第二节 化学反应的速率和限度 课件(共52张PPT) 高中化学人教版（2019）必修第二册

(共52张PPT)
第六章
化学反应与能量
第二节 化学反应的速率和限度（一）
高中化学人教版（2019）必修第二册
在化学反应的研究和实际应用中，人们除了选择合适的化学反应以实现所期待的物质转化或能量转化，还要关注化学反应进行的快慢和程度，以提高生产效率。
爆炸
牛奶变质
钢铁生锈
溶洞形成
哪个反应更快呢？
可以通过观察对比实验现象来定性描述化学反应的快慢
①冒气泡快慢
②颜色变化快慢
③固体物质的减少快慢
④出现浑浊的快慢
⑤温度变化快慢
定
性
描
述
如何定量判断化学反应的快慢呢
一、化学反应速率
化学反应速率是用来衡量化学反应过程进行的快慢的物理量。通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量(均取正值)表示。
Δc(B)表示某物质(B)浓度的变化量，常用单位：mol/L或mol·L-1；
Δt 表示发生浓度变化所用时间，常用单位：s，min，h等；
v(B)表示用物质B表示的化学反应速率，
常用单位：mol·L-1·s-1或mol/(L·s)，mol·L-1·min-1或mol/(L·min)等。
数学表达式：
v(B) ＝
Δc(B)
Δt
【课堂练习】
在某一化学反应中，已知反应物A的浓度在10 s内从4 mol/L变成1 mol/L。在这10 s内用A表示的化学反应速率为多少？
第10s的反应速率为多少？
无法确定
反应速率指一段时间内的平均速率
=
4 mol·L-1–1 mol·L-1
10 s
v(A)
c(A)
t
=
3 mol·L-1
10 s
0.3 mol·L-1·s-1
=
=
反应：A(g) + 3B(g) 2C(g)在密闭容器中进行，不同时间各物质浓度如下，完成表格并求出各物质在2 s内的速率。
A B C
起始时 3 mol/L 7 mol/L 0 mol/L
2s末 2 mol/L
v
2 mol/L
4 mol/L
0.5 mol/(L·s)
1.5 mol/(L·s)
1 mol/(L·s)
用不同物质表示的同一反应速率的数值之比符合什么关系？
哪个速率最快？
一样快
按方程式中的化学计量数成比例
用不同物质表示的同一反应速率，其数值可能不同但意义相同，且按方程式的化学计量数成比例
以下反应的速率是更快一些好还是更慢一些好？
爆炸
牛奶变质
钢铁生锈
溶洞形成
影响化学反应速率的因素有什么呢？
二、影响化学反应速率的因素
爆炸
牛奶变质
钢铁生锈
溶洞形成
如何减慢牛奶变质的速率？
【实验探究】
【假设】影响化学反应速率的因素可能有反应温度、反应物浓度等。
【用品】5% H2O2溶液、1 mol/L FeCl3溶液、0.1 mol/L盐酸、1 mol/L盐酸、大理石碎块、冷水、热水、试管、试管夹、烧杯。
（1）反应温度的影响
在两支大小相同的试管中均加入2 mL 5% H2O2溶液，同时滴入2滴1 mol/L FeCl3溶液。待试管中均有适量气泡出现时，将其中一支试管放入盛有冷水的烧杯中，另一支试管放入盛有热水的烧杯中，观察现象并进行对比。
热水中生成气泡的速率更快
（1） 反应温度的影响
在两支大小相同的试管中均加入2 mL 5% H2O2溶液，同时滴入2滴1 mol/L FeCl3溶液。待试管中均有适量气泡出现时，将其中一支试管放入盛有冷水的烧杯中，另一支试管放入盛有热水的烧杯中，观察现象并进行对比。
升高温度 反应速率增大
降低温度 反应速率减小
（1）反应温度的影响
在两支大小相同的试管中均加入2 mL 5% H2O2溶液，同时滴入2滴1 mol/L FeCl3溶液。待试管中均有适量气泡出现时，将其中一支试管放入盛有冷水的烧杯中，另一支试管放入盛有热水的烧杯中，观察现象并进行对比。
（1）反应温度的影响
在两支大小相同的试管中均加入2 mL 5% H2O2溶液，同时滴入2滴1 mol/L FeCl3溶液。待试管中均有适量气泡出现时，将其中一支试管放入盛有冷水的烧杯中，另一支试管放入盛有热水的烧杯中，观察现象并进行对比。
（1）反应温度的影响
在两支大小相同的试管中均加入2 mL 5% H2O2溶液，同时滴入2滴1 mol/L FeCl3溶液。待试管中均有适量气泡出现时，将其中一支试管放入盛有冷水的烧杯中，另一支试管放入盛有热水的烧杯中，观察现象并进行对比。
（1）反应温度的影响
在两支大小相同的试管中均加入2 mL 5% H2O2溶液，同时滴入2滴1 mol/L FeCl3溶液。待试管中均有适量气泡出现时，将其中一支试管放入盛有冷水的烧杯中，另一支试管放入盛有热水的烧杯中，观察现象并进行对比。
（1）反应温度的影响
在两支大小相同的试管中均加入2 mL 5% H2O2溶液，同时滴入2滴1 mol/L FeCl3溶液。待试管中均有适量气泡出现时，将其中一支试管放入盛有冷水的烧杯中，另一支试管放入盛有热水的烧杯中，观察现象并进行对比。
（1）反应温度的影响
在两支大小相同的试管中均加入2 mL 5% H2O2溶液，同时滴入2滴1 mol/L FeCl3溶液。待试管中均有适量气泡出现时，将其中一支试管放入盛有冷水的烧杯中，另一支试管放入盛有热水的烧杯中，观察现象并进行对比。
（1）反应温度的影响
在两支大小相同的试管中均加入2 mL 5% H2O2溶液，同时滴入2滴1 mol/L FeCl3溶液。待试管中均有适量气泡出现时，将其中一支试管放入盛有冷水的烧杯中，另一支试管放入盛有热水的烧杯中，观察现象并进行对比。
科学研究中，对于多因素（多变量）的问题，常常采用只改变其中的某一个因素，控制其他因素不变的研究方法，使多因素的问题变成几个单因素的问题分别加以研究，最后再将几个单因素问题的研究结果加以综合。这种变量控制的方法是科学探究中常用的方法。例如，以上探究在比较不同温度对化学反应速率的影响时，控制浓度和其他影响因素相同。
变量控制
【实验探究】
【假设】影响化学反应速率的因素可能有反应温度、反应物浓度等。
【用品】5% H2O2溶液、1 mol/L FeCl3溶液、0.1 mol/L盐酸、1 mol/L盐酸、大理石碎块、冷水、热水、试管、试管夹、烧杯。
（2）反应物浓度的影响
（1）反应温度的影响
【实验探究】
（2）反应物浓度的影响
在两支大小相同的试管中均加入相同量的大理石碎块，向其中一支试管加入2 mL 0.1 mol/L盐酸，向另一支试管加入2 mL 1 mol/L盐酸，观察现象并进行对比。
现象：加入1 mol/L盐酸的试管中生成气泡的速率更快
影响因素 如何影响
催化剂 催化剂可以改变化学反应速率
【实验结论】
温度
升高温度，化学反应速率增大
降低温度，化学反应速率减小
浓度
增大反应物浓度，化学反应速率增大
减小反应物浓度，化学反应速率减小
压强对化学反应速率的影响
有气体参加的反应，改变压强对反应速率的影响实质是改变体系体积，使反应物的浓度改变。
增大压强（减小容器体积，增大反应物浓度），能加快化学反应速率。
减小压强（增大容器体积，减小反应物浓度），能减慢化学反应速率。
【思考与讨论】
下列调控反应速率的措施或实验中，分别利用或体现了哪些影响反应速率的因素？
（1）向 或用 可以使炉火更旺。
（2）把食物 ，在糕点包装内 可以延长食品保质期。
炉膛内鼓风
煤粉代替煤块
（3）做化学实验时，为加速反应的进行，通常将块状或颗粒状的固体药品，
或者将 配成溶液后再进行实验。
（4）铁在 和在 反应的剧烈程度明显不同。
放在冰箱里
放置除氧剂
研细并混匀
固体试剂溶于水
空气中
纯氧中
影响因素 规律
浓度 增大反应物的浓度，化学反应速率增大；
减小反应物的浓度，化学反应速率减小
温度 升高温度，化学反应速率增大；
降低温度，化学反应速率减小
催化剂 使用催化剂在很大程度上改变反应速率
反应物接触面积 增大反应物的接触面积，化学反应速率加快
压强 实际是浓度的影响
【 总 结 】
【 练一练 】
如何加快铁块与稀硫酸反应的速率？
1. 升高温度
2. 增大硫酸浓度
3. 改用铁粉
如何减慢反应呢？
2. 适当增大硫酸浓度
【 课堂练习 】
D
一定条件下，分别对反应C(s)＋CO2(g) 2CO(g)进行如下操作：
①升高反应体系的温度； ②减小CO2的浓度；
③缩小反应体系的体积； ④减小压强。
上述措施中一定能使反应速率显著变大的是（ ）
A.①②③④ B.①③④
C.①② D.①③
高温
【 课堂练习 】
实验室用锌粒与2 mol/L硫酸溶液制取氢气，下列措施不能增大化学反应速率的是 ( )
A.用锌粉代替锌粒
B.改用3 mol/L硫酸溶液
C.改用热的2 mol/L硫酸溶液
D.向该硫酸溶液中加入等体积的水
D
【 小结 】
化学反应速率
概念
公式
影响因素
衡量化学反应进行快慢的物理量
v(B) ＝
Δc(B)
Δt
浓度、温度、催化剂、反应物接触面积、压强等
第六章
化学反应与能量
第二节 化学反应的速率和限度（二）
高中化学人教版（2019）必修第二册
炼铁高炉尾气之谜：
炼制1 t 生铁所需要的焦炭的实际用量，远高于按照化学方程式计算所需用量，从高炉炉顶出来的气体中总是含有未利用的CO气体。
C+O2 CO2
C+CO2 2CO
Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2
高温
点燃
高温
为什么尾气中总是有CO？
一、可逆反应
在相同条件下能向正反应方向进行同时又能向逆反应方向进行的反应称为可逆反应。
SO2 + H2O H2SO3
N2+3H2 2NH3
高温高压
催化剂
H2+ I2 2HI
2SO2 + O2 2SO3
催化剂
可逆反应正、逆向反应同时同条件进行，所以正逆反应都不能反应完全，反应物不可能全部转化为生成物。
炼铁高炉尾气之谜：
炼制1 t 生铁所需要的焦炭的实际用量，远高于按照化学方程式计算所需用量，且从高炉炉顶出来的气体中含有未利用的CO气体。
C+O2 CO2
C+CO2 2CO
Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2
高温
点燃
高温
哪个反应是可逆的？
炼铁高炉尾气之谜：
炼制1 t 生铁所需要的焦炭的实际用量，远高于按照化学方程式计算所需用量，且从高炉炉顶出来的气体中含有未利用的CO气体。
C+O2 CO2
C+CO2 2CO
Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2
高温
点燃
高温
为什么尾气中CO的含量是不变的？
二、化学平衡状态的建立
在固定容积的密闭容器中，加入 2 mol SO2和 1 mol O2，在催化剂加热的条件下进行反应
2SO2 + O2 2SO3
催化剂
【思考与交流】
1. 反应开始的瞬间， v正(正反应速率) 、v逆(逆反应速率)是什么状态？
v正
v逆
时间
速率
0
2. 反应进行过程中，物质浓度如何改变？ v正、v逆如何变化？
v正
v逆
时间
速率
0
时间
O2浓度
0
2SO2 + O2 2SO3
催化剂
3. v正 、v逆 有可能相等吗？
v正
v逆
时间
速率
0
时间
O2浓度
0
2SO2 + O2 2SO3
催化剂
3. v正 、v逆 有可能相等吗？
时间
O2浓度
0
2SO2 + O2 2SO3
催化剂
t1
时间
速率
0
v正
v逆
4. 当v正 = v逆 后，物质浓度如何变化？v正和v逆 如何变化？
时间
O2浓度
0
2SO2 + O2 2SO3
催化剂
t1
时间
速率
0
v正
v逆
t1
化学平衡状态
v正 = v逆
浓度不变
化学平衡状态
该反应达到了化学平衡状态
反应物浓度最大
生成物浓度为0
v正最大
v逆为0
反应
开始
反应过程
达到平衡
反应物浓度减小
生成物浓度增大
各物质的浓度
不再改变
v正逐渐减小
v逆逐渐增大
v正 = v逆≠0
一定条件下可逆反应进行到一定程度，正反应速率和逆反应速率相等，反应物和生成物浓度不再改变，达到一种表面静止的状态，这种状态称为化学平衡状态，简称化学平衡。
化学平衡状态：
化学平衡是可逆反应一定条件下能达到的最大程度，即该反应的限度。反应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。
转化率：
已被转化的反应物的物质的量与其初始物质的量之比
破解炼铁高炉尾气之谜：
为什么从高炉炉顶出来的气体中总是含有一定量的CO气体？
Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2是可逆反应，反应达到其限度（化学平衡状态）以后，各物质的浓度保持不变。
高温
下列说法中不正确的是(　　)
A．当可逆反应达到平衡时，就是此反应在该条件下能达到的限度
B．当可逆反应达到平衡时，此反应的正反应速率和逆反应速率相等
C．延长反应时间，不能使2 mol SO2与1 mol O2反应生成2 mol SO3
D．化学反应达到其限度后，反应就停止了
【课堂练习】
D
在恒温恒容密闭容器中，发生反应：A(g)＋2B(g) C(g)＋D(g)，以下表述，不能证明反应已达化学平衡状态的是(　　)
A．物质A的质量保持不变
B．物质B的浓度保持不变
C．用C表示的正反应速率等于用C表示的逆反应速率
D．物质D的浓度等于物质C的浓度
【课堂练习】
D
高 炉 炼 铁
高炉炼铁过程中发生的反应包括了可逆反应，而可逆反应存在一定的限度，当反应达到其限度以后，各物质的量就不变了，因此炼铁过程中，原料是不可能完全转化为产物的。
对炼铁的反应进行深入研究还有没有意义？
对炼铁的反应进行深入研究的意义：
可逆反应的限度是建立在一定条件的基础上的，改变反应条件可以在一定程度上改变反应的限度。
趋 利 避 害
所以通过对反应条件的控制，可以促进有利的化学反应，抑制有害的化学反应。
三、化学反应条件的控制
在化工生产中，为了提高反应进行的程度而调控反应条件时，需要考虑控制反应条件的成本和实际可能性。
合成氨的生产在温度较低时，氨的产率较高；压强越大，氨的产率越高。但温度低，反应速率小，需要很长时间才能达到化学平衡，生产成本高，工业上通常选择在400~500℃下进行。而压强越大，对动力和生产设备的要求也越高，合成氨厂随着生产规模和设备条件的不同，采用的压强通常为10~30MPa。
N2+3H2 2NH3
高温高压
催化剂
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。）
【学以致用】
1. 固体燃料粉碎
2. 液体燃料以雾状与氧气混合
3. 有足量的空气
4. 空气不能过量太多
5. 炉膛材料应该有一定的保温性能
6. 烟道废气中热能应该加以利用……
下列关于化学反应限度的说法中正确的是（ ）
A.一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的最大限度
B.当一个可逆反应达到平衡状态时，正向反应速率和逆向反应速率相等且等于零
C.反应达到化学平衡状态时，各物质的浓度保持相等
D.化学反应的限度不可以通过改变条件而改变
【课堂练习】
A
化学反应限度的调控在工业生产和环保技术等方面得到了广泛的应用，如果改变条件提高化学反应的限度，下列说法错误的是( )
A.能够节约原料和能源
B.能够提高产品的产量
C.能够提高经济效益
D.能够提高化学反应速率
D
【课堂练习】
化学反应限度
概念
判断
反应条件的控制
可逆反应进行到v正 = v逆的状态
v正 = v逆 各组分的量不变
【小结】
谢谢