高中化学专题2化学反应与能量变化第一单元化学反应速率与反应限度第2课时教学案苏教版必修2.docx
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高中化学专题2化学反应与能量变化第一单元化学反应速率与反应限度第2课时教学案苏教版必修2
第2课时 化学反应的限度
知识条目
必考要求
加试要求
1.化学反应的限度
a
b
2.化学平衡的概念
a
b
3.化学平衡状态的特征
a
b
能力要求
1.认识可逆反应的特征。
2.通过实验认识化学反应的限度。
3.知道化学平衡的含义及其特征，会判断可逆反应的平衡状态。
一、化学反应限度
1．Cl2与H2O的反应
化学方程式
Cl2＋H2OHCl＋HClO
溶液中微粒
三分子
H2O、Cl2、HClO
四离子
H＋、Cl－、ClO－、OH－
反应特点
反应不能进行到底
2．FeCl3溶液与KI溶液的反应
实验步骤
实验现象
溶液颜色由无色变为褐色
溶液分层，上层为浅绿色，下层油状液体呈紫色
溶液变为血红色
实验结论
有I2生成
有Fe2＋和I2生成
上层清液中含有未反应的Fe3＋
离子方程式
2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2
反应特点
I－过量条件下，反应物Fe3＋不能完全转化为生成物，即可逆反应具有一定的限度
3.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）特点：
在一定条件下，可逆反应有一定的限度，反应物不能完全转化为生成物。
（3）表示：
在可逆反应的化学方程式中，用“”号代替“===”号。
1.化学反应限度是在给定的条件下，可逆反应所能达到或完成的程度。
化学反应限度的意义在于决定了反应的最大转化率。
2．不同的可逆反应在给定条件下的化学反应限度不同；同一可逆反应在不同条件（如温度、浓度、压强等）下，其反应限度不同。
1．对于化学反应限度的叙述，错误的是（ ）
A．任何可逆反应都有一定的限度
B．化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等
C．化学反应的限度与时间的长短无关
D．化学反应的限度是不可改变的
答案 D
解析 任何可逆反应都有一定的限度，当反应达到限度时，此时v正＝v逆，对同一可逆反应，当外界条件不变时，反应的限度不变，与时间长短无关，但当外界条件发生改变时，化学反应的限度也会发生改变。
2．在一密闭容器中进行反应：
2SO2（g）＋O2（g）
2SO3（g），已知反应过程中某一时刻SO2、O2和SO3浓度分别为0.2mol·L－1、0.1mol·L－1、0.2mol·L－1。
当反应达到平衡时，可能存在的数据是（ ）
A．SO2为0.4mol·L－1、O2为0.2mol·L－1
B．SO2为0.25mol·L－1
C．SO3为0.4mol·L－1
D．SO2、SO3均为0.15mol·L－1
答案 B
解析 假设SO2、O2完全转化为SO3，则c（SO2）＝c（O2）＝0，c（SO3）＝0.4mol·L－1；假设SO3完全转化为SO2和O2，则c（SO2）＝0.4mol·L－1，c（O2）＝0.2mol·L－1，c（SO3）＝0，而可逆反应的特点是反应不能进行到底，故A、C错误，B正确；又因为反应物SO2和生成物SO3不可能同时减小，故D错误。
二、化学平衡状态
1．化学平衡的建立
（1）对于可逆反应2SO2＋O2
2SO3，在一定温度下，将2molSO2（g）和1molO2（g）通入一定体积的密闭容器中，其化学反应速率与时间关系如图所示。
分析回答下列问题：
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）化学平衡状态也可从逆反应开始建立。
如图：
2．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。
化学平衡研究的对象是可逆反应。
（2）化学平衡状态的特征：
3．影响化学反应的限度的因素
（1）决定因素：
化学反应的限度首先决定于反应物的化学性质。
不同的可逆反应在给定条件下的化学反应限度不同，反应物的最大转化率不同。
（2）外界因素：
化学反应的限度受温度、浓度、压强等条件的影响。
改变其中的一个条件，可以在一定程度上改变一个化学反应的限度。
要注意的是，压强只影响有气体物质参与或生成的可逆反应的限度。
化学平衡状态的判断方法
可逆反应达到平衡状态时主要有以下两个特征：
①v正＝v逆；②混合物中各组分的百分含量不变（除百分含量外其他在反应过程中变化的量，达到平衡后均不再发生变化，即“变化量”达“定量”）。
以上两个特征可作为判断可逆反应达平衡的标志。
归纳如下：
（1）直接标志
①v正＝v逆
a．同一种物质的生成速率等于消耗速率；
b．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；
c．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
a．各组分的浓度不随时间的改变而改变；
b．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。
③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。
④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。
3．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因时间而改变
A．只有①B．①③C．只有②D．①②③
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；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。
4．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
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不能说明达到平衡状态；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。
1．下列不属于可逆反应的是（ ）
A．N2＋3H2
2NH3
B．CO2＋H2OH2CO3
C．2NO2N2O4
D．Pb＋PbO2＋2H2SO4
2PbSO4＋2H2O
答案 D
解析 可逆反应必须在同一条件下同时进行，D中两个方向反应条件不同且不是同时进行，故不属于可逆反应。
2．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
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。
3．对可逆反应4NH3（g）＋5O2（g）4NO（g）＋6H2O（g），下列叙述正确的是（ ）
A．达到化学平衡时，4v正（O2）＝5v逆（NO）
B．若单位时间内生成xmolNO的同时，消耗xmolNH3，则反应达到平衡状态
C．达到化学平衡时，若增加容器体积，则正反应速率减小，逆反应速率增大
D．化学反应速率关系是2v正（NH3）＝3v正（H2O）
答案 A
解析 NO的生成与NH3的消耗同时表示正反应，在任意时刻都相等，B项不正确；达到平衡时，增加容器体积，反应物、生成物浓度同时减小，正、逆反应速率同时减小，C项不正确；在反应的任意状态总有v正（NH3）∶v正（H2O）＝4∶6，即3v正（NH3）＝2v正（H2O），D项不正确。
4．丁烯是仅次于乙烯和丙烯的重要石油化工原料。
目前已开发出丁烷脱氢制丁烯，Pt－Sn分子筛脱氢催化剂（催化剂L78）是该过程常用的催化剂。
其反应原理为（反应Ⅰ）：
C4H10（g）C4H8（g）（丁烯）＋H2（g）
副反应为（反应Ⅱ）：
C4H10（g）C4H6（g）（丁二烯）＋2H2（g）
在某恒温恒容密闭容器中发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，则下列不能判断两反应已同时达到平衡的是（ ）
A．密闭容器中混合气体的密度不变
B．容器中
不再变化
C．容器中丁二烯的浓度不再变化
D．容器中C4H8（g）体积分数不变
答案 A
5．在100℃时，将0.01mol的四氧化二氮气体充入0.1L的密闭容器中，发生反应，隔一定时间对该容器内的物质进行分析，得到如下表格：
时间/s
浓度/mol·L－1
0
20
40
60
80
100
c（N2O4）/mol·L－1
0.100
0.070
0.050
c3
a
b
c（NO2）/mol·L－1
0.000
0.060
c2
0.120
0.120
0.120
请填空：
（1）该反应的化学方程式为__________________________________________。
达到平衡时N2O4的转化率为________，表中c2________（填“＞”“＜”或“＝”，下同）c3，a________b。
（2）在0～20s内，N2O4的平均反应速率为________。
答案
（1）N2O42NO2 60% ＞ ＝
（2）0.0015mol·L－1·s－1
解析 反应的化学方程式为N2O42NO2，在时间为60s时，c（NO2）为0.120mol·L－1，此后浓度不再发生改变，即时间为60s时，反应达到平衡。
由N2O42NO2计算得，在40s时，c2＝（0.100－0.050）mol·L－1×2＝0.100mol·L－1，c3＝（0.100－
×0.120）mol·L－1＝0.040mol·L－1，所以c2＞c3。
因60s时反应达到平衡，则a＝b；N2O4的转化率为：
×100%＝60%。
在0～20s内N2O4的平均反应速率为v（N2O4）＝
＝0.0015mol·L－1·s－1。
[基础过关]
题组一 可逆反应的特点及其判断
1．下列各组反应中，不属于可逆反应的是（ ）
A．N2＋3H2
2NH3和2NH3
N2＋3H2
B．H2＋I2
2HI和2HI
H2＋I2
C．2H2＋O2
2H2O和2H2O
2H2↑＋O2↑
D．2SO2＋O2
2SO3和2SO3
2SO2＋O2
答案 C
解析 根据可逆反应的定义，在同一条件下正反应方向和逆反应方向均能同时进行的反应叫做可逆反应，所以C中的反应不属于可逆反应，故选C。
2．（2017·湖州市期中）在容积不变的密闭容器中进行反应X（g）＋Y（g）2Z（g）＋W（g），已知反应中X、Y的起始浓度分别为0.1mol·L－1、0.2mol·L－1，在一定条件下，当反应达到化学平衡时，各物质的浓度可能是（ ）
A．X为0.05mol·L－1B．Y为0.1mol·L－1
C．Z为0.2mol·L－1D．W为0.1mol·L－1
答案 A
解析 若反应向正反应方向进行，假定完全反应，则：
X（g）＋Y（g）2Z（g）＋W（g）
开始/mol·L－1 0.1 0.2 0 0
变化/mol·L－1 0.10.10.20.1
平衡/mol·L－1 00.10.20.1
由于该反应为可逆反应，物质不能完全转化，所以平衡时浓度范围为0＜c（X）＜0.1mol·L－1,0.1mol·L－1＜c（Y）＜0.2mol·L－1,0＜c（Z）＜0.2mol·L－1,0＜c（W）＜0.1mol·L－1，故A正确，B、C、D错误。
题组二 化学平衡状态的概念及特征
3．（2017·台州市月考）下列关于化学反应限度的说法中不正确的是（ ）
A．当一个可逆反应达到平衡状态时，这就是这个反应在该条件下所能达到的限度
B．可逆反应是指同一条件下，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
C．平衡状态的本质是各反应物、生成物的分子个数不再随时间改变而改变
D．金属钠在氧气中燃烧瞬间达到平衡状态
答案 D
4．当可逆反应2SO2＋O22SO3达到平衡后，通入18O2，再次达到平衡时，18O存在于（ ）
A．SO3和O2中B．SO2和SO3中
C．SO2、O2和SO3中D．SO2和O2中
答案 C
解析 本题考查了化学平衡的特征——化学平衡是动态平衡，SO2和18O2反应生成了S18O3，S18O3又分解生成S18O2和18O2，所以平衡混合物中含18O的粒子有S18O2、18O2、S18O3，故选C。
5．（2017·杭州市期末）哈伯因发明了用氮气和氢气合成氨气的方法而获得1918年诺贝尔化学奖。
现向一密闭容器中充入1molN2和3molH2，在一定条件下使该反应发生。
下列说法正确的是（ ）
A．达到化学平衡时，N2完全转化为NH3
B．达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等
C．达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度不再变化
D．达到化学平衡时，正反应和逆反应速率都为零
答案 C
解析 可逆反应中反应物不可能完全转化，A错；化学平衡为动态平衡，速率不为零，且平衡时，各组分浓度不变，不一定相等，故选C。
6．（2017·湖州市期中）将0.1mol·L－1的FeCl3溶液与0.1mol·L－1的KI溶液等体积混合充分反应：
2FeCl3＋2KI2FeCl2＋2KCl＋I2，下列能证明该反应存在一定的反应限度的是（ ）
A．溶液中能检测到Fe2＋
B．溶液中能检测到I2
C．溶液中能检测到Fe3＋
D．溶液中能检测到Cl－
答案 C
题组三 化学平衡状态的判断
7．一定条件下，在恒容密闭容器中进行反应3SiCl4（g）＋2N2（g）＋6H2（g）
Si3N4（s）＋12HCl（g），能表示上述反应达到化学平衡状态的是（ ）
A．3v逆（N2）＝2v正（H2）
B．v正（HCl）＝4v正（SiCl4）
C．混合气体密度保持不变
D．c（N2）∶c（H2）∶c（HCl）＝1∶3∶6
答案 C
解析 v逆（N2）和v正（H2）表示不同的反应方向，但速率之比不等于化学计量数之比，则表明反应没有达到平衡状态，A错误；v正（HCl）和v正（SiCl4）表示同一反应方向，无论是否平衡，均成立，B错误；由于生成物中Si3N4为固体，正反应为气体质量减少的反应，而容器体积不变，当气体的密度不变时，表明反应处于平衡状态，C正确；浓度关系与是否平衡无关，D项错误。
8．（2017·东阳中学月考）在一定温度下，向某恒压的密闭容器中加入1molN2和3molH2，发生如下反应：
N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）。
此反应达到平衡的标志是（ ）
A．N2、H2和NH3三者共存
B．容器内气体的密度不再发生变化
C．N2、H2和NH3的物质的量浓度相等
D．单位时间消耗0.1molN2的同时生成0.2molNH3
答案 B
解析 可逆反应没有在平衡状态时也是三者共存，故A错误；根据ρ＝
，气体质量是恒量、容器体积是变量，所以密度为变量，密度不再发生变化，一定平衡，故B正确；浓度相等不是浓度不变，故C错误；单位时间消耗0.1molN2的同时生成0.2molNH3，都是描述正反应速率，不一定平衡，故D错误。
9．（2017·湖州市期中）一定温度下某容积不变的密闭容器中，发生反应：
C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）。
能够说明该反应一定达到化学平衡状态的是（ ）
A．容器内H2O（g）、CO、H2物质的量相等
B．容器内气体的密度不再改变
C．生成nmolCO的同时生成nmolH2
D．v正（H2O）＝v正（CO）
答案 B
解析 根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态。
10．（2017·台州市月考）在一定条件下，可逆反应A2（g）＋B2（g）2AB（g）达到平衡的标志是（ ）
A．单位时间内形成xmol的A—A键，同时形成xmol的A—B键
B．容器内的总压强不随时间变化，气体的密度不再随时间变化
C．A2、AB、B2的浓度不再随时间改变
D．单位时间内生成xmol的A2分子，同时生成xmol的B2分子
答案 C
解析 A项，此时正、逆反应速率不相等，错误；B项，该反应前后气体总物质的量和总质量均不变，此时总体积也不变，则无论该反应是否达到平衡状态，压强和密度始终不变，所以不能根据压强和密度判断平衡状态，错误；D项，此时只能表示逆反应方向，反应不一定到平衡状态，错误。
11．（2017·温州市期末）在一定温度下，向aL恒容密闭容器中加入1molX气体和2molY气体，发生如下反应：
X（g）＋2Y（g）2Z（g），不能说明此反应达到平衡的标志是（ ）
A．容器内压强不随时间变化
B．容器内各物质的百分含量不随时间变化
C．容器内X、Y、Z的浓度之比为1∶2∶2
D．2v正（X）＝v逆（Y）
答案 C
题组四 有关化学平衡的计算
12．一定条件下，对于反应X（g）＋3Y（g）2Z（g），若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3（均不为零）。
达平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1mol·L－1、0.3mol·L－1和0.08mol·L－1，则下列判断不合理的是（ ）
①c1∶c2＝1∶3 ②平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3
③X和Y的转化率不相等 ④c1的取值范围为0＜c1＜0.14mol·L－1
A．①②B．③④
C．①④D．②③
答案 D
解析 分析浓度变化关系：
X（g）＋3Y（g）2Z（g）
c起始/mol·L－1c1c2c3
c平衡/mol·L－10.10.30.08
反应的化学方程式中反应物X和Y的化学计量数之比为1∶3，所以反应中X和Y必然以1∶3消耗，因为达平衡时X和Y浓度之比为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，①正确；平衡时Y和Z的生成速率之比应该和化学方程式中对应的化学计量数之比相等，故Y和Z的生成速率之比为3∶2，②错误；由于起始时反应物是按化学方程式中的化学计量数之比配料，故X和Y的转化率相等，③错误；运用极限法，假设起始状态只有X和Y，c1的极限值为0.14mol·L－1，而题设c1＞0，反应又是可逆的，④正确。
13．某化学反应中，反应混合物A、B、C的物质的量浓度（c）与时间（t）的关系如下表所示：
初始
2min
4min
6min
c（A）/mol·L－1
1.45
1.28
1.00
1.00
c（B）/mol·L－1
0.38
0.72
1.28
1.28
c（C）/mol·L－1
0.095
0.18
0.32
0.32
下列说法正确的是（ ）
A．该反应的化学方程式为A2B＋C
B．4min末A的转化率约为31%
C．4～6min时，反应停止了
D．0～2min内，C的平均反应速率为v（C）＝0.09mol·L－1·min－1
答案 B
解析 反应过程中，A的物质的量浓度减小，B、C的物质的量浓度增大，说明A为反应物，B、C为生成物，反应开始到2min时，Δc（A）＝1.45mol·L－1－1.28mol·L－1＝0.17mol·L－1，Δc（B）＝0.72mol·L－1－0.38mol·L－1＝0.34mol·L－1，Δc（C）＝0.18mol·L－1－0.095mol·L－1＝0.085mol·L－1，故Δc（A）∶Δc（B）∶Δc（C）＝0.17mol·L－1∶0.34mol·L－1∶0.085mol·L－1＝2∶4∶1，故该反应的化学方程式为2A4B＋C，A项错误；4min末，Δc（A）＝1.45mol·L－1－1.00mol·L－1＝0.45mol·L－1，A的转化率为
×100%≈31%，B项正确；由表中数据可知，该反应是可逆反应，4～6min时反应并没有停止，只是达到了平衡状态，C项错误；前2min，v（C）＝
mol·L－1·min－1＝0.0425mol·L－1·min－1，D项错误。
[能力提升]
14．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
0.5MPa
1MPa
10MPa
400℃
99.2%
99.6%
99.7%
99.9%
500℃
93.5%
96.9%
97.8%
99.3%
600℃
73.7%
85.8%
89.5%
96.4%
试回答下列问题：
（1）关于可逆反应的限度，你能得出什么启示？
________________________________________________________________________。
（2）提高该化学反应限度的途径：
__________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）要实现SO2的转化率为93.5%，需控制的反应条件是_________________________。
答案
（1）可逆反应中的反应物不能全部转化为生成物；可逆反应中某物质的逆反应速率与其正反应速率相等时，生成物和反应物的浓度不再变化，该反应就达到了限度；改变反应条件可以改变化学反应的限度（合理即可）
（2）由表可知，要提高反应限度，可以采取增大压强或在一定范围内降低温度的方法等
（3）500℃、0.1MPa
解析 在化工生产中，往往需要考虑反应的快慢和反应后所得产物的产率。
前者研究的是化学反应速率，后者研究的是化学平衡即化学反应的限度，对于一个特定的化学反应来说，外部条件对化学反应速率和
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