高中化学第二节 化学反应的速率与限度教课内容ppt课件

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①2H2 + O2 2H2O
思考：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系数比进行反应的，那么，在实际反应中，反应物能否按相应的计量关系完全转化为生成物呢？
已知：2ml 1ml
② 2SO2 + O2 2SO3
已知：2ml 1ml
由上可知可逆反应进行得不完全，正、逆向反应同时同条件进行。化学反应物不可能全部转化为生成物，存在一定的化学反应限度。其实任何化学反应的进程都有一定的限度（可逆性），反应物不可能完全参加了反应，有些能进行地较彻底（非可逆反应），有些反应是不彻底的，甚至是可逆的（可逆反应）。
水的生成与电解，二次电池的放电与充电，CO2和H2O在植物体中通过光合作用合成糖与糖在人体内氧化生成CO2和H2O，它们是否属于“可逆反应”？
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。
【例1】对于可逆反应2SO2+O2 2SO3，在混合气体中充入一定量的18O2足够长时间后，18O原子（ ）A、只存在于O2中B、只存在于O2和SO3中C、只存在于SO2和O2中D、存在于SO2、O2和SO3
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。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？
原料利用率的高低问题就涉及到化学反应进行的程度问题——化学平衡。
【思考】 在硫酸工业、硝酸工业都涉及到可逆反应，从效益的角度应考虑：(1)反应速率大(2)原料的利用率要高
v（溶解）= v（结晶）蔗糖的溶解达最大程度，即形成饱和溶液。 达到溶解平衡。
(1) 溶解平衡是如何建立的?(2) 溶解平衡平衡是否是不再溶解蔗糖了?
v（溶解）= v（结晶）≠0
晶体质量不发生变化，溶液浓度不发生变化即得饱和溶液。
溶解平衡是动态平衡 。
将0.1 mlCO和0.1ml H2O(g)通入容积为1L的密闭容器中，在催化剂存在的条件下加热到800℃，发生如下反应：
CO + H2O(g) CO2 + H2
实验发现上述反应无论反应进行多长时间，各物质的浓度都不再发生变化。
二、化学反应的限度(化学平衡)
【思考】体系中CO、H2O、CO2、H2的浓度保持不变与正逆反应速率有什么关系？这时可逆反应达到了什么状态？
N2 + H2 NH3
在一固定容积的密闭容器里，加1mlN2和3ml H2 (合适催化剂) ，能发生什么反应？
(1) 开始时c(N2) 、c(H2)大， c(NH3) =0
只有正反应，v(逆)=0
N2 + 3H2 2NH3
(2) 瞬间后c(N2) 、c(H2 )变小，c(NH3)≠0
正逆反应都进行，v(逆) ≠0，v(正)> v(逆)
(3) c(N2) 、c(H2)逐渐变小，c(NH3)逐渐增大，三种物质的浓度达到一个特定值。
一定时间段内有什么特征？
v(正)= v(逆) ≠0
由于v(正)=v(逆)≠0，虽然正、逆反应都在进行，但各种物质的百分含量、浓度都不会发生变化。
从外表上看，反应好象“停止”。
可逆反应的这种特殊状态就是我们今天要研究的化学平衡状态。
平衡建立：速率——时间图象
1.化学平衡状态：在一定条件下，一个可逆反应进行到一定程度时，正向反应速率与逆向反应速率相等时，反应物浓度和生成物浓度不再改变，达到一种表面静止的状态。特征：宏观——反应物和生成物的浓度不再改变。微观——v(正反应)＝v(逆反应)≠0。
1.一定条件：恒温恒容下或恒温恒压。2.研究的对象：可逆反应。3.本质特征(实质)： 对同一物质 正反应速率 = 逆反应速率≠04.标志：反应混合物中各组分的浓度（或百分含量）保持不变的状态
2.改变条件可以改变一个化学反应的限度，即改变化学平衡状态——化学平衡的移动。3.化学平衡的建立(1)反应开始时①反应物的浓度______，正反应速率______。②生成物的浓度为____，逆反应速率为 。(2)反应进行中①反应物的浓度逐渐________，正反应速率逐渐________。
②生成物的浓度逐渐________，逆反应速率逐渐________。(3)一段时间(t1)正反应速率与逆反应速率相等，此时，反应物的浓度不再变化，生成物的浓度也不再变化。此时的状态就是
【例2】高炉炼铁中Fe2O3+ 3CO 2Fe + 3CO2 反应开始高炉内有1ml Fe2O3、3ml CO下列说法正确的是( )Fe2O3与CO 充分反应后生成2mlFe、3mlCO2。B.随着反应进行，正反应速率逐渐减小，最后为0。C.当生成的铁的质量不随时间改变时，化学反应停止。D.当化学反应达平衡时，Fe2O3转化率最大
【例3】在2升的密闭容器中2mlSO2和一定量的氧气，发生反应，当反应进行到4min时，测得此时SO2为0.4ml，问在反应进行到2min时，密闭容器中SO2的物质的量是( )A 1.6ml B1.2ml C 大于1.6ml D小于1.2ml
v(正)=v(逆) 达到平衡， 即同一物质的消耗速率与生成速率相等。
化学平衡是一种动态平衡：
即正反应和逆反应在不断的进行且速率相等。
条件不变时，各组分浓度保持不变。即反应进行到最大限度。
平衡是短暂的、相对的，一定条件下的平衡，如果条件改变时，原平衡就被破坏，在新条件下，达到新的平衡。
【例4】在密闭容器中充入SO2和由18O原子组成的氧气，在一定条件下开始反应，在达到平衡后，18O存在于( ) A、只存在于氧气中 B、只存在于O2和SO3中 C、只存在于SO2和SO3中 D、SO2、SO3、O2中都有可能存在。
【例5】在一定条件下，某容器内充入N2和H2合成氨，以下叙述中错误的是( )A.开始反应时，正反应速率最大，逆反应速率为零。B.随着反应的进行，正反应速率减小，最后降为零。C.随着反应的进行，正反应速率减小，逆反应速率增大，最后相等。D.在达到平衡时，N2正反应速率等于逆反应速率。
三、化学平衡状态的标志（判断依据）
（1）υ正 = υ逆（根本标志）
①同一物质：该物质生成速率等于它的消耗速率。
V(SO2)正：V(O2)逆 == 2：1V(SO2)正：V(SO2) 逆 == 1：1
V(SO2)正：V(O2)正 == 2：1 ?
【例6】可逆反应N2＋3H2　　 2NH3的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是( )　　A 3正N2＝ 正H2 　B  正N2＝逆NH3 　C 2 正H2＝3逆NH3 　D  正N2＝3逆H2
【例7】可逆反应2A+3B 4C在一定条件下达到化学平衡的标志是( ) A.一定时间内有2ml的A生成，同时有3ml的B生成 B.一定时间内有2ml的A消耗，同时有4ml 的C生成 C.一定时间内有4ml的C分解，同时有3ml的B消耗 D.一定时间内有2ml的A消耗，同时有3ml的B生成
正逆反应速率的关系(1) 在单位时间内消耗了 m ml A，同时生成了m ml A；(2) 在单位时间内消耗了 n ml B，同时消耗了p ml C；(3) v (A)∶v (B) ∶ v (C) ∶ v (D) = m ∶ n ∶ p ∶ q ；(4) 在单位时间内生成了 n ml B，同时消耗了q ml D。
未达到平衡时也符合此关系
同一种物质：V断裂化学键 = V形成化学键
不同物质：考虑系数、分子内化学键数、正逆速率。
【例8】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E. N2与H2 反应速率之比为1：3F.外界条件不变，正反应速率大小不随时间改变
以速率判断平衡时必须是不同方向
不同物质速率之比等于系数之比
(2)混合物中各组分的浓度保持不变：
①各组分的物质的量浓度、质量分数、物质的量分数、气体的体积分数保持不变。
②各组分的质量、物质的量、分子数、气体的体积保持不变。
③反应物的转化率、产物的产率保持不变。
④体系的温度、颜色等保持不变。
如：恒压恒容容器中：H2 + I2 2HI， 若体系的温度或气体的颜色不再发生变化。 则反应一定达到平衡。
⑤ aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g) 若a+b ≠ c+d即非等体积反应时：若总物质的量、总压强(恒容)、平均摩尔质量保持不变，则反应一定达平衡。
⑥ aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g) 若a+b=c+d即等体积反应时：若总物质的量、总压强(恒容)、平均摩尔质量保持不变，则不能说明达到平衡。
【例9】可逆反应2NO2 2NO+O2在密闭容器中反应(恒容)，达到平衡状态的标志是( )A.单位时间内生成n ml O2的同时生成2n ml NO2；B.NO2、NO、O2的物质的量之比为2：2：1的状态。C.用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态；D.混合气体的颜色不再改变的状态；E.混合气体的密度不再改变的状态；F.混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
【例10】对一固定容积的密闭容器中进行的可逆反应：4NH3(g) ＋ 5O2(g) 4NO(g) ＋ 6H2O(g)下列说法中能确认反应已达到平衡状态的是( )A．反应混合物中各组分浓度相等B．单位时间内每有4ml NH3被氧化，同时有5ml O2被还原C．单位时间内4ml NH3被消耗同时有5mlO2生成D．NH3的转化率保持不变
解题方法：1.反应速率是看一正一逆 2.反应浓度不随时间变化
【例11】 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n mlA,同时生成3nmlBC. A、B、C的浓度不再变化 D.A、B、C的分子数比为1:3:2E.单位时间内生成n mlA,同时生成2nmlC
【例12】在恒温恒容的密闭容器中，可逆反应：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 达到平衡后，下列不是平衡的标志的是( ) A.混合气体的密度不再发生变化 B.容器中三种物质的质量分数相等 C.密闭容器中的压强不再发生变化 D.气体的总的物质的量不再发生变化 E.混合气体的平均分子量不再发生变化
【例13】一定温度下的定容密闭容器中，当下列物理量不再变化时，表明A(s)+2B(g) C(g)+D(g) 已达到平衡的是( )A.混合气体的压强 B.混合气体的密度C.B物质的物质的量浓度 D.气体的总物质的量
（1）混合气体的颜色不再改变 （ ）
（2）混合气体的平均相对分子质量不变 （ ）
（3）混合气体的密度不变 （ ）
（4）混合气体的压强不变 （ ）
（5）单位时间内消耗2n mlNO2的同时生成2n mlO2 （ ）
（6） O2气体的物质的量浓度不变 （ ）
【例14】在固定体积的的密闭容器中发生反应： 2NO2 2NO + O2 该反应达到平衡的标志是：
三、化学反应的条件控制
1.建筑物定向爆破问题
(1) 煤的状态与煤燃烧的速率有何关系？与煤的充分燃烧有何关系？
煤被研得越细，粉末越小，与空气中O2的接触面积越大，燃烧越充分，反应速率越快。
2.如何提高煤的燃烧效率
(2) 空气用量对煤的充分燃烧有什么影响？为什么？
空气充足，煤燃烧得充分，产物主要为CO2，放热量大；空气不足，则煤燃烧不充分，部分生成CO，CO排放到空气中造成污染，且生成CO时，放出的热量大大减小。
(3) 应选择什么样的炉（灶）膛材料？理由是什么？
应选择保温隔热且耐热的炉（灶）膛材料。尽管煤燃烧是放热反应，但反应过程中煤燃烧需要提供部分能量才能进行，而利用煤燃烧放出的部分热量就可维持反应的持续进行。选用保温隔热材料的目的，是为防止热量散失。
(4) 燃料不充分燃烧有何危害？
产生热量少，浪费资源。产生污染物，危害人体健康。
(5) 燃料充分燃烧的条件是什么？
燃料燃烧必须与空气接触，且温度要达到燃料的着火点。燃料充分燃烧要考虑到两点：一是燃烧时要有足够多的空气；二是燃料与空气要有足够大的接触面积。