第9講+化學(xué)反應(yīng)的限度+化學(xué)反應(yīng)條件的控制 【知識(shí)精講精研】高一化學(xué) （人教版2019必修第二冊(cè)）

第9講化學(xué)反應(yīng)的限度化學(xué)反應(yīng)條件的控制【內(nèi)容導(dǎo)航】1．可逆反應(yīng)的特點(diǎn)2．化學(xué)平衡狀態(tài)3．化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷方法4．化學(xué)反應(yīng)條件的控制高一化學(xué)同步輔導(dǎo)1．常見的可逆反應(yīng)CO2與水反應(yīng)：____________________________SO2與水反應(yīng)：____________________________Cl2與水反應(yīng)：____________________________氨氣與水反應(yīng)：____________________________工業(yè)上合成氨：____________________________SO2的催化氧化反應(yīng)：____________________________NO2與N2O4的相互轉(zhuǎn)化：____________________________CO2+H2OH2CO3Cl2+H2OHCl+HClOSO2+H2OH2SO3NH3+H2ONH3·H2ON2＋3H22NH32SO2＋O22SO32NO2(紅棕色)N2O4(無色)一、可逆反應(yīng)的特點(diǎn)2．可逆反應(yīng)(1)可逆反應(yīng)的概念：在________條件下正反應(yīng)方向和逆反應(yīng)方向均能進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。書寫可逆反應(yīng)的化學(xué)方程式時(shí)，不用“===”，用“________”。(2)可逆反應(yīng)的特點(diǎn)：①正反應(yīng)和逆反應(yīng)________進(jìn)行②正反應(yīng)和逆反應(yīng)在________條件下進(jìn)行③反應(yīng)物和生成物________存在同一同時(shí)同一同時(shí)交流討論1．Cl2與H2O的反應(yīng)為：Cl2+H2OHCl+HClO，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案證明該反應(yīng)是可逆反應(yīng)。(1)觀察顏色，氯水呈黃綠色，說明氯水中含有Cl2分子；(2)將氯水滴加到NaHCO3溶液溶液中，有氣泡產(chǎn)生，說明氯水中含有H+，因此該反應(yīng)為可逆反應(yīng)。2．設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明2Fe3++2I-2Fe2++I2是可逆反應(yīng)。①分別在試管中加入3mL0.01mol·L-1FeCl3溶液和5mL0.01mol·L-1KI溶液，振蕩靜置。②取少量反應(yīng)后的溶液，滴加2滴KSCN溶液，溶液呈血紅色，證明溶液中存在Fe3+；再取少量反應(yīng)后的溶液，滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液，有藍(lán)色沉淀生成，證明溶液中存在Fe2+，說明該反應(yīng)是可逆反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)探究可逆反應(yīng)的方法(1)實(shí)驗(yàn)探究可逆反應(yīng)的方法：根據(jù)可逆反應(yīng)的特點(diǎn)，可逆反應(yīng)體系中，反應(yīng)物和生成物________存在，因此要證明一個(gè)反應(yīng)是否可逆反應(yīng)，必須分別檢驗(yàn)反應(yīng)體系中既含有________又含有________。(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：①如果有兩種或兩種以上的反應(yīng)物，應(yīng)使一種反應(yīng)物________，另一種反應(yīng)物________。②分別檢驗(yàn)________的反應(yīng)物和其中一種生成物。同時(shí)反應(yīng)物生成物過量不足不過量歸納小結(jié)【即學(xué)即練1】下列反應(yīng)不屬于可逆反應(yīng)的是(

)A．二氧化硫的催化氧化B．氯氣溶于水C．工業(yè)合成氨D．水電解生成H2和O2與H2在O2中的燃燒反應(yīng)D【即學(xué)即練2】在一定溫度下，在恒容的容器中充入2molSO2和1molO2發(fā)生反應(yīng)：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。一段時(shí)間后，再向容器中充入含氧同位素O的氧氣，則O最終存在的物質(zhì)為()A．只有氧氣 B．只有三氧化硫C．只有氧氣、三氧化硫 D．氧氣、二氧化硫、三氧化硫188188DD【即學(xué)即練3】500

℃時(shí)，將2molN2和2.25molH2充入體積為10L的恒容密閉容器中，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，NH3的濃度不可能是(

)A．0.1mol·L－1B．0.12mol·L－1 C．0.05mol·L－1 D．0.16mol·L－11．化學(xué)平衡狀態(tài)的建立(1)化學(xué)平衡狀態(tài)的建立過程在一定條件下向反應(yīng)容器中加入SO2和O2發(fā)生反應(yīng)：2SO2＋O2

2SO3

濃度速率變化v正、v逆關(guān)系開始反應(yīng)物濃度最大v正最大v正＞v逆生成物濃度為0v逆為0變化反應(yīng)物濃度減小v正減小v正＞v逆生成物濃度增大v逆增大平衡反應(yīng)物濃度不變v正不變v正＝v逆生成物濃度不變v逆不變二、化學(xué)平衡狀態(tài)(2)用速率變化圖像表示化學(xué)平衡狀態(tài)的建立2．化學(xué)平衡狀態(tài)(1)化學(xué)平衡狀態(tài)的概念如果外界條件(溫度、濃度、壓強(qiáng)等)不發(fā)生改變，當(dāng)________反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí)，____________與_____________相等，反應(yīng)物的濃度與生成物的濃度都__________的狀態(tài)，稱為化學(xué)平衡狀態(tài)，簡(jiǎn)稱化學(xué)平衡。可逆正反應(yīng)速率逆反應(yīng)速率保持不變(2)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征逆：研究對(duì)象是________反應(yīng)等：正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率________動(dòng)：動(dòng)態(tài)平衡，反應(yīng)_________定：各組分的濃度________變：外界條件改變，原平衡將被________，在新條件下建立新的平衡狀態(tài)可逆相等并未停止保持不變破壞3．化學(xué)反應(yīng)的限度(1)化學(xué)平衡狀態(tài)是可逆反應(yīng)在一定條件下所能達(dá)到或完成的_________，即該反應(yīng)進(jìn)行的限度。(2)對(duì)化學(xué)反應(yīng)限度的理解①化學(xué)反應(yīng)的限度決定了反應(yīng)物在____________的最大轉(zhuǎn)化率。轉(zhuǎn)化率=×100%②同一可逆反應(yīng)，不同條件下，化學(xué)反應(yīng)的限度不同，即改變條件可以在一定程度上改變一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的________。最大程度一定條件下限度課堂探究1．在密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)：N2＋3H2

2NH3，下列說法正確的是(

)A．升高溫度能加快反應(yīng)速率B．充入氫氣能減慢反應(yīng)速率C．達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)速率：v正＝v逆＝0D．達(dá)到平衡時(shí)，N2和H2能100%轉(zhuǎn)化為NH3A2．合成氨工業(yè)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有重要的意義。對(duì)于密閉容器中的反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))，673K、30MPa下，n(NH3)和n(H2)隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖所示。下列敘述正確的是(

)A．c點(diǎn)處正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等B．a(chǎn)點(diǎn)的正反應(yīng)速率比b點(diǎn)的大C．d點(diǎn)(t1時(shí)刻)和e點(diǎn)(t2時(shí)刻)處n(N2)不同D．在t2時(shí)刻，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率B【即學(xué)即練1】下列關(guān)于化學(xué)平衡的說法正確的是()A．化學(xué)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)正、逆反應(yīng)速率相等，是指同一物質(zhì)的消耗速率和生成速率相等，若用不同物質(zhì)表示時(shí)，反應(yīng)速率不一定相等B．可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，各反應(yīng)物、生成物的濃度相等C．化學(xué)反應(yīng)在一定條件下建立平衡狀態(tài)時(shí)，化學(xué)反應(yīng)將會(huì)停止D．一定條件，可以通過延長(zhǎng)化學(xué)反應(yīng)的時(shí)間來改變反應(yīng)物的最大轉(zhuǎn)化率A【即學(xué)即練2】對(duì)于可逆反應(yīng)M＋NQ達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，下列說法正確的是(

)A．三種物質(zhì)的濃度一定相等B．M、N全部變成了QC．反應(yīng)物和生成物的濃度都保持不變D．反應(yīng)不再進(jìn)行C可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)有兩個(gè)主要特征：一是________物質(zhì)的正逆反應(yīng)速率________，二是混合物中各組分的百分含量__________。相等同一保持不變1．速率特征(1)速率特征指“等”，即v(正)_____v(逆)≠0。①同種物質(zhì)：同一物質(zhì)的生成速率______消耗速率。②不同物質(zhì)：速率之比等于化學(xué)方程式中的______________，但必須是__________的速率。＝等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比不同方向三、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷(2)實(shí)例分析：如反應(yīng)：2SO2＋O2

2SO3①單位時(shí)間消耗2molSO2，同時(shí)_______2molSO3；②SO2的消耗速率等于O2的生成速率的______倍；③SO2的消耗速率等于SO2的_______速率，都能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。消耗2生成2．含量特征(1)含量特征指“定”，即反應(yīng)混合物中各組成成分的含量_________。(2)若物理量由變量變成了不變量，則表明該可逆反應(yīng)_____________；若物理量為“不變量”，則不能作為平衡標(biāo)志。①各物質(zhì)的質(zhì)量、物質(zhì)的量或濃度______。②各物質(zhì)的百分含量(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)等)_______。③溫度、壓強(qiáng)(化學(xué)反應(yīng)方程式兩邊氣體體積不相等)或顏色(某組分有顏色)_______。保持不變達(dá)到平衡狀態(tài)不變不變不變交流討論1．一定條件下的密閉容器中，可逆反應(yīng)2A(g)B(g)＋3C(g)在下列四種狀態(tài)中處于平衡狀態(tài)的是(

)反應(yīng)速率(mol·L－1·min－1)ABCDv(正)v(A)＝2v(A)＝1v(A)＝1v(A)＝2v(逆)v(B)＝2v(B)＝1.5v(C)＝1.5v(C)＝2C2．(1)對(duì)于反應(yīng)H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)，恒溫、恒容下，反應(yīng)體系中氣體的顏色保持不變是否是平衡狀態(tài)？(2)某恒溫恒容密閉容器中，發(fā)生如下反應(yīng)：2A(g)＋B(g)

3C(g)＋D(s)，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變，能否表明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)？(3)某恒溫恒容密閉容器中，發(fā)生如下反應(yīng)：2A(g)＋B(g)3C(g)＋D(s)，混合氣體的壓強(qiáng)不再改變能否表明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)？是平衡狀態(tài)。反應(yīng)H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)顏色的深淺與Br2的濃度有關(guān)，氣體的顏色保持不變說明Br2的濃度不再發(fā)生變化，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。能。根據(jù)M＝m/n，D是固體，反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變，但質(zhì)量是改變的，因此當(dāng)平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變，說明達(dá)到平衡。不能。D是固體，反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變，由于容器的體積不變，故氣體的壓強(qiáng)始終不變，因此壓強(qiáng)不再改變，不能表明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)。3．在一個(gè)體積固定的密閉容器中，進(jìn)行的可逆反應(yīng)A(s)＋3B(g)3C(g)。(1)混合氣體總壓強(qiáng)不再發(fā)生變化，反應(yīng)是否是平衡狀態(tài)？

(2)若A為氣體，混合氣體總壓強(qiáng)不再發(fā)生變化，反應(yīng)是否是平衡狀態(tài)？

(3)混合氣體密度不再發(fā)生變化，反應(yīng)是否是平衡狀態(tài)？不一定。同溫同體積下，混合氣體的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，該反應(yīng)氣體物質(zhì)的量保持不變，故壓強(qiáng)始終不變，壓強(qiáng)不變不一定是平衡狀態(tài)。是。同溫同體積下，混合氣體的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，該反應(yīng)氣體物質(zhì)的量減小，故壓強(qiáng)減小，故壓強(qiáng)不變一定是平衡狀態(tài)。是?；旌蠚怏w的密度ρ＝M/V，m變，V始終不變，故氣體密度不變時(shí)一定是平衡狀態(tài)。歸納小結(jié)判斷化學(xué)平衡狀態(tài)要注意的問題(1)化學(xué)平衡狀態(tài)判斷“三關(guān)注”①關(guān)注反應(yīng)條件，是恒溫恒容、恒溫恒壓，還是絕熱恒容容器；②關(guān)注反應(yīng)特點(diǎn)，是等體積反應(yīng)，還是非等體積反應(yīng)；③關(guān)注特殊情況，是否有固體參加或生成，或固體的分解反應(yīng)。(2)不能作為“標(biāo)志”的四種情況①反應(yīng)組分的物質(zhì)的量之比等于化學(xué)方程式中相應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。②恒溫恒容下的體積不變的反應(yīng)，體系的壓強(qiáng)或總物質(zhì)的量不再隨時(shí)間而變化，如2HI(g)H2(g)＋I(xiàn)2(g)。③全是氣體參加的體積不變的反應(yīng)，體系的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再隨時(shí)間而變化，如2HI(g)H2(g)＋I(xiàn)2(g)。④全是氣體參加的反應(yīng)，恒容條件下體系的密度保持不變。【即學(xué)即練1】下列各關(guān)系式中能說明反應(yīng)N2＋3H22NH3已達(dá)平衡狀態(tài)的是(

)A．3v正(N2)＝v正(H2) B．v正(N2)＝v逆(NH3)C．2v正(H2)＝3v逆(NH3) D．v正(N2)＝3v逆(H2)C【即學(xué)即練2】一定條件下，將NO2與SO2以體積比1∶2置于密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)，下列能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是(

)A．體系壓強(qiáng)保持不變B．混合氣體顏色保持不變C．SO3和NO的體積比保持不變D．每消耗1molSO3的同時(shí)生成1molNO2B【即學(xué)即練3】在一定條件下，將3molA和1molB兩種氣體混合于固定容積為2L的密閉容器中，發(fā)生如下反應(yīng)：3A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(g)。2min末該反應(yīng)達(dá)到平衡，生成0.8molD，并測(cè)得C的濃度為0.2mol·L－1。下列判斷正確的是(

)A．x＝2B．B的轉(zhuǎn)化率為50%C．2min內(nèi)A的平均反應(yīng)速率為0.3mol·L－1·min－1D．若混合氣體的密度保持不變，則表明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)C1．化學(xué)反應(yīng)條件控制的目的(1)促進(jìn)有利的化學(xué)反應(yīng)：提高反應(yīng)速率；提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，即原料的利用率。(2)抑制有害的化學(xué)反應(yīng)：降低反應(yīng)速率，控制副反應(yīng)的發(fā)生，減少甚至消除有害物質(zhì)的產(chǎn)生。2．化工生產(chǎn)中反應(yīng)條件的調(diào)控(1)考慮因素化工生產(chǎn)中調(diào)控反應(yīng)條件時(shí)，需要考慮控制反應(yīng)條件的成本和實(shí)際可能性。四、化學(xué)反應(yīng)條件的控制(2)實(shí)例——合成氨生產(chǎn)條件的選擇①溫度低，反應(yīng)速率小，氨的產(chǎn)率高；②壓強(qiáng)大，反應(yīng)速率大，氨的產(chǎn)率高，對(duì)動(dòng)力與生產(chǎn)設(shè)備要求高；③使用催化劑能很大程度加快反應(yīng)速率。綜合考慮，采用條件：①溫度400~500℃，反應(yīng)速率大，催化劑的活性大；②壓強(qiáng)10~30MPa，反應(yīng)速率大，氨的產(chǎn)率高；③使用催化劑。課堂探究下圖所示為工業(yè)合成氨的流程圖。下列有關(guān)