必修 第二册第二节 化学反应的速率与限度学案

这是一份必修 第二册第二节 化学反应的速率与限度学案，共21页。学案主要包含了新知学习，知识进阶，问题探究，知识归纳总结，效果检测等内容，欢迎下载使用。
高一化学同步学习高效学讲练（自主学案）
第六章 化学反应与能量
第二节 化学反应的速率与限度
第2课时 化学反应的限度
课程学习目标
1．通过对化学反应限度的学习，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状态。
2．通过对化学反应限度的学习，能描述化学平衡状态，判断化学反应是否达到平衡。
3．能从化学反应快慢和限度的角度解释生产、生活中简单的化学现象，了解化学反应条件的控制。
学科核心素养
宏观辨识与微观探析：能从宏观和微观角度认识化学反应的限度，能够判断化学反应是否达到平衡状态。
变化观念与平衡思想：形成化学变化是有条件的观念，认识反应条件对速率和化学平衡的影响，能运用化学反应原理分析影响化学变化的因素。能从质量守恒，并运用动态平衡的观点看待和分析化学变化。
证据推理与模型认知：能理解、描述和表示化学平衡模型，并运用于理论模型解释或推测可逆反应的变化。
【新知学习】
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 2 Na + 2 H2O === 2 NaOH + H2↑，视为“不可逆”反应。
典型的可逆反应有：
H2+I2⇌2HI ， 2SO2+O2⇌2SO3 ，
SO2+H2O⇌H2SO3 ， NH3+H2O⇌NH3﹒H2O 等。
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2mol·L－1、1mol·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。
三．化学反应条件的控制
1．目的：
——促进有利反应———
2．化工生产中反应条件的调控：
(1)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__。
(2)实例——合成氨生产条件的选择：
——400～500 ℃—
—10～30 MPa—

【知识进阶】
一．化学反应(限度)平衡状态的理解和判断
【问题探究】
某恒温恒容密闭容器中，发生如下反应：2A(g)＋B(g)⇌3C(g)＋D(s)，混合气体的压强不再改变能否表明该反应已达到平衡状态？
不能。D是固体，反应前后气体的物质的量不变，由于容器的体积不变，故气体的压强始终不变，因此压强不再改变，不能表明该反应已达到平衡状态。
【知识归纳总结】
1．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：
逆 —化学平衡研究的对象是可逆反应
等 —达到化学平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等
动 —化学平衡是一种表面静止状态，反应并未停止，是一种动态平衡
定 —达到化学平衡状态后，各组分浓度保持不变，不随时间变化而变化
变 —外界条件发生改变时，原平衡状态将被打破，再在新条件下建立新的平衡状态
2．化学平衡状态判断“三关注”“一等一不变”
(1)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。
(2)一等一不变：
—
|
—
【典例1】一定温度下，固定容积的密闭容器，反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，达到化学平衡状态的标志是(　 　)
①n(SO2)∶n(O2)∶n(SO3)＝2∶1∶2　②SO2的浓度不再发生变化　③容器中的压强不变　④单位时间内生成n mol SO3，同时生成2n mol O2　⑤混合气体的平均相对分子质量不变
A．①④⑤ B．①②④
C．②③⑤ D．①③⑤
【答案】C
【解析】
达到化学平衡状态的标志：正反应速率等于逆反应速率，平衡时混合物中各组成成分的含量不变。反应体系中SO2、O2、SO3的物质的量之比为2∶1∶2，仅仅是反应过程中的一种可能，因此不能作为判断平衡状态的依据，①错误；SO2的浓度不再发生变化，说明反应达到平衡状态，②正确；对于反应前后体积变化的反应，容器内压强不再发生变化，说明反应达到平衡状态，③正确；单位时间内生成n mol SO3，同时生成2n mol O2，不满足反应速率之比等于相应的化学计量数之比，没有达到平衡状态，④错误；混合气体的质量不变，若未达平衡状态则总物质的量发生变化，因此混合气体的平均相对分子质量不变，说明反应达到平衡状态，⑤正确。
（变式训练1）在一定温度下，反应A2(g)＋B2(g)2AB(g)达到反应限度的标志是(　 　)
A．容器内气体的总压强不随时间变化而变化
B．A2和B2物质的量之和与AB的物质的量相等
C．c(A2)∶c(B2)∶c(AB)＝1∶1∶2
D．A2、B2和AB的物质的量不再改变
【答案】D
【解析】
该反应前后气体的化学计量数相等，气体的总压强为“不变量”，所以容器内气体的总压强不随时间变化而变化不能说明达到反应限度，A错误；反应是否达到反应限度，与A2、B2的物质的量之和是否与AB的物质的量相等无关，B错误；反应是否达到反应限度与各物质的浓度之比无关，C错误；A2、B2和AB的物质的量不再变化，说明反应达到化学平衡状态，即达到反应限度，D正确。
二．化学反应速率与限度的图像题解题通法
化学反应速率与化学反应限度问题常以图像的形式出现在平面直角坐标系中，可能出现反应物的物质的量、浓度、压强、时间等因素。这类问题要按照“一看、二想、三判断”这三步来分析。
(1)“一看”——看图像
①看面，弄清楚横、纵轴所表示的含义；
②看线，弄清楚线的走向和变化趋势；
③看点，弄清楚曲线上点的含义，特别是曲线上的折点、交点、最高点、最低点等；
④看辅助线，作横轴或纵轴的垂直线(如等温线、等压线、平衡线等)；
⑤看量的变化，弄清楚是物质的量的变化、浓度的变化，还是转化率的变化。
(2)“二想”——想规律
如各物质的转化量之比与化学计量数之比的关系，各物质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。
【典例2】在温度和容积不变的密闭容器中，A气体与B气体反应生成C气体。反应过程中，反应物与生成物的浓度随时间变化的曲线如图所示，则下列叙述正确的是(　 　)

A．该反应的化学方程式是A(g)＋3B(g)2C(g)
B．达到t1 s时该反应已停止
C．(t1＋10) s时，升高温度，正、逆反应速率加快
D．若该反应在绝热容器中进行，也在t1 s时达到平衡
【答案】C
【解析】
A项，从开始到t1 s，A的浓度减小了0.8－0.2＝0.6 (mol·L－1)，B的浓度减小了0.5－0.3＝0.2 (mol·L－1)，C的浓度增大了0.4－0＝0.4 (mol·L－1)，所以该反应的化学方程式为3A(g)＋B(g)2C(g)，错误；B项，t1 s时，反应达到平衡状态，正、逆反应速率相等，但反应并没有停止，错误；C项，升高温度，正、逆反应速率均加快，正确；D项，若该反应在绝热容器中进行，随反应的进行温度会发生变化，反应速率也会发生变化，不会在t1 s时达到平衡，错误。
（变式训练2）（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
【详解】
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。
【效果检测】
1．下列说法错误的是
A．任何化学反应都有一定的限度，只是不同反应的限度不同罢了
B．化学反应的限度可以通过改变条件而改变，如浓度、温度和压强
C．可逆反应是指同一条件下，既可以向正反应方向进行，同时又可向逆反应方向进行的反应
D．当一个可逆反应进行到正向反应速率与逆向反应速率相等时，反应就停止了
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
A． 任何化学反应都有一定的限度，但化学反应不同、限度不同，A正确；
B． 当一定条件下可逆反应处于平衡状态、达到该条件下的最大限度，但是通过改变条件如浓度、温度和压强，可以使正逆反应速率不再相等、限度随之改变，B正确；
C． 可逆反应是指同一条件下，正反应方和逆反应同时进行的反应，C正确；
D． 当一个可逆反应进行到正向反应速率与逆向反应速率相等时，反应仍在进行、只不过在该条件下反应达到了最大限度、处于平衡状态，D错误；
答案选D。
2．下列说法错误的是
A．水的生成与电解是可逆反应
B．温度升高，正、逆反应速率都增大
C．化学反应的速率和限度均可通过改变化学反应条件来改变
D．化学反应达到平衡状态时，正反应速率与逆反应速率相等
【答案】A
【解析】
【详解】
A．H2与O2在点燃条件下发生反应生成水，电解水生成H2与O2，两个反应条件不同，因此水的生成与电解不能互为可逆反应，A错误；
B．温度升高，物质的内能增加，活化分子数百分数增大，单位时间内有效碰撞次数增加，正、逆反应速率都增大，B正确；
C．影响化学反应的外界条件有温度、浓度、压强、催化剂等，因此可以通过化学反应条件来改变化学反应的速率；化学反应限度是在一定条件下的进行的，因此化学反应限度在在一定条件下的限度，若外界条件发生改变，化学反应限度被破坏，就会建立新条件的新的化学反应限度，故反应限度也可通过改变化学反应条件来改变，C正确；
D．化学反应达到平衡状态时，任何物质的浓度不再发生变化，则用同一物质表示的正反应速率与逆反应速率相等，D正确；
故合理选项是A。
3．（2021·河北·沧州市一中高一开学考试）化学反应在硫酸工业中有重要应用。关于该反应的叙述正确的是
A．无限延长化学反应的时间能改变化学反应的限度
B．、、的物质的量比1：2：2时达到平衡状态
C．该反应达到化学平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等且等于零
D．若开始加入和，达到化学平衡时核素存在于三种物质中
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
A．化学反应的限度和反应时间无关，A错误；
B．、、的物质的量不再发生改变时，达到平衡状态，B错误；
C．该反应达到化学平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等，化学平衡为动态平衡，化学反应速率不为零，C错误；
D．若开始加入和，根据化学平衡的特点可知道平衡时核素存在于三种物质中，D正确；
答案为：D。
4．（2021·甘肃·张掖市第二中学高一阶段练习）在密闭容器中进行如下反应：X2(g)+Y2(g)⇌2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1mol•L﹣1、0.3mol•L﹣1、0.2mol•L﹣1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是
A．Y2为0.2mol•L﹣1 B．Y2为0.35mol•L﹣1
C．X2为0.2mol•L﹣1 D．Z为0.4mol•L﹣1
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
若反应向正反应进行到达平衡，X2、Y2的浓度最小，Z的浓度最大，假定完全反应，则：

若反应逆正反应进行到达平衡，X2、Y2的浓度最大，Z的浓度最小，假定完全反应，则：

由于为可逆反应，物质不能完全转化所以平衡时浓度范围为0＜c(X2)＜0.2，0.2＜c(Y2)＜0.4，0＜c(Z)＜0.4，故B正确、ACD错误。
故选：B。
5．（2021·云南·昆明八中高一期中）一定温度下，在恒容密闭容器中发生反应：。当、、、的浓度不再变化时，下列说法正确的是
A．和全部转化为和
B．该反应已达到化学平衡
C．正、逆反应速率相等且等于零
D．、、、的浓度一定相等
【答案】B
【解析】
【详解】
A．可逆反应有限度，转化率不可能为100%，故A错误；
B．该反应是可逆反应，、、、的浓度不再变化时，说明达到平衡状态，故B正确；
C．根据B分析可知该反应达到平衡，正、逆反应速率相等但不等于零，故C错误；
D．、、、的浓度不再变化时，但浓度不一定相等，故D错误；
综上所述，答案为B。
6．（2021·广东·广州市第八十九中学高一期中）在密闭容器中进行如下反应：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、0.1mol/L、0.2mol/L，当反应达平衡时，可能存在的数据是
A．SO2为0.4mol/L B．SO2为0.3mol/L
C．SO2、SO3均为0.15mol/lL D．SO3为0.4mol/L
【答案】B
【解析】
【分析】
假设该反应完全转化，列三段式

因为反应为可逆反应，则SO2的浓度范围为0