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第6章 化学反应与能量
第二节 化学反应的速率与限度
第2课时 化学反应的限度 化学反应条件的控制
导入一
高炉炼铁之谜。
高炉炼铁的主要反应有: Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2； C(焦炭)+ O2(空气) CO2；C(焦炭)+ CO2 2CO ；生产中炼制生铁所需焦炭的实际用量,远高于按照化学方程式计算所需的量,而且从高炉炉顶出来的气体中总是含有没有利用的 CO 气体。开始炼铁工程师们认为是 CO 与铁矿石接触不充分造成的,于是设法增加高炉的高度。然而,令人吃惊的是,高炉增高后,高炉尾气中的CO的比例竟然没有改变,这是什么原因呢
导入二
我们知道在化学反应中,反应物之间是按照化学方程式中的化学计量数之比进行反应的。那么,在实际化学反应中,反应物是否会按化学方程式中的计量关系完全转化为生成物呢
由化学方程式①②可知,可逆反应进行得不完全。在同一条件下,正、逆反应同时同条件进行,化学反应物不可能全部转化为生成物,存在一定的化学反应限度,其实任何化学反应的进程都有一定的限度(可逆性)。
一、化学反应的限度
[演示实验]
向 2 mL 0.01 mol·L 1 KI溶液中逐滴加入1 mL 0.01 mol·L 1 FeCl3溶液,然后加入 0.1 mol·L 1 KSCN 溶液。
观察实验现象,分析实验结果。
加入 KSCN 溶液后,溶液变为红色,说明溶液中仍存在 Fe3+ 。在I 过量的情况下,Fe3+ 仍没完全反应,说明该化学反应不能进行到底,存在一定的限度。
一、化学反应的限度
可逆反应。
1.定义:在同一条件下,正反应和逆反应均能同时进行的化学反应。书写可逆反应的化学方程式时,不用符号“ ”,而用符号“ ”。
2.特征:
一、化学反应的限度
小试牛刀
判断以下几个反应是否为可逆反应。
①N2+3H2 2NH3
②NH3+H2O NH3·H2O
③Cd+2NiO(OH)+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2
④2H2O 2H2↑+O2↑
属于可逆反应的是①②。
一、化学反应的限度
[问题思考]在一定条件下,向反应容器中加入SO2和 O2,发生反
应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),回答下列问题:
(1)反应刚开始时,浓度、速率有什么特点
(2)反应过程中,浓度、速率发生了怎样的变化
(3)反应进行到一定程度后,浓度、速率又有什么特点
一、化学反应的限度
可逆反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g):
一、化学反应的限度
该过程的v-t变化图像如下:
一、化学反应的限度
在一定条件下,某个可逆反应在开始进行时,反应物的浓度最大,生成物的浓度为零,因此正反应速率大于逆反应速率。随着反应的进行,反应物的浓度逐渐减小,正反应速率逐渐减小;生成物的浓度逐渐增大,逆反应速率逐渐增大。当反应进行到一定程度时,正反应速率与逆反应速率相等,反应物的浓度和生成物的浓度都不再改变。从外表上看,反应好像“停 止”了,就像往一个有出口的水缸中灌水一样,虽然水缸中的水面不发生变化,但是水在流动。
一、化学反应的限度
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。
一、化学反应的限度
化学平衡状态。
当反应进行到一定程度时,正反应速率与逆反应速率相等,反应物的浓度和生成物的浓度都不再改变,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。
一、化学反应的限度
化学平衡状态的特征。
一、化学反应的限度
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的或完成的最大程度,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该条件下转化为生成物的最大转化率。 转化率:已被转化的反应物的物质的量与其初始的物质的量之比。
(2)同一可逆反应在不同条件下,化学反应的限度不同,即改变反应条件可以在一定程度上改变一个化学反应的限度。
二、化学反应的限度
小试牛刀 1.正误判断。
(1)1 mol N2和3 mol H2在一定条件下可完全反应生成2 mol NH3。 ( )
(2)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。 ( )
(3)可逆反应达到平衡状态时,各反应物、生成物的浓度相等。 ( )
(4)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。 ( )
(5)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。 ( )
√
×
×
×
×
二、化学反应的限度
①④⑥⑦
2.(1)可逆反应2NO2(g) 2NO(g)+O2(g)在容积固定的密闭容器中进
行,达到平衡 状态的标志是___________(填序号,下同)。
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
二、化学反应的限度
2.(2)一定条件下的密闭容器中,发生可逆反应:N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)。下列哪些情况能说明反应达到了平衡状态:_________。
①生成2 mol NH3的同时消耗1 mol N2
②v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)=1∶3∶2
③2v正(H2)=3v正(NH3)
④1个 N≡N断裂的同时,有6个 N—H 断裂
⑤H2的百分含量保持不变
⑥NH3的体积分数保持不变
④⑤⑥
一、化学反应的限度
【归纳总结】化学平衡状态的判断依据:
二、化学反应条件的控制
[问题思考1]在化工生产中,利用化学反应时,我们除了关注化学反应的物质和能量变化外, 还应关注哪些方面的问题
二、化学反应条件的控制
化学反应条件的控制的目的。
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。
二、化学反应条件的控制
[问题思考2]从速率和平衡的角度分析工业上为什么通常采用400~500 ℃、10 MPa~ 30 MPa的条件合成氨气
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行性。
二、化学反应条件的控制
[问题思考3]为了实现“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。试回答下列问题: 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
二、化学反应条件的控制
[问题思考4]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
减少热量的损失,提高煤燃烧的效率。
[问题思考5]煤燃烧后的废气中的热量,采取什么措施可充分利用
可将燃烧后的废气通过热循环装置,供其他方面使用。
二、化学反应条件的控制
小试牛刀 1.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通入适当过量的空气
A.①③④⑤
B.②③⑤⑥
C.③④⑤⑥
D.①②③④
C
二、化学反应条件的控制
2.下图所示为工业合成氨的流程图,下列有关生产条件的调控作用分析正确的是__________(填序号)。
a.步骤①中“净化”可以防止
杂质与催化剂作用,降低其活性
b.步骤②中“加压”可以加快反应速率
c.步骤②采用的压强是2×107 Pa,因为在该压强下铁触媒的活性最大
d.步骤③选择高效催化剂是合成氨反应的重要条件
e.目前,步骤③一般选择控制反应温度为700 ℃左右
f.步骤④⑤有利于提高原料的利用率,能节约生产成本
abdf
二、化学反应条件的控制
[问题思考6]揭秘时刻———高炉炼铁之谜。高炉增高后,高炉尾气中的 CO 比例竟没有改变, 这是什么原因呢
高炉炼铁时发生的反应:C+CO2 2CO 是一个可逆反应,且自下而上发生在高炉中有焦炭的地方。在高炉中Fe2O3与CO反应也不能全部转化为Fe和CO2,故反应进行到一定程度时达到反应的最大限度,只增加高炉的高度,不改变其他反应条件,高炉尾气中CO的比例不会改变。
总结
课堂练习
1.下列关于化学反应限度的说法中正确的是 ( )
A.一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在 该条件下所能
达到的最大限度
B.当一个可逆反应达到平衡状态时,正向反应速率和逆向反应速
率相等且等于零
C.平衡状态时,各物质的浓度保持相等
D.化学反应的限度不可以通过改变条件而改变
A
课堂练习
D
2.化学反应限度的调控在工业生产和环保技术等方面得到广泛的
应用,如果设法提高化学反应的限度,下面说法中错误的是 ( )
A.能够节约原料和能源
B.能够提高产品的产量
C.能够提高经济效益
D.能够提高化学反应速率
谢谢！

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