6.2.2化學(xué)反應(yīng)的限度與控制(課件)高一化學(xué)思維課堂(人教版2019)_第1頁
6.2.2化學(xué)反應(yīng)的限度與控制(課件)高一化學(xué)思維課堂(人教版2019)_第2頁
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文檔簡介

第六章

化學(xué)反應(yīng)與能量第二節(jié)

化學(xué)反應(yīng)的速率與限度課時2化學(xué)反應(yīng)的限度學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解可逆反應(yīng);2.理解化學(xué)平衡狀態(tài)和學(xué)會平衡狀態(tài)的判斷;3.了解控制反應(yīng)條件在生產(chǎn)生活和科學(xué)研究中的作用。情景導(dǎo)學(xué)煉鐵高爐尾氣之謎開始,煉鐵工程師們認(rèn)為是CO與鐵礦石接觸不充分造成的,于是設(shè)法增加高爐的高度。然而,令人吃驚的是,高爐增高后,高爐尾氣中的CO比例竟然沒有改變。高爐煉鐵原理:

煉制1t生鐵所需要的焦炭的實際用量,遠(yuǎn)高于按照化學(xué)方程式計算所需用量,從高爐爐頂出來的氣體中總是含有未利用的CO氣體。

C+O2

CO2點燃C+CO22CO高溫Fe2O3+3CO2Fe+3CO2高溫思考討論思考:我們知道在化學(xué)反應(yīng)中,反應(yīng)物之間是按照化學(xué)方程式中的系數(shù)比進(jìn)行反應(yīng)的,那么,在實際反應(yīng)中,反應(yīng)物能否按相應(yīng)的計量關(guān)系完全轉(zhuǎn)化為生成物呢?

①2H2+O2=2H2O

已知:2mol1mol

②2SO2+O2

?2SO3

已知:2mol1mol

2mol?<2mol?

由上可知可逆反應(yīng)進(jìn)行得不完全,正、逆向反應(yīng)同時同條件進(jìn)行?;瘜W(xué)反應(yīng)物不可能全部轉(zhuǎn)化為生成物,存在一定的化學(xué)反應(yīng)限度??赡娣磻?yīng)

在相同條件下能向正反應(yīng)方向進(jìn)行同時又能向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的反應(yīng)稱為可逆反應(yīng)。同一條件下表示方法:書寫可逆反應(yīng)的化學(xué)方程式時不用“===”而用“”。2.14CO2+CCO,達(dá)到化學(xué)平衡后,平衡混合物中含14C的粒子有

。N2+3H22NH3催化劑高溫高壓2SO2+O22SO3催化劑高溫Cd+2NiO(OH)+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2放電充電2H2O2H2↑+O2↑電解點燃14CO2、14C、14CO1.以下幾個反應(yīng)是否是可逆反應(yīng)?為什么?一、化學(xué)反應(yīng)的限度思考與討論0102030405060SO21.000.700.500.380.300.300.30O20.500.350.250.190.150.150.15SO300.300.500.620.700.700.70t/minc/mol·L-1請用濃度-時間圖像來表示此變化過程。某溫度和壓強下的密閉容器中,發(fā)生

2SO2+O2

?

2SO3c/mol·L-1t/min1.00.5040SO2O2SO3從濃度對反應(yīng)速率的影響入手,分析正、逆反應(yīng)速率(某同一物質(zhì),如SO2)隨時間是如何變化的?用速率-時間圖象來表示此變化過程。v

(mol/L·min)t/min40v正v逆對于此濃度-時間圖像,為何40min后3種物質(zhì)的濃度保持不變?是反應(yīng)是否停止了嗎?

v正=v逆≠0一、化學(xué)反應(yīng)的限度思考與討論

v表觀=v正–

v逆

v表觀=02SO2+O2

?

2SO3化學(xué)平衡的建立過程正逆反應(yīng)都進(jìn)行,v(逆)≠0,v(正)>v(逆)

c(SO2)、c(O2

)逐漸減小,v(正)逐漸減小,c(SO3)逐漸增大,v(逆)逐漸增大反應(yīng)過程中c(SO2)、c(O2)最大,→v(正)最大,c(SO3)=0→v(逆)=0開始時反應(yīng)速率時間(t)0v(正)v(逆)v(正)=v(逆)平衡狀態(tài)t1反應(yīng)結(jié)束時t1

動態(tài)平衡在容積為2L的密閉容器中放入12molNH3,進(jìn)行反應(yīng)

N2(g)

+3H2(g)

2NH3(g),測得當(dāng)NH3的物質(zhì)的量減到8mol時,將不再減小,畫出表示此變化過程的速率-時間圖象及濃度-時間圖象。課堂練習(xí)催化劑v/mol·L-1·min-1t/min0v(逆)v(正)t0t/minc/mol·L-12460NH3H2N2t0反應(yīng)物濃度最大生成物濃度為0

v正最大v逆為0反應(yīng)開始反應(yīng)過程達(dá)到平衡反應(yīng)物濃度減小生成物濃度增大各物質(zhì)的濃度不再改變

v正逐漸減小v逆逐漸增大

v正=

v逆≠0生成物

時間濃度O··反應(yīng)物

時間速率O正反應(yīng)逆反應(yīng)化學(xué)平衡狀態(tài)1.定義:在一定條件下,可逆反應(yīng)中,當(dāng)正、逆兩個方向的反應(yīng)速率相等時,反應(yīng)物的濃度和生成物的濃度都不在改變。達(dá)到了一種表面靜止的狀態(tài),我們稱之為“化學(xué)平衡狀態(tài)”??赡娣磻?yīng)ν(正)=ν(逆)逆等動≠02.特征動態(tài)平衡定各組分的濃度保持不變變條件改變,原平衡被破壞,在新的條件下建立新的平衡時間tV正V逆V正=V逆反應(yīng)速率達(dá)到平衡0t1判斷可逆反應(yīng)是否達(dá)到平衡的直接標(biāo)志。(1)1molN2和3molH2在一定條件下可完全生成2molNH3(

)(2)在一定條件下,一個可逆反應(yīng)達(dá)到的平衡狀態(tài)就是該反應(yīng)所能達(dá)到的最大限度(

)(3)化學(xué)反應(yīng)在一定條件下建立平衡狀態(tài)時,化學(xué)反應(yīng)將會停止(

)(4)一定條件,可以通過延長化學(xué)反應(yīng)的時間來改變反應(yīng)物的最大轉(zhuǎn)化率(

)(5)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時,各反應(yīng)物、生成物的濃度相等(

)(6)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時正、逆反應(yīng)速率相等,是指同一物質(zhì)的消耗速率和生成速率相等,若用不同物質(zhì)表示時,反應(yīng)速率不一定相等(

)化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷(1)直接標(biāo)志:

①正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率

可為同一物質(zhì),也可為不同物質(zhì)(其比值不一定為1)②各組分的量不隨時間改變而改變濃度或含量(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù))化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷直接依據(jù):①由化學(xué)平衡本質(zhì)

v正

=

v逆

,即v生成

=

v消耗,方向相反相同t內(nèi),生成2molSO3

同時消耗1molO22SO2

+O2

2SO3催化劑相同t內(nèi),生成2molSO2

同時消耗2molSO2X相同物質(zhì)看正逆、不同物質(zhì)成比例N2+3H22NH31molN≡N鍵斷裂的同時,有6molN-H鍵斷裂1molN≡N鍵斷裂的同時,有6molN-H鍵形成XN2的消耗速率與N2的生成速率

N2的消耗速率與NH3的

速率之比等于———H2的生成速率與NH3的

速率之比等于———相等消耗1:23:2生成達(dá)到平衡的標(biāo)志是:v(H2):

v(N2)=3:1可否判斷反應(yīng)達(dá)平衡?不可以?。?!因為任何時刻速率比都等于系數(shù)比化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷【小結(jié)】對于不同類型的可逆反應(yīng),某一物理量不變是否可作為平衡已到達(dá)的標(biāo)志,取決于該物理量在平衡到達(dá)前后(反應(yīng)過程中)是否發(fā)生變化,若是,則可以作為依據(jù);否則,不行。(2)間接標(biāo)志:

a.各物質(zhì)的物質(zhì)的量不隨時間改變而改變

b.體系的壓強不隨時間改變而改變

c.氣體的顏色不隨時間改變而改變

d.氣體的密度或平均相對分子質(zhì)量不隨時間改變而改變平均摩爾質(zhì)量mA(s)

nB(g)+pC(g)+qD(g)2SO2+O2

2SO3C

(s)+H2O(g)CO(g)+H2

(g)I2+H22HIM=m總n總CaC2O4(s)CaO(s)+CO2(g)+CO(g)思考:反應(yīng)前后氣體m、n、P、M變不變不變變變變不變不變不變不變變A(s)+2B(g)C(g)+D(g)變變變變不變不變變變變變不變a.對于純氣體參加的可逆反應(yīng)mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)b.對于非純氣體參加的可逆反應(yīng)mA(s)+nB(g)pC(g)+qD(g)c.對于僅固體作反應(yīng)物的可逆反應(yīng)①當(dāng)m+n≠p+q時

②當(dāng)m+n=p+q時

①當(dāng)m+n≠p+q時

②當(dāng)m+n=p+q時

化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷標(biāo)志(1)速率:ν正=ν逆①同一物質(zhì):ν生成(A)

=ν消耗(A)直接標(biāo)志(2)各組分的濃度保持不變間接標(biāo)志——各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)不隨時間的改變而改變。②不同物質(zhì),v正(A):v逆(B)

=化學(xué)計量數(shù)之比

(根據(jù)具體情況分析)以mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)為例a.對于純氣體參加的可逆反應(yīng)平衡不一定平衡壓強①m+n≠p+q時,總壓強一定(其他條件一定)②m+n=p+q時,總壓強一定(其他條件一定)壓強P\平均摩爾質(zhì)量M\密度ρ\溫度T混合氣體平均摩爾質(zhì)量①當(dāng)m+n≠p+q時

,

一定時溫度當(dāng)體系溫度一定時平衡顏色反應(yīng)體系內(nèi)有色物質(zhì)的顏色一定平衡體系密度不一定平衡恒溫恒壓時,m+n≠p+q,則密度一定時平衡②當(dāng)m+n=p+q時

,

一定時平衡不一定平衡恒溫恒容時,密度一定間接依據(jù):以mA(s)+nB(g)pC(g)+qD(g)為例不一定平衡壓強①n≠p+q時,總壓強一定(其他條件一定)平衡②n=p+q時,總壓強一定(其他條件一定)平衡平衡恒溫恒容時,密度一定平衡混合氣體平均摩爾質(zhì)量①一定時,只有當(dāng)n≠p+q時②一定時,但n=p+q時體系密度b.對于非純氣體參加的可逆反應(yīng)以mA(s)+nB(g)pC(g)+qD(g)為例1.在一定溫度下,向aL密閉容器中加入1molX氣體和2molY氣體,發(fā)生如下反應(yīng):X(g)+2Y(g)

2

Z(g),不能作為反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)標(biāo)志的是()

A.單位時間內(nèi)生成和消耗的X的物質(zhì)的量相等B.容器內(nèi)各物質(zhì)的濃度不隨時間變化C.容器內(nèi)X、Y、Z的濃度之比為1∶2∶2D.單位時間消耗0.1molX的同時消耗0.2molZC反應(yīng)物和生成物的濃度都不再改變(注意不是相等)2.某密閉容器中有反應(yīng)2NO22NO+O2

,達(dá)到平衡的是()A、單位時間內(nèi)生成nmolO2同時生成2nmolNO2B、單位時間內(nèi)生成nmolO2同時生成2nmolNOC、c(NO2):c(NO):c(CO2)=2:2:1D、混合氣體的顏色不再改變E、混合氣體的密度不再改變F、混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變H、混合氣體個組分的體積分?jǐn)?shù)不再改變ADEFHM=m總n總ρ=m總V比值不行NO2紅棕色以下情況可作為反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志的是①反應(yīng)混合物中各氣體的體積分?jǐn)?shù)②混合氣體的顏色不再改變③混合氣體的密度不再改變④混合氣體的壓強不再改變反應(yīng)1:反應(yīng)2:3.在兩個恒容密閉容器中進(jìn)行如下兩個反應(yīng)反應(yīng)1:2NO(g)+O2(g)2NO2(g)(NO2紅棕色)反應(yīng)2:H2(g)+I2(g)2HI(g)(I2紫色)⑤混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變①②④⑤①②4.在一恒容密閉容器中,發(fā)生反應(yīng):2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)下列說法能夠證明上述反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)的是:

。①各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度不再改變②SO2、O2、SO3的濃度之比為2:1:2③SO2的轉(zhuǎn)化率不再改變

④SO3的體積分?jǐn)?shù)不再改變⑤混合物的總質(zhì)量不再改變⑥混合氣體的密度不再改變⑦混合物的顏色不再改變⑧混合物的平均摩爾質(zhì)量不再改變⑨絕熱容器中反應(yīng)體系的溫度不再改變⑩恒溫容器中混合氣體的壓強一定①③④⑧⑨⑩公式:公式:其他特別的反應(yīng)類型:A(g)+B(s)?C(g)其他有顏色變化的反應(yīng):

I2(g)+H2(g)?2HI(g)(紫色)公式:公式:PV=nRT(1)速率:ν正=ν逆①同一物質(zhì):ν生成(A)

=ν消耗(A))直接標(biāo)志(2)各組分的濃度保持不變間接標(biāo)志——各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)不隨時間的改變而改變。②不同物質(zhì)v正(A):v逆(B)=化學(xué)計量數(shù)之比

(根據(jù)具體情況分析)判斷標(biāo)志定義特征逆、動、等、定、變化學(xué)平衡狀態(tài)可逆反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)的限度化學(xué)平衡狀態(tài)的建立過程在同一條件下,既能向正反應(yīng)方向,又能向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的反應(yīng)。指在一定條件下的可逆反應(yīng)里,正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等,反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不變的狀態(tài)?;瘜W(xué)反應(yīng)條件的控制化工生產(chǎn)的目標(biāo)有利的化學(xué)反應(yīng)——促進(jìn)提高其反應(yīng)速率提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率,即原料的利用率

有害的化學(xué)反應(yīng)——抑制降低其反應(yīng)速率控制副反應(yīng)的發(fā)生,減少甚至消除有害物質(zhì)的產(chǎn)生這就需要進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)條件的控制總方針:a.調(diào)控反應(yīng)速率;b.調(diào)控可逆反應(yīng)進(jìn)行的程度化學(xué)反應(yīng)條件的控制

化工生產(chǎn)中反應(yīng)條件的調(diào)控:(1)考慮因素:反應(yīng)速率、平衡轉(zhuǎn)化率、______和____________。成本實際可能性(2)實例——合成氨生產(chǎn)條件的選擇:溫度:400~500℃壓強:10~30MPa溫度:a.溫度適當(dāng)?shù)停胶廪D(zhuǎn)化率高,氨的產(chǎn)率高;b.溫度過低,反應(yīng)速率過慢,達(dá)到平衡所需時間長,成本高。壓強:a.壓強大,氨的產(chǎn)率高;b.壓強大,反應(yīng)速率快;c.對動力和生產(chǎn)設(shè)備要求高,成本高。N2+3H2

2NH3(放熱反應(yīng))催化劑催化劑:鐵觸媒催化劑:僅增大反應(yīng)速率,不影響反應(yīng)限度?;瘜W(xué)反應(yīng)條件的控制為提高燃料的燃燒效率,應(yīng)如何調(diào)控燃燒反應(yīng)的條件?

(提示:燃料的狀態(tài)、空氣用量、爐膛材料、尾氣熱能利用等)①要有足夠的空氣或氧氣(濃度)但不可過多(熱量利用);②固體燃料充分粉碎(大的接觸面積);③

溫度達(dá)到燃料的著火點

→燃料充分燃燒的意義a.使有限的能量發(fā)揮最大的作用,節(jié)約能源;b.降低污染程度。④其他:選擇保溫隔熱且耐熱的爐膛材料、尾氣余熱循環(huán)使用等思考與討論教材48頁下列措施可以提高燃料燃燒效率的是(

)①提高燃料的著火點②降低燃料的著火點③將固體燃料粉碎④將液體燃料霧化⑤將煤氣化處理⑥通入足量的空氣A.①③④⑤ B.②③⑤⑥C.③④⑤⑥ D.①②③④解析燃料的著火點不可改變且與燃燒效率無關(guān)。C1.

下列關(guān)于化學(xué)反應(yīng)限度的說法中正確的是(

)A.一個可逆反應(yīng)達(dá)到的平衡狀態(tài),就是這個反應(yīng)在該條件下所能達(dá)到的最大限度B.當(dāng)一可逆反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài),正向反應(yīng)速率和逆向反應(yīng)速率相等,且等于零C.平衡狀態(tài)時,各物質(zhì)的濃度保持互相相等D.化學(xué)反應(yīng)的限度不可以通過改變條件而改變A2.

在恒容容器中發(fā)生

,下列敘述表示該反應(yīng)達(dá)平衡的是()A.

N2、H2、NH3的濃度之比為1∶3∶2B.

混合氣體的密度不隨時間變化C.當(dāng)有1molN≡N鍵斷裂時,有6molN-H鍵斷裂D.單位時間內(nèi)生成2amol

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