2024-2025学年新教材高中化学第6章化学反应与能量第2节第2课时化学反应的限度化学反应条件的控制学案新人教版必修第二册

PAGE9-第2课时化学反应的限度化学反应条件的限制发展目标体系构建1.了解可逆反应的含义和反应限度及化学平衡的特征，培育“变更观念与平衡思想”的核心素养。2.了解化学反应条件的限制及在生产和科技探讨中的作用，培育“科学探究与社会责任”的核心素养。一、化学反应的限度1．可逆反应(1)概念：在同一条件下正反应方向和逆反应方向均能进行的化学反应。(2)特点：①反应不能进行究竟；②在肯定条件下反应物与生成物同时存在；③正、逆反应方向同时进行。2．化学平衡(1)化学平衡的建立①浓度对速率的影响的角度：在肯定条件下，向反应容器中加入N2和H2，发生反应：N2＋3H22NH3。浓度速率变更v正、v逆关系起先反应物浓度最大v正最大v正＞v逆生成物浓度最小v逆最小变更反应物浓度减小v正减小v正＞v逆生成物浓度增大v逆增大平衡反应物浓度不变v正不变v正＝v逆≠0生成物浓度不变v逆不变②利用速率—时间(v­t)图像分析(如图)：(2)化学平衡状态的概念：在肯定条件下，当反应进行到肯定程度时，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变更，达到一种表面静止的状态，称之为化学平衡状态，简称化学平衡。(3)化学反应的限度是指可逆反应在肯定条件下所能达到或完成的最大程度，即该反应进行的限度。化学反应的限度确定了反应物在该条件下转化为生成物的最大转化率。(4)转化率＝eq\f(n（已被转化的反应物）,n（初始反应物）)×100%。(5)影响因素：变更反应条件，可以在肯定程度上变更该反应的化学平衡状态。化学反应达到平衡时，浓度不再变更，反应停止了吗？为什么？提示：没有停止，因为v正＝v逆≠0。二、化学反应条件的限制1．化学反应条件的限制(1)目的：促进有利的化学反应，抑制有害的化学反应。(2)基本措施①改变更学反应速率：变更反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强、固体的表面积以及催化剂的合理运用等。②变更可逆反应进行的限度：变更可逆反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强等。(3)考虑因素：限制反应条件的成本和实际可能性。2．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，产生热量削减，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实行的措施是将燃烧后的废气通过热交换装置，供其他方面运用。依据合成氨的反应特点，温度越低，压强越大，氨的产率越高，为什么合成氨采纳压强为10MPa～30MPa、温度为400～500℃条件下进行？提示：在合成氨的化工生产中，须要考虑限制反应条件的成本和实际可能性。合成氨的生产在温度较低时，反应速率小，肯定时间内生成的NH3少；压强越大，对动力和生产设备的要求越高。综合考虑采纳此条件进行。1．推断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)任何可逆反应都有肯定的限度。 ()(2)化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等。 ()(3)化学平衡状态是不行变更的。 ()(4)任何反应，温度越高，反应速率越大，转化率越大。 ()(5)煤燃烧时空气过量越多越好。 ()[答案](1)√(2)√(3)×(4)×(5)×2．对于可逆反应达到平衡时，下列说法不正确的是()A．反应物与生成物的浓度不再变更B．正反应速率与逆反应速率均为零C．各物质的组成之比不再变更D．该条件下的反应物的转化率最大[答案]B3．工业上运用煤作燃料时，为了使煤能充分燃烧，你认为可实行的措施有：(1)_________________________________________________；(2)_________________________________________________。[答案](1)将煤粉碎，增加煤与空气的接触面积(2)充入适当过量的空气化学平衡状态的特征与判定1．肯定温度下，在定容的密闭容器中进行反应：N2＋3H22NH3。下列说法能说明反应达到的平衡状态的是________________(填序号)。①c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2②c(H2)保持不变③压强不再变更④密度不变⑤v(N2)∶v(H2)＝1∶3⑥v正(N2)＝v逆(N2)⑦单位时间内生成1molN2同时生成2molNH3⑧气体的平均相对分子质量不变[答案]②③⑥⑦⑧2．肯定温度下，恒容密闭容器中发生反应：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)；下列说法证明反应达平衡状态的是________(填序号)。①m(C)保持不变②H2的体积分数不变③气体的密度不变④气体的摩尔质量不变⑤压强不变⑥v(CO)＝v(H2O)[答案]①②③④⑤1．化学平衡状态的特征——“五字诀”化学平衡状态的特征概括为逆、等、动、定、变，即2．化学平衡状态的判定(1)正、逆反应速率相等①同种物质：v正＝v逆≠0②不同种物质：eq\f(v正（A）,v逆（B）)＝eq\f(A化学计量数,B化学计量数)(2)各组分的浓度保持肯定①各组分的浓度不随时间的变更而变更；②各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的变更而变更。(3)间接标记——“变量不变”①反应体系中的总压强不随时间的变更而变更(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更的物质的可逆反应，若体系中颜色不再变更，则反应达到平衡状态。③全是气体参与的反应前后化学计量数变更的可逆反应，平均相对分子质量保持不变。④对绝热密闭容器，温度保持不变。⑤对恒压容器的非等体积气体反应，密度保持不变。1．硫酸是一种重要的化工产品，硫酸的消耗量常被视为一个国家工业发展水平的一种标记。目前的重要生产方法是“接触法”，有关接触氧化反应2SO2＋O22SO3的说法不正确的是()A．该反应为可逆反应，故在肯定条件下二氧化硫和氧气不行能全部转化为三氧化硫B．达到平衡后，反应就停止了，故此时正、逆反应速率相等且均为0C．肯定条件下，向某密闭容器中加入2molSO2和1molO2，则从反应起先到达到平衡的过程中，正反应速率不断减小，逆反应速率不断增大，某一时刻，正、逆反应速率相等D．达到平衡后，变更温度，平衡状态被破坏B[反应达到平衡，反应未停止，v正＝v逆≠0，B错误。]2．在恒温下的密闭容器中，有可逆反应：2NO＋O22NO2(正反应为放热反应)，不能说明已经达到平衡状态的是()A．正反应生成NO2的速率和逆反应生成O2的速率相等B．反应容器中压强不变C．混合气体颜色深浅保持不变D．混合气体的平均相对分子质量不随时间变更而变更A[该反应是一个反应前后气体物质的量不相等的反应，因此混合气体的平均相对分子质量、压强以及颜色保持不变，即说明达到平衡。A中表示的速率虽然方向相反，但速率之比不等于化学计量数之比，即应当是正反应生成NO2的速率和逆反应生成O2的速率的2倍相等，故A错。]3．下列描述的化学反应状态，不肯定是平衡状态的是()A．H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)，恒温、恒容下，反应体系中气体的颜色保持不变B．2NO2(g)N2O4(g)，恒温、恒容下，反应体系中气体的压强保持不变C．CaCO3(s)eq\o(,\s\up9(高温))CO2(g)＋CaO(s)，恒温、恒容下，反应体系中气体的密度保持不变D．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，反应体系中H2与N2的物质的量之比保持1∶3D[恒温、恒容下，反应体系中气体的颜色保持不变，说明溴单质的浓度不再变更，达到了平衡状态，A错；2NO2(g)N2O4(g)是反应前后气体化学计量数和变更的反应，当恒温、恒容下，反应体系中气体的压强保持不变，达到了平衡状态，B错；CaCO3(s)CO2(g)＋CaO(s)，恒温、恒容下，反应体系中气体的密度等于气体质量和体积的比值，质量变更，体积不变，所以密度变更，当气体密度保持不变的状态是平衡状态，C错；N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反应体系中H2与N2的物质的量之比保持1∶3，不能证明正逆反应速率相等，不肯定是平衡状态，D对。]利用“变量”与“不变量”来推断化学平衡状态(1)选变量选定反应中“变量”，即随反应进行而变更的量，当变量不再变更时，反应已达平衡状态。(2)常见的变量①气体的颜色；②对于气体体积有变更的反应来说，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更的反应来说，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)在利用eq\x\to(M)、ρ、n(总)、p(总)推断时要留意反应特点和容器的体积变更问题。平衡转化率的有关计算【典例】在肯定温度下，发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，起始时，充入的N2和H2的物质的量分别是3.0mol和6.0mol，平衡时生成NH3的物质的量是2.4mol。已知容器的容积为5.0L，试求：(1)H2的转化率是________。(2)平衡时混合气体中N2的体积分数是________(保留一位小数)。[解析]N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)起始3.0mol6.0mol0mol转化1.2mol3.6mol2.4mol平衡1.8mol2.4mol2.4mol(1)H2的转化率＝eq\f(3.6mol,6.0mol)×100%＝60%。(2)N2的体积分数＝eq\f(1.8mol,（1.8＋2.4＋2.4）mol)×100%≈27.3%。[答案](1)60%(2)27.3%“三段式”突破平衡转化率计算模型mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始/molab00转化/molmxnxpxqx平衡/mola－mxb－nxpxqx1．转化率：α(A)＝eq\f(mx,a)×100%，α(B)＝eq\f(nx,b)×100%。2．气体体积分数(物质的量分数)φ(A)＝eq\f(a－mx,a＋b＋px＋qx－mx－nx)×100%，φ(D)＝eq\f(qx,a＋b＋px＋qx－mx－nx)×100%。4．在10L密闭容器中，1molA和3molB在肯定条件下反应：A(g)＋xB(g)2C(g)，2min后反应达到平衡时，测得混合气体共3.4mol，生成0.4molC，则下列计算结果正确的是()A．平衡时，物质的量之比n(A)∶n(B)∶n(C)＝2∶11∶4B．x值等于3C．A的转化率为20%D．B的平均反应速率为0.4mol·L－1·min－1C[则0.8mol＋(3－0.2x)mol＋0.4mol＝3.4mol，解得x＝4，B错；平衡时，物质的量之比为0.8∶(3－0.8)∶0.4＝4∶11∶2，A错；A的转化率为eq\f(0.2mol,1mol)×100%＝20%，C正确；v(B)＝eq\f(0.8mol,10L)÷2min＝0.04mol·L－1·min－1，D错。]5．在容积可变的密闭容器中，2molN2和8molH2在肯定条件下发生反应，达到平衡时，H2的转化率为25%，则平衡时氮气的体积分数接近于()A．5% B．10%C．15% D．20%C[达到平衡时，H2转化的物质的量为8mol×25%＝2mol。在肯定条件下，N2与H2发生反应：同温同压下，气体的体积比等于其物质的量之比，故平衡时氮气的体积分数为eq\f(\f(4,3)mol,\f(4,3)mol＋6mol＋\f(4,3)mol)×100%≈15%。]1．下列反应中，不属于可逆反应的是()A．2NO2=N2O4与N2O4=2NO2B．H2＋I2eq\o(=,\s\up9(△))2HI与2HIeq\o(=,\s\up9(△))H2＋I2C．CO2＋H2O=H2CO3与H2CO3=CO2↑＋H2OD．CaO＋CO2=CaCO3与CaCO3eq\o(=,\s\up9(高温))CaO＋CO2↑[答案]D2．肯定温度下，在恒容密闭容器中发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。当SO2、O2、SO3的浓度不再变更时，下列说法正确的是()A.该反应已达化学平衡状态B．正、逆反应速率相等且等于零C．SO2和O2全部转化为SO3D．SO2、O2、SO3的浓度肯定相等[答案]A3．可以证明可逆反应N2(g)＋3H2(g)eq\o(,\s\up9(高温、高压))2NH3(g)已达到平衡状态的是()①6个N—H键形成的同时，有3个H—H键断裂②3个H—H键断裂的同时，有6个N—H键断裂③其他条件不变时，混合气体平均相对分子质量不再变更④保持其他条件不变时，体系压强不再变更⑤NH3、N2、H2的百分含量都不再变更⑥恒温恒容时，气体密度保持不变⑦正反应速率v(H2)＝0.6mol·L－1·min－1，逆反应速率v(NH3)＝0.4mol·L－1·min－1A．全部 B．②③④⑤⑥⑦C．②③④⑤⑦ D．③④⑤⑥⑦C[无论是否达到平衡状态，有6个N—H键形成的同时，肯定有3个H—H键断裂，所以不能证明该反应达到平衡状态，①错误；3个H—H键断裂的同时有6个N—H键断裂，说明正反应速率等于逆反应速率，所以能说明该反应达到平衡状态，②正确；该反应是气体分子数减小的反应，因气体混合物的质量不变，所以其他条件不变时，混合气体的平均相对分子质量不再变更，说明气体总物质的量不变，能说明该反应达到平衡状态，③正确；该反应是气体分子数减小的反应，保持其他条件不变时，体系压强不再变更，说明气体物质的量不再变更，能说明该反应达到平衡状态，④正确；反应达到平衡状态时，各物质的百分含量不变，所以NH3、N2、H2的百分含量都不再变更能说明该反应达到平衡状态，⑤正确；恒温恒容时，气体的总质量不变，体积不变，气体的密度始终不变，所以气体密度保持不变不能说明该反应达到平衡状态，⑥错误；v正(H2)表示消耗H2的速率，v逆(NH3)表示消耗NH3的速率，v正(H2)∶v逆(NH3)＝3∶2，说明正、逆反应速率相等，能说明该反应达到平衡状态，⑦正确；综上所述，②③④⑤⑦符合题意。]4．下列关于提高燃料燃