人教版 (2019)必修 第二册第二节 化学反应的速率与限度学案

这是一份人教版 (2019)必修 第二册第二节 化学反应的速率与限度学案，共9页。
第2课时化学反应的限度
1.了解化学反应的限度、可逆反应和化学平衡的含义。
2.掌握化学平衡的特征及判断。
3.了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。
一.可逆反应：
1.概念：在相同条件下，既能向 正反应方向进行 ，同时又能 向逆反应方向进行 的反应。
2.特征：三同： 相同条件 ， 正、逆反应同时进行 ， 反应物、生成物同时存在 ；反应不能进行完全，即任一反应物的转化率均 小于 100%。
3.表示：化学方程式中用 “⇌” 表示。
4.很多化学反应在进行时都有一定的可逆性，不同反应的可逆性不同，有些化学反应在同一条件下可逆程度很小，如2Na+2H2O===2NaOH+H2↑，视为“不可逆”反应。
【例题1】下列反应中，不属于可逆反应的是( )
A．2NO2===N2O4与N2O4===2NO2
B．H2＋I2eq \(=====,\s\up7(△))2HI与2HIeq \(=====,\s\up7(△))H2＋I2
C．CO2＋H2O===H2CO3与H2CO3===CO2↑＋H2O
D．CaO＋CO2===CaCO3与CaCO3eq \(=====,\s\up7(高温))CaO＋CO2↑
【答案】D
【解析】可逆反应是指在同一条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应。CaO＋CO2===CaCO3与CaCO3eq \(=====,\s\up7(高温))CaO＋CO2↑在不同条件下进行，所以不属于可逆反应，D项正确。
典型的可逆反应有：
H2+I2⇌2HI ， 2SO2+O2⇌2SO3 ，
SO2+H2O⇌H2SO3 ， NH3+H2O⇌NH3﹒H2O 等。
【例题2】一定条件下，将A、B、C三种气体各1ml通入一个密闭容器中发生反应：2A＋B⇌2C，达到化学反应限度时，B的物质的量可能是( )
A．0B．0.5mlC．1mlD．1.5ml
【答案】C
【解析】根据题意可知该反应为可逆反应。反应正向进行完全时，消耗1mlA和0.5mlB；反应逆向进行完全时，C完全转化为1mlA和0.5mlB,0.5mlB加上开始时充入的1mlB总共得到1.5mlB。由于该反应是可逆反应，所以B的物质的量的范围在0.5ml到1.5ml之间(不包括两个极端值)。四个选项中只有C符合。
二.化学反应的限度
1.化学反应平衡状态
（1）化学平衡的建立：
如在可逆反应2SO2+O22SO3中，反应进行之初SO2和O2的起始浓度分别为2ml·L－1、1ml·L－1，此时正反应速率v正 最大 ，逆反应速率v逆 为零 。
反应过程中，反应物浓度 逐渐减小 ，正反应速率 逐渐减小 ；生成物浓度 逐渐增大 ，逆反应速率 逐渐增大 。最终在时刻t时反应物浓度不再 改变 ，生成物浓度不再 改变 。正反应速率和逆反应速率 相等 。反应是否停止？ 反应并没有停止，动态平衡 。
（2）含义：可逆反应在一定条件下进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率 相等 ，反应物和生产物的浓度 不在改变 ，此反应达到一种 表面静止 状态，我们称为 化学平衡状态 。
2.化学平衡的特征：
（1）逆：即化学平衡的研究对象是 可逆反应 。
（2）动：即化学平衡是一种 动态平衡 ，即 v正＝v逆≠0 ，反应并未 停止 。
（3）等：即v正 ＝ v逆，同一物质的消耗速率与生成速率 相等 。
（4）定：在达化学平衡的混合体系中，各组成成分的浓度 保持不变 ，各组分的百分含量保持不变。
（5）变：化学平衡是在 一定条件 下的平衡，当外界条件改变时，化学平衡可能会发生 变化
【总结】
化学平衡状态时可逆反应达到的一种特殊状态，是在给定条件下化学反应所能达到或完成的最大程度，即该反应进行的限度。
3.化学平衡状态的判断方法——“两看”“两标志”
(1)“两看”
(2)“两标志”
【例题3】（2020·山东高二期末）一定条件下，aL密闭容器中放入1mlN2和3mlH2发生N2+3H22NH3的反应，下列选项中能说明反应已达到平衡状态的是（ ）
A．c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2
B．2v(H2)＝3v(NH3)
C．单位时间内1个N≡N键断裂的同时，有6个N－H键断裂
D．单位时间消耗0.1mlN2的同时，生成0.2mlNH3
【答案】C
【解析】根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态。
A．c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2，并不能说明浓度不变，所以不一定是平衡状态，选项A错误；B、未体现正与逆的关系，选项B错误；C、单位时间内1个N≡N键断裂，等效于6个N－H键形成，同时有6个N－H键断裂，所以正逆反应速率相等，反应达平衡状态，选项C正确；D、只要反应发生就符合单位时间消耗0.1mlN2的同时，生成0.2mlNH3，选项D错误；答案选C。
三.化学反应条件的控制
1.在生产和生活中，人们希望促进 有利 的化学反应（提高反应物的转化率即原料的利用率，加快反应速率等），抑制 有害 的化学反应（减缓反应速率，减少甚至消除有害物质的产生，控制副反应的发生等），即通过控制化学反应的条件，使反应向着我们有利的方向进行。
案例分析：如何提高煤的燃烧效率？
（1）煤的状态与煤燃烧的速率有何关系？与煤的充分燃烧有何关系？
固体表面积增大，反应速率加快，能使煤燃烧更充分。
（2）空气用量对煤的充分燃烧及热能利用有什么影响？原因是什么？
空气过少，煤不能充分燃烧；空气过多，会带走热量，热量散失增多。
（3）应选择什么样的炉（灶）膛材料？理由是什么？
选择隔热保温耐热效果好的，减少热量散失。
（4）如何充分利用煤燃烧后烟道废气中的热量？
回收热量，产生蒸汽，转化为动能；循环冷却水，居民供暖。
2.基本措施
（1）改变化学反应速率:改变反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强、固体的表面积以及催化剂的合理使用等。
（2）改变可逆反应进行的限度：改变可逆反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强等。
1．（2021·浙江高一月考）下列有关化学反应限度的说法不正确的是()
A．任何可逆反应的进程都有一定限度
B．化学反应的限度决定了反应物在该条件下转化为生成物的最大转化率
C．化学平衡状态是指一定条件下进行的可逆反应达到的最大限度
D．化学反应的限度不可以通过改变条件而改变
【答案】D
【分析】在不同的条件下，化学反应限度不同，当达到化学反应限度时，正逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度不再改变，当外界条件发生改变，平衡发生移动，化学反应限度变化，据此解答。
【解析】A．在一定条件下，当正逆反应速率相等时，可逆反应达到一定的限度，即平衡状态，故A正确；B．当达到化学反应限度时，正逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度不再改变，反应物在该条件下的转化率最大，故B正确；C．在一定条件下，当达到化学反应限度时，正逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度不再改变，即可逆反应达到的最大限度，故C正确；D．当外界条件发生改变，平衡发生移动，化学反应限度变化，故D错误。
故选D。
2．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．只有①B．①③C．只有②D．①②③
【答案】B
【解析】①可逆反应达到平衡状态时，v正=v逆≠0，①项正确；②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，②项错误；③可逆反应达到平衡状态时，各组分的含量保持不变，③项正确；答案选B。
3．可逆反应3H2+N22NH3的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示，下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是()
A．v正(N2)=v正(H2)
B．v正(N2)=v逆(NH3)
C．2v正(H2)=3v逆(NH3)
D．v正(N2)=3v逆(H2)
【答案】C
【分析】因化学反应达到平衡时，正、逆反应速率相等(同种物质)或正、逆反应速率之比等于化学计量数之比(不同物质)。
【解析】A．无论该反应是否达到平衡状态都有，而不能说明正、逆反应速率相等，则不能说明反应达平衡状态，A错误；B．反应达到平衡状态时，，B错误；C．反应达到平衡状态时，，即，C正确；D．反应达到平衡状态时，，即，D错误；故选C。
4．下列叙述能说明在固定容积的密闭容器中进行的反应：已经达到平衡状态的是()
A．X、Y、Z的物质的量之比为3∶1∶2
B．混合气体的压强不随时间的变化而变化
C．单位时间内每消耗3mlX，同时生成2mlZ
D．混合气体的总质量不随时间的变化而变化
【答案】B
【解析】A．X、Y、Z的物质的量之比为3∶1∶2时反应可能处于平衡状态，也可能未达到平衡，这与开始时加入的反应物的物质的量的多少及反应条件有关，A错误；B．该反应是反应前后气体物质的量不同的反应，若压强不变时，说明气体的物质的量不变，反应达到平衡状态，B正确；C．反应消耗X和生成Z表示的都是向正反应方向进行，不能据此判断反应是否达到平衡状态，C错误；D．反应混合物都是气体，反应遵循质量守恒定律，混合气体的总质量始终不变，因此不能据此判断反应是否处于平衡状态，D错误；故合理选项是B。
5．下列描述中可以说明2HI(g)H2(g)+I2(g)已达到平衡的是()
A．温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化
B．c(HI)：c(H2)：c(I2)=2：1：1
C．反应速率v(H2)=v(I2)=v(HI)
D．温度和压强一定时，混合气体的平均相对分子质量不再变化
【答案】A
【解析】A．温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化，说明碘蒸气的浓度不变，反应达到平衡状态，A正确；B．，不能说明各物质的浓度不变，即不能说明反应是否达到平衡，B错误；C．反应速率，未体现正反应与逆反应的关系，不能说明反应是否达到平衡，C错误；D．该反应是气体的物质的量不变的反应，温度和压强一定时，混合气体的平均相对分子质量始终不变，不能说明反应是否达到平衡，D错误；故选A。
6．（2021·沭阳县修远中学高一月考）下图是可逆反应X2(g)＋3Y2(g)⇌2Z2(g)在反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线，下列叙述正确的是()
A．t1时刻，v正＞0，v逆=0
B．t1～t2，X2的消耗速率小于X2的生成速率
C．t2～t3，反应不再发生
D．t2～t3，各物质的浓度不再发生变化
【答案】D
【解析】A．t1时，v正＞v逆＞0，A项错误；B．由于t1～t2时，反应物X2与Y2物质的量逐渐减少至t2时刻保持不变，X2的消耗速率大于X2的生成速率，B项错误；C．t2～t3达平衡状态，v正=v逆≠0，C项错误；D．t2～t3达平衡状态，各物质的浓度不再发生变化，D项正确；答案选D。
7．（2021·黑龙江大庆市·大庆实验中学高一月考）当2SO2+O22SO3达到平衡后，通入18O2一定时间后，18O存在于()
A．三氧化硫、氧气B．二氧化硫、三氧化硫、氧气
C．二氧化硫、氧气D．二氧化硫、三氧化硫
【答案】B
【解析】2SO2+O2⇌2SO3是可逆反应，氧气中的O为18O，通入18O2，生成的SO3中有18O，含有18O的SO3分解时，SO2中也会有18O，所以一定时间后，18O存在于所有物质中，故选B。
8．可逆反应2NO2(g)⇌2NO(g)＋O2(g)在容积固定的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是( )
A．单位时间内生成nmlO2的同时生成2nmlNO
B．用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为2:2:1的状态
C．混合气体的颜色不再改变的状态
D．混合气体的总质量不再改变的状态
【答案】C
【解析】单位时间内生成nmlO2表示正反应速率，生成2nmlNO也是表示正反应速率，该说法不能说明正、逆反应速率相等，故不能说明反应达到平衡状态，A项错误；化学反应速率之比等于化学计量数之比，故用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为2：2：1的状态不能作为判断反应是否达到平衡状态的依据，B项错误；NO2为红棕色气体，O2和NO为无色气体，故混合气体的颜色不再改变说明各物质的浓度不再改变，反应达到化学平衡状态，C项正确；根据质量守恒定律可知反应前后气体的总质量始终不变，D项错误。
9.向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，使反应SO2(g)＋NO2(g)⇌SO3(g)＋NO(g)在一定条件下达到平衡，正反应速率随时间变化的曲线如图所示。由图可得出的正确结论是( )
A．反应在c点达到平衡状态
B．反应物浓度：a点小于b点
C．反应物的总能量低于生成物的总能量
D．Δt1＝Δt2时，SO2的转化率：a～b段小于b～c段
【答案】D
【解析】化学平衡状态的标志是各物质的浓度不再改变，其实质是正反应速率等于逆反应速率，且保持不变，c点对应的正反应速率显然还在改变，故一定未达到平衡，A项错误；a到b时正反应速率增加，反应物浓度不断减小，B项错误；随着反应的进行，反应物浓度减小，但正反应速率增大，说明体系温度升高，正反应是放热反应，即反应物的总能量高于生成物的总能量，C项错误；因为反应一直正向进行且a～c段正反应速率一直在增大，故SO2的转化率：a～b段小于b～c段，D项正确。
10．在一定温度下，将1mlA和2mlB放入容积为5L的某密闭容器中发生反应：
A(s)＋2B(g)⇌C(g)＋2D(g)。5min后达到平衡，测得容器内B的浓度减少了0.2ml·L－1，则下列叙述不正确的是( )
A．在5min内该反应用C的浓度变化表示的反应速率为0.02ml·L－1·min－1
B．平衡时B的转化率为50%
C．平衡时B的体积分数约为33.3%
D．初始时的压强与平衡时的压强比为4:5
【答案】C
【解析】测得容器内B的浓度减少了0.2ml·L－1，则C的浓度增加量为0.1ml·L－1，因此在5min内该反应用C的浓度变化表示的反应速率为eq \f(0.1 ml·L－1,5 min)＝0.02ml·L－1·min－1，A项正确；消耗B的物质的量为0.2ml·L－1×5L＝1ml，则平衡时B的转化率为eq \f(1 ml,2 ml)×100%＝50%，B项正确；消耗B的物质的量为1ml，生成C、D的物质的量分别为0.5ml、1ml，A是固体，所以平衡时B的体积分数为eq \f(1 ml,1 ml＋0.5 ml＋1 ml)×100%＝40%，C项错误；一定条件下气体压强之比等于气体的物质的量之比，A是固体，所以初始时的压强与平衡时的压强比为eq \f(2 ml,1 ml＋0.5 ml＋1 ml)＝4:5，D项正确。
11．在某一容积为5L的密闭容器内，加入0.2ml的CO和0.2ml的H2O，在催化剂存在的条件下高温加热，发生如下反应：CO(g)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋H2(g)。反应中CO2的浓度随时间变化情况如图：
(1)根据图中数据，反应开始至达到平衡时，CO的反应速率为________，反应达平衡时，c(H2)＝________。
(2)判断该反应达到平衡的依据是________(填序号)。
①CO减小的速率和CO2减小的速率相等
②CO、H2O、CO2、H2的浓度都相等
③CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化
【答案】(1)0.003ml·L－1·min－1 0.03ml·L－1 (2)①③
【解析】(1)由图知，反应10min达到平衡，CO2浓度增加了0.03ml·L－1，则CO浓度减小0.03ml·L－1，所以v(CO)＝eq \f(0.03 ml·L－1,10 min)＝0.003ml·L－1·min－1；由于起始时H2的浓度为0，所以达到平衡时c(H2)＝0.03ml·L－1；(2)CO减小的速率是正反应速率，CO2减小的速率是逆反应速率，当二者相等时，v正(CO)＝v逆(CO)，可逆反应达到平衡；反应达到平衡时，各组分的浓度不再发生变化。
12．（2021·浙江高一月考）某温度时，在的密闭容器中，(均为气体)的物质的量随时间的变化曲线如图所示。请回答下列问题：
(1)由图中所给数据进行分析，该反应的化学方程式为___________。
(2)下列措施能加快反应速率的是___________(填序号，下同)。
A．恒压时充入B．恒容时充入C．恒容时充入X
D．及时分离出ZE.升高温度F.选择高效的催化剂
(3)能说明该反应已达到平衡状态的是___________(填字母)。
A．B．C．容器内压强保持不变
D．容器内混合气体的密度保持不变E.的浓度相等
(4)反应从开始至，用X的浓度变化表示的平均反应速率___________。
(5)将与的混合气体通入的密闭容器中并发生上述反应，反应到某时刻各物质的物质的量恰好满足：，则原混合气体中___________。
【答案】CEFBC
【解析】(1)Δn(X)=1.0ml-0.7ml=0.3ml，Δn(Y)=1.0ml-0.9ml=0.1ml，Δn(Z)=0.2ml，三者计量数之比为3：1：2，所以该反应的化学方程式为3X+Y2Z；(2)A．恒压时充入，容器容积增大，浓度减小，反应速率减小；B．恒容时充入，容器容积不变，浓度不变，反应速率不变；C．恒容时充入X，反应物浓度增大，反应速率增大；D．及时分离出Z，生成物浓度减小，反应速率减小；E.升高温度，反应速率增大；F.选择高效的催化剂，反应速率增大；答案选CEF；(3)A．，说明正逆反应速率一定不相等，没有达到平衡状态；B．，说明正逆反应速率相等，达到平衡状态；C．反应是一个反应前后气体体积变化的反应，容器内压强不再发生变化，说明达到平衡状态；D．反应前后混合气体的总质量和容器容积始终不变，容器内混合气体的密度始终保持不变，不能说明反应达到平衡状态；E.的浓度相等，不能说明正逆反应速率相同，不能说明反应达到平衡状态；答案选BC；(4)反应从开始至，用X的浓度变化表示的平均反应速率＝；(5)将与的混合气体通入的密闭容器中并发生上述反应，反应到某时刻各物质的物质的量恰好满足：，则根据三段式可知
因此a－3x＝b－x＝2x，解得x＝5x、b＝3x，所以原混合气体中 。一看
题干条件
恒温恒容或恒温恒压或绝热容器
二看
化学反应特点（物质状态、
气体计量系数）
全部是气体参与，是等体积反应还是非等体积反应
有固体或液体参与，是等体积反应还是非等体积反应
正、逆反应
速率相等
同一物质表示的正、逆反应速率相等v正＝v逆，或者不同物质表示的正、逆速率(或变化的物质的量、浓度)之比等于化学计量数之比
变量
不变
题目中的变量，指的是随着反应的进行而改变的量，（如某物质的质量、浓度、百分含量，n总(气体)、压强、气体密度、气体平均分子质量、颜色等），当“变量”不再变化（保持恒定）时，证明可逆反应达到平衡，但“定量”无法证明。