通用版高中化学第二章第三节第2课时化学反应的限度化学反应条件的控制学案新人教版2.docx

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通用版高中化学第二章第三节第2课时化学反应的限度化学反应条件的控制学案新人教版2

第2课时　化学反应的限度　化学反应条件的控制

一、化学反应限度

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。

书写可逆反应的化学方程式时，不用“===”，用“”。

（2）特征

①双向性：

反应物

生成物。

②双同性：

正、逆反应是在同一条件下同时进行的。

③共存性：

反应物和生成物同时存在。

2．化学平衡状态的建立

（1）可逆反应过程中正、逆反应速率的变化

①反应开始时：

反应物浓度最大，正反应速率最大；生成物浓度为0，逆反应速率为0。

②反应过程中：

反应物浓度逐渐减小，正反应速率逐渐减小；生成物浓度逐渐增大，逆反应速率逐渐增大。

③反应达平衡时：

反应物的浓度和生成物的浓度都不再改变，正反应速率和逆反应速率相等。

（2）用图像表示化学平衡状态的建立

3．化学平衡状态

（1）化学平衡状态的概念

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。

（2）化学平衡状态的特征

4．化学反应的限度

（1）化学平衡状态是可逆反应达到的一种特殊状态，是在给定条件下化学反应所能达到的最大程度，任何可逆反应在给定条件下的进行程度都有一定的限度。

（2）不同条件下，同一可逆反应的化学反应限度不同；相同条件下，不同反应的化学反应限度也不同。

（1）可逆反应必须在一定的外界条件下（如温度、浓度、压强等）才能建立化学平衡。

相同条件下（如温度、浓度、压强等），可逆反应无论是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，最终达到的平衡状态是相同的，即“殊途同归”。

（2）化学平衡状态的判断依据

直接判断依据

v正＝v逆

同一物质

生成速率等于消耗速率

不同物质

化学反应速率之比等于化学计量数之比，且表示不同方向（即一正一逆）

间接判断依据

各物质的某些物理量保持不变

各组分的质量、物质的量、分子数、物质的量浓度保持不变

各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数保持不变

例1

　某可逆反应达到平衡状态时，下列说法正确的是（　　）

①正反应和逆反应同时进行，两者的速率完全相等

②反应物和生成物同时存在，两者的浓度相同

③混合物的组成比例不会随时间而改变

A．①B．①③C．②D．①②③

考点　可逆反应与化学平衡状态

题点　化学平衡状态的特征

答案　B

解析　可逆反应达到平衡状态时，v正＝v逆≠0，且各组分的含量保持不变，故①③正确；而反应物和生成物浓度相同，只是反应达到的某一特殊状态，并不一定达到平衡。

思维启迪

化学反应达到平衡时，各组分的浓度保持不变，不要理解为浓度相等，也不要理解为浓度之比等于化学计量数之比。

例2

　在体积固定的容器中，对于反应A（g）＋B（g）3C（g）（正反应为放热反应），下列叙述为平衡状态标志的是（　　）

①单位时间内A、B生成C的分子数与分解C的分子数相等

②外界条件不变时，A、B、C浓度不随时间变化

③体系温度不再变化

④体系的压强不再变化

⑤体系的分子总数不再变化

A．①②B．①②③C．①②③④D．①②③④⑤

考点　化学平衡状态的判断

题点　恒容条件下非等体反应平衡状态的判断

答案　D

解析　①同一物质的正、逆反应速率相等，说明已达平衡；②浓度不变，说明已达平衡；③如果该反应没有达到平衡，则反应要和外界有能量的交换，必然导致体系温度改变。

体系温度不变，说明已达平衡；④⑤由于该反应是一个体积改变的反应，没有达到平衡之前，压强是改变的，分子总数也是改变的，只有平衡了，二者才不会改变，故①②③④⑤均正确。

特别提示

（1）化学平衡的实质是同种物质的正、逆反应速率相等。

用不同物质的正、逆反应速率判断是否达到化学平衡状态时，要根据化学反应速率之比等于化学计量数之比，转化为同种物质的速率进行比较。

（2）利用v正＝v逆＞0判断平衡状态时注意：

反应速率必须是一正一逆，不能都是v正或都是v逆。

二、化学反应条件的控制

1．化学反应条件控制的意义与基本措施

（1）化学反应条件控制的意义

①促进有利的化学反应，提高原料的利用率，加快反应速率。

②抑制有害的化学反应，减少甚至消除有害物质的产生，控制副反应的发生。

（2）化学反应条件控制的基本措施

①改变化学反应速率：

改变反应物的温度、溶液中溶质的浓度、气体压强（或浓度）、固体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、溶液中溶质的浓度、气体压强（或浓度）等。

2．控制反应条件、提高煤的燃烧效率

（1）煤的状态

煤被研得越细，与空气中氧气的接触面积越大，燃烧越充分，反应速率越大。

（2）空气用量

适当过量的空气有利于煤的充分燃烧。

过多的空气会带走大量的热量，降低反应温度，减小燃烧速率，甚至会使燃烧停止（当温度达不到煤的着火点时）；少量的空气则会使煤燃烧不充分，造成能源浪费。

（3）炉（灶）膛材料的选择

炉（灶）膛材料采用隔热的耐高温材料。

隔热可以减少热量的流失，耐高温材料可以防止炉（灶）膛熔融（或熔裂）而脱离。

（4）热量的利用

燃烧后废气中的热量可用于供暖或发电等。

（1）提高燃料的燃烧效率的措施

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尽可能充分利用燃料燃烧所释放出的热能，提高热能的利用率。

（2）提高燃料的燃烧效率的意义在于节约能源、节省资源、减少污染。

例3

　将煤块粉碎、经脱硫处理、在适当过量的空气中燃烧，这样处理的目的是（　　）

①使煤充分燃烧，提高煤的利用率　②减少SO2的产生，避免造成“酸雨”　③减少有毒的CO产生，避免污染空气④减少CO2的产生，避免“温室效应”

A．①②③B．②③④

C．①③④D．①②③④

考点　化学反应条件的控制

题点　从化学反应限度选择控制反应条件

答案　A

解析　煤块粉碎是为了提高煤的利用率；脱硫是为了减少SO2的产生；过量空气是为了减少CO的产生。

例4

　下列措施可以提高燃料燃烧效率的是（　　）

①提高燃料的着火点　②降低燃料的着火点③将固体燃料粉碎　④将液体燃料雾化处理

⑤将煤进行气化处理　⑥通入适当过量的空气

A．①③④⑤B．②③⑤⑥

C．③④⑤⑥D．①②③④

考点　化学反应条件的控制

题点　生活、生产中化学反应条件的控制

答案　C

解析　理论上，提高燃料燃烧效率的常用方法是增大燃料与空气的接触面积，并通入适当过量的空气。

对于①和②，由于燃料的着火点是其固有的性质，不可改变，故这两项措施不可行。

③、④、⑤所采取的措施均是为了增大燃料与空气的接触面积。

1．下列关于化学反应限度的说法中正确的是（　　）

A．一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度

B．当一个可逆反应达到平衡状态时，正向反应速率和逆向反应速率相等且等于零

C．平衡状态时，各物质的浓度保持相等

D．化学反应的限度不可以通过改变条件而改变

考点　可逆反应与化学平衡状态

题点　化学反应限度的理解

答案　A

解析　平衡状态就是一个可逆反应在该条件下所能达到的最大限度，A正确；反应达到平衡时v正＝v逆≠0，各物质浓度保持不变但不一定相等，且当外界条件发生改变时，这种状态可能会发生改变，B、C、D错误。

2．（2017·杭州市学军中学模拟）一定条件下的可逆反应2NO2（红棕色）2NO（无色）＋O2（无色），在恒压密闭容器中充入NO2，达到化学平衡状态的标志是（　　）

A．反应停止了

B．NO的正反应速率与O2的逆反应速率相等

C．c（NO）∶c（O2）＝2∶1

D．气体的颜色不再变化

考点　化学平衡状态的判断

题点　恒压下非等体反应平衡状态的判断

答案　D

解析　A项，反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，但反应并没有停止，故错误；B项，NO的正反应速率与O2的逆反应速率之比为2∶1时才能确定反应达到平衡状态，故错误；C项，c（NO）∶c（O2）始终是2∶1，不能作为判断是否达到平衡的依据，故错误；D项，混合气体的颜色不再改变，说明NO2气体的浓度不变，达到平衡状态，故正确。

3．在体积不变的密闭容器中发生反应N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g），下列叙述表示该反应处于化学平衡状态的是（　　）

A．N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2

B．混合气体的密度不随时间变化

C．当有1molN≡N键断裂时，有6molN—H键断裂

D．单位时间内生成2amolNH3，同时消耗amolN2

考点　化学平衡状态的判断

题点　恒容下非等体反应平衡状态的判断

答案　C

解析　A中，N2、H2、NH3的浓度之比等于化学计量数之比时，不能确定是否处于平衡状态；B中，因容器的体积不变，而混合气体的总质量不改变，则无论平衡与否，混合气体的密度均不变；C中，当有1molN≡N键断裂时，相当于生成2molNH3（1molNH3中含有3molN—H键），即形成6molN—H键，同时有6molN—H键断裂，符合v正（NH3）＝v逆（NH3），故处于化学平衡状态；D中，两反应速率均表示正反应速率，反应进行的任何阶段均成比例。

4．化学反应限度的调控在工业生产和环保技术等方面得到了广泛的应用，如果设法提高化学反应的限度，下面说法中错误的是（　　）

A．能够节约原料和能源

B．能够提高产品的产量

C．能够提高经济效益

D．能够提高化学反应速率

考点　化学反应条件的控制

题点　从化学反应限度选择控制反应条件

答案　D

解析　提高化学反应的限度，可使更多的反应物转化为生成物，提高产品的产量，提高原料的利用率，但不一定提高化学反应速率。

[对点训练]

题组一　化学平衡状态

1．下列不属于可逆反应的是（　　）

A．氯气与水反应生成盐酸与次氯酸

B．N2与H2在一定条件下可以生成NH3，同时NH3又可分解为N2和H2

C．电解水生成H2和O2，氢气和氧气转化为H2O

D．SO2溶于水和H2SO3分解

考点　可逆反应与化学平衡状态

题点　可逆反应的判断

答案　C

解析　可逆反应指在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应，电解水生成氢气和氧气，氢气和氧气点燃生成水，反应条件不同，不是可逆反应。

2．在密闭容器中发生反应X（g）＋3Y（g）2Z（g），若X、Y、Z的起始浓度分别为0.1mol·L－1、0.3mol·L－1和0.2mol·L－1，在一定条件下，当反应达到一定限度时，各物质的浓度可能是（　　）

A．X为0.2mol·L－1

B．Y为0.1mol·L－1

C．Z为0.4mol·L－1

D．Z为0.1mol·L－1时，Y为0.4mol·L－1

考点　可逆反应与化学平衡状态

题点　可逆反应的特点

答案　B

解析　化学反应的限度决定了可逆反应中的各成分是不能完全转化的，反应可能正向进行，也可能逆向进行，所以当反应达到一定限度时各物质的浓度范围为0＜c（X）＜0.2mol·L－1,0＜c（Y）＜0.6mol·L－1,0＜c（Z）＜0.4mol·L－1。

而当c（Z）＝0.1mol·L－1时，c（Y）＝0.45mol·L－1。

3．向一密闭容器中放入1molX，进行可逆反应2X（g）3Y（g），反应过程中的反应速率（v）与时间（t）的关系曲线如图所示，下列叙述正确的是（　　）

A．t1时，只有正反应

B．t2～t3时，反应不再发生

C．t2时，容器内有1.5molY

D．t2～t3时，X、Y的物质的量均没有发生变化

考点　可逆反应与化学平衡状态

题点　化学平衡状态的建立

答案　D

解析　t1时，v正＞v逆＞0，正、逆反应都在发生，A项错误；t2～t3时，v正＝v逆＞0，反应并未停止，B项错误；该反应为可逆反应，1molX不能完全反应，所以当反应达到平衡时，容器内Y的物质的量小于1.5mol，C项错误；t2～t3时为化学平衡状态，X、Y的物质的量均不发生变化，D项正确。

4．在一定温度下，向密闭容器中充入一定量的NO2和SO2，发生反应：

NO2（g）＋SO2（g）NO（g）＋SO3（g），当化学反应达到平衡时，下列叙述正确的是（　　）

A．SO2和SO3的物质的量一定相等

B．NO2和SO3的物质的量一定相等

C．反应后混合物的总物质的量一定等于反应开始时NO2和SO2的总物质的量

D．SO2、NO2、NO、SO3的物质的量一定相等

考点　可逆反应与化学平衡状态

题点　化学平衡状态的特征

答案　C

解析　题中没有给出各物质的投料情况，NO2、SO2、NO和SO3的量之间没有必然的关系，可能相等，也可能不等，A、B、D项错；该反应反应前后气体分子数不变，故反应后混合物的总物质的量一定等于反应开始时NO2和SO2的总物质的量，C项正确。

题组二　化学平衡状态的判断

5．（2017·金华月考）在一定条件下，使一定量的A和B气体混合发生反应2A（g）＋3B（g）4C（g）。

下列描述中，说明反应已达到平衡状态的是（　　）

A．各物质的浓度之比c（A）∶c（B）∶c（C）＝2∶3∶4

B．混合气体中各物质的浓度相等

C．单位时间内，消耗amolA物质的同时消耗2amolC物质

D．混合气体的体积是反应开始前的

考点　化学平衡状态的判断

题点　由正、逆反应速率相等判断平衡状态

答案　C

解析　化学平衡状态时，各组分浓度保持不变，不是浓度相等；用不同物质的反应速率表示达到平衡，要求反应方向是一正一逆，且反应速率之比为化学计量数之比。

6．可逆反应2NO2（g）2NO（g）＋O2（g）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nmolO2的同时生成2nmolNO2

②单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO

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．①④⑥⑦B．②③⑤⑦

C．①③④⑤D．全部

考点　化学平衡状态的判断

题点　恒容下非等体反应平衡状态的判断

答案　A

解析　①中单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2，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都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不能说明达到平衡；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。

7．在下列说法中，可以说明恒温恒容密闭容器中的反应：

P（g）＋Q（g）R（g）＋S（g）已达到平衡状态的是（　　）

A．反应容器内压强不随时间变化

B．P和S的生成速率相等

C．容器内P、Q、R、S的物质的量浓度之比为1∶1∶1∶1

D．反应容器内气体的总物质的量不随时间变化

考点　化学平衡状态的判断

题点　等体反应平衡状态的判断

答案　B

解析　反应前后气体分子总数不变，容器的压强始终不变，A项错误；由物质的反应速率之比等于相应的化学计量数之比得v逆（P）＝v逆（S），根据题意知，v逆（P）＝v正（S），则有v逆（S）＝v正（S），说明反应达到平衡状态，B项正确；反应容器内P、Q、R、S的物质的量浓度之比为1∶1∶1∶1，但不一定不再改变，所以反应不一定达到平衡状态，C项错误；反应前后气体分子总数不变，气体的总物质的量不随时间变化，D项错误。

8．一定温度下，在某恒容的密闭容器中，建立化学平衡：

C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）。

下列叙述中不能说明该反应已达到化学平衡状态的是（　　）

A．体系的压强不再发生变化

B．v正（CO）＝v逆（H2O）

C．生成nmolCO的同时生成nmolH2

D．1molH—H键断裂的同时断裂2molH—O键

考点　化学平衡状态的判断

题点　有固体参与的气体反应平衡状态的判断

答案　C

解析　A项，由于该反应前后气体体积改变，当体系的压强不再发生变化时，说明反应已达到化学平衡状态；B项，CO的正反应速率等于其逆反应速率，说明反应已达到化学平衡状态；C项，生成CO、H2均表示反应向正反应方向进行，没有表示出正、逆反应速率的关系，不能说明反应已达化学平衡状态；D项，H—H键断裂和H—O键断裂是两个相反的反应方向，1molH—H键断裂的同时断裂2molH—O键，即消耗1molH2的同时消耗了1molH2O，可知H2的消耗量等于其生成量，说明反应已达到化学平衡状态。

题组三　化学平衡计算与图像

9．在容积可变的密闭容器中，2molN2和8molH2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%

考点　化学平衡计算与图像

题点　化学平衡的计算

答案　C

解析　达到平衡时，H2转化的物质的量为8mol×25%＝2mol。

在一定条件下，N2与H2发生反应：

　　　　　　　　　　N2＋3H2

2NH3

起始物质的量/mol280

转化物质的量/mol

2

平衡物质的量/mol

6

同温同压下，气体的体积比等于其物质的量之比，故平衡时氮气的体积分数为

×100%≈15%。

10．在一定温度下，容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示，下列表述正确的是（　　）

A．化学方程式：

2NM

B．t2时，正、逆反应速率相等，达到平衡

C．t3时，正反应速率大于逆反应速率

D．t1时，M的浓度是N浓度的2倍

考点　化学平衡计算与图像

题点　化学平衡的图像

答案　A

解析　在t2时，N的物质的量为4mol，减少4mol，M的物质的量为4mol，增加2mol，反应的化学方程式为2NM，A项正确；t2时，M、N物质的量还在变化，所以没有达到平衡状态，B项错误；t3时，达到平衡状态，则正、逆反应速率相等，C项错误；t1时，N的物质的量为6mol，M的物质的量为3mol，则N的浓度是M浓度的2倍，D项错误。

题组四　化学反应条件的控制

11．化学反应条件的控制具有重要的现实意义。

如下反应条件的控制中，不恰当的是（　　）

A．为防止铁生锈，在其表面涂一层防锈油漆

B．为防止火灾，在面粉厂、加油站等场所要严禁烟火

C．为加快KClO3的分解速率而加入MnO2

D．降温加快H2O2的分解速率

考点　化学反应条件的控制

题点　从反应速率的变化控制反应条件

答案　D

解析　A项，防止铁生锈，可在其表面涂一层防锈油漆，阻止铁与潮湿的空气接触；B项，面粉厂、加油站周围的空气中飘浮着可燃性的气体或粉尘，遇明火可能会发生爆炸，所以面粉厂、加油站均要严禁烟火；C项，加入MnO2，对KClO3的分解起催化作用，可以加快化学反应速率；D项，降温会使化学反应速率减小，减慢H2O2的分解速率。

12．通过控制或改变反应条件可以加快、减缓甚至阻止反应的进行，使化学反应有利于人类的生存和提高生活质量。

下列各图所示的措施中，能加快化学反应速率的是（　　）

考点　化学反应条件的控制

题点　生产生活中化学反应条件的控制

答案　C

[综合强化]

13．一定温度下，在容积为VL的密闭容器中进行反应：

aN（g）bM（g），M、N的物质的量随时间的变化曲线如下图所示：

（1）此反应的化学方程式中

＝。

（2）t1到t2时刻，以M的浓度变化表示的平均反应速率为。

（3）下列叙述能说明上述反应达到平衡状态的是

（填字母）。

A．反应中M与N的物质的量之比为1∶1

B．混合气体的总质量不随时间的变化而变化

C．混合气体的总物质的量不随时间的变化而变化

D．单位时间内消耗amolN，同时生成bmolM

E．混合气体的压强不随时间的变化而变化

考点　化学平衡状态的判断

题点　化学平衡状态的相关综合

答案　

（1）2　

（2）

mol·L－1·min－1（3）CE

解析　

（1）化学计量数之比等于物质的物质的量的变化量之比，所以a∶b＝（8mol－2mol）∶（5mol－2mol）＝2∶1，该反应的化学方程式为2N（g）M（g）。

（2）v（M）＝

＝

mol·L－1·min－1。

（3）达到平衡状态时，各组分的浓度不再发生变化，M与N的物质的量之比为1∶1时，不能说明达到平衡状态，A选项错误；该反应的反应物和生成物都是气体，根据质量守恒定律，反应前后混合气体的质量始终不变，B选项错误；该反应为气体体积减小的反应，若反应没有达到平衡状态，反应过程中气体的总物质的量和压强始终在减小，当该量不再发生变化时，则说明反应达到了平衡状态，C和E选项正确；消耗amolN和生成bmolM都表示的是正反应速率，没有体现逆反应速率的大小，不能说明反应达到了平衡状态，D选项错误。

14．在一定条件下，A气体与B气体反应生成C气体。

反应过程中，反应物与生成物的浓度随时间变化的曲线如图。

回答下列问题：

（1）该反应的化学方程式为。

（2）0～t1s内A的反应速率为。

（3）反应后与反应前的压强之比为。

（4）（t1＋10）s时，A气体的体积分数为，此时v正（A）（填“＞”“＜”或“＝”）v逆（B）。

（5）关于该反应的说法正确的是（填字母）。

a．到达t1s时反应已停止

b．在t1s之前B气体的消耗速率大于它的生成速率

c．在t1s时C气体的正反应速率等于逆反应速率

考点　化学平衡计算与图像

题点　化学平衡计算的综合

答案　

（1）3A＋B2C

（2）

mol·L－1·s－1（3）9∶13（4）22.2%　＞（5）bc

解析　

（1）从0到t1s时，Δc（A）＝0.8mol·L－1－0.2mol·L－1＝0.6mol·L－1,Δc（B）＝0.5mol·L－1－0.3mol·L－1＝0.2mol·L－1，Δc（C）＝0.4mol·L－1，三者之比为Δc（A）∶Δc（B）∶Δc（C）＝0.6mol·L－1

∶0.2mol·L－1∶0.4mol·L－1＝3∶1∶2，所以化学方程式为3A＋B2C。

（2）0～t1s内A的反应速率为

＝

mol·L－1·s－1。

（3）压强之比等于物质的量之比，为9∶13。

（4）A气体的体积分数为

＝

≈22.2%；在t1～（t1＋10）s反应处于平衡状态，v正（A）＝3v逆（B），故v正（A）＞v逆（B）。

（5）a项，可逆反应不可能停止，错误；b项，在t1s之前，反应未达平衡，仍然向正反应方向进行，故B气体的消耗速率大于它的生成速率，正确；c项，在t1s时，反应达到平衡，故C气体的正反应速率等于逆反应速率，正确。

15．以下是反应：

2SO2＋O2

2SO3在不同条件下达到平衡状态时SO2的转化率。

压强

转化率

温度

0.1MPa