6.2.2 化学反应的限度 课件 (共32张PPT) 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

(共32张PPT)
课题：第二节 化学反应的速率与限度
第六章　化学反应与能量
第2课时 化学反应的限度
[学习目标]
1.了解可逆反应的含义，知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡。
2.能描述化学平衡状态的特点并判断化学反应是否达到平衡状态。
3.从化学反应快慢角度解释控制反应条件在生产、生活和科学研究中的作用。
情景引入
19世纪下半叶，炼制生铁过程中所需焦炭的实际用量，远高于按照化学方程式计算所需的量，而且从高炉排出的废气中总是含有没有利用的CO。工程师们认为是CO与铁矿石接触不充分造成的，于是增加高炉的高度。然而，增高后，高炉尾气中CO的比例竟然没有改变。
这是什么原因呢？
出铁口
进风口
O2
N2
热空气
生铁
进风口
出渣口
炉渣
CO2+C 2CO
高温
C+O2 CO2
高温
铁矿石、焦炭、石灰石
高炉气体
高炉气体
3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2
高温
CaCO3+SiO2 CaSiO3 + CO2↑
高温
氯气与水反应后，氯水为什么是浅黄绿色呢？
结论：该反应是一个可逆反应，有一定的限度，达到该条件下的平衡状态。
Cl2 + H2O HCl + HClO
【思考】
一、可逆反应
化学反应有一定的限度，反应物与生成物不能完全相互转化。
2.特点：
1.定义：在同一条件下，正反应方向和逆反应方向能同时进行的反应称为“可逆反应”，用 表示。
【例题1】判断以下几个反应是否是可逆反应？为什么？
2SO2 + O2 2SO3
催化剂
N2 + 3H2 2NH3
催化剂
2H2 + O2 2H2O
点燃
通电
Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO42- 2PbSO4 + 2H2O
放电
充电
在同一条件下，正反应方向和逆反应方向能同时进行的反应称为“可逆反应”
【例题2】对于可逆反应2SO2＋O2 2SO3　，在混合气体中充入一定量的18O2，足够长时间后，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O2、SO2和SO3中
D
对于可逆反应而言，反应物会转变成生成物，而生成物又会分解成反应物，那岂不是无穷尽也？
时间(min) 0 10 20 30 40 50 60 70 80
c(SO2) 1 0.6 0.3 0.2 0.12 0.1 0.1 0.1 0.1
c(O2) 0.5 0.3 0.15 0.1 0.06 0.05 0.05 0.05 0.05
c(SO3) 0 0.4 0.7 0.8 0.88 0.9 0.9 0.9 0.9
在某密闭容器中发生反应：
2SO2＋O2 2SO3
催化剂
△
（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？
反应物
正反应
反应物浓度降低，
生成物浓度升高
v(正) ↓ v(逆)↑
二、化学平衡
各物质的浓度最终不变
开始阶段
开始时c(SO2) 、c(O2)大， c(SO3)＝0
2SO2＋O2 2SO3
只有正反应，v(逆)＝0
反应速率
v(正)
v(逆)
t1
时间（t）
0
正逆反应都进行，v(逆)≠0，v(正)＞v(逆)
过程中
反应速率
v(正)
v(逆)
t1
时间（t）
0
（2c(SO2) 、c(O2 )变小，c(SO3)≠0
2SO2＋ O2 2SO3
各物质的浓度最终不变
平衡时
（3）c(SO2) 、c(O2)逐渐变小，c(SO3)逐渐增大，三种物质的浓度达到一个特定值。
v(正)
v(逆)
反应速率
t1
时间（t）
0
v(正)＝v(逆) ≠0
各物质的浓度最终不变
v(正)
v(逆)
反应速率
t1
时间（t）
0
v(正)＝v(逆)
(1)0～t1：v(正)＞v(逆)
(2)t1：v(正)＝v(逆)
化学平衡状态
非化学平衡状态
化学平衡状态的建立
化学平衡状态的建立
化学平衡状态的建立过程
理论分析
物质浓度
反应过程
反应速率
反应物浓度最大
生成物浓度最小
v正_____
v逆_____
反应
开始
反应物浓度逐渐减小
生成物浓度逐渐增大
反应体系中各组
分浓度不再改变
v正逐渐_____
v逆逐渐_____
v正______v逆
最大
为零
减小
增大
>
平衡时
过程中
v正______v逆
=
化学平衡状态是可逆反应的一种特殊状态，是在给定条件下化学反应所能达到或完成的最大程度。
转化率
=
转化的量
起始的量
×100％
量: 质量、物质的量、体积、物质的量浓度等
化学反应的限度
化学反应的限度决定了反应物在该条件下的最大转化率
同一可逆反应，改变条件可以在一定程度上改变一个化学反应的限度
化学平衡状态
定义
如果外界条件(温度、浓度、压强等)不发生改变，当__________反应进行到一定程度时，____________与____________相等，反应物的浓度与生成物的浓度____________，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。
可逆
正反应速率
逆反应速率
不再改变
特征
动态平衡
平衡时，各组分的浓度保持一定
当外界条件改变，原平衡发生移动
研究的对象是可逆反应
逆
v(正)＝v(逆) ≠0(本质)
等
动
定
变
化学平衡状态的建立
如何判断化学反应达到平衡呢？
a.同一物质的生成速率等于其消耗速率
直接标志——“正逆反应速率相等”
v正＝v逆 > 0
c.在化学方程式同一边的不同物质，一种物质的生成速率与另一种物质的消耗速率之比等于化学计量数之比
b.在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等化学计量数之比
各组分的浓度保持一定
a.各组分的浓度不随时间的改变而改变
b.各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变
速率必须一个是正反应速率，一个是逆反应速率，且经过换算后同一物质的消耗速率和生成速率相等
化学平衡状态的标志
间接标志——“变量不变”
如果一个物理量随着反应的进行而改变，当其不变时反应达到平衡状态；随反应的进行保持不变的物理量，不能作为平衡状态的判断依据
对同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等
对于反应体系中存在有颜色的物质的可逆反应,若体系中颜色不再改变，则反应达到平衡状态。如 H2(g)+I2(g)→2HI(g)
反应前后气体的化学计量数不相等时，反应体系的总压强不随时间的改变而变化
参加反应的全是气体、反应前后化学计量数不同的可逆反应，平均相对分子质量保持不变。
(根据M= 进行分析)
m(气体)
n(气体)
(只适用于反应前后气体体积不等的反应)
化学平衡状态的标志
【例题3】下列各图中M时刻不处于化学平衡状态的是(　　 )
B
【例题4】一定温度下,可逆反应 达到平衡的标志的是( )
A. NH3的生成速率与NH3的分解速率相等
B. 单位时间内生成了n mol N2的同时生成了2n mol NH3
C. 单位时间内生成了3n mol H2的同时生成了2n mol NH3
D. N2 、H2 、NH3 三种气体共存
E. 一个N≡N键断裂的同时，有3个H－H键断裂
F. 一个N≡N键断裂的同时，有6个N－H键断裂
G. v正（H2 ） ： v逆（ NH3 ） = 3：2
ABCFG
N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)
√
×
√
√
√
√
×
19世纪下半叶，炼制生铁过程中所需焦炭的实际用量，远高于按照化学方程式计算所需的量，而且从高炉排出的废气中总是含有没有利用的CO。工程师们认为是CO与铁矿石接触不充分造成的，于是增加高炉的高度。然而，增高后，高炉尾气中CO的比例竟然没有改变。
出铁口
进风口
O2
N2
热空气
生铁
进风口
出渣口
炉渣
CO2+C 2CO
高温
C+O2 CO2
高温
铁矿石、焦炭、石灰石
高炉气体
高炉气体
3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2
高温
CaCO3+SiO2 CaSiO3 + CO2↑
高温
这是什么原因呢？
法国化学家勒夏特列经过研究发现：C+CO2 2CO是一个可逆反应，并且自下而上发生在高炉中有焦炭的地方。后来的研究证明，在高炉中Fe2O3与CO反应也不能全部转化为Fe和CO2
还得是我！
注意事项
加入催化剂只能改变反应速率， 但不改变化学平衡(反应限度)
改变温度、浓度，化学平衡(反应限度)一定改变
改变压强，化学平衡不一定改变
三、影响反应限度的因素
在生产和生活中，人们希望促进有利的化学反应(提高反应速率，提高反应物的转化率即原料的利用率)，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)，这就需要进行化学反应条件的控制
【思考讨论】为提高燃料的燃烧效率，应如何调控燃烧反应的条件？
尽可能使燃料充分燃烧，提高能量的转化率
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
四、化学反应条件的控制
【例题5】下列措施可以提高燃料燃烧效率的是_________(填序号)。
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将液体燃料雾化处理
⑤将煤进行气化处理　
⑥通入适当过量的空气
③④⑤⑥
四、化学反应条件的控制
合成氨反应的数据分析：下表的实验数据是在不同温度、压强下，平衡混合物中氨的含量的变化情况(初始时氮气和氢气的体积比是1：3)。
温度/℃ 氨的含量/% 0.1MPa 10MPa 20MPa 30MPa 60MPa 100MPa
200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8
300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
600 0.05 4.50 9.1 13.8 23.1 31.4
压强越大，NH3%越大。
温度越低，NH3%越大。
催化剂
高温、高压
N2 + 3H2 2NH3
四、化学反应条件的控制
生产成本
反应限度
反应速率
反应条件的控制
四、化学反应条件的控制
合成氨反应的数据分析：下表的实验数据是在不同温度、压强下，平衡混合物中氨的含量的变化情况(初始时氮气和氢气的体积比是1：3)。
温度/℃ 氨的含量/% 0.1MPa 10MPa 20MPa 30MPa 60MPa 100MPa
200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8
300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
600 0.05 4.50 9.1 13.8 23.1 31.4
温度越低，NH3%越大，但反应速率慢
压强越大，NH3%越大。
但生产成本高
【例题6】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”可以防止催化剂中毒
(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)
课堂小结
化学反应的限度
化学反应限度
化学反应条件的控制
可逆反应
促进有利的化学反应
抑制有害的化学反应
化学平衡状态的建立
化学反应的限度
化学平衡状态及标志
THANKS