导学案化学反应的限度化学平衡状态

第2课时化学反应的限度化学平衡状态导学案[学习目标]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。2．体会从化学反应的限度方面认识和调控化学反应的重要性。3．能描述化学平衡状态，判断化学反应是否达到平衡状态。4．了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。知识点一化学反应的限度1．可逆反应(1)Cl2与H2O的反应在常温下氯气能溶解于水，得到的氯水中既含有分子，也含有等离子。这说明溶解的Cl2只有一部分与水发生了化学反应，它们的反应只能进行到一定的限度，用化学方程式表示为。同一条件下，Cl2与H2O能转变成HCl与HClO，而HCl与HClO也能转变成Cl2与H2O。(2)可逆反应在同一条件下，既能向方向进行，又能向方向进行的化学反应叫作可逆反应。在书写化学方程式时，可逆反应用符号“”表示。(3)[知识拓展]醋酸在水溶液中的电离常温下，在0.1mol·L－1醋酸水溶液中，大约只有1%的醋酸分子电离成H＋和CH3COO－，绝大多数仍以CH3COOH的形式存在，所以醋酸是一种弱酸。在醋酸溶液中，既有醋酸分子在水分子的作用下，电离产生H＋和CH3COO－，也有电离生成的H＋和CH3COO－结合生成醋酸分子的过程。该过程也是一个可逆过程，故醋酸的电离方程式可表示为CH3COOHCH3COO－＋H＋。练习1．下列各组反应互为可逆反应的是()①2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O与CO2＋H2O＋Na2CO3=2NaHCO3②SO2＋H2O=H2SO3与H2SO3=SO2＋H2O③2SO2＋O2eq\o(=,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO3与2SO3eq\o(=,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO2＋O2④NH3＋HCl=NH4Cl与NH4Cleq\o(=,\s\up7(△))NH3↑＋HCl↑A．①② B．②③C．③④ D．①④2．化学反应的限度(1)FeCl3溶液和KI溶液的反应①实验探究实验步骤实验现象实验结论溶液颜色由色变为色有生成溶液分层，下层为色，上层为油状液体，呈色反应中有和生成溶液变为色下层溶液中存在未反应的②反应实质由实验可知，I－过量条件下，反应物Fe3＋(填“能”或“不能”)完全转化为生成物Fe2＋，即Fe3＋与I－发生的反应是有一定的；Fe3＋与I－发生反应的离子方程式为。(2)化学反应限度存在的普遍性事实上，像上述这样有一定限度的化学反应还有很多，它们都是可逆反应，反应物不能完全转化为生成物。如SO2与O2在一定条件下合成SO3的反应，就是可逆反应，如图所示。在可逆反应2SO2＋O22SO3中，由18O2代替等物质的量的O2。一段时间后，18O存在于哪些物质中？2．高炉炼铁的反应为Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2，但从高炉炉顶出来的气体中含有没有利用的CO气体。开始，炼铁工程师们认为是CO与铁矿石接触不充分导致的，于是设法增加高炉的高度。然而，令人吃惊的是，高炉增高后，高炉尾气中的CO的比例竟然没有改变。你知道为什么吗？练习1．下列对化学反应限度的叙述错误的是()A．任何可逆反应在给定条件下都有一定的限度B．化学反应达到限度时，反应物的浓度和生成物的浓度不再改变C．化学反应的限度决定了反应物在该条件下的最大转化率D．化学反应的限度是不可改变的答案：D练习2．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)，达到反应最大限度时，下列各生成物浓度的数据错误的是()A．c(Z)＝0.75mol/L B．c(Z)＝1.2mol/LC．c(W)＝0.8mol/L D．c(W)＝1mol/L解析：选D。可逆反应不能进行到底，即反应物均有剩余，所以消耗Y的物质的量必小于1mol，而生成Z的物质的量必小于1.5mol，生成W的物质的量必小于1mol，所以D错。知识点二化学平衡状态1．化学平衡状态的概念在一定条件下，某个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，反应物的浓度和生成物的浓度都，反应达到化学平衡状态。2．化学平衡的建立过程上述过程用图像表示为3．化学平衡的特征1．在一定温度下，发生可逆反应：A(g)＋3B(g)2C(g)，下述说法中能说明该反应达到平衡状态的有哪些？①单位时间内生成nmolA，同时生成3nmolB②C的生成速率与C的分解速率相等③3v正(A)＝v逆(B)④单位时间内生成nmolA，同时生成2nmolC2．对于反应A(s)2B(g)＋C(g)，若密闭容器中气体B的体积分数不变，能否说明该反应达到平衡状态？3．在一定温度、容积不变的密闭容器里，下列选项中可用来判断可逆反应A(g)＋3B(g)2C(g)＋2D(s)达到平衡的有哪些？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的浓度不再改变④混合气体的密度不再改变⑤混合气体的总压强不再改变⑥混合气体的总物质的量不再改变⑦A、B、C、D浓度之比为1∶3∶2∶2化学平衡状态的判断(1)判断依据直接判断依据v正＝v逆同一物质生成速率等于消耗速率不同物质化学反应速率之比等于化学计量数之比，且表示不同方向(即一正一逆)间接判断依据各物质的某些物理量保持不变各组分的质量、物质的量、分子数、物质的量浓度保持不变各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数保持不变(2)不能判断反应达到平衡状态的几种情况①反应各组分的物质的量的变化量之比(或分子个数之比)等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比的状态。②恒温恒容下Δn＝0(反应前后气体的物质的量不变)的反应，体系的压强、总物质的量不随时间改变而改变的状态。③全是气体参加且Δn＝0(反应前后气体的物质的量不变)的反应，体系的平均相对分子质量不随时间的改变而改变的状态。④全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变的状态。练习1．一定条件下，向密闭容器中充入1molNO和1molCO进行反应：NO(g)＋CO(g)eq\f(1,2)N2(g)＋CO2(g)，测得化学反应速率随时间的变化关系如图所示，其中处于化学平衡状态的点是()A．d点 B．b点C．c点 D．a点解析：选A。由题图可知，a、b、c点的正反应速率均大于逆反应速率；只有d点的正、逆反应速率相等。由正、逆反应速率相等的状态为平衡状态可知，题图中处于化学平衡状态的点是d点，故选项A正确。练习2．(2022·通山第一中学高一测试)在一定温度下，向容积为2L的密闭容器中加入1molA和2molB，发生反应：A(g)＋2B(g)C(s)＋3D(g)，达到平衡时生成1.5molD。则下列说法正确的是()A．n(A)∶n(B)＝1∶2不变时，反应一定达到了平衡状态B．平衡后B的物质的量浓度为1mol/LC．压强不再变化时，反应一定达到了平衡状态D．气体的密度不变时，反应一定达到了平衡状态解析：选D。A.初始加入1molA和2molB，方程式中A和B的化学计量数之比为1∶2，则任何时刻都有n(A)∶n(B)＝1∶2，不能说明反应达到平衡状态，A错误；B.达到平衡时，D的物质的量为1.5mol，则B的物质的量为2mol－1.5mol×eq\f(2,3)＝1mol，浓度为eq\f(1mol,2L)＝0.5mol/L，B错误；C.该反应为反应前后气体分子数不变的反应，压强一直不变，压强不再变化时，不能说明反应达到平衡状态，C错误；D.容器容积不变，该反应有固体生成，气体质量只有达到平衡时才不变，因此气体的密度不变时，反应一定达到了平衡状态，D正确。练习3．可逆反应2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)在容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2nmolNO2②单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO③用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为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．①④⑥⑦ B．②③⑤⑦C．①③④⑤ D．①②③④⑤⑥⑦解析：选A。从平衡状态的两个重要特征上判断：v(正)＝v(逆)；混合物中各组成成分的百分含量不变。①单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2，v(正)＝v(逆)，正确；②单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO，二者均为正反应速率，不能作为平衡标志，错误；③用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态，没有明确正、逆反应速率，不能作为平衡标志，错误；④混合气体的颜色不再改变时，即二氧化氮的浓度不再改变，达到平衡状态，正确；⑤该反应在容积固定的密闭容器中进行，混合气体的密度始终不随反应的进行而变化，密度不变不能作为平衡标志，错误；⑥该反应前后气体物质的量不相等，混合气体的压强不再改变的状态为平衡状态，正确；⑦该反应前后气体物质的量不相等，混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态为平衡状态，正确。1．下列各项中的两个反应，可判断互为可逆反应的是()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：选B。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。2．对可逆反应N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH3，用v(H2)和v(N2)分别表示该反应的化合反应的速率，用v(NH3)表示该反应的分解反应的速率。下列能说明反应已达到平衡状态的是()A．3v(N2)＝v(H2) B．v(H2)＝v(NH3)C．2v(H2)＝3v(NH3) D．v(N2)＝3v(H2)解析：选C。因化学反应达到平衡状态时，正、逆反应速率(同种物质)相等。无论该反应是否达到平衡状态，都有3v(N2)＝v(H2)，A、D项错误；反应达到平衡状态时，2v(H2)＝3v(NH3)，B项错误，C项正确。3．在一密闭容器中进行反应：2SO2(g)＋O2(g)eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))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－1B．SO2为0.25mol·L－1C．SO3为0.4mol·L－1D．SO2、SO3均为0.15mol·L－1解析：选B。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；反应物SO2和生成物SO3的浓度不可能同时减小，故D错误。4．下列说法可充分说明反应P(g)＋Q(g)S(g)＋R(g)在恒温恒容密闭容器中已达到平衡状态的是()A．容器里P、Q、R、S四种物质共存B．容器里Q和R的体积分数不再变化C．容器内气体压强、密度不随时间变化D．同一时间内生成nmolP的同时生成nmolQ解析：选B。可逆反应的平衡状态，即反应物和生成物的浓度不再随时间的变化而变化，正反应速率与逆反应速率相等的状态。该反应只要开始，P、Q、R、S四种物质必定共存，故A不能说明反应已达到平衡状态；容器容积不变，气体Q和R的体积分数不再变化，即Q和R的浓度不变，P和S的浓度也不变，故B能说明反应已达到平衡状态；该反应是气体分子总数不变的可逆反应，且容器容积不变，则压强、密度始终不变，故C不能说明反应已达到平衡状态；D项只描述了逆反应，没有指明正反应的情况，故不能说明反应已达到平衡状态。5．(2022·喀什第二中学高一期中)研究化学反应速率和限度对促进生产具有重要的意义。(1)在新型RuO2催化剂作用下，使HCl转化为Cl2的反应为2HCl(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)＋Cl2(g)。一定条件下在1L密闭容器中测得反应过程中n(Cl2)的数据如下：t/min02468n(Cl2)/10－3mol01.84.05.47.20～4min内以Cl2表示的反应速率是________mol·L－1·min－1；2～6min内以HCl表示的反应速率是________mol·L－1·min－1。(2)一定条件下铁可以和CO2发生反应：Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)。一定温度下，向某密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO2气体，反应过程中CO2气体和CO气体的浓度与时间的关系如图所示。①t1min时，正、逆反应速率的大小关系为v正______v逆(填“>”“<”或“＝”)。②4min内，CO的平均反应速率v(CO)＝________________。③下列条件的改变能减小其反应速率的是________(填字母)。a．降低温度b．减小铁粉的质量c．保持压强不变，充入He使容器的容积增大d．保持容积不变，充入He使体系压强增大④下列描述能说明上述反应已达到平衡状态的是________(填字母)。a．v(CO2)＝v(CO)b．单位时间内生成nmolCO2的同时生成nmolCOc．容器中气体压强不随时间变化而变化d．容器中气体的平均相对分子质量不随时间变化而变化解析：(1)由表格数据可知，0～4min内氯气的平均速率为eq\f(\f(（4.0×10－3－0）mol,1L),4min)＝1.0×10－3mol·L－1·min－1；2～6min内氯气的平均速率为eq\f(\f(（5.4×10－3－1.8×10－3）mol,1L),（6－2）min)＝9.0×10－4mol·L－1·min－1，由化学反应速率之比等于化学计量数之比可知，氯化氢的平均速率为9.0×10－4mol·L－1·min－1×2＝1.8×10－3mo