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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
第2课时 化学反应的限度和条件的控制
19世纪后期，人们发现高炉炼铁所排出的气体中含有相当量的CO，有的工程师认为这是由于CO和铁矿石的接触时间不够长所造成的。于是在英国耗费了大量的英镑造了一个高大的炼铁高炉，以增加CO和铁矿石接触时间。可是后来发现，用这个高炉炼铁，所排除的高炉气中，CO的含量并没有减少，这是什么原因呢？
1.了解可逆反应。
2.理解化学平衡状态和学会平衡状态的判断。
3.了解控制反应条件在生产生活和科学研究中的作用。
1.化学反应有一定限度，是可以调控的。（变化观念与平衡思想）
2.通过分析推理认识化学平衡的特征。（证据推理与模型认知）
体会课堂探究的乐趣，
汲取新知识的营养，
让我们一起 吧！
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课
堂
一个化学反应在实际进行时，反应物能否完全转变为生成物？
化学反应是有限度的，很多化学反应都具有可逆性
例：在500℃时,在容积为1L的含有催化剂的密闭容器中,发生如下反应：
N2 ＋ 3H2 2NH3
起始量(mol) 0.2 0.4 0
30min(mol) 0.15 0.25 0.1
1小时 (mol) 0.11 0.13 0.18
2小时 (mol) 0.08 0.04 0.24
3小时 (mol) 0.08 0.04 0.24 ……
【SO2溶于水实验回顾】
可逆反应：在相同条件下能向正、反两个方向同时进行的化学反应称为可逆反应。
如：2HI(g) H2(g) + I2(g)； 可逆反应。
2KClO3 ==== 2KCl + 3O2(g) 不可逆反应。
科学研究表明：不少化学反应都具有可逆性即正向反应和逆向反应能同时进行。
正反应：反应物→生成物
逆反应：生成物→反应物
一、可逆反应
同一条件下
表示方法：书写可逆反应的化学方程式时不用“===”而用“ ”。
可逆反应的特征
N2+3H2 2NH3
催化剂
高温高压
2SO2+O2 2SO3
催化剂
高温
Cd+2NiO(OH)+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2
放电
充电
2H2O
H2↑+O2 ↑
电解
点燃
√
×
√
×
以下几个反应是否是可逆反应？为什么？
【思考与交流】
H2(g) + I2 (g) 2HI(g)
正向反应
逆向反应
对于该反应，请分析：
（1）当反应刚开始时，反应物和生成物的浓度哪个大？
（2）当反应刚开始时，正反应与逆反应哪个反应速率大？
（3）随着反应的进行，反应物和生成物浓度如何变化？
（4）随着反应的进行，v(正)与v(逆)怎样变化？
在密闭容器中加入1molH2和1mol I2发生反应
【提示】反应物浓度最大，生成物浓度最小，为0
【提示】正反应速率最大，逆反应速率最小最小，为0
【提示】反应物浓度减小，生成物浓度增大
【提示】v(正)减小，v(逆)增大
H2(g) + I2 (g) 2HI(g)
正向反应
逆向反应
请继续分析：
（5）反应进行到什么时候会“停止”？
【提示】当正反应速率与逆反应速率相等时
（6）此时，反应物和生成物浓度如何变化？
【提示】反应物和生成物浓度均不再改变
（7）给这个状态命名
【提示】平衡状态
（8）反应真的停止了吗？
【提示】没有停止
处于动态平衡
化学平衡建立的过程：
V
0
时间t
v逆
v正
v正＝v逆
反应开始：v正＞v逆
反应过程： v正减小,v逆增大
平衡状态：v正＝v逆≠0
V
化学平衡状态
二、化学反应的限度
1.概念：
当反应进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率相等，反应物的浓度与生成物的浓度不再改变，达到一种表面静止的状态，我们称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。
化学平衡状态是可逆反应达到的一种特殊状态，是在给定条件下化学反应所能达到或完成的最大限度，即该反应进行的限度。
时间(min) 0 10 20 30 40 50 60 70 80
c(SO2) 10 6 3 2 1.2 1 1 1 1
c(O2) 5 3 1.5 1 0.6 0.5 0.5 0.5 0.5
c(SO3) 0 4 7 8 8.8 9 9 9 9
在某密闭容器中发生反应：
此条件下进行到什么时候达到了这个反应的限度
此时的反应是否停止了？
此时为何3种物质的浓度保持不变
2.化学平衡状态的建立
2SO2+O2 2SO3
催化剂
△
(1)开始
反应速率
v(正)
v(逆)
t1
时间（t）
0
c(SO2) 、c(O2)最大，
c(SO3)＝0
2SO2 + O2 2SO3
v(正)最大，v(逆)=0
反应速率
v(正)
v(逆)
t1
时间（t）
0
v(正)
v(逆)
反应速率
t1
时间（t）
0
(3)平衡
(2)变化
v(正)减小，v(逆)增大
v(逆)≠0，v(正)＞v(逆)
v(正)=v(逆) ≠0
c(SO2) 、c(O2 )减小,
c(SO3)增大
2SO2 + O2 2SO3
c(SO2) 、c(O2 )不变,
c(SO3)不变
2SO2+O2 2SO3
催化剂
△
反应物浓度最大，生成物浓度为0
反应物浓度不变，生成物浓度不变
反应物浓度减小，生成物浓度增大
2.化学平衡的特征：
逆：化学平衡研究的对象是可逆反应。
等：υ (正)＝υ (逆) ≠0 。
动：平衡时正逆反应均未停止。
定：平衡时，各组分的浓度保持一定。
变：当外界条件发生改变时，平衡发生改变。
(注意:浓度一定≠浓度相等)
反应 举例 mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 是否
平衡
正、逆反应速率的关系 单位时间内消耗了m molA同时生成了m molA。即V正=V逆
单位时间内消耗了n molB，同时生成了p mol C，均指V正
VA:VB:VC:VD=m:n:p:q V正不一定等于V逆
单位时间内生成了n mol B，同时消耗了q mol D。均指V逆
平衡
不一定
不一定
不一定
反应 举例 mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 是否平衡
气体的 密度 若体系的体积不变，密度一定
混合气体的平均相对分子质量 当m+n≠p+q时，平均相对分子质量一定
当m+n=p+q时，平均相对分子质量一定
其他 如体系的颜色不再变化等
平衡
不一定
平衡
不一定
关键看是否变化
（1）若一直在变，则当其不变时达到平衡状态；
（2）若一直不变，则其不变时不一定达到平衡状态！
判断是否是平衡状态
在一定温度下,可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g)达到平衡的标志是（ ）
A的生成速率与C分解的速率相等
单位时间内生成 n molA,同时生 3n molB
A、B、C的浓度不再变化
A、B、C的分子数比为1:3:2
【及时巩固】
C
高炉高度增加，为什么CO浓度比例没发生变化？
【提示】高度的增加不能改变化学反应的限度。
【思考与交流】
三、化学反应条件的控制
温度：
从化学反应速率角度：温度越高越好
实际：要考虑温度对催化剂活性的影响
【提示】400～500℃
压强：
从化学反应速率角度：压强越大越好
实际：压缩机耗能、设备要求高
【提示】10～30MPa
合成氨中压缩机
合成氨工厂图片
如何提高煤的燃烧效率？
1.煤的状态与煤燃烧的速率有何关系？与煤的充分燃烧有何关系？
2.空气用量对煤的充分燃烧有什么影响？为什么？
3.应选择什么样的炉（灶）膛材料？理由是什么？
4.如何充分利用煤燃烧后烟道废气中的热量？
【学与用】
　【提示】尽可能使煤充分燃烧，提高能量的转化率，关键是燃料与空气或氧气要尽可能充分地接触，且空气要适当过量。燃料与空气要有足够大的接触面积。
尽可能充分地利用燃料燃烧所释放出来的热能，提高热能的利用率。
实质是从多方面控制燃烧反应的条件，它的意义在于节约能源、节省资源、减少污染等。
提高燃料燃烧效率的措施：
1.尽可能使燃料充分燃烧，提高能量的转化率。
2.尽可能充分地利用燃料燃烧所释放的热能，提高热能的利用率。
逆
动
定
变
等
速度标志
浓度标志
其他标志
化学平衡状态
v(正)
v(逆)
时间（t）
t1
0
反应速率
研究对象为可逆反应
建立
动态平衡，反应仍在进行
各组分的n、c、ω不变
v(正)＝v(逆)≠0
条件改变，平衡改变。
有正有逆，正逆相等。
各组分的n、c、ω不变
变量不变
特征
标志
1.在密闭容器中充入PCl5，发生化学反应：PCl5（g） PCl3（g）+ Cl2（g），反应一段时间后又向其中加入37Cl2，在重新达到化学平衡状态后，37Cl原子存在于（ ）
A．PCl5中 B．PCl3中
C．Cl2 D．三种物质中都有
D
2.对于可逆反应M＋N Q达到平衡状态时，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.M、N、Q的浓度都保持不变
D.反应已经停止
达到平衡状态的标志
C
3.在一定温度下,可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g)达到平衡的标志是 （ ）
A.A的生成速率与C的分解速率相等
B.单位时间内生成n molA,同时生成3n molB
C.A、B、C的浓度不再变化
D.A、B、C的浓度比为1:3:2
化学反应速率的方向需相反
C
4.(2021·浙江6月选考)一定温度下,在N2O5的四氯化碳溶液(100 mL)中发生分解反应:2N2O5 4NO2+O2。在不同时刻测量放出的O2体积,换算成N2O5浓度如下表:
t/s 0 600 1 200 1 710 2 220 2 820 x
c(N2O5)/(mol·L-1) 1.40 0.96 0.66 0.48 0.35 0.24 0.12
下列说法正确的是 (　　)
A.600～1 200 s,生成NO2的平均速率为5.0×10-4mol·L-1·s-1
B.反应2 220 s时,放出的O2体积为11.8 L(标准状况)
C.反应达到平衡时,v正(N2O5)=2v逆(NO2)
D.推测上表中的x为3 930
D
5．一定条件下，向某密闭容器中投入一定量的 X 和 Y ，发生反应　　　　　　　　　X(g)+3Y(g) 2Z(g)，反应过程中正、逆反应速率 v 随时间 t 的变化情况正确的是（　　）
A．　　　　　　　　　B．
C．　　　　　　　　　D．
0
v正
v逆
v
t
0
v逆
v正
v
t
0
v正
v逆
v
t
0
v逆
v正
v
t
D
5.将4 mol A气体和2 mol B气体在2L密闭容器中混合并在一定条件下发生反应：2A(g)+B(g) 2C(g)。若经过2s后测得C的浓度为0.6 mol·L-1，则：
(1)用物质A表示的反应速率为 _。
0.3mol·L-1·s-1
(2)2s时物质A的转化率为 。
30%
提示：
物质A的转化率=
消耗A的物质的量
A的起始物质的量
×100%
世间最大的快乐，莫过于发现世人从未见过的新物质。

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