学平衡具有哪些特征。
提示:①逆(反应为可逆反应);②等(v正=v逆);③动(是动态平衡,反应并没有停止);④定(反应物和生成物的浓度都保持不变);
⑤变(外界条件改变,化学平衡被破坏并建立新的化学平衡)。
探究2　化学平衡状态的判断依据
问题5:某时刻测得该反应2v正(NO2)=v逆(CO2),是否达到了平衡状态
提示:否。当v正(NO2)=2v逆(CO2)时达到平衡状态,若用同种物质表示,则v正=v逆≠0达到平衡状态。
问题6:由实验数据能否比较实验控制的温度T1与T2的高低
提示:能。温度越高,反应速率越大,由实验数据可知,0～20 min内,实验①中CH4的物质的量的变化量为0.25 mol ,实验②中CH4的物质的量的变化量为0.32 mol ,则实验②温度高,即实验控制的温度T1问题7:40 min时,表格中T2对应反应是否已经达到平衡状态
提示:T1、40 min时,反应达到平衡状态,因T2温度更高,达到平衡用时更短,所以表格中40 min时,T2对应反应已经达到平衡状态。
问题8:某时刻c(NO2)∶c(N2)∶c(CO2)=2∶1∶1,是否达到平衡状态
提示:无法确定是否达到化学平衡状态,平衡时,各物质的浓度之比不一定等于其化学计量数之比。
问题9:某时刻测得该容器内压强不再改变,是否达到平衡状态 若将反应换成H2(g)+I2(g) 2HI(g),容器内压强不再改变,是否达到平衡状态
提示:是。不能判断,反应前后气体物质的量不发生改变,压强始终不变,不能判断是否达到平衡状态。
归
纳
拓
展
1.化学平衡状态的特征
2.化学平衡状态的判断依据
(1)直接标志。
①v正=v逆≠0。
②各组分的浓度、质量分数、物质的量分数、体积分数等不随时间的改变而改变。
(2)间接标志——“变量不变”。
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的体积不等的可逆反应)。
②混合气体的密度不随时间的改变而变化(适用于a.恒压且反应前后气体的体积不等的可逆反应;b.恒容且有固体、液体参与的可逆反应)。
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。
『题组例练』
题点一　可逆反应的判断
1.下列有关可逆反应的说法错误的是(　 　)
C
2.下列有关化学反应限度的说法正确的是(　 　)
A.可逆反应达到平衡状态时反应物的浓度等于生成物的浓度
B.可逆反应达到平衡状态时正、逆反应速率相等
C.可逆反应达到平衡状态后不可改变
D.可逆反应达到平衡状态时反应停止
B
解析:可逆反应达到平衡状态时,正、逆反应速率相等,但各物质浓度不一定相等,A错误,B正确;可逆反应达到平衡状态后,如果反应条件改变,则原平衡会被破坏,C错误;可逆反应达到平衡状态时,化学反应仍在进行,是同种物质的反应速率和生成速率相等,反应并没有停止,D错误。
题点二　判断化学平衡状态
3.一定温度下,在恒容密闭容器中发生反应:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)。下列能证明反应达到化学平衡状态的是(　 　)
A.体系压强不再变化
B.CO的浓度不再变化
C.容器内气体总质量不再变化
D.生成的CO2与消耗的CO物质的量之比为1∶1
B
解析:题给反应前后气体物质的量不变,因此随反应进行,体系的压强始终不变,故体系压强不再变化,不能证明反应达到化学平衡状态,故A错误;CO的浓度不再变化,说明正、逆反应速率相等,能证明反应达到化学平衡状态,故B正确;根据质量守恒定律可知,容器内气体总质量始终不变,故容器内气体总质量不再变化,不能证明反应达到化学平衡状态,故C错误;生成的CO2与消耗的CO均表示正反应方向,不能说明正、逆反应速率相等,不能证明反应达到化学平衡状态,故D错误。
A
4.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 NO2
②单位时间内生成n mol O2的同时,生成 2n mol NO
③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∶1
④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.②③④⑥
C.①④⑤⑦ D.①②⑥⑦
解析:单位时间内生成n mol O2同时生成2n mol NO2,则v正=v逆,①能说明反应已达到化学平衡状态,②不能说明;③中无论反应是否达到化学平衡状态,各物质表示的化学反应速率之比都等于相应物质的化学计量数之比;④有色气体的颜色不再改变,则表示体系中各物质的物质的量浓度不再变化,说明反应已达到化学平衡状态;⑤体积固定,气体的质量反应前后不变,无论是否达到化学平衡状态,气体的密度始终不变;⑥反应前后气体的体积不相等,压强不变,意味着各物质的含量不再变化,说明反应已达到化学平衡状态;⑦由于反应前后气体的质量不变,气体的平均相对分子质量不变时,说明气体中各物质的物质的量不变,反应达到化学平衡状态。
思维建模
化学平衡状态判断“三关注”“一等一不变”
(1)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)一等一不变。
①一等(正、逆相等):v正(A)=v逆(A);v正(A)∶v逆(B)=a∶b(化学计量数之比);文字描述符合“(物质)同侧(变化)异向,异侧同向,比例计量(数值为化学计量数之比)”。
②一不变:变量不变,平衡出现;始终不变,不能判断。
『自主梳理』
学习任务2　关注化学反应条件的控制
化工生产中化学反应条件的控制
速率
程度
小
高
大
高
增大
『互动探究』
探究　化学反应条件的控制
合成氨的化学工业生产中,采用铁触媒作催化剂,在10 MPa～
30 MPa、400～500 ℃时进行反应,试结合生产实际分析以下问题。
问题1:选择适宜的反应条件时需要考虑哪些因素
提示:反应条件有温度、浓度、压强、催化剂;还需要考虑生产成本和实际可能性,化工生产需要控制成本,生产成本越低,越有利于大规模生产。
提示:不对。压强越大,对设备的要求越高,压缩H2和N2所需要的动力越大,因此选择压强应符合实际科学技术,一般在10 MPa～30 MPa,以保证较高的生产效益。
问题2:合成氨时,增大压强,既可以提高氨的产率,也可以增大反应速率,因此选择的压强越大越好,对吗
问题3:合成氨的生产在温度较低时,反应限度大,但实际生产中选择在400～500 ℃下进行,为什么
提示:温度较低时,反应速率较小,达到平衡所需要的时间长,氨的产率低;温度较高时,可增大反应速率,提高氨的产率,在400～500 ℃时加入的催化剂的活性最高。
归
纳
拓
展
化学反应条件的选择
化学反应条件的选择主要从速率和限度考虑,通过选取适当的条件,既可以控制化学反应速率,又可以改变化学反应的限度(注意:催化剂不能改变反应的限度)。
(1)对于人类需要或有利的化学反应——提高生产或工作效率,提高原料的利用率或转化率。
(2)对于人类有害或不需要的化学反应——降低反应速率或隔离会引发反应的物质。
(3)关于特定条件环境或特殊需要的化学反应——要对化学反应条件进行特殊的控制。
『题组例练』
1.我国锅炉燃烧采用沸腾炉的逐渐增多,采用沸腾炉的好处在于(　 　)
①降低煤炭的着火点
②减少炉中杂质气体(如SO2等)的形成
③提高煤炭的热效率并减少CO的排放
④使燃料燃烧充分,从而提高燃料的利用率
A.①② B.③④ C.①③ D.②④
B
解析:①燃料的着火点不可改变,故错误;②锅炉燃烧采用沸腾炉能增大煤炭与氧气的接触面积,但反应物不变,燃烧过程不变,所以不能减少杂质气体(如SO2等)的形成,故错误;③锅炉燃烧采用沸腾炉能增大煤炭与氧气的接触面积,促使燃料充分燃烧,提高煤炭的热效率,有利于减少CO的排放,故正确;④锅炉燃烧采用沸腾炉能增大煤炭与氧气的接触面积,有利于使燃料燃烧充分,从而提高燃料的利用率,故正确。
C
2.合成氨工业中,在催化剂作用下发生反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。下列说法正确的是(　 　)
A.该反应反应物断键时吸收的总能量大于生成物成键时放出的总能量
B.实际生产中通常选择在400～500 ℃、100 MPa条件下合成氨
C.采取迅速冷却的方法,可使气态氨变为液态氨后及时从平衡混合物中分离出去
D.增大催化剂的表面积,不能有效增大反应速率
解析:合成氨的反应为放热反应,即反应物断键时吸收的总能量小于生成物成键时放出的总能量,A错误;工业生产中宜选择400～500 ℃,此时催化剂活性较大,但不宜选用100 MPa,因为该压强下氨的产量升高并不明显,且对设备要求更高,B错误;氨易液化,实际生产中采取迅速冷却变为液态后及时从平衡混合物中分离出去,C正确;增大催化剂的表面积,可有效增大反应速率,D错误。
知识整合
学科素养测评
合成氨工业对国民经济起着至关重要的作用,它是国家氮肥工业的基础,氨也是重要的化工原料之一。
(1)工业合成氨的反应可表示为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),能说明该反应一定处于化学平衡状态的是　　　　(填字母)。
A.N2、H2、NH3的浓度相等
B.恒容密闭容器中气体的密度或压强不再发生变化
C.单位时间内消耗a mol N2的同时生成了3a mol H2
D.断裂3m mol H—H,同时断裂6m mol N—H
CD
解析:(1)达到平衡状态时,N2、H2、NH3的浓度不变而不是相等,
A错误。恒容密闭容器中气体体积为定值,气体总质量一定,故密度不变时,不能说明反应达到平衡状态;而该反应为气体体积减小的反应,当容器内压强不再发生变化时,说明反应达到平衡状态,B错误。单位时间内消耗a mol N2的同时生成3a mol H2,即v正=v逆,说明反应达到平衡状态,C正确。断裂3m mol H—H,
即反应消耗3m mol H2,同时断裂 6m mol N—H,说明反应消耗
2m mol NH3,即v正=v逆,说明反应达到平衡状态,D正确。
(2)工业合成氨的流程图如图所示:
ⅰ.请结合图示流程,概括工业合成氨所采取的适宜条件:
　。
2×107 Pa、500 ℃、使用催化剂
ⅱ.下列有关工业合成氨生产条件的分析正确的是　　　　(填字母)。
A.步骤①中“净化”的步骤没有必要
B.步骤②采用该压强,对应催化剂的活性最大
C.步骤③温度可高于500 ℃,因为温度升高,正反应速率增大,逆反应速率减小
D.步骤⑤有利于提高原料的利用率,能节约生产成本
D
解析:(2)ⅰ.结合图示流程可知,工业合成氨的适宜条件是2×107 Pa、500 ℃、使用催化剂。ⅱ.为防止催化剂中毒,反应前N2和H2混合气体需除杂净化,A错误;工业合成氨时采用该压强,与催化剂的活性无关,B错误;温度升高,正、逆反应速率都增大,控制温度500 ℃时,因该温度下催化剂活性最大,C错误;步骤⑤N2和H2循环使用有利于提高原料的利用率,D正确。ⅲ.设混合气体中N2和H2的物质的量分别为a mol和4a mol,转化的N2为
x mol,列三段式得
命题解密与解题指导
情境解读:本题以工业合成氨的流程为背景,考查化学平衡状态的判断,以及在真实生产情境中考查化学反应条件的选择与控制、转化率的计算,有利于促进思考、推理和判断。
素养立意:结合工业合成氨的流程,能根据所学的理论知识解答实际问题,掌握化学反应的调控知识的实际应用及培养化学平衡计算的思维能力,培养变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知的学科素养。
思路点拨:
(1)化学平衡状态的判断依据及简单计算;
(2)化学反应的调控在工业合成氨中的应用。
谢 谢 观 看

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