2025版高一化学必修第二册（含不定项选择）第六章 第二节 第2课时 化学反应的限度 化学反应条件的控制

第2课时化学反应的限度化学反应条件的控制课标定向目标定位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。能从化学反应限度的角度解释生产、生活中简单的化学现象。(宏观辨识与微观探析)2.能描述化学平衡状态,判断化学反应是否达到平衡。(变化观念与平衡思想)3.了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用,能初步解释化学实验和化工生产反应条件的选择问题,体会从限度和速率两个方面认识和调控化学反应的重要性。(科学探究与创新意识)厘清重点化学平衡状态建立的过程,化学平衡状态的定义,特征和标志突破难点化学平衡状态的标志学习任务一:化学反应的限度化学反应条件的控制必备知识·导学[引入]炼铁高炉尾气之谜:生产中炼制生铁所需焦炭的实际用量,远高于按照化学方程式计算所需的量,人们发现从高炉炉顶出来的气体中总是含有未利用的CO且CO的比例(含量)是不变的。你知道这是为什么吗?[知识回顾]可逆反应1.含义:在同一条件下,既能向正反应方向进行,同时又能向逆反应方向进行的化学反应。2.特征3.表示方法:化学方程式用“”连接,如N2+3H22NH32SO2+O22SO3Cl2+H2OHClO+HClSO2+H2OH2SO3[新知导学]一、化学反应的限度1.化学平衡状态的建立(1)过程(2)图像描述[思考]可逆反应中存在正、逆双向速率,温度升高,正、逆反应速率如何变化?提示:温度升高,正、逆反应速率均增大。2.化学平衡状态(1)概念在一定条件(温度、浓度、压强等)下,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,反应物的浓度和生成物的浓度都不再改变,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。(2)特征[思考]化学反应在一定条件下建立平衡状态时,化学反应将会停止吗?提示:平衡状态时,正、逆反应均在进行,不会停止。3.化学反应的限度注意:不同条件下,化学反应的限度不同,即改变条件可以在一定程度上改变一个化学反应的限度。二、化学反应条件的控制1.化学反应条件控制的目的2.考虑因素化工生产中调控反应条件时,需要考虑控制反应条件的成本和实际可能性。判对错·通教材判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)1molN2和3molH2在一定条件下可完全反应生成2molNH3。 (×)提示:该反应为可逆反应,不能完全转化。(2)一定条件下,可以通过延长化学反应的时间来改变反应物的最大转化率。 (×)提示:反应物的最大转化率是该条件下化学反应的最大限度,条件不变,反应物的最大转化率不会改变。(3)化学反应达到化学平衡状态时正、逆反应速率相等,是指同一物质的消耗速率和生成速率相等,若用不同物质表示时,反应速率不一定相等。 (√)提示:反应速率与方程式的化学计量数有关,用不同物质表示时,反应速率不一定相等。(4)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,可逆反应达到平衡。 (×)提示: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。(5)工业合成氨,既要考虑化学反应速率,又要考虑产物的产量,还需要考虑设备的耐温和耐压能力等因素。 (√)提示:工业合成氨中要考虑化学反应速率,产量,生产成本等一系列的问题。核心要点·归纳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。微点拨·拓教材关于催化剂的几点认识1.催化剂具有高效性、专一性、稳定性。2.催化剂能极大改变反应速率,反应过程中参与反应,反应结束又生成,其化学性质和质量在反应前后不发生变化。3.催化剂中毒:反应原料中含有的微量杂质使催化剂的活性、选择性明显下降或丧失的现象。中毒现象的本质是微量杂质和催化剂活性中心发生化学作用,形成没有活性的物质。4.催化剂只有在一定的温度下才能最大限度地显示其催化作用,不同的催化剂对温度的要求不一样。学力诊断·测评对于在密闭容器中进行的可逆反应2SO2(g)+18O2(g)2SO3(g),下列说法正确的是 ()A.容器内只含有18O2、SO2、SO3三种分子B.18O只存在18O2分子中C.容器内含有18O2、S18O2、S18O3等分子D.反应达到限度时,所有物质的质量都相等【解析】选C。该反应为可逆反应,在混合气体中充入一定量的18O2,SO2和18O2反应生成SO3中含有18O,同时SO3分解生成SO2和O2,则SO2中含有18O原子,则18O原子存在于O2、SO2和SO3中,达到平衡状态,容器内含有18O2、S18O2、S18O3分子,还可能含有SO2、SO3分子,故A、B错误,C正确;反应达到限度时,所有物质的质量不再变化,但是不一定是相等的,故D错误。[易错提醒]本题考查化学反应的可逆性,题目难度不大,注意可逆反应的特点,同位素原子在反应中的存在形式,此类题目易出错。【补偿训练】1.以下是2SO2+O22SO3在不同条件下达到平衡状态时SO2的转化率。温度/℃压强/MPa0.10.511040099.2%99.6%99.7%99.9%50093.5%96.9%97.8%99.3%60073.7%85.8%89.5%96.4%(1)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?提示:500℃、0.1MPa。(2)从以上数据分析提高该化学反应限度的途径有哪些?提示:可以采取增大压强或在一定范围内降低温度等方法。2.如图所示为工业合成氨的流程图。下列有关生产条件的调控作用分析正确的是()(1)步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒(2)步骤②采用“加压”,因为压强增大,正反应速率增大,逆反应速率减小(3)步骤②采用的压强是2×107Pa,因为在该压强下铁触媒的活性最大(4)步骤③选择高效催化剂是合成氨反应的重要条件(5)步骤④⑤有利于提高原料的利用率,能节约生产成本A.(1)(4)(5) B.(2)(4)(5)C.(3)(4)(5) D.(2)(3)(5)【解析】选A。(1)工业合成氨的原料气中往往包含CO、H2S、CO2等杂质,容易造成催化剂中毒,降低催化效果,因此在反应前先净化,可以防止催化剂中毒,故符合题意;(2)增大压强,正、逆反应速率均增大,故不符合题意;(3)采用的压强是2×107Pa,同时考虑对设备强度和生产成本的要求,不是因为在该压强下铁触媒的活性最大,故不符合题意;(4)选择合适的催化剂可以加快反应速率,因此选择高效催化剂是合成氨反应的重要条件,故符合题意;(5)由于合成氨反应为可逆反应,反应物不能反应完全,步骤④⑤,将未反应完全的氢气和氮气再循环,有利于提高原料的利用率,能节约生产成本,故符合题意。学习任务二:化学平衡状态的判断必备知识·探究[情境]合成氨反应的化学方程式为N2+3H22NH3。假设该反应在体积不变的密闭容器中发生,分析思考下列问题:(1)单位时间内生成2amolNH3,同时消耗amolN2时,该反应是否达到平衡状态?请解释原因。提示:无法判断。单位时间内生成2amolNH3,同时消耗amolN2,只描述正反应速率,不知道逆反应速率。(2)生成NH3与生成N2速率之比等于2∶1,该反应是否达到平衡状态?请解释原因。提示:是。化学平衡时,用同一种物质表示时异向速率相等即v正=v逆,用不同物质表示时,异向速率之比等于化学计量数之比,该题代表异向速率,且符合化学计量数之比。(3)容器内混合气体的密度不随时间变化时,该反应是否达到平衡状态?请解释原因。提示:无法判断。ρ=m总V总,气体总质量和体积不变,核心要点·归纳“两审”“两标志”突破化学平衡状态的判断一、“两审”一审题干条件,是恒温恒容还是恒温恒压;二审反应特点:①全部是气体参与的等体积反应还是非等体积反应;②有固体或液体参与的等体积反应还是非等体积反应。二、“两标志”1.直接标志(1)正、逆反应速率相等①同种物质:v正=v逆≠0,(同一种物质的生成速率等于消耗速率)②不同种物质:v正(a.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b.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.间接标志以mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)为例类型判断依据是否为平衡状态混合物体系中各成分的含量①各物质的物质的量或各物质的物质的量的分数一定平衡②各物质的质量或各物质质量分数一定平衡③各气体的体积或体积分数一定平衡④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①在单位时间内消耗了mmolA同时生成mmolA,即v(正)=v(逆)平衡②在单位时间内消耗了nmolB同时消耗了pmolC,则v(正)=v(逆)平衡③在单位时间内生成nmolB,同时消耗了qmolD,因均指v(逆)不一定平衡④v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q,v(正)不一定等于v(逆)不一定平衡压强①m+n≠p+q时,总压强一定(其他条件一定)平衡②m+n=p+q时,总压强一定(其他条件一定)不一定平衡混合气体平均相对分子质量M①Mr一定时,当m+n≠p+q平衡②Mr一定时,当m+n=p+q不一定平衡温度任何反应都伴随着能量变化,当体系温度一定时平衡颜色反应体系内有色物质的颜色一定平衡体系的密度恒温恒容时,密度一定不一定平衡恒温恒压时,若m+n≠p+q,则密度一定时平衡恒温恒压时,若m+n=p+q,则密度一定时不一定平衡【拓展】①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则一定处于平衡状态②对绝热密闭容器,温度保持不变则一定处于平衡状态③若反应中有固体或液体,平均相对分子质量一定、密度一定则一定处于平衡状态学力诊断·测评在一定温度下,向恒容密闭容器中充入一定量的A气体和B气体进行下述反应:A(g)+B(g)2C(g)+D(s)。下列表述不能判断该反应达到化学平衡状态的是()A.2v正(A)=v逆(C)B.容器中混合气体的密度不再变化C.容器中混合气体总压强不再发生变化D.容器中混合气体的平均相对分子质量不再变化【解析】选C。2v正(A)=v逆(C),说明该反应正逆反应速率相等,能判断该反应达到化学平衡状态,A正确;该反应中D是固体,反应前后气体总质量发生改变,容器体积不变,所以混合气体的密度是变量,当容器中混合气体的密度不再变化,能判断该反应达到化学平衡状态,B正确;该反应是气体体积不变的反应,反应前后体系的压强始终不变,不能判断该反应达到化学平衡状态,C错误;混合气体的平均相对分子质量M=m总n总,该反应中D是固体,反应前后气体总质量发生改变,反应前后混合气体的总物质的量不变,所以混合气体的平均相对分子质量是变量,当混合气体的平均相对分子质量不再变化时,[解题策略]三关注:①关注反应条件,是恒温恒容,恒温恒压,还是绝热恒容容器;②关注反应特点,是等体积反应,还是非等体积反应;③关注特殊情况,是否有固体参加或生成,或固体的分解反应。【补偿训练】1.在一绝热(不与外界发生热交换)的恒容容器中,发生反应:2A(g)+B(s)C(g)+D(g),下列描述中能表明反应已达到平衡状态的是 ()①容器内温度不变②混合气体的密度不变③混合气体的平均相对分子质量不变④B的质量不变⑤容器内C、D两种气体的浓度相等A.②③⑤ B.①②③④C.①②④⑤ D.②③④⑤【解析】选B。①该反应中温度是变量,当容器内温度不变时,表明正、逆反应速率相等,反应达平衡状态,①项符合题意;②该反应中混合气体总质量是变量,容器容积为定值,则混合气体的密度是变量,混合气体的密度不变,表明正逆反应速率相等,达到平衡状态,②项符合题意;③混合气体总质量为变量,混合气体的物质的量为定值,则混合气体的平均相对分子质量为变量,当混合气体的平均相对分子质量不变时,表明达到平衡状态,③项符合题意;④该反应中B的质量是变量,当B的质量不变时,表明正、逆反应速率相等,反应达平衡状态,④项符合题意;⑤由反应2A(g)+B(s)C(g)+D(g)可知,开始只加入A和B,则反应后C、D两种气体的浓度始终相等,不能根据C、D两种气体的浓度相等,判断平衡状态,⑤项不符合题意;由上分析①②③④符合题意,答案选B。2.下列说法中能说明2HI(g)H2(g)+I2(g)已达到平衡状态的是_________。

(1)单位时间内生成nmolH2的同时生成nmolHI;(2)一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂;(3)c(HI)=c(I2);(4)反应速率:v(H2)=v(I2)=2v(HI);(5)c(HI)∶c(I2)∶c(H2)=2∶1∶1;(6)温度和体积一定时,某一生成物浓度不再变化;(7)温度和体积一定时,容器内压强不再变化;(8)条件一定,混合气体的平均相对分子质量不再变化;(9)温度和体积一定时,混合气体的颜色不再发生变化;(10)温度和压强一定时,混合气体的密度不再发生变化。【解析】(1)生成nmolH2的同时生成nmolHI,说明正反应速率大于逆反应速率。(2)一个H—H键断裂(逆反应方向)的同时有两个H—I键断裂(正反应方向),即v(正)=v(逆)。(3)平衡状态时c(HI)、c(I2)浓度不变,但不一定相等。(4)无论是否达到平衡状态都有这样的关系。(5)平衡状态时不一定有这样的浓度关系。(6)生成物浓度不变,说明反应达到平衡状态。(7)无论是否达到平衡,容器内的压强都不变。(8)气体的总质量不变,气体的总物质的量也不变,故无论是否达到平衡状态,混合气体的平均相对分子质量都不变化。(9)反应体系中颜色不变即说明c(I2)不再变化,说明反应达到平衡状态。(10)由于反应前后,气体的体积不变,且混合气体的质量不变,故混合气体的密度始终不发生变化。即(2)(6)(9)能说明反应已达到平衡状态。答案:(2)(6)(9)3.一定温度下,已知反应N2O4(g)2NO2(g)。现将1molN2O4充入一恒压密闭容器中,下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是 ()A.①③ B.②③ C.①④ D.②④【解析】选C。①恒压条件下,反应正向建立平衡,气体体积增大,气体的总质量不变,未平衡前气体密度逐渐减小,故密度是变量,其不变反应达到平衡状态;②恒压条件下,压强是恒量,不能作为判断平衡状态的标志;③题给反应充入1molN2O4,正反应速率应逐渐减小直到不变,不符合题意;④随反应的进行,N2O4的转化率是变量,其不变证明反应达到平衡状态。学情检测·素养达标1.(2024·日照高一检测)可以充分说明可逆反应A(g)+3B(g)3C(g)+D(g),在恒温下达到平衡状态的是 ()A.反应器内压强不随时间变化而变化B.反应器内A、B、C、D四种气体共存C.生成A的速率和生成的D的速率相等D.生成1molA同时有3molC的消耗【解析】选C。该反应是反应前后气体的物质的量不变的反应,所以无论平衡与否气体的压强都不会发生变化,反应器内压强不变不能说明反应达到平衡状态,A不符合题意;该反应是可逆反应,故反应物和生成物均可共存,所以反应器内A、B、C、D四种气体共存不能说明反应达到平衡状态,B不符合题意;A和D的化学计量数一样,生成A的速率和生成D的速率相等,即v正=v逆,反应达到平衡,C符合题意;无论平衡与否,生成1molA的同时一定消耗3molC,不能说明反应达到平衡,D不符合题意。[易错提醒]可逆反应总是不能进行到底,得到的总是反应物与生成物的混合物,但反应物和生成物共存不能判断其是否达到平衡。2.(双选)在一定条件下发生反应:2A(g)+2B(g)xC(g)+2D(g),在2L密闭容器中,把4molA和2molB混合,2min后达到平衡时生成1.2molC,又测得v(D)=0.2mol·L-1·min-1,下列说法正确的是 ()A.A和B的转化率均是20%B.x=3C.平衡时A的物质的量为2.8molD.平衡时气体压强比原来的大【解析】选B、D。2min时生成n(D)=0.2mol·L-1·min-1×2min×2L=0.8mol,根据化学方程式知,n消耗(A)=n消耗(B)=n生成(D)=0.8mol,A的转化率为n消耗n初始×100%=0.8mol4mol×100%=20%,B的转化率为n消耗n初始×100%=0.8mol2mol×100%=40%,故A错误;2min内v(C)=1.222mol·L-1·min-1=0.3mol·L-1·min-1,v(C)∶v(D)=x∶2=0.3mol·L-1·min-1∶0.2mol·L-1·min-1=3∶2,则x=3,故B正确;平衡时n(A)=(4-0.8)mol=3.2mol,故【补偿训练】(2024·徐州高一检测)下列有关化学反应速率、化学反应限度的说法正确的是 ()A.反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),增加碳的用量可加快反应速率B.用铁片与稀硫酸反应制H2,改用98%的浓硫酸可加快生成H2的速率C.工业合成氨反应在密闭容器中进行,压缩容器体积,可使反应速率加快D.可逆反应达到化学平衡状态时,正、逆反应的速率相等且都为0【解析】选C。增加固体的量,浓度不变,所以反应速率不变,故A错误;Fe在浓硫酸中钝化,不能生成氢气,所以不能加快反应速率,故B错误;压缩容器体积,增大压强气体反应体系中各物质的浓度增大,反