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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化学反应的限度及条件控制
杭州钢铁厂——浙江省第一家现代化钢铁企业
杭州钢铁厂建立于1957年，为保护环境，推动产业升级，杭钢集团半山基地2015年正式关停，历时58年，为浙江工业和经济社会发展做出重要贡献，现在原钢铁厂逐步转型为大运河杭钢公园。
杭钢炼铁炉为什么建那么高？结合P48 科学史话，从这一材料中，你得到什么启示？
杭州钢铁厂——浙江省第一家现代化钢铁企业
杭钢的半山钢铁基地
炼铁炉高约50米，相当于18层住宅楼的高度。（2.8米/层）
杭钢炼铁炉为什么建那么高？结合P48 科学史话，从这一材料中，你得到什么启示？
炼铁高炉尾气之谜
增加炼铁高炉的高度，不能改变高炉尾气中CO的比例，原因是：
C+CO2 2CO是一个可逆反应，不能完全进行，存在一定的反应限度。在高炉中Fe2O3与CO的反应也不能全部转化为Fe和CO2。
任务一 认识化学反应存在限度
任务一 认识化学反应存在限度
【回顾已知】请同学们回顾已知并回答可逆反应是什么？
一、可逆反应
2.特征：两同、双向
3.符号表征：
反应物、生成物共存
正向
反应物
生成物
逆向
相同条件
同
时
进
行
1.定义：在相同条件下同时向正、逆两个方向进行的反应。
反应存在限度
转化率小于100%
任务一 认识化学反应存在限度
思考：
请判断以下化学反应是否是可逆反应？你的证据是怎样的？
1.水的生成和电解
2.CO2和H2O在植物体内通过光合作用合成糖类与糖类在人体内氧化生成CO2和H2O
3.Cl2与H2O 反应生成HCl和HClO
4.2Fe3+ + 2I- = 2Fe2+ + I2
任务一 认识化学反应存在限度
【实验探究】探究反应: 2Fe3+ + 2I- = 2Fe2+ + I2 能否进行到底？
提供试剂：0.01mol/L KI溶液、0.01mol/L FeCl3溶液、KSCN溶液。
实验操作：取2mL 0.1mol·L-1KI溶液，滴加0.1mol·L-1 FeCl3溶液5~6滴。
再加入几滴KSCN溶液，你认为能观察到什么现象？为什么？
预测实验现象 观察到的实验现象 结论
溶液不变红
溶液变红
即使KI过量， FeCl2也不可能完全转化为FeCl3，上述反应不能进行完全，存在一定的限度。
即反应2Fe3++2I- 2Fe2++I2为可逆反应，反应存在一定的限度。
注意：实验过程中分工合作，相互配合，在导学案上做好实验记录。
任务二 建立化学平衡的观念
二、化学平衡状态
在500℃，101KPa,将10molSO2和5molO2充入1L密闭容器中进行反应2SO2+O2 2SO3，测得的不同反应时间各组分浓度如下：
活动1：根据数据分别绘制出SO2、O2、SO3的t-c图像，分析各组分浓度变化规律。
催化剂
△
时间(min) 0 10 20 30 40 50 60 70 80
c(SO2) 10 7 5 3.5 2 1 1 1 1
c(O2) 5 3.5 2.5 1.75 1 0.5 0.5 0.5 0.5
c(SO3) 0 3 5 6.5 8 9 9 9 9
任务二 建立化学平衡的观念
结论：宏观角度看，随着时间推移，反应物浓度 ，生成物浓度 ，一段时间后，反应物和生成物浓度 。
减小
增大
不再随时间变化，保持不变
时间(min) 0 10 20 30 40 50 60 70 80
c(SO2) 10 7 5 3.5 2 1 1 1 1
c(O2) 5 3.5 2.5 1.75 1 0.5 0.5 0.5 0.5
c(SO3) 0 3 5 6.5 8 9 9 9 9
任务二 建立化学平衡的观念
活动2：结合化学反应速率的影响因素和活动1，以SO2为例大致画出正、逆反应速率随时间变化的（t-v）图像，分析正、逆反应速率变化规律。
反应物浓度 ？
生成物浓度 ？
v正 ？
v逆 ？
反应
开始
反应
过程中
达到
平衡
反应物浓度 ？
生成物浓度 ？
宏观：各物质的浓度不再改变
v正 ？
v逆 ？
微观：
v正 = v逆≠0
最大
为0
最大
为0
逐渐减小
逐渐增大
减小
增大
思考：平衡后反应是否停止？能否被打破？
速率—时间图像
二、化学平衡状态
在一定条件下，一个可逆反应进行到一定程度时，正向反应速率与逆向反应速率相等时，反应物浓度和生成物浓度不再改变，达到一种表面静止的状态。
1.定义
逆
化学平衡状态的研究对象是_______反应
等
各组分浓度/物质的量/百分含量__________
动
υ正 ____ υ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
可逆
＝ ≠
保持不变
“表现”
“本质”
2.特征
任务二 建立化学平衡的观念
3.化学平衡判断依据的核心：变量：变 不变
【 概念辨析】
1.1 mol N2和3 mol H2在一定条件下可完全生成2 mol NH3(　　)
2.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(　　)
3.化学反应在一定条件下建立平衡状态时，化学反应将会停止(　　)
4.一定条件，可以通过延长化学反应的时间来改变反应物的最大转化率(　　)
5.可逆反应达到平衡状态时，各反应物、生成物的浓度相等(　　)
6.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(　　)
任务二 建立化学平衡的观念
高 炉 炼 铁
高炉炼铁过程中发生的反应包括了可逆反应，而可逆反应存在一定的限度，当反应达到其限度以后，各物质的量就不变了，因此炼铁过程中，原料是不可能完全转化为产物的。
任务三 化学反应条件的控制
任务三 化学反应条件的控制
对炼铁的反应进行深入研究的意义：
趋利避害
促进有利反应：
提高反应物的转化率即原料的利用率，加快反应速率等
抑制有害反应：
减缓反应速率，减少甚至消除有害物质的产生，控制副反应的发生等
改变化学反应速率：
改变可逆反应进行的程度：
1. 控制化学反应条件的目的
2. 控制化学反应条件的方法
任务三 化学反应条件的控制
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。
趋利避害
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
改变温度、溶液浓度、气体压强（或浓度）等
3. 化工生产中反应条件的调控
反应速率、平衡转化率、______和____________。
成本
实际可能性
(2)实例——合成氨生产条件的选择:
N2＋3H2 　 2NH3 (放热反应)
催化剂
温度：400~500 ℃
压强：10~30 MPa
温度：a. 温度适当低，平衡转化率高，氨的产率高；
b. 温度过低，反应速率过慢，达到平衡所需时间长，成本高。
压强：a. 压强大，氨的产率高；b.压强大，反应速率快;
c. 对动力和生产设备要求高，成本高。
催化剂：铁触媒
催化剂：仅增大反应速率，不影响反应限度。
任务三 化学反应条件的控制
(1)考虑因素：
任务三 化学反应条件的控制
【活动3】交流与讨论：为实现“碳达峰”“碳中和”的目标，提高燃料的燃烧效率与热量的利用率也是重要措施之一,结合所学试回答下列问题。
1.煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉且通入适当过量空气的目的是什么？
煤块粉碎成煤粉
增大其与空气中O2的接触面积
提高反应速率
煤粉燃烧更充分
通入适当过量的空气
煤粉充分燃烧
生成CO2放出能量
空气不足，会造成煤燃烧不完全，生成CO，产生热量少，且造成污染
任务三 化学反应条件的控制
可将燃烧后的废气通过热循环装置，供其他方面使用。
2.煤燃烧时，选择保温隔热且耐热的炉(灶)膛材料的主要目的是什么？
3.煤燃烧后的废气中的热量，采取什么措施可充分利用？
减少热量损失，提高煤燃烧的效率。
认识到化学反应存在限度
化学反应条件的控制
趋利避害
理解化学平衡的定义及特征
1
3
改变
限度
可逆反应的定义、特征、符号表征
认识
限度
2
判断
限度
定性、定量认识可逆反应
总结

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