第六章第二节化学反应的速率与限度（二）(教学课件）(共25张PPT)-2022-2023学年高一化学人教版（2019）必修第二册

(共25张PPT)
高一—人教版—化学—必修第二册—第六章
第二节 化学反应速率与限度
——化学反应的限度
学习目标
1、结合实例体会可逆反应存在限度，理解化学平衡状态的特征，发展“变化观念与平衡思想”的学科核心素养。
2、体会从限度和快慢两个方面去认识和调控化学反应的重要性，认识控制反应条件在生产和科学研究中的作用。
从阅读材料可知：增加炼铁高炉的高度，不能改变高炉尾气中CO的比例，原因是：C+CO2 2CO是一个可逆反应，不能完全进行，存在一定的反应限度。在高炉中Fe2O3与CO的反应也不能全部转化为Fe和CO2。
炼铁高炉尾气之谜
阅读课本P48页“科学史话”，分析增加炼铁高炉的高度，高炉尾气中CO的比例没有改变的原因，由此你能获得什么启发？
① 2Mg+O2 2MgO
② 2Na+2H2O 2NaOH+H2↑
③ NaOH+HCl NaCl+H2O
④SO2+H2O H2SO3
⑤Cl2+H2O HCl+HClO
判断下列化学反应在实际进行时，反应物是否会按化学方程式中计量关系完全转变成产物？
可完全转化
可完全转化
可完全转化
不可完全转化
不可完全转化
【总结】可逆反应在给定条件下的进程有一定的限度。
二、化学反应的限度
1、可逆反应存在一定的反应限度
科学研究表明，很多化学反应都是可逆反应。
可逆反应在相同条件下，既可以向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行。
可逆反应在给定条件下的进程都有一定的限度。
【问题】一定条件下，将SO2、O2、SO3三种气体各1mol通入一个密闭容器中发生反应：2SO2+O2 2SO3，充分反应后，O2的物质的量可能是（ ）。
A．0.5 mol B．1 mol C．1.5 mol D．2 mol
若反应正向完全进行，则
2SO2+ O2 2SO3
起始的物质的量(mol)
变化的物质的量(mol)
反应后物质的量(mol)
若反应逆向完全进行，则
2SO2+ O2 2SO3
起始的物质的量(mol)
变化的物质的量(mol)
反应后物质的量(mol)
可逆反应存在一定的限度，因此充分反应后，0.5mol1 1 1
－1 －0.5 +1
0 0.5 2
1 1 1
+1 +0.5 －1
2 1.5 0
时间
反应速率
2、化学平衡的建立
起始时刻：
v正最大； v逆=0。
·
·
v正=v逆
（化学平衡状态）
t1
O
v正
v逆
反应过程中：
v正逐渐减小； v逆逐渐增大。
t1时刻后：
v正=v逆；v总=0；反应达到一种表面静止的状态。反应物的浓度和生成物的浓度都不再改变。这种状态我们称之为化学平衡状态，简称化学平衡。
化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到的最大程度，即该反应进行的限度。
（1）动：化学平衡是一种动态平衡
当可逆反应达到平衡状态时，虽然达到一种表面静止的状态，即总反应速率为0，但正、逆反应速率均不为0。
3、化学平衡状态的特征
【思考】在一定条件下的密闭容器中发生反应：2SO2+O2 2SO3，达到化学平衡状态后，再充入少量含18O的氧气，一段时间后，18O可能存在于哪些物质中？
该反应是可逆反应，18O可存在于SO2、O2、SO3中。
3、化学平衡状态的特征
（2）等：正反应速率等于逆反应速率
可逆反应 N2O4(g) 2NO2(g)
t1时刻时，v逆(NO2)= v正(N2O4)，反应未达到平衡状态。
t2时刻后，v逆(NO2)= 2v正(N2O4)，反应达到平衡状态。
由此可见，当用不同物质表示化学平衡状态下的正、逆反应速率时，
速率比应该与其化学计量数成正比。
3、化学平衡状态的特征
（3）定：反应物的浓度和生成物的浓度都不再改变
某条件下的合成氨反应中，N2、H2、NH3的浓度随时间变化如图所示：
从t1时刻开始，它们的浓度均不再改变。这表明该反应中物质的转化达到了“限度” ，即化学平衡状态。此时
反应物的转化率最大：
（转化率= ×100%）
产物的产率最大：
（ 产率= ×100%）
t1
3、化学平衡状态的特征
（4）变：改变反应条件，可以改变化学平衡状态
大量的科学实验证明，化学平衡状态通常会受到浓度、温度、压强等因素的影响。
4、化学平衡状态的判断
判断依据1：正反应速率等于逆反应速率。
当反应正向进行过程中，正反应速率大于逆反应速率；
当反应达到平衡状态时，正反应速率等于逆反应速率。
可据此判断反应是否达到平衡状态。
【思考】一定条件下的密闭容器中，发生可逆反应：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。下列情况能说明正反应和逆反应速率相等，反应达到平衡状态了吗？
①v正(N2)=v逆(N2)
②生成NH3的速率与消耗NH3的速率相等
③生成2mol NH3的同时消耗1mol N2
④v(N2):v(H2):v(NH3)=1:3:2
⑤2v正(H2)=3v逆(NH3)
⑥1个N≡N键断裂的同时，有6个N－H键断裂
√
√
×
×
√
√
判断依据2：反应物和生成物的浓度不再改变。
当反应正向进行过程中，反应物和生成物的量（如：浓度、物质的量、质量、质量分数、原料的转化率，产物的产率等）发生“变化”；
当反应达到平衡状态时，反应物和生成物的量均保持“不变”。
可据此判断反应是否达到平衡状态。
【思考】一定条件下的密闭容器中，发生可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。下列情况能充分说明该反应已经达到化学平衡状态了吗？
①NH3的浓度保持不变
②N2的物质的量保持不变
③H2的百分含量保持不变
④NH3的质量保持不变
⑤N2、H2、NH3的物质的量之比为1:3:2
⑥NH3的体积分数保持不变
×
√
√
√
√
√
1、化学反应条件的控制目的
①促进有利的反应
（提高反应速率，提高反应物的转化率即原料的利用率）。
例如：在合成氨的工业生产过程中，为了提高生产效率，可通过升高温度来提高反应速率，但由于温度越高，反应正向进行程度较小，氨的产率越低，因此工业合成氨的温度通常选择在400～500℃；压强越大，反应速率越大，合成氨的产率也越高，但由于压强越大，对动力和生产设备的要求也越高，因此工业合成氨的压强通常为10～30MPa。
三、化学反应条件的控制
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）。
例如：为了减缓食品的变质，延长保质期，可采取低温保存，抽真空等措施。
2、化学反应条件的控制实例
【思考与讨论1】为提高燃煤的燃烧效率，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）
【回答】将燃煤粉碎、将煤转化成气体燃料、适当增大空气的鼓入量、改用导热性能更好的材料做炉堂材料、使用热交换器充分利用烟道废气中的热能等。
【思考与讨论2】实验室通常用大理石（或石灰石）与稀盐酸反应制取二氧化碳，不用纯碱与盐酸或硫酸反应制取二氧化碳的考虑是：（1）纯碱比大理石（或石灰石）成本高，不经济；（2）反应速率太快，难以控制和收集产物。反应速率可以通过改变反应条件来控制。作为研究，请提出用纯碱与盐酸反应制取二氧化碳的适宜途径。
【回答】将纯碱固体配成不同浓度的溶液；选用不同浓度的盐酸，采取控制变量的方法，多次实验，选取适宜浓度的纯碱溶液与盐酸反应用于实验室制备二氧化碳。
【总结】
二、化学反应限度
1、可逆反应的进程都有一定的限度
2、化学平衡状态的建立
3、化学平衡状态的特征——动、等、定、变。
4、化学平衡状态的判断——判断依据：等、定
三、化学反应条件的控制
促进有利的化学反应，抑制有害的化学反应。
1．反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，达到平衡后，再向反应容器中充入含18O的一氧化碳，经过一段时间后，18O存在于 (　　)
A．CO B．H2O
C．CO2、CO D．CO、H2O、CO2
【解析】该反应是可逆反应，化学平衡状态是动态平衡，含18O的一氧化碳和H2O正向反应生成含18O的二氧化碳，同时含18O的二氧化碳和H2又逆向反应生成了一氧化碳和水，故最终CO、H2O和CO2中都含有了18O。
【答案】D
练习与应用
2．在密闭容器中进行如下反应：X(g)+Y(g) 2Z(g)，已知X、Y、Z的起始浓度分别为0.1mol/L、0.3mol/L、0.2mol/L，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．Y为0.2mol/L B．Y为0.35mol/L
C．X为0.2mol/L D．Z为0.4mol/L
【解析】若反应正向完全反应，X、Y的浓度最小，Z的浓度最大，则：
若反应逆向完全进行，X、Y的浓度最大，Z的浓度最小，则：
由于为可逆反应，物质不能完全转化，所以平衡时浓度范围为0【答案】B
练习与应用
3. 对于密闭容器中反应：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，673K、30MPa下n(NH3)和n(H2)随时间变化关系如图。下列叙述正确的是 （ ）
A．用同种物质表示的正反应速率：点a比点b的小
B．点c处反应达到平衡
C．点d（t1时刻）和点e（t2时刻）处n(N2)不一样
D．在给定条件下，t1时刻NH3的含量达到最高
【解析】根据图像可知，a、b、c三点时，v(正)>v(逆)；d、e为平衡状态。
A选项：a、b两点，氢气的浓度减小，用同种物质表示的正反应速率：
点a比点b的大，A错误；
B选项： 点c处v(正)>v(逆)，反应未达到平衡，B错误；
C选项：点d （t1时刻）和点e（t2时刻）处v(正)=v(逆)，n(N2)一样，C错误；
D选项：在给定条件下，t1时刻反应达到平衡状态，则NH3的含量达到最高，D正确。
【答案】D
练习与应用
4．下列有关化学反应限度的说法不正确的是 ( )
A．任何可逆反应的进程都有一定限度
B．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
C．化学平衡状态是指一定条件下进行的可逆反应达到的最大限度
D．化学反应的限度不可以通过改变条件而改变
【解析】在不同的条件下，化学反应限度不同，当达到化学反应限度时，正逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度不再改变，当外界条件发生改变，平衡发生移动，化学反应限度变化。
A选项：在一定条件下，当正、逆反应速率相等时，可逆反应达到一定的限度，即平衡状态，故A正确；
B选项：当达到化学反应限度时，正、逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度不再改变，反应物在该条件下的转化率最大，故B正确；
C选项：在一定条件下，当达到化学反应限度时，正、逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度不再改变，即可逆反应达到的最大限度，故C正确；
D选项：当外界条件发生改变，平衡发生移动，化学反应限度变化，故D错误。
【答案】D
练习与应用
【解析】A选项：温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化，说明碘蒸气的浓度不变，反应达到平衡状态，A正确；
B选项c(HI) : c(H2) : c(I2)=2 : 1 : 1，不能说明各物质的浓度不变，即不能说明反应是否达到平衡，B错误；
C选项：反应速率v(H2)=v(I2)= v(HI)，未体现正反应与逆反应的关系，不能说明反应是否达到平衡，C错误；
D选项：根据方程式可知，单位时间内2个H－I键断裂的同时，有1个H－H键断裂，这样正、逆反应速率才相等，单位时间内1个H－I键断裂的同时，有1个H－H键断裂，正、逆反应速率不相等，反应未达到平衡状态，D错误。
【答案】A
5．下列描述中，可以说明2HI(g) H2(g)+I2(g)已达到平衡状态的是 ( )
A．温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化
B．c(HI) : c(H2) : c(I2)=2 : 1 : 1
C．反应速率v(H2)=v(I2)= v(HI)
D．单位时间内1个H－I键断裂的同时，有1个H－H键断裂
练习与应用