高中化学必修二优质学案232化学反应的限度.docx

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高中化学必修二优质学案232化学反应的限度

第2课时　化学反应的限度

学业要求

核心素养对接

1.认识可逆反应及其特征。

通过对化学反应限度的学习培养学生变化观念与平衡思想。

2.了解并会判断化学平衡状态。

3.初步了解化学反应条件的控制。

[知识梳理]

知识点一　可逆反应

[观察·思考]

向2mL0.01mol·L－1KI溶液中加入0.01mol·L－1FeCl3溶液，理论上因KI过量，故FeCl3中的Fe3＋完全反应，但实际向上述反应中再加入几滴0.1mol·L－1KSCN溶液，溶液为红色，则说明Fe3＋没有完全反应。

即2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2。

1．概念：

在相同条件下同时向正、逆两个方向进行的反应称为可逆反应。

2．特点：

一定条件下，反应物不能全部转化成产物，反应只能进行到一定程度。

3．表示：

在可逆反应的化学方程式中，用“”代替“===”。

知识点二　化学平衡

德国化学家哈伯（F.Haber，1868～1934）从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。

于1908年申请专利，即“循环法”，在此基础上，他继续研究，于1909年改进了合成工艺，氨的产率达到8%。

这是工业普遍采用的直接合成法。

反应过程中为解决氢气和氮气合成转化率的问题，将氨产品从合成反应后的气体中分离出来，未反应气和新鲜氢氮气混合重新参与合成反应。

合成氨反应式：

N2＋3H2

2NH3（该反应为可逆反应。

）

上图是工业合成氨的发现史和原理，如何提高氨的产率，学习完下列知识点你就知道：

1．化学平衡状态的建立

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。

①反应开始时：

v正最大，v逆为0，原因是反应物浓度最大，生成物浓度为0。

②反应过程中：

v正逐渐减小，v逆逐渐增大，原因是反应物浓度逐渐减小，生成物浓度逐渐增大。

③反应达到平衡时（t1后）：

v正＝v逆，反应物和生成物的浓度不再改变。

2．化学平衡状态的概念

在一定条件下，可逆反应进行到一定程度时，反应物和生成物的浓度不再随时间的延长而发生变化，正反应速率与逆反应速率相等，这种状态称为化学平衡状态。

3．化学平衡状态的特征

（1）逆：

只有可逆反应才能在一定条件下建立化学平衡状态。

（2）等：

反应达到平衡时，v正＝v逆。

（3）动：

化学平衡状态是一种动态平衡。

达到平衡状态时，正反应和逆反应都依然在进行。

（4）定：

条件一定时，反应物的浓度和生成物的浓度不再改变。

（5）变：

外界条件发生改变时，原平衡状态被破坏，并在新的条件下建立新的化学平衡状态。

知识点三化学平衡移动

1．实验探究温度改变对化学平衡的影响[观察·思考]

2NO2N2O4（正反应方向为放热反应）受温度的影响

（1）现象

温度改变

混合气体颜色

c（NO2）

升温（浸入热水）

变深

增加

降温（浸入冷水）

变浅

减小

（2）结论

当其他条件不变时，升高反应体系的温度，化学平衡向吸热反应方向移动；降低反应体系的温度，化学平衡向放热反应方向移动。

2．化学平衡移动的含义

对一个化学平衡状态改变条件时，原来的化学平衡将被破坏，并在新的条件下建立新的化学平衡，即发生化学平衡移动。

3．影响化学平衡移动的因素

影响因素有温度、反应物浓度、压强等。

微判断

（1）任何可逆反应都有一定的限度（　　）

（2）化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等（　　）

（3）化学反应的限度与时间的长短无关（　　）

（4）化学反应的限度是不可改变的（　　）

[答案]　

（1）√　

（2）√　（3）√　（4）×

微训练

1．下列说法中不正确的是（　　）

A．当一个可逆反应达到平衡状态时，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，这个反应的正反应速率和逆反应速率相等

C．可以通过控制反应条件，使2molSO2与1molO2反应生成2molSO3

D．化学反应的限度可以通过改变条件来改变

[解析]　对于可逆反应，达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，反应物的转化率最大，A、B正确；2SO2＋O22SO3是可逆反应，无论怎样控制条件，反应物的转化率不可能达到100%，即2molSO2与1molO2反应不会生成2molSO3，C错；化学反应的限度可通过改变条件，如温度、压强等来改变，D正确。

[答案]　C

2．一定温度下，反应A2（g）＋B2（g）2AB（g）达到平衡的标志是（　　）

A．单位时间内生成nmolA2的同时生成nmolAB

B．容器内的总压强不随时间的变化而变化

C．单位时间内生成2nmolAB的同时生成nmolB2

D．单位时间内生成nmolA2的同时生成nmolB2

[解析]　在一定条件下，判断一个反应是否达到平衡，主要看正、逆反应速率是否相等，体系中各组分的浓度（或含量）是否保持不变。

A项中，生成A2是逆反应，生成AB是正反应。

显然v（正）＜v（逆），没有达到平衡；B项中，压强不随时间的变化而变化，不能说明反应混合物中A2、B2和AB的浓度是否保持一定，也不能说明v（正）是否等于v（逆）。

该反应前后气体总的物质的量保持不变，在其他条件一定时，反应从开始至达到平衡，压强一直保持不变，故压强不变不能说明反应是否达到平衡状态；C项表明v（正）＝v（逆），反应已达到平衡状态；D项中，只说明了逆反应速率，没有说明正反应速率，且不管平衡是否建立，只要反应在进行，生成A2和B2的物质的量之比始终为1∶1。

[答案]　C

3．

（1）炭在火炉中燃烧得很旺时，在往炉膛底内的热炭上喷洒少量水的瞬间，炉子内的火会更旺这是因为__________________________________________

______________________________________________________________。

（2）如果欲使炉内炭更充分燃烧，下列措施可行的是（　　）

A．向炉内吹空气

B．把块状炭碾碎

C．使用H2O作催化剂

D．提高炉膛内的温度

[解析]　往炉膛底内的热炭上喷洒少量水，即在高温下炽热的炭与H2O反应：

C（s）＋H2O（g）

CO（g）＋H2（g），这样炭经反应变成气体燃料，燃烧时与空气接触充分，燃烧充分且快，所以炉火更旺。

使用催化剂或提高炉内温度只能更快地完成燃烧过程，而并不能为炭燃烧的更充分提供条件。

[答案]　

（1）炭与水反应生成CO和H2，燃烧更快，火焰更旺　

（2）AB

微思考

1．判断可逆反应已达到平衡状态的依据有哪些？

提示　直接判据：

a.正、逆反应速率相等；b.各物质浓度不变。

间接判据：

百分含量、物质的量、压强、平均相对分子质量、密度、颜色不随时间改变。

2．如何理解正、逆反应速率相等?

提示　同一物质的生成速率和消耗速率相等。

学习任务1　化学平衡的建立和特征

情景：

化学平衡状态

在一定条件下，当一个可逆反应的正反应速率与逆反应速率相等时，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，即“化学平衡状态”。

其中，正反应速率与逆反应速率相等是化学平衡状态的性质，而反应物的浓度与生成物的浓度不再改变是化学平衡状态的表现。

正反应速率与逆反应速率是针对同一可逆反应而言，正与逆只是相对而言，不是绝对概念。

请根据化学平衡状态的XX百科，完成下列问题：

1．化学平衡状态建立后，反应停止，反应速率为0，这句话对吗？

提示　不对。

化学平衡建立后，v（正）＝v（逆）≠0，说明反应并没有停止。

2．在反应达到化学平衡状态时，各组分的浓度及质量分数、体积分数均保持__________（填“相等”或“不变”），__________相等，__________符合化学计量数之比。

（填“一定”或“不一定”）

提示　不变　不一定　不一定

1．化学平衡建立的速率图像

2．化学平衡状态的特征概括为：

逆、等、动、定、变，即：

【例题】　对于可逆反应M＋NQ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

[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。

[答案]　C

变式训练　对化学反应速率与化学反应限度的叙述，不正确的是（　　）

A．当化学反应达到最大限度时反应速率为0

B．同一化学反应，若反应条件不同，限度可能不同

C．化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等

D．化学反应的限度与时间的长短无关

[解析]　A项反应达到最大限度时v正＝v逆≠0，A项错误；同一化学反应，条件改变，化学平衡可能被破坏，反应限度可能就会被改变，B项正确；任何可逆反应都有一定的限度，当反应达到限度时，即反应达到化学平衡，此时v（正）＝v（逆），对同一可逆反应，达到化学平衡时，当外界条件不变时，反应的限度不变，与时间长短无关。

[答案]　A

学习任务2　（核心素养）化学平衡状态的判断

一、知识要点

在分析和解答时要注意审题，看清楚题目中给出的反应条件是恒温恒容还是恒温恒压，化学方程式中气体的前后化学计量数是否相等，是否有非气态物质参与。

二、核心素养

平衡状态标志⇒培养学生变化观念与平衡思想

【素养解题】

[典例示范]　可逆反应：

2NO22NO＋O2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

[解题模板]

读题干

体积固定、密闭容器

析反应

NO2、NO、O2都是气体，是气体物质的量增加的反应

看选项

①中单位时间内生成nmolO2的同时消耗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，且质量不变，密度是一个常数，所以⑤不能说明；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。

得[答案]

A

三、对点训练

1．一定温度下，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

[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，不能说明反应已达到化学平衡状态。

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。

[答案]　C

2．一定条件下，发生可逆反应：

4NH3（g）＋5O2（g）4NO（g）＋6H2O（g），下列叙述中，不能作为此可逆反应已经达到化学平衡状态的标志的是（　　）

A．NH3的消耗速率等于NO的生成速率

B．NH3的消耗速率等于NO的消耗速率

C．NH3的浓度和NO的浓度都不发生改变

D．密闭容器内的压强不发生改变

[解析]　当v正＝v逆时，为平衡状态，A项叙述均表示正反应速率，且反应过程中二者恒相等，故不能判断可逆反应达到平衡状态；B项叙述前者表示正反应速率，后者表示逆反应速率，当二者相等时，可逆反应达到平衡状态；该反应为气体体积增大的反应，在反应过程中体系压强增大，当压强不再改变时，则达到平衡状态。

[答案]　A

3．已知可逆反应：

C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）。

（1）若反应在一容积可变的密闭容器中进行，在其他条件不变的情况下，下列条件的改变对其反应速率无影响的是________（填字母，下同）。

A．保持体积不变，增加CO的物质的量

B．将容器的体积缩小一半

C．保持压强不变，充入N2使容器体积增大

D．保持体积不变，充入N2使体系压强增大

（2）若反应在一容积恒定的密闭容器内进行，能判断该反应一定达到化学平衡状态的是________。

①容器内气体的平均相对分子质量不随时间而变化

②v正（H2O）＝v逆（H2）　③容器内气体的密度不随时间而变化　④容器内气体总质量不随时间而变化

⑤消耗nmolH2的同时消耗nmolCO

A．①②③B．①②③④

C．②D．①④⑤

[解析]　

（1）A项，增加CO的物质的量，由于体积不变，会使c（CO）增大，则速率加快；B项，容器体积缩小一半，各气体的浓度都增大，则速率加快；C项，N2不参与反应，充入N2使容器的体积增大，从而使参与反应的各组分的浓度变小，速率变慢；D项，充入N2，体系压强虽增大，但由于体积不变，则参与反应的各组分的浓度不变，对速率无影响。

（2）由于C是固体，只要反应未达到平衡状态，气体的质量、密度、相对分子质量就是不断变化的，它们不变时说明反应已达平衡状态，故①③④正确；用不同物质的反应速率表示化学平衡状态时必须一正一逆且速率数值之比等于化学计量数之比，故②正确；任何时刻，消耗nmolH2的同时都消耗nmolCO，⑤错误。

[答案]　

（1）D　

（2）B

4．将等物质的量的氢气和碘蒸气放入密闭容器中进行反应：

H2（g）＋I2（g）2HI（g）（正反应放热），反应经过5分钟测得碘化氢的浓度为0.5mol·L－1，碘蒸气的浓度为0.25mol·L－1。

请填写以下空白：

（1）v（HI）＝________________；v（H2）＝__________________________；

氢气的起始浓度＝________。

（2）若上述反应达到平衡时，则平衡浓度c（HI）、c（I2）、c（H2）的关系是______（填“相等”、“2∶1∶1”或“均为恒量”）。

[答案]　

（1）0.1mol·L－1·min－1　0.05mol·L－1·min－1　0.5mol·L－1　

（2）均为恒量