苏教版化学必修二同步学习讲义专题2第1单元化学反应速率和限度第2课时Word版含答案.docx
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苏教版化学必修二同步学习讲义专题2第1单元化学反应速率和限度第2课时Word版含答案
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．Cl2与H2O的反应
化学方程式
Cl2＋H2OHCl＋HClO
溶液中微粒
三分子
H2O、Cl2、HClO
四离子
H＋、Cl－、ClO－、OH－
反应特点
反应不能进行到底
2.FeCl3溶液与KI溶液的反应
实验步骤
实验现象
溶液颜色由无色变为褐色
溶液分层，上层为浅绿色，下层油状液体呈紫色
溶液变为血红色
实验结论
有I2生成
有Fe2＋和I2生成
上层清液中含有未反应的Fe3＋
离子方程式
2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2
反应特点
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
3.可逆反应
（1）概念：
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：
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。
（3）表示：
在可逆反应的化学方程式中，用“”号代替“===”号。
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。
1．对于化学反应限度的叙述，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
答案 B
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。
二、化学平衡状态
1．化学平衡的建立
（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，反应物的浓度不再改变，生成物的浓度不再改变。
（2）化学平衡状态也可从逆反应开始建立。
如图：
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：
3．影响化学反应的限度的因素
（1）决定因素：
化学反应的限度首先决定于反应物的化学性质。
不同的可逆反应在给定条件下的化学反应限度不同，反应物的最大转化率不同。
（2）外界因素：
化学反应的限度受温度、浓度、压强等条件的影响。
改变其中的一个条件，可以在一定程度上改变一个化学反应的限度。
要注意的是，压强只影响有气体物质参与或生成的可逆反应的限度。
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：
①v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“定量”）。
以上两个特征可作为判断可逆反应达平衡的标志。
归纳如下：
1．直接标志
①v正＝v逆
a．同一种物质的生成速率等于消耗速率；
b．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；
c．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
a．各组分的浓度不随时间的改变而改变；
b．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。
3．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．只有①B．①③C．只有②D．①②③
答案 B
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；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。
4．可逆反应2NO2（g）2NO（g）＋O2（g）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
答案 A
解析 ①中单位时间内生成nmolO2的同时生成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不能说明达到平衡状态；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。
1．下列不属于可逆反应的是（）
A．N2＋3H2
2NH3
B．CO2＋H2OH2CO3
C．2NO2N2O4
D．Pb＋PbO2＋2H2SO4
2PbSO4＋2H2O
答案D
解析 可逆反应必须在同一条件下同时进行，D中两个方向反应条件不同且不是同时进行，故不属于可逆反应。
2．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
答案A
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。
3．对可逆反应4NH3（g）＋5O2（g）4NO（g）＋6H2O（g），下列叙述正确的是（）
A．达到化学平衡时，4v正（O2）＝5v逆（NO）
B．若单位时间内生成xmolNO的同时，消耗xmolNH3，则反应达到平衡状态
C．达到化学平衡时，若增加容器体积，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2v正（NH3）＝3v正（H2O）
答案A
解析 NO的生成与NH3的消耗同时表示正反应，在任意时刻都相等，B项不正确。
达到平衡时，增加容器体积，反应物、生成物浓度同时减小，正、逆反应速率同时减小，C项不正确。
在反应的任意状态总有v正（NH3）∶v正（H2O）＝4∶6，即3v正（NH3）＝2v正（H2O），D项不正确。
4．X、Y、Z为三种气体，把amolX和bmolY充入一密闭容器中，发生反应X＋2Y2Z。
达到平衡时，若它们的物质的量满足：
n（X）＋n（Y）＝n（Z），则Y的转化率为（）
A.
×100%B.
×100%
C.
×100%D.
×100%
答案 B
解析 设反应达平衡时消耗Y的物质的量为x。
则：
X ＋ 2Y2Z
起始量/molab0
转化量/mol
xx
平衡量/mola－
b－xx
依题意可得：
＋（b－x）＝x
解得x＝
mol
则Y的转化率为
×100%＝
×100%，选B。
5．一定温度下，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____________________________。
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
答案
（1）2
（2）
mol·L－1·min－1
（3）CE
解析
（1）化学计量数之比等于物质的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，M与N的物质的量之比为1∶1时，不能说明达到平衡状态，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。
[基础过关]
题组一 可逆反应的特点及其判断
1．下列各组反应中，不属于可逆反应的是（）
A．N2＋3H2
2NH3和2NH3
N2＋3H2
B．H2＋I2
2HI和2HI
H2＋I2
C．2H2＋O2
2H2O和2H2O
2H2↑＋O2↑
D．2SO2＋O2
2SO3和2SO3
2SO2＋O2
答案C
解析 根据可逆反应的定义，在同一条件下正反应方向和逆反应方向均能同时进行的反应叫做可逆反应，所以C中的反应不属于可逆反应，故选C。
2．当可逆反应2SO2＋O22SO3达到平衡后，通入18O2，再次达到平衡时，18O存在于（）
A．SO3和O2中B．SO2和SO3中
C．SO2、O2和SO3中D．SO2和O2中
答案C
解析 本题考查了化学平衡的特征——化学平衡是动态平衡，SO2和18O2反应生成了S18O3，S18O3又分解生成S18O2和18O2，所以平衡混合物中含18O的粒子有S18O2、18O2、S18O3，故选C。
题组二 化学平衡状态的特征
3．一定温度下，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．单位时间内生成nmolA的同时消耗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。
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（g），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．反应后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、NO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项错；该反应反应前后气体分子数不变，故反应后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。
5．在密闭容器中进行反应：
X2（g）＋Y2（g）2Z（g），已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1mol·L－1、0.3mol·L－1、0.2mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是（）
A．Z为0.3mol·L－1B．Y2为0.4mol·L－1
C．X2为0.2mol·L－1D．Z为0.4mol·L－1
答案A
题组三 化学平衡状态的判断
6．一定条件下，可逆反应2A（g）B（g）＋3C（g），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－1vB＝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A表达的速率即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。
7.下图是可逆反应X2（g）＋3Y2（g）2Z2（g）在反应过程中的反应速率（v）与时间（t）的关系曲线，下列叙述正确的是（）
A．t1时刻，v正＞0，v逆＝0
B．t1～t2，X2的消耗速率小于X2的生成速率
C．t2～t3，反应不再发生
D．t2～t3，各物质的浓度不再发生变化
答案 D
解析 t1时，v正＞v逆＞0，A不正确；由于t1～t2时，反应物X2与Y2物质的量逐渐减少至t2时刻保持不变，X2的消耗速率大于X2的生成速率，B不正确；t2～t3达平衡状态，v正＝v逆≠0，C不正确，D正确。
8．一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3amolB③A、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3amolB⑧A、B、C的分子数之比为1∶3∶2
A．②⑧B．④⑦C．①③D．⑤⑥
答案 A
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。
题组四 有关化学平衡的计算
9．一定条件下，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的浓度分别为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∶3②平衡时，Y和Z的生成速率之比为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．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
反应的化学方程式中反应物X和Y的化学计量数之比为1∶3，所以反应中X和Y的必然以1∶3消耗，因为达平衡时X和Y的浓度之比为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中对应的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中的化学计量数之比配料，故X和Y的转化率相等，③错误；运用极限法，假设起始状态只有X和Y，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。
10．在容积可变的密闭容器中，2molN2和8molH2在一定条件下发生反应，达到平衡时，H2的转化率为25%，则平衡时氮气的体积分数接近于（）
A．5%B．10%C．15%D．20%
答案 C
解析 达到平衡时，H2转化的物质的量为8mol×25%＝2mol。
在一定条件下，N2与H2发生反应：
N2＋3H2
2NH3
起始物质的量/mol280
转化物质的量/mol
2
平衡物质的量/mol
6
同温同压下，气体的体积比等于其物质的量之比，故平衡时氮气的体积分数为
×100%≈15%。
[能力提升]
11．以下是反应：
2SO2＋O2
2SO3在不同条件下达到平衡状态时SO2的转化率：
压强
转化率
温度
0.1MPa
0.5MPa
1MPa
10MPa
400℃
99.2%
99.6%
99.7%
99.9%
500℃
93.5%
96.9%
97.8%
99.3%
600℃
73.7%
85.8%
89.5%
96.4%
试回答下列问题：
（1）关于可逆反应的限度，你能得出什么启示？
________________________________________________________________________。
（2）提高该化学反应限度的途径：
___________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）要实现SO2的转化率为93.5%，需控制的反应条件是_________________________。
答案
（1）可逆反应中的反应物不能全部转化为生成物；可逆反应中某物质的逆反应速率与其正反应速率相等时，生成物和反应物的浓度不再变化，该反应就达到了限度；改变反应条件可以改变化学反应的限度（合理即可）
（2）由表可知，要提高反应限度，可以采取增大压强或在一定范围内降低温度的方法等
（3）500℃、0.1MPa
解析 在化工生产中，往往需要考虑反应的快慢和反应后所得产物的产率。
前者研究的是化学反应速率，后者研究的是化学平衡即化学反应的限度，对于一个特定的化学反应来说，外部条件对化学反应速率和化学反应限度都存在一定的影响。
因此，选择适宜的反应条件，既可以增大反应速率，缩短生产周期，又可以达到较大的反应限度，从而获得较大的产率。
12．在一定条件下，A气体与B气体反应生成C气体。
反应过程中，反应物与生成物的浓度随时间变化的曲线如图。
回答下列问题：
（1）该反应的化学方程式为____________________________________________。
（2）0～t1s内A的反应速率为________。
（3）反应后与反应前的压强之比为________。
（4）（t1＋10）s时，A气体的体积分数为________，此时v正（A）________（填“＞”“＜”或“＝”）v逆（B）。
（5）关于该反应的说法正确的是________（填字母）。
a．t1s时反应已停止
b．在t1s之前B气体的消耗速率大于它的生成速率
c．在t1s时C气体的正反应速率等于逆反应速率
答案
（1）3A＋B2C
（2）
mol·L－1·s－1
（3）9∶13
（4）22.2% ＞
（5）bc
解析
（1）从0到t1s时，Δc（A）＝0.8mol·L－1－0.2mol·L－1＝0.6mol·L－1，Δc（B）＝0.5mol·L－1－0.3mol·L－1＝0.2mol·L－1，Δc（C）＝0.4mol·L－1，三者之比为Δc（A）∶Δc（B）∶Δc（C）＝0.6mol·L－1∶0.2mol·L－1∶0.4mol·L－1＝3∶1∶2，所以化学方程式为3A＋B2C。
（2）0～t1s内A的反应速率为
＝
mol·L－1·s－1。
（3）压强之比等于物质的量之比，为9∶13。
（4）A气体的体积分数为
＝
≈22.2%；在t1～（t1＋10）s反应处于平衡状态，v正（A）＝3v逆（B），故v正（A）＞v逆（B）。
（5）a项，可逆反应不可能停止，错误；b项，在t1s之前，反应未达平衡，仍然向正反应方向进行，故B气体的消耗速率大于它的生成速率，正确；c项，在t1s时，反应达到平衡，故C气体的正反应速率等于逆反应速率，正确。
13．Ⅰ.某实验小组对H2O2的分解做了如下探究：
将质量相同但状态不同的MnO2分别加入盛有15mL5%的H2O2溶液的大试管中，并用带火星的木条测试。
下表是该实验小组研究影响H2O2分解速率的因素时记录的一组数据：
MnO2
触摸试管情况
观察结果
反应完成所需的时间
粉末状
很烫
剧烈反应，带火星的木条复燃
3.5min
块状
微热
反应较慢，火星红亮但木条未复燃
30min
（1）写出大试管中发生反应的化学方程式：
___________________________________
________________________________________________________________________，
该反应是________（填“放热”或“吸热”）反应。
（2）实验结果表明，催化剂的催化效果与________有关。
Ⅱ.某可逆反应在体
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