232 化学反应的限度 化学反应条件的控制《K三关》学年高一化学人教必修2.docx

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232化学反应的限度化学反应条件的控制《K三关》学年高一化学人教必修2

第二章化学反应与能量

第三节化学反应的速率和限度

第2课时　化学反应的限度　化学反应条件的控制

一、化学反应的限度

1．可逆反应

（1）概念：

在同一条件下____________方向和__________方向均能进行的化学反应。

（2）特征：

反应不能________________，或者在一定条件下反应物与生成物________________。

2．化学平衡状态

（1）建立过程：

如对于可逆反应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。

其化学平衡建立的过程如图所示。

①反应开始时，正反应速率________，原因是________________________；逆反应速率________，原因是____________________________。

②反应进行中，正反应速率的变化是________________，原因是_______________________；逆反应速率的变化是________________，原因是_______________________。

③反应一段时间（t1）后，正反应速率和逆反应速率的关系是________________，反应物的浓度________________，生成物的浓度________________。

（2）概念：

对于可逆反应，如果外界条件（________、________、________等）不发生改变，当________反应进行到一定程度时，____________________与__________________相等，反应物的________与生成物的________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，化学平衡状态是化学反应所能进行的最大限度。

（3）特征：

①等：

v正____v逆____0。

②动：

化学平衡状态是一种________平衡。

达到平衡状态时，反应并没有停止，这时正反应和逆反应都依然在进行。

③定：

反应物的浓度和生成物的浓度________________。

④变：

外界条件（________、________、________等）一旦改变，化学平衡状态就会被破坏，并在新的条件下建立新的化学平衡。

【特别提醒】化学反应速率改变，平衡不一定发生移动，如反应前后气体体积不变的反应增大压强或使用催化剂，正逆反应速率变化程度相同，v正=v逆，平衡不移动；平衡发生移动，化学反应速率一定发生改变，移动的根本原因是外界条件改变，使v正≠v逆。

二、反应条件的控制

1．化学反应条件的控制

（1）目的：

促进________的化学反应，抑制________的化学反应。

（2）基本措施

①改变化学反应速率：

改变反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强、固体的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、物质的浓度、气体的压强等。

2．提高煤的燃烧效率

（1）煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉目的是____________________________________________；通入适当过量的空气可以使_______________________________________________________；若空气不足，会造成煤燃烧___________，生成________，产生热量________，且会造成污染。

（2）选择保温隔热且耐热的炉（灶）膛材料的主要目的是________________________。

（3）充分利用煤燃烧后的废气中的热量可采取的措施是_______________________________________。

【答案】一、1．

（1）正反应　逆反应

（2）进行到底　同时存在

2．

（1）①最大　反应物浓度最大　为0　生成物浓度为0

②逐渐减小　反应物浓度逐渐减小　逐渐增大　生成物浓度逐渐增大

③大小相等　不再改变　不再改变

（2）温度　浓度　压强　可逆　正反应速率　逆反应速率　浓度　浓度

（3）①=　≠

②动态

③不再改变

④温度　浓度　压强

二、1．

（1）有利　有害

2．

（1）增大与空气中O2的接触面积，煤粉燃烧更充分，反应速率快　煤粉充分燃烧，生成CO2，放出更多的热量　不完全　CO减少

（2）防止热量散失

（3）将燃烧后的废气通过热交换装置，供其他方面使用

一、化学平衡状态的判断

1．直接标志

（1）v正=v逆。

①同一种物质的生成速率等于消耗速率；

②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；

③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。

①各组分的浓度不随时间的改变而改变；

②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。

【归纳总结】1．化学反应的限度（或化学平衡状态）研究对象为可逆反应，且要求在一定条件下，如恒温恒容或恒温恒压。

2．化学反应限度的本质：

v（正）=v（逆）≠0，可理解为同一物质的生成速率等于其消耗速率，如果不是同一物质的速率，应依据化学计量数转化为同一物质速率。

3．化学反应限度的宏观特征：

反应物和生成物的浓度不再变化。

应理解为：

物质的量浓度一定；组成成分的百分含量一定；反应体系的压强一定（反应前后气体体积相等的除外）；混合气体的平均相对分子质量一定（化学计量数相等的除外）等。

不能理解为各组成成分的含量或浓度相等，通常情况下平衡时各组成成分的含量或浓度是不相等的。

二、有关化学平衡的简单计算

解答有关化学反应速率和化学平衡的计算题时，一般需要写出化学方程式，列出起始量、变化量及平衡量，再根据题设其他条件和定律列方程求解。

如：

　　　　　mA（g）+nB（g）

pC（g）+qD（g）

起始/molab00

转化/molmxnxpxqx

平衡/mola−mxb−nxpxqx

（1）关于反应物转化率的计算

A的转化率=

×100%（计算式中A的量可以指反应物的物质的量、质量、浓度、体积等）

（2）关于某气体组分的体积分数的计算

气体A的体积分数=

×100%

【特别提醒】1．转化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例。

2．这里a、b可指物质的量、浓度、体积等。

3．对反应物：

平衡时的量=起始的量−转化的量；对生成物：

平衡时的量=起始的量+转化的量。

同时要注意差量法、守恒法等简单计算方法在化学平衡中的应用。

典例1（黑龙江省哈尔滨市第三中学2017−2018学年期中考试）一定条件下，将NO2与SO2以体积比1∶2置于恒容密闭容器中发生反应：

NO2（g）+SO2（g）

SO3（g）+NO（g），下列能说明反应达到平衡状态的是

A．体系压强保持不变

B．混合气体颜色保持不变

C．SO3和NO的体积比保持不变

D．每消耗1molSO3的同时生成1molNO2

【答案】B

【解析】A．NO2（g）+SO2（g）

SO3（g）+NO（g），反应前后气体分子数不变，体系压强保持不变，不能作为平衡标志，故A错误；B．混合气体颜色保持不变，说明二氧化氮浓度不变，可作为平衡标志，B正确；C.NO2与SO2以体积比1:

2，SO3和NO的体积比始终是1∶1不变，不能作为平衡标志，故C错误；D．每消耗1molSO3的同时生成1molNO2，表示的都是逆向反应速率，不能作为平衡标志，故D错误。

典例2在2L的密闭容器中有3种气体进行反应，X、Y、Z的物质的量随时间变化的曲线如图所示，反应在t1min时达到化学平衡状态。

（1）该反应的化学方程式为       　    　    　    　    　。

（2）0~t1min内，Y的平均反应速率为　　　　。

（3）下列关于该反应的说法正确的是　　　　（填字母）。

A．t1min时，该反应已停止

B．t1min之前，X的消耗速率大于它的生成速率

C．t1min时，正反应速率等于逆反应速率

D．t1min时，反应达到化学平衡状态是因为此时反应物的总物质的量与生成物的总物质的量相等

【答案】

（1）2X

3Y+Z

（2）

mol·L−1·min−1

（3）BC

【解析】

（1）由题给图像知，0~t1min内，n（X）减小，n（Y）、n（Z）增大，可以确定X为反应物，Y、Z为生成物，从反应开始至t1min时，X、Y、Z的物质的量的变化关系为Δn（X）∶Δn（Y）∶Δn（Z）=0.8∶1．2∶0.4=2∶3∶1，故该反应的化学方程式为2X

3Y+Z。

（2）v（Y）=

=

mol·L−1·min−1。

（3）化学平衡是一种动态平衡，A项错误；t1min之前，可逆反应尚未达到化学平衡状态，此时物质X的正、逆反应速率大小关系为v（正）>v（逆），B项正确；t1min时，可逆反应已达到化学平衡状态，此时正、逆反应速率相等，C项正确；t1min时，反应达到化学平衡状态是因为此时正、逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度不再随时间的变化而发生改变，D项错误。

典例3煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx，形成酸雨、污染大气，采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。

回答下列问题：

（1）NaClO2中Cl元素的化合价为________。

（2）在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气，反应温度323K，NaClO2溶液浓度为5×10−3mol·L−1。

反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。

①写出NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式__________。

增加压强，NO的转化率________（填“提高”、“不变”或“降低”）。

②随着吸收反应的进行，吸收剂溶液的pH逐渐________（填“增大”、“不变”或“减小”）。

【答案】

（1）+3

（2）①4NO+3

+4OH−===4

+3Cl−+2H2O　提高　②减小

【解析】

（1）NaClO2中Cl元素的化合价为+3。

（2）①分析表中数据可知，NaClO2溶液脱硝过程中主要生成Cl−和

，结合电子守恒和元素守恒写出离子方程式：

4NO+3

+4OH−===4

+3Cl−+2H2O。

该反应中只有NO是气体，增加压强，有利于NO的吸收，NO的转化率提高。

②由于吸收SO2和NO过程中会消耗OH−，溶液中c（H+）不断增大，故溶液的pH逐渐减小。

K基础

1．对化学反应限度的叙述不正确的是

①任何可逆反应都有一定的限度；

②化学反应的限度是不可改变的；

③化学反应的限度与时间的长短无关；

④化学反应达到限度时，正逆反应的速率相等；

⑤达到平衡时，反应停止了，正、逆反应速率都为零。

A．①④　　　　　B．②⑤C．②③　　D．⑤

2．下列关于可逆反应的说法中正确的是

A．可逆反应就是既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的化学反应

B．在催化剂的作用下，二氧化硫与氧气反应生成三氧化硫的同时，三氧化硫又分解成二氧化硫和氧气，因此该反应是可逆反应

C．对于合成氨的反应，如果调控好反应条件，可使一种反应物的转化率达到100%

D．碳酸钙在高温下分解生成氧化钙和二氧化碳，氧化钙和二氧化碳在常温下生成碳酸钙，因此这两个反应是可逆反应

3．（山西省山西大学附属中学2017−2018学年上学期9月月考）在密闭容器中于一定条件下进行下列反应：

2SO2+O2

2SO3，当达到平衡时通入18O2，再次平衡时，18O存在于

A．SO2、O2B．SO2、SO3C．SO2、O2、SO3D．O2、SO3

4．对于可逆反应M+N

Q达到平衡时，下列说法正确的是

A．M、N、Q三种物质的浓度一定相等

B．M、N全部变成了Q

C．反应物和生成物的浓度都保持不变

D．反应已经停止

5．（广东省佛山市第一中学2017−2018学年期中考试）某温度下的定容密闭容器中，进行如下可逆反应：

A（s）+2B（g）

C（g）+D（g），当下列物理量不再发生变化时，能表明该反应一定已达到平衡状态的是

①混合气体的密度

②容器内气体的压强

③混合气体的平均相对分子质量

④B的物质的量浓度

A．②③④B．②③C．①③④D．只有④

6．N2（g）+3H2（g）

2NH3（g）在体积不变的密闭容器中反应，下列叙述表示处于化学平衡状态的是

A．N2、H2、NH3的浓度比为1∶3∶2的状态

B．混合气体的密度不随时间而变化

C．当有1molN≡N断裂时，有6molN—H断裂

D．单位时间内消耗amolN2的同时，消耗3amol的H2的状态

7．工业炼铁是在高炉中进行的，高炉炼铁的主要反应是:

①2C+O2

2CO；②Fe2O3+3CO

2Fe+3CO2。

该炼铁工艺中，焦炭的实际用量远远高于按照化学方程式计算所需要的量。

其主要原因是

A．CO过量

B．CO与铁矿石接触不充分

C．炼铁高炉的高度不够

D．反应①②都有一定限度

8．硫酸是一种重要的化工产品，硫酸的消耗量常被视为一个国家工业发展水平的一种标志。

目前硫酸的重要生产方法是“接触法”，有关接触氧化反应2SO2+O2

2SO3的说法不正确的是

A．该反应为可逆反应，故在一定条件下二氧化硫和氧气不可能全部转化为三氧化硫

B．达到平衡后，反应就停止了，故此时正、逆反应速率相等且均为0

C．一定条件下，向某密闭容器中加入2molSO2和1molO2，则从反应开始到达平衡的过程中，正反应速率不断减小，逆反应速率不断增大，某一时刻，正、逆反应速率相等

D．在利用上述反应生产三氧化硫时，要同时考虑反应所能达到的限度和化学反应速率两方面的问题

9．（河北省正定中学2016−2017学年高一下学期期末考试）某温度时，在一个2L的密闭容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。

根据图中数据，试填写下列空白：

（1）该反应的化学方程式为_______________。

（2）反应开始至2min，以气体Z表示的平均反应速率为________。

（3）若X、Y、Z均为气体，2min后反应达到平衡，反应达平衡时：

①此时体系的压强是开始时的_______倍；

②达平衡时，容器内混合气体的平均相对分子质量比起始投料时_________（填“增大”“减小”或“相等”）。

（4）可以判断上述反应己经达到平衡的是________。

A．v（A）∶v（B）∶v（C）等于化学计量系数之比

B．密闭容器中总压强不变

C．密闭容器中混合气体的密度不变

D．混合气体的平均相对分子质量不再改变

E．n（A）∶n（B）∶n（C）等于化学计量系数之比

10．（广东省阳东广雅学校2017−2018学年月考）在容积为2L的密闭容器中进行如下反应：

A（g）+2B（g）

3C（g）+2D（g），开始时A为4mol，B为6mol；5min末时测得C的物质的量为3mol。

请计算：

（1）5min末A的物质的量浓度为___________________。

（2）5min内D的平均化学反应速率为___________________。

（3）B的转化率为_________________________。

（4）反应后容器中的总压强与反应前总压强之比为_________________。

K能力

11．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、SO3的浓度分别为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．SO2、SO3均为0.15mol·L−1

D．SO3为0.4mol·L−1

12．如图曲线a表示释放能量的反应X（g）+Y（g）

Z（g）+M（g）+N（s）进行过程中X的转化率随时间变化的关系。

若改变起始条件，使反应过程按b曲线进行，可采取的措施是

A．升高温度B．加大X的投入量

C．加催化剂D．增大容器体积

13．（黑龙江省哈尔滨市第六中学2016−2017学年高一下学期期末考试）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．化学方程式为：

2M

N

B．t2时，正逆反应速率相等，达到平衡

C．t3时，正反应速率等于逆反应速率

D．t1时，N的浓度是M浓度的3倍

14．在一密闭容器中通入A、B、C三种气体，保持一定温度，在t1~t4s时测得各物质的浓度如表，则下列判断正确的是

　　测定时刻/s

浓度

t1

t2

t3

t4

c（A）/（mol·L−1）

6

3

2

2

c（B）/（mol·L−1）

5

3.5

3

3

c（C）/（mol·L−1）

1

2.5

3

3

A．在t3s时反应已经停止

B．t3~t4s内正、逆反应速率不相等

C．在容器中发生的反应为A（g）+B（g）

C（g）

D．在t2~t3s内A的平均反应速率为

mol·L−1·s−1

15．可逆反应C（s）+H2O（g）

CO（g）+H2（g）在一定容积的密闭容器中进行，则下列说法或结论中，能够成立的是

A．其他条件不变仅将容器的体积缩小一半，反应速率减小

B．反应达平衡状态时：

v（CO）正=v（H2O）逆

C．保持体积不变，充入少量He气体使体系压强增大，反应速率一定增大

D．其他条件不变，适当增加C（s）的质量会使反应速率增大

16．对可逆反应4NH3（g）+5O2（g）

4NO（g）+6H2O（g），下列叙述正确的是

A．NH3、O2、NO、H2O（g）同时存在时，则反应达到化学平衡状态

B．单位时间内生成xmolNO，同时消耗xmolNH3时，说明反应达到化学平衡状态

C．达到化学平衡状态时，若增大容器体积，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3v正（NH3）=2v正（H2O）

17．（江西省南康中学2017−2018学年上学期第一次月考）在一个不传热的固定容积的密闭容器中可逆反应mA（g）+nB（g）

pC（g）+qQ（g）当m、n、p、q为任意整数且C为有色物质，可逆反应一定达到平衡的标志是

①混合气体的平均摩尔质量不再改变

②体系的温度不再改变

③各组分的浓度不再改变

④各组分的质量分数不再改变

⑤反应速率vA∶vB∶vC∶vQ=m∶n∶p∶q

⑥体系颜色不再变化

⑦单位时间内mmolA断键反应，同时pmolC也断键反应

A．②③④⑤⑥B．①②③④⑤C．②③④⑥⑦D．①②③④⑥⑦

18．在2L密闭容器内，充入一定量的NO和O2，800℃时发生反应2NO（g）+O2（g）

2NO2（g），n（NO）随时间的变化如表：

时间/s

0

1

2

3

4

5

n（NO）/mol

0.020

0.010

0.008

0.007

0.007

0.007

（1）反应在1s~2s内，O2的物质的量减少________mol。

（2）如图所示，表示NO2变化曲线的是________。

用O2表示从0～2s内该反应的平均速率v=________。

（3）能说明该反应已达到平衡状态的是________（填序号）。

a．v（NO2）=2v（O2）b．容器内压强保持不变

c．v逆（NO）=2v正（O2）d．容器内密度保持不变

1．【答案】B

【解析】任何可逆反应都有一定的限度，所以①对；条件改变，可使原平衡发生移动，所以②错；化学反应的限度与反应的时间的长短无关，所以③对；化学平衡后，正逆反应速率相等，但都大于0，是动态平衡，所以④对、⑤错。

2．【答案】B

【解析】可逆反应是指在相同条件下，能同时向正、逆反应方向进行的反应。

可逆反应强调两点：

相同条件和同时双向进行，B正确；A项中没有说明相同条件和同时进行；C项，由于是可逆反应，所以其反应物的转化率不可能达到100%；D项中的两组反应，由于反应条件不同，不能称为可逆反应，错误。

3．【答案】C

【解析】该反应是可逆反应，生成三氧化硫的同时，三氧化硫又分解生成二氧化硫和氧气，因此平衡后三种物质均存在18O，D答案选C。

4．【答案】C

【解析】平衡时反应物、生成物的浓度之比应从两个方面考虑：

一是反应物的起始浓度，二是化学方程式中的化学计量数。

如2molM与1molN反应，无论怎样反应，M与N的浓度永远不相等，所以“M、N、Q三种物质的浓度一定相等”这种说法是错误的，A错误；此反应是可逆反应，B错误；反应物和生成物的浓度都保持不变，可以说明反应达到平衡状态，但未停止，C正确，D错误。

5．【答案】C

【解析】①该反应的正反应方向为气体质量增多的反应，在定容条件下，当混合气体的密度不变即混合气体的质量不变，所以为平衡状态，故正确；②该反应前后气体分子总数不变，而容器体积不变，所以无论平衡与否压强均不变，故错误；③该反应前后气体的总物质的量不变，当该反应过程中，正反应方向为气体总质量增大的反应，所以当混合气体的平均相对分子质量不变时即达平衡状态，故正确；④B的物质的量浓度不变即参加反应的各物质的量保持不变，反应达平衡状态，故正确。

答案选C。

6．【答案】C

【解析】A中，N2、H2、NH3的浓度比等于化学计量数之比时，不能确定是否处于平衡状态，因为无法以v正=v逆和浓度是否不变进行判断；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化；C中，当有1molN≡N断裂时，相当于生成2molNH3（1molNH3中含有3molN—H），即生成6molN—H，与有6molN—H断裂符合v正（NH3）=v逆（NH3），故处于化学平衡状态；D中，消耗amolN2的同时消耗3amolH2是同向的，不管平衡与否，只要N2和H2反应就一定符合该比例。

7．【答案】D

【解析】反应①②都是可逆反应，都有一定的限度，因此反应①中的碳和反应②中的CO不能完全转化，致使焦炭的实际用量远远高于按照化学方程式计算所需要的量。

8．【答案】B

【解析】对于可逆反应来说，在一定条件下反应物不可能全部转化为产物，反应只能进行到一定限度。

在达到平衡的过程中，正反应速率不断减小，逆反应速率不断增大，最终正、逆反应速率相等，即达到平衡，此时反应物和生成物的浓度都不再随时间的变化而变化，但反应并没有停止，正、逆反应都依然进行着。

9．【答案】

（1）3X+Y

2Z

（2）0.05mol/（L·min）

（3）①0.9②增大

（4）BD

【解析】

（1）根据图像可知X和Y的物质的量减少，是反应物，Z的物质的量增加，是生成物，变化量之比是0.3∶0.1∶0.2＝3