人教版化学必修2讲义第二章 化学反应与能量 第3节 第2课时.docx

人教版化学必修2讲义第二章 化学反应与能量 第3节 第2课时.docx

《人教版化学必修2讲义第二章 化学反应与能量 第3节 第2课时.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人教版化学必修2讲义第二章 化学反应与能量 第3节 第2课时.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

人教版化学必修2讲义第二章化学反应与能量第3节第2课时

第2课时　化学反应的限度　化学反应条件的控制

学习目标

核心素养建构

1.认识可逆反应及其特征。

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]

一、化学反应的限度

1．可逆反应

（1）定义：

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

①正向反应和逆向反应同时进行。

②一定条件下，反应物不可能全部转化为生成物，即反应物的转化率不可能达到100%。

（3）表示：

书写可逆反应的化学方程式时不用“===”而用“”。

2．化学平衡状态

（1）化学平衡的建立

（2）化学平衡状态（简称化学平衡）

在一定条件下，可逆反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再改变的状态。

【自主思考】

1．可逆反应在一定条件下达到化学平衡状态，此时反应物的转化率最大吗？

提示　可逆反应在一定条件下达到化学平衡状态后，反应物的量不再随时间的变化而变化，因此反应物的转化率达最大值，且保持不变。

二、化学反应条件的控制

1．化学反应条件的控制

2．燃料燃烧的条件

（1）燃料与空气或氧气尽可能接触。

（2）温度达到燃料的着火点。

3．提高燃料燃烧效率的措施

（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尽可能接触，且空气要适当过量。

（2）尽可能充分地利用燃料燃烧所释放出的热能，提高热能利用率。

【自主思考】

2．结合燃料燃烧的条件分析灭火的措施有哪些？

提示　

（1）隔绝空气　

（2）降低火焰的温度

[效果自测]

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。

（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）×

2．

（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

探究一、化学平衡的建立和特征

【合作交流】

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。

从下图可知，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”“不变”），________相等，________符合化学计量数之比。

（填“一定”“不一定”）

提示　不变　不一定　不一定

【点拨提升】

1．化学平衡建立的速率图象

2．化学平衡状态的特征概括为：

逆、等、动、定、变，即：

【典题例证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因时间而改变

A．①　　　　B．①③　　　

C．②　　　　D．①②③

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。

答案　B

【学以致用1】　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

探究二、化学平衡状态的判断

【合作交流】

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。

【点拨提升】

判断标志

　特别提醒　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。

【典题例证2】　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

解析　①中单位时间内生成nmolO2的同时必消耗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；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。

答案　A

【学以致用2】　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

解析　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，A错误；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，B错误；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，C错误；断裂H—H键是正反应，断裂H—I键是逆反应，根据化学方程式的化学计量数关系，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，D正确。

答案　D

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．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

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的化学计量数相等且均为反应物，其消耗速率始终相等。

答案　C

3．一定条件下，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

4．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．①②③　　B．①②③④　　

C．②　　　　D．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

5．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

课时作业

1．煤本身是可燃物质，但是块状的煤用明火靠近都不燃烧，而当煤变为粉末状态时，在空气中达到一定的浓度遇明火即迅速爆炸，其原因是（　　）

A．粉末状态的煤比块状煤的着火点低

B．粉末状态的煤比块状煤放出的热量多

C．粉末状态的煤比块状煤的总表面积大

D．粉末状态的煤呈气态，属于可燃性气体

解析　煤变为粉末状态时，总表面积大，与空气中的氧气密切接触时，一旦遇见火源，便发生剧烈的氧化还原反应。

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．在一定温度下，可逆反应2A（g）＋3B（g）2C（g）达到平衡的标志是（　　）

A．A的生成速率与C的分解速率相等

B．单位时间生成2nmolA，同时生成3nmolB

C．A、B、C的浓度不再变化

D．A、B、C的分子数之比为2∶3∶2

解析　A项，A的生成速率与C的分解速率都表示逆反应速率；B项，不管反应是否平衡，单位时间内生成2nmolA的同时一定生成3nmolB，即v正不一定等于v逆；A、B、C的浓度不再变化，表明已达到平衡状态；但平衡状态时A、B、C的分子数之比不一定为2∶3∶2，D不正确。

答案　C

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＋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

解析　题中没有给出各物质的投料情况，NO2、SO2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正确。

答案　C

5．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

解析　首先采用极限法分析。

若反应向右进行到底，则有c（SO2）＝0，c（O2）＝0，c（SO3）＝0.4mol·L－1；若反应向左进行到底，则有：

c（SO2）＝0.4mol·L－1，c（O2）＝0.2mol·L－1，c（SO3）＝0。

化学反应的限度决定了可逆反应中的各种成分是不可能完全转化的，所以平衡时各物质的浓度范围为0

答案　B

6．可逆反应2SO2＋O2

2SO3，在混合气体中充入一定量的18O2，足够长的时间后，18O原子（　　）

A．只存在于O2中

B．只存在于O2和SO3中

C．只存在于O2和SO2中

D．存在于SO2、O2和SO3中

解析　该反应为可逆反应，加入18O2后，它与SO2反应生成SO3，因此SO3中会有18O原子，含有18O原子的SO3会部分分解为SO2和O2。

18O原子可能进入O2中，也可能进入SO2中，因此最后SO2、O2和SO3中都会有18O原子。

答案　D

7．一定温度下在一定体积的密闭容器中，下列叙述不能作为可逆反应A（g）＋3B（g）2C（g）达到平衡状态标志的是（　　）

①C的生成速率与C的消耗速率相等　②单位时间内生成amolA，同时生成3amolB　③A、B、C的浓度不再变化　④C的物质的量不再变化　⑤混合气体的总压强不再变化　⑥混合气体的总物质的量不再变化　⑦单位时间消耗amolA，同时生成3amolB　⑧A、B、C的分子数之比为1∶3∶2

A．②⑧　　　B．④⑦　　　

C．①③　　　D．⑤⑥

解析　关于平衡状态的判断，一定要根据实际反应分析选项，判断是否达到平衡状态，只有在平衡状态下具备的性质才能作为“标志”。

本题中的反应是一个反应前后气体物质的量不等的可逆反应。

②在反应过程中的任意时刻都符合。

⑧可能是平衡状态，也可能不是平衡状态。

答案　A

8．一定条件下，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＜c1＜0.14mol·L－1

A．①②B．③④

C．①④D．②③

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对应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化学计量数之比配料，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，④正确。

答案　D

9．在200℃时，将amolH2（g）和bmolI2（g）充入到体积为VL的密闭容器中，发生反应：

I2（g）＋H2（g）2HI（g）。

（1）反应刚开始时，由于c（H2）＝________，c（I2）＝________。

而c（HI）＝________，所以化学反应速率________最大，而________最小（为0）。

（2）随着反应的进行，反应混合物中各组分浓度的变化趋势为c（H2）________，c（I2）________，而c（HI）________，从而化学反应速率v（正）________，而v（逆）________。

（3）当反应进行到v（正）与v（逆）________时，此可逆反应达到了最大限度。

若保持外界条件不变时，混合物中各组分的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数、反应物的转化率和生成物的产率都将________。

解析　本题主要考查化学平衡建立的过程，开始时，c（H2）和c（I2）为最大值，正反应速率最大，由于此时没有HI，逆反应速率最小，为0，随着反应的进行，c（H2）和c（I2）越来越小，正反应速率越来越小，逆反应速率逐渐变大，直到平衡，v（正）＝v（逆）。

答案　

mol·L－1　

mol·L－1　0　v（正）　v（逆）

（2）减小　减小　增大　减小　增大

（3）相等　保持不变

10．一定温度下，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．单位时间内每消耗amolN，同时生成bmolM

E．混合气体的压强不随时间的变化而变化

解析　

（1）化学计量数之比等于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，物质的量之比不变，不能说明物质的量相等，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。

答案　

（1）2　

（2）

mol·L－1·min－1　（3）CE

11．在某一容积为5L的密闭容器内，加入0.2mol的CO和0.2mol的H2O（g），在催化剂存在的条件下高温加热，发生如下反应：

CO（g）＋H2O（g）

CO2（g）＋H2（g），反应放出热量。

反应中CO2的浓度随时间变化的情况如图所示：

（1）根据图中数据，从反应开始至达到平衡时，CO的化学反应速率为________；反应平衡时c（H2）＝________。

（2）判断该反应达到平衡的依据是________（填序号）。

A．CO减小的化学反应速率和CO2减小的化学反应速率相等

B．CO、H2O、CO2、H2的浓度都相等

C．CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化

D．正、逆反应速率都为零

解析　

（1）由图可知10min时反应达到平衡，所以v（CO2）＝v（CO2）＝

＝

＝0.003mol·L－1·min－1，反应时转化的浓度之比＝化学方程式中化学计量数之比，所以Δc（H2）＝Δc（CO）＝0.03mol·L－1。

（2）达到平衡的标志是各物质的物质的量分数保持一定，浓度不变，正、逆反应速率相等且不为零。

CO减小的化学反应速率是正反应速率，CO2减小的化学反应速率是逆反应速率，所以选A、C。

答案　

（1）0.003mol·L－1·min－1　0.03mol·L－1　

（2）AC

12．在2L密闭容器内，800℃时反应2NO（g）＋O2（g）2NO2（g）体系中，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）下图表示NO2的变化的曲线是________。

用O2表示从0～2s内该反应的平均速率v＝________。

（2）能说明该