化学反应的限度和化学反应条件的控制-2022-2023学年高一化学期中期末复习微专题

微专题07化学反应的限度和化学反应条件的控制考点1可逆反应[典例1]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·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．SO2、SO3均为0.15mol·L－1D．SO3为0.4mol·L－1[答案]B[解析]首先采用极限法分析。若反应向右进行到底，则有c(SO2)＝0，c(O2)＝0，c(SO3)＝0.4mol·L－1；若反应向左进行到底，则有：c(SO2)＝0.4mol·L－1，c(O2)＝0.2mol·L－1，c(SO3)＝0。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·L－1,0<c(O2)<0.2mol·L－1,0<c(SO3)<0.4mol·L－1，A、D错误；若SO2为0.15mol·L－1，则转化的SO2的浓度为(0.2－0.15)mol·L－1＝0.05mol·L－1，此时SO3的浓度为(0.2＋0.05)mol·L－1＝0.25mol·L－1，C错误。[典例2](双选)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有关D．化学反应的限度是不可改变的[答案]CD[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。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。[核心素养]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。考点2化学平衡状态[典例3]H2(g)＋I2(g)2HI(g)已经达到平衡状态的标志是(填序号)。①c(H2)＝c(I2)＝c(HI)②c(H2)c(I2)c(HI)＝112③c(H2)、c(I2)、c(HI)不再随时间而改变④单位时间内生成nmolH2的同时生成2nmolHI⑤单位时间内生成nmolH2的同时生成nmolI2⑥反应速率v(H2)＝v(I2)＝eq\f(1,2)v(HI)⑦一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂⑧温度和体积一定时，容器内压强不再变化⑨温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化⑪条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化[解析]①②在非平衡状态下也能满足，不能作为判断的依据；⑤⑥⑧⑩⑪任何时刻都满足，也不能作为判断的依据；③④⑦⑨都满足各种物质的浓度不变，能作为判断反应达到平衡状态的标志。[答案]③④⑦⑨[典例4]可逆反应2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)在恒容密闭容器中进行：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和O2的物质的量浓度变化表示的反应速率比为221④混合气体的颜色不再改变⑤混合气体的密度不再改变⑥混合气体的压强不再改变⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变可表示该反应达到化学平衡状态的是()A．①④⑥⑦ B．②③⑤⑦C．①③④⑤ D．全部[答案]A[解析]①中单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2，而生成nmolO2必同时消耗2nmolNO2，故v正(NO2)＝v逆(NO2)，说明反应已达到化学平衡状态。②中无论反应是否达到化学平衡状态，单位时间内生成nmolO2的同时都会生成2nmolNO。③中无论反应是否达到化学平衡状态，各物质所表示的化学反应速率之比都等于化学计量数之比。④有色气体的颜色不再改变，则表示体系中各物质的物质的量浓度不再变化，说明反应已达到化学平衡状态。⑤体积固定，气体的质量反应前后不变，无论反应是否达到化学平衡状态，气体的密度始终不变。⑥反应前后气体的体积不相等，压强不变，意味着各物质的含量不再变化，说明反应达到化学平衡状态。⑦由于反应前后气体的质量不变，且反应前后气态物质的化学计量数之和不相等，气体的平均相对分子质量不变时，说明气体中各物质的物质的量不变，说明反应达到平衡。[核心素养]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，在外界条件不改变时，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．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。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，最后都能建立起化学平衡状态。[方法规律]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)＝1：3，v(正)(N2)：v(逆)(NH3)＝1：2。(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。2．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。【练1】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)，以下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【解析】X的分解速率与Y的消耗速率之比为21时，才能说明反应达到平衡状态，故C项说明反应未达到平衡状态。【答案】C【练2】(双选)用Cl2生产某些含氯有机物时会生成副产物HCl，利用下列反应可实现氯的循环利用：4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)。恒温恒容的密闭容器中，充入一定量的反应物发生上述反应，能充分说明该反应达到化学平衡状态的是()A．气体的压强不再改变B．氯化氢的转化率不再改变C．断开4molH—Cl键的同时生成4molH—O键D．n(HCl):n(O2):n(Cl2):n(H2O)＝4:1:2:2【解析】反应物和生成物均为气体，但反应前后气体体积不等，所以压强不变，一定平衡，A正确；反应正向进行时，HCl的转化率升高；反应逆向进行时，HCl的转化率降低，当HCl的转化率不再改变时，可以说明可逆反应达到平衡状态，B正确；断开4molH—Cl键和生成4molH—O键均表示正反应方向的反应速率，不能据此判断反应是否达到平衡状态，C错误；反应达到平衡状态时，各反应物和生成物的物质的量保持不变，但各物质的物质的量之比等于对应的化学计量数之比，不能判断反应是否达到平衡状态，D错误。【答案】AB考点3化学反应条件的控制[典例5]下列措施，能使煤炭燃烧更充分，提高热能利用率的是()A．向燃烧正旺的炉火上洒一些水B．把煤炭做成大煤球C．把煤中掺和一些黄泥做成蜂窝煤D．把煤粉碎，在煤粉燃烧器中燃烧[答案]D[解析]A项中会发生吸热反应：C(s)＋H2O(g)=H2(g)＋CO(g)，不会使煤炭燃烧充分，也不能提高热能的利用率，B、C项无论从煤的粉碎程度，还是空气用量上都比不上D项。提高燃料燃烧效率的措施与意义(1)提高燃料燃烧效率的措施①尽可能使燃料充分燃烧，提高能量的转化率。关键是燃料与空气或氧气尽可能充分地接触，且空气要适当过量。②尽可能充分地利用燃料燃烧所释放出的热能，提高热能的利用率。(2)提高燃料燃烧效率的意义提高燃料燃烧效率的主要意义在于节约能源、节省资源、减少污染等。【典例6】为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列的实验。将表中所给的混合溶液分别加入6个盛有过量Zn粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需时间。实验混合溶液ABCDEF4mol·L－1H2SO4/mL30V1V2V3V4V5饱和CuSO4溶液/mL00.52.55V620H2O/mLV7V8V9V10100(1)请完成此实验设计，其中：V1＝______，V6＝______，V9＝________。(2)该同学最后得出的结论为当加入少量CuSO4溶液时，生成氢气的速率会大大提高，但当加入的CuSO4溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因：___________________________。[解析](1)为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，则硫酸的浓度应该是相同的，因此最终溶液的体积必需相等，A组中硫酸为30mL，那其他组硫酸也为30mL，根据表中数据可知总体积是50mL，则V1＝30，V6＝50－10－30＝10，V9＝50－30－2.5＝17.5。(2)当加入一定量的CuSO4后，生成的单质Cu会沉积在Zn的表面，降低了Zn与H2SO4溶液的接触面积，且H2SO4溶液的浓度变得较小，因此反应速率会减小。[答案](1)301017.5(2)当加入一定量的CuSO4后，生成的单质Cu会沉积在Zn的表面，降低了Zn与H2SO4溶液的接触面积，且H2SO4溶液的浓度变得较小[核心素养]1．控制化学反应条件的基本思路(1)控制化学反应条件的目的化学反应有的快、有的慢；有的进行程度大、有的进行程度小；有的对我们有利、有的对我们不利。控制化学反应条件，目的就是通过改