课时2 化学反应的限度和反应条件的控制
一、可逆反应
可逆反应是指在相同条件下,同时向正向(反应物→生成物)、逆向(生成物→反应物)两个方向都能进行的反应。
所有化学反应都有一定的可逆性,只是可逆的程度差异很大。例如,
Ag++Cl-===AgCl↓,AgCl在溶液中仍有微量的电离:AgCl===Ag++Cl-,但我们习惯上将其视作“不可逆”。我们一般所说的可逆反应是指具有显著可逆性的反应。
二、化学平衡状态
1 化学平衡状态的形成
对于一定条件下的可逆反应,开始时由于反应物的浓度最大,正向反应的速率也就最大。随着反应的进行,反应物的浓度逐渐减小,正向反应的速率也会逐渐减小。相反,由于生成物的浓度逐渐增大,逆向反应的速率也逐渐变大。当正向反应速率与逆向反应速率相等时,反应物与生成物的浓度便不再改变(如图所示),我们就说这一反应达到了“限度”。这种化学反应状态常被称为化学平衡状态,简称化学平衡。
当可逆反应达到限度(即化学平衡)时,无论是正向反应还是逆向反应都还在进行着,但反应物和生成物的浓度保持不变。因而化学平衡是一种动态平衡。
2 化学平衡的特征
(1)逆:化学平衡状态只存在于可逆反应中。
(2)动:v(正)=v(逆)≠0。
(3)等:v(正)=v(逆)。
(4)定:可逆反应达到平衡时,由于单位时间内同一种物质的消耗速率和生成速率相等,所以各组分的物质的量、物质的量浓度及各组分的含量均保持不变。
(5)变:化学平衡是在一定条件下建立的,平衡是相对的、暂时的,当改变影响化学平衡的外界条件时,原化学平衡就会被破坏,在新的条件下会建立新的平衡,即化学平衡发生移动。
三、化学反应条件的控制
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),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)。
在化工生产中,控制反应条件主要是考虑成本和实际的可能性。例如,合成氨的生产在较低的温度上产率较高,但反应速率低,压强越大氨的产率越高,但压强大对动力和生产设备要求高。
例题1 化学反应处于平衡状态时,下列说法正确的是 ( )
A.反应不再进行
B.反应物浓度等于生成物浓度
C.反应物质量等于生成物质量
D.各组分浓度不再随时间而变化
【解析】平衡状态是动态平衡,v(正)=v(逆)≠0,故A错误;反应物和生成物浓度相同与变化量和起始量有关,与平衡无关,不能说明反应达到平衡,故B错误;化学反应遵循质量守恒定律,过程中和平衡状态下都有质量守恒定律,故C错误;各组分浓度不再随时间而变化,是达到化学平衡的标志,故D正确。
【答案】D
例题2 下列关于提高燃料燃烧效率的说法不正确的是 ( )
A.通入空气量越多越好
B.应通入适量空气
C.固体燃料燃烧前要粉碎
D.液体燃料燃烧时可以以雾状喷出
【解析】选项A错误,选项B正确,空气的量应该是充足的,但过多会降低热效应,热量会散失;对于固体燃料,为了充分燃烧,往往要先粉碎,选项C正确;为了增大接触面积,液体燃料燃烧时可以以雾状喷出,使其充分燃烧,选项D正确。
【答案】A
例题3 一定条件下,反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的正反应速率(v正)和逆反应速率(v逆)随反应时间(t)变化的曲线如图所示。其中,处于化学平衡状态的时刻是( )
A.t1 B.t2 C.t3 D.t4
【解析】平衡状态:v(正)=v(逆)≠0,各组分浓度不再随时间而变化,故D符合题意。
【答案】D
例题4 一定条件下,恒容密闭容器中发生可逆反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。以下说法正确的是 ( )
A.N2和H2可完全转化为NH3
B.平衡时,正、逆反应速率相等
C.充入NH3,正、逆反应速率都减小
D.平衡时,N2、H2和NH3的浓度一定相等
【解析】平衡状态:v(正)=v(逆)≠0,B正确;可逆反应达到平衡时反应物与生成物共存,N2和H2不可能完全转化为NH3,A不正确;充入NH3,NH3浓度增大,逆反应速率增大,正反应速率随之增大,C错误;平衡时,各组分浓度不再随时间而变化,但不一定相等,D错误。
【答案】B
例题5 设v(正)和v(逆)分别表示可逆反应的正反应速率和逆反应速率。在一定温度下可逆反应N2+3H2 2NH3达到平衡时,下列说法正确的是 ( )
A.各物质的量保持不变 B.各物质的量继续改变
C.v(逆)=v(正),正、逆反应停止 D.N2、H2、NH3的速率相等
【解析】 达到平衡时正、逆反应速率相等,且不等于零,各物质的量不变,所以A正确,B错误;达到平衡时v正=v逆≠0,反应不会停止,C不正确;用不同物质表示的速率数值之比应等于化学计量数之比,不相等,D不正确。
【答案】A
- 4 -课时2 化学反应的限度和反应条件的控制
一、可逆反应
可逆反应是指在相同条件下,同时向正向( 物→ 物)、逆向( 物→ 物)两个方向都能进行的反应。
所有化学反应都有一定的可逆性,只是可逆的程度差异很大。例如,
Ag++Cl-===AgCl↓,AgCl在溶液中仍有微量的电离:AgCl===Ag++Cl-,但我们习惯上将其视作“不可逆”。我们一般所说的可逆反应是指具有显著可逆性的反应。
二、化学平衡状态
1 化学平衡状态的形成
对于一定条件下的可逆反应,开始时由于反应物的浓度最 ,正向反应的速率也就最 。随着反应的进行,反应物的浓度逐渐 ,正向反应的速率也会逐渐 。相反,由于生成物的浓度逐渐 ,逆向反应的速率也逐渐 。当正向反应速率与逆向反应速率 时,反应物与生成物的浓度便不再 (如图所示),我们就说这一反应达到了“限度”。这种化学反应状态常被称为化学平衡状态,简称化学平衡。
当可逆反应达到限度(即化学平衡)时,无论是正向反应还是逆向反应都还在进行着,但反应物和生成物的浓度保持不变。因而化学平衡是一种 态平衡。
2 化学平衡的特征
(1)逆:化学平衡状态只存在于 反应中。
(2)动:v(正)=v(逆)≠0。
(3)等:v(正)=v(逆)。
(4)定:可逆反应达到平衡时,由于单位时间内同一种物质的消耗速率和生成速率相等,所以各组分的物质的量、物质的量浓度及各组分的含量均 。
(5)变:化学平衡是在一定条件下建立的,平衡是相对的、暂时的,当改变影响化学平衡的外界条件时,原化学平衡就会被破坏,在新的条件下会建立新的平衡,即化学平衡发生移动。
三、化学反应条件的控制
在生产和生活中,人们希望促进有利的化学反应( 反应速率,提高反应物的转化率),抑制有害的化学反应( 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)。
在化工生产中,控制反应条件主要是考虑成本和实际的可能性。例如,合成氨的生产在较低的温度上产率较高,但反应速率 ,压强越大氨的产率越高,但压强大对动力和生产设备要求 。
例题1 化学反应处于平衡状态时,下列说法正确的是 ( )
A.反应不再进行
B.反应物浓度等于生成物浓度
C.反应物质量等于生成物质量
D.各组分浓度不再随时间而变化
例题2 下列关于提高燃料燃烧效率的说法不正确的是 ( )
A.通入空气量越多越好
B.应通入适量空气
C.固体燃料燃烧前要粉碎
D.液体燃料燃烧时可以以雾状喷出
例题3 一定条件下,反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的正反应速率(v正)和逆反应速率(v逆)随反应时间(t)变化的曲线如图所示。其中,处于化学平衡状态的时刻是( )
A.t1 B.t2 C.t3 D.t4
例题4 一定条件下,恒容密闭容器中发生可逆反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。以下说法正确的是 ( )
A.N2和H2可完全转化为NH3
B.平衡时,正、逆反应速率相等
C.充入NH3,正、逆反应速率都减小
D.平衡时,N2、H2和NH3的浓度一定相等
例题5 设v(正)和v(逆)分别表示可逆反应的正反应速率和逆反应速率。在一定温度下可逆反应N2+3H2 2NH3达到平衡时,下列说法正确的是 ( )
A.各物质的量保持不变 B.各物质的量继续改变
C.v(逆)=v(正),正、逆反应停止 D.N2、H2、NH3的速率相等
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