第2课时化学反应的限度

高炉增高后，尾气中CO的含量为何没有改变？钢铁生产是17世纪从英国开始的第一次产业革命的两大产业之一。高炉炼铁的主要反应是：人们发现从高炉炉顶出来的气体中含有相当量的CO。有人认为这是CO与铁矿石接触时间不够所造成的。于是耗费大量资金建成了一个高大的炼铁高炉。然而令人吃惊的是，高炉增高后，尾气中CO的含量竟然没有改变。资料：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2高温化学反应的限度在一定条件下，化学反应所能进行的最大程度一.可逆反应：2SO2＋O2催化剂2SO31、定义：在相同条件下同时向正、反两个方向进行的反应。正反应：从左到右进行的反应逆反应：从右到左进行的反应可逆反应用“”表示常见的可逆反应有思维拓展1．反应2H2＋O2=====点燃2H2O和2H2O=====电解2H2↑＋O2↑是否为可逆反应？提示不是。必须是“同一条件”。在不同条件能向两个方向进行的反应，不能称为可逆反应。2、可逆反应的特点(1)正反应和逆反应之间具有既对立又统一的关系，正反应和逆反应是两个方向完全相反的不同的化学反应,但它们又同时存在，不可分离。(2)正反应和逆反应发生的条件相同，如果对反应体系施加影响化学反应速率的措施，正反应速率和逆反应速率均受影响。(3)可逆反应不能进行到底，对于可逆反应，在一定条件下反应物不可能全部转化成生成物，只能进行到一定程度。(4)在可逆反应中如果正反应是放热（吸热）反应，则逆反应就是吸热（或放热）反应。请你结合上图思考：为什么可逆反应中，SO2等反应物不可能被全部消耗？图中：表示SO2分子;表示O2分子；表示SO3分子2SO2+O22SO3△催化剂2SO2+O2△催化剂2SO3△催化剂观察下列数据表，思考：反应进行到什么时候“停止”了？说明你的理由。2SO2+O22SO3△催化剂时间（min)物质的量浓度(mol/L)010203040506070SO210753.52111O253.52.51.7510.50.50.5SO30356.58999请你结合微观图示分析：1.可逆反应真的停止了吗？说明理由。2.如果反应没有停止，为什么实验测得各组分浓度不变？你如何解释？二、化学平衡状态1、概念：在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态，称为化学平衡状态。概念的理解：前提:是一定条件下的可逆反应实质:是ひ正=ひ逆≠0标志:是反应混合物中各组分的浓度保持不变在一定条件下，将0.2molSO2和0.1molO2通入1L的密闭容器中，发生反应。反应刚开始时：反应物的浓度，正反应速率；生成物的浓度，逆反应速率。反应进行中：反应物的浓度，正反应速率，生成物的浓度，逆反应速率。最大最大为零为零逐渐减小逐渐减小逐渐增长逐渐增大2、化学平衡状态的建立最终有一时刻，正反应速率与逆反应速率，此时，反应物的浓度，生成物的浓度也，但反应仍在进行，反应达到了最大限度。请你画图表示上述过程中正反应速率和逆反应速率随时间变化的情况：相等不再变化不再变化3、化学平衡的特征(1)逆——可逆反应(5)变——当浓度、压强、温度等外界条件改变时，化学平衡即发生移动(2)等——ひ正=ひ逆≠0(3)动——动态平衡，反应没有停止(4)定——平衡状态时，反应混合物中各组分的浓度保持不变4、化学平衡状态的判断（1）ひ正=ひ逆，反应速率必须是一正一逆，不能都是ひ正或ひ逆。（2）ひ正=ひ逆中“相等”指用同种物质的表示的正逆反应速率相等，或者用不同物质表示的正逆反应速率之比符合化学计量数之比。（3）达平衡时各物质的含量（质量分数、物质的量分数、体积分数）及各物质浓度、质量、体积不再变化。小结：化学平衡的标志①正反应速率等于逆反应速率②各成分的百分含量保持不变(质量分数、气体体积分数、物质的量分数）③各物质的浓度不变④对于气体计量数前后不相等的反应，总压强保持不变，混合气体的平均相对分子质量Mr不变只有随着反应的发生而改变的物理量不再改变了，说明ν正=ν逆，反应达到平衡，那些不随反应的进行而发生变化的物理量不能作为判断化学反应是否达到平衡的依据（总质量或密度）。对在密闭容器中进行的可逆反应：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)，下列哪种情况下，说明该反应已经达到化学平衡状态。①N2的正反应速率是NH3的逆反应速率的1/2②H2的浓度不再变化③N2、H2、NH3的物质的量之比为1：3：2④单位时间内每生成3molH2的同时有2molNH3生成⑤混合气体的平均摩尔质量保持不变⑥在恒压条件下，混合气体的体积保持不变⑦NH3在混合气体中的物质的量的分数保持不变⑧在恒容条件下，混合气体的压强保持不变14CO2+CCO，达到化学平衡后，平衡混合物中含14C的粒子有。随堂练习14CO2、14C、14CO1212练习●活动2SO2+O22SO3催化剂在一密闭容器中加入2molSO2和1mol18O2，（1）最终反应容器中有哪些物质？（2）18O存在于哪些物质中？1.下列对可逆反应的认识正确的是（）A、SO2+Br2+2H2O=H2SO4+2HBr与2HBr+H2SO4（浓）=Br2+SO2↑+2H2O互为可逆反应B、既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应叫可逆反应C、在同一条件下，同时向正、逆两个方向进行的反应叫可逆反应D、在一定条件下SO2被氧化成SO3的反应是可逆反应CD随堂练习2.对于达到平衡状态的可逆反应：N2+3H22NH3，下列有关叙述正确的是A．反应物和生成物浓度不再发生变化B．反应物和生成物的浓度相等C．N2和NH3的质量分数相等D．正反应和逆反应不再进行A3.在一定温度下，可逆反应A2(气)+B2(气)2AB(气)达到平衡的标志是(A)A2、B2、AB的浓度不再变化(B)容器中的压强不再随时间变化(C)单位时间内生成nmol的A2同时生成2nmol的AB(D)A2、B2、AB的浓度之比为1:1:2√√C4.在一定温度下，2NO2（g)N2O4(g)(无色）的可逆反应中，下列情况属于平衡状态的是（）A.N2O4不再分解B.v(N2O4):v(NO2)=1:2C.体系的颜色不再改变D.NO2的浓度与N2O4的浓度之比2：1三、化学平衡移动1、化学平衡的移动化学平衡是可逆反应在一定条件下进行的最大限度。当外界条件（温度、浓度、压强等）改变时，原来的化学衡将被破坏，并在新的条件下建立起新的化学平衡即化学平衡的移动。改变条件改变可逆反应的限度（1）浓度的影响①当向密闭容器中通入无色的N2O4时，随着时间的推移，你能看到什么现象？②你怎样通过肉眼判断上述反应是否达到化学平衡状态？说明理由。2、影响化学平衡移动的因素2NO2(g)N2O4(g)（红棕色）（无色）其他条件不变时，增大反应物浓度或减小生成物浓度，条件改变的瞬间使ν正＞ν逆，平衡向正反应方向移动；减小反应物浓度或增大生成物浓度，条件改变的瞬间使ν正＜ν逆，平衡向逆反应方向移动。（2）温度的影响①当反应条件（如温度）改变时，此平衡状态会被破坏吗。你依据的实验现象是什么？②假设烧杯中水的温度保持不变，一段时间后，反应会达到新的化学平衡状态吗？你依据的实验现象是什么？（正反应放热）2NO2(g)N2O4(g)（红棕色）（无色）实验：温度改变时，反应的化学平衡状态会改变吗？2NO2N2O4常温热水冷水实验方法：（红棕色）（无色）化学平衡的移动冷水常温热水在这张图片中，你看到了什么？你知道了什么？你得到了什么结论？烧瓶中的气体颜色热水比常温时深，在冷水中比常温时浅。升高温度，ν正、ν逆同时增大，且ν正＜ν逆,平衡向逆反应方向即吸热方向移动，NO2的浓度变大，颜色加深；降低温度，ν正、ν逆同时减小，且ν正＞ν逆,平衡向正方向即放热方向移动，NO2的浓度变小，颜色变浅。（正反应为放热反应）2NO2(g)N2O4(g)（红棕色）（无色）升高温度，平衡向吸热方向移动降低温度，平衡向放热方向移动（3）压强的影响其他条件（温度、气体总物质的量）不变时，加压使ν正＞ν逆，平衡向体积缩小的方向（正反应方向）移动，N2O4的浓度变大；减压使ν正＜ν逆，平衡向体积增大的方向（逆反应方向）移动，NO2的浓度变大。对气体体积不变的反应，压强改变ν正、ν逆改变的程度相同，平衡不移动。2NO2(g)N2O4(g)（红棕色）（无色）现象:先变深后变浅解释:先变深，是由于气体体积缩小，浓度变大。后变浅，是由于平衡向正反应方向移动了。增大压强实验研究操作:先迅速拉动活塞，然后保持静止。2NO2(g)N2O4(g)（红棕色）（无色）现象:先变浅后变深解释:先变浅是由于气体体积增大，浓度变小。后变深，是由于平衡向逆反应方向移动了。减小压强操作:先迅速拉动活塞，然后保持静止。2NO2(g)N2O4(g)（红棕色）（无色）∆עg≠0改变压强，化学平衡不移动减小压强，化学平衡向气态物质系数增大（体积增大）的方向移动∆עg=0压强对化学平衡影响的规律增大压强，化学平衡向气态物质系数减小（体积缩小）的方向移动适用条件：只适用于有气体参与的反应*催化剂可使正反应速率和逆反应速率增大或减小相同的倍数,化学平衡不移动.但使用催化剂能改变反应达到平衡所需的时间。*化学平衡的本质是不同程度地改变了ν正、ν逆，ν正＞ν逆时平衡正向移动，ν正＜ν逆时平衡逆向移动，等程度地改变正逆反应速率平衡不移动。因此，化学反应速率改变化学平衡不一定移动，但化学平衡发生了移动，则化学反应速率一定改变。化学平衡状态的移动可逆反应化学平衡状态一定条件下该反应的限度反应的限度可能发生改变随堂训练1．在一密闭容器中进行反应：2SO2(g)＋O23(g)，已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为：0.3mol·L－1、0.1mol·L－1、0.2mol·L－1，当反应达平衡时，可能存在的数据是()A．SO2为0.5mol·L－1，O2为0.2mol·L－1B．SO2为0.25mol·L－1C．SO2、SO3均为0.15mol·L－1D．SO3为0.4mol·L－1解析假设正反应进行到底，则SO2、O2、SO3的浓度分别为0.1mol·L－1、0、0.4mol·L－1；假设逆反应进行到底，则SO2、O2、SO3的浓度分别为0.5mol·L－1、0.2mol·L－1、0。根据可逆反应的特点可以判断：0.1mol·L－1c(SO2)0.5mol·L－1,0c(O2)0.2mol·L－1,0c(SO3)0.4mol·L－1。又根据S原子个数守恒可知，无论反应如何进行，都存在：c(SO2)＋c(SO3)＝0.5mol·L－1，C项错误。答案B2．一定条件下，在密闭容器中，能表示反应X(g)＋一定达到化学平衡状态的是()①X、Y、Z的物质的量之比为1∶2∶2②X、Y、Z的浓度不再发生变化③容器中的压强不再发生变化④单位时间内生成nmolZ，同时生成2nmolYA．①②B．①④C．②③D．③④解析根据化学平衡状态的概念可知，可逆反应达平衡时，正、逆反应速率相等，对于反应前后气体总体积不等的反应，其压强不再发生变化，各组分的浓度不再变化，但它们的物质的量之比不一定等于其化学计量数之比。C3．工业制硫酸中的一个重要反应是SO2在一定温度下与O2反应生成SO3。如果该反应在密闭容器内进行，下列有关说法错误的是()A．该反应是可逆反应B．2molSO2和足量的O2反应，能够生成2molSO3C．SO2与O2生成SO3的同时，SO3也发生分解生成SO2与O2D．在相同条件下，向容器中充入SO3，一段时间后，SO3、SO2、O2同时存在于密闭容器内解析在相同的条件下，同时向正、反两个方向进行的反应称为可逆反应，可逆反应的最大特点是反应物不可能全部转化成产物。在SO2与O2的反应中，SO2不能完全转化为SO3，该反应属于可逆反应，A、C项正确；2molSO2和足量的O2反应，生成SO3的物质的量小于2mol，B项错误；SO3分解为SO2和O2的反应也为可逆反应，SO3不能完全转化为SO2和O2，D项正确。答案B4.可逆反应X2(g)+3Y2(g)2Z2