6.2化学反应的速率与限度第2课时学案高一下学期化学人教版

第2课时化学反应的限度化学反应条件的控制素养要求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。2．体会从限度和快慢两个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，了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。一、化学反应的限度1．可逆反应(1)定义：在同一条件下________和________均能进行的化学反应。(2)特点在________，正向反应(反应物→生成物)和逆向反应(生成物→反应物)________。例如：SO2和H2O反应的化学方程式为________________________。特别提示可逆反应的特点及表示方法(1)双向性——正反应和逆反应发生的条件相同。(2)双同性——正反应和逆反应在同一条件下同时进行。(3)共存性——不管反应时间长短，反应物总有剩余，最终反应物与生成物共存。(4)表示方法书写可逆反应的化学方程式时不用“=”而用“⇌”。2．化学平衡状态(1)化学平衡的建立在一定条件下，向反应容器中加入N2和H2发生反应：N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)。项目浓度速率变化v正、v逆关系开始反应物浓度______v正______v正______v逆生成物浓度______v逆______变化反应物浓度______v正______v正______v逆生成物浓度______v逆______平衡反应物浓度______v正______v正______v逆生成物浓度______v正______(2)化学平衡建立过程中的速率—时间(v­t)图像如图所示。(3)化学平衡和限度①化学平衡状态：在一定条件下，________反应进行到一定程度时，____________与____________相等，____________________________都不再改变，达到一种表面静止的状态，简称化学平衡。②化学反应的限度：化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到或完成的____________。提醒关于化学平衡状态的四个要点(1)前提：“一定条件\”，即正、逆反应必须在同一反应条件(如温度、压强等)下进行。(2)使用范围：“可逆反应\”，反应不能进行到底，反应物和生成物同时存在于同一反应体系中。(3)微观实质：正、逆反应速率相等。(4)宏观特征：各组分的浓度保持不变。【学而思】1.(1)已知2SO2＋O22SO3，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?(2)可逆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，可逆反应是否达到平衡？2．(1)恒容密闭容器中的可逆反应2NO2(g)⇌2NO(g)＋O2(g)，单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO，能否说明该反应已达到平衡状态？若混合气体的颜色不再改变，能否说明？请说明理由。(2)恒容密闭容器中，通入1molCO2和3molH2发生反应CO2(g)＋3H2(g)⇌CH3OH(g)＋H2O(g)，体系中nCO2(3)在温度和体积一定时，发生反应2HI(g)⇌H2(g)＋I2(g)，容器内压强不再变化，能否说明该反应已达到平衡状态，请说明理由。二、化学反应条件的控制1．条件控制的意义2．条件控制在工业合成氨中的应用(1)化学理论：________温、________压时有利于提高氨的产率。(2)工业实际：①温度——温度低，氨的产率高，反应速率小，达到化学平衡所需时间长，生产成本高，工业上通常选择在____________下进行。②压强——压强越大，氨的产率越高，对动力和生产设备的要求也越高，采用的压强通常为____________。特别提示控制反应条件的两个角度及方法(1)控制化学反应速率通过改变温度、浓度、压强、催化剂、固体的接触面积等影响化学反应速率的条件，使反应速率达到预想值。(2)控制化学反应的限度通过改变温度、浓度、压强等影响平衡状态的条件，使可逆反应达到预想限度。注意：在实施上述两项“控制”时，还要考虑到使“速率”和“限度”的综合效果最佳，不能片面追求某一方面最佳。【学而思】1.高炉炼铁时，实际消耗的焦炭远高于理论计算量，为什么？2．以下是2SO2＋O22SO3在不同条件下达到平衡状态时SO2的转化率。从以上数据分析，要实现SO2转化率为93.5%，需控制的反应条件是什么？提高该化学反应限度的途径有哪些？[即时练]1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)任何可逆反应都有一定的限度。()(2)化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等。()(3)化学反应的限度与时间的长短无关。()(4)化学反应的限度是不可改变的。()(5)化学平衡的建立与反应条件密切相关。()(6)达到化学平衡状态时，化学反应即停止。()2．下列说法正确的是()A．H2可燃烧生成水，水可电解生成H2，上述两个反应互为可逆反应B．用含18O的氧气氧化不含18O的SO2时，反应一段时间后，SO2中也会含有18OC．可逆反应的反应物在一定的条件下也能完全反应D．可逆反应不可能有能量变化3．下列说法中不正确的是()A．一个可逆反应达到平衡状态，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，这个反应的正反应速率和逆反应速率相等C．可以通过控制反应条件，使2molSO2与1molO2反应生成2molSO3D．化学反应的限度可以通过改变条件来改变4．化学反应限度的调控在工业生产和环保技术等方面得到了广泛的应用。如果设法提高化学反应的限度，下面说法中错误的是()A．能够节约原料和能源B．能够提高产品的产量C．能够提高经济效益D．能够提高化学反应速率5．对于工业合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，以下分析不正确的是()A．可以通过改变温度、压强控制合成氨的反应限度B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应，提高氨气的产率C．500℃左右比室温更有利于合成氨的反应，提高氨气的产率D．合成氨工业采用高压，不仅能提高转化率，还能缩短到达平衡的时间6．某温度下，在2L密闭容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。(1)由图中数据分析，该反应的化学方程式为____________________。(2)反应开始至2min，Z的平均反应速率为________________。(3)判断第5min时反应是否达到平衡？________(填“是”或“否”)；第5min时，Z的生成速率________Z的消耗速率(填“大于”“小于”或“等于”)。目标1化学平衡的建立——化学反应的限度例1.如图所示为可逆反应X2＋3Y2⇌2Z2在反应过程中的反应速率v(mol·L－1·min－1)随时间t(min)变化的关系曲线，下列叙述正确的是()A．t1min时，只有正反应在进行B．t1min时，反应达到平衡状态C．t2～t3min，反应不再进行D．t2～t3min，各物质的浓度不再发生变化关键能力一、化学平衡的建立过程1．速率变化2．图像表示二、化学平衡状态的特征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(A)v2．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。[对点练]1．对于化学反应的限度的叙述，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2．在已达到平衡的可逆反应2SO2＋O22SO3中，充入由18O组成的氧气一段时间后，18O存在于下列物质中的()A．多余的氧气中B．生成的三氧化硫中C．氧气和二氧化硫中D．二氧化硫、氧气和三氧化硫中3．哈伯因发明了由氮气和氢气合成氨气的方法而获得1918年诺贝尔化学奖。现向一密闭容器中充入1molN2和3molH2，在一定条件下使该反应发生。下列说法正确的是()A．达到化学平衡时，N2将完全转化为NH3B．达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等C．达到化学平衡时，正反应和逆反应的速率都为0D．达到化学平衡时，3v正(N2)＝v逆(H2)目标2化学平衡状态的判断例2.在一定温度下，反应H2(g)＋I2(g)⇌2HI(g)达到化学平衡状态的标志是()A．单位时间内生成nmolH2，同时就有nmolHI生成B．单位时间内有nmolH2生成，同时就有nmolI2生成C.容器内气体的总压强不随时间的变化而变化D．1个H—H键断裂的同时，有2个H—I键断裂特别提示判断化学平衡状态的技巧判断平衡状态，技巧是“正逆相等、变量不变”。(1)“正逆相等”：若是同一物质，正、逆反应速率相等；若是不同物质，正、逆反应速率之比等于化学计量数之比。(2)“变量不变”：变量即平衡前是一直变化的物理量，当这个变量不再发生改变时，可以判断反应达到平衡状态。关键能力化学平衡状态的判断标志1．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都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．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。提醒化学平衡状态判断的“两种误区”(1)各组分的浓度相等证明反应达到平衡状态。(2)各组分的分子数之比等于化学计量数之比证明反应达到平衡状态。反应达到化学平衡状态时，各组分的浓度保持不变，但不一定相等，也不一定等于化学计量数之比。[对点练]4．可逆反应2NO2⇌2NO＋O2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．②③⑤⑦C．①③④⑤D．全部5．对于可逆反应M＋N⇌Q达到平衡状态时，下列说法正确的是()A．M、N、Q三种物质的浓度一定相等B．M、N全部变成了QC．反应物和生成物的浓度都保持不变D．反应已经停止第2课时化学反应的限度化学反应条件的控制知识基础一、1．(1)正反应方向逆反应方向(2)同一条件下同时进行SO2＋H2O⇌H2SO32．(1)最大最大最小最小>减小减小增大增大>不变不变不变不变＝(3)可逆正反应速率逆反应速率反应物的浓度和生成物的浓度最大程度【学而思】1．(1)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)提示：不一定。可逆反应达到平衡时，各组分的浓度保持不变，不一定相等，也不一定等于化学计量数之比。2．(1)提示：单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO，其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。混合气体的颜色不变，即c(NO2)保持不变，能说明反应处于平衡状态。(2)提示：nCO(3)提示：不能。在该反应中，反应前后的气体的总物质的量不变，反应无论是否达到化学平衡，反应容器内压强都不随时间变化。二、1．(1)速率利用率(2)速率副反应有害物质2．(1)低高(2)400℃～500℃10MPa～30MPa【学而思】1．提示：高炉中发生的反应CO2＋C⇌2CO为可逆反应，不能完全反应。CO与Fe2O3反应也不能完全转化为Fe和CO2。2．提示：500℃、0.1MPa。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等方法。[即时练]1．答案：(1)√(2)√(3)√(4)×(5)√(6)×2．答案：B3．解析：对于可逆反应，达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，反应物的转化率最大，A、B正确；2SO2＋O2⇌2SO3是可逆反应，无论怎样控制条件，反应物的转化率都不可能达到100%，即2molSO2与1molO2反应，不会生成2molSO3，C错误；化学反应的限度可通过改变条件，如温度、压强等来改变，D正确。答案：C4．解析：提高化学反应的限度，可使更多的反应物转化为生成物，提高产品的产量，提高原料的利用率，但不一定提高化学反应速率。答案：D5．解析：可以改变外界条件控制化学反应的限度，A正确；压强越大，氨的产率越高，B正确；合成氨的生产在温度较低时，氨的产率较高，C错误；压强越大，氨的产率越高，反应物的转化率越高，同时，压强越高，化学反应速率越快，达到平衡的时间越短，D正确。答案：C6．解析：由题图可知，2min后各物质的物质的量都不再发生改变且均不为0，说明该反应是可逆反应。(1)书写反应的化学方程式，关键是确定反应物、生成物以及化学方程式中各物质的化学计量数。一般反应物的物质的量随反应的进行不断减小，生成物的物质的量随反应的进行不断增加，由题图可知，X、Y为反应物，Z为生成物。结合图示中2min内X、Y、Z物质的量的变化量可知，Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)＝(1.0－0.7)mol∶(1.0－0.9)mol∶(0.2－0)mol＝3∶1∶2，故该反应的化学方程式中X、Y、Z的化学计量数之比为3∶1∶2。(2)欲求Z物质在2min内的平均反应速率，可先求出Z的物质的量浓度的变化量，再根据反应速率的计算式v＝ΔcΔt求解。(3)第5min时，各物质的物质的量不变，说明反应达到平衡状态，此时v正＝答案：(1)3X＋Y⇌2Z(2)0.05mol·L－1·min－1(3)是等于核心素养[例1]解析：从题图可知，t1min时，正、逆反应同时进行，A错误；t2min时，反应达到平衡状态，B错误；平衡状态为动态平衡，C错误；反应达到平衡状态后，各物质的浓度不再发生变化，D正确。答案：D[对点练]1．解析：任何可逆反应都有一定的限度，当反应达到限度时，反应达到化学平衡，此时v(正)＝v(逆)。对同一个达到化学平衡的可逆反应，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，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：D2．解析：该反应为可逆反应，18O的加入定会与SO2结合生成含18O的SO3，同时含18O的SO3又会分解得到SO2和O2，使SO2、O2中也含有18O，因此18O存在于SO2、O2、SO3这三种物质中。答案：D3．答案：D[例2]解