化学人教版（2019）必修2 6.2.2反应限度（共34张ppt）

(共34张PPT)
第二节　化学反应的速率和限度
第2课时　化学反应的限度
讨论:一个化学反应在实际进行时，反应物能否按方程式中化学计量关系完全转变为生成物？
不能，因为反应都存在一定的可逆性。
N2 + 3H2 2NH3
1mol
3mol
2mol NH3？
经过科学家们长期的研究发现，化学反应除了有速率问题，还有限度问题，即反应进行的程度问题。有些能进行地较彻底，有些反应是不彻底的，甚至是可逆的。
怎么理解“限度”这个名词？
<<现代汉语词典>>:范围的极限；最高或最低的数量或程度。
化学反应限度：
在给定条件下，化学反应所能达到的或完成的最大的程度，即该反应的的限度。
即：一些化学反应不能按化学方程式的计量系数完全反应完。
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
H2 + I2 2HI
正反应
逆反应
——可逆反应
注意：所有化学反应都有速率问题，但化学反应限度不是所有化学反应都有，只有“可逆反应”才有限度问题。
少数反应,在逆反应条件还没建立时反应物已经耗尽了, 可逆程度很小，通常不认为是可逆反应。(称作完全反应)
一、可逆反应：
1定义：
大多数化学反应都是可逆反应。
2、可逆反应的特征：
①反应体系中，反应物和生成物共存
③能量转化互逆
②可逆反应不能进行到底,因此存在化学反应限度。
(正反应如果放热，则逆反应吸热且数值相等)
注意:“两 同”
同条件
同 时
例如：
N2 + 3H2 2NH3
化学反应所能进行的最大程度
正向反应
逆向反应
在相同条件下能向正、反两个方向同时进行的化学反应
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
√
×
√
×
1、以下几个反应是否是可逆反应？为什么？
【思考与讨论】
D
为什么可逆反应都有一定的限度呢？
2.可逆反应：2SO2+O2 2SO3,
在混合气体中充入一定量的18O2,足够长的时间后,18O原子(　　)
A.只存在于O2中
B.只存在于O2和SO3中
C.只存在于O2和SO2中
D.存在于SO2、O2和SO3中
在该反应中，x最大会是多少？什么时候反应达到最大限度？
二、可逆反应的反应限度
问题探究
(1)当反应开始瞬间，反应物和生成物的浓度哪个大？
此时，正反应速率和逆反应速率如何？
(2)随着反应的进行，反应物和生成物浓度如何变化？
正反应速率和逆反应速率怎样变化？
(3)反应进行到什么时间会“停止”？为什么？
此时反应物和生成物浓度如何变化？
(4)给这个状态命名？
(5)反应真的停止了吗？
思、议5分钟
在1L密闭容器中加入1molN2和2molH2一定条件下发生反应
正向反应
N2 + 3H2 2NH3
逆向反应
n始：
1mol
2mol
0
n转：
xmol
3xmol
2xmol
n终：
(1-x)mol
(2-3x)mol
2x mol
化学平衡的建立(课本P47)
正向反应
N2 + 3H2 2NH3
逆向反应
对于以上反应的分析：
当反应开始瞬间
c(N2) 、c(H2)
c(NH3) =
v正
v逆=
随着反应的进行，
最大
0
0
c(N2) 、c(H2)
v正
c(NH3)
v逆
反应速率
时间
0
v正
v逆
v正最大
v逆=0
t1
假设反应进行到t1时，v正=v逆
v正=v逆
≠ 0
t1时c(N2) 、c(H2)、c(NH3)各自达到一定值，浓度不再变化，
t1时往后，正、逆反应都进行，v正=v逆
≠ 0
增大
减小
减小
增大
在1L密闭容器中加入1molN2和2molH2一定条件下发生反应
n始：
1mol
2mol
0
同理， c(H2)、 c(NH3)都不再改变
比如：v正(N2)=v逆(N2)=o.75mol/(L.S),即每秒消耗0.75mol/LN2同时生成0.75mol/LN2 ，实际上相当于c(N2)不变
“化学平衡状态”
或者说，反应物在该条件下达到最大的转化率
反应到达最大的限度
时间(t)
反应速率
0
v(正)
v(逆)
t1
v(正)=
v(逆)
化学平衡状态
不平衡状态
用速率—时间图像表示化学平衡建立的过程
(1)0~t1：v(正)>v(逆), 反应朝正反应方向进行
(2)t1以后：v(正)=v(逆)
t1以后反应处于平衡状态!
①化学平衡状态
Ⅰ.定义：
在一定条件下的可逆反应中，当正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
②化学反应的限度
Ⅰ.定义：
Ⅱ.意义：
a.化学反应的限度决定了反应物在该条件下的最大转化率(α)。
转化率(α)=
n(反应物)转
n(反应物)总
×100%
b.任何可逆反应在给定条件下都有一定的限度。
二、可逆反应的反应限度
化学平衡状态即该反应的最大限度
不同反应的限度不同。
不是可逆反应就不存在反应限度问题。
同一反应，改变条件则改变反应限度，即改变化学平衡状态。
在给定条件下，化学反应所能达到或完成的最大程度
归纳整理
在一定条件下的可逆反应中，当正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
研究对象是可逆反应
平衡特征：
条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡
其中，“等”和“定”是判断可逆反应是否处于平衡状态的关键，是化学平衡的标志
③化学平衡状态的特征
现 象
条 件
前 提
本 质
注意：不是“相等”
(指用同一物质表示的生成速率和消耗速率相等)
V正 =V逆
“动态”平衡
(v正=v逆≠0)
平衡时，各组分浓度或百分含量保持恒定
NaOH+HCl==NaCl+H2O
不存在平衡问题
进水
出水
鱼塘
V进水 =V出水
≠0
定义：
逆：
等：
动：
定：
变：
[特别提醒]
在反应达到化学平衡状态时，各组分的浓度及质量分数、体积分数均保持不变，但不一定相等，也不一定符合化学计量数之比。
4.单位时间内消耗nmolN2同时消耗3nmolH2
6.1个N≡N断裂同时有3个H—H键形成
第一种方法：
可逆反应达到平衡状态的判断标志
V正 =V逆
即， 同一物质生成速率和消耗速率相等
(2)不同物质，则一正一逆，其速率之比等于化学计量数之比
√
√
√
√
√
√
（微观上）
(1)
(或其他物质的变化量暗示着这种等量关系)
下列说明反应N2 + 3H2 2NH3 已经达到平衡状态的是：
1.单位时间内消耗nmolN2同时生成nmolN2
2.单位时间内消耗nmolN2同时消耗2nmolNH3
3.单位时间内生成nmolN2同时消耗3nmolH2
5.1个N≡N断裂同时有3个H—H键断裂
7.1个N≡N断裂同时有3个N—H键形成
8.V正(N2)= V逆(N2)
9.3V正(N2)= V逆(H2)
10.V(N2):V(H2):V(NH3)=1:3:2
依据“反应混合物中各组分的浓度保持不变”
第二种方法：
可逆反应达到平衡状态的判断标志
(宏观上)
1.体系中各组分的物质的量浓度、质量、质量分数、气体的体积或体积分数等保持不变
颜色：成分有颜色的，依据颜色不变。
3.当体系温度不变，则达平衡
记住：“变量”不变，则平衡
反应过程中一直不变化的量（恒量）不能拿来判断平衡
4.有气体参加的可逆反应，总压强、总体积、总物质的量、气体密度、平均相对分子质量等等，都有可能拿来判断反应是否达到平衡状态。
I2(g)(紫色) +H2(g) 2HI(g)
2NO2(g)(红棕色) N2O4(g)
×
√
×
×
×
6.温度和体积一定时，容器内压强不再变化；
7.温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化；
8.条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化；
9.温度和压强一定时，混合气体的颜色不再发生变化；
10.温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化。
×
√
×
√
×
气体体积不变的反应
关键：“变量”不变，则平衡
不是相等，是保持各自的量不变。
例、下列说法可以证明反应：
I2(g)(紫色) +H2(g) 2HI(g)
已达平衡状态的是： 。
1.单位时间内生成nmolH2同时生成nmolHI
2.1个H—H断裂同时有2个H—I键断裂
3.质量分数ω(HI)=ω(I2)
4.容器中HI(g)、H2(g)、I2(g)共存
5.c(HI):c(H2):c(I2)=2:1:1
（1）T、V恒定时，容器内P不再变化；
（2）T、V恒定时， N2O4浓度不再变化；
（3）条件一定，混合气体的M(平均相对分子质量)不再变化；
（4）T、P恒定时，混合气体颜色不再发生变化；
（5）T、P恒定时，混合气体的密度不再变化。
(6)反应体系温度不再变化。
反应特点：
气体体积变化的反应
练、下列说法可以证明反应：
已达平衡状态的是： 。
2NO2(g)(红棕色) N2O4(g)
关键：“变量”不变，则平衡
√
√
√
√
√
√
小结：可逆反应达到平衡状态的判断标志
V正 =V逆
微观上：
(1)同一物质生成速率和消耗速率相等
(2)不同物质，则一正一逆，其速率之比等于化学计量数之比
(或其他的变化量暗示着这种等量关系)
“反应混合物中各组分的浓度保持不变”
2.宏观上：
关键：“变量”不变，则平衡
化学平衡的特征：逆 等 动 定 变
“等”
“定”
【课堂练习】
1、可逆反应达到平衡的重要特征是（ ）
A .反应停止了
B. 正、逆反应的速率都为零
C .正、逆反应在继续进行
D .正、逆反应速率相等
D
2、对化学反应限度的叙述，错误的是：（ ）
A．任何可逆反应都有一定的限度
B．化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等
C．化学反应的限度与时间的长短无关
D．化学反应的限度是不可改变的
D
练3 一定条件下，某容器内充入N2和H2合成氨，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，最后降为零。
C、随着反应的进行，正反应速率减小，逆反应速率增大，最后相等。
D、在反应过程中，N2与H2 反应速率之比为1：3。
Ｂ
练4.一定条件下，可逆反应达到平衡( )
A·单位时间内反应物减少的分子数等于生成物增加的分子数
B·反应物浓度等于生成物浓度
C·反应物与生成物浓度保持不变
D·混和体系中各组成成份和含量保持不变
CD
5.在一定温度下,固定容积的密闭容器中发生下述反应A(气)+3B(气) 2C(气)+2D(固)达到平衡的标志的是
①C的生成速率与C的分解速率相等
②单位时间内生成amolA,同时生成3amolB
③A、B、C的浓度不再变化
④混合气体的总压强不再变化
⑤混合气体总物质的量(或总质量)不再变化
⑥单位时间内消耗amolA,同时生成 3amolB
⑦ A、B、C、D的分子数之比为1:3:2:2
×
×
√
√
√
√
⑧混合气体的密度不再变化
√
√
⑤平衡转化率(α)：
平衡时，已转化了的某反应物的量与反应前该反应物的初始量之比来表示反应在该条件下的最大限度，称之为转化率。
α(A)=
反应中消耗A的量【n或C、V(气体)】
A的起始总量【n或C 、V(气体)】
⑥产品(C或D)的产率：
产率==
n(实际生成的产物量)
n(理论上可得到的产物量）
根据方程式计算出的理论值
转化率一定小于1
产率一定小于1
例如：对于反应
aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g)
╳ 100%
╳ 100%
N2 + 3H2 2NH3
n始：
n转：
n平：
3mol
9mol
0
1.8 mol
1.2 mol
3.6 mol
5.4 mol
2.4 mol
2.4 mol
解：
(2)
α(N2)=
n(N2)转
n (N2)总
×100%
=
1.2mol
3mol
×100%
≈18.7%
(3)
V(N2)%
=
1.8mol
(1.8+5.4+2.4)mol
×100%
= 40%
答：……。
三段式
(1) v(H2)
=
3.6mol

=0.072mol/(L.min)
α(H2)=
n(H2)转
n (H2)总
×100%
=
3.6mol
9mol
×100%
= 40%
若各反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比，
则平衡时，它们的转化率相等。
例.一定温度下，5L密闭容器中发生反应
N2 + 3H2 2NH3
起始充入3molN2和9nolH2,10min后达到平衡，此时生成NH3 2.4mol
求：1)10min内ⅴ(H2)； 2)α(N2)和α(H2)的关系；
3)平衡时混合气体中N2的体积分数？
解：
n转：
x mol
3x mol
N2 + 3H2 2NH3
n始：
3mol
9mol
0
n平：
(3-x) mol
(9-3x)mol
2x mol
P平衡
P起始
n平衡
n起始
=
T V一定时
=
(12-2x)mol
(3+9)mol
=
4
5
X=1.2
2x mol
n转：1.2 3.6 2.4
n平：1.8 4.8 2.4
提 醒：有多种反应物的可逆反应，当增加其中一种反应物的量，则其他反应物的转化率升高，而自身的转化率却下降
例.一定温度下，5L密闭容器中发生反应
N2 + 3H2 2NH3
起始充入3molN2和9nolH2,10min后达到平衡，此时生成NH3 2.4mol
求：1)10min内ⅴ(H2)； 2)α(N2)和α(H2)的关系；
3)平衡时混合气体中N2的体积分数？
此时气体压强变为原来的4/5
练习．在密闭容器中进行反应X2(g)＋2Y2(g) 2Z(g)，
其中X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是(　　)
A．c(Z)＝0.5 mol·L－1 B．c(Y2)＝0.4 mol·L－1
C．c(X2)＝0.2 mol·L－1 D．c(Y2)＝0.5 mol·L－1
B
三、化学反应条件的控制：
生产生活中，人们希望促进有利的反应，抑制有害的反应，这就涉及到反应条件的控制。
(1)你看过建筑物的定向爆破吗？观察下面几幅图，你从中得到什么启示？
启 示：人们可以按需要改变化学反应的速率与反应的限度。
为什么控制的如此好呢？
思考与交流：
思考与交流：
(2)回忆你在实验室进行的或观察过的化学实验，及在生活中见到过的涉及化学变化的现象或事例，要使反应符合或接近人们的期望，你认为应如何控制反应的条件？
对人们有利的反应:
通常控制反应从 、 、 、 、 等方面考虑，
使选择的条件既可提高化学反应速率又可提高化学反应的限度
结论：
温度 浓度 压强 催化剂 接触面积
对人们有害的反应:
通常设法减低反应的速率和尽可能的阻止反应的进行。
使用催化剂
高温
高压
反应条件：
反应速率角度：
压强
温度
催化剂
讨论：该反应在什么条件下进行更有利于合成氨？
注：这是一个气体总体积缩小的、放热的可逆反应
浓度
增大c(反应物)
N2+3H2 2NH3 △H＝－92.4kJ/mol
化学平衡角度：
①增大c(反应物)
②及时分离氨气
低温
高压
实际应用：
不断补充N2和H2，及时分离出NH3
催化剂的活性最大
400∽500℃
温度要适宜
实例：合成氨的适宜条件的选择
使用催化剂
高温
高压
反应条件：
反应速率角度：
压强
温度
催化剂
讨论：该反应在什么条件下进行更有利于合成氨？
注：这是一个气体总体积缩小的、放热的可逆反应
浓度
增大c(反应物)
化学平衡角度：
①增大c(反应物)
②及时分离氨气
低温
高压
实际应用：
不断补充N2和H2，及时分离出NH3
压强增大，有利于氨的合成，但需要的动力大，对材料、设备等要求高，因此，工业上一般采用10～30MPa的压强
10～30MPa
催化剂的活性最大
400∽500℃
压强:
N2+3H2 2NH3 △H＝－92.4kJ·mol－1
实例：合成氨的适宜条件的选择
N2+3H2 2NH3
归纳总结：工业合成氨的最佳条件
1)浓度：
2)温度：
3)压强:
4)催化剂：
使用过量的N2或及时分离平衡混合气中的氨。
500℃左右 （温度低，有利于增大平衡混合气中的含量，但反应速率太慢。 500℃，催化剂活性最大）
铁触媒 (能加快化学反应速率，对平衡无影响)
10~30MPa（压强过高，对设备材质和生产条件提出了更高的要求）
500℃
铁触媒
10-30Mpa
值得说明的是：在上述条件下，合成氨的产率仍然不高。
以上实例说明：化工生产中调控反应条件时,需要考虑控制反应条件的_____和___________。
成本
实际可能性
1.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。
关键：燃料与空气或氧气要尽可能充分接触，
（把固体粉碎，液化或气化），且空气要适当过量。
（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
注意：空气并不是越多越好！
【思考与讨论】P48
为提高燃料的燃烧效率，应如何调控燃烧反应的条件？（提示：可以从以下几方面考虑，如燃料的状态、空气用量、炉膛材料、烟道废气中热能的利用，等等。）
2.燃料充分燃烧的意义
①使有限的能量发挥最大的作用，节约能源；
②降低污染程度。
例　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通入适当过量空气
A．①③④⑤ B．②③⑤⑥
C．③④⑤⑥ D．①②③④
C
工程师的设想
为什么高炉增高后，高炉尾气中CO比例没变？
P48 科学史话
① C + CO2 2 CO
为可逆反应
② Fe2O3+3CO = = 2Fe + 3CO2，不能完全转化。
高温
完成课本P49---55习题