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第六章化學(xué)反應(yīng)與能量第二節(jié)化學(xué)反應(yīng)的速率與限度在化學(xué)反應(yīng)的研究和實(shí)際應(yīng)用中,人們除了選擇合適的化學(xué)反應(yīng)以實(shí)現(xiàn)所期待的物質(zhì)轉(zhuǎn)化或能量轉(zhuǎn)化,還要關(guān)注化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢和程度,以提高生產(chǎn)效率。一化學(xué)反應(yīng)的速率在化學(xué)實(shí)驗(yàn)和日常生活中,我們經(jīng)常觀察到這樣的現(xiàn)象:
有的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行得快,有的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行得慢。思考與討論你了解下圖涉及的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢嗎?反應(yīng)的快慢程度與我們有什么關(guān)系?不同的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢千差萬(wàn)別,快與慢是相對(duì)而言的,是一種定性的比較。在科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用中,對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢進(jìn)行定量的描述或比較時(shí),要使用同一定義或標(biāo)準(zhǔn)下的數(shù)據(jù)。與物理學(xué)中物體的運(yùn)動(dòng)快慢用速率表示類似,化學(xué)反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行的快慢用反應(yīng)速率來(lái)表示。一、化學(xué)反應(yīng)速率1.定義:化學(xué)反應(yīng)速率通常用單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減小或生成物濃度的增大來(lái)表示(取正值)。計(jì)算式:濃度常以mol/L為單位,時(shí)間常以min(分)或s(秒)為單位,化學(xué)反應(yīng)速率的單位相應(yīng)為mol/(L·min)或mol/(L·s)。例如,某反應(yīng)的反應(yīng)物濃度在5min內(nèi)由6mol/L變成了2moL,則以該反應(yīng)物濃度的變化表示的該反應(yīng)在這段時(shí)間內(nèi)的平均反應(yīng)速率為0.8mol/(L·min)。化學(xué)反應(yīng)速率的特點(diǎn)一①化學(xué)反應(yīng)速率是標(biāo)量,只取正值。②化學(xué)反應(yīng)速率有瞬時(shí)反應(yīng)速率和平均反應(yīng)速率,以上所表示的是某段時(shí)間內(nèi)的平均反應(yīng)速率。③化學(xué)反應(yīng)速率只適用于氣體或溶液,固體或純液體的濃度可視為常數(shù),并不適用。練習(xí)鞏固
在N2+3H22NH3反應(yīng)中,自開始至2秒,氨的濃度由0變?yōu)?.6mol/L,則以氨氣表示的化學(xué)反應(yīng)速率是多少?
化學(xué)反應(yīng)速率的特點(diǎn)二反應(yīng)4NH3+5O24NO+6H2O在5升的密閉容器中進(jìn)行,30秒后,NO的物質(zhì)的量增加了0.3mol,此反應(yīng)的平均反應(yīng)速率用NO來(lái)表示為多少?v(NO)═0.002mol/L·s問(wèn)題1:若用O2的濃度變化來(lái)表示此反應(yīng)速率是多少?若用NH3
來(lái)表示呢?v(O2)═0.0025mol/L·sv(NH3)═0.002mol/L·s問(wèn)題2:此反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)速率用不同物質(zhì)表示為什么數(shù)值
不同?數(shù)值上有何規(guī)律?①同一反應(yīng),可用不同物質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)濃度的變化來(lái)表示,但必須指明是用哪種反應(yīng)物或哪種生成物來(lái)表示。②用不同物質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)濃度變化表示時(shí),速率比等于方程式中的系數(shù)比。例如:在反應(yīng)aA+bB══cC+dD中,
v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)══a:b:c:d③均取正值,且是某一段時(shí)間內(nèi)的平均速率。練習(xí)鞏固在一定條件下,mA+nB═pC的反應(yīng)中,各物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率為V(A)═amol·L-1·s-1,V(B)═a/2mol·L-1·s-1,V(C)═amol·L-1·s-1,
則該反應(yīng)的化學(xué)方程式是__________________。2A+B=2C二、影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素化學(xué)反應(yīng)的速率往往受到反應(yīng)條件的影響。例如,過(guò)氧化氫溶液在常溫下分解放出氧氣的速率很小,但是加入催化劑二氧化錳后,分解速率增大。像這樣通過(guò)改變化學(xué)反應(yīng)的條件來(lái)調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率的情況,在實(shí)際的生產(chǎn)和生活中常常會(huì)遇到。對(duì)于有些化學(xué)反應(yīng),我們希望其越慢越好,如食物的變質(zhì)、橡膠和塑料的老化、金屬的銹蝕;有些則希望其快一些,如氨、硫酸等化工產(chǎn)品的生產(chǎn)。調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率常常是決定化學(xué)實(shí)驗(yàn)成敗或化工生產(chǎn)成本的關(guān)鍵有哪些因素能夠影響化學(xué)反應(yīng)速率呢?化學(xué)反應(yīng)速率是由反應(yīng)物的性質(zhì)決定的;----內(nèi)因是主要因素探究[問(wèn)題]我們已經(jīng)知道催化劑可以影響化學(xué)反應(yīng)速率,此外還有哪些條件會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)的速率?[假設(shè)]影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素可能有反應(yīng)溫度、反應(yīng)物濃度等。[用品]
5%H2O2溶液、1mol/LFeCl3溶液、0.1mol/L鹽酸、1mol/L鹽酸、大理石碎塊冷水、熱水、試管、試管夾、燒杯、量筒、膠頭滴管。[實(shí)驗(yàn)]
(1)反應(yīng)溫度的影響在兩支大小相同的試管中均加入2mL5%H2O2溶液,同時(shí)滴入2滴1mol/LFeCl3
溶液。待試管中均有適量氣泡出現(xiàn)時(shí),將其中一支試管放入盛有冷水的燒杯中,另一支試管放入盛有熱水的燒杯中,觀察現(xiàn)象并進(jìn)行對(duì)比。不同溫度環(huán)境實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象0.1mol/L產(chǎn)生氣泡的速率較慢熱水產(chǎn)生氣泡的速率很快(2)反應(yīng)物濃度的影響利用實(shí)驗(yàn)室提供的用品,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并提請(qǐng)教師審閱,待教師同意后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(提示:探究某影響因素時(shí),需保持其他條件因素相同)。步驟:________________________________________________________________________________________________________________________________________在兩支大小相同的試管中分別加入相同質(zhì)量的大理石碎塊,再加入0.1mol/L鹽酸10mL和0.05mol/L鹽酸10mL,觀察試管中氣泡產(chǎn)生的快慢HCl濃度實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象0.1mol/L迅速產(chǎn)生大量氣泡0.05mol/L緩慢產(chǎn)生氣泡記錄:[結(jié)論]影響因素如何影響如何影響催化劑可以改變化學(xué)反應(yīng)速率溫度溫度升高,反應(yīng)速率加快;溫度降低,反應(yīng)速率減慢。濃度濃度增大,反應(yīng)速率加快;濃度減小,反應(yīng)速率減慢。[問(wèn)題和討論]影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素還可能有哪些?請(qǐng)選擇其中一個(gè)因素,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方案,與同學(xué)交流。實(shí)驗(yàn)步驟:在2支試管里分別加入粉碎了的大理石和沒有粉碎的大理石,然后分別滴入5mL0.1mol/L的HCl,對(duì)比觀察現(xiàn)象,將你看到的現(xiàn)象記錄下來(lái)。結(jié)論:粉碎的大理石產(chǎn)生氣體快,說(shuō)明物質(zhì)的表面積可以影響反應(yīng)速率。方法導(dǎo)引變量控制科學(xué)研究中,對(duì)于多因素(多變量)的問(wèn)題,常常采用只改變其中的某一個(gè)因素,控制其他因素不變的研究方法,使多因素的問(wèn)題變成幾個(gè)單因素的問(wèn)題,分別加以研究,最后再將幾個(gè)單因素問(wèn)題的研究結(jié)果加以綜合。這種變量控制的方法是科學(xué)探究中常用的方法。例如,以上探究在比較不同溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影哈時(shí),控制濃度和其他影響因素相同;而比較不同濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響時(shí),則控制溫度和其他影響因素相同;
最后綜合得出影響化學(xué)反應(yīng)速率的多種因素。大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)和科學(xué)研究證明:一般條件下,當(dāng)其他條件相同時(shí),增大反應(yīng)物濃度,化學(xué)反應(yīng)速率增大,降低反應(yīng)物濃度,化學(xué)反應(yīng)速率減小;升高溫度,化學(xué)反應(yīng)速率增大,降低溫度,化學(xué)反應(yīng)速率減??;催化劑可以改變化學(xué)反應(yīng)速率。對(duì)于氣體來(lái)說(shuō),在相同溫度下,壓強(qiáng)越大,一定質(zhì)量氣體的體積越小,單位體積內(nèi)氣體的分子數(shù)越多(如圖6-16)。增大壓強(qiáng)(減小容器容積)相當(dāng)于增大反應(yīng)物的濃度,化學(xué)反應(yīng)速率增大;減小壓強(qiáng)(增大容器容積)相當(dāng)于減小反應(yīng)物的濃度,化學(xué)反應(yīng)速率減小。影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素內(nèi)因:反應(yīng)物本身的性質(zhì)(最主要因素)外因濃度:濃度大,反應(yīng)速率快溫度:溫度高,反應(yīng)速率快催化劑:一般加快反應(yīng)速率壓強(qiáng):壓強(qiáng)大,反應(yīng)速率快固體的表面積反應(yīng)物的狀態(tài)等(1)溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律:當(dāng)其它條件不變時(shí),升高溫度,化學(xué)反應(yīng)速率增大。降低溫度,化學(xué)反應(yīng)速率減小。實(shí)驗(yàn)測(cè)得,溫度每升高10度,化學(xué)反應(yīng)速率通常增大原來(lái)的2~4倍。注意:溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響不受反應(yīng)物狀態(tài)的限制。(2)催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律:催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)的速率。有的催化劑能加快化學(xué)反應(yīng)的速率,叫正催化劑;有的催化劑能減慢化學(xué)反應(yīng)速率,叫負(fù)催化劑。在實(shí)踐中,如沒有特殊說(shuō)明,凡說(shuō)催化劑都是指正催化劑。(3)濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律:當(dāng)其它條件不變時(shí),增大反應(yīng)物的濃度,化學(xué)反應(yīng)速率增大。減小反應(yīng)物的濃度,化學(xué)反應(yīng)速率減慢。(4)固體反應(yīng)物的表面積對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律:當(dāng)其它條件不變時(shí),增大固體反應(yīng)物的表面積,化學(xué)反應(yīng)速率增大。減小固體反應(yīng)物的表面積,化學(xué)反應(yīng)速率減慢。(5)其他條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響--如光照、紫外線等。思考與討論下列調(diào)控反應(yīng)速率的措施或?qū)嶒?yàn)中,分別利用或體現(xiàn)了哪些影響反應(yīng)速率的因素?1.向爐膛內(nèi)鼓風(fēng),用煤粉代替煤塊可以使?fàn)t火更旺。增大接觸面積2.把食物放在冰箱里,在糕點(diǎn)包裝內(nèi)防治除氧劑可以延長(zhǎng)食品保質(zhì)期。溫度越高,食物腐敗變質(zhì)的速率越快,電冰箱能提供較低的溫度,減緩食物的腐?。怀鮿p少氧氣含量,等于減少反應(yīng)物濃度,減緩食物腐敗。3.實(shí)驗(yàn)室通常要將兩種塊狀或顆粒狀的固體藥品研細(xì),并混勻后再進(jìn)行反應(yīng)。原因是什么?能增大反應(yīng)物的接觸面積,使反應(yīng)物充分接觸,使反應(yīng)速率加快。4.鎂在空氣中和在純氧中反應(yīng)的劇烈程度明顯不同。增大了反應(yīng)物濃度。科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~神奇的催化劑催化劑是現(xiàn)代化學(xué)中關(guān)鍵而神奇的物質(zhì)之一。據(jù)統(tǒng)計(jì),有80%以上的化工生產(chǎn)過(guò)程(如氨、硫酸、硝酸的合成,乙烯、丙烯苯乙烯的聚合,煤、石油、天然氣的綜合利用,等等)使用了催化劑,目的是增大反應(yīng)速率,提高生產(chǎn)效率。在資源利用、能源開發(fā)、醫(yī)藥制造、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域,催化劑有著廣泛的應(yīng)用。催化劑十分神奇,它能極大地提高化學(xué)反應(yīng)速率(可使反應(yīng)速率增大幾個(gè)到十幾個(gè)數(shù)量級(jí)),而自身的組成、化學(xué)性質(zhì)和質(zhì)量在反應(yīng)前后不發(fā)生變化;它和一些反應(yīng)體系的關(guān)系就像鑰匙與鎖的關(guān)系,具有一定的選擇性。生物體內(nèi)幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)(如淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)的水解,DNA的復(fù)制等)都是由生物體內(nèi)存在的特殊催化劑一酶所催化的。酶比一般的催化劑具有更高的選擇性和催化效率,而且是在正常體溫的條件下發(fā)生作用,反應(yīng)條件溫和。受酶的啟示,科學(xué)家開辟了設(shè)計(jì)和合成催化劑的新途徑正在研制具有生物酶某些特性的化學(xué)酶,以期實(shí)現(xiàn)“仿酶催化”。催化劑的神奇面紗至今尚未完全揭開,對(duì)催化劑的研究是當(dāng)代化學(xué)一個(gè)極具魅力和應(yīng)用前景的重要課題。隨堂練習(xí)1.①在某一化學(xué)反應(yīng)中,生成物B的濃度在5s內(nèi)從0.5mol/L變成2.0mol/L,在這5s內(nèi)B的化學(xué)反應(yīng)速率為_____________。②一個(gè)5L的容器中,盛入8.0mol某氣體反應(yīng)物,5min后,測(cè)得這種氣體反應(yīng)物還剩余6.8mol,這種反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng)速率為__________________。0.3mol/(L·S)0.048mol/(L·min)2.已知4NH3+5O24NO+6H2O,則下列關(guān)系式正確的是()A.4/5V(NH3)═V(O2)
B.
4/5V(NH3)═V(H2O)C.5/6V(O2)═V(H2O)
D.4/5V(O2)═V(NO)D3.
(課本49第3題)下列措施中,不能增大化學(xué)反應(yīng)速率的是(
)A、Zn與稀硫酸反應(yīng)制取H2時(shí),加入蒸餾水B、Al在O2中燃燒時(shí)生成Al2O3,用鋁粉代替鋁片C、CaCO3與稀鹽酸反應(yīng)生成CO2時(shí),適當(dāng)升高溫度D、KClO3分解制取O2時(shí),添加少量MnO2A解析【解析】A、減小了稀硫酸濃度,反應(yīng)速率減小;B、增大了接觸面積,反應(yīng)加快;C、溫度升高,反應(yīng)加快;D、加入催化劑,反應(yīng)加快4.為了研究碳酸鈣與稀鹽酸反應(yīng)的反應(yīng)速率,一位同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定反應(yīng)中生成的CO2氣體體積隨反應(yīng)時(shí)間變化的情況,繪制如圖曲線。請(qǐng)分析討論以下問(wèn)題。試分析O~t3三個(gè)時(shí)間段里,反應(yīng)速率不同的可能原因(該反應(yīng)是放熱反應(yīng))。解:開始時(shí)C(H+)大,該反應(yīng)的反應(yīng)速率大;
t1—t2由于反應(yīng)放熱溫度升高,所以速率迅速增大;最后是因?yàn)镃(H+)減小了,反應(yīng)速率減慢.5、下列四種X溶液均能與鹽酸反應(yīng),其中反應(yīng)最快的是()。A.10℃20mL3mol/L的X溶液B.20℃30mL2mol/L的X溶液C.20℃10mL4mol/L的X溶液D.10℃10mL2mol/L的X溶液C
【解析】濃度大,溫度高反應(yīng)快。解析6.在反應(yīng)4A(s)+3B(g)=2C(g)+D(g)中,經(jīng)2min,B的濃度減少0.6mol?L-1,對(duì)此反應(yīng)速率的表示正確的是()。A.用A表示的反應(yīng)速率為0.4mol?L-1?min-1B.分別用B、C、D表示的反應(yīng)速率其比值為3∶2∶1C.B在2min末的反應(yīng)速率是0.3mol?L-1?min-1D.B在2min內(nèi)的平均反應(yīng)速率是0.3mol?L-1?min-1BD7.在2A+B3C+4D反應(yīng)中,下列各表示該反應(yīng)的速度最快的是()。A.v(A)═0.4mol/(L·min)B.v(B)═0.4mol/(L·min)C.v(C)═0.9mol/(L·min)D.v(D)═1.2mol/(L·min)B
【解析】根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率和系數(shù)成正比進(jìn)行計(jì)算。解析二化學(xué)反應(yīng)的限度化學(xué)反應(yīng)是按照化學(xué)方程式中的計(jì)量關(guān)系進(jìn)行的,我們正是據(jù)此進(jìn)行有關(guān)化學(xué)方程式的計(jì)算。你是否思考過(guò)這樣的問(wèn)題:一個(gè)化學(xué)反應(yīng)在實(shí)際進(jìn)行時(shí)(如化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化工生產(chǎn)等),反應(yīng)物是否會(huì)按化學(xué)方程式中的計(jì)量關(guān)系完全轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物?如果能,是在什么條件下?如果不能,原因是什么?我們知道,在SO2與H2O的反應(yīng)中,由于生成物H2SO不穩(wěn)定,會(huì)部分地分解為SO2與H2O,該反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng),不能進(jìn)行到底。另外,我們學(xué)習(xí)過(guò)的H2與N2
生成NH3
的反應(yīng)也是可逆反應(yīng),同樣不能進(jìn)行到底。一、可逆反應(yīng)1.定義一定條件下,既能正向又能逆向進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)叫可逆反應(yīng)。如:2HI(g)H2(g)+I(xiàn)2(g);可逆反應(yīng)。
2KClO3═══2KCl+3O2(g).不可逆反應(yīng)。科學(xué)研究表明,很多化學(xué)反應(yīng)都是可逆反應(yīng)。在一定條件下,某個(gè)可逆反應(yīng)在開始進(jìn)行時(shí),反應(yīng)物的濃度最大,生成物濃度為零,因此正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率。條件下,某個(gè)可逆反應(yīng)在開始進(jìn)行時(shí),反應(yīng)物的濃度最大生成物濃度為零,因此正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率。典型的可逆反應(yīng)有:N2+3H22NH3催化劑高溫高壓2SO2+O2
2SO3催化劑高溫SO2+H2O
H2SO3NH3+H2ONH3·H2O啟示:化學(xué)反應(yīng)是有限度的,有些能進(jìn)行的較徹底,有些反應(yīng)是不徹底的,甚至是可逆的。2.在一固定容積的密閉容器里,加1molN2和3molH2
(合適催化劑),能發(fā)生什么反應(yīng)?催化劑N2+3H22NH3高溫N2+H2→NH3(1)開始時(shí)c(N2)、c(H2)大,c(NH3)═0開始階段有什么特征?只有正反應(yīng),v(逆)═0N2
+H2
→NH3瞬間過(guò)后有什么特征?(2)瞬間后c(N2)、c(H2
)變小,c(NH3)≠0正逆反應(yīng)都進(jìn)行,v(逆)≠0,v(正)>
v(逆)一定時(shí)間段內(nèi)有什么特征?(3)c(N2)、c(H2)逐漸變小,c(NH3)逐漸增大,三種物質(zhì)的濃度達(dá)到一個(gè)特定值。N2+H2NH3v(正)═v(逆)≠0
由于v(正)═v(逆)≠0,雖然正、逆反應(yīng)都在進(jìn)行,但各種物質(zhì)的百分含量、濃度都不會(huì)發(fā)生變化.從外表上看,反應(yīng)好象“停止”。
可逆反應(yīng)的這種特殊狀態(tài)就是我們今天要研究的化學(xué)平衡狀態(tài)。反應(yīng)速率v(正)v(逆)v(正)═v(逆)t1時(shí)間(t)(1)0~t1:v(正)>v(逆)(2)t1以后:v(正)=
v(逆)t1以后反應(yīng)處于平衡狀態(tài)!
什么是化學(xué)平衡呢?N2+3H22NH3催化劑高溫高壓二、化學(xué)平衡狀態(tài)1、定義
在一定條件下的可逆反應(yīng)中,當(dāng)正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等,反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不變的狀態(tài)。前提(適用范圍):可逆反應(yīng)內(nèi)在本質(zhì):v(正)=
v(逆)
≠0外在標(biāo)志:反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不變2、化學(xué)平衡狀態(tài)的特征(3)動(dòng):動(dòng)態(tài)平衡(v(正)═v(逆)≠0)(2)等:v(正)=v(逆)
(1)逆:可逆反應(yīng)(4)定:反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持定,各組分的含量保持不變。(5)變:條件改變,原平衡被破壞,在新條件下建立新的平衡。3、化學(xué)平衡狀態(tài)的判定對(duì)于可逆反應(yīng)mA(g)nB(g)+pC(g)在一定條件下達(dá)到平衡狀態(tài)有以下幾個(gè)標(biāo)志:(1)A的生成速率和分解速率相等(2)單位時(shí)間生成nmolB和pmolC的同時(shí),生成mmolA(3)A、B、C的物質(zhì)的量不再改變(4)A、B、C的濃度不再改變(5)A、B、C的百分含量不再改變4.反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率(格式如下)化學(xué)平衡計(jì)算的一般步驟:“三步曲”①寫出有關(guān)平衡的化學(xué)方程式②找出各物質(zhì)的起始量轉(zhuǎn)化量平衡量③根據(jù)已知條件列式:如下mA(g)nB(g)+pC(g)起始(mol)轉(zhuǎn)化(mol)平衡(mol)三、化學(xué)平衡的移動(dòng)V正≠V逆V正=V逆≠0條件改變V正=V逆≠0一定時(shí)間平衡1
不平衡平衡2V正>V逆平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)V正>V逆平衡不移動(dòng)V正<V逆平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)定義:可逆反應(yīng)中,舊化學(xué)平衡的破壞,新化學(xué)平衡建立過(guò)程叫做化學(xué)平衡的移動(dòng)。任何可逆反應(yīng)在給定條件下的進(jìn)程都有一定的限度只是不同反應(yīng)的限度不同。改變反應(yīng)條件可以在一定程度上改變一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的限度,亦即改變?cè)摲磻?yīng)的化學(xué)平衡狀態(tài)。因此,通過(guò)調(diào)控反應(yīng)條件可使反應(yīng)結(jié)果更好地符合人們預(yù)期的目的,這在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)等方面已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。增大反應(yīng)物的濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響1、濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響分析t1t2t3
增大反應(yīng)物濃度或減小生成物濃度,平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng);增大生成物濃度或減小反應(yīng)物濃度,平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng);結(jié)論應(yīng)用在生產(chǎn)上,往往采用增大容易取得的或成本較低的反應(yīng)物濃度的方法,使成本較高的原料得到充分利用。2SO2
+
O22SO32、溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響例如:2NO24N2O2
+Q為放熱反應(yīng)紅棕色無(wú)色
結(jié)論:其它條件不變的情況下,溫度升高,平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng);溫度降低,平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng)。3.催化劑對(duì)化學(xué)平衡無(wú)影響催化劑同等程度的加快或減慢正、逆反應(yīng)速率(V正=V逆);對(duì)化學(xué)平衡無(wú)影響。t時(shí)間(b)V速率V正V逆0V逆V正′′催化劑能縮短平衡到達(dá)的時(shí)間1.Fe(NO3)2溶液呈淺綠色,其中存在著下列平衡:Fe2+
+2H2OFe(OH)2+2H+
往該溶液中滴加鹽酸,發(fā)生的變化(
)
(A)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)(B)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)
(C)溶液由淺綠色變成黃色(D)Fe2+物質(zhì)的量增大隨堂練習(xí)AD2.在一定條件下,某容器中充入N2和H2合成NH3,以下敘述錯(cuò)誤的是(
)。A.開始反應(yīng)時(shí),正反應(yīng)速率最大,逆反應(yīng)速率為零B.隨著反應(yīng)的進(jìn)行,正反應(yīng)速率逐漸減小,最后減小為零C.隨著反應(yīng)的進(jìn)行逆反應(yīng)速率逐漸增大,后保持恒定D.隨著反應(yīng)的進(jìn)行,正反應(yīng)速率逐漸減小,最后與逆反應(yīng)速率相等且都保持恒定B三化學(xué)反應(yīng)條件的控制在生產(chǎn)和生活中,人們希望促進(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),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),這就需要進(jìn)行化學(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。例如,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400~500C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10MPa~30MPa。思考與討論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?
(提示:可以從以下幾方面考慮,如燃料的狀態(tài)空氣用量、爐膛材料、煙道廢氣中熱能的利用,等等。)具體措施盡可能的使燃料充分燃燒,提高能量的轉(zhuǎn)化率,關(guān)鍵是燃料與空氣或氧氣要盡可能充分的接觸,且空氣要適當(dāng)過(guò)量。燃料與空氣要有足夠大的接觸面積。盡可能充分地利用燃料燃燒所放出來(lái)的熱能,提高熱能的利用率。實(shí)質(zhì)是從多方面控制燃燒反應(yīng)的條件,它的意義在于節(jié)約能源,節(jié)省資源,減少污染等。資料卡片~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~煉鐵高爐尾氣之謎高爐煉鐵的主要反應(yīng)是:Fe2O3+3CO════2Fe+3CO2高溫其中產(chǎn)生CO的反應(yīng)是:C(焦炭)+O2(空氣)════
CO2(放出熱量)高溫C(焦炭)+CO2(空氣)════
2CO(放出熱量)高溫生產(chǎn)中煉制生鐵所需焦炭的實(shí)際用量遠(yuǎn)高于按照化學(xué)方程式計(jì)算所需的量,而且從高爐爐頂出來(lái)的氣體中總是含有沒有利用的CO。開始,煉鐵工程師們認(rèn)為是CO與鐵礦石接觸不充分造成的,于是設(shè)法增加高爐的高度。然而,令人吃驚的是,高爐增高后,高爐尾氣中CO的比例竟然沒有改變。這成了煉鐵技術(shù)中的科學(xué)懸念,人們一直在探究其中的原因。直到19世紀(jì)下半葉,法國(guó)化學(xué)家勒夏特列(H.-L.LeChatelier,1850-1936)經(jīng)過(guò)深入的研究,才將這一謎底揭開。
原來(lái),產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是:是一個(gè)可逆反應(yīng),并且自下而上發(fā)生在高爐中有焦炭的地方。后來(lái)的研究證明,在高爐中Fe2O3與CO反應(yīng)也不能全部轉(zhuǎn)化為Fe和CO2。C+CO2
2CO隨堂練習(xí)1.(課本49第4題)在一定條件下,某可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率隨時(shí)間變化的曲線如下圖所示。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A.t1時(shí)刻,反應(yīng)逆向進(jìn)行B.t2時(shí)刻,正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率C.t3時(shí)刻,到達(dá)反應(yīng)進(jìn)行的限度D.t4時(shí)刻,反應(yīng)處于平衡狀態(tài)D2.
(課本50第5題)下列關(guān)于化學(xué)平衡狀態(tài)的敘述錯(cuò)誤的是()A.化學(xué)平衡是所有可逆反應(yīng)都存在的一種狀態(tài)B.在給定條件下,達(dá)到平衡式可逆反應(yīng)完成程度達(dá)到最大C.達(dá)到平衡時(shí),正、逆反應(yīng)速率均為零D.達(dá)到平衡時(shí),但鸚鵡和生成物的濃度不再發(fā)生變化C3.
(課本50第6題)一定條件下的密閉容器中,發(fā)生可逆反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。下列情況不能說(shuō)明該反應(yīng)一定達(dá)到化學(xué)平衡的是()。A.NH3的質(zhì)量保持不變B.H2
的含量保持不變C.正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率相等D.N2、H2
和NH3
的物質(zhì)的量之比為1∶3∶2D4.(課本50第7題)工業(yè)制取硫酸中的一步重要反應(yīng)是SO2在400~500℃下的催化氧化:這是一個(gè)正反應(yīng)放熱的可逆反應(yīng)。如果反應(yīng)在密閉容器中進(jìn)行,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.使用催化劑是為了增大反應(yīng)速率,提高生產(chǎn)效率B.在上述條件下,SO2不可能100%地轉(zhuǎn)化為SO3C.提高反應(yīng)時(shí)的溫度,可以實(shí)現(xiàn)SO2的完全轉(zhuǎn)化D.通過(guò)調(diào)控反應(yīng)條件,可以提高該反應(yīng)進(jìn)行的程度2SO2+O22SO3催化劑△C5.在一定溫度下,可逆反應(yīng)A(g)+3B(g)2C(g)達(dá)到平衡的標(biāo)志是(
)A.
A的生成速率與C分解的速率相等B.單位時(shí)間內(nèi)生成nmolA,同時(shí)生3nmolBC.
A、B、C的濃度不再變化D.
A、B、C的分子數(shù)比為1∶3∶2C6.對(duì)于可逆反應(yīng)M+NQ達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí),下列說(shuō)法正確的是()
A.M、N、Q三種物質(zhì)的濃度一定相等B.M、N全部變成了QC.M、N、Q的濃度都保持不變D.反應(yīng)已經(jīng)停止C7.(雙選)下列說(shuō)法可以證明反應(yīng)N2+3H22NH3
已達(dá)平衡狀態(tài)的是()A.1個(gè)N≡N鍵斷裂的同時(shí),有3個(gè)H-H鍵形成B.1個(gè)N≡N鍵斷裂的同時(shí),有3個(gè)H-H鍵斷裂C.1個(gè)N≡N鍵斷裂的同時(shí),有6個(gè)N-H鍵斷裂D.1個(gè)N≡N鍵斷裂的同時(shí),有6個(gè)N-H鍵形成A、C練習(xí)與應(yīng)用1.請(qǐng)根據(jù)已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)填寫下表。影響化學(xué)反應(yīng)速率的條件如何影響實(shí)例溫度溫度升高化學(xué)反應(yīng)速率加快,溫度降低化學(xué)反應(yīng)的速率降低;過(guò)氧化氫在加熱條件下比常溫下更容易分解影響化學(xué)反應(yīng)速率的條件如何影響實(shí)例濃度反應(yīng)物(非固體和純液體)濃度越大,化學(xué)反應(yīng)速率越快鎂和不同濃度的鹽酸反應(yīng),高濃度鹽酸反應(yīng)速率更快固體的表面積
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