高中化学第2章化学键化学反应规律第3节化学反应的快慢和限度第2课时化学反应的限度学案鲁科版必修第二册

第2课时化学反应的限度学业要求1．了解可逆反应的含义，知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态。2．体会从限度方面去认识和调控化学反应的重要性。3．认识化学变化是有条件的，学习运用变量控制方法研究化学反应。4．了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。知识网络学业基础——自学·思记·尝试一、可逆反应1．定义：在相同条件下同时向正、逆两个方向进行的反应。2．表示方法：书写可逆反应的化学方程式时不用“=”号而用“⇌”号。3．特点二、化学平衡1．化学平衡状态的建立(1)建立过程：(2)化学平衡建立过程的图像：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，正反应速率和逆反应速率________。3．化学平衡状态的特点三、化学平衡移动1．探究温度对化学平衡的影响实验原理2NO2(g)⇌N2O4(g)反应放热(红棕色)(无色)实验步骤实验现象热水中混合气体颜色较常温下的________，冷水中混合气体颜色较常温下的________实验结论混合气体受热颜色变________，说明NO2浓度________，即平衡向________方向移动；混合气体被冷却颜色变________，说明NO2浓度________，即平衡向________方向移动2.化学平衡的移动化学平衡是在一定条件下建立起来的，当条件________时，原来的化学平衡将被破坏，并在新的条件下建立起新的化学平衡。此过程可以表示为：3．影响化学平衡的因素除温度外，________、________(有气体参加的可逆反应)等外界条件的改变也可以使化学平衡发生移动。[即学即练]1．下列反应中，不互为可逆反应的是()A．2NO2=N2O4与N2O4=2NO2B．H2＋I2≜2HI与2HI≜H2＋I2C．CO2＋H2O=H2CO3与H2CO3=CO2↑＋H2OD．CaO＋CO2=CaCO3与CaCO3CaO＋CO2↑2．氨是一种重要的化工产品，目前氨的主要生产方法是“循环法”，其主要反应为N2＋3H22NH3。下列有关该反应的说法不正确的是()A．N2和H2反应不可能全部转化为NH3B．达到平衡后，反应就停止了，故正、逆反应速率相等且均为零C．该反应从开始到达到平衡的过程中，正反应速率不断减小，逆反应速率不断增大，某一时刻，正、逆反应速率相等D．工业上生产NH3时，要同时考虑反应所能达到的限度和化学反应速率两方面的问题3．在一定温度下的密闭容器中，可逆反应N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)达到平衡状态的标志是()A．N2、H2、NH3在容器中共存B．混合气体的总物质的量不再发生变化C．单位时间内生成nmolN2，同时生成3nmolH2D．单位时间内消耗nmolN2，同时消耗nmolNH34．常温下，可逆反应2NO2(g)⇌2NO(g)＋O2(g)在恒容密闭容器中进行，下列表示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2nmolNO2②单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO③混合气体密度不再改变④混合气体的颜色不再改变⑤密闭容器中压强不再改变A．②③⑤B．①③⑤C．①④⑤D．全部5．下列反应条件的控制中不恰当的是()A．为防止铁生锈，在其表面涂一层防锈油漆B．为防止火灾，在面粉厂、加油站等场所要严禁烟火C．为加快KClO3的分解速率，加入MnO2D．为加快H2O2的分解速率，把反应容器放到冷水中冷却核心素养——合作·探究·分享一化学平衡状态的判断[例1]反应：2NO2(g)⇌2NO(g)＋O2(g)在恒温恒容的容器中反应，说明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；③NO2、NO、O2的反应速率之比为2∶2∶1；④混合气体的颜色不再改变；⑤混合气体的密度不再改变；⑥混合气体的总压强不再改变A．①④⑥B．①③④C．②③⑤D．①②③④⑤⑥状元随笔(1)对化学平衡状态的判断，从不同角度出发可以得到多种判断依据，如浓度、压强、体积分数、密度、平均相对分子质量、颜色等，但最终都体现v正＝v逆，各组分浓度不再改变。(2)“变”与“不变”的判断：某一物理量从开始到平衡的过程是“变化”的，而达到平衡后“不变”，则该物理量可以作为判断反应是否达到平衡状态的依据。[提升1]光气(COCl2)在农药、医药等领域都有许多用途。一定温度下，恒容密闭容器中，CO与Cl2在催化剂的作用下发生反应：CO(g)＋Cl2(g)⇌COCl2(g)。下列说法能充分说明该反应已经达到化学平衡状态的是()A．每生成1mol光气，消耗1mol一氧化碳B．CO、Cl2、COCl2的分子数之比为1∶1∶1C．CO、Cl2、COCl2在密闭容器中共存D．混合气体的平均摩尔质量不再变化状元随笔本题的易错项为B，要注意反应体系中各物质的分子数之比或物质的量之比等于其化学计量数之比时，并不能表示此时正、逆反应速率相等，反应可能继续进行，即不能判断反应是否达到平衡状态。关键能力化学平衡状态的判断方法1．本质(动态特征)：v正＝v逆≠0(1)同种物质：同一物质的生成速率等于其消耗速率；(2)不同物质必需标明是“异向”的反应速率关系，如反应：aA(g)＋bB(g)⇌cC(g)＋dD(g)，v正Av2．表现(静态特征)：各种“量”不变(1)各物质的质量、物质的量、浓度不变。(2)各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)不变。(3)温度、压强(化学方程式两边气体体积不相等的反应)或颜色(某组分有颜色)不变。3．综合分析举例aA(g)＋bB(g)⇌cC(g)＋dD(g)状态正、逆反应速率的关系在单位时间内消耗了amolA，同时生成了amolA，即v正＝v逆平衡在单位时间内消耗了bmolB，同时生成了cmolC不一定平衡vA∶vB∶vC∶vD＝a∶b∶c∶d不一定平衡在单位时间内生成了bmolB，同时生成了dmolD平衡混合物中各组分的含量各物质的“量”[物质的量或质量]或各物质的“量”分数(物质的量分数或质量分数)一定平衡各气体的体积或体积分数一定平衡总压强、总体积、总物质的量一定不一定平衡压强a＋b＝c＋d时，总压强一定(其他条件一定)不一定平衡a＋b≠c＋d时，总压强一定(其他条件一定)平衡混合气体的平均相对分子质量(Ma＋b＝c＋d时，M不一定平衡a＋b≠c＋d时，M平衡温度任何化学反应都伴随着能量变化，在其他条件不变的情况下，体系温度一定平衡密度密度不变不一定平衡颜色含有有色物质的体系颜色不再发生变化平衡二化学平衡的简单计算[例2]将一定量N2和H2(体积比为1∶3)的混合气体通入合成塔，反应达到平衡后，氨的体积分数为16%，则平衡时混合气体中N2的体积分数为________，H2的转化率为________。状元随笔(1)体积分数即物质的量分数。(2)转化率＝转化浓度初始浓度×100%转化率＝转化物质的量初始物质的量×[提升2]在2L密闭容器中充入1molN2和3molH2，一定条件下发生反应，2min后达到平衡状态。相同温度下，测得平衡时混合气体的压强比反应前混合气体的压强减小了110请据此填空：(1)平衡时混合气体中三种气体的物质的量之比为________；(2)N2的转化率为________；(3)2min内，NH3的平均反应速率为________。状元随笔解答本题时需要灵活利用阿伏加德罗定律，即恒温、恒容时，气体的压强之比等于其物质的量之比，可表示为p1∶p2＝n1∶n2。关键能力化学平衡的简单计算方法化学反应速率和化学平衡的有关计算中一般用“三段式”法求解，所谓“三段式”即把化学反应中各组分按起始量、转化量、平衡量三段依次列出，再根据题中条件建立数学关系式。反应物：转化量＝起始量－平衡量；生成物：转化量＝平衡量－起始量。三个量中，只有转化量与化学方程式中相应的化学计量数成比例，起始量和平衡量则与化学计量数无直接关系。mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)起始量ab00转化量xnx平衡量a－xb－nx计算时根据题意和适当假设列出各物质的起始量、转化量、平衡量，进而找到相关物理量的关系，列出方程求解。学考评价——夯实·测控·演练1．在一定条件下，向1L密闭容器中充入3molX气体和1molY气体，发生反应2X(g)＋2Y(g)⇌3Z(g)＋2W(g)，达到化学平衡时，测出的下列各生成物浓度的数据中肯定错误的是()A．c(Z)＝0.75mol·L－1B．c(Z)＝1.2mol·L－1C．c(W)＝0.8mol·L－1D．c(W)＝1mol·L－12．如图是可逆反应：X2＋3Y2⇌2Z2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．t2～t3时，各物质的浓度不再发生变化B．t2时，反应未达到限度C．t2～t3时，反应已停止进行D．t1时，反应只向正反应方向进行3．一定温度下，将3molSO2和1molO2充入一定容积的密闭容器中，在催化剂存在下进行下列反应：2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g)放热197kJ，当达到平衡状态时，下列说法中正确的是()A．生成SO3的物质的量为2molB．反应放出的热量等于197kJC．SO2、O2、SO3的分子数之比一定为2∶1∶2D．SO2的消耗速率必定等于SO3的消耗速率4．氨基甲酸铵分解反应为NH2COONH4(s)⇌2NH3(g)＋CO2(g)，在一容积恒定的容器里，发生上述反应，可以说明该反应已经达到平衡的是()A．密闭容器中氨气的体积分数不变B．1molNH2COONH4分解同时有17gNH3消耗C．密闭容器中混合气体的密度不变D．2v(NH3)＝v(CO2)第2课时化学反应的限度学业基础一、3．同一同时二、1．(1)最大0减少减小增大增大不变＝2．相等3．≠浓度移动三、1．深浅深增大吸热反应浅减小放热反应2．改变3．反应物浓度压强[即学即练]1．解析：可逆反应指同一条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应。答案：D2．解析：该反应为可逆反应，N2和H2反应不可能全部转化为NH3，A项正确；反应达到平衡后，正反应速率和逆反应速率相等，是动态平衡，速率不可能为零，B项错误；该反应从开始到达到平衡的过程中，反应物浓度不断减小，生成物浓度不断增大，正反应速率不断减小，逆反应速率不断增大，某一时刻正、逆反应速率相等，反应达到平衡，C项正确；工业上生产NH3，既要考虑反应时间又要考虑转化率，即要同时考虑反应所能达到的限度和化学反应速率两方面的问题，D项正确。答案：B3．解析：反应一旦开始，无论反应是否达到平衡状态，N2、H2、NH3均在容器中共存，A错误；该反应是反应前后气体分子数不相等的反应，若混合气体的总物质的量不再发生变化，说明反应处于平衡状态，B正确；单位时间内生成nmolN2，同时生成3nmolH2，都表示反应逆向进行，不能判断反应是否处于平衡状态，C错误；单位时间内消耗nmolN2的同时必然会产生2nmolNH3，现消耗nmolNH3，说明反应正向进行，未达到平衡状态，D错误。答案：B4．解析：单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2,则v正＝v逆，反应已达到平衡，①正确；单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO，描述的都是正反应，不能说明反应已达到平衡，②错误；根据质量守恒定律，该反应气体的总质量恒定，容器容积恒定，故混合气体的密度恒定，即混合气体的密度不再改变不能说明反应已达到平衡，③错误；若该反应还未达到平衡，则红棕色的NO2的浓度改变，气体的颜色必然改变，故当混合气体的颜色不再改变，说明反应已达到平衡，④正确；该反应前后气体分子数不相等，恒温恒容条件下气体的压强之比等于其物质的量之比，故密闭容器中压强不再改变，说明反应已达到平衡，⑤正确。故选答案：C5．解析：在铁制品表面涂一层防锈油漆，可减少其与空气的接触，从而防止铁生锈，A正确；面粉颗粒、汽油等都是易燃物质，为防止火灾，在面粉厂、加油站等场所要严禁烟火，B正确；KClO3在有催化剂时会快速分解产生O2，所以为加快KClO3的分解速率，加入催化剂MnO2，C正确；H2O2在温度较高时容易发生分解反应，所以为加快H2O2的分解速率，应把反应容器放到温水中加热，答案：D核心素养[例1]解析：①生成O2的速率指正反应速率，生成NO2的速率指逆反应速率，单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2，说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态。②生成O2和NO的速率均指正反应速率，任何时候单位时间内生成nmolO2的同时，均生成2nmolNO，故不能说明反应达到平衡状态。③化学反应速率之比恒等于化学计量数之比，故NO2、NO、O2的反应速率之比为2∶2∶1不一定是平衡状态。④NO2为红棕色气体，当其浓度不变时，混合气体的颜色就不再改变，故说明反应达到平衡状态。⑤根据ρ＝mV⑥恒温恒容时，压强之比等于物质的量之比，该反应是一个正向气体物质的量增大的反应，混合气体的总压强不再变化，说明气体的总物质的量不再改变，故说明反应达到平衡状态。综上所述，正确的组合为①④⑥。答案：A[提升1]解析：生成1mol光气与消耗1mol一氧化碳，所表示的都是正反应，根据化学方程式可知，每生成1mol光气，都要消耗1mol一氧化碳，故不能作为反应达到平衡状态的依据，A错误；CO、Cl2、COCl2的分子数之比为1∶1∶1，不能表示各物质的物质的量不再改变，不能判断反应是否达到平衡状态，B错误；该反应为可逆反应，无论是否达到平衡状态，CO、Cl2、COCl2都能在密闭容器中共存，C错误；合成光气的反应是气体物质的量减少的反应，混合气体的平均摩尔质量不再变化，说明各物质的物质的量不再变化，即反应达到平衡状态，D正确。答案：D[例2]解析：根据三段式法，首先列出三个量，即起始时反应物的物质的量、各组分转化的物质的量和平衡时各组分的物质的量。设起始时充入1molN2、3molH2，转化的N2的物质的量为xmol，则N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)起始量/mol130转化量/molx3x2x平衡量/mol1－x3－3x2x平衡时混合气体的总物质的量为(4－2x)mol，依题意有2x4-2x×100%＝16%N2的体积分数为1-x4-2x×100%＝1-8294-2×829×100%＝答案：21%27.6%[提升2]解析：根据恒温、恒容时，反应前后混合气体的压强之比等于其物质的量之比，可得平衡时混合气体的物质的量减少了4mol×110＝0.4mol。由化学方程式N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)可知，生成的氨气的物质的量为0.4molN2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)n(起始)/mol130n(转化)/mol0.20.60.4n(平衡)/mol0.82.40.4(1)平衡时混合气体中三种气体的物质的量之比为0.8mol∶2.4mol∶0.4mol＝2∶6∶1。(2)N2的转化率为0.2mol1mol×100%＝20%(3)2min内，NH3的平均反应速率为0.4mol2L×2min＝0.1mol·L－1·min答案：(1)2∶6∶1(2)20%(3)0.1mol·L－1·min－1学考评价1．解析：根据三段式法计算：2X(g)＋2Y(g)⇌3Z(g)＋2W(g)起始浓度/(mol·L－1)3100极限转化浓度/(mol·L－1)201.51实际上可逆反应不能进行到底，故2mol·L－1<c(X)<3mol·L－1、0mol·L－1<c(Y)<1mol·L－1、0mol·L－<c(Z)<1.5mol·L－、0mol·L－1<c(W)<1mol·L－1，对照各选项，答案选D。答案：D2