高中化学人教版 (2019)必修 第二册第二节 化学反应的速率与限度精品导学案及答案

化学反应的速率和限度（2）

核心知识点一：

一、化学反应的限度

1. 可逆反应

（1）定义：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，称为可逆反应。

（2）表示：书写可逆反应的化学方程式时不用“===”而用“”。

（3）一定条件下可逆反应有限度，反应物不可能全部转化为生成物。

（4）可逆反应的“三性”

【注意】正确理解可逆反应

①可逆反应这一概念中的关键词是“同一条件”如H2+O22H2O；  2H2O 2H2↑+ O2↑

②正反应方向和你反应方向的热效应相反。若正反应式吸（放）热反应，则逆反应是放（吸）热反应。

2. 化学平衡状态

（1）化学平衡的建立

（2）化学平衡状态（简称化学平衡）

在一定条件下，可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度都不再改变，达到一种表面静止的状态，我们称之为化学平衡状态，简称化学平衡。

化学平衡状态是可逆反应再一定条件下所能达到的或完成的最大程度，即该反应进行的限度。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。

化学平衡状态的“四要点”

①化学平衡的研究对象是可逆反应，只有可逆反应才存在化学平衡状态。

②化学平衡状态是在一定条件下可逆反应所能达到的最大限度，化学反应的限度决定了反应物在该条件下的最大转化率。

③化学平衡状态是一种动态平衡状态，此时正、逆反应速率相等（v正= v逆≠0）。

④可逆反应必须在一定的外界条件（如温度、浓度、压强等）下才能建立化学平衡。相同条件下，无论可逆反应从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，最终达到的平衡状态是相同的，即“殊途同归”。

（3）化学平衡状态的特征：

①逆：研究对象是可逆反应

②动：化学平衡状态是一种动态平衡。达到平衡状态时，反应并没有停止，这时正反应和逆反应都依然在进行；

③等：化学平衡状态的建立的条件是同一物质的正反应速率和逆反应速率相等，即v正＝v逆≠0；

④定：在一定条件下的平衡体系的混合物中，各组分的含量（即反应物与生成物的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数等）不变（不随时间的改变而改变）；

⑤变：任何化学平衡状态均是暂时的，相对的、有条件的。

外界条件（温度、浓度、压强等）一旦改变，化学平衡状态就会被破坏，并在新的条件下建立新的化学平衡。

3. 判断化学平衡状态的依据

（1）本质标志：正、逆相等（v（正）=v（逆）≠0）

以3H2 + N2 2NH3为例

①同一物质：同一种物质的生成速率＝消耗速率，即v氮气（正）＝v氮气（逆）。

②不同物质

a. 在化学方程式同一边的物质中，一种物质的生成速率与另一种物质的消耗速率之比等于化学计量数之比，即v氮气（正）∶ v氢气（逆）=1∶3。

b. 在化学方程式两边的不同物质的生成（或消耗）速率之比等于其化学计量数之比，即v氢气（正）∶ v氨气（逆）=1∶2。

③单位时间内同一物质断裂的化学键与形成的化学键的物质的量相等。比如氨气，单位时间内断裂6molN—H，同时生成6molN—H，可以作为平衡态标志。

【注意】一定是两个不同的方向，一定不能是同一个方向，比如v氢气∶v氮气∶v氨气=3∶1∶2不能作为标志。

（2）外在标志：混合体系中某些量先变化，后不再变化，即变量不变

如果一个量是随着反应进行而改变的，当这个量不变时，反应达到平衡状态。

比如：①H2、N2 、NH3的浓度（c）、质量（m）、物质的量（n）保持不变时，化学反应达到平衡；

②H2、N2 、NH3的质量分数（w）、体积分数保持不变时；

③反应体系的总物质的量（n总）、总压强（p总）、平均相对分子质量（m总/n总）

【注意】如果一个量随反应的进行保持不变，那么这个量不能作为可逆反应达到平衡状态的依据。

不能作为平衡状态判断依据的标志：

①恒容容器中，对于全部是气体的反应体系，密度（ρ）不变不能作为反应达到平衡态的标志。

例子：3H2 + N2 2NH3可以，C （s）+ H2O（g）= CO（g）+ H2（g）可以。

H2（g）+ Cl2（g）= 2HCl（g）不可以

②恒容容器中，对于化学方程式两边气态物质的化学计量数之和相等的反应（比如：H2（g）+ Cl2（g）= 2HCl（g）），总压强（p总）不变不能作为反应达到化学平衡状态的标志。

③对于全部是气体的反应体系，若反应物和生成物的化学计量数之和相等，则气体的平均相对分子质量不能作为反应达到平衡状态的标志。

例子：CO + H2O（g）CO2 +H2；气体的平均相对分子质量不可以作为平衡态标志。

C（s）+ H2O（g）= CO（g）+ H2（g）。气体的平均相对分子质量可以作为平衡态标志。

（3）限度标志：化学平衡是可逆反应所能达到的最大限度。

反应物的转化率最大，反应物的百分含量最小。

生成物的产率最大，生成物的百分含量最大。

核心知识点二

二、化学反应速率和限度的综合应用

1. 有关反应限度的计算方法—极值法

极值法是一种重要的分析方法，化学上采用极端假设（假设某一成分完全反应）的方法以确定混合体系中各物质的质量分数、体积分数等，使一些抽象的复杂问题具体化、简单化，可达到事半功倍的效果。

用极值法解题的三个基本思路

（1）假设可逆反应向左或向右进行完全。

（2）把混合物假设成纯净物

（3）把平行反应分别假设成单一反应。

2. 有关化学反应速率和反应限度的图像分析

化学反应速率与化学反应限度问题常以图像的形式出现，这类问题要按照“一看、二想、三判断”来分析。

（1）“一看”—看图像

①看面，弄清楚横纵坐标所表示的含义；

②看线，弄清楚曲线的走向和变化趋势；

③看点，弄清楚曲线上点的含义，特别是曲线上的拐点、交点、最高点、最低点等的含义。

（2）“二想”—想规律

如各物质的转化量之比与虎穴计量数之比的关系，用各物质表示的化学反应速率之比与化学计量数之比的关系，外界条件的改变对化学反应速率的影响规律以及反应达到平衡时，外界条件的改变对正、逆反应速率的影响规律等。

（3）“三判断”

利用有关规律，结合图像，通过对比分析，作出正确判断

核心知识点一

1. 可逆反应：2NO22NO＋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n mol O2的同时生成2n mol NO2

②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO

③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. ①④⑥⑦       B. ②③⑤⑦

C. ①③④⑤       D. 全部

【答案】A

【解析】①中单位时间内生成n mol O2的同时必消耗2n mol NO2，知v正＝v逆，所以①能说明达到平衡状态；②所描述的都是指正反应方向的速率，无法判断；③无论达到平衡与否，物质的反应速率之比等于化学方程式中物质的化学计量数之比；④有色气体的颜色不变能够说明达到了化学平衡；因容器体积固定，密度是一个常数，所以⑤不能说明；该反应是一个反应前后气体体积不等的反应，容器的体积又固定，所以⑥⑦均能说明达到平衡。

【考点】化学平衡态的判断

一定温度下，在容积为V L的密闭容器中进行反应：aN（g）bM（g），M、N的物质的量随时间的变化曲线如下图所示：

（1）此反应的化学方程式中＝________。

（2）t1到t2时刻，以M的浓度变化表示的平均反应速率为________。

（3）下列叙述能说明上述反应达到平衡状态的是______（填字母）。

A. 反应中M与N的物质的量之比为1∶1

B. 混合气体的总质量不随时间的变化而变化

C. 混合气体的总物质的量不随时间的变化而变化

D. 单位时间内每消耗a mol N，同时生成b mol M

E. 混合气体的压强不随时间的变化而变化

【答案】（1）2　（2） mol·L－1·min－1　（3）CE

【解析】（1）化学计量数之比等于物质的量的变化量之比，所以a∶b＝（8 mol－2 mol）∶（5 mol－2 mol）＝2∶1，该反应的化学方程式为2N（g）M（g）。

（2）v（M）＝＝mol·L－1·min－1。

（3）物质的量之比为1：1，不能说明物质的量不再变化，A选项错误；该反应的反应物和生成物都是气体，根据质量守恒定律，反应前后，混合气体的质量始终不变，B选项错误；该反应为气体体积减小的反应，若反应没有达到平衡状态，反应过程中气体的总物质的量和压强始终在减小，当该量不再发生变化时，则说明反应达到了平衡状态，C和E选项正确；消耗a mol N和生成b mol M都表示的是正反应速率，没有体现逆反应速率的大小，不能说明反应达到了平衡状态，D选项错误。

【考点】化学反应平衡状态的判断

核心知识点二

1. 密闭容器中进行如下反应：X（g）+ 3Y（g） 2Z（g），X、Y、Z起始浓度分别是0.2 mol/L、0.6 mol/L、0.4 mol/L，当达到平衡时，下列数据可能正确的是（    ）

A. c（X）为 0.25 mol/L，c（Z）为 0.5mol/L

B. c（Y）为 1.2mol/L

C. c（X）为 0.3 mol/L，c（Z）为0.3mol/L

D. c（Z）为 0.6mol/L

【答案】D

【解析】思路分析：采用“极值法”，确定各物质物质的量浓度的区间。

分析过程：

由于可逆反应，物质不能完全转化，所以平衡时各物质的浓度范围为0＜c（X）＜0.4mol/L，0＜c（Y）＜1.2mol/L， 0＜c（Z）＜0.8mol/L。若达到平衡时，c（X）为0.25mol/L，c（Z）为0.3mol/L，A项错误；达到平衡时，c（Y）不可能为1.2mol/L，B项错误；若达到平衡时，c（X）为0.3mol/L，c（Z）应为0.2mol/L，C项错误；达到平衡时，c（Z）可能为0.6mol/L，D项正确。

【考点】化学反应限度

2. 一定条件下的可逆反应X（g）+ 3Y（g）2Z（g），若X、Y、Z起始浓度分别为c1、c2、c3（均不为0），当达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol • L-1、0.3 mol • L-1、0.08 mol • L-1，则下列判断不合理的是（    ）

A. c1 ∶ c2 = 1 ∶3

B. 平衡时，Y与Z的生成速率之比为3 ∶ 2

C. X、Y的转化率不相等

D. c1的取值范围为0＜c1＜0.14 mol • L-1

【答案】C

【解析】反应方程式中X、Y的系数比1∶3，则转化的X、Y的物质量之比为1∶3，根据下面的A选项知XY的起始浓度之比为1∶3，则XY的转化率之比为（1∶1）∶（3∶3）=1∶1，所以XY转化率相等，故C项错误；A项，反应方程式中XY的系数比1∶3，则参与反应的XY的物质的量之比为1∶3，即浓度变化量之比为1∶3，平衡时浓度之比为1∶3，起始浓度=变化浓度+平衡浓度，则起始XY的起始浓度为（1+1）∶（3+3）=1∶3，故A项正确；B项，可逆反应到达平衡状态，不同物质表示的正逆反应速率等于化学反应方程式系数之比，Y的生成速率表示逆反应速率，Z的生成速率表示正反应速率，所以平衡时Y和Z得生成速率之比为3∶2，故B正确；D项，使用极值法进行考虑，假设Z全部来自正向反应，X起始浓度最大为0.1mol/L+，假设Z全部来自起始浓度，X起始浓度最小为接近0，所以c1的取值范围为0＜c1＜0.14 mol • L-1故D项正确。综上所述，本体正确答案为C。

【考点】化学反应平衡中反应速率的关系

3. 一定温度下，某恒温密闭容器中含有NO2、N2O4两种气体，从反应开始至达到平衡状态的过程中，两种物质的浓度随时间的变化如图所示：

（1）表示NO2浓度变化的曲线是_______________，写出反应的化学方程式：________________________________。

（2）从反应开始至达到平衡的过程中，用N2O4表示的反应速率v（N2O4）= _________

（3）若平衡后改变温度、容器中气体平均摩尔质量变大，则反应向生成________（填“NO2”或“N2O4”）的方向进行。

【答案】（1）x     2NO2N2O4

（2）0.4 mol•L-1•min-1

（3）N2O4

【解析】（1）根据图像可知，达到平衡时，x曲线代表的物质的浓度减小了8mol/L，y曲线代表的物质的浓度增大了4mol/L，因此表示NO2浓度的曲线是x，反应的化学方程式为2NO2N2O4。（2）从反应开始至达到平衡的过程中，用N2O4表示的反应速率v（N2O4）=。（3）若平衡后改变温度，容器中气体平均摩尔质量变大，说明气体的物质的量变小，则反应向生成N2O4的方向进行。

【考点】化学反应平衡中反应速率的关系

（答题时间：25分钟）

一、选择题

1. 下列反应中可判断为可逆反应的是（　　）

A. 氢气在氯气中燃烧生成氯化氢，氯化氢受热分解生成氢气和氯气

B. 氮气与氢气在高温、高压、催化剂作用下可以生成氨气，同时氨气又分解为氮气和氢气

C. 单质溴可以置换出碘，氯气又可以置换出溴

D. 氯气和水反应生成盐酸和次氯酸，次氯酸在光照条件下可分解为盐酸和氧气

2. 下列说法中不正确的是（　　）

A. 当一个可逆反应达到平衡状态时，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2 mol SO2与1 mol O2反应生成2 mol SO3

D. 化学反应的限度可以通过改变条件来改变

3. CO和H2在一定条件下可以合成乙醇：2CO（g）＋4H2（g）CH3CH2OH（g）＋H2O（g），下列叙述中能说明上述反应在一定条件下已达到最大限度的是（　　）

A. CO全部转化为乙醇

B. 正反应和逆反应的化学反应速率均为零

C. CO和H2以1∶2的物质的量之比反应生成乙醇

D. 反应体系中乙醇的物质的量浓度不再变化

4. 下列关于化学反应限度的说法中正确的是（　　）

A. 一个可逆反应达到的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，正向反应速率和逆向反应速率相等且等于零

C. 平衡状态时，各物质的浓度保持相等

D. 化学反应的限度不可以通过改变条件而改变

5. 一定条件下，可逆反应2A（g）B（g）＋3C（g），在下列四种状态中，反应处于平衡状态的是（　　）

6. 如图所示是425 ℃时，在1 L密闭容器中发生化学反应的浓度随时间的变化示意图。

下列叙述错误的是（　　）

A. 图①中t0时，三种物质的物质的量相同

B. 图①中t0时，反应达到平衡状态

C. 图②中的逆反应为H2（g）＋I2（g）2HI（g）

D. 图①②中当c（HI）＝3.16 mol·L－1时，反应达到平衡状态

7. 下列可以证明2HI（g）H2（g）＋I2（g）已达到平衡状态的是（　　）

①单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI

②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂

③温度和体积一定时，混合气体的密度不再变化

④v（H2）＝v（I2）＝0.5v（HI）

⑤c（HI）∶c（H2）∶c（I2）＝2∶1∶1

⑥温度和体积一定时，某一生成物的浓度不再变化

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

⑨温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化

A. ②③④⑤⑥       B. ②⑥⑦⑧⑨

C. ①②⑥⑧            D. ②⑥⑨

二、非选择题

8. 在一定条件下，恒温恒容密闭容器中进行可逆反应：N2＋3H22NH3，试判断下列情况能说明该反应已经达到化学平衡状态的是（　　）

①单位时间内生成n mol N2同时生成3n mol H2；②H2的生成速率等于NH3的生成速率；③一个N≡N键断裂的同时，有三个H—H键形成；④容器中N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2；⑤反应物浓度等于生成物浓度；⑥混合气体的总物质的量不变。

1.【答案】B

【解析】根据可逆反应定义中的“同一条件下”“同时”“正、逆两个方向”可知只有B符合题意。

2.【答案】C

【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，反应物的转化率不可能达到100%，即2 mol SO2与1 mol O2反应不会生成2 mol SO3，C错；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。

3.【答案】D

【解析】可逆反应的最大限度即化学平衡，对于可逆反应，反应不能进行到底，所以A项不正确；化学平衡为动态平衡，正、逆反应速率相等且不为零，B项不正确；C项不能说明正、逆反应速率相等，不正确。

4.【答案】A

【解析】平衡状态就是一个可逆反应在该条件下所能达到的最大限度，A正确；反应达到平衡时v（正）＝v（逆）≠0，各物质浓度保持不变但不一定相等，且当外界条件发生改变时，这种状态可能会发生改变，B、C、D错误。

5.【答案】D

【解析】将逆反应速率根据化学方程式统一折算成用A表示的速率，即逆反应速率表示A的生成速率，正反应速率表示A的消耗速率，二者相等，则说明反应达到了平衡状态。

6. 【答案】B

【解析】图①中t0时，H2、I2、HI的物质的量相等但未保持不变，没有达到平衡状态，B项错。

7. 【答案】D

【解析】A项，③该反应反应物和生成物全部是气体，所以温度和体积一定时混合气体的密度始终不变；④未指明是正反应方向还是逆反应方向；⑤三种物质的浓度比等于相应的化学计量数比时不一定是平衡状态；③④⑤不能作为达到平衡状态的标志，A项错误。B项，⑦温度和体积一定时，容器内压强始终不变；⑧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；⑦⑧不能作为达到平衡状态的标志，B项错误。C项，①单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI，说明正反应速率大于逆反应速率，C项错误，D项，②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂，表明正、逆反应速率相等；⑥温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化，符合化学平衡的定义；⑨温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化，说明碘的浓度不再变化，可以作为达到平衡状态的标志，D项正确。

8.【答案】③⑥

【解析】判断化学平衡状态的标志有：v（正）＝v（逆），①叙述的都是逆反应，②根据化学计量数之比，转换为同一物质时v（正）≠v（逆），③叙述的是一正一逆两个反应，转化为同一物质时v（正）＝v（逆），①、②不能说明，③可以。各组分浓度保持不变，强调各自的浓度不变，而不是反应物浓度等于生成物浓度，④、⑤都不能说明。该反应的反应前后气体物质的量不同，气体总物质的量不变能说明反应达到平衡，⑥可以。