步步高必修2专题2 第一单元 第2课时化学反应限度.docx

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步步高必修2专题2第一单元第2课时化学反应限度

第2课时　化学反应的限度

[学习目标定位]　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．按表中实验步骤完成实验，填写下表空格：

实验步骤

实验现象

实验结论

①

溶液由棕黄色变为褐色

有I2生成

②

溶液分层，上层为浅绿色，下层油状液体呈紫色

反应中有Fe2＋和I2生成

③

溶液变为血红色

上层清液中存有未反应的Fe3＋

2.上述实验中反应的离子方程式是2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2；由实验可知，反应物Fe3＋（I－过量条件下）不能完全转化为反应物，即可逆反应具有一定的限度。

3．可逆反应：

在同一条件下，即可以向正反应方向进行又可以向逆反应方向进行的化学反应称为可逆反应。

其特征为不能进行到底，只能进行到一定程度，反应有一定限度，即达到化学平衡状态。

[归纳总结]

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。

[活学活用]

1．对于化学反应的限度的叙述，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．在容器中充入SO2和只有18O原子组成的氧气（18O2），在一定条件下发生可逆反应，经过一段时间后，18O存在于（　　）

A．只存在于O2中

B．只存在于SO2中

C．只存在于SO2和SO3中

D．O2、SO2和SO3中都存在

答案　D

解析　因为该反应为可逆反应，反应向正反应方向进行的同时也向逆反应方向进行，所以18O存在于三种物质中，即O2、SO2和SO3中都存在。

二　化学平衡状态

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，反应物和生成物的浓度不再改变。

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：

①等：

v正＝v逆≠0；

②动：

化学平衡状态是一种动态平衡。

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不再改变；

④变：

外界条件（温度、浓度、压强等）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。

[归纳总结]

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：

（1）v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“变化量达不变”）。

以上两个特征均可作为判断可逆反应达平衡的标志。

对于反应mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g），判断下列条件是否平衡。

条件

是否平衡

正、逆反应速率的关系

在单位时间内消耗了mmolA，同时生成mmolA，则v（正）＝v（逆）

平衡

在单位时间内消耗了nmolB，同时消耗了pmolC，则v（正）＝v（逆）

平衡

v（A）∶v（B）∶v（C）∶v（D）＝m∶n∶p∶q，v（正）不一定等于v（逆）

不一定平衡

在单位时间内生成了nmolB，同时消耗了qmolD，v（正）不一定等于v（逆）

不一定平衡

变

化

量

达

不

变

的

关

系

混合物体系中各成分的含量

各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定

平衡

各物质的质量或各物质的质量分数一定

平衡

各气体的体积或体积分数一定

平衡

总体积、总压强、总物质的量一定

不一定平衡

压强

m＋n≠p＋q时，总压强一定（其他条件一定）

平衡

m＋n＝p＋q时，总压强一定（其他条件一定）

不一定平衡

混合气体的平均相对分子质量（

r）

r一定，且m＋n≠p＋q

平衡

r一定，且m＋n＝p＋q

不一定平衡

温度

任何化学反应都伴随着能量的变化，当体系温度一定时（其他条件一定）

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

[活学活用]

3．对于反应C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）的描述，正确的是（　　）

A．达到平衡时，各反应物和生成物的浓度相等

B．增大压强，对此反应的反应速率无影响

C．达到平衡时，c（H2O）∶c（CO）＝1∶1

D．达到平衡时，H2O转化为CO的速率等于CO转化为H2O的速率

答案　D

4．在一定温度下，反应H2（g）＋I2（g）2HI（g）达到化学平衡状态的标志是（　　）

A．单位时间内生成nmolH2，同时就有nmolHI生成

B．单位时间内有nmolH2生成，同时就有nmolI2生成

C．容器内气体的总压强不随时间的变化而变化

D．1个H—H键断裂的同时，有2个H—I键断裂

答案　D

解析　选项A，生成H2是逆反应，生成HI是正反应，根据化学方程式中的化学计量数关系，如果正、逆反应速率相等，则生成nmolH2的同时应有2nmolHI生成，因此A选项并没有达到化学平衡状态。

选项B，生成H2和生成I2均是逆反应，没有说明正反应速率，且不管平衡是否建立，只要反应进行，生成H2和I2的物质的量之比始终为1∶1。

因此B选项并不一定达到化学平衡状态。

选项C，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，反应从开始到反应达到平衡状态时，压强就一直保持不变，故气体总的压强不变不能说明反应已经达到平衡状态。

选项D，断裂H—H键是正反应，断裂H—I键是逆反应，根据化学方程式的计量数关系，断裂1个H—H键的同时，有2个H—I键断裂，其正反应速率等于逆反应速率，因此D选项一定达到了化学平衡状态。

理解感悟　在运用“v（正）＝v（逆）”来判断是否达到化学平衡状态时，要把握两点：

①既要描述正反应，又要描述逆反应；②根据化学方程式的计量数关系来判断速率是否相等。

只有这两点均满足，才能说明达到化学平衡状态。

当堂检测

1．下列说法正确的是（　　）

A．H2与O2点燃生成水，水电解可以生成H2与O2,2H2＋O22H2O是可逆反应

B．无论在什么条件下可逆反应都不可能进行到底

C．可逆反应不属于化学反应的分类方法

D．对于化工生产中的可逆反应，人们只关注反应限度的调控而不注重化学反应速率

答案　B

2．下列不属于可逆反应的是（　　）

A．Pb＋PbO2＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O

B．N2＋3H2

2NH3

C．Cl2＋H2OHCl＋HClO

D．2NO2N2O4

答案　A

解析　可逆反应要求是在同一条件下既能向正反应方向又能向逆反应方向进行的反应，选项A中逆反应需要在外加电源的条件下进行，与正反应条件不同，是在不同条件下进行的反应，故不是可逆反应。

3．可逆反应达到化学平衡状态的重要特征是（　　）

A．反应停止了

B．正、逆反应的速率都为0

C．正、逆反应都还在进行

D．正、逆反应的速率相等且不为0

答案　D

4．在一定温度下的恒容密闭容器中，能说明反应X2（g）＋Y2（g）2XY（g）已达到平衡的是（　　）

A．容器内的总压强不随时间变化

B．容器中气体的平均相对分子质量不随时间变化

C．XY气体的物质的量分数不变

D．X2和Y2的消耗速率相等

答案　C

解析　该反应的特点：

一是可逆反应；二是反应前后气体体积相等。

根据气体压强之比等于气体物质的量之比推断，该反应在整个反应过程中总压强是不变的，A不能说明该反应已经达到平衡；同理推断，容器中气体的平均相对分子质量始终不随时间变化而变化，B不能说明该反应已经达到平衡；X2和Y2的化学计量数相等，其消耗速率始终相等。

5．某温度时，在5L的容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间的变化曲线如下图所示。

请通过计算回答下列问题。

（1）反应开始至2min，Y的平均反应速率是________________。

（2）分析有关数据，写出X、Y、Z的反应方程式____________________。

答案　

（1）0.03mol·L－1·min－1

（2）X（g）＋3Y（g）2Z（g）

解析　

（1）v（Y）＝

＝0.03mol·L－1·min－1

（2）v（X）∶v（Y）∶v（Z）＝Δn（X）∶Δn（Y）∶Δn（Z）

＝0.1mol∶0.3mol∶0.2mol＝1∶3∶2

反应方程式是X（g）＋3Y（g）2Z（g）

40分钟课时作业

[基础过关]

一、可逆反应的特点及其判断

1．下列对可逆反应的认识正确的是（　　）

A．SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr与2HBr＋H2SO4（浓）===Br2＋SO2↑＋2H2O互为可逆反应

B．既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应叫可逆反应

C．在同一条件下，同时向正、逆两个方向进行的反应叫可逆反应

D．在一定条件下SO2能被完全氧化成SO3

答案　C

2．下列反应中可判断为可逆反应的是（　　）

A．氢气在氯气中燃烧生成氯化氢，氯化氢受热分解生成氢气和氯气

B．氮气与氢气在高温、高压、催化剂作用下可以生成氨气，同时氨气又分解为氮气和氢气

C．单质溴可以置换出碘，氯气又可以置换出溴

D．氯气和水反应生成盐酸和次氯酸，次氯酸在光照条件下可分解为盐酸和氧气

答案　B

3．在密闭容器中进行的可逆反应X2（g）＋Y2（g）2Z（g），已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1mol·L－1、0.2mol·L－1、0.2mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度可能是（　　）

A．Z为0.3mol·L－1B．Y2为0.35mol·L－1

C．X2为0.2mol·L－1D．Z为0.4mol·L－1

答案　A

解析　对于一个可逆反应，既可以从正反应方向开始建立平衡，也可以从逆反应方向开始建立平衡，反应达到平衡时，各物质的浓度都不为0，则有：

　　　　　X2（g）　＋　Y2（g）　2Z（g）

起始：

0.1mol·L－10.2mol·L－10.2mol·L－1

若向正反应方向进行到底：

00.1mol·L－10.4mol·L－1

若向逆反应方向进行到底：

0.2mol·L－10.3mol·L－10

故Z的浓度小于0.4mol·L－1，X2的浓度小于0.2mol·L－1，Y2的浓度小于0.3mol·L－1。

二、化学平衡状态的特征

4．一定温度下，可逆反应A（g）＋3B（g）2C（g）未达到平衡的是（　　）

A．C的生成速率与C的分解速率相等

B．单位时间生成nmolA消耗4nmolB

C．A、B、C的浓度不再变化

D．C的百分含量达到最大值

答案　B

解析　化学平衡的标志是正反应速率与逆反应速率相等。

C的生成速率是正反应速率，C的分解速率是逆反应速率，A项达到平衡；A、B、C各物质的浓度不变化，是平衡状态的宏观表现，C项达到平衡；逆反应生成nmolA，同时生成3nmolB，对于正反应却消耗了4nmolB，说明v（正）>v（逆），反应向正反应方向进行，B项未达到平衡；C的百分含量达到最大值，说明反应达到限度，即D项达到平衡。

5．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＋SO2NO＋SO3，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

答案　C

解析　题中没有给出各物质的投料情况，NO2、SO2和NO、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。

6．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反应条件来改变

答案　C

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项正确；2SO2＋O22SO3是可逆反应，无论怎样控制条件，反应物的转化率都不可能达到100%，即2molSO2与1molO2反应不会生成2molSO3，C项错；化学反应的限度可通过改变反应条件，如温度、压强等来改变，D项正确。

三、化学平衡状态的判断

7．一定条件下，可逆反应2AB＋3C，在下列四种状态中，处于平衡状态的是（　　）

　正反应速率　　　　　　　逆反应速率

A．vA＝2mol·L－1·min－1　　vB＝2mol·L－1·min－1

B．vA＝2mol·L－1·min－1vC＝2mol·L－1·min－1

C．vA＝1mol·L－1·min－1vB＝2mol·L－1·min－1

D．vA＝1mol·L－1·min－1vC＝1.5mol·L－1·min－1

答案　D

解析　将逆反应速率根据化学方程式统一折算成用A表示的速率来表示A的生成速率，正反应速率表示A的消耗速率，二者相等，则说明达到了平衡状态。

8．在一定温度下，反应A2（g）＋B2（g）2AB（g）达到化学平衡的标志是（　　）

A．容器内A2、B2、AB三种气体的浓度相等

B．单位时间内有xmolA2生成，同时就有xmolB2生成

C．单位时间内有xmolA2被消耗，同时就有2xmolAB生成

D．单位时间内有xmolB2被消耗，同时就有2xmolAB被分解

答案　D

解析　选项A，达到化学平衡的标志是反应体系中各物质的浓度不再变化，而不是浓度的具体值为多少，达到平衡时各物质的浓度大小不仅与反应限度有关，还与起始加入的物质的浓度有关；选项B所指的均是逆反应，选项C所指的均是正反应，都不能体现出正、逆反应速率相等，因此是错误的。

9．在一定温度下的定容密闭容器中，当物质的下列物理量不再变化时，表明反应：

A（g）＋B（g）C（g）＋D（g）已达平衡的是（　　）

A．混合气体的压强B．混合气体的密度

C．B的物质的量浓度D．气体的总物质的量

答案　C

解析　根据化学反应方程式的特点：

各物质均为气态且反应前后气体的计量数之和相等，故在反应过程中气体的物质的量不变，压强也不变；由质量守恒，该反应在恒容容器中进行，体系的密度不变，故A、B、D三项中的物理量均不能作为平衡状态的判据。

10．向某一固定体积的密闭容器中充入NO2，在一定条件下进行反应：

2NO22NO＋O2。

达到平衡状态的标志是（　　）

①体系的颜色不再发生变化　②容器内压强不随时间变化而变化　③NO和O2的消耗速率之比为2∶1　④容器中c（NO2）∶c（NO）∶c（O2）＝2∶2∶1

A．①②B．③④C．①④D．②③

答案　A

解析　体系颜色不变即浓度不变，①正确；压强不变，对于反应前后气体体积不相等的反应是正确的，故②正确；③中速率都是指逆反应速率，错误；平衡时各物质浓度不变，与各物质的浓度比等于化学计量数比没有关系，所以④错误。

[能力提升]

11．一定条件下，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2∶3

③X和Y的转化率不相等　④c1的取值范围为0

A．①②B．③④C．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

反应方程式中反应物计量数之比为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方程式计量数之比相等，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方程式计量数之比配料，故X和Y转化率相等，③错误；运用极限法，假设Z完全转化为反应物，c1的极限值为0.14mol·L－1，而题设c1>0，反应又是可逆的，故④也正确。

12．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下图所示，下列表述中正确的是（　　）

A．反应的化学方程式为2MN

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，N的浓度是M浓度的2倍

答案　D

解析　本题主要考查化学反应速率和化学平衡的有关内容。

从图像可知，t1时N的物质的量为6mol，M的物质的量为3mol，故N的物质的量浓度是M的2倍，同时也可以得出反应的化学方程式为2NM；t2时，M、N的物质的量虽然相等，但尚未达到平衡状态，因为此时M的物质的量还在增大，N的物质的量还在减小；t3时M、N的物质的量保持不变，说明反应已达到平衡状态，则此时正反应速率等于逆反应速率。

故正确答案为D。

13．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5min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

14．在一定温度下，发生如下反应：

N2（g）＋3H2（g）2NH3（g），起始时，充入的N2和H2的物质的量分别是3.0mol和6.0mol，平衡时生成NH3的物质的量是2.4mol。

已知容器的容积为5.0L，试求：

（1）H2的转化率是____________。

（2）平衡时混合气体中N2的体积分数是___________________________（保留一位小数）。

答案　

（1）60%　

（2）27.3%

解析　　N2　＋　3H2　　2NH3

起始3.0mol6.0mol0mol

转化1.2mol3.6mol2.4mol

平衡1.8mol2.4mol2.4mol

（1）H2的转化率＝

×100%＝60%。

（2）N2的体积分数＝

×100%≈27.3%。

[拓展探究]

15．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变化的曲线如图所示。

由图中数据分析：

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

（2）反应开始至2min，用Z表示的平均反应速率为________________________。

（3）若在不同条件下①v（X）＝0.3mol·L－1·s－1，②v（Z）＝0.1mol·L－1·s－1，③v（Y）＝0.2mol·L－1·s－1，比较此反应在不同条件下反应速率最快的是________（填序号）。

答案　

（1）3X＋Y2Z

（2）0.05mol·L－1·min－1　（3）③

解析　

（1）由图可知，X、Y的物质的量随反应的进行而减小，Z的物质的量随反应的进行而增大，则X和Y为反应物，Z为生成物。

Δn（X）＝1.0mol－0.7mol＝0.3mol

Δn（Y）＝1.0mol－0.9mol＝0.1mol

Δn（Z）＝0.2mol－0mol＝0.2mol

v（X）∶v（Y）∶v（Z）＝3∶1∶2，

即反应方程式为3X＋Y2Z。

（2）v（Z）＝

＝0.05mol·L－1·min－1。

（3）把不同条件下的各种物质化为同一物质Y的反应速率，①v（Y）＝0.1mol·L－1·s－1，②v（Y）＝0.05mol·L－1·s－1，故可知③最快。