高中化学专题二化学反应与能量转化第一单元第2课时化学反应的限度学案苏教版必修2

第2课时化学反应的限度一、可逆反应1．可逆过程：当温度一定时，饱和溶液中的固体溶质表面的溶解过程和溶液中的溶质分子回到固体溶质表面的结晶过程一直在进行，而且两种过程的速率相等，于是饱和溶液的浓度和固体溶质的质量都保持不变。我们把这类过程称作可逆过程。表述这类过程时，约定采用“”来代替反应中原来用的“=”号，把从左向右的过程称作正(向)反应；从右向左的过程称作逆(向)反应。2．可逆反应(1)定义：在同一条件下，正向反应和逆向反应能同时进行的化学反应。(2)表示方法：书写可逆反应的化学方程式时不用“=”而用“”。(3)特点：①正向反应和逆向反应同时进行；②正向反应和逆向反应的条件相同；③在一定条件下，反应物不能全部转化为生成物。二、化学平衡状态——化学平衡(1)化学平衡的建立①反应开始时，v正最大，v逆为0。②反应过程中：反应物浓度逐渐减少→v正逐渐减小。生成物浓度逐渐增大→v逆从0开始逐渐增大。③反应达到平衡时：v正＝v逆，反应物和生成物各组分浓度不再改变。(2)化学平衡建立过程中化学反应速率的变化图象。(3)概念：在一定条件下，当一个可逆反应进行到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时的状态。(4)化学平衡状态的特征反应物和生成物处于同一反应体系，反应条件保持不变。达到平衡状态时，体系中所有物质的质量或浓度保持不变，正逆反应速率相等，且不为零，因此，体系的反应并没有停止。探究点一对化学平衡状态的理解1．只有可逆反应才有可能存在化学平衡状态，不可逆反应无论怎样也不可能存在化学平衡状态，即化学平衡问题的化学反应对象是可逆反应，在解决有关化学平衡的问题时，首先看清化学反应是否为可逆反应。2．一个确定的化学平衡状态，化学反应速率的特征是v(正)＝v(逆)>0；反应混合物的特征，是任意一种物质在混合物中所占的质量分数或物质的量分数保持不变。这两个特征是相互关联、相互影响的。有了这两个特征，可逆反应也就进行到了最大限度。3．化学平衡状态是可逆反应进行到最大限度的结果，可逆反应有达到化学平衡状态的可能，但可逆反应在未进行到最大限度之前还不是化学平衡状态。一经建立起化学平衡状态，就不会因时间的变化而变化。4．化学反应的可逆性为化学平衡状态的建立奠定了内因性的基础，化学平衡状态的建立还必须有一定的温度、物质的浓度和气体的压强等外因性条件，否则化学平衡状态也建立不起来，以哲学的观点审视化学平衡状态的建立，内因(可逆反应)是基础，外因(温度、浓度、压强等)是条件，外因通过内因而起作用。5．由于不同的可逆反应具有不同的性质，化学平衡状态的建立还必须具有一定的外部条件(温度、浓度、压强等)，所以同一个可逆反应在不同条件下建立起的化学平衡状态可能不同；不同的可逆反应建立起的化学平衡状态一定不同。6．对于一个既定的可逆反应，如果其他条件一定，不论采取何种途径，即反应是由反应物开始或由生成物开始，是一次投料或是分步投料，最后都能建立起同样的化学平衡状态。1．已知2SO2＋O2eq\o(,\s\up15(催化剂),\s\do15(△))2SO3，则在催化剂、加热条件下，将2molSO2和1molO2充入密闭容器中进行反应最终能否生成2molSO3?提示：不能。可逆反应中，正反应和逆反应同时进行，均不能进行到底。即在可逆反应体系中，反应物和生成物共存，所以2molSO2和1molO2不可能完全转化为SO3，最终生成的SO3的物质的量肯定小于2mol。2．化学反应进行一定时间后，各组分的浓度相等或正好等于化学计量数之比时，化学反应是否达到平衡？提示：不一定。化学反应达到平衡时，各组分的浓度保持不变，不一定浓度相等，也不一定等于化学计量数之比。【例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【思路分析】(1)任何可逆反应在给定条件下的进程都有一定的限度。(2)一定条件下，可逆反应达到化学平衡时，该反应即达到最大限度，此时反应物的转化率达最大值。【解析】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，但当外界条件发生改变，引起v正与v逆不相等时，化学平衡被破坏，化学反应的限度也会发生改变。【答案】D在密闭的容器中进行反应：X2(g)＋3Y2(g)2Z2(g)，若X2、Y2、Z2的起始浓度分别为0.2mol/L、0.3mol/L、0.2mol/L。当反应达到平衡后，各物质的浓度可能是(B)A．X2为0.1mol/L B．Y2为0.4mol/LC．Z2为0.4mol/L D．Y2为0.6mol/L解析：可逆反应不能进行到底，无论是从正反应方向，还是逆反应方向建立平衡，平衡时，任何物质的浓度都不可能为零。为了确定平衡时各物质浓度的范围，应分两种情况讨论，并假设反应进行到底，以确定平衡时各物质浓度的极值。(1)若平衡从正反应方向建立：假设X2、Y2最大限度地转化为Z2，即Y2完全反应，生成Z2的浓度为0.2mol/L，Z2的最大浓度为0.4mol/L。注意：若X2完全反应，Y2的浓度将取负值，这显然是不可能的。(2)若平衡从逆反应方向建立：假设Z2全部转化为X2和Y2，则转化生成的X2、Y2的浓度为0.1mol/L、0.3mol/L，X2、Y2的最大浓度为0.3mol/L、0.6mol/L。所以平衡时，0.1mol/L<c(X2)<0.3mol/L,0<c(Y2)<0.6mol/L，0<c(Z2)<0.4mol/L。探究点二可逆反应达到化学平衡状态的标志1．等——正反应和逆反应的速率相等正反应速率和逆反应速率相等是概念性的，也可以理解为某一组分的生成速率和消耗速率相等，这是化学平衡的本质标志。以可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)为例，下列情况也能说明正反应和逆反应速率相等。(1)用两种物质表示的正反应和逆反应速率之比等于化学计量数之比，如v正(N2)v逆(H2)＝13，v正(N2)v逆(NH3)＝12。(2)相同时间内，同一种物质生成的物质的量和消耗的物质的量相等，如生成amolNH3的同时又消耗amolNH3。(3)一种物质变化表示发生正反应，另一种物质变化表示发生逆反应，且在相同时间内，两种物质的物质的量变化之比等于化学计量数之比，如生成amolN2的同时又消耗3amolH2，生成2amolNH3的同时又生成amolN2．定——反应混合物中各组分的浓度保持不变由于正反应速率和逆反应速率相等，即每一种物质的生成速率和消耗速率相等，故反应混合物中各组分的浓度均保持不变。反应混合物中各组分的浓度保持不变是化学平衡的特征标志。(1)对于一般的可逆反应来说，还可理解为：a.各组分的物质的量保持不变；b.反应物的转化率保持不变；c.生成物的产率保持不变等。(2)对于反应前后气态物质的总体积发生变化且均为气体的可逆反应来说，还可引申为：a.混合气体的总物质的量保持不变；b.恒温恒压时混合气体的密度保持不变；c.混合气体的平均相对分子质量保持不变；d.恒温恒容时混合气体的压强保持不变；e.恒温恒压时混合气体的体积保持不变等。(3)对于体系中有物质显示颜色的可逆反应，还包含体系的颜色不变。(4)对于吸热反应或放热反应，绝热体系的温度不变，说明反应处于平衡状态。3．在实践中，我们还可以根据下表中所列的有关项目对化学反应是否达到平衡状态进行判断：反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)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各气体的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正、逆反应速率的关系在单位时间内消耗了mmolA的同时生成了mmolA，即v正＝v逆平衡在单位时间内消耗了nmolB的同时消耗了pmolC，即v正＝v逆平衡v(A)v(B)v(C)v(D)＝mnpq，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，均指v逆不一定平衡压强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)不一定平衡体系的密度密度一定不一定平衡温度任何化学反应中都伴随着能量变化，在其他条件不变时，体系温度一定(其他条件不变)平衡混合气体的平均相对分子质量(eq\x\to(M)r)当m＋n≠p＋q时，eq\x\to(M)r一定平衡当m＋n＝p＋q时，eq\x\to(M)r一定不一定平衡其他如反应体系内有色物质的颜色稳定不变平衡【例2】某温度下，在一固定容积的容器中进行化学反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)，下列情况一定能说明反应已达到化学平衡状态的是()A．压强不随时间的改变而改变B．气体的总质量不再改变C．混合气体中各组成成分的含量不再改变D．单位时间内每消耗1molI2，同时有2molHI生成【思路分析】判断某反应是否达到化学平衡状态，主要是看各组成成分的含量是否发生变化，正反应速率与逆反应速率是否相等。【解析】该反应中各组成成分均为气体且反应前后气体的物质的量相等，故无论是否达到化学平衡状态，压强和质量都不发生改变，A、B项不正确；消耗I2与生成HI的方向均为正反应方向，D项不能说明正反应速率与逆反应速率相等，故不正确。【答案】C在体积固定的容器中，对于反应A(g)＋B(g)3C(g)(正反应为放热反应)，下列叙述为平衡状态标志的是(D)①单位时间内由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．①② B．①②③C．①②③④ D．①②③④⑤解析：①同一物质的正、逆反应速率相等，说明已达平衡；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。体系温度不变，说明已达平衡；④⑤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，二者才不会改变，故①②③④⑤均正确。1．下列反应中，属于可逆反应的是(B)A．2NaHCO3eq\o(=,\s\up15(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑和Na2CO3＋H2O＋CO2=2NaHCO3B．氯水中Cl2＋H2OHCl＋HClOC．SO2＋Br2＋2H2O=2HBr＋H2SO4和2HBr＋H2SO4(浓)=Br2＋SO2＋2H2OD．2H2Oeq\o(,\s\up15(通电),\s\do15(点燃))2H2＋O2解析：可逆反应是在相同的条件下发生的既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应，A项和D项两个反应发生的条件不同，不是可逆反应；SO2＋Br2＋2H2O=2HBr＋H2SO4和2HBr＋H2SO4(浓)=Br2＋SO2＋2H2O反应的条件也不同，也不属于可逆反应。2．一定条件下的可逆反应2NO2(红棕色)2NO(无色)＋O2(无色)，在恒压密闭容器中充入NO2，达到化学平衡状态的标志是(D)A．反应停止了B．NO的正反应速率与O2的逆反应速率相等C．c(NO)c(O2)＝21D．气体的颜色不再变化3．下列关于化学反应限度的说法中不正确的是(C)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．当一个可逆反应进行到平衡状态时，那么这个反应的正向反应速率和逆向反应速率相等C．平衡状态是一种静止的状态，因为反应物和生成物的浓度已经不再改变D．化学反应的限度可以通过改变条件而发生改变4．将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。可以判断该分解反应已经达到平衡的是(B)A．2v(NH3)＝v(CO2)B．密闭容器中总压强不变C．密闭容器中混合气体的平均相对分子质量不变D．密闭容器中氨气的体积分数不变解析：A项，不能表示正逆反应速率相等；B项，反应正向进行则压强增大，总压强不变时，说明反应已达平衡状态；C项，根据该反应方程式的特点，反应过程中n(NH3)n(CO2)始终等于21，所以平均相对分子质量不变不能证明反应达到平衡；D项，反应物是固体，NH3的体积分数始终为eq\f(2,3)。5．向一密闭容器中充入1molN2和3molH2，发生可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到化学平衡时，下列说法正确的是(D)A．N2和H2刚好完全转化为NH3B．正反应速率等于逆反应速率且都为零C．N2、H2、NH3的物质的量浓度相等D．容器内气体的平均摩尔质量不再变化解析：可逆反应反应物不能完全转化，A错误；可逆反应达到化学平衡时，正反应和逆反应的速率相等，但不为零，B错误；反应平衡时各物质的浓度是否相等取决于起始时各物质的量的关系和转化的程度，C错误；随反应进行，气体的总物质的量减小，气体的平均摩尔质量增大，容器内气体的平均摩尔质量不再变化，说明达到平衡状态，D正确。6．对于可逆反应：4NH3(g)＋5O2(g)eq\o(,\s\up15(催化剂),\s\do15(△))4NO(g)＋6H2O(g)，下列说法正确的是(A)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．达到平衡状态时，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)解析：根据反应速率之比等于化学方程式的计量数之比有：4v正(O2)＝5v正(NO)，所以4v正(O2)＝5v逆(NO)时表示化学反应达到平衡，故A项正确；生成NO、消耗NH3均为正反应的变化，未表示逆反应的变化情况，故B项错误；由于反应物、生成物均为气体，所以增加容器体积，正反应速率和逆反应速率都会减小，故C项错误；因为v正(NH3)v正(H2O)＝23，即3v正(NH3)＝2v正(H2O)，故D项错误。7．一定温度下，向容积为2L的密闭容器中充入一定量NO2和N2O4的混合气体，发生反应：2NO2(g)N2O4(g)，测得各物质的量随时间的变化如图所示。(1)曲线X(填“X”或“Y”)表示NO2的物质的量随时间的变化曲线。在0到3min内N2O4的反应速率为_mol/(L·min)。(2)若降低温度，则v(正)减慢(填“加快”“减慢”或“不变”，下同)，v(逆)减慢。(3)若上述反应分别在甲、乙两个相同容器内同时进行，分别测得甲中v(NO2)＝0.3mol/(L·s)，乙中v(N2O4)＝6mol/(L·min)，则甲中反应更快。(4)下列能说明该反应已达到化学平衡状态的是BC(填标号)。A．v(NO2)＝2v(N2O4)B．容器内压强不再发生变化C．容器内分子总数不再发生变化D．容器内N2O4与NO2物质的量相同E．消耗nmolN2O4的同时生成2nmolNO2解析：(1)由方程式2NO2(g)N2O4(g)，可知反应中NO2的物质的量变化较大，则X表示NO2的物质的量随时间的变化曲线，v(N2O4)＝eq\f(\f(0.7mol－0.4mol,2L),3min)＝0.05mol/(L·min)。(2)温度降低，正、逆反应速率都减慢。(3)分别测得甲中v(NO2)＝0.3mol/(L·s)，乙中v(N2O4)＝6mol/(L·min)，则甲中：v(NO2)＝2v(N2O4)＝0.3×60mol/(L·min)，相当于v(N2O4)＝9mol/(L·min)，则甲反应较快。(4)达到化学平衡状态时正、逆反应速率相等，A项没有标