2.3化学反应速率和限度(3)

【讲述】炼铁高炉尾气之谜的谜底是科学研究表明，很多化学反应在进行时都具有可逆性。
【板书】（一）可逆反应和不可逆反应
1.可逆反应：在同一条件下正反应方向和逆反应方向均能进行的的化学反应称为可逆反应。
正向反应：由反应物到生成物的反应（或把从左向右的反应）
逆向反应：由生成物到反应物的反应（或把从右向左的反应）
③各组分含量(百分含量、物质的量、质量等)不随时间变化。
(2)在一定条件下可作为标志的：
①对于有色物质参加或生成的可逆反应，颜色不再变化；
②对于有气态物质参加或生成的可逆反应，若反应前后气体的物质的量变化不为0，恒温恒容，混合气体平均相对分子质量M和总压p不变；
③对于绝热体系，体系的温度不变。
(3)不能作为判断标志的：
C.1个N≡N键断裂的同时,有6个N－H键断裂
D.1个N≡N键断裂的同时,有6个N－H键形成
3、下列说法中可以充分说明反应: P(气)+Q(气) R(气)+S(气) ,在恒温下已达平衡状态的是
A.P、Q、R、S的浓度不再变化
B .P、Q、R、S的分子数比为1:1:1:1
C.反应容器内P、Q、R、S共存
不一定平衡
温度
任何反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时（其他不变）
平衡
体系的密度
密度一定
不一定平衡
其他
如体系颜色不再变化等
平衡
【总结】判断化学平衡状态的关键：能变的量保持不变，说明已达平衡。
【板书】四、化学反应条件的控制
【阅读】教材必修2P51-P52完成学案内容
【学案】1.影响煤燃烧效率的条件：（1）煤的状态；（2）空气的用量；（3）炉（灶）膛材料的选择；（4）燃烧后烟道废气中热量的利用。
【小结】可逆反应的化学方程式中用“ ”连接，不可逆反应的化学方程式中用“=”连接
【思考与交流】必修2P51
水的生成（H2+O2)与电解，二次电池的放电与充电，CO2和H2O在植物体中通过光合作用合成糖与糖在人体内氧化生成CO2和H2O，它们是否属于“可逆反应”？谈谈你的见解。
【分析】它们都不属于可逆反应。可逆反应指在同一条件下正反应方向和逆反应方向均能进行的的化学反应。而所给的这几组的条件不同，不属于可逆反应。
⑥温度和体积一定时，某一生成物的浓度不再变化
不一定平衡
④在单位时间内生成n molB，同时消耗了q molD，因均指V(逆)
不一定平衡
压强
①m+n≠p+q时，总压力一定（其他条件一定）
平衡
②m+n=p+q时，总压力一定（其他条件一定）
不一定平衡
混合气体平均相对分子质量Mr
①Mr一定时，只有当m+n≠p+q时
平衡
②Mr一定时，但m+n=p+q时
【板书】（二）化学平衡状态：
【板书】1.化学平衡状态：
（1)化学平衡的建立：
（2）定义：在一定条件下，正反应速率和逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不变的状态。
【说明】在一定条件下，当正、逆两个方向的反应速率相等时，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度可以保持恒定。这时的状态也就是在给定条件下，反应达到了“限度”。对于可逆反应体系来说，我们称之为“化学平衡状态”。这时正、逆变化过程虽然仍在继续，如果不采用特殊的方法或技术，实际观察到的是一种“反应停止了”的表观现象。
【列举】合成氨：N2+3H2 2NH3
二氧化硫的催化氧化：2SO2+O2 2SO3
氯气溶于水：Cl2+H2O HCl+HClO
2.不可逆反应：在同一条件下可逆程度很小（逆反应倾向很小）。
【列举】氢气和氯气反应：H2+Cl2=2HCl
硝酸银和氯化钠反应：Ag++Cl-=AgCl↓
【质疑】可逆反应和不可逆反应的化学方程式在书写上有什么不同？
【板书】2.3化学反应速率与限度（3）
三、化学反应限度
【阅读】必修2P50科学史话——炼铁高炉尾气之谜
【投影】高炉炼铁的主要反应是：Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2其中CO产生的反应是：
C（焦炭）+O2（空气）=CO2（放出热量）
C（焦炭）+CO2=2CO（吸收热量）
炼制1t生铁所需焦炭的实际用量，远高于按照化学方程式计算所需的量，且从高炉炉顶出来的气体中含有没有利用的CO气体。开始，炼铁工程师们认为是CO与铁矿石接触不充分之故，于是设法增高高炉的高度。然而，令人吃惊的是，高炉增高后，高炉尾气中的CO的比例竟然没有改变。这成了炼铁技术中的科学悬念。有关人士一直在探究其中的原因，直到19世纪下半叶，法国科学家勒夏特列经过深入的研究，才将这一谜底揭开。原来，产生上述现象的原因是：C（焦炭）+CO2 2CO是一个可逆反应，并且自下而上发生在高炉中有焦炭的地方。后来的研究说明，在高炉中Fe2O3和CO反应液不能转化为Fe和CO2。化工厂里有很多化学反应过程与高炉中的反应相似，不能按照化学方程式的计量关系完全反应，我们实验中遇到的化学反应也有类似的情形。
【演示】可逆反应类似于挤压气球过程，正反应相当于气球向内压的过程，逆反应相当于气球向外鼓的过程，当压力和支持力相等时，气球保持一定的形变，保持相对的静止。即气球达到了平衡状态。
【讲解】对于在压强为101KP温度为773K的密闭容器中，二氧化硫和氧气以体积比为2:1进行催化氧化的可逆反应，在开始进行之初，只有反应物，反应物浓度最大，生成物浓度为0，正反应速率（消耗SO2的速率）大于逆反应速率（生成SO2的速率）。随着反应的进行，反应物浓度（SO2）逐渐减小，生成物（SO3）浓度逐渐增大，正反应速率（消耗SO2的速率）逐渐减小，逆反应速率（生成SO2的速率）逐渐增大，当反应进行到一定程度时，正反应速率（消耗SO2的速率）和逆反应速率（生成SO2的速率）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，我们称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。如图所示正反应速率和逆反应速率随时间变化的示意图。
重点
化学反应限度的概念
难点
化学反应限度的本质原因及外部特征
教学方法
自主——合作——探究
教学手段
教学过程
【引言】化学反应是按照化学方程式中的计量关系进行的，我们正是据此进行有关化学方程式的计算。你是否思考过这样的问题：一个化学反应在实际进行时（如化学实验、化工生产等），给定量的反应物是否会按照化学方程式中的计量关系完成转变产物？如果能，是在什么条件下？如果不能，原因是什么？
2.提高燃料燃烧效率的措施
（1）尽可能使燃料充分燃烧，提高能量的转化率。关键是燃料与空气或氧气要尽可能充分接触，且空气要适当过量。
（2）尽可能充分地利用燃料燃烧所释放出的热能，提高热能的利用率。
【思考与交流】空气用量对煤的充分燃烧有什么影响？原因是什么？
【分析】空气越充足，煤燃烧越充分，单位质量的煤燃烧时产生的热量越多，空气不足则燃烧生成部分CO，不仅放出的热量大大减少，而且CO排放到空气中会造成环境污染。但也要注意并不是空气通入得越多越好，空气通入得太多，会随空气带走大量热量，以空气与燃料煤充分地接触，且空气要适当过量为宜。
定：平衡时，反应混合物中的各组分的浓度保持一定，百分含量保持一定。当一定条件下可逆反应一旦达平衡（可逆反应进行到最大的程度）状态时，在平衡体系的混合物中，各组成成分的含量（即反应物与生成物的物质的量，物质的量浓度，质量分数，体积分数等）保持一定而不变（即不随时间的改变而改变）。这是判断体系是否处于化学平衡状态的重要依据。
B.单位时间生成nmolA,同时生成3nmolB
C.单位时间生成B的速率,与生成C的速率相等（数值）
D.单位时间生成nmolA,同时生成2nmolC
2、下列说法可以证明反应N2+3H2 2NH3已达平衡状态的是( )
A.1个N≡N键断裂的同时,有3个H－H键形成
B.1个N≡N键断裂的同时,有3个H－H键断裂
3.最大转化率（平衡转化率）：是指可逆反应达到化学平衡时的转化率。
公式：转化率=转化量/开始量×100%
【拓展】反应物的转化率＝反应物转化的物质的量（或体积、浓度）/反应物起始的物质的量（或体积、浓度）×100%
【例题精讲】
1、在一定温度下,可逆反应A(气)+3B(气) 2C(气)达到平衡的标志是
A.C的生成速率与C分解的速率相等
【归纳】（3）构成化学平衡体系的基本要求是：反应物和所有产物均处于同一反应体系中，反应条件（温度、压强等）保持不变。
【说明】达到化学平衡状态时，体系中所有反应物和生成物的质量（或浓度）保持不变。但是这个体系中的反应并没有停止，只是正、逆反应的速率相等。
【归纳】（4）化学平衡具有的特征：
逆：化学平衡研究的对象是可逆反应。
【资料】在压强为101KP温度为773K的密闭容器中，二氧化硫和氧气以体积比为2:1进行催化氧化。实验测得，在反应“终止”时，SO2转化为SO3的量只有90%。请结合思考与交流归纳可逆反应的特征有哪些？
【小结】3.可逆反应的特征：
（1）两同：可逆反应是在“同一条件”下，“同时双向进行”。反应条件相同；正反应和逆反应同时存在，同时进行且是两个方向完全相反的不同化学反应，能量类型的转化可逆，即正反应为放热，则逆反应为吸热。（2）共存：各反应物和生成物同时存在于同一反应体系，反应不能进行到底，只能进行到一定程度。
【知识巩固】
下列方法中可以证明2HI(g) H2(g)+I2(g)已达平衡状态的是：
①单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI
②一个H－H键断裂的同时有两个H－I键断裂
③百分组成HI%=I2%
④反应速率V(H2)=V(I2)=1/2V(HI)时
⑤〔HI〕∶〔H2〕∶〔I2〕=2∶2∶1时