1、第六章 化学反应与能量 第二节 化学反应的速率与限度 第2课时 化学反应的限度 化学反应条件的控制 学习目标学习目标 1了解可逆反应的含义和反应限度及化学平衡的特征，培养“变化观 念与平衡思想”的核心素养。 2了解化学反应条件的控制及在生产和科技研究中的作用，培养“科学 探究与社会责任”的核心素养。 知识体系知识体系 一、化学反应的限度一、化学反应的限度 1可逆反应可逆反应 (1)概念：在同一条件下正反应方向和逆反应方向均能进行的化学反应。 (2)特点：反应不能进行到底； 在一定条件下反应物与生成物同时存在； 正、逆反应方向同时进行。 知识梳理知识梳理 2化学平衡化学平衡 (1)化学平衡的建立
2、 浓度对速率的影响的角度： 在一定条件下，向反应容器中加入 N2和 H2，发生反应： N23H22NH3。 浓度 速率变化 v正、v逆关系 开始 反应物浓度_ v正_ v正_v逆 生成物浓度_ v逆_ 变化 反应物浓度_ v正_ v正_v逆 生成物浓度_ v逆_ 平衡 反应物浓度_ v正_ v正_v逆0 生成物浓度_ v逆_ 最大 最小 最大 最小 减小 减小 增大 增大 不变 不变 不变 不变 (2)化学平衡状态的概念：在一定条件下，当反应进行到一定程度时， _与_相等，反应物的_和生成物的_都不再 改变，达到一种表面静止的状态，称之为化学平衡状态，简称化学平衡。 利用速率时间(v-t)图像
3、分析(如图)： 正反应速率 逆反应速率 浓度 浓度 (3)化学反应的限度是指可逆反应在一定条件下所能达到或完成的_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_。 (4)转化率n（已被转化的反应物） n（初始反应物） 100%。 (5)影响因素：改变反应条件，可以在一定程度上改变该反应的化学平衡状态。 最大 转化率 思考：化学反应达到平衡时，浓度不再改变，反应停止了吗？为什么？ 提示：没有停止，因为 v正v逆0。 二二、化学反应条件的控制化学反应条件的控制 1化学反应条件的控制化学反应条件的控制 (1)目的：促进_的化学反应，抑制_的化学反应。 (2)基
4、本措施 改变化学反应速率：改变反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强、固 体的表面积以及催化剂的合理使用等。 改变可逆反应进行的限度：改变可逆反应体系的温度、物质的浓度、气体 的压强等。 (3)考虑因素：控制反应条件的成本和实际可能性。 有利 有害 2提高煤的燃烧效率提高煤的燃烧效率 (1)煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉目的是增大与空气中O2的接触面积，煤粉燃 烧更充分，反应速率快；通入适当过量的空气可以使煤粉充分燃烧，生成 CO2，放出更多的热量；若空气不足，会造成煤燃烧不完全，生成CO，产生 热量减少，且会造成污染。 (2)选择保温隔热且耐热的炉(灶)膛材料的主要目的是防止热量散失。 (3)充
5、分利用煤燃烧后的废气中的热量可采取的措施是将燃烧后的废气通过热 交换装置，供其他方面使用。 思考：根据合成氨的反应特点，温度越低，压强越大，氨的产率越高，为什么合 成氨采用压强为 10 MPa30 MPa、温度为 400500 条件下进行？ 提示：在合成氨的化工生产中，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，反应速率小，一定时间内生成的 NH3少；压强越大， 对动力和生产设备的要求越高。综合考虑采用此条件进行。 知识运用 1判断正误(正确的打“”，错误的打“”) (1)任何可逆反应都有一定的限度。 ( ) (2)化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等。( ) (3)
6、化学平衡状态是不可改变的。 ( ) (4)任何反应，温度越高，反应速率越大，转化率越大。( ) (5)煤燃烧时空气过量越多越好。 ( ) 2对于可逆反应达到平衡时，下列说法不正确的是( ) A反应物与生成物的浓度不再改变 B正反应速率与逆反应速率均为零 C各物质的组成之比不再改变 D该条件下的反应物的转化率最大 B 3工业上使用煤作燃料时，为了使煤能充分燃烧，你认为可采取的措施有： (1)_； (2)_。 将煤粉碎，增加煤与空气的接触面积 充入适当过量的空气 一一、化学平衡状态的特征与判定化学平衡状态的特征与判定 问题探究 1一定温度下，在定容的密闭容器中进行反应： N2 3H22NH3。 下
7、 列 说 法 能 说 明 反 应 达 到 的 平 衡 状 态 的 是 _(填序号)。 能力提升能力提升 c(N2)c(H2)c(NH3)132 c(H2)保持不变 压强不再改变 密度 不变 v(N2)v(H2)13 v 正(N2)v逆(N2) 单位时间内生成 1 mol N2 同时生成 2 mol NH3 气体的平均相对分子质量不变 2一定温度下，恒容密闭容器中发生反应： C(s) H2O(g)CO(g) H2(g)； 下 列 说 法 证 明 反 应 达 平 衡 状 态 的是 _(填序号)。 m(C)保持不变 H2的体积分数不变 气体的密度不变 气体的摩尔 质量不变 压强不变 v(CO)v(H
8、2O) 1化学平衡状态的特征化学平衡状态的特征“五字诀”五字诀” 化学平衡状态的特征概括为逆、等、动、定、变，即 核心突破 2化学平衡状态的判定化学平衡状态的判定 (1)正、逆反应速率相等 同种物质：v正v逆0 不同种物质：v 正（A） v逆（B） A化学计量数 B化学计量数 (2)各组分的浓度保持一定 各组分的浓度不随时间的改变而改变； 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。 (3)间接标志“变量不变” 反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体体积不 等的反应)。 对于反应混合物中存在有颜色变化的物质的可逆反应，若体系中颜色不 再改变，则反应达到平衡
9、状态。 全是气体参加的反应前后化学计量数改变的可逆反应，平均相对分子质 量保持不变。 对绝热密闭容器，温度保持不变。 对恒压容器的非等体积气体反应，密度保持不变。 对点练习 1硫酸是一种重要的化工产品，硫酸的消耗量常被视为一个国家工业发展水平的一 种标志。目前的重要生产方法是“接触法”，有关接触氧化反应2SO2O2 2SO3 的说法不正确的是( ) A该反应为可逆反应，故在一定条件下二氧化硫和氧气不可能全部转化为三氧化硫 B达到平衡后，反应就停止了，故此时正、逆反应速率相等且均为0 C一定条件下，向某密闭容器中加入2 mol SO2和1 mol O2，则从反应开始到达到平 衡的过程中，正反应速
10、率不断减小，逆反应速率不断增大，某一时刻，正、逆反应 速率相等 D达到平衡后，改变温度，平衡状态被破坏 B 【解析】反应达到平衡，反应未停止，v正v逆0，B 错误。 2在恒温下的密闭容器中，有可逆反应：2NOO22NO2(正反应为放热反 应)，不能说明已经达到平衡状态的是( ) A正反应生成 NO2的速率和逆反应生成 O2的速率相等 B反应容器中压强不变 C混合气体颜色深浅保持不变 D混合气体的平均相对分子质量不随时间变化而变化 A 【解析】该反应是一个反应前后气体物质的量不相等的反应，因此混合气体的 平均相对分子质量、压强以及颜色保持不变，即说明达到平衡。A 中表示的速 率虽然方向相反， 但
11、速率之比不等于化学计量数之比， 即应该是正反应生成 NO2 的速率和逆反应生成 O2的速率的 2 倍相等，故 A 错。 3下列描述的化学反应状态，不一定是平衡状态的是( ) AH2(g)Br2(g)2HBr(g)，恒温、恒容下，反应体系中气体的颜色保持不 变 B2NO2(g)N2O4(g)，恒温、恒容下，反应体系中气体的压强保持不变 CCaCO3(s) 高温 CO2(g)CaO(s)，恒温、恒容下，反应体系中气体的密度保 持不变 DN2(g)3H2(g)2NH3(g)，反应体系中 H2与 N2的物质的量之比保持 13 D 【解析】恒温、恒容下，反应体系中气体的颜色保持不变，说明溴单质的浓度 不
12、再变化，达到了平衡状态，A 错；2NO2(g)N2O4(g)是反应前后气体化学计 量数和变化的反应，当恒温、恒容下，反应体系中气体的压强保持不变，达到 了平衡状态，B 错；CaCO3(s)CO2(g)CaO(s)，恒温、恒容下，反应体系中 气体的密度等于气体质量和体积的比值，质量变化，体积不变，所以密度变化， 当气体密度保持不变的状态是平衡状态，C 错；N2(g)3H2(g)2NH3(g)反应 体系中 H2与 N2的物质的量之比保持 13，不能证明正逆反应速率相等，不一 定是平衡状态，D 对。 利用利用“变量变量”与与“不变量不变量”来判断化学平衡状态来判断化学平衡状态 (1)选变量 选定反应
13、中“变量”，即随反应进行而变化的量，当变量不再变化时，反应已达 平衡状态。 【题后反思题后反思】 (2)常见的变量 气体的颜色；对于气体体积有变化的反应来说，恒压反应时的体积、恒容 反应时的压强；对于反应体系中全部为气体，且气体物质的量有变化的反应 来说，混合气体的平均相对分子质量；对于反应体系中不全部为气体的反应 来说，恒容时混合气体的密度等。 (3)在利用M、n(总)、p(总)判断时要注意反应特点和容器的体积变化问题。 二二、平衡转化率的有关计算平衡转化率的有关计算 典例导航 典例：在一定温度下，发生反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)，起始时，充入 的 N2和 H2的物质的量分别是
14、 3.0 mol 和 6.0 mol， 平衡时生成 NH3的物质的量 是 2.4 mol。已知容器的容积为 5.0 L，试求： (1)H2的转化率是_。 (2)平衡时混合气体中 N2的体积分数是_(保留一位小数)。 60% 27.3% 【解析】N2(g) 3H2(g) 2NH3(g) 起始 3.0 mol 6.0 mol 0 mol 转化 1.2 mol 3.6 mol 2.4 mol 平衡 1.8 mol 2.4 mol 2.4 mol (1)H2的转化率3.6 mol 6.0 mol 100%60%。 (2)N2的体积分数 1.8 mol （1.82.42.4）mol 100%27.3%。
15、 核心突破 “三段式三段式”突破平衡转化率计算模型突破平衡转化率计算模型 mA(g)nB(g)pC(g)qD(g) 起始/mol a b 0 0 转化/mol mx nx px qx 平衡/mol amx bnx px qx 1转化率：(A)mx a 100%，(B)nx b 100%。 2气体体积分数(物质的量分数) (A) amx abpxqxmxnx100%， (D) qx abpxqxmxnx100%。 对点练习 4在 10 L 密闭容器中，1 mol A 和 3 mol B 在一定条件下反应：A(g) xB(g)2C(g)，2 min 后反应达到平衡时，测得混合气体共 3.4 mol
16、，生成 0.4 mol C，则下列计算结果正确的是( ) A平衡时，物质的量之比 n(A)n(B)n(C)2114 Bx 值等于 3 CA 的转化率为 20% DB 的平均反应速率为 0.4 mol L 1min1 C 则 0.8 mol(30.2x)mol0.4 mol3.4 mol，解得 x4，B 错；平衡时，物质的 量之比为 0.8(30.8)0.44112，A 错；A 的转化率为0.2 mol 1 mol 100% 20%，C 正确；v(B)0.8 mol 10 L 2 min0.04 mol L 1 min1，D 错。 【解析】 5在容积可变的密闭容器中，2 mol N2和 8 mo
17、l H2在一定条件下发生反应， 达到平衡时，H2的转化率为 25%，则平衡时氮气的体积分数接近于( ) A5% B10% C15% D20% C 【解析】达到平衡时，H2转化的物质的量为8 mol25%2 mol。在一定条 件下，N2与H2发生反应： 同温同压下，气体的体积比等于其物质的量之比，故平衡时氮气的体积分数为 4 3mol 4 3mol6 mol 4 3mol 100%15%。 1下列反应中，不属于可逆反应的是( ) A2NO2=N2O4与 N2O4=2NO2 BH2I2= 2HI 与 2HI= H2I2 CCO2H2O=H2CO3与 H2CO3=CO2H2O DCaOCO2=CaC
18、O3与 CaCO3= 高温 CaOCO2 当堂检测当堂检测 D 2一定温度下，在恒容密闭容器中发生反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)。当 SO2、O2、SO3的浓度不再变化时，下列说法正确的是( ) A该反应已达化学平衡状态 B正、逆反应速率相等且等于零 CSO2和 O2全部转化为 SO3 DSO2、O2、SO3的浓度一定相等 A 3可以证明可逆反应 N2(g)3H2(g) 高温、高压 2NH3(g)已达到平衡状态的是 ( ) 6 个 NH 键形成的同时，有 3 个 HH 键断裂 3 个 HH 键断裂的同时，有 6 个 NH 键断裂 其他条件不变时，混合气体平均相对分子质量不再改变
19、保持其他条件不变时，体系压强不再改变 NH3、N2、H2的百分含量都不再改变 恒温恒容时，气体密度保持不变 正反应速率 v(H2)0.6 mol L 1 min1，逆反应速率 v(NH3)0.4 mol L1 min 1 A全部 B C D 【答案】C 【解析】无论是否达到平衡状态，有6个NH键形成的同时，一定有3个H H键断裂，所以不能证明该反应达到平衡状态，错误；3个HH键断裂的 同时有6个NH键断裂，说明正反应速率等于逆反应速率，所以能说明该反 应达到平衡状态，正确；该反应是气体分子数减小的反应，因气体混合物 的质量不变，所以其他条件不变时，混合气体的平均相对分子质量不再改变， 说明气体
20、总物质的量不变，能说明该反应达到平衡状态，正确；该反应是 气体分子数减小的反应，保持其他条件不变时，体系压强不再改变，说明气 体物质的量不再改变，能说明该反应达到平衡状态，正确；反应达到平衡 状态时，各物质的百分含量不变，所以NH3、N2、H2的百分含量都不再改变 能说明该反应达到平衡状态，正确；恒温恒容时，气体的总质量不变，体 积不变，气体的密度始终不变，所以气体密度保持不变不能说明该反应达到 平衡状态，错误；v正(H2)表示消耗H2的速率，v逆(NH3)表示消耗NH3的速 率，v正(H2)v逆(NH3)32，说明正、逆反应速率相等，能说明该反应达 到平衡状态，正确；综上所述，符合题意。 4
21、下列关于提高燃料燃烧效率的说法，不正确的是( ) A空气量越多越好 B应通入适量的空气 C固体燃料燃烧前最好粉碎 D液体燃料燃烧时可以以雾状喷出 A 【解析】燃料充分燃烧，把固体粉碎或液体雾化都是为了增大与空气的接触面 积有利于充分燃烧，而空气的量要适当，因空气量过多，会带走一部分热量。 5在 2 L 密闭容器中充入 1 mol N2和 3 mol H2，一定条件下发生反应，2 min 后 达到平衡状态。相同温度下，测得平衡时混合气体的压强比反应前混合气体的压 强减小了 1 10。 请据此填空： (1)平衡时混合气体中三种气体的物质的量之比为_。 (2)N2的转化率为_。 (3)2 min 内，NH3的平均反应速率为_。 0.1 mol L1 min1 261 20% 【解析】根据反应前后混合气体的压强之比等于其物质的量之比，可得平衡时 混合气体的物质的量减少了 4 mol 1 10 0.4 mol。由化学方程式 N2 3H2 高温、高压 催化剂 2NH3可知，生成的氨气的物质的量为 0.4 mol。 (1)平衡时混合气体中三种气体的物质的量之比为 0.8 mol2.4 mol0.4 mol261。 (2)N2的转化率为0.2 mol 1 mol 100%20%。 (3)2 min 内，NH3的平均反应速率为 0.4 mol 2 L 2 min0.1 mol L 1 min1。