化学反应的限度苏教版高中化学必修2讲义练习.docx

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化学反应的限度苏教版高中化学必修2讲义练习

第2课时　化学反应的限度

学习目标

核心素养建构

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。

[知识梳理]

一、可逆反应

1.实例

（1）Cl2与H2O的反应。

①化学反应方程式：

Cl2＋H2O

HCl＋HClO。

②溶液中微粒：

“三分子”——H2O、Cl2、HClO；

“四离子”——H＋、Cl－、ClO－、OH－。

③反应特点：

Cl2和H2O发生反应不能（填“能”或“不能”）进行到底。

（2）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

溶液颜色由无色变为褐色

有I2生成

②

溶液分层，上层为浅绿色，下层油状液体呈紫红色

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＋

反应

特点

上述实验中反应的离子方程式是2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2；由实验可知，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。

2.可逆反应

（1）可逆反应的概念是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）可逆反应特点：

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。

【自主思考】

1.2NaHCO3

Na2CO3＋CO2↑＋H2O和Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3属于可逆反应吗？

提示　不属于可逆反应，因为两个反应的反应条件不相同。

2.在一密闭容器中通入2molSO2和1molO2，一定条件下，经足够长的时间，最终能否得到2molSO3?

提示　不能，该反应是可逆反应，反应不能完全进行到底，生成SO3的物质的量小于2mol。

二、化学反应限度

1.化学反应的限度

可逆反应在同一条件下既可以向正反应方向进行，同时又可以向逆反应方向进行，反应物不能完全转化为生成物，即可逆反应有一定的限度。

2.化学平衡的建立

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。

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。

3.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：

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。

【自主思考】

3.当可逆反应达到平衡，反应停止了吗？

提示　没有停止反应，只是两向速率相等，但不为零。

4.在密闭容器中进行反应2SO2（g）＋O2（g）

2SO3（g），当SO2、O2、SO3的浓度之比为2∶1∶2时能否说明该反应达到化学平衡状态？

提示　不能，因为不能说明各组分的浓度一定不变，也不能说明该反应的正、逆反应速率相等。

[效果自测]

1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。

（1）2H2＋O2

2H2O与2H2O

2H2↑＋O2↑互为可逆反应。

（　　）

（2）通过改变反应条件，可逆反应中反应物的转化率可达到100%。

（　　）

（3）SO2和O2的反应可写为2SO2＋O2

2SO3。

（　　）

（4）化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等。

（　　）

（5）可逆反应达到平衡后，正反应和逆反应都停止。

（　　）

（6）若将1molN2和3molH2充入密闭容器中充分反应，最终生成2molNH3。

（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）×　（6）×

2.CO和H2在一定条件下可以合成乙醇：

2CO（g）＋4H2（g）

CH3CH2OH（g）＋H2O（g），下列叙述中能说明上述反应在一定条件下已达到最大限度的是（　　）

A.CO全部转化为乙醇

B.正反应和逆反应的化学反应速率均为零

C.CO和H2以1∶2的物质的量之比反应生成乙醇

D.反应体系中乙醇的物质的量浓度不再变化

解析　可逆反应的最大限度即化学平衡，对于可逆反应，反应不能进行到底，所以A项不正确；化学平衡为动态平衡，正、逆反应速率相等且不为零，B项不正确；C项不能说明正、逆反应速率相等，不正确。

答案　D

探究一　化学平衡特征

【合作交流】

1.从正反应方向建立平衡状态，正逆反应速率如何变化？

提示　v正减小，v逆增大，平衡时v正＝v逆。

2.对于N2＋3H2

2NH3反应，达到平衡时，v正（N2）＝v逆（H2），对吗？

提示　不对，平衡时v正（N2）＝

v逆（H2）。

【点拨提升】

化学平衡状态的特征

【典题例证1】　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

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。

答案　A

【学以致用1】　在373K时，密闭容器中充入一定量的NO2和SO2，发生如下反应：

NO2＋SO2NO＋SO3，平衡时，下列叙述正确的是（　　）

①NO和SO3的物质的量一定相等；②NO2和SO2的物质的量一定相等；③体系中的总物质的量一定等于反应开始时总物质的量；④SO2、NO2、NO、SO3的物质的量一定相等

A.①和②B.②和③

C.①和③D.③和④

解析　①充入的是NO2和SO2，又NO和SO3的化学计量数之比为1∶1，其物质的量一定相等；②充入NO2、SO2的量为未知量，平衡时不一定相等；③反应过程中压强保持不变，则总物质的量保持不变；④充入SO2、NO2的量不确定，则平衡时反应物和生成物不一定相等。

答案　C

探究二　化学平衡状态判断方法

【合作交流】

3.对于可逆反应2NO2（g）

2NO（g）＋O2（g），能够说明反应达到平衡的标志有哪些？

请举例说明（写出两条）。

提示　①气体颜色不再变化　②各物质的浓度、物质的量不再变化　③气体总物质的量不再变化

【点拨提升】

化学平衡状态的判断方法

（1）根据正、逆反应速率相等

①同一物质：

同一种物质的生成速率＝消耗速率，即v正（A）＝v逆（A）。

②不同物质：

不同方向的化学反应速率之比＝化学计量数之比，即v正（A）∶v逆（B）＝A、B的化学计量数之比。

（2）根据各组分浓度不变

①各组分质量、物质的量、分子个数、物质的量浓度不变；对于有颜色变化的可逆反应，颜色不再改变；反应物的转化率不再变化。

②各组分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数不变。

③反应前后气体化学计量数改变的反应：

气体的总物质的量、恒温恒容条件下气体的总压强不变。

④恒温恒容条件下，有气体参加且物质状态反应前后改变的反应：

混合气体的密度不变。

⑤恒温恒压条件下，反应前后全是气体且气体化学计量数改变的反应：

混合气体的密度不变。

⑥恒容绝热条件下：

反应混合物的温度不变。

关键提醒　如下情况不能说明可逆反应达到化学平衡状态

（1）对于反应前后气体化学计量数相等的反应，气体总物质的量不变或气体总压强不变。

（2）全部由气体参加和生成的反应，恒容时气体密度不变。

（3）各组分的浓度相等或成某一比例。

（4）不指明v正或v逆，或指明v正或v逆，但用不同物质表示时的比例关系不符合化学计量数之比。

（5）反应物和生成物全部是气体，且反应前后气体化学计量数不变的反应，平均相对分子质量不变。

【典题例证2】　在一定条件下，恒温恒容密闭容器中进行可逆反应：

N2＋3H2

2NH3，试判断下列情况能说明该反应已经达到化学平衡状态的是（　　）

①单位时间内生成nmolN2同时生成3nmolH2；②H2的生成速率等于NH3的生成速率；③一个N≡N键断裂的同时，有三个H—H键形成；④容器中N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2；⑤反应物浓度等于生成物浓度；⑥混合气体的总物质的量不变。

解析　判断化学平衡状态的标志有：

v（正）＝v（逆），①叙述的都是逆反应，②根据化学计量数之比，转换为同一物质时v（正）≠v（逆），③叙述的是一正一逆两个反应，转化为同一物质时v（正）＝v（逆），①、②不能说明，③可以。

各组分浓度保持不变，强调各自的浓度不变，而不是反应物浓度等于生成物浓度，④、⑤都不能说明。

该反应的反应前后气体物质的量不同，气体总物质的量不变能说明反应达到平衡，⑥可以。

答案　③⑥

【学以致用2】　一定条件下，可逆反应2A（g）

B（g）＋3C（g），在下列四种状态中，反应处于平衡状态的是（　　）

选项

正反应速率

逆反应速率

A

v（A）＝2mol·L－1·min－1

v（B）＝2mol·L－1·min－1

B

v（A）＝2mol·L－1·min－1

v（C）＝2mol·L－1·min－1

C

v（A）＝1mol·L－1·min－1

v（B）＝2mol·L－1·min－1

D

v（A）＝1mol·L－1·min－1

v（C）＝1.5mol·L－1·min－1

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，即逆反应速率表示A的生成速率，正反应速率表示A的消耗速率，二者相等，则说明反应达到了平衡状态。

答案　D

1.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

解析　根据可逆反应定义中的“同一条件下”“同时”“正、逆两个方向”可知只有B符合题意。

答案　B

2.下列说法不正确的是（　　）

A.任何反应都存在化学平衡状态

B.化学反应的限度可以通过改变条件来改变

C.达到化学平衡状态时，正反应速率等于逆反应速率

D.化学平衡状态是反应在该条件下所能达到的最大反应限度

解析　只有可逆反应才存在化学平衡状态。

答案　A

3.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

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。

答案　B

4.可逆反应2NO2

2NO＋O2在密闭容器中反应，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的物质的量浓度变化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

A.①④B.②③

C.①③④D.①②③④

解析　①表示v（正）＝v（逆），正确。

②不能表示v（正）＝v（逆），不正确。

③只要发生反应，就有v（NO2）∶v（NO）∶v（O2）＝2∶2∶1，错误。

④混合气体颜色不变，说明各物质浓度不变，正确。

答案　A

5.在一定温度下的定容容器中，当下列物理量不再发生变化时：

①混合气体的压强，②混合气体的密度，③混合气体的总物质的量，④混合气体的平均相对分子质量，⑤混合气体的颜色，⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比，⑦某种气体的百分含量

（1）能说明2SO2（g）＋O2（g）

2SO3（g）达到平衡状态的是________________。

（2）能说明I2（g）＋H2（g）

2HI（g）达到平衡状态的是________________。

（3）能说明2NO2（g）

N2O4（g）达到平衡状态的是________________。

（4）能说明C（s）＋CO2（g）

2CO（g）达到平衡状态的是________________。

（5）能说明A（s）＋2B（g）

C（g）＋D（g）达到平衡状态的是________________。

答案　

（1）①③④⑦　

（2）⑤⑦　（3）①③④⑤⑦

（4）①②③④⑦　（5）②④⑦

课时作业

基础巩固

1.下列关于化学平衡的说法中，不正确的是（　　）

A.当反应达到化学平衡时，反应物已完全转化为生成物

B.化学平衡是一种动态平衡

C.当反应达到化学平衡时，反应混合物中各成分的浓度保持不变

D.化学平衡是一定条件下的平衡，当条件改变时，平衡可能会遭到破坏

解析　化学反应达到平衡时，反应物和生成物同时存在，A错；化学平衡是一种动态平衡，B正确；达到化学平衡时正、逆反应速率相等，各组分的浓度保持不变，C正确；外界条件的改变可能会使旧的平衡破坏而达到新的平衡，D正确。

答案　A

2.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

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－1　　　0.2mol·L－1

　00.1mol·L－1　　　0.4mol·L－1

0.2mol·L－10.3mol·L－1　　　0

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。

答案　A

3.一定温度下，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同时生成nmolB2

D.单位时间内生成nmolA2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选项生成A2是逆反应，生成AB是正反应，显然v（正）

答案　C

4.如图所示是425℃时，在1L密闭容器中发生化学反应的浓度随时间的变化示意图。

下列叙述错误的是（　　）

A.图①中t0时，三种物质的物质的量相同

B.图①中t0时，反应达到平衡状态

C.图②中的可逆反应为H2（g）＋I2（g）2HI（g）

D.图①②中当c（HI）＝3.16mol/L时，反应达到平衡状态

解析　图①中t0时，H2、I2、HI的物质的量相等但未保持不变，没有达到平衡状态，B项错。

答案　B

5.在一定条件下，向某容器中充入N2和H2合成NH3。

以下叙述错误的是（　　）

A.开始反应时，正反应速率最大，逆反应速率为零

B.随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后减小为零

C.随着反应的进行，逆反应速率逐渐增大，最后保持恒定

D.随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后与逆反应速率相等且都保持恒定

解析　随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，一段时间后，反应达到平衡状态，但此时反应并没有停止，只不过v正＝v逆≠0，故B项错误。

答案　B

6.一定温度下，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

7.一定条件下，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

8.对于反应A（g）＋B（g）

3C（g）（正反应为放热反应），下述为平衡状态标志的是（　　）

①单位时间内A、B生成C的分子数与分解C的分子数相等　②外界条件不变时，A、B、C浓度不随时间变化

③体系温度不再变化　④体系的压强不再变化　⑤体系的分子总数不再变化

A.①②B.①②③

C.①②③④D.①②③④⑤

解析　①正、逆反应速率相等；②浓度不变，说明已达平衡；③如果该反应没有达到平衡则反应要和外界有能量的交换，必然导致体系温度改变，现在体系温度不变，说明已达平衡；④、⑤由于该反应是一个体积改变的反应，没有达到平衡之前，压强是改变的，分子总数也是改变的，只有平衡了，二者才不再改变，故①②③④⑤均正确。

答案　D

9.下列可以证明2HI（g）

H2（g）＋I2（g）已达到平衡状态的是（　　）

①单位时间内生成nmolH2的同时生成nmolHI

②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂

③温度和体积一定时，混合气体的密度不再变化

④v（H2）＝v（I2）＝0.5v（HI）

⑤c（HI）∶c（H2）∶c（I2）＝2∶1∶1

⑥温度和体积一定时，某一生成物的浓度不再变化

⑦温度和体积一定时，容器内压强不再变化

⑧温度和压强一定时，混合气体的平均相对分子质量不再变化

⑨温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化

A.②③④⑤⑥B.②⑥⑦⑧⑨

C.①②⑥⑧D.②⑥⑨

解析　A项，③该反应反应物和生成物全部是气体，所以温度和体积一定时混合气体的密度始终不变；④未指明是正反应方向还是逆反应方向；⑤三种物质的浓度比等于相应的化学计量数比时不一定是平衡状态；③④⑤不能作为达到平衡状态的标志，A项错误。

B项，⑦温度和体积一定时，容器内压强始终不变；⑧温度和压强一定时，混合气体的平均相对分子质量始终不变；⑦⑧不能作为达到平衡状态的标志，B项错误。

C项，①单位时间内生成nmolH2的同时生成nmolHI，说明正反应速率大于逆反应速率，C项错误，D项，②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂，表明正、逆反应速率相等；⑥温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化，符合化学平衡的定义；⑨温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化，说明碘的浓度不再变化，可以作为达到平衡状态的标志，D项正确。

答案　D

10.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，正反应速率大于逆反应速率

D.t1时，N的物质的量浓度是M的物质的量浓度的2倍

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2N

M；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。

答案　D

能力提升

11.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