化學(xué)反應(yīng)的速率與限度 高一下學(xué)期化學(xué)人教版（2019）必修第二冊(cè)

第六章

化學(xué)反應(yīng)與能量第二節(jié)

化學(xué)反應(yīng)的速率與限度學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.結(jié)合實(shí)例體會(huì)可逆反應(yīng)存在限度，理解化學(xué)平衡狀態(tài)的特征，發(fā)展“變化觀念與平衡思想”的學(xué)科核心素養(yǎng)。2.體會(huì)從限度和快慢兩個(gè)方面去認(rèn)識(shí)和調(diào)控化學(xué)反應(yīng)的重要性，認(rèn)識(shí)控制反應(yīng)條件在生產(chǎn)和科學(xué)研究中的作用。

曾經(jīng)在某網(wǎng)站上出現(xiàn)過這樣一個(gè)問題:如果穿越回古代，你會(huì)帶什么書回去?在工程技術(shù)方面最常提到的無外乎《土法煉鋼》和《粗制氨水》。由此可以看出，氨的合成對(duì)人類來說幾乎可以和煉鋼相媲美。合成氨究竟有怎樣的意義呢?可以這樣說，合成氨是人類首次徹底地采用化學(xué)合成的方式對(duì)自然循環(huán)進(jìn)行干預(yù)，人類由此在自然循環(huán)中依靠自己的努力改變了過去靠天吃飯的狀況。直到今天，合成氨仍然是我們工業(yè)固定氮源的重要方法。資料1909年，德國(guó)化學(xué)家哈伯采用“循環(huán)法”利用氮?dú)夂蜌錃夂铣闪税睔?，并沿用至今，?jīng)歷了一系列探究過程之后，對(duì)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了改進(jìn)，發(fā)現(xiàn)采用如下表所示的條件后，反應(yīng)混合物中氨的含量有所提高，說明探究過程是正確的。但是大家應(yīng)該也發(fā)現(xiàn)了，即使在這樣的條件下,反應(yīng)混合物中氨的含量依然不高。溫度/℃不同壓強(qiáng)條件下氨的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.1013.823.131.4問題1哈伯在對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)后，反應(yīng)混合物中氨的含量依然不高，可能的原因是什么？不同條件下，合成氨反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)反應(yīng)混合物中氨的含量（體積分?jǐn)?shù)）合成氨反應(yīng)為可逆反應(yīng)，存在限度溫度/℃不同壓強(qiáng)條件下氨的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.1013.823.131.4知識(shí)回顧可逆反應(yīng)：在同一條件下，既能向正反應(yīng)方向進(jìn)行，同時(shí)又能向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的反應(yīng)。不用“===

”，用“”。

在某固定密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：

各物質(zhì)的濃度隨反應(yīng)的時(shí)間變化如下表所示：時(shí)間(min)

01020304050607080c(SO2)106321.21111c(O2)531.510.60.50.50.50.5c(SO3)04788.89999此條件下進(jìn)行到什么時(shí)候達(dá)到了這個(gè)反應(yīng)的限度?

問題2化學(xué)平衡狀態(tài)的建立

在某固定密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：

各物質(zhì)的濃度隨反應(yīng)的時(shí)間變化如下表所示：時(shí)間(min)

01020304050607080c(SO2)106321.21111c(O2)531.510.60.50.50.50.5c(SO3)04788.89999反應(yīng)開始時(shí)反應(yīng)進(jìn)行時(shí)反應(yīng)50min后宏觀物料角度c(反應(yīng)物)____0c(反應(yīng)物)______c(反應(yīng)物)______c(生成物)____0c(生成物)______c(生成物)______微觀速率角度v正

____0v正

______v正

______v逆

____0v逆

______v逆

______>=>=減小增大減小增大不變不變不變不變t0vv(正)v(逆)●50minv(正)=v(逆)≠0各物質(zhì)濃度不變

在一定條件下，可逆反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí)，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)物和生成物濃度不再發(fā)生變化，達(dá)到一種表面靜止的狀態(tài)，這種狀態(tài)稱為化學(xué)平衡狀態(tài)，簡(jiǎn)稱化學(xué)平衡?？赡娣磻?yīng)在一定條件下所能達(dá)到或完成的最大程度，即該反應(yīng)的限度?！袢⒒瘜W(xué)反應(yīng)的限度（化學(xué)平衡狀態(tài)）1、定義：2、化學(xué)平衡狀態(tài)的特征逆定等動(dòng)變化學(xué)平衡狀態(tài)研究的對(duì)象是可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)后，各組分濃度不再改變，不隨時(shí)間變化而變化達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等化學(xué)平衡是一種表面靜止?fàn)顟B(tài)，反應(yīng)并未停止，是一種動(dòng)態(tài)平衡外界條件改變時(shí)，原平衡狀態(tài)將被打破，再在新條件下建立新的平衡3、判斷反應(yīng)達(dá)到平衡的依據(jù)達(dá)到平衡的標(biāo)志：（一定條件下）v正=v逆濃度不再改變1909年，德國(guó)化學(xué)家哈伯采用“循環(huán)法”利用氮?dú)夂蜌錃夂铣闪税睔?，并沿用至今。從反?yīng)限度的視角選擇合成氨的生產(chǎn)條件，多角度認(rèn)識(shí)“循環(huán)法”的工業(yè)價(jià)值溫度/℃不同壓強(qiáng)條件下氨的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.1013.823.131.4哈伯為什么不選擇更高的溫度和壓強(qiáng)使反應(yīng)速率更快呢？問題1問題2能否從其他角度分析“循環(huán)法”合成氨的優(yōu)勢(shì)還有哪些？在工業(yè)生產(chǎn)上，除需要考慮速率、產(chǎn)量等因素外，還需考慮環(huán)境、資源、設(shè)備、能耗、成本等問題

“循環(huán)法”除可提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率外，還可控制反應(yīng)速率。對(duì)于放熱反應(yīng)，通過氣體的循環(huán)可將反應(yīng)熱及時(shí)移走，以免溫度過高導(dǎo)致速率過快，且容易燒壞觸媒和設(shè)備。此外還可在一定程度上減少能耗，減少資源浪費(fèi)和污染排放。四、化學(xué)反應(yīng)條件的控制

在化工生產(chǎn)中，為了提高反應(yīng)進(jìn)行的程度而調(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。

合成氨的生產(chǎn)在溫度較低時(shí)，氨的產(chǎn)率較高；壓強(qiáng)越大，氨的產(chǎn)率越高。但溫度低，反應(yīng)速率小，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到化學(xué)平衡，生產(chǎn)成本高，工業(yè)上通常選擇在400~500℃下進(jìn)行。而壓強(qiáng)越大，對(duì)動(dòng)力和生產(chǎn)設(shè)備的要求也越高，合成氨廠隨著生產(chǎn)規(guī)模和設(shè)備條件的不同，采用的壓強(qiáng)通常為10~30MPa。催化劑高溫、高壓N2+3H22NH3工業(yè)合成氨四、化學(xué)反應(yīng)條件的控制

在化工生產(chǎn)中，為了提高反應(yīng)進(jìn)行的程度而調(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。基本措施改變反應(yīng)速率改變反應(yīng)限度改變溫度、濃度、氣體的壓強(qiáng)、固體的表面積以及催化劑的合理使用等改變溫度、濃度、氣體的壓強(qiáng)等思考：為提高燃料的燃燒效率，應(yīng)如何調(diào)控燃燒反應(yīng)的條件?提高燃料燃燒效率的具體措施：(1)將煤研細(xì)，增大與氧氣的接觸面積，加快反應(yīng)速率；使用助燃劑(2)適當(dāng)過量的空氣有利于煤的充分燃燒；(3)爐