高中化学人教版(2019)必修二6-2 化学反应的速率和限度（共41张ppt）

(共41张PPT)
在化学实验和日常生活中，我们经常观察到这样的现象：有的化学反应进行得快，有的化学反应进行得慢。
50年前,故宫太和殿栏杆上雕刻着精美浮雕花纹还清晰可见,现在却大多是模糊不清,部分已成了光板。为什么几百年腐蚀很慢，而近几十年腐蚀却变快了呢？
化学反应的快慢与我们的生活、学习、科研、环境、生产等关系非常密切。
第三节
化学反应的速率和限度
分析与讨论
怎样比较和判断反应的快慢？
可以从实验现象来比较和判断
冒气泡快慢；颜色变化；固体量减少；浑浊程度；温度变化等。
⊙定性描述
很快、较快、较慢、很慢
⊙定量描述
物理学中描述物体运动的快慢用“速度”来表示
迁移
化学反应过程进行的快慢用“反应速率”来表示
一、化学反应的速率
⒈定义：
⒉表达式：
⒊单位：
例如：某反应的反应物浓度在5min内由6mol/L变成了2mol/L，则以该反应物浓度的变化表示的该反应在这段时间内的平均反应速率为＿＿＿＿＿＿。
练习1：反应4NH3
+
5O2
4NO
+
6H2O
在5升的密闭容器中进行，30秒后，NO的物质的量增加了0.3mol，此反应的平均反应速率用NO来表示为多少？
问题1：若用O2的浓度变化来表示此反应速率是多少？若用NH3来表示呢?
问题2：此反应的化学反应速率用不同的物质表示时数值上是否相同？数值上有何规律？有何应用？
v(NO)＝0.002mol/（L·s）
v(O2)＝0.0025mol/（L·s）
v(NH3)＝0.002mol/（L·s）
4NH3
+
5O2
4NO
+
6H2O
0.002
0.0025
mol/（L·s）
0.002
⒈
反应速率之比等于其化学计量数之比表示）。
⒉表示一段时间内的平均反应速率。
⒊反应速率要指明具体的物质并取正值。
⒋由于固体和纯液体的浓度在反应中不发生变化，其浓度可视为常数，所以一般不用固体或纯液体表示反应速率（而用气体或溶液的反应速率来表示）。
有哪些因素能够影响化学反应的速率呢
反应物本身的结构和性质（无法改变）
⒋影响化学反应速率的因素
⑴内因（决定作用）
相同温度下，相同形状、大小的锌片和铁片与等浓度的盐酸反应，哪一个反应更快？
⑵外因（外界条件）
探究影响化学反应速率的因素.mp4
产生气泡速率较快
产生气泡速率较慢
实验结论：
其他条件相同时，温度越高，反应速率越大。
产生气泡速率较慢
产生气泡速率较快
实验结论：
其他条件相同时，反应物浓度越大，反应速率越大。
其他条件相同时，固体反应物表面积越大，化学反应速率越大。
[实验步骤]：
取两支大小相同的试管，分别加入1g块状碳酸钙和1g粉末状碳酸钙，同时向两支试管中滴加10ml1mol/L的盐酸，观察现象并进行对比。
产生气泡速率较慢
产生气泡速率较快
实验结论：
变量控制法
烧火煮饭，先将木柴劈小。
大量实验事实和科学研究证明：
一般条件下，当其它条件相同时，增大反应物浓度，化学反应速率增大，降低反应物浓度，化学反应速率减小；升高温度，化学反应速率增大，降低温度，化学反应速率减小。
对于有气体参加的化学反应，增大压强（减小容器容积），化学反应速率增大；减小压强（增大容器容积），化学反应速率减小。
P
~
C
~
ν
影响化学反应速率的外因
催化剂
温度
反应物浓度
固体表面积
光照
形成原电池
压强
电磁波
超声波
反应物状态
溶剂的性质
⑶溶液中溶质以分子或离子形式存在，且分布均匀，使反应物分子或离子间直接接触的机会极大地增加，可以大大提高反应速率。
我们知道在化学反应中，反应物之间是按照化学方程式中的计量关系进行反应的，那么，一个化学反应在实际进行时，反应物能否按相应的计量关系完全转化为生成物呢？
分析与讨论
可是后来发现用这个高炉炼铁，所排出的高、
炉气中CO的含量并没有减少，你知道为什
么吗？
科学史话
炼铁高炉尾气之谜
加高
17世纪后期，人们发现高炉炼铁所排出的高炉气中含有相当量的CO，作为工业革命发源地的英国有些工程师认为----这是由于CO和铁矿石的接触时间不长所造成的，于是在英国耗费了大量资金建造了一个高大的炼铁高炉（如图），以增加CO和铁矿石的接触时间。
科学研究表明，很多化学反应在进行时都具有可逆性，即正向反应和逆向反应在同时进行，只是可逆的程度有所不同并且差异很大而已。
N2
+
3H2
2NH3
高温高压
催化剂
例如：
有些化学反应逆向反应进行的程度很小因而可以忽略，我们把几乎完全进行的反应叫不可逆反应，用“＝”号表示。
例如：Ba2+
+
SO42-
＝
BaSO4↓
H+
+
OH-
＝
H2O
可逆反应：
在
下,既能向
方向进行,同时又能向
方向进行的反应叫做可逆反应，用“
”号表示。
同一条件
正反应
逆反应
N2
+
3H2
2NH3
高温高压
催化剂
正反应
ν正
逆反应
ν逆
消耗N2、H2和生成NH3的反应均可用于表示正反应
生成N2、H2和消耗NH3(NH3分解)的反应均可用于表示逆反应
H2
+
I2
2HI
△
2SO2
+
O2
2SO3
催化剂
高温
特征：
⑴同时性
⑵同条件
⑶可逆性
可逆反应不能进行到底，反应物不能完全转化为生成物，得到的总是反应物与生成物组成的混合物共存于同一体系中，即可逆反应有一定的限度。
可逆反应“不为0”原则
⑷普遍性
能量类型的转化互逆
若正反应放热，
则逆反应吸热。
ν正(CO)消耗
ν逆(CO)生成
时间
在容积为1L的密闭容器里，加入0.01molCO和0.01molH2O(g),一定条件下发生反应：
速率
进行到一定程度，总有那么一刻，……
CO
+
H2O
CO2
+
H2
ν正＝ν逆
化学平衡的建立
ν正(CO)消耗
ν逆(CO)生成
时间
在容积为1L的密闭容器里，加入0.01molCO和0.01molH2O(g),一定条件下发生反应：
速率
ν正＝ν逆
这时，CO、H2O的消耗量等于CO2、H2反应生成的CO、H2O的量，……
c(CO)、c(H2O)、c(CO2)、c(H2)不再改变
CO
+
H2O
CO2
+
H2
ν正(CO)消耗
ν逆(CO)生成
时间
在容积为1L的密闭容器里，加入0.01molCO和0.01molH2O(g),一定条件下发生反应：
速率
ν正＝ν逆
c(CO)、c(H2O)、c(CO2)、c(H2)不再改变
虽然反应仍在继续进行，但是反应物和生成物的浓度都不再改变，达到一种表面静止的状态。
CO
+
H2O
CO2
+
H2
⒈定义
二、反应进行的限度——化学平衡状态
一定条件下的可逆反应，当反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，……简称化学平衡。
化学平衡状态是可逆反应在该条件下所能达到或完成的最大程度，即该反应进行的限度。
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。
⒉适用对象（前提条件）：
可逆反应
⒊实
质：
v(正)
＝
v(逆)
≠
0
⒋主要特征：
⑴逆：研究对象---可逆反应
⑵等：v(正)＝v(逆)
----同一物质的生成速率等于它的消耗速率
（针对同一参照物）
本
质
⑶动：动态平衡（v(正)＝
v(逆)
≠0）
⑷定：反应混合物中各组分的浓度保持不变（一定）------外在标志，各组分的含量保持不变。
表面现象
ν正
ν逆
时间
速率
ν正＝ν逆
一定条件下处于化学平衡的可逆反应，当外界条件发生改变时，平衡状态是否会发生变化呢？
交
与
考
思
流
⑸变：当条件发生变化时，反应所能达到的限度随之发生变化。原有的化学平衡被破坏，直至在新的条件下建立新的平衡为止。
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。
所以，化学平衡是一定条件下的平衡。
⑹同：对于一个特定的可逆反应,如果条件相同，不管采取何种方式和途径进行（无论反应从什么方向开始，是一次投料还是分几次投料，只要起始浓度相当），最终均可达到相同的平衡状态。
化学平衡的建立只与条件有关，与途径无关。
N2
+
3H2
2NH3
催化剂
高温
高压
⑴
1mol
3mol
0mol
⑵
0.5mol
1mol
0mol
+0.5mol
+2mol
⑶
0mol
0mol
2mol
以xA(g)
+
yB(g)
zC(g)为例，分析化学反应达到平衡状态的标志：
⑴直接：
①速率：v(正)
＝
v(逆)（即任何一种物质的生成速率等于其消耗速率）
②各组分的浓度（含量）保持不变。
速率等
含量定
⒌化学平衡状态的判断标志
2SO2
+
O2
2SO3
催化剂
高温
①各物质的物质的量，不随时间的延长而改变。
③产物的产率保持不变。
⑵间接：
所表述的内容并非直接而是间接反映“等”和“定”的意义。
②反应物的转化率保持不变。
④平衡体系的颜色保持不变。
⑤绝热的恒容反应体系中的温度保持不变。
2NO2
N2O4
N2
+
3H2
2NH3
催化剂
高温
高压
变量不变
⒈在一定温度下,可逆反应
A(气)+3B(气)
2C(气)达到平衡的标志是（
）
A.C的生成速率与C分解的速率相等
B.单位时间内生成nmolA,同时生成3nmolB
C.A、B、C的浓度不再变化
D.A、B、C的分子数比为1:3:2
AC
⒉下列说法可以证明反应N2
+
3H2
2NH3
已达平衡状态的是(
)
A.1个N≡N键断裂的同时,有3个H－H键形成
B.1个N≡N键断裂的同时,有3个H－H键断裂
C.1个N≡N键断裂的同时,有6个N－H键断裂
D.1个N≡N键断裂的同时,有6个N－H键形成
AC
⒊下列说法中可以充分说明反应:
P(气)+Q(气)
R(气)+S(气),在恒温下已达平衡状态的是（　　　）
A.反应容器内压强不随时间变化
B.
P和S的生成速率相等
C.反应容器内P、Q、R、S四者共存
D.反应容器内总物质的量不随时间而变化
B
⑵对于反应前后气体物质的分子数相等的可逆反应,不能用此标志判断平衡是否到达。
⑶对于不同类型的可逆反应，某一物理量不变是否可作为平衡已到达的标志，
变并定：看其在反应过程中变不变，如果是变化的，则当其一定就是达到平衡状态的标志．
⑴对于反应前后的气体物质的分子总数不相等的可逆反应，可利用混合气体的总压、总体积、总物质的量是否随着时间的改变而改变来判断是否达到平衡。
注意：
2SO2
+
O2
2SO3
催化剂
高温
H2
+
I2
2HI
指所表述的内容并不能表明所有反应均已达到平衡状态，只有在某些特定的情况下才能表示反应已经达到化学平衡状态。
⑶“特殊”特征：
①体系中气体物质的总质量保持不变。
②体系中气体物质的平均相对分子质量保持不变
2SO2
+
O2
2SO3
催化剂
高温
CO
+
H2O
CO2
+
H2
③体系中气体物质的总物质的量(或体积或分子个数)保持不变。
④气体的总压强不再发生改变。
⑤体系中气体的密度不再发生改变。
⒊化学平衡的有关计算
⑴基本模式——“三段式”
运用“三段式”进行化学平衡常数、转化率、物质的量分数、平均相对分子质量等的计算。
⑵基本关系
①反应物：平衡浓度＝起始浓度－转化浓度
②生成物：平衡浓度＝起始浓度＋转化浓度
⒈控制反应条件的意义
控制反应，让反应向我们需要的方向进行。
⑵对于有害的反应：抑制
①降低反应速率；
②控制副反应的发生，减少甚至消除有害物质的产生；
三、化学反应条件的控制
⑴对于有利的反应：促进
①设法加快反应速率以提高生产或工作效率；
②设法促进反应的完成程度以提高反应物的转化率即原料的利用率。
⒉控制反应条件的基本措施
⑴控制反应速率的措施：改变温度、溶液的浓度、气体压强（或浓度）、固体表面积及使用催化剂
⑵控制转化率的措施：改变温度、溶液浓度、气体压强（或浓度）
⒊化工生产中控制反应条件的原则
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，同时结合环境保护思想进行分析
例：合成氨工业通常选择在400-500℃,10-30MPa下进行。
影响燃烧效率的条件
措施
作用
燃料的状态
空气用量
炉膛材料
烟道废气中热能的利用
固体粉碎或制成浆状或雾化
隔热、耐高温的材料
适当过量
用余热产生水蒸气，可用于水浴、发电、供暖等
提高能量转化率
提高热能利用率
※
固体燃料粉碎，液体燃料雾化