化学反应的限度化学反应条件的控制)

第2课时 化学反应的限度 化学反应条件的控制)

[目标导航] 1.了解可逆反应的含义及其特征。2.认识化学反应的限度，知道外界条件改变时化学反应限度能发生改变。3.初步了解化学反应达到平衡状态的标志。4.了解控制反应条件在生产和科研中的作用。

一、化学反应的限度 1．可逆反应： (1)概念：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。 (2)特征：反应不能进行到底，或者在一定条件下反应物与生成物同时存在。 2．化学平衡状态 (1)建立过程：

如对于可逆反应2SO2＋O2催化剂△2SO3，在一定温度下，将2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)通入一定体积的密闭容器中。其化学平衡建立的过程如图所示。 ①

反应开始时，正反应速率最大，原因是反应物浓度最大；逆反应速率为0，原因是生成物浓度为0。 ②反应进行中，正反应速率的变化是逐渐减小，原因是反应物浓度逐渐减小；逆反应速率的变化是逐渐增大，原因是生成物浓度逐渐增大。 ③反应一段时间(t1)后，正反应速率和逆反应速率的关系是大小相等，反应物的浓度不再改变，生成物的浓度不再改变。 (2)概念：对于可逆反应，如果外界条件(温度、浓度、压强等)不发生改变，当可逆反应进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率相等，反应物的浓度与生成物的浓度不再改变，达到一种表面静止的状态，称为“化学平衡状态”，简称化学平衡，化学平衡状态是化学反应所能进行的最大限度。 (3)特征： ①等：v正＝v逆≠0。 ②动：化学平衡状态是一种动态平衡。达到平衡状态时，反应并没有停止，这时正反应和逆反应都依然在进行。 ③定：反应物的浓度和生成物的浓度不再改变。 ④变：外界条件(温度、浓度、压强等)一旦改变，化学平衡状态就会被破坏，并在新的条件下建立新的化学平衡。 点拨 化学反应速率改变，平衡不一定发生移动，如反应前后气体体积不变的反应增大压强或使用催化剂，正逆反应速率变化程度相同，v(正)＝v(逆)，平衡不移动；平衡发生移动，化学反应速率一定发生改变，移动的根本原因是外界条件改变，使v(正)≠v(逆)。 【议一议】 1．判断正误： (1)任何可逆反应都有一定的限度。( ) (2)化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等。( ) (3)化学反应的限度与时间的长短无关。( ) (4)化学反应的限度是不可改变的。( ) 答案 (1)√ (2)√ (3)√ (4)× 二、反应条件的控制 1．化学反应条件的控制 (1)目的：促进有利的化学反应，抑制有害的化学反应。 (2)基本措施 ①改变化学反应速率：改变反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强、固体的表面积以及催化剂的合理使用等。 ②改变可逆反应进行的限度：改变可逆反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强等。 2．提高煤的燃烧效率 (1)煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉目的是增大与空气中O2的接触面积增大，煤粉燃烧更充分，反应速率快；通入适当过量的空气可以使煤粉充分燃烧，生成CO2，放出更多的热量；若空气不足，会造成煤燃烧不完全，生成CO，产生热量减少，且会造成污染。 (2)选择保温隔热且耐热的炉(灶)膛材料的主要目的是防止热量散失。 (3)充分利用煤燃烧后的废气中的热量可采取的措施是将燃烧后的废气通过热交换装置，供其他方面使用。 【议一议】

2．(1)有两个化学反应：2H2＋O2=====点燃2H2O，2H2O=====电解2H2↑＋O2↑，它们属于可逆反应吗？ (2)可逆反应达到平衡后，正反应和逆反应是不是都停止了？ 答案 (1)不是。可逆反应是在同一条件下，正向反应和逆向反应同时进行的化学反应。以上两个反应是分别在点燃和电解两个不同条件下的反应，不属于可逆反应。 (2)不是。可逆反应达到平衡后，正反应和逆反应都仍然进行，只是正反应使反应物的减少量(生成物的增加量)与逆反应使反应物的增加量(生成物的减少量)相等，从表面看没有变化。

一、化学平衡状态 【例1】 可逆反应：2NO22NO＋O2在体积固定的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是( ) ①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2 ②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO ③用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态 ④混合气体的颜色不再改变的状态 ⑤混合气体的密度不再改变的状态 ⑥混合气体的压强不再改变的状态 ⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 A．①④⑥⑦ B．②③⑤⑦ C．①③④⑤ D．全部 答案 A 解析 ①中单位时间内生成n mol O2的同时必消耗2nmol NO2，知v(正)＝v(逆)，所以①能说明达到平衡状态；②所描述的都是指正反应方向的速率，无法判断；③无论达到平衡与否，物质的反应速率之比等于化学方程式中物质的化学计量数之比；④有色气体的颜色不变能够说明达到了化学平衡；因容器体积固定，密度是一个常数，所以⑤不能说明；该反应是一个反应前后气体体积不等的反应，容器的体积又固定，所以⑥⑦均能说明达到平衡。 规律总结 化学平衡状态的判断 1．直接标志 (1)v(正)＝v(逆)。 ①同一种物质的生成速率等于消耗速率 ②在化学方程式同一边的不同物质的生成速率与消耗速率之比等于化学计量数之比 ③在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于化学计量数之比 (2)各组分的浓度保持一定 ①各组分的浓度不随时间的改变而改变 ②各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变 2．间接标志 (1)反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体体积不等的反应)。 (2)混合气体的密度不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体体积不等且无固体、液体参与或生成的反应)。 (3)对于反应混合物中存在有颜色变化的物质的可逆反应，若体系中颜色不再改变，则反应达到平衡状态。 (4)全是气体参加的反应前后化学计量数改变的可逆反应，平均相对分子质量保持不变。 (5)对同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。 变式训练1 在一定温度下，反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)达到化学平衡状态的标志是( ) A．单位时间内生成n mol H2，同时就有n mol HI生成 B．单位时间内有n mol H2生成，同时就有n mol I2生成 C．容器内气体的总压强不随时间的变化而变化 D．1个H—H键断裂的同时，有2个H—I键断裂 答案 D 解析 选项A，生成H2是逆反应，生成HI是正反应，根据化学方程式中的化学计量数关系，如果正、逆反应速率相等，则生成n mol H2的同时应有2 n mol HI生成，因此A选项并没有达到化学平衡。选项B，生成H2和生成I2

均是逆反应，没有说明正反应速率，且不管平衡是否建立，只要反应进行，

生成H2和I2的物质的量之比始终为1∶1。因此B选项并不一定达到化学平衡。选项C，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，反应从开始到反应达到平衡状态时，压强就一直保持不变，故气体总的压强不变不能说明反应已经达到平衡状态。选项D，断裂H—H键是正反应，断裂H—I键是逆反应，根据化学方程式的化学计量数关系，断裂1个H—H键的同时，有2个H—I键断裂，其正反应速率等于逆反应速率，因此D选项一定达到了化学平衡状态。 二、有关化学平衡的简单计算 【例2】 X、Y、Z为三种气体，把a mol X和b mol Y充入一密闭容器中，发生反应X＋2Y2Z。达到平衡时，若它们的物质的量满足：n(X)＋n(Y)＝n(Z)，则Y的转化率为( )

A.a＋b5×100% B.2（a＋b）5b×100% C.2（a＋b）5×100% D.a＋b5a×100% 答案 B 解析 设反应达平衡时消耗Y物质的量为x。则： X ＋ 2Y2Z 起始量/mol ab0 转变量/mol x2xx 平衡量/mol a－x2b－xx 依题意可得：a－x2＋(b－x)＝x x＝2（a＋b）5 mol

Y的转化率为：2（a＋b）5b×100%＝2（a＋b）5b×100%，选B。 规律总结 解答有关化学反应速率和化学平衡的计算题时，一般需要写出化学方程式，列出起始量、变化量及平衡量，再根据题设其他条件和定律列方程求解。如： mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 起始/mol ab0 0 转化/mol mxnxpxqx 平衡/mol a－mxb－nxpxqx (1)关于反应物转化率的计算

A的转化率＝A的转化量A的起始量×100%(计算式中A的量可以指反应物的物质的量、质量、浓度、体积等) (2)关于某组分的体积分数的计算

A的体积分数＝体系中A的物质的量体系中总的物质的量×100% 注意 ①转化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例；②这里a、b可指物质的量、浓度、体积等；③对反应物：平衡时的量＝起始的量－转化的量；对生成物：平衡时的量＝起始的量＋转化的量。同时要注意差量法、守恒法等简单计算方法在化学平衡中的应用。 变式训练2 在容积可变的密闭容器中，2 mol N2和8 mol H2在一定条件下发生反应，达到平衡时，H2的转化率为25%，则平衡时氮气的体积分数接近于( ) A．5% B．10% C．15% D．20%