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第二节 化学反应的速率与限度
第六章 化学反应与能量
教师导学
一、化学反应速率
用来衡量化学反应过程进行快慢程度的物理量。
1. 概念
2. 表示
3. 计算公式：
反应物（或生成物）A的浓度变化量
mol/ (L·min) 或 mol/(L·s)
4. 常用单位：
单位时间内反应物浓度的减少量或者生成物浓度的增加量来表示。
教师导学
5. 注意事项：
（1）反应速率都为正数
（3） 一般不用固体或纯液体表示化学反应速率
（2）反应速率指的是一段时间内的平均速率而不是某一时刻的瞬时速率。
固体或纯液体（液态水、液溴等）浓度为常数Δc=0，不用固体或纯液体表示化学反应速率
一、化学反应速率
同伴助学
【例1】在某一化学反应里，反应物A的浓度在5min内从6 mol/L变成2 mol/L。试求在这5min内该反应的化学反应速率为多少？
t
(A)＝
c(A)
=
（6-2） mol/L
5min
＝0.8 mol/(L·min)
教师导学
已知： 2SO2 + O2 2SO3
t=0时 3mol/L 1mol /L
t=2min 2.5mol/L
求：2min内
△

【例2】
方法：三段式法
催化剂
解： 已知： 2SO2 + O2 2SO3
　　　　
　　　　　　　　　　
加热

起始浓度(mol/L)
变化浓度(mol/L)
2min末浓度(mol/L)
　0.5　　　
0.75 　　0.5
0.25 0.5
v(SO2)=
(3－2.5) mol/L
(2－0) min
v(O2)=
(1－0.75)mol/L
(2－0)min
v(SO3)=
(2－0)min
(0.5－0) mol/L
= 0.25mol/（L.min）
只有变化量与系数成比例
v(SO2) ∶v(O2) ∶v(SO3)= 2∶1∶2
3 　　 1 　 0
2.5
思考： v(SO2) 、v(O2) 、v(SO3) 的比值与方程式的系数比有什么关系
催化剂
= 0.25mol/（L.min）
= 0.125mol/（L.min）
教师导学
1、同一反应的反应速率可以用不同物质表示的化学反应速率，其值不一定相同，但其表示反应的快慢程度相同——计算时必须指明具体物质v(A)
2、同一反应的各反应速率之比等于化学方程式的系数之比。即对于反应：aA+bB=cC+dD (各物质都不是固体和纯液体)
vA：vB：vC：vD = a : b : c : d
训练验学
【例3】 (2023·广东湛江二十一中校考期中)高温高压下，1 L密闭容器中，发生如下反应：2H2＋CO CH3OH。反应开始时H2的物质的量为5 mol，5 min后变为0.5 mol，则0～5 min内该反应的平均反应速率为 (　　)
A．v(H2)＝9.00 mol·L-1·min-1
B．v(H2)＝0.90 mol·L-1·min-1
C．v(H2)＝0.45 mol·L-1·min-1
D．v(H2)＝4.50 mol·L-1·min-1
B
教师导学
化学反应速率的比较方法
1、定性比较
观察实验现象（剧烈程度、产生气泡或沉淀的快慢、固体消失所需时间的长短等）
如 K 与水反应比 Na 与水反应剧烈，则反应速率：K＞Na
2、定量比较
①“化物质”：将不同物质的化学反应速率转化成同一物质的化学反应速率，
或分别除以相应物质的化学计量数，所得数值大的速率大。
②“化单位”：若化学反应速率的单位不一致，需转化为同一单位。
训练验学
【例4】(2023·广东深圳龙城高级中学期中)下列四个选项是在不同的情况下对化学反应3A(g)＋B(g) 2C(g)＋2D(g)测得的用不同物质表示的反应速率，其中表示该化学反应的反应速率最快的是 (　　)
A．v(A)＝0.6 mol·L-1·s-1
B．v(B)＝0.1 mol·L-1·s-1
C．v(C)＝0.3 mol·L-1·s-1
D．v(D)＝0.5 mol·L-1·s-1
D
训练验学
A
注意单位的同一！
=0.0075 mol·L-1·S-1
教师导学
四、速率图像问题
根据右图填空：
v (B)＝２mol/(L·min)
v (A)＝３mol/(L·min)
v (C)＝３mol/(L·min)
（3）该反应的化学方程式是 。
3A+2B 3C
（2）2min内A、B、C三者的反应速率是多少？
（1）反应物: 生成物: 。
A、B
C
训练验学
在某一容积为4L的密闭容器中，A、B、C、D四种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示，完成下列问题：
(1)反应物是_______，生成物是_____。
反应的方程式为__________________
0.125mol/(L min）
（2）前2min用A的浓度变化表示的化学反应速率为____________________。
用B表示的反应速率为________________
0.25mol/(L min）
2A + B 2C
A、B
C
教师导学五、“三段式”计算反应速率与转化率在2L密闭容器中，发生反应N2+3H22NH3，先加入1molN2和3molH2，反应2min后，n(NH3)=0.6mol。求各物质的化学反应速率是多少？N2的转化率是多少？N2+ 3H2 2NH3起始n（mol) n（mol)0.7mol1mol3mol0最终n(mol)0.9mol0.3mol0.6mol2.1mol0.6mol①写出有关反应的化学方程式；②标出各物质的起始量、变化量、最终量③根据已知条件列方程式计算。v(N2)=0.3mol2L 2minv(H2)=0.225mol/(L min)= 0.075mol/(L min) n(N2)V体积 t= C t=v(NH3)=0.15mol/(L min)α(N2)=100%=30%转化率α（A)×100%高温、高压催化剂教师导学
运用“三段式”法解题时的注意事项：
1. 起始量、变化量、一段时间后的量，三者物理量及单位要统一，可以是物质的量或物质的量浓度。
2. 起始量、变化量、一段时间后的量中，只有各物质的变化量之比等于对应物质的化学计量数之比，不同物质的起始量或一段时间后的量之间没有必然的关系，不能列比例式计算。
训练验学例2：在某一容积为5 L的密闭容器内，加入0.2mol CO和0.2mol H2O(g)，在催化剂存在的条件下高温加热，发生如下反应：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)，反应放出热量。反应中CO2的浓度随时间变化的情况如图所示：根据图中数据，从反应开始至到10min时，H2O的化学反应速率为____；10min末c(H2)= ___，10min内CO的转化率为__________。CO(g) + H2O(g) CO2(g)+H2(g)n始(mol)△n(mol)n末(mol)0.003 mol/(L·min)0.03 mol/L75%0.2mol0.2mol000.15mol0.15mol0.15mol0.15mol0.05mol0.05mol0.15mol0.15mol课堂小结
化学反应的速率
化学反应速率及其表示方法
概念
表示
定义
常用单位
注意事项
1、下列关于化学反应速率的说法，不正确的是（ ）A.化学反应速率是衡量化学反应进行快慢程度的物理量B.化学反应速率的大小主要取决于反应物的性质C.化学反应速率可用单位时间内生成某物质的质量的多少来表示D.化学反应速率常用单位有mol·L－1·s－1和mol·L－1·min－1C【训练验学】【训练验学】2、已知4A(g)+5B(g)=4C(g)+6D(g),则下列关系式正确的是( )4v(A)=5v(B)4v(A)=5v(D)C.5v(B)=6v(D)D.4v(B)=5v(C)D3、对于反应A(g)+2B(g)=3C(s)+2D(g)来说，下列反应速率最快的是（　　）A．v(A)=0.32 mol·L-1·min-1B．v(B)=0.55 mol·L-1·min-1C．v(C)=0.02 mol·L-1·s-1D．v(D)=0.01 mol·L-1·s-1A【训练验学】4、某温度时在2L容器中X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图。由图中数据分析：（1）反应开始2min内的X、Y、Z的化学反应速率（2）该反应的化学方程式为：___________。【训练验学】v(Y)＝0.075 mol/(L·min)v(x)＝0.025mol/(L·min)v(Z)＝0.05mol/(L·min)X+3Y 2Z5.在一个容积3L的密闭容器里进行如下反应N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)，反应开始时n(N2)=1.5mol，n(H2)=4.4mol，2min末n(H2)=0.8mol。(1)前2min内用NH3表示的该反应的反应速率__________；(2)2min末N2的浓度___________；(3)2min末N2的转化率___________；0.4mol/(L·min)0.1mol/L80%【训练验学】高温、高压催化剂1. 定义：
在同一条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应。
3. 特点：
同一条件、同时进行；不能进行到底，反应物和产物共存
2. 表示：
一. 可逆反应
练：判断下列反应是否为可逆反应？
一. 可逆反应
2SO2+O2 2SO3
催化剂
高温
SO2 +H2O H2SO3
NH3 +H2O NH3 ·H2O
H2 + I2 2HI
典型的可逆反应：
某密闭容器中充入SO2和O2 ，测得不同时间段各物质浓度的变化情况如下：
思考：(1) 开始时反应物、生成物浓度、正逆反应速率有什么特征？
(2) 反应开始后0~40min，反应物、生成物浓度、正逆反应速率有什么特征？
(3) 50min以后，反应物、生成物浓度、正逆反应速率有什么特征？
t(min) c(mol/L) 0 10 20 30 40 50 60 70 80
SO2 10 6 3 2 1.2 1 1 1 1
O2 5 3 1.5 1 0.6 0.5 0.5 0.5 0.5
SO3 0 4 7 8 8.8 9 9 9 9
二. 化学平衡状态的建立
时间 浓度 速率 反应物 生成物 正反应 逆反应
0
0~40
50min后
最大
0
最大
0
减小
不变
增大
增大
减小
不变
v(正)=v(逆) ≠0
二. 化学平衡状态的建立
t
0
v
v(正)
v(逆)
●
●
50min
化学平衡状态
v(正)=v(逆)
各物质浓度不变
0
t
C
生成物
反应物
●
●
50min
二. 化学平衡状态的建立
化学平衡状态
三. 化学平衡状态
1、定义：
在一定条件下，可逆反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物和生成物浓度不再发生变化，达到一种表面静止的状态，这种状态称为化学平衡状态，简称化学平衡。
前提（适用范围）：在一定条件下的可逆反应
2、特征：
逆：化学平衡的研究对象是可逆反应
等：平衡时 v正=v逆
动：化学平衡是一个动态平衡 v正=v逆≠0
定：达到平衡状态时，外界条件一定，反应速率一定，混合物
中各组分的浓度不变，混合物中各组分的含量不变。
变：当外界条件改变时，平衡一般要发生改变
三. 化学平衡状态
例1：在一定条件下，某容器中充入N2和H2合成NH3,以下叙述错误的是（ ）
A.开始反应时，正反应速率最大，逆反应速率为零
B.随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后减小为零
C.随着反应的进行逆反应速率逐渐增大，后保持恒定
D.随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后与逆反应速率相等且都保持恒定
B
典例剖析
三. 化学平衡状态判断
① v正=v逆≠ 0
例：N2＋3H2 2NH3 达平衡时
同一物质 v(B)正＝ v(B)逆
即：单位时间内生成与消耗某反应物（生成物）的量相等
如：单位时间内，有1mol N2消耗，同时有1mol N2生成
单位时间内，有1mol H2消耗，同时有1mol H2生成
单位时间内，有1mol H-H键断裂，同时有1mol H-H键形成
不同物质＝
如：单位时间内，有1mol N2消耗，同时有3mol H2
单位时间内，有1mol N2消耗，同时有2mol NH3
单位时间内，有3mol H2消耗，同时有2mol NH3
单位时间内，有3mol H-H键断裂，同时有 mol N-H键
生成
消耗
消耗
断裂
6
“同侧异，异侧同”
三. 化学平衡状态判断
一正一逆、系数成比例
例3：可逆反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是( 　　)
A．3v正(N2)＝v正(H2)　　 B．v正(N2)＝v逆(NH3)
C．2v正(H2)＝3v逆(NH3) D．v正(N2)＝3v逆(H2)
C
典例剖析
②各组分浓度或含量保持不变
c(B)、 n(B)、 n(B) % 、m(B)、 m(B) %、 V(B)等
该量随反应进行而改变，当其不变时，则为平衡状态
注意：不是相等，也不是成一定的比值
如： N2＋3H2 2NH3 达平衡时
容器内N2的浓度不再改变
容器内各组分的物质的量不再改变
容器内各组分的物质的量分数保持不变
容器内各气体的体积保持不变
变量不变
三. 化学平衡状态判断
一定条件下，下列能表示可逆反应N2＋3H2 2NH3，达到平衡状态的是
（1）容器内气体总质量不再改变
（2）容器内总物质的量不再改变
（3）固定容器恒容条件下，容器内压强不再改变
（4）固定容器恒容条件下，
容器内气体密度不再改变
（5）恒压条件下，容器内气体的平均相对分子质量不再改变
m总
n总
取决于气体系数差
√
取决于有无非气体
PV=nRT
n总
√
ρ =
m总
V容器
取决于气体系数差
√
M =
m总
n总
三. 化学平衡状态判断
三. 化学平衡状态判断
对于一定条件下，可逆反应 H2(g)+I2(g) 2HI(g)，以上状态是否达到化学平衡状态？体系的颜色不变呢？
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最大程度，即该反应的限度。
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限度。
① 化学反应的限度决定了反应物在一定条件下的最大转化率。
四、化学反应限度
五. 化学反应条件的控制
在化工生产中，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能性。
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
五. 化学反应条件的控制
五. 化学反应条件的控制
为什么工业上通常采用400-500℃，10-30Mpa条件合成氨气？
催化剂
高温、高压
N2 + 3H2 2NH3
工业合成氨
温度低
压强大
有利：氨的产率较高
不利：反应速率小，生产成本高
有利：氨的产率较高
不利：对动力和生产设备的要求高
常用温度400℃~500℃
常用压强10～30Mpa
五. 化学反应条件的控制
五. 化学反应条件的控制
试从控制燃烧反应的条件的角度分析，如何提高燃料的燃烧效率的具体措施？
五. 化学反应条件的控制
尽可能使燃料充分燃烧，提高能量的转化率
尽可能地充分利用燃料燃烧所释放出的热能
燃料与空气或氧气尽可能充分接触，且空气要适当过量
提高热能利用率
提高燃料燃烧效率的具体措施：
将固体研细，增大与氧气的接触面积，加快反应速率；
适当过量的空气有利于煤的充分燃烧；
(3) 炉(灶)膛材料采用保温性能好的的耐高温材料；
(4) 废气中的热量可用于供暖或发电等；
(5) 使用助燃剂；
(6) 液体燃料以雾状与氧气混合。
五. 化学反应条件的控制
课堂小结
化学平
衡状态
化学平
衡状态
的判断
化学反
应条件
的控制
1. 对于可逆反应 M＋N Q达到平衡时，下列说法正确的是（ ）
A. M、N、Q三种物质的浓度一定相等
B. M、N全部变成了Q
C. 反应物和混合物的浓度保持不变
D. 反应已经停止
C
2.在恒温恒容密闭容器中，发生反应：A(g)＋2B(g) C(g)＋D(g)，以下表述，不能证明反应已达化学平衡状态的是 ( )
A．物质A的质量保持不变
B．物质B的浓度保持不变
C．用C表示的正反应速率等于用C表示的逆反应速率
D．物质D的浓度等于物质C的浓度
D
3．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．反应达到化学平衡状态时，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
4．化学反应限度的调控在工业生产和环保技术等方面得到了广泛的应用，如果改变条件提高化学反应的限度，下列说法错误的是 ( )
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
D

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