新编化学苏教必修2讲义：专题2 化学反应与能量转化 第1单元 第2课时

新编化学精品资料第2课时化学反应的限度学习目标核心素养建构1.认识可逆反应的特征。2.通过实验认识化学反应的限度。3.知道化学平衡的含义及其特征，会判断可逆反应的平衡状态。知 识 梳 理一、可逆反应1实例(1)Cl2与H2O的反应。化学反应方程式：Cl2H2OHClHClO。溶液中微粒：“三分子” H2O、Cl2、HClO；“四离子” H、Cl、ClO、OH。反应特点：Cl2和H2O发生反应 不能(填“能”或“不能”)进行到底。(2)按表中实验步骤完成实验，填写下表空格：实验步骤实验现象实验结论溶液颜色由无色变为褐色有I2生成溶液分层，上层为浅绿色，下层油状液体呈紫色反应中有Fe2和I2生成溶液变为血红色上层清液中存有未反应的Fe3反应特点上述实验中反应的离子方程式是2Fe32I2Fe2I2；由实验可知，I过量条件下，反应物Fe3不能完全转化为生成物，即可逆反应具有一定的限度。2.可逆反应(1)可逆反应的概念是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)可逆反应特点：在一定条件下，可逆反应有一定的限度，反应物不能完全转化为生成物。【自主思考】1. 2NaHCO3Na2CO3CO2H2O和Na2CO3CO2H2O=2NaHCO3属于可逆反应吗？提示不属于可逆反应，因为两个反应的反应条件不相同。2在一密闭容器中通入2 mol SO2和1 mol O2，一定条件下，经足够长的时间，最终能否得到2 mol SO3?提示不能，该反应是可逆反应，反应不能完全进行到底，生成SO3的物质的量小于2 mol。二、化学反应限度1化学反应的限度可逆反应在同一条件下既可以向正反应方向进行，同时又可以向逆反应方向进行，反应物不能完全转化为生成物，即可逆反应有一定的限度。2化学平衡的建立对于可逆反应2SO2O22SO3，在一定温度下，将2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)通入一定体积的密闭容器中。其化学反应速率与时间关系如图所示。分析回答下列问题： (1)反应开始时，正反应速率最大，原因是反应物浓度最大；逆反应速率为0，原因是生成物浓度为0。(2)反应进行中，正反应速率的变化是逐渐减小，原因是反应物浓度逐渐减小； 逆反应速率的变化是逐渐增大，原因是生成物浓度逐渐增大。(3)反应一段时间(t1)后，正反应速率和逆反应速率的关系是大小相等，反应物的浓度不再改变 ，生成物的浓度不再改变。3化学平衡状态(1)化学平衡状态的概念：如果外界条件(温度、浓度、压强等)不发生改变，当可逆反应进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率相等，反应物的浓度与生成物的浓度不再改变，达到一种表面静止的状态，称为“化学平衡状态”，简称化学平衡，化学平衡研究的对象是可逆反应。(2)化学平衡状态的特征：等：v正v逆0；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；定：反应物的浓度和生成物的浓度不再改变；变：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。【自主思考】3当可逆反应达到平衡，反应停止了吗？提示没有停止反应，只是两向速率相等，但不为零。4在密闭容器中进行反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)，当SO2、O2、SO3的浓度之比为212时能否说明该反应达到化学平衡状态？提示不能，因为不能说明各组分的浓度一定不变，也不能说明该反应的正、逆反应速率相等。效 果 自 测1判断(1)2H2O22H2O与2H2O2H2O2互为可逆反应。()(2)通过改变反应条件，可逆反应中反应物的转化率可达到100%。()(3)SO2和O2的反应可写为2SO2O22SO3。()(4)化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等。()(5)可逆反应达到平衡后，正反应和逆反应都停止。()(6)若将1 mol N2和3 mol H2充入密闭容器中充分反应，最终生成2 mol NH3。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)2CO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()ACO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CCO和H2以12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。答案D探究一化学平衡特征【合作交流】1从正反应方向建立平衡状态，正逆反应速率如何变化？提示v正减小，v逆增大，平衡时v正v逆。2对于N23H22NH3反应，达到平衡时，v正(N2)v逆(H2)，对吗？提示不对，平衡时v正(N2)v逆(H2)。【点拨提升】化学平衡状态的特征【典题例证1】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 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。答案A 【学以致用1】下图是可逆反应X23Y22Z在反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线，下列叙述不正确的是()At1、t2时，用不同物质表示正、逆反应速率有2v(X2)v(Z)Bt2时，反应已达到了一定限度Ct2t3，反应不再发生Dt2t3，各物质的浓度不再发生变化解析对于任何化学反应，无论在何时，用不同物质表示同一反应的化学反应速率时，均存在反应速率之比等于化学计量数之比，A项正确；t2t3，反应达到一定的限度，但没有停止，B项正确，C项错误；此时各物质的浓度不再发生变化，D项正确。答案C探究二化学平衡状态判断方法【合作交流】3对于可逆反应2NO2(g)2NO(g)O2(g)，能够说明反应达到平衡的标志有哪些？请举例说明(写出两条)。提示气体颜色不再变化各物质的浓度、物质的量不再变化气体总物质的量不再变化【点拨提升】化学平衡状态的判断方法(1)根据正、逆反应速率相等同一物质：同一种物质的生成速率消耗速率，即v正(A)v逆(A)。不同物质：不同方向的化学反应速率之比化学计量数之比，即v正(A)v逆(B)A、B的化学计量数比。(2)根据各组分浓度不变各组分质量、物质的量、分子个数、物质的量浓度不变；对于有颜色变化的可逆反应，颜色不再改变；反应物的转化率不再变化。各组分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数不变。反应前后气体化学计量数改变的反应：气体的总物质的量、恒温恒容条件下气体的总压强不变。恒温恒容条件下，有气体参加且物质状态反应前后改变的反应：混合气体的密度不变。恒温恒压条件下，反应前后全是气体且气体化学计量数改变的反应：混合气体的密度不变。恒容绝热条件下：反应混合物的温度不变。关键提醒如下情况不能说明可逆反应达到化学平衡状态(1)对于反应前后气体化学计量数相等的反应，气体总物质的量不变或气体总压强不变。(2)全部由气体参加和生成的反应，恒容时气体密度不变。(3)各组分的浓度相等或成某一比例。(4)不指明v正或v逆，或指明v正或v逆，但用不同物质表示时的比例关系不符合化学计量数之比。(5)反应物和生成物全部是气体，且反应前后气体化学计量数不变的反应，平均相对分子质量不变。【典题例证2】在一定条件下，恒温恒容密闭容器中进行可逆反应：N23H22NH3，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()单位时间内生成n mol N2同时生成3n mol H2；H2的生成速率等于NH3的生成速率；一个NN键断裂的同时，有三个HH键形成；容器中N2、H2、NH3的浓度之比为132；反应物浓度等于生成物浓度；混合气体的总物质的量不变。解析判断化学平衡状态的标志有：v(正)v(逆)，叙述的都是逆反应，根据计量数之比，转换为同一物质时v(正)v(逆)，叙述的是一正一逆两个反应，转化为同一物质时v(正)v(逆)，、不能说明，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，、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，可以。答案【学以致用2】在恒温恒容条件下，下列叙述不是可逆反应A(g)3B(g)2C(g)达到平衡的特征的是()C的生成速率与C的分解速率相等单位时间内生成n mol A，同时生成3n mol B单位时间生成n mol A，同时生成2n mol Cv正(A)v正(B)混合气体的压强不再变化混合气体的物质的量不再变化B的物质的量浓度不再变化A、B、C的分子个数比为132ABCD解析C的生成速率是正反应速率，C的分解速率是逆反应速率，能说明达到平衡；生成n mol A同时生成3n mol B均是逆反应，不能说明达到平衡；生成n mol A为逆反应，生成2n mol C即消耗n mol A，能说明达到平衡；没有逆反应速率，不能说明达到平衡；本反应是一个气体总物质的量改变、混合气体的总压强改变、A、B、C浓度改变的反应，它们不变时能说明可逆反应到达平衡状态；分子个数比不能说明A、B、C的浓度是否不变，不能说明达到平衡。答案A1下列不属于可逆反应的是()APbPbO22H2SO42PbSO42H2OBN23H22NH3CCl2H2OHClHClOD2NO2N2O4解析可逆反应要求是在同一条件下既能向正反应方向又能向逆反应方向进行的反应，选项A中逆反应需要在外加电源的条件下进行，与正反应条件不同，是在不同条件下进行的反应，故不是可逆反应。答案A2对化学反应限度的叙述，错误的是()A化学反应的限度不可改变 B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无关D任何可逆反应都有一定的限度解析化学反应的限度可通过改变外界条件而改变。答案A3可逆反应2NO22NOO2在密闭容器中反应 ，达到平衡状态的标志是()单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为221的状态混合气体的颜色不再改变的状态ABCD解析表示v(正)v(逆)，正确。不能表示v(正)v(逆)，不正确。只要发生反应，就有v(NO2)v(NO)v(O2)221，错误。混合气体颜色不变，说明各物质浓度不变，正确。答案A4在373 K时，密闭容器中充入一定量的NO2和SO2，发生如下反应：NO2SO2NOSO3。平衡时，下列叙述正确的是()NO和SO3的物质的量一定相等NO2和SO2的物质的量一定相等体系中的总物质的量一定等于反应开始时总物质的量SO2、NO2、NO、SO3的物质的量一定相等A和B和C和D和解析充入的是NO2和SO2，又NO和SO3的化学计量数之比为11，其物质的量一定相等；充入NO2、SO2的量不知道，平衡时不一定相等；反应过程中压强保持不变，则总物质的量保持不变；充入SO2、NO2的量不确定，则平衡时反应物和生成物不一定相等。故选C。答案C5在一定温度下的定容容器中，当下列物理量不再发生变化时：混合气体的压强，混合气体的密度，混合气体的总物质的量，混合气体的平均相对分子质量，混合气体的颜色，各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比，某种气体的百分含量(1)能说明2SO2(g)O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是_。(2)能说明I2(g)H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是_。(3)能说明2NO(g)N2O4(g)达到平衡状态的是_。(4)能说明C(s)CO2(g)2CO(g)达到平衡状态的是_。(5)能说明A(s)2B(g)C(g)D(g)达到平衡状态的是_。答案(1)(2)(3)(4)(5)课时作业基础巩固1下列对可逆反应的认识正确的是()ASO2Br22H2O=H2SO42HBr与2HBrH2SO4(浓)=Br2SO22H2O互为可逆反应B既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应叫可逆反应C在同一条件下，同时向正、逆两个方向进行的反应叫可逆反应D在一定条件下SO2能被完全氧化成SO3答案C2在密闭容器中进行的可逆反应X2(g)Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 molL1、0.2 molL1、0.2 molL1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度可能是()AZ为0.3 molL1 BY2为0.35 molL1CX2为0.2 molL1DZ为0.4 molL1解析对于一个可逆反应，既可以从正反应方向开始建立平衡，也可以从逆反应方向开始建立平衡，反应达到平衡时，各物质的浓度都不为0，则有： X2(g) Y2(g) 2Z(g)起始： 0.1 molL1 0.2 molL1 0.2 molL1 0 0.1 molL1 0.4 molL1 0.2 molL1 0.3 molL1 0故Z的浓度小于0.4 molL1，X2的浓度小于0.2 molL1，Y2的浓度小于0.3 molL1。答案A3在5 mL 0.1 molL1KI溶液中滴加0.1 molL1 FeCl3溶液56滴后，再进行下列实验，其中可证明FeCl3溶液和KI溶液的反应是可逆反应的实验是()A再滴加AgNO3溶液，观察是否有AgI沉淀产生B加入CCl4振荡后，观察下层液体颜色C加入CCl4振荡后，取上层清液，滴加AgNO3溶液，观察是否有AgCl沉淀产生D加入CCl4振荡后，取上层清液，滴加KSCN溶液，观察是否有血红色解析反应本质为2Fe32I=2Fe2I2，故Cl未参与反应，B、C不正确；因反应中I过量故A不正确。答案D4下列对化学反应速率与化学反应限度的叙述，不正确的是()A当化学反应达到最大限度时反应速率为0B同一化学反应，若反应条件不同，限度可能不同C化学反应的限度影响了反应物在该条件下的最大转化率D反应物本身的性质是影响化学反应速率的决定性因素解析化学反应达到最大限度时，即达到了化学平衡状态；该状态是动态平衡，化学反应速率不为0。答案A5在一定条件下，向某容器中充入N2和H2合成NH3。以下叙述错误的是()A开始反应时，正反应速率最大，逆反应速率为零B随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后减小为零C随着反应的进行，逆反应速率逐渐增大，最后保持恒定D随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后与逆反应速率相等且都保持恒定解析随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，一段时间后，反应达到平衡状态，但此时反应并没有停止，只不过v正v逆0，故B项错误。答案B6在一定温度下，向密闭容器中充入一定量的NO2和SO2，发生反应：NO2SO2NOSO3，当化学反应达到平衡时，下列叙述正确的是()ASO2和SO3的物质的量一定相等BNO2和SO3的物质的量一定相等C反应混合物的总物质的量一定等于反应开始时NO2和SO2的总物质的量DSO2、NO2、NO、SO3的物质的量一定相等解析题中没有给出各物质的投料情况，NO2、SO2和NO、SO3的量之间没有必然的关系，可能相等，也可能不等，A、B、D项错；该反应反应前后气体分子数不变，故反应混合物的总物质的量一定等于反应开始时NO2和SO2的总物质的量，C项正确。答案C7一定温度下，可逆反应A(g)3B(g)2C(g)未达到平衡的是()AC的生成速率与C的分解速率相等B单位时间生成n mol A消耗4n mol BCA、B、C的浓度不再变化DC的百分含量达到最大值解析化学平衡的标志是正反应速率与逆反应速率相等。C的生成速率是正反应速率，C的分解速率是逆反应速率，A项达到平衡；A、B、C各物质的浓度不变化，是平衡状态的宏观表现，C项达到平衡；逆反应生成n mol A，同时生成3n mol B，对于正反应却消耗了4n mol B，说明v正v逆，反应向正反应方向进行，B项未达到平衡；C的百分含量达到最大值，说明反应达到限度，即D项达到平衡。答案B8对于反应A(g)B(g)3C(g)(正反应为放热反应)，下述为平衡状态标志的是()单位时间内A、B生成C的分子数与分解 C的分子数相等外界条件不变时，A、B、C浓度不随时间变化体系温度不再变化体系的压强不再变化体系的分子总数不再变化ABCD解析正、逆反应速率相等；浓度不变，说明已达平衡；如果该反应没有达到平衡则反应要和外界有能量的交换，必然导致体系温度改变，现在体系温度不变，说明已达平衡；、由于该反应是一个体积改变的反应，没有达到平衡之前，压强是改变的，分子总数也是改变的，只有平衡了，二者才不再改变，故均正确。答案D9一定条件下，对于反应X(g)3Y(g)2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)。达平衡时，X、Y、Z浓度分别为0.1 molL1、0.3 molL1和0.08 molL1，则下列判断不合理的是()c1c213平衡时，Y和Z的生成速率之比23X和Y的转化率不相等c1的取值范围为0c10，反应又是可逆的，故也正确。答案D10在一定温度下，容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如下图所示，下列表述中正确的是() A反应的化学方程式为2MNBt2时，正、逆反应速率相等，达到平衡Ct3时，正反应速率大于逆反应速率Dt1时，N的物质的量浓度是M的物质的量浓度的2倍解析本题主要考查化学反应速率和化学平衡的有关内容。从图像可知，t1时N的物质的量为6 mol，M的物质的量为3 mol，故N的物质的量浓度是M的2倍，同时也可以得出反应的化学方程式为2NM；t2时，M、N的物质的量虽然相等，但尚未达到平衡状态，因为此时M的物质的量还在增大，N的物质的量还在减小；t3时M、N的物质的量保持不变，说明反应已达到平衡状态，则此时正反应速率等于逆反应速率。故正确答案为D。答案D能力提升11在200 时，将a mol H2(g)和b mol I2(g)充入到体积为V L的密闭容器中，发生反应：I2(g)H2(g)2HI(g)。(1)反应刚开始时，由于c(H2)_，c(I2)_，而c(HI)_，所以化学反应速率_最大，而_最小(为零)。(2)随着反应的进行，反应混合物中各组分浓度的变化趋势为c(H2)_，c(I2)_，c(HI)_，从而化学反应速率v正_，v逆_。(3)当反应进行到v正与v逆_时，此可逆反应就达到了最大限度，若保持外界条件不变时，混合物中各组分的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数、反应物的转化率和生成物的产率及体系的总压强都将_。解析反应开始时，c(H2)和c(I2 )为最大值，正反应速率最大，由于此时没有HI，逆反应速率最小为0，随着反应进行c(H2)和c(I2)越来越小，正反应速率越来越小，逆反应速率逐渐变大，直到平衡时，v(正)v(逆)。答案(1)molL1molL10v正v逆(2)减小减小增大减小增大(3)相等保持不变12在2 L容器中有3种物质进行反应，X、Y、Z的物质的量随时间的变化曲线如图所示，反应在t时刻达到平衡。(1)该反应的化学方程式是_。(2)反应起始至t时刻，Y的平均反应速率是_。(3)关于该反应的说法正确的是_。A到达t时刻该反应已停止B在t时刻之前X的消耗速率大于它的生成速率C在t时刻正反应速率等于逆反应速率D在t时刻达到平衡是因为此时反应物总物质的量与生成物总物质的量相等解析(1)由图像知，从0t时刻，n(X)减小，n(Y)增大，n(Z)增大，可以确定X为反应物，Y、Z为生成物，n(X)n(Y)n(Z)0.81.20.4231，故该反应的化学方程式为2X3YZ。(2)v(Y) mol(Lmin)1。(3)化学平衡是一种动态平衡，故A错；在t时刻之前，可逆反应尚未达到化学平衡，此时v正(X)v逆(X)，故B对；在t时刻，可逆反应已达化学平衡，此时正、逆反应速率相等，故C对；在t时刻达到化学平衡是因为此时反应混合物中各组分的浓度不再变化，故D错。答案(1)2X3YZ(2) mol(Lmin)1(3)BC13在某一容积为5 L的密闭容器内，加入0.2 mol的CO和0.2 mol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的化学反应速率为_，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)。CO减少的速率和CO2减少的速率相等CO、H2O、CO2、H2的浓度都相等CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化解析(1)由图分析10 min达到平衡，CO2的浓度增加了0.03 molL1，则CO浓度减小0.03 molL1所以v(CO)0.003 mol(Lmin)1，由于起始时，H2浓度为0，所以达到平衡时c(H2)0.03 molL1；(2)CO减少的速率是正反应速率，CO2减少的速率是逆反应速率，可作为判断化学平衡的依据。答案(1)0.003 mol(Lmin)10.03 molL1(2)14在2 L密闭容器内，800 时反应2NO(g)O2(g)2NO2(g)体系中，n(NO)随时间的变化如表所示：时间/(s)012345n(NO)/(mol)0.0200.0100.0080.0070.0070.007(1)在第5 s时，NO的转化率为_。(2)如图中表示NO2变化曲线的是_。用O2表示02 s内该反应的平均速率v_。(3)能说明该反应已达到平衡状态的是_。av(NO2)2v(O2)b容器内压强保持不变cv逆(NO)2v正(O2)d容器内密度保持不变解析(1)由题数据知，5 s时，NO的转化率为100%65%。(2)由平衡体系2NO(g)O2(g)2NO2(g)知，NO2为生成物，在0 s时，c(NO2)0 molL1，随反应的进行，c(NO2)逐渐增大，当达到平衡时，c(NO2)0.006 5 molL1，故表示NO2变化曲线的为b。v(NO)0.003 mol(Ls)1，则v(O2)v(NO)0.001 5 mol(Ls)1。(3)a项中未指明正、逆反应速率，故无法说明该反应是否达到平衡状态；由于该反应是前后气体体积不相等的反应，当容器内压强保持不变时，说明该反应已达到平衡状态，故b项正确；c项中已说明正、逆反应速率相等，故说明该反应已达到平衡状态；由于气体总质量不变，气体总体积也不变，因此，无论该反应是否达到平衡，容器内密度总保持不变，故d项无法说明该反应是否达到平衡状态。答案(1)65%(2)b1.5103 mol(Ls)1(3)bc