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第2课时化学反应的限度化学反应条件的控制一、化学反应限度1.可逆反应:【想一想】什么是可逆反应?它有什么特点?提示: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叫可逆反应。特点如下:2.化学平衡的建立:(1)化学平衡建立的分析:①浓度对速率的影响的角度:在一定条件下,向反应容器中加入N2和H2发生反应:N2+3H22NH3。浓度速率变化v正、v逆关系开始反应物浓度_____v正_____v正__v逆生成物浓度_____v逆_____变化反应物浓度_____v正_____v正__v逆生成物浓度_____v逆_____平衡反应物浓度_____v正_____v正__v逆生成物浓度_____v逆_____最大最大最小最小减小减小增大增大不变不变不变不变=②利用速率—时间(v-t)图象分析:(2)化学平衡状态的概念:在一定条件下,可逆反应进行到一定程度时,正反应速率和逆反应速率相等,反应物的浓度和生成物的浓度都_________,达到一种表面静止的状态。不再改变【想一想】在已达到平衡的可逆反应2SO2+O22SO3中,由18O2代替等物质的量的O2。一段时间后,18O存在于哪些物质中?提示:化学平衡是动态平衡,18O2代替等物质的量的O2后,18O2与SO2结合生成含18O的SO3,同时含18O的SO3分解,使SO2、O2中也含有18O,因此18O存在于SO2、O2、SO3这三种物质中。(3)化学反应的限度:①化学平衡状态是可逆反应达到给定条件下所能达到的_________。②任何可逆反应在给定条件下的进行程度都有一定的限度。③改变反应条件可以在一定程度上改变一个化学反应的限度,即改变该反应的化学平衡。最大程度【巧判断】(1)一个可逆反应达到的平衡状态就是该反应所能达到的最大限度。()提示:×。化学平衡状态是可逆反应达到给定条件下所能达到的最大程度,条件改变限度可能改变。(2)化学反应达到平衡状态时,该反应停止了。()提示:×。可逆反应是动态平衡。(3)可逆反应达到平衡状态时,各反应物、生成物的浓度相等。()提示:×。可逆反应达到平衡状态时,各反应物、生成物的浓度不再改变,并非相等。二、化学反应条件的控制1.目的:2.化工生产中反应条件的调控:(1)考虑因素:化工生产中调控反应条件时,需要考虑控制反应条件的_____和___________。成本实际可能性(2)实例——合成氨生产条件的选择:【情境·思考】生活中有很多现象都存在化学知识,如炉火越扇越旺,但蜡烛的火焰一扇就灭。(1)同样是扇风结果为什么不同,试解释其中的原因?提示:“炉火越扇越旺”是扇风为燃烧提供了足量的氧气促进燃烧;“蜡烛的火焰一扇就灭”是由于空气流动带走大量的热量,使温度降低,低于了蜡烛的着火点。(2)为了提高燃料的燃烧效率,应如何调控燃烧反应的条件?提示:①燃料与空气或氧气接触,且空气要适当过量。②尽可能使燃料充分燃烧,提高能量的转化率。③尽可能充分地利用燃料燃烧所释放出的热量,提高热能的利用率。知识点化学反应(限度)平衡状态的理解和判断【重点释疑】1.化学平衡状态的特征——“五字诀”:2.化学平衡状态判断“三关注”“一等一不变”(1)三关注:①关注反应条件,是恒温恒容,恒温恒压,还是绝热恒容容器;②关注反应特点,是等体积反应,还是非等体积反应;③关注特殊情况,是否有固体参加或生成,或固体的分解反应。(2)一等一不变:【易错提醒】(1)化学平衡的实质是同种物质的正、逆反应速率相等。用不同物质的正、逆反应速率判断是否达到化学平衡状态时,要根据化学反应速率之比等于化学计量数之比,转化为同种物质的速率进行比较。(2)利用v(正)=v(逆)0判断平衡状态时注意:反应速率必须是一正一逆,不能都是v(正)或都是v(逆)。【思考·讨论】某恒温恒容密闭容器中,发生如下反应:2A(g)+B(g)3C(g)+D(s),混合气体的压强不再改变能否表明该反应已达到平衡状态?提示:不能。D是固体,反应前后气体的物质的量不变,由于容器的体积不变,故气体的压强始终不变,因此压强不再改变,不能表明该反应已达到平衡状态。【案例示范】【典例】在一个体积固定的密闭容器中,进行的可逆反应A(s)+3B(g)3C(g)。下列叙述中表明可逆反应一定达到平衡状态的是世纪金榜导学号()①C的生成速率与C的分解速率相等;②单位时间内生成amolA,同时生成3amolB;③B的浓度不再变化;④混合气体总的物质的量不再发生变化;⑤A、B、C的物质的量之比为1∶3∶3;⑥混合气体的密度不再变化A.①②③B.①③④⑥C.①③⑥D.①③④【思维建模】解答有关化学平衡标志的思维流程如下:【解析】选C。①C的生成速率与C的分解速率相等,说明正逆反应速率相等,故①正确;②化学反应速率之比等于化学计量数之比,无论是否达到平衡状态,都存在单位时间内生成amolA,同时生成3amolB,故②错误;③当反应达到化学平衡状态时,各物质的浓度不变,故③正确;④气体反应物与气体生成物的化学计量数之和相等,无论是否达到平衡状态,混合气体总的物质的量都不变,故④错误;⑤平衡时各物质的物质的量取决于起始配料比以及转化的程度,不能作为判断是否达到平衡状态的依据,故⑤错误;⑥A为固体,当气体的总质量不变时,反应达到平衡状态,故⑥正确。【母题追问】(1)混合气体的平均相对分子质量不变能否说明该反应达到平衡?提示:能。根据M=,A是固体,反应前后气体的物质的量不变,但质量是改变的,因此当平均相对分子质量不再改变时,说明达到平衡。mn(2)若A为气体,①～⑥中能够说明反应达到平衡状态的有哪些?提示:①③④。A为气体,则反应前后气体的总物质的量不相等,则④能够说明达到平衡;气体的质量和体积都不变,则密度始终不变,不能说明达到平衡。其他与原题一致。【迁移·应用】(2019·淮北高一检测)在恒温下的密闭容器中,有可逆反应:2NO+O22NO2(正反应为放热反应),不能说明已经达到平衡状态的是世纪金榜导学号()A.正反应生成NO2的速率和逆反应生成O2的速率相等B.反应容器中压强不变C.混合气体颜色深浅保持不变D.混合气体的平均相对分子质量不随时间变化而变化【解析】选A。该反应是一个反应前后气体物质的量不相等的反应,因此混合气体的平均相对分子质量、压强以及颜色保持不变,即说明达到平衡。A中表示的速率虽然方向相反,但速率之比不等于化学计量数之比,即应该是正反应生成NO2的速率和逆反应生成O2的速率的2倍相等,故A错。【补偿训练】1.(2019·宿州高一检测)一定温度下,反应A2(g)+B2(g)2AB(g)达到平衡的标志是()A.单位时间内生成nmolA2同时生成nmolABB.容器内的总压强不随时间的变化而变化C.单位时间内生成2nmolAB同时生成nmolB2D.单位时间内生成nmolA2同时生成nmolB2【解析】选C。在一定条件下,判断一个反应是否达到平衡,主要看正逆反应速率是否相等,体系中各组分的浓度(或含量)是否保持不变。A项中,生成A2是逆反应,生成AB是正反应。显然v(正)v(逆),没有达到平衡;B项中,压强不随时间的变化而变化,不能说明反应混合物中A2、B2和AB的浓度是否保持一定,v(正)是否等于v(逆)。该反应前后气体总的物质的量保持不变,在其他条件一定时,反应从开始至反应达到平衡压强就一直保持不变,故压强不变不能说明反应是否达到平衡状态;C项中,表明v(正)=v(逆),反应已达到平衡状态;D项中,只说明了逆反应速率,没有说明正反应速率,且不管平衡是否建立,只要反应在进行,生成A2和B2的物质的量之比始终为1∶1。2.相同温度和压强下,在容积为2L的密闭容器中发生反应:2HIH2+I2(g),达到平衡状态的标志是()A.c(H2)保持不变B.c(H2)=c(I2)C.2v正(HI)=v逆(I2)D.拆开2molH—I共价键,同时生成1molH—H共价键【解析】选A。在一定条件下的可逆反应中,如果正、逆反应速率相等,各组分的百分含量保持不变,则达到化学平衡状态。A项,c(H2)保持不变,符合要求;B项,c(H2)=c(I2),不一定是保持不变,不符合要求;C项,应为v正(HI)=2v逆(I2),错误;D项,拆开2molH—I共价键是正反应,同时生成1molH—H共价键,也是正反应,错误。3.(2019·青岛高一检测)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在体积不变的密闭容器中反应,下列叙述表示处于化学平衡状态的是()A.N2、H2、NH3的浓度比为1∶3∶2的状态B.混合气体的密度不随时间而变化C.当有1molN≡N键断裂时,有6molN—H键断裂D.单位时间内消耗amolN2的同时,消耗3amol的H2的状态【解析】选C。A中,N2、H2、NH3的浓度比等于化学计量数之比时,不能确定是否处于平衡状态,因为无法以v正=v逆和浓度是否不变进行判断。B中,因容器的体积不变,而混合气体的总质量不改变,则无论平衡与否,混合气体的密度均不变化。C中,当有1molN≡N键断裂时,相当于生成2molNH3(1molNH3中含有3molN—H键),即生成6molN—H,与有6molN—H键断裂符合v(NH3)正=v(NH3)逆,故处于化学平衡状态。D中,消耗amolN2的同时消耗3amolH2是同向的,不管平衡与否,只要N2和H2反应就一定符合该比例。【素养提升】化学平衡是一个相对静止的状态,是可逆反应在一定条件下达到的最大限度。回答有关硫酸制备中重要反应2SO2+O22SO3的有关问题:(1)对于该反应的下列判断正确的有哪些?①2molSO2和足量的O2反应,必生成2molSO3②平衡时SO2、O2、SO3的分子数之比为2∶1∶2③平衡时SO2的消耗速率必定等于O2的生成速率的2倍④平衡时SO2的浓度必为O2浓度的2倍提示:③。由于该反应是可逆反应,反应不可能完全进行,所以2molSO2和足量的O2反应,产生的SO3的物质的量必然小于2mol,①错误;在反应过程中,SO2、O2、SO3这几种物质的分子数之比为2∶1∶2,但是平衡时不一定是这种关系,②错误;因为在平衡时任何物质的消耗速率与产生速率相同,在任何时刻SO2的消耗速率必定等于O2的消耗速率的2倍,当SO2的消耗速率等于O2生成速率的2倍时,则说明O2的消耗速率等于O2生成速率,因此反应达到平衡状态,③正确;如果起始加入的SO2、O2的比例不是2∶1,则达到平衡时SO2的浓度不是O2浓度的2倍,④错误。(2)加快该反应速率的因素有哪些?提示:使用催化剂、升高温度、增大反应物浓度、增大压强等。(3)以下是该反应在不同条件下达到平衡状态时SO2的转化率。压强温度0.1MPa0.5MPa1MPa10MPa400℃99.2%99.6%99.7%99.9%500℃93.5%96.9%97.8%99.3%600℃73.7%85.8%89.5%96.4%从以上数据分析,最好选择的反应条件是什么?选择时考虑的因素有哪些?提示:选择400℃、0.1MPa。选择适宜的反应条件,既可以增大反应速率,缩短生产周期,又可以达到较大的反应限度,从而获得较大的产率。【课堂回眸】2.化学平衡——反应限度3.“三段式”法在化学反应速率计算中的应用有关化学反应速率的计算往往数据比较多,关系复杂,往往可以通过“三段式”法,使各种数据直观、条理清晰、便于分析和计算。(1)“三段式”法的基本步骤a.写出化学反应方程式并配平。b.根据题意,依次列出各反应物和生成物的起始浓度(或物质的量)、浓度(或物质的量)的变化量及一段时间后的浓度(或物质的量),未知量可以设未知数表示。c.根据起始浓度(或物质的量)与一段时间后的浓度(或物质的量)的差等于浓度(或物质的量)的变化量,变化量之比等于对应物质的化学计量数之比,列出关系式计算。(2)具体实例有v(A)=mol·L-1·s-1,v(B)=mol·L-1·s-1,v(C)=mol·L-1·s-1,B的转化率为×100%。2xnxn2xnx1【素养迁移】1.(2019·沈阳高一检