内容正文:
第2章
化学键 化学反应规律
第2章 化学键 化学反应规律
化 学
必修第二册
知 识 点 一
强 化 落 实
知 识 点 二
学 科 素 养
课 时 精 练
第3节 化学反应的快慢和限度
第2课时 化学反应的限度
第2章 化学键 化学反应规律
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知识点一 可逆反应和化学平衡状态
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知识点二 化学平衡移动
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课程标准解读
1.了解可逆反应的含义。
2.知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态。
3.体会从限度和快慢两个方面去认识和调控化学反应的重要性。
4.了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。
1.可逆反应
2.化学平衡状态
(1)化学平衡状态的建立
图像描述
文字描述
逆反应速率
(2)化学平衡状态
①概念:在一定条件下____反应进行到一定程度时,反应物和生成物的____不再随时间的延长而发生变化,__________和__________相等,这种状态称为化学平衡状态。
可逆
浓度
正反应速率
②特征
[判断正误](正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)对任何化学反应,只要一种反应物过量,就可以将另一种反应物完全转化为生成物。( )
(2)对反应:2Ag+Br2 eq \o(=====,\s\up17(CuO)) 2AgBr和2AgBr eq \o(=====,\s\up17(光照)) 2Ag+Br2,两个反应过程为可逆反应。( )
(3)将2 mol SO2和1 mol O2在一定条件下充分反应,反应后体系中只存在2 mol SO3。( )
×
×
×
√
(4)可逆反应达到平衡时,各组分的浓度都相同。( )
(5)可逆反应达到平衡时,反应就停止了。( )
(6)在一定条件下,当反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)达到平衡时,反应混合物中SO2、O2、SO3的物质的量之比一定为2∶1∶2。( )
(7)当一个可逆反应达到化学平衡状态,其根本原因是v正=v逆。( )
(8)一定条件下发生的可逆反应,当各物质的物质的量或物质的量分数不再变化时,该可逆反应一定达到化学平衡状态。( )
×
×
×
√
某实验小组模拟工厂中合成氨的反应,在容积不变的密闭容器中,发生合成氨的反应:N2+3H22NH3。
问题1 若在相同时间内消耗a mol N2同时生成2a mol NH3,是否达到了化学平衡状态?
问题2 若N2的浓度不随时间变化而变化时,能否说明已经达到化学平衡状态?
提示: 能。N2的浓度不再变化时,其他反应物或生成物的浓度也不再变化。
问题3 若反应中一个N≡N键断裂的同时,有6个N—H键断裂,能否说明已经达到化学平衡状态?
提示: 能。一个NH3中有三个N—H键。由方程式可知“一个N≡N”对应“6个N—H键”,N—H键断裂表示逆反应速率,N≡N键断裂表示正反应速率,且正逆速率相等。
问题4 若反应2v正(H2)=3v逆(NH3),能否说明已经达到化学平衡状态?
提示: 能。用不同物质的速率表示平衡要符合两个要点:速率之比等于化学计量数之比,且要体现正逆两个方向。
问题5 若容器内密度不再变化,能否说明已经达到化学平衡状态?
提示: 不能。反应容器体积不变,容器内气体总质量不变(遵循质量守恒),所以容器内的密度也是定值,密度不变不能说明达到平衡。
eq \a\vs4\al(名师点拨)
1.化学平衡状态判断方法的归纳
可逆反应达到化学平衡状态时有两个主要的特征:
一是正反应速率和逆反应速率相等;
二是反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变。
这两个特征就是判断可逆反应是否达到化学平衡状态的核心依据。
2.化学平衡状态的判断
反应
mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)
混合物体系中各成分的含量
各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定
平衡
各物质的质量或各物质的质量分数一定
平衡
各气体的体积或体积分数一定
平衡
总体积、总压强、总物质的量一定
不一定平衡
正、逆反应速率的关系
v(正)=v(逆)
平衡
压强
m+n≠p+q时,总压强一定(恒温恒容)或总体积一定(恒温恒压)或总物质的量一定
平衡
若m+n=p+q,总压强一定或总体积一定或总物质的量一定
不一定平衡
混合气体的平均相对分子质量( eq \x\to(M r))
当m+n≠p+q时,Mr一定
平衡
当m+n=p+q时,Mr一定
不一定平衡
温度
任何化学反应都伴随着能量的变化,当体系温度一定时(其他不变)
平衡
体系的密度(ρ)
密度一定
不一定平衡
其他
如体系颜色不再变化等
平衡
1.(2024·江苏启东中学高一月考)一定条件下,在密闭容器中进行反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),当N2、H2、NH3的浓度不再改变时,下列说法正确的是( )
A.N2、H2完全转化为NH3
B.N2、H2、NH3的浓度一定相等
C.正、逆反应速率相等且等于零
D.反应已达到化学平衡状态
D [此反应是可逆反应,N2、H2不能完全转化成氨气,故A错误;根据化学平衡状态的定义可知,是浓度不变,而不是相等,故B错误;化学平衡是动态平衡,正、逆反应速率相等,但不等于0,故C错误;根据化学平衡状态的定义,故D正确。]
2.在一定温度下,下列叙述不是可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g)达到平衡时的特征的是( )
①C的生成速率与C的分解速率相等
②单位时间内生成a mol A,同时生成3a mol B
③A、B、C的浓度不再变化
④A、B、C的压强不再变化
⑤混合气体的总压强不再变化
⑥混合气体的物质的量不再变化
⑦单位时间内消耗a mol A,同时生成3a mol B
⑧A、B、C的分子数之比为1∶3∶2
A.②⑧ B.①⑥ C.②④ D.③⑧
A [此反应是一个物质总量改变的反应,总压强也在改变,所以这些量不再改变也是判断平衡的标志之一。另外还要注意,本题要求选择的是“不是达到平衡的标志”。]
3.180 ℃时将0.5 mol H2和1 mol CO2通入1 L的恒容密闭容器中,反应生成甲醇蒸气(CH3OH)和某无机副产物,测得各物质的物质的量随时间的部分变化如图所示,下列说法中正确的是( )
A.该反应的化学方程式:CO2+3H2CH3OH+H2O
B.在0~3 min内H2的平均化学反应速率为0.2 mol·L-1·min-1
C.当容器内混合气体密度不再变化时,表明反应已经达到平衡状态
D.在3~10 min内,反应仍未达到平衡状态
A [由图知,消耗n(CO2)=(1-0.9)mol=0.1 mol,消耗n(H2)=(0.5-0.2)mol=0.3 mol,生成n(CH3OH)=0.1 mol,同一反应中参加反应的各物质的物质的量之比等于其分子个数之比,则n(CO2)∶n(H2)∶n(CH3OH)=0.1 mol∶0.3 mol∶0.1 mol=1∶3∶1,根据原子守恒知,还生成H2O,所以反应方程式为CO2+3H2CH3OH+H2O,故A正确;v(H2)= eq \f(\f(Δn,V),Δt) = eq \f(0.3 mol,1 L×3 min) =0.1 mol·L-1·min-1,故B错误;反应前后气体总质量不变、容器体积不变,则反应前后气体密度始终不变,所以气体密度不变不能作为平衡状态的判断标准,故C错误;在3 min时各物质的物质的量不变,反应达到平衡状态,则在3~10 min内,反应达到平衡状态,故D错误。]
1.探究温度对化学平衡的影响
实验原理
2NO2(g) N2O4(g) 反应放热
(红棕色) (无色)
实验现象
增大
吸热反应
浅
减小
放热反应
实验现象
热水中混合气体颜色较常温下的__,
冰水中混合气体颜色较常温下的__
实验结论
混合气体受热颜色变__,说明NO2浓度____,即平衡向________方向移动;混合气体被冷却颜色变__,说明NO2浓度____,即平衡向________方向移动
深
浅
深
2.化学平衡的移动
化学平衡是在一定条件下建立起来的,当条件____时,原来的化学平衡将被破坏,并在新的条件下建立起新的化学平衡。
此过程可以表示为:
改变
3.影响化学平衡的因素
除温度外,__________、____(有气体参加的可逆反应)等外界条件的改变也可以使化学平衡发生移动。
反应物浓度
压强
[判断正误](正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)化学平衡移动的根本原因是v(正)≠v(逆)。( )
(2)对于平衡:2NO2N2O4,改变条件使平衡发生移动,气体颜色一定加深。( )
(3)反应条件改变后,若正、逆反应速率仍然相等,则化学平衡发生移动。( )
(4)当外界条件改变后,正、逆反应速率都发生改变,则化学平衡一定发生移动。( )
√
×
×
×
(5)对一个建立的化学平衡体系,当其他条件不变时,温度升高,则化学平衡一定发生移动。( )
(6)增大反应物的量,则平衡一定向正向移动。( )
(7)可以通过改变温度控制可逆反应的反应限度。( )
(8)可以通过延长时间增大可逆反应的反应限度。( )
√
×
√
×
可乐和雪碧中都溶解了二氧化碳,当打开可乐或雪碧时,会看到有大量气泡产生。
问题1 二氧化碳在可乐和雪碧中存在着何种平衡?为什么打开后有大量气泡产生?
提示: 存在溶解平衡和化学平衡CO2+H2OH2CO3,当打开瓶塞,压强减小,CO2的溶解度减小,而且化学平衡向生成CO2的方向移动,因此有大量气泡产生。
问题2 化学平衡移动反应速率一定改变吗?反应速率变化平衡一定移动吗?
提示: 反应速率变化是化学平衡移动的前提条件,也就是说平衡发生移动,反应速率一定发生变化,但是反应速率发生变化平衡未必发生移动。
问题3 教材“观察·思考”中描述的反应体系,其中热水中的反应体系与冷水中的反应体系达到平衡后哪一个反应速率更快?
提示: 由于热水中的反应体系温度更高因此达平衡后反应速率更快。
问题4 在可乐和雪碧中为了溶解更多的二氧化碳,需要的温度高还是低?压强小还是大?
提示: CO2气体溶于水,溶解度受温度和压强的影响,低温或加压可以提高CO2的溶解度,而且CO2+H2OH2CO3,平衡在低温和加压的条件下向右移动,有利于CO2的溶解。
eq \a\vs4\al(名师点拨)
化学反应速率与化学平衡的关系
1.化学反应速率与化学平衡的比较
化学反应速率
化学平衡
概念
单位时间内反应物或生成物浓度的变化量
①条件一定;
②可逆反应;
③v(正)=v(逆)≠0;
④各物质的浓度一定
化学反应速率
化学平衡
研究对象
反应的快慢
反应的限度
研究范围
所有化学反应
可逆反应
特点
单位不同,速率数值不同,用不同物质表示其值可能不同
逆、动、等、定、变
影响因素
浓度、温度、压强、催化剂等
浓度、温度、压强
1.引起化学平衡移动的根本原因是( )
A.浓度的改变
B.压强的改变
C.使用了催化剂
D.正、逆反应速率的改变程度不同
D [其他条件一定时浓度和压强的改变可以使正、逆反应速率发生改变,但它们使化学平衡发生移动是通过改变正、逆反应速率来实现的,因此化学平衡移动的根本原因是正、逆反应速率的改变程度不同。使用催化剂可以改变反应速率,但它对正、逆反应速率的影响是相同的,即催化剂不能使化学平衡发生移动。]
2.对于密闭容器中的反应2NO2(g) N2O4(g),正反应为放热反应,若升高温度,则下列说法错误的是( )
A.气体的平均相对分子质量减小
B.混合物颜色加深
C.正反应速率增大
D.NO2的体积分数减小
D [正反应为放热反应,升高温度,正反应速率增大,正反应速率增大化学平衡向逆反应方向移动,体系中NO2的浓度增大,即NO2的含量增大,混合物的颜色加深。由于化学平衡向逆反应方向移动,则体系中气体的总物质的量增大,而气体的总质量不变,根据M= eq \f(m总,n总) 知,气体的平均相对分子质量减小。]
3.在一定温度下,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3.0 mol和6.0 mol,平衡时生成NH3的物质的量是2.4 mol。已知容器的容积为5.0 L,平衡时混合气体中N2的体积分数是________。
解析: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
起始/mol 3.0 6.0 0
转化/mol 1.2 3.6 2.4
平衡/mol 1.8 2.4 2.4
N2的体积分数= eq \f(1.8 mol,(1.8+2.4+2.4)mol) ×100%≈27.3%。
(1)可逆反应不能进行彻底,反应物与产物共存。
(2)反应体系达到平衡状态后各种物质的浓度和百分含量保持不变。
(3)正、逆反应速率同倍地增大或减小,化学平衡不移动。
(4)由于化学反应中的固态和纯液态物质的量的改变都不能改变反应速率,催化剂能同等程度地改变可逆反应的正、逆反应速率,因此,改变化学平衡体系中固态或纯液态物质的量及催化剂使用与否,都不影响化学平衡状态。
1.下列对于可逆反应的理解错误的是( )
A.可逆反应是指既能向正反应方向进行,又能向逆反应方向进行的反应
B.可逆反应的反应物与生成物之间只能用可逆号,而不能用等号
C.可逆反应的正反应和逆反应条件完全相同
D.可逆反应中,反应物不能全部转化为生成物
A [可逆反应向正反应方向和逆反应方向进行时,必须在相同的条件下,A项错误,C项正确;可逆反应方程式的典型特征是有可逆号,B项正确;可逆反应中同时存在反应物和生成物,D项正确。]
2.(2024·山东师范大学附属中学高一月考)下列对于反应2M(g)+N(g) 2P(g)达到平衡时的说法正确的是( )
A.M、N全部变成了P
B.反应停止了
C.混合物中各组分的浓度不再改变
D.v(M)∶v(N)=2∶1
C [该反应是可逆反应,所以反应物不可能完全转化为生成物,存在反应限度,故A项错误;反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等,但反应不停止,故B项错误;混合物中各组分的浓度不再改变是化学平衡状态的判断依据,故C项正确;v(M)∶v(N)=2∶1,正逆反应速率不一定相等,故D项错误。]
3.一定条件下,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( )
选项
正反应速率
逆反应速率
A
v(A)=2 mol·L-1·min-1
v(B)=2 mol·L-1·min-1
B
v(A)=2 mol·L-1·min-1
v(C)=2 mol·L-1·min-1
C
v(A)=1 mol·L-1·min-1
v(B)=2 mol·L-1·min-1
D
v(A)=1 mol·L-1·min-1
v(C)=1.5 mol·L-1·min-1
D [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。]
4.在一定温度下,将一定量的气体通入体积为2 L的密闭容器中发生反应,有关物质X、Y、Z的物质的量的变化如图所示。则下列有关推断正确的是( )
A.该反应的化学方程式为3Z===3X+2Y
B.t0时刻开始,X、Y、Z的质量不再改变
C.t0时,Z的浓度为1.2 mol·L-1
D.t0时,反应停止,反应速率为零
B [由图可知,X、Y的物质的量增大,为生成物,Z的物质的量减小,为反应物,达到平衡时,生成X 1.8 mol,生成Y 1.2 mol,消耗Z 1.8 mol,X、Y、Z的化学计量数之比为1.8∶1.2∶1.8=3∶2∶3,则反应的化学方程式为3Z3X+2Y,该反应是可逆反应,A项错误;达到化学平衡时各组分的浓度不再随时间变化,故X、Y、Z的质量也不再改变,B项正确;根据图像可知t0时Z的浓度为1.2 mol÷2 L=0.6 mol·L-1,C项错误;反应处于平衡时正逆反应速率相等,但不等于零,D项错误。]
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