化学反应限度.ppt

3 3 化学反应的速率和限度化学反应的速率和限度第二课时 化学反应的限度 思考：思考：我我们知道在化学反知道在化学反应中，反中，反应物之物之间是按照化学方程式中的系数比是按照化学方程式中的系数比进行反行反应的，那么，在的，那么，在实际反反应中，中，反反应物能否按相物能否按相应的的计量关系完全量关系完全转化化为生成物呢？生成物呢？高炉高炉炼铁 的主要反的主要反应是是:2C(焦炭焦炭)+O2(空气空气)CO（放出（放出热量）量）Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2炼制制吨吨生生铁所所需需焦焦炭炭的的实际用用量量远高高于于按按照照化化学学方方程程式式计算算所所需需的的量量，且且从从高高炉炉中中出出来来的的气气体体中中含含有有没没有有利利用用的的CO气气体体，开开始始，炼铁工工程程师们认为是是CO与与铁矿石石接接触触不不充充分分之之故故，于于是是设法法增增加加高高炉炉的的高高度度，然然而而高高炉炉增增高高后后，高高炉炉尾尾气气中中的的CO比比例例竟竟没没有有改改变，这是什么原因呢？是什么原因呢？炼铁高炉尾气之谜炼铁高炉尾气之谜1、可逆反应在同一条件下在同一条件下,既向正反既向正反应方向方向进行行,同同时又又向逆反向逆反应方向方向进行的反行的反应，称作可逆反，称作可逆反应。H2 +I2 2HI 正反应正反应逆反应逆反应典型的可逆反应有典型的可逆反应有:2SO2+O2 2SO3催化剂催化剂高温高温N2+3H2 2NH3催化剂催化剂高温高压高温高压 SO2+H2O H2SO3NH3+H2O NH3 H2O 观察下列数据，思考：观察下列数据，思考：与不可逆反应比较，可逆反应有什么特点？通过表中数与不可逆反应比较，可逆反应有什么特点？通过表中数据，你能发现什么？据，你能发现什么？表表1：反应反应 中，中，0.040.1 0.140.21.2反应结束后反应结束后SO2物质的量物质的量10010510.5n(O2)/mol22222n(SO2)/mol2SO2+O2 2SO3 催化剂催化剂 表表2：反应反应 中，中，00 001反应结束后反应结束后CO物质的量物质的量10010510.5n(O2)/mol22222n(CO)/mol2CO+O2=2CO2点燃点燃 观察下列数据表，思考：观察下列数据表，思考：反应反应进行到什么时候进行到什么时候“停止停止”了？说明你的理由。了？说明你的理由。2SO2+O2 2SO3 催化剂催化剂 时间时间 （min)物质的量物质的量浓度浓度(mol/L)010203040506070SO210753.52111O253.52.51.7510.50.50.5SO30356.58999例：在一固定容例：在一固定容积的密的密闭容器里，加容器里，加1molN2和和3molH2(合适催化合适催化剂)，将，将发生反生反应：可逆反应的特点：可逆反应的特点：起始：起始：1mol3mol0mol1mol3mol0mol转化：化：amolbmolcmolamolbmolcmol（a a、b b、c c均大于零）均大于零）终态：1-amol3-bmolcmol1-amol3-bmolcmol在反在反应刚开始的开始的瞬瞬间，有什么特征？，有什么特征？（1）开始）开始时c(N2)、c(H2)最大，最大，c(NH3)=0N N2 2+H+H2 2NHNH3 3，只有正反只有正反应，v(正正)=最大最大v v(逆逆)=0)=0瞬瞬间过后后有什么特征？有什么特征？N N22+H+H2 2NHNH3 3,正逆反正逆反应都都进行，行，v(v(逆逆)0)0，v(v(正正)v()v(逆逆)总体上仍表体上仍表现为逐逐渐在生成在生成NHNH3 3。（2）瞬瞬间后后c(Nc(N2 2)、c(Hc(H2 2)变小小,c(NH,c(NH3 3)0)0一定一定时间段内段内有什么特征？有什么特征？（3）c(N N2 2)、c(H H2 2)逐逐渐变小，所以小，所以v(正正)逐逐渐减小减小,c(NHNH3 3)逐逐渐增大，所以增大，所以v(逆逆)逐逐渐增大。但是增大。但是v(正正)仍大于仍大于v(逆逆)，总体上仍表体上仍表现为逐逐渐在生成在生成NHNH3 3。一定时间段后一定时间段后将出现什么情况？将出现什么情况？（4）v(正正)=v(逆逆)0即：各种物即：各种物质，如（，如（N N2 2，其它同理），其它同理）单位位时间内消耗的内消耗的N N2 2(正正)与生成的与生成的N N2 2(逆逆)一一样多多三种物三种物质的的浓度达到一个度达到一个特定特定值。它。它们的量不再随的量不再随时间的改的改变而改而改变，达到，达到限度限度，宏，宏观上不再上不再转化，表象化，表象反反应停止，但微停止，但微观上并没有。上并没有。时间（时间（t）反反应应速速率率0v(正正)v(逆逆)t1v(正正)=v(逆逆)化学平衡状态化学平衡状态不平衡状态不平衡状态化学平衡建立的化学平衡建立的过程程2 2 化学平衡状态化学平衡状态（1 1）定定义：在：在一定条件下的一定条件下的可逆反可逆反应，当正反，当正反应速率速率和逆反和逆反应速率速率相等相等时，各，各组分的分的浓度保持度保持不不变（不能（不能理解理解为相等或成一定比例）相等或成一定比例），这种状种状态称称为化学平衡化学平衡状状态，简称化学平衡。称化学平衡。前提（适用范前提（适用范围）：可逆反）：可逆反应实质：v(正正)=v(逆逆)0外在外在标志：反志：反应混合物中各混合物中各组分分 的的浓度保持不度保持不变定定义的的理理解解（2 2）化学平衡状态的特征）化学平衡状态的特征 等：等：平衡平衡时v v(正正)=)=v v(逆逆)定：定：达到平衡状达到平衡状态时，反反应混合物中各混合物中各组分的分的 浓度保持一定，各度保持一定，各组分的含量保持不分的含量保持不变。变：条件改条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡。立新的平衡。动：化学平衡是一个化学平衡是一个动态平衡（平衡（v(正正)=v(逆逆)0）逆逆：建立化学平衡的反：建立化学平衡的反应是可逆反是可逆反应练习练习1、可逆反、可逆反应达到平衡的重要特征（）达到平衡的重要特征（）A.反反应停止了停止了B.正、逆反正、逆反应速率都速率都为零零C.反反应物和生成物的物和生成物的浓度相等度相等D.正、逆反正、逆反应的速率相等的速率相等2、对于可逆反于可逆反应MN Q达到平衡状达到平衡状态时，下，下列列说法正确的是（法正确的是（）A.M、N、Q三种物三种物质的的浓度一定相等度一定相等B.M、N全部全部变成了成了QC.M、N、Q的的浓度都保持不度都保持不变D.反反应已已经停止停止DC（3）化学平衡状态的判定）化学平衡状态的判定 N2+3H2 2NH3 从平衡的本从平衡的本质（V(正正)=V(逆逆)）判定）判定 a、从同一物、从同一物质的正、逆反的正、逆反应速率来判断速率来判断b、从不同种物、从不同种物质的正、逆反的正、逆反应速率来判断速率来判断c、从断、从断键和成和成键的速率来判断的速率来判断从从组分含量来判断分含量来判断 化学反化学反应平衡的外在平衡的外在标志是反志是反应混合物中各混合物中各组分的分的浓度保持不度保持不变，所以各，所以各组分的分的质量、物量、物质的量、的量、质量分数、量分数、对气体而言的体气体而言的体积分数等与分数等与浓度呈正比度呈正比的量只要保持不的量只要保持不变，那么反，那么反应就就处于化学平衡状于化学平衡状态。注意：注意：1、方向、方向 2、量、量如何理解如何理解V(V(正正)V(V(逆逆)?)?例：例：对于在一定条件下的可逆反应：对于在一定条件下的可逆反应：判断以下哪些叙述说明判断以下哪些叙述说明V(V(正正)V(V(逆逆)？（1 1）单位时间内，消耗）单位时间内，消耗1molN1molN2 2，同时生成，同时生成1molN1molN2 2（2 2）单位时间内，消耗）单位时间内，消耗3molH3molH2 2，同时消耗，同时消耗2molNH2molNH3 3（3 3）单位时间内，生成）单位时间内，生成1molN1molN2 2，同时有，同时有2molNH2molNH3 3生成生成（4 4）单位时间内，消耗）单位时间内，消耗1molN1molN2 2，同时有，同时有2molNH2molNH3 3生成生成N2+3H2 2NH3X同同侧异向，异异向，异侧同向，比列同向，比列计算算练习练习2、下列、下列说法可以法可以证明反明反应N2+3H2 2NH3已达已达平衡状平衡状态的是的是()A.1个个NN键断裂的同断裂的同时,有有3个个HH键形成形成B.1个个NN键断裂的同断裂的同时,有有3个个HH键断裂断裂C.1个个NN键断裂的同断裂的同时,有有6个个NH键断裂断裂D.1个个NN键断裂的同断裂的同时,有有6个个NH键形成形成1、下列各关系式中能、下列各关系式中能说明反明反应N2+3H2 2NH3已已达平衡状达平衡状态的是（的是（）A、3V正（正（N2）=V正（正（H2）B、V正（正（N2）=V逆（逆（NH3）C、2V正（正（H2）=3V逆（逆（NH3）D、V正（正（N2）=3V逆（逆（H2）CA、C3.3.下列方法可以证明下列方法可以证明 H H2 2(g)+I(g)+I2 2(g)2HI(g),(g)2HI(g),已达平已达平衡状态的是衡状态的是_ A A、单位时间内生成、单位时间内生成 n molH n molH2 2的同时，生成的同时，生成2n molHI 2n molHI B B、一个、一个H HH H键断裂的同时有两个键断裂的同时有两个 H HI I键断裂键断裂 C.H C.H2 2的百分含量与的百分含量与I I2 2的百分含量相等的百分含量相等 D.H D.H2 2 I I2 2 HI HI的反应速率之比为的反应速率之比为1:1:21:1:2 E.c(H E.c(H2 2):c(I):c(I2 2):c(HI)=2:2:1 ):c(HI)=2:2:1 F.F.温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化 G.G.温度和体积一定时，容器内压强不再变化温度和体积一定时，容器内压强不再变化 I.I.温度和体积一定时，混合气体颜色不再变化温度和体积一定时，混合气体颜色不再变化 ABFI在判断一个化学反在判断一个化学反应是否是否处于平于平衡状衡状态时，立足化学平衡状，立足化学平衡状态时正反正反应速率和逆反速率和逆反应速率相等和各速率相等和各组分的分的浓度不度不变这两个特征，只要两个特征，只要满足足变量量不不变的条件，就的条件，就说明反明反应处于平衡状于平衡状态。化学反应的限度化学反应的限度（1 1）、定）、定义：在：在给定条件下，化学反定条件下，化学反应所能达所能达到的或完成的的程度，即到的或完成的的程度，即该反反应的的限度。的的限度。（2 2）、影响化学反）、影响化学反应限度的条件限度的条件 化学反化学反应的限度首先决定于反的限度首先决定于反应物的化学性物的化学性质，其次其次还受温度、受温度、浓度、度、压强等条件的影响。等条件的影响。这在我在我们以后的以后的选修教材修教材化学反化学反应原理中原理中学学习。换句句话说，化学反，化学反应的限度就是指一个反的限度就是指一个反应达达到化学平衡状到化学平衡状态时各各组分所能达到最大分所能达到最大转化率化率时的的程度。程度。定定向向爆爆破破从前面的定向爆破从前面的定向爆破录像中，你可像中，你可以得到什么启示？以得到什么启示？对应用于特定用于特定环境及特殊需要的境及特殊需要的化学反化学反应，则要要对反反应条件条件进行行特殊控制特殊控制四、化学反四、化学反应的条件控制的条件控制抑制有害的抑制有害的化学反应化学反应促进有利的促进有利的化学反应化学反应增大反应速率增大反应速率提高反应完成程度提高反应完成程度降低反应速率降低反应速率隔离引发反应的物质隔离引发反应的物质控制化学反应条件的意义控制化学反应条件的意义现在，假设你是一名工程师，你要使到你工厂的现在，假设你是一名工程师，你要使到你工厂的煤尽可能的完全燃烧，提高煤的燃烧效率，你认为应煤尽可能的完全燃烧，提高煤的燃烧效率，你认为应该从哪些方面进行分析？该从哪些方面进行分析？v煤的状态与燃烧的速率有何关系？与煤的充分燃煤的状态与燃烧的速率有何关系？与煤的充分燃烧有何关系？烧有何关系？v空气的用量对煤的充分燃烧有什么影响？原因是空气的用量对煤的充分燃烧有什么影响？原因是什么？什么？v应选用什么样的炉膛材料？应选用什么样的炉膛材料？v如何充分利用煤燃烧后的废气中的热量？如何充分利用煤燃烧后的废气中的热量？