化学人教版（2019）必修第二册6.2.2.化学反应的限度 化学反应条件的控制（共28张ppt）

(共28张PPT)
合成氨工厂一角
化学反应的限度　
化学反应条件的控制
第2课时
第二节 化学反应的速率与限度
1.了解可逆反应及其特点。
2.理解化学平衡状态的特征及标志，知道改变条件化学平衡会发生改变。
3.了解控制反应条件在生产、生活和科学研究中的作用。
化学平衡状态的特征及判断方法。
[学习目标]
[重点难点]
高炉炼铁的主要反应是：
Fe2O3 + 3CO ==== 2Fe + 3CO2
C(焦炭) + O2(空气) ==== CO2 (放出热量)
C(焦炭) + CO2 ==== 2CO(吸收热量)
炼制生铁所需焦炭的实际用量远高于按方程式
计算所需的量，并且从高炉中出来的气体中含
有没利用的CO气体，开始炼铁工程师们认为是CO与铁矿石接触不充分之故，于是设法增加高炉的高度，然而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？
情境导入
《高炉炼铁之谜》
目标一 化学反应的限度
向2 mL 0.01 mol·L－1KI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，观察现象，说明什么问题？
思考1
加入KSCN溶液后，溶液变为红色，说明溶液中仍然存在Fe3＋；在I－过量的情况下，Fe3＋仍然没完全反应，说明某些化学反应不能进行到底，存在一定的限度。
KI溶液
滴加
FeCl3溶液
滴加
KSCN溶液
(1)定义
在同一条件下，正反应方向和逆反应方向均能进行的化学反应。书写可逆反应的化学方程式时，不用“===”，用“ ”。
1. 可逆反应
双向性
双同性
共存性
正、逆反应是在同一条件下同时进行的
(2)特征
反应物和生成物同时存在，任一反应物的转化率小于100%
正向反应
逆向反应
反应物
生成物
思考2
(1)以下几个反应是否是可逆反应？
√
√
×
×
①N2＋3H2 2NH3 (　　)
②NH3＋H2O NH3·H2O (　　)
③Cd＋2NiO(OH)＋2H2O Cd(OH)2＋2Ni(OH)2 (　　)
④2H2O 2H2↑＋O2↑ (　　)
(2)14CO2＋C 2CO，达到化学平衡后，平衡混合物中含14C的粒子有
。
14CO2、14C、14CO
2. 化学平衡状态的建立
在一定条件下向反应容器中加入SO2和O2发生反应：
1. 反应刚开始时，浓度、速率有什么特点？
2. 反应过程中，浓度、速率有什么特点？
3. 反应开始一段时间后，浓度、速率有什么特点？
探究讨论
4. 用图像描述 v正 和 v逆 变化规律 ？
(1)化学平衡状态的建立过程
2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)
浓度 速率变化 v正、v逆关系
开始 反应物浓度_____ v正_____ v正____v逆
生成物浓度_____ v逆_______
过程中 反应物浓度_____ v正_______ v正_____v逆
生成物浓度_____ v逆_______
一段 时间 反应物浓度_____ v正_______ v正_____v逆
生成物浓度_____ v逆_______
最大
最大
＞
为0
为0
减小
减小
增大
增大
＞
不变
不变
不变
不变
＝
(2)用速率变化图像表示化学平衡状态的建立
由于v(正)= v(逆)≠0，虽然正、逆反应都在进行，但各种物质的百分含量、浓度都不会发生变化。
从外表上看，反应好像“停止”
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
正反应速率
逆反应速率
v正= v正(化学平衡状态）
时间
反应速率
3. 化学平衡状态
(1)化学平衡状态的概念
如果外界条件(温度、浓度、压强等)不发生改变，当可逆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。
(2)化学平衡状态的特征
逆
定
动
等
变
化学平衡状态研究的对象是可逆反应
达到化学平衡状态后，各组分浓度不再改变，不随时间变化而变化
达到化学平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等
化学平衡是一种表面静止状态，反应并未停止，是一种动态平衡
外界条件改变时，原平衡状态将被打破，再在新条件下建立新的平衡
标志：“等”“定”
思考3
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正反应速率和逆反应速率相等，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
√
√
√
×
×
×
4.化学反应的限度
(2)对化学反应限度的理解
(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。
①化学反应的限度决定了反应物在一定条件下转化为生成物的最大转化率。
②同一可逆反应，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。
练习1
正误判断
(1)1 mol N2和3 mol H2在一定条件下可完全生成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(　　)
×
√
×
×
×
练习2
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)。
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的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态
⑤混合气体的密度不再改变的状态
⑥混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
①④⑥⑦
归纳总结
化学平衡状态的判断依据
目标二 化学反应条件的控制
1. 化学反应条件控制的目的
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？
(1)促进有利的化学反应：
(2)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。
提高反应速率；提高反应物的转化率，即原料的利用率。
2. 化工生产中反应条件的调控
合成氨工业
阅读课本，从速率和平衡的角度分析，工业上为什么通常采用400~500℃，10~30 Mpa条件合成氨气？
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。
工业合成氨
温度低，反应速率小，氨的产率高
压强大，反应速率大，氨的产率高，对动力与生产设备要求高
使用催化剂能很大程度加快反应速率
综合考虑
采用条件
温度400~500℃
压强10~30 Mpa
使用催化剂
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。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？
思考
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
减少热量损失，提高煤燃烧的效率。
可将燃烧后的废气通过热循环装置，供其他方面使用。
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。试回答下列问题。
(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？
改变化学反应的速率
改变可逆反应进行的程度
促进有利的化学反应
抑制有害的化学反应
合适的浓度、温度、
压强、催化剂
思维聚焦
化学反应条件的控制
目的
方法
思路
练习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
燃料的着火点不可改变且与燃烧效率无关。
C
练习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)。
(1)步骤①中“净化”可以防止杂质与催化剂作用，降低其活性
(2)步骤②中“加压”可以加快反应速率
(3)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
(4)步骤③选择高效催化剂是合成氨反应的重要条件
(5)目前，步骤③一般选择控制反应温度为700 ℃左右
(6)步骤④⑤有利于提高原料的利用率，能节约生产成本
(1)(2)(4)(6)
高炉炼铁时发生反应： Fe2O3(s)+3CO(g) 2Fe(s)+3CO2(g)，该反应是可逆反应，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。
《高炉炼铁之谜》
揭秘时刻
问题：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？
1
2
3
自我测试
1.(2022·黑龙江鸡西第四中学高一期中)对于可逆反应M＋N Q达到化学平衡时，下列说法正确的是（ ）
A.三种物质的浓度一定相等
B.M、N 全部变成了 Q
C.反应物和生成物的浓度都保持不变
D.反应不再进行
C
自我测试
1
2
2.合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)(正反应为放热反应)，673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间(t)变化的关系如图所示。
下列叙述中正确的是（ ）
A.c点正反应速率和逆反应速率相等
B.a点的正反应速率比b点的大
C.d点(t1时刻)和e点(t2时刻)处n(N2)不同
D.在t2时刻，正反应速率大于逆反应速率
B
3
自我测试
1
2
3
3.已知在2 L的密闭容器中进行如下可逆反应，各物质的有关数据如下：
　　　　　　　　aA(g)＋bB(g) 2C(g)
起始/(mol·L－1)　　1.5　　1　　　 0
2 s末/(mol·L－1)　　0.9　　0.8　　 0.4
请回答下列问题：
(1)该可逆反应的化学方程式可表示为_________________________。
(2)用物质B来表示0～2 s的平均反应速率为_____________________。
0.1 mol·L－1·s－1
自我测试
3.已知在2 L的密闭容器中进行如下可逆反应，各物质的有关数据如下：
　　　　　　　　aA(g)＋bB(g) 2C(g)
起始/(mol·L－1)　　1.5　　1　　　 0
2 s末/(mol·L－1)　　0.9　　0.8　　 0.4
请回答下列问题：
(3)从反应开始到2 s末，A的转化率为______。
(4)下列事实能够说明上述反应在该条件下已经达到化学平衡状态的是_____(填字母)。
A.vB(消耗)＝vC(生成) B.容器内气体的总压强保持不变
C.容器内气体的密度不变 D.容器内气体C的物质的量分数保持不变
40%
BD
1
2
3