高中化学第六章化学反应与能量第二节第3课时化学反应的限度化学反应条件的控制课件新人教版必修第二册 28页

第 3 课时　化学反应的限度　化学反应条件的控制 知识铺垫 新知预习 自主测试 1 . 可逆反应 (1) 定义 : 在同一条件下 , 既能向 正反应 方向进行 , 同时又能向 逆反应 方向进行的化学反应。 (2) 特征 : 反应不能 进行到底 , 或者在一定条件下反应物与生成物 同时存在 。 2 . 二氧化硫与水的反应、二氧化硫与氧气的反应 是 ( 填 “ 是 ” 或 “ 不是 ”) 可逆反应 , 试写出两反应的化学方程式 3 . 可燃物充分燃烧需要具备的两个主要条件 : 温度达到着火点 , 与空气 ( 或 O 2 ) 充分接触 。 知识铺垫 新知预习 自主测试 一、化学反应的限度 1 . 化学平衡状态建立过程 如对于可逆反应 2SO 2 +O 2 2SO 3 , 在一定温度下 , 将 2 mol SO 2 (g) 和 1 mol O 2 (g) 通入一定体积的密闭容器中。其化学平衡建立的过程如图所示。 知识铺垫 新知预习 自主测试 知识铺垫 新知预习 自主测试 2 . 化学平衡状态的定义 对于 可逆 反应 , 如果外界条件 ( 温度 、 浓度 、 压强 等 ) 不发生改变 , 当反应进行到一定程度时 , 正反应速率 与 逆反应速率 相等 , 反应物的 浓度 与生成物的 浓度 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 , 化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到或完成的最大程度 , 即该反应进行的限度。 3 . 化学平衡状态的特征 (1) 等 : v ( 正 ) = v ( 逆 ) ≠ 0 。 (2) 动 : 化学平衡状态是一种 动态 平衡。达到平衡状态时 , 反应并没有停止 , 这时正反应和逆反应都依然在进行。 (3) 定 : 反应物的浓度和生成物的浓度 不再改变 。 (4) 变 : 外界条件 ( 温度 、 浓度 、 压强 等 ) 一旦改变 , 化学平衡状态就会被破坏 , 并在新的条件下建立新的化学平衡。 知识铺垫 新知预习 自主测试 【微思考】 通过改变反应条件 , 是否可以使 2 mol SO 2 (g) 和过量的 O 2 (g) 反应得到 2 mol SO 3 ? 提示 不可以 , 得到的 SO 3 一定少于 2 mol, 因该反应为可逆反应。 知识铺垫 新知预习 自主测试 二、化学反应条件的控制 1 . 目的 促进 有利 的化学反应 , 抑制 有害 的化学反应。 2 . 合成氨工业 (1) 化学理论 : 低 温、 高 压时有利于提高氨的产率。 (2) 工业实际 : ① 温度 —— 温度低 , 反应速率小 , 达到化学平衡所需时间长 , 生产成本高 , 通常选择在 400~500 ℃ 下进行。   ② 压强 —— 压强越大 , 对动力和生产设备的要求越高 , 采用的压强通常为 10~30 MPa 。   知识铺垫 新知预习 自主测试 3 . 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其与空气中 O 2 的 接触面积 , 煤粉燃烧 更充分 , 反应速率更 大 ; 通入适当过量的空气可以使煤粉充分燃烧 , 生成 CO 2 , 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。 知识铺垫 新知预习 自主测试 1 . 判断正误 ( 正确的打“ √ ” , 错误的打“ ×”) (2) 化学反应进行的限度只与化学反应本身有关 , 与外界条件无 关。 ( 　　 ) (3) 在一定条件下 , 向密闭容器中充入 1 mol N 2 和 3 mol H 2 充分反应 , 达到平衡时 N 2 、 H 2 、 NH 3 三者共存。 ( 　　 ) (4) 二次电池的充、放电为可逆反应。 ( 　　 ) (5) 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限度。 ( 　　 ) (6) 化学反应的限度可以通过改变反应条件来改变。 ( 　　 ) 答案 : (1)× 　 (2)× 　 (3) √ 　 (4)× 　 (5) √ 　 (6) √ 知识铺垫 新知预习 自主测试 2 . 可逆反应达到平衡后 , 正反应和逆反应是不是都停止了 ? 答案 : 不是。可逆反应达到平衡后 , 正反应和逆反应都仍在进行 , 只是单位时间内反应物的减少量与生成物的增加量相等 , 各物质浓度不再发生变化 , 达到一种动态平衡变化。 任务 素养脉络 随堂检测 化学平衡状态的判断 问题探究 1 . 上图是高炉炼铁的示意图 , 在炼铁过程中出现了一个困扰许多科学家的科学悬念 , 你知道是什么吗 ? 提示 高炉尾气中始终含有没有利用的 CO 。 任务 素养脉络 随堂检测 2 . 你知道是哪个反应引起了上面的结果吗 ? 提示 C+CO 2 2CO, 因为该反应是一个可逆反应 ; 且在高炉中 Fe 2 O 3 与 CO 反应也不能全部转化为 Fe 和 CO 2 。 任务 素养脉络 随堂检测 知识拓展 化学平衡状态的标志 1 . 直接标志 (1) v ( 正 )= v ( 逆 ) ① 同一种物质的生成速率等于消耗速率 ; ② 在化学方程式同一边的不同物质的生成速率与消耗速率之比等于化学计量数之比 ; ③ 在化学方程式两边的不同物质的生成 ( 或消耗 ) 速率之比等于化学计量数之比。 (2) 各组分的浓度保持一定 ① 各组分的浓度不随时间的改变而改变 ; ② 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。 任务 素养脉络 随堂检测 2 . 间接判断依据 以 m A(g)+ n B(g) p C(g)+ q D(g) 为例 : 任务 素养脉络 随堂检测 任务 素养脉络 随堂检测 素能应用 典例 H 2 (g)+I 2 (g) 2HI(g) 已经达到平衡状态的标志是 　　　　 ( 填序号 ) 。   ① c (H 2 )= c (I 2 )= c (HI) ② c (H 2 ) ∶ c (I 2 ) ∶ c (HI)=1 ∶ 1 ∶ 2 ③ c (H 2 ) ∶ c (I 2 ) ∶ c (HI) 不再变化 ④ 单位时间内生成 n mol H 2 的同时生成 2 n mol HI ⑤ 单位时间内生成 n mol H 2 的同时生成 n mol I 2 ⑥ 反应速率 v (H 2 )= v (I 2 )= v (HI) ⑦ 一个 H—H 键断裂的同时有两个 H—I 键断裂 ⑧ 温度和体积一定时 , 容器内压强不再变化 ⑨ 温度和体积一定时 , 混合气体的颜色不再变化 ⑩ 温度和压强一定时 , 混合气体的密度不再变化 任务 素养脉络 随堂检测 答案 : ③④⑦⑨ 解析 : ① 和 ② 分别体现了化学平衡建立过程中的某一种特定状态 , 这不一定是平衡状态。 ③ 体现了 c (H 2 ) 、 c (I 2 ) 和 c (HI) 都不再变化 , 这是一种平衡状态。 ④ 体现了 v 逆 (H 2 )= v 正 (HI), 即 v ( 正 )= v ( 逆 ), 这是一种平衡状态。 ⑤ 都为逆反应速率 , 未体现 v ( 正 )= v ( 逆 ), 不一定是平衡状态。 ⑥ 未体现 v ( 正 )= v ( 逆 ), 这不一定是平衡状态。 ⑦ 体现了 v ( 正 )= v ( 逆 ), 这是一种平衡状态。 ⑧ 体现的是反应从开始到化学平衡过程中的任意状态 , 这不一定是平衡状态。 ⑨ 体现了 c (I 2 ) 、 c (H 2 ) 和 c (HI) 都不再变化 , 这是一种平衡状态。 ⑩ 体现的是反应从开始到化学平衡过程中的任意状态 , 这不一定是平衡状态。 任务 素养脉络 随堂检测 变式训练 在一个不传热的固定容积的密闭容器中 , 可逆反应 m A(g)+ n B(g) p C(g)+ q D(g), 当 m 、 n 、 p 、 q 为任意整数时 , 反应达到平衡的标志是 ( 　　 ) ① 体系的压强不再改变　 ② 体系的温度不再改变　 ③ 各组分的浓度不再改变　 ④ 各组分的质量分数不再改变 ⑤ 反应速率 v (A) ∶ v (B) ∶ v (C) ∶ v (D)= m ∶ n ∶ p ∶ q 　 ⑥ 单位时间内 m mol A 发生断键反应 , 同时 p mol C 也发生断键反应 A. ③④⑤⑥ B. ②③④⑥ C. ①③⑤ D. ①④⑥ 任务 素养脉络 随堂检测 答案 : B 解析 : 判断化学平衡的根本标志是 v ( 正 )= v ( 逆 ), ⑥ 中 m mol A 断键 , 则同时生成 p mol C, 而 p mol C 也发生断键反应 , 因此对 C 而言 , v ( 正 )= v ( 逆 ), ⑥ 正确 ; 而 ⑤ 中未指明反应速率表示的方向 , 错误 ; 平衡状态的直接标志是各组分的浓度不再改变 , 则各组分的质量分数不再改变 , 说明反应达到平衡状态 , ③④ 正确 ; 平衡状态的间接标志是体系的温度不再改变 , 故 ② 正确 ; 因 ( m+n ) 与 ( p+q ) 的相对大小不确定 , 故 ① 无法确定 , 若 m+n=p+q , 则反应过程中压强始终不变化 , 此情况下无法说明反应是否达到平衡 , 故 ① 错误。因此选 B 项。 任务 素养脉络 随堂检测 任务 素养脉络 随堂检测 1 . 可逆反应达到最大反应限度的本质特征是 ( 　　 ) A. 反应停止了 B. 正、逆反应的速率均为零 C. 正、逆反应都还在继续进行 D. 正、逆反应的速率相等且不为零 答案 : D 解析 : v ( 正 )= v ( 逆 )≠0 是化学平衡的实质 , 也是判断可逆反应达到反应限度 ( 平衡状态 ) 最重要的特征。 任务 素养脉络 随堂检测 2 . 下列各组反应互为可逆反应的是 ( 　　 ) A. 只有 ①② B. 只有 ②③ C. ②③④ D. ①②④ 答案 : B 解析 : ①④ 中两个反应的反应条件不相同 , 不互为可逆反应。 任务 素养脉络 随堂检测 3 . 下列说法不正确的是 ( 　　 ) A. 化石燃料在任何条件下都能充分燃烧 B. 化石燃料在燃烧过程中能产生污染环境的 CO 、 SO 2 等有害气体 C. 直接燃烧煤不如将煤进行深加工后燃烧效果好 D. 固体煤变为气体燃料后 , 能提高燃烧效率 答案 : A 解析 : 化石燃料只有在适当的温度和有足量氧气存在的情况下才能充分燃烧 , 化石燃料不经处理直接燃烧可产生 CO 、 SO 2 等有害气体。化石燃料 ( 煤 ) 经深加工后变为气体燃料 , 不仅能减少燃烧时 SO 2 的排放 , 而且能提高燃烧效率。 任务 素养脉络 随堂检测 4 . 可逆反应 2NO 2 2NO+O 2 在体积固定的密闭容器中进行 , 达到平衡状态的标志是 ( 　　 ) ① 单位时间内生成 n mol O 2 的同时生成 2 n mol NO 2 ② 单位时间内生成 n mol O 2 的同时生成 2 n mol NO ③ 用 NO 2 、 NO 、 O 2 表示的反应速率的比为 2 ∶ 2 ∶ 1 的状态 ④ 混合气体的颜色不再改变的状态 ⑤ 混合气体的密度不再改变的状态 ⑥ 混合气体的压强不再改变的状态 ⑦ 混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 A. ①④⑥⑦ B. ②③⑤⑦ C. ①③④⑤ D. ①②③④⑤⑥⑦ 任务 素养脉络 随堂检测 答案 : A 解析 : ① 中单位时间内生成 n mol O 2 的同时必消耗 2 n mol NO 2 , 与此同时生成 2 n mol NO 2 , 知 v ( 正 )= v ( 逆 ), 所以 ① 能说明反应达到平衡状态 ; ② 所描述的都是指正反应方向的速率 , 无法判断 ; ③ 无论反应达到平衡与否 , 物质对于同一反应方向的反应速率之比等于化学方程式中物质的化学计量数之比 ; ④ 有色气体的颜色不变能够说明反应达到了化学平衡 ; 因容器体积固定 , 混合气体的密度是一个常数 , 所以 ⑤ 不能说明反应达到平衡状态 ; 该反应是一个反应前后气体体积不等的反应 , 容器的体积是固定的 , 所以 ⑥⑦ 均能说明反应达到平衡状态。 任务 素养脉络 随堂检测 5 . 在 200 ℃ 时 , 将 a mol H 2 (g) 和 b mol I 2 (g) 充入到体积为 V L 的密闭容器中 , 发生反应 :I 2 (g)+H 2 (g) 2HI(g) 。 (1) 反应刚开始时 , 由于 c (H 2 )= 　　　　　　 , c (I 2 )= 　　　 。而 c (HI)= 　　　 , 所以化学反应速率 　　　 最大 , 而 　　　　 最小 ( 为 0) 。   (2) 随着反应的进行 , 反应混合物中各组分浓度的变化趋势为 c (H 2 ) 　　　　 , c (I 2 ) 　　　　 , 而 c (HI) 　　　 , 从而化学反应速率 v ( 正 ) 　　　　 , 而 v ( 逆 ) 　　　 。   (3) 当反应进行到 v ( 正 ) 与 v ( 逆 ) 　　　 时 , 此可逆反应达到了最大限度。若保持外界条件不变时 , 混合物中各组分的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数、反应物的转化率和生成物的产率都将 　　　　 。   任务 素养脉络 随堂检测 (2) 减小　减小　增大　减小　增大　 (3) 相等　保持不变 解析 : 本题主要考查化学平衡建立的过程 , 开始时 , c (H 2 ) 和 c (I 2 ) 为最大值 , 正反应速率最大 , 由于此时没有 HI, 逆反应速率最小 , 为 0, 随着反应的进行 , c (H 2 ) 和 c (I 2 ) 越来越小 , 正反应速率越来越小 , 逆反应速率逐渐变大 , 直到平衡 , v ( 正 )= v ( 逆 ) 。