6.2.3化学反应的限度化学反应条件的控制-高一化学讲义分层练习（人教版2019）

第3课时化学反应的限度化学反应条件的控制1.了解可逆反应的含义及其特征；认识化学反应的限度，知道外界条件改变时化学反应限度能发生改变；初步了解化学反应达到平衡状态的标志。培养科学探究与创新意识的学科核心素养。2.了解控制反应条件在生产和科研中的作用。培养科学态度与社会责任的学科核心素养。知识点一、化学反应的限度1.化学平衡状态建立过程：如对于可逆反应2SO2＋O22SO3，在一定温度下，将2molSO2(g)和1molO2(g)通入一定体积的密闭容器中。其化学平衡建立的过程如图所示。2.化学平衡状态概念：对于可逆反应，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，化学平衡状态是化学反应所能进行的最大限度。3.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。知识点二、化学反应条件的控制1.目的2.合成氨工业（1）化学理论：低温、高压时有利于提高氨的产率。（2）工业实际：①温度——温度低，速率小，达到平衡所需时间长，生产成本高，通常选择在400~500℃。②压强——压强大，对动力和生产设备的要求越高，通常采用压强为10~30MPa。3．提高煤的燃烧效率(1)煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉目的是增大与空气中O2的接触面积，煤粉燃烧更充分，反应速率快；通入适当过量的空气可以使煤粉充分燃烧，生成CO2，放出更多的热量；若空气不足，会造成煤燃烧不完全，生成CO，产生热量减少，且会造成污染。(2)选择保温隔热且耐热的炉(灶)膛材料的主要目的是防止热量散失。(3)充分利用煤燃烧后的废气中的热量可采取的措施是将燃烧后的废气通过热交换装置，供其他方面使用。探究任务一化学平衡状态的判断1.化学平衡状态的直接标志（1）v正＝v逆①同一种物质的生成速率等于消耗速率；②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；③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①各组分的浓度不随时间的改变而改变；②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.化学平衡状态的间接判断依据以mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)为例：【典例1】一定温度下，在恒容密闭容器中进行的可逆反应：2NO22NO＋O2。判断下列描述中该反应处于平衡状态的是________。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⑤密闭容器中压强不再改变的状态⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态【答案】①④⑤⑥【解析】①中单位时间内生成nmolO2的同时，必消耗2nmol的NO2，①能说明反应达到平衡状态；②中描述的都是正反应方向的速率，不能说明反应是否处于平衡状态；③中无论反应是否达平衡状态，同向的速率之比一定等于化学方程式中相应物质的化学计量数比；④中混合气体的颜色不变，即c(NO2)保持不变，说明反应处于平衡状态；⑤、⑥因该反应是一个反应前后气体物质的量不等的反应，容器的体积固定，故气体的压强不变，气体的平均相对分子质量不变，均能说明反应处于平衡状态。【规律方法】利用“变量”与“不变量”来判断化学平衡状态(1)选变量选定反应中“变量”，即随反应进行而变化的量，当变量不再变化时，反应已达平衡。(2)常见的变量①气体的颜色；②对于气体体积有变化的反应来说，恒压反应时的体积、恒容反应时的压强；③对于反应体系中全部为气体，且气体物质的量有变化的反应来说，混合气体的平均相对分子质量；④对于反应体系中不全部为气体的反应来说，恒容时混合气体的密度等。(3)说明：在利用eq\x\to(M)、ρ、n(总)、p(总)判断时要注意反应特点和容器的体积变化问题。【变式训练1】N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)在体积不变的密闭容器中反应，下列叙述表示处于化学平衡状态的是()A．N2、H2、NH3的浓度比为1∶3∶2的状态B．混合气体的密度不随时间而变化C．当有1molN≡N键断裂时，有6molN—H键断裂D．单位时间内消耗amolN2的同时消耗3amol的H2的状态【答案】C【解析】A中，N2、H2、NH3的浓度比等于化学计量数之比时，不能确定是否处于平衡状态；因容器的体积不变，而混合气体的总质量不改变，则无论平衡与否，混合气体的密度均不变，不能确定是否处于平衡状态；当有1molN≡N键断裂时，相当于有1molN2发生反应生成2molNH3，即生成6molN—H(1molNH3中含有3molN—H键)，与有6molN—H键断裂符合v正(NH3)＝v逆(NH3)，故处于化学平衡状态；消耗amolN2的同时消耗3amolH2是同向的，不管平衡与否，只要N2和H2反应就一定符合该比例，不能确定是否处于平衡状态。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【答案】B【解析】正、逆两方向的反应条件相同且同时进行时属于可逆反应。A条件不一样，错误;CD反应物、生成物不一样，错误。2.(2023·长沙高一检测)下列措施可以提高燃料燃烧效率的是()①提高燃料的着火点②降低燃料的着火点③将固体燃料粉碎④将液体燃料雾化处理⑤将煤进行气化处理⑥通入适当过量的空气A.①③④⑤B.②③⑤⑥C.③④⑤⑥ D.①②③④【答案】C【解析】着火点是固有性质，不能改变，①②错误;③④⑤⑥都可以使燃料与氧气充分接触，正确。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.①B.①③C.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;而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.下列关于化学反应限度的说法中正确的是 ()A.Cl2溶于水发生了可逆反应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】A项，发生了可逆反应：Cl2+H2OHCl+HClO，正确;B项，达到平衡状态，v正=v逆≠0，错误;C项，达到平衡状态，各物质的浓度保持不变，不一定相等，错误;D项，一定条件下化学反应达到限度，改变浓度、温度或压强，平衡可能改变，错误。5.(2023·洛阳高一检测)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【答案】A【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。6.(2024·洛阳高一检测)在容积为5L的密闭容器中，加入0.2molCO和0.2molH2O(g)，在催化剂存在的条件下高温加热，发生反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，并放出热量。反应中CO2的浓度随时间变化的曲线如图所示。(1)根据图中数据，从反应开始达到平衡时，CO的化学反应速率为；反应达到平衡时c(H2)＝。H2O(g)的转化率为。(2)判断该反应达到平衡状态的依据是(填字母)。A．单位时间内CO消耗的物质的量和CO2消耗的物质的量相等B．CO、H2O、CO2、H2的浓度都相等C．CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化D．正、逆反应速率都为0【答案】(1)0.003mol·L－1·min－10.03mol·L－175%(2)AC【解析】(1)由题图可知从第10min时反应达到平衡状态，则v(CO)＝v(CO2)＝eq\f(0.03mol·L－1,10min)＝0.003mol·L－1·min－1；消耗的n(H2O)＝n(CO2)＝0.03mol·L－1×5L＝0.15mol，则H2O(g)的转化率为0.15mol÷0.2mol×100%＝75%；反应时转化的浓度之比＝化学方程式中化学计量数之比，所以c(H2)＝Δc(H2)＝Δc(CO2)＝0.03mol·L－1。(2)达到化学平衡状态的标志是各物质的百分含量保持一定，浓度保持不变，正、逆反应速率相等且不为0。1.将煤块粉碎、经脱硫处理、在适当过量的空气中燃烧，这样处理的目的是()①使煤充分燃烧，提高煤的利用率②减少SO2的产生，避免造成“酸雨”③减少有毒CO的产生，避免污染空气④减少CO2的产生，避免“温室效应”A．①②③ B．②③④C．①③④ D．①②③④【答案】A【解析】①将煤块粉碎，增大与空气的接触面积，能使煤充分燃烧，提高煤的利用率，正确；②煤中含有S元素，燃烧时能生成SO2，经脱硫处理可减少SO2的产生，避免造成“酸雨”，正确；③在适当过量的空气中燃烧，生成CO2，减少CO的产生，正确；④无论是否脱硫处理，在适当过量的空气中燃烧，生成CO2的量都不变，不能减少CO2的产生，错误。2.生活中家庭常用的燃料气体有三种：天然气、水煤气和液化石油气。天然气和液化石油气燃烧的主要化学方程式依次为CH4+2O2CO2+2H2O，C3H8+5O23CO2+4H2O，现有一套以天然气为燃料的灶具，今改为烧液化石油气，应采用的正确措施是()A.减少空气进入量，增大石油气进入量B.增大空气进入量，减少石油气进入量C.减少空气进入量，减少石油气进入量D.增大空气进入量，增大石油气进入量【答案】B【解析】从化学方程式可知，单位体积的甲烷比液化石油气燃烧耗O2少，若改烧液化石油气，必须增大进空气量，减少进石油气量。3．(2023·聊城高一检测)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【答案】D【解析】可逆反应的最大限度即达到化学平衡状态，对于可逆反应，反应不能进行到底，A错;化学平衡为动态平衡，正、逆反应速率相等且不为零，B错;CO和H2以1∶2的物质的量之比反应，不能说明正、逆反应速率相等，C错。4.将一定量纯净的氨基甲酸铵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化学平衡状态的是 ()A.2v(NH3)=v(CO2)B.密闭容器中NH3与CO2的物质的量之比不变C.密闭容器中混合气体的密度不变D.密闭容器中氨气的体积分数不变【答案】C【解析】A项，未指明其速率是代表正反应速率还是逆反应速率，且倍数关系也不正确;由于得到的气体中NH3与CO2的体积比恒为2∶1，且体系中只有这两种气体，故NH3的体积分数始终不变，B、D项不能说明是平衡状态。该反应中NH2COONH4为固体，当压强或气体密度不变时，反应达到平衡状态，C项能说明是平衡状态。5.一定温度下在一容积不变的密闭容器中发生可逆反应2X(g)Y(g)+Z(s)，下列叙述不能说明该反应达到化学平衡状态的是 ()A.混合气体的密度不再变化B.反应容器中Y的质量分数不变C.X的分解速率与Y的消耗速率相等D.单位时间内生成1molY的同时生成2molX【答案】C【解析】因Z为固体，若未达到平衡，混合气体的密度会发生变化，A项可作平衡标志;C项中X的分解速率与Y的消耗速率之比等于2∶1时才符合要求。6.(2023·韶山高一检测)一定条件下，体积为10L的密闭容器中，1molX和1molY进行反应：2X(g)+Y(g)Z(g)正反应为放热反应，经60s达到平衡，生成0.3molZ。下列说法正确的是 ()A.以X浓度变化表示的反应速率为0.001mol·L1·s1B.反应经过60s时一定能达到化学平衡C.反应放出的热量可用于提高反应速率D.反应达到平衡时，n(X)∶n(Y)=1∶1【答案】C【解析】生成0.3molZ，则消耗0.6molX，则60s内以X浓度变化表示的反应速率为0.001mol·L1·s1，但A没有说明时间段，A错误;在该条件下，60s达到平衡，其他条件下时间可能改变，B错误;反应放出的热量使反应温度升高，可用于提高反应速率，C正确;反应达到平衡时，n(X)∶n(Y)=0.4mol∶0.7mol=4∶7，D错误。7.(2023·湖南长沙高一阶段练习)在一定条件下，将3molA和1molB两种气体混合于固定容积为2L的密闭容器中，发生如下反应：3A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(g)。2min末该反应达到平衡，生成0.8molD，并测得C的浓度为0.2mol·L－1。下列判断正确的是()A．x＝2B．B的转化率为50%C．2min内A的平均反应速率为0.3mol·L－1·min－1D．若混合气体的密度保持不变，则表明该反应达到平衡状态【答案】C【解析】C的浓度为0.2mol·L－1，生成C的物质的量为0.2mol·L－1×2L＝0.4mol，根据化学方程式可知：x∶2＝0.4mol∶0.8mol，所以x＝1，A错误；根据三段式计算：3A(g)＋B(g)C(g)＋2D(g)起始量/mol·L－11.50.500转化量/mol·L－10.60.20.20.4平衡量/mol·L－10.90.30.20.4据以上分析可知，B的转化率＝eq\f(0.2mol·L－1,0.5mol·L－1)×100%＝40%，B错误；2min内A的平均反应速率＝eq\f(0.6mol·L－1,2min)＝0.3mol·L－1·min－1，C正确；因反应前后各物质均为气态，则反应前后气体的质量不变化，而反应容器的体积是固定的，则混合气体的密度在反应过程中是不变的，D错误。8.Ⅰ.对于4FeS2+11O2==2Fe2O3+8SO2，试回答有关的问题：(1)常选用哪些物质浓度的变化来表示该反应的速率______;

(2)为了提高生成SO2的速率，可以采用的措施是________。

A.增加FeS2的量 B.增大O2的浓度C.升高温度 D.减小压强Ⅱ.某可逆反应在某体积为5L的密闭容器中进行，在从0～3分钟各物质的量的变化情况如图所示(A，B，C均为气体)(3)该反应的化学方程式为______________;

(4)在一定温度下，体积不变的密闭容器中，上述反应达到平衡的标志是________(填字母)。

A.气体总质量保持不变B.A、B、C的浓度都相等C.A、B、C的浓度不再发生变化D.A、B、C的分子数之比为2∶1∶2E.正反应和逆反应都已停止F.容器内气体密度不再发生变化【答案】Ⅰ.(1)O2、SO2(2)BCⅡ.(3)2A(g)+B(g)2C(g)(4)C【解析】Ⅰ.(1)FeS2与Fe2O3为固体，不能用来表示反应速率，O2与SO2为气体，可用O2与SO2浓度的变化来表示该反应的速率。(2)A.FeS2为固体，增加FeS2的量，不影响化学反应速率，错误;B.增大O2的浓度，反应物浓度变大，反应速率加快，正确;C.升高温度，化学反应速率加快，正确;D.减小压强，反应速率减小，错误。Ⅱ.(3)根据图象可知A、B物质的量减少，为反应物，C物质的量增大为生成物，2分钟时达到平衡，该反应为可逆反应，0～2分钟A、B、C物质的量改变量分别为2mol、1mol、2mol，所以该反应的化学方程式为2A(g)+B(g)2C(g)(4)A.根据质量守恒，不论反应是否平衡，气体总质量保持不变，所以气体总质量保持不变不能判断反应达到平衡，错误;B.A、B、C的浓度是否相等与反应是否平衡无关，错误;C.A、B、C的浓度不再发生变化，说明正反应速率等于逆反应速率，说明反应达到平衡，正确;D.A、B、C的分子数之比与反应是否平衡无关，错误;E.反应平衡时正反应速率等于逆反应速率，不是0，错误;F.根据质量守恒定律，气体质量不变，容器的体积固定，则不论是否平衡，密度保持不变，所以容器内气体密度不再发生变化，不能判断反应达到平衡，错误。9.合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要意义。对于密闭容器中的反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，在673K、30MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如图所示。下列叙述正确的是 ()A.点a的正反应速率比点b的小B.点c处反应达到平衡C.点d(t1时刻)和点e(t2时刻)处n(N2)不一样D.点e处反应达到平衡【答案】D【解析】由图可知，a点时n(H2)比b点大，即反应物浓度大，所以a点的正反应速率大于b点，A项错误，虽然c点时n(H2)=n(NH3)，但二者的物质的量仍在随时间发生变化，故c点并没达到平衡，B项错误，由于在t1、t2时，n(H2)、n(NH3)不再随时间发生变化，表明反应已达到平衡，故d、e两点处n(N2)相等，C项错误，D项正确。10.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、SO3的浓度分别为0.2mol·L1、0.1mol·L1、0.2mol·L1，当反应达到平衡时，可能存在的数据是 ()A.SO2为0.4mol·L1，O2为0.2mol·L1B.SO2为0.25mol·L1C.SO3为0.4mol·L1D.SO2、SO3均为0.15mol·L1【答案】B【解析】化学反应的限度决定了可逆反应中的各种成分是不可能完全转化的，所以平衡时各物质的浓度范围为0<c(SO2)<0.4mol·L1，0<c(O2)<0.2mol·L1，0<c(SO3)<0.4mol·L1，因此A、C错误;对于D项，若SO2为0.15mol·L1，则转化的SO2的浓度为(0.20.15)mol·L1=0.05mol·L1，此时SO3的浓度为(0.2+0.05)mol·L1=0.25mol·L1，故D错误。11.(2023·资阳高一检测)一定温度下，在2L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。已知其反应的转化率＝eq\f(该反应物的变化量,该反应物的起始量)，下列描述正确的是()A．反应开始到10s时，用Z表示的反应速率为0.158mol·L－1·s－1B．反应开始到10s时，Y的转化率为79.0%C．t1s时，Z和X的浓度相等，达到了化学平衡状态D．反应的化学方程式为X(g)＋Y(g)Z(g)【答案】B【解析】反应开始到10s时，v(Z)＝0.079mol·L－1·s－1，Y的转化率为eq\f(0.79mol,1.00mol)×100%＝79.0%，A项错误、B项正确；分析图像知，10s时X、Y、Z三种物质的物质的量不再变化，即反应达到平衡状态，C项错误；从0→10s，X、Y、Z物质的量的变化量分别为0.79mol、0.79mol、1.58mol，所以三者的物质的量的变化量之比为1：1：2，反应的化学方程式为X(g)＋Y(g)2Z(g)，D项错误。12.(2023·济宁高一检测)一定温度下，在容积恒定的密闭容器中进行反应A(s)+2B(g)C(g)+D(g)，下列叙述能表明该反应已达到平衡状态的是()①混合气体的密度不变②容器内气体的压强不变③混合气体的总物质的量不变④B的物质的量浓度不变⑤v正(C)=v逆(D)⑥v正(B)=2v逆(C)A.①④⑤⑥ B.②③⑥C.②④⑤⑥ D.只有④【答案】A【解析】①容积恒定的密闭容器中，混合气体密度不变，也就是质量不变，对于有固体参加或者有固体生成的反应来说，质量不变说明已经达到平衡。②这是一个反应前后压强不变的反应，压强不变不能说明反应达到平衡。③该反应是反应前后气体的化学计量数不变的反应，也就是气体物质的量不变的反应，不能用物质的量是否变化衡量反应是否达到平衡。④B的物质的量浓度不变说明生成B的量与消耗B的量相等，也就是正逆反应速率相等，此时反应达到平衡。⑤v正(C)=v逆(D)，说明正逆反应速率相等，此时反应达到平衡。⑥v正(B)=2v逆(C)，说明正逆反应速率相等，此时反应达到平衡。13.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.到达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)0.6t1