第2章 第3节 第2课时 化学反应的限度-【优化探究】2025-2026学年新教材高中化学必修第二册同步导学案配套PPT课件（鲁科版）单选

第3节　化学反应的快慢和限度 第2课时　化学反应的限度 优化探究 第2章　化学键　化学反应规律 [学习目标]　1.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.体会从限度方面去认识和调控化学反应的重要性。3.认识化学变化是有条件的,学习运用变量控制方法研究化学反应。4.了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。 任务一　可逆反应 任务二　化学平衡 课时作业　巩固提升 任务一　可逆反应 1.认识化学反应存在限度 实验内容 向2 mL 0.01 mol·L-1 KI溶液中加入1 mL 0.01 mol·L-1 FeCl3溶液,再加入几滴0.1 mol·L-1 KSCN溶液 实验现象 溶液变为红色 理论解释 反应后溶液中仍然有　　  反应特点 反应进行不彻底,反应物与产物　　  离子方程式 2Fe3++2I-　　　　2Fe2++I2  Fe3+ 共存 ⥫⥬ 2.含义:在相同条件下同时向　　　　　两个方向进行的反应。  3.表示:用“　　　”连接反应物和生成物。  4.正反应和逆反应 对于反应NH3+H2O⥫⥬NH3·H2O,NH3和H2O生成NH3·H2O的反应称为正反应;NH3·H2O分解为NH3和H2O的反应称为逆反应。 正、逆 ⥫⥬ 1.在一定条件下,二氧化硫和氧气(物质的量的比为2∶1)经过足够长的时间,可以全部反应完。(　　) 2.氨气与水反应为可逆反应。 (　　) 3.可逆反应的反应物和生成物共存。 (　　) × √ √ 某班同学在探究SO2和O2在一定条件下反应时,发现无论O2的量再足量,SO2都不能完全转化为SO3,其n(SO3)随时间变化如图所示。 已知信息:一定条件下在密闭容器中充入SO2和18O2,反应一段时间,核素18O存在于SO2、O2和SO3中。 (1)试分析下列观点哪个正确,并对错误观点做出解释。 观点1 只有部分SO2和O2发生反应 观点2 SO2和O2全部转化为SO3后,部分又分解为SO2 观点3 SO2和O2生成SO3的同时,SO3又分解生成了SO2和O2 提示:观点3正确,观点1、观点2错误。 如果观点1正确,据信息,在SO2、O2和SO3的混合体系中,SO2分子中则不存在示踪核素18O。 如果观点2正确,则n(SO3)随时间的变化图像应为先增加到最大然后减小 到一定值,即: 。 (2)据以上信息,说明SO2和O2在一定条件下反应生成SO3的反应有什么特点? 提示:说明SO2和O2生成SO3的反应是不彻底的,是可逆反应。 归纳总结 可逆反应的特点 1.下列对可逆反应的认识正确的是(　　) A.SO2+Br2+2H2O===H2SO4+2HBr与2HBr+H2SO4(浓)===Br2+SO2↑+2H2O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称为可逆反应 C.在同一条件下,同时向正、逆两个方向进行的反应称为可逆反应 D.H2+Cl2 H2↑+Cl2↑互为可逆反应 C 解析:A、D项中反应条件不同,均不是可逆反应,错误;B项中也未强调在相同条件下,错误。 2.(2024·广东广州高一检测)科学家采用一种“机械化学”的新方法,在45 ℃和常压条件下,使N2和H2反应生成NH3。下列说法不正确的是(　　) A.该方法属于人工固氮 B.该反应是一个可逆反应 C.该反应的气体分子总数增加 D.原料N2可由分离液化空气获得 C 解析:人工固氮是将游离态的氮变成化合态的氮,故A正确;氮气和氢气在高温、高压和催化剂的条件下生成氨气,氨气在相同条件下生成氮气和氢气,故B正确;N2+3H2 2NH3,该反应的气体分子总数减少,故C错误;空气中氮气含有78%,原料N2可由分离液化空气获得,故D正确。 3.(2024·天津武清高一检测)下列各组两个反应互为可逆反应的是(　　) ①2Na+Cl22Na+Cl2↑ ②H2SO4(浓)+2HBr===2H2O+Br2+SO2↑与Br2+SO2+2H2O===2HBr+H2SO4 ③2NO2===N2O4与N2O4===2NO2 ④CO2+H2O===H2CO3与H2CO3===H2O+CO2↑ A.①②　　　　　　　　　 B.②③ C.③④ D.①④ C 解析:可逆反应的定义:在相同条件下,同时向正、逆两个方向进行的反应是可逆反应。①反应条件不一样,不是可逆反应,②物质不同,第一个反应物是浓硫酸,第二个生成物是稀硫酸,不是可逆反应,③在相同条件下,能够同时向正、逆两个方向进行,是可逆反应,④在相同条件下,能够同时向正、逆两个方向进行,是可逆反应。   任务二　化学平衡 1.化学平衡状态 (1)含义:在一定条件下　　　　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,正反应速率和逆反应速率　　　,这种状态称为化学平衡状态,简称化学平衡。  (2)化学平衡的特征 可逆反应达到平衡状态表现的特征有化学平衡状态是一种　　　　　,即达到化学平衡时正、逆反应并没有停止,只是正反应速率和逆反应速率　　　而已。反应混合物中各组分的百分含量不变。  可逆反应 浓度 相等 动态平衡 相等 2.化学平衡移动 (1)化学平衡移动 已达化学平衡的可逆反应中,当条件改变时,原来的化学平衡被破坏,并在新的条件下建立起新的化学平衡的过程。 (2)影响化学平衡的因素 ①实验探究温度改变对化学平衡的影响 实验原理 2NO2(g) ⥫⥬N2O4(g)　反应放热 　(红棕色)　　(无色) 实验内容   将装有二氧化氮和四氧化二氮混合气体的圆底烧瓶分别浸入冷水和热水中 实验 现象 浸到冷水中的混合气体颜色变　　,浸到热水中的混合气体颜色变　　  实验 分析 在实验过程中,可以观察到浸入冷水中的圆底烧瓶里的气体混合物颜色变　　,说明温度降低后原平衡状态被破坏,在新的条件下达到新的平衡状态,平衡时混合物中NO2的浓度　　　,N2O4的浓度　　　;浸入热水中的圆底烧瓶里的气体混合物颜色变　　,说明温度升高后原平衡状态被破坏,在新的条件下达到新的平衡状态,平衡时混合物中NO2的浓度　　　,N2O4的浓度　　　  解释与结论 其他条件不变时,升高温度平衡向　　　反应方向移动,降低温度平衡向　　　反应方向移动  浅 深 浅 减小 增加 深 增加 减小 吸热 放热 ②其他因素: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 教材拓展 转化率 反应物A的转化率可以表示为α(A)=×100%。 1.化学平衡移动的根本原因是v(正)≠v(逆)。 (　　) 2.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。 (　　) 3.影响化学平衡的因素有温度、反应物浓度、压强、催化剂等。 (　　) √ × × 1.对于可逆反应A+3B⥫⥬2C,如何理解如图的意义? 提示:开始时只有反应物A和B,没有生成物C,此时A和B的浓度最大,即v(正)最大,v(逆)为零。随着反应的进行,反应物的浓度不断减小,生成物的浓度不断增大,则v(正)逐渐减小,v(逆)逐渐增大,当反应进行到某一时刻时,v(正)=v(逆),这时反应就达到了化学平衡状态。 2.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2∶1∶2时,能否说明该反应达到化学平衡状态?原因是什么? 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。 3.对于在容积固定的密闭容器中进行的反应:2SO2(g)+O2(g)⥫⥬2SO3(g),当压强恒定时,一定达到平衡吗?密度一定时呢? 提示:压强恒定时,反应一定达到平衡,因为压强恒定,说明各气体的物质的量恒定;密度恒定时,不一定达到平衡,因为气体的总质量守恒,容积不变,密度在任何时刻都不变。 4.对于在容积固定的密闭容器中进行的反应:H2(g)+I2(g)⥫⥬2HI(g),当压强恒定时,一定达到平衡吗?密度或混合气体平均相对分子质量一定时呢? 提示:均不一定,因为该反应在反应前后气体的物质的量不变,所以压强、密度、混合气体平均相对分子质量均不变。 归纳总结 1.化学平衡的特征 (1)“逆”:可逆反应。 (2)“等”:平衡状态时,正、逆反应的速率相等。 (3)“动”:达平衡状态时,可逆反应并未停止,因此化学平衡是动态平衡,即v(正)=v(逆)≠0。 (4)“定”:平衡时,反应体系中各成分的含量(浓度或物质的量分数或气体的体积分数)保持恒定。 (5)“变”:改变条件,化学平衡状态发生改变。 2.化学平衡状态的判断标志 (1)直接标志 ①v(正)=v(逆) 同种物质 生成速率等于消耗速率 不同物质 生成速率与消耗速率之比等于化学计量数之比(一正反应和一逆反应) ②各组分的浓度保持一定 浓度 各组分的浓度不随时间的改变而改变 分数 各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变 (2)间接标志 ①恒温恒容反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体体积不等的反应)。 ②恒温恒压条件下,混合气体的密度不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体体积不等且无固体、液体参与或生成的反应)。 ③对于反应混合物中存在有颜色变化的物质的可逆反应,若体系中颜色不再改变,则反应达到平衡状态。 ④全是气体参加的反应前后化学计量数改变的可逆反应,平均相对分子质量保持不变。 ⑤对同一物质而言,断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。 3.化学平衡移动的理解 (1)化学平衡移动过程可表示为   (2)化学平衡移动的本质是不同程度地改变了v正和v逆,只有条件改变后v正≠v逆,平衡才发生移动。 1.(2024·浙江杭州高一检测)下列有关说法正确的是(　　) A.在化学平衡建立过程中,v正一定大于v逆 B.可逆反应都有一定限度,达到了化学平衡状态即达到了该反应的限度 C.化学反应达到平衡后,反应物和生成物的浓度或百分含量相等 D.在一定条件下,向密闭容器中充1 mol N2和3 mol H2充分反应,生成2 mol NH3 B 解析:在化学平衡建立过程中,若反应逆向进行,则v正小于v逆,A错误;在一定条件下,可逆反应经过一定时间反应后正、逆反应速率相等,则反应物和生成物的浓度不再发生变化,达到平衡状态,即达到了这个可逆反应所能达到的限度,B正确;化学反应达到平衡后,反应物和生成物的浓度或百分含量不一定相等,但一定不再发生改变,C错误;在一定条件下,向密闭容器中充1 mol N2和3 mol H2充分反应,由于合成氨反应为可逆反应,则生成NH3的物质的量小于2 mol,D错误。 2.在恒容密闭容器中,可逆反应C(s)+CO2(g)⥫⥬2CO(g)达到平衡状态的标志是(　　) ①单位时间内生成n mol CO2的同时生成n mol C ②单位时间内生成n mol CO2的同时生成2n mol CO ③CO2、CO的物质的量浓度之比为1∶2的状态 ④混合气体的密度不再改变的状态 ⑤混合气体的压强不再改变的状态 ⑥C的质量不再改变的状态 A.①④⑤⑥　　　　　　　 B.②④⑤⑥ C.②③⑤⑥ D.①②③④ B 解析:化学反应达到平衡状态时,正、逆反应速率相等,且不等于0,各物质的浓度不再发生变化,由此衍生的一些物理量不再发生变化。①生成二氧化碳和生成碳都是逆反应,其速率之比始终等于化学计量数之比,不能说明反应达到平衡状态,错误;②单位时间内生成n mol CO2的同时生成2n mol CO,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,正确;③CO2、CO的物质的量浓度之比决定于开始加入的多少和反应程度,与平衡状态无关,错误;④C为固体,平衡正向移动,气体质量增大,逆向移动,气体质量减小,所以混合气体的密度不变说明反应达到平衡状态,正确;⑤反应前后气体物质的量不同,所以压强不变说明反应达到平衡状态,正确;⑥C的质量不再改变,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,正确。 课时作业　巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 1 [基础对点练] 题组一　可逆反应 1.下列各组反应互为可逆反应的是(　　) ①2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O CO2+H2O+Na2CO3===2NaHCO3 ②SO2+H2O===H2SO3 H2SO3===SO2↑+H2O 9 10 11 ③2SO2+O2 2SO3 2SO3 2SO2+O2 ④NH3+HCl===NH4Cl NH4ClNH3↑+HCl↑ A.①②　　　　　　　　　 B.②③ C.③④ D.①④ 答案:B 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 2.500 ℃时,将2 mol N2和 2.25 mol H2充入体积为10 L 的恒容密闭容器中,反应达到平衡时,NH3的浓度不可能是(　　) A.0.1 mol·L-1 B.0.12 mol·L-1 C.0.05 mol·L-1 D.0.16 mol·L-1 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 D 3.下列反应不属于可逆反应的是(　　) A.Cl2溶解于水 B.氨气溶解于水 C.工业合成氨 D.水电解生成H2和O2与H2在O2中燃烧生成H2O 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 D 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:在相同条件下同时向正、逆两个方向进行的反应称为可逆反应,因此选项A、B、C都是可逆反应。D项中氢气与氧气反应需要点燃,水分解需要通电,反应条件不同,不是可逆反应。 11 题组二　化学平衡 4.(2024·云南红河高一检测)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.提高反应的限度可以提高反应物的利用率 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.化学反应达到最大限度时,可逆反应的正、逆反应速率为零 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 D 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:任何可逆反应的进程都有一定限度,A正确;提高反应的限度,可以使可逆反应正向移动,提高反应物的利用率,B正确;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,C正确;化学反应达到最大限度时,可逆反应的正、逆反应速率相等,但速率不为零,D错误。 11 5.(2024·福建福州高一检测)下列叙述表示可逆反应N2+3H2⥫⥬2NH3一定处于平衡状态的是(　　) A.N2、H2、NH3的浓度相等 B.单位时间内消耗a mol N2的同时消耗了3a mol H2 C.单位时间内消耗a mol N2的同时生成了3a mol H2 D.N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 C 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:化学平衡时,N2、H2、NH3的浓度不变而不是相等,故A不符合题意;单位时间,消耗a mol N2的同时消耗3 mol H2,都体现的正反应方向,未反映正与逆的关系,不能说明反应达到平衡,故B不符合题意;单位时间,消耗 a mol N2等效于消耗3a mol H2同时生成3a mol H2,正逆反应速率相等,说明反应达到平衡,故C符合题意;平衡时各物质的分子数之比取决于物质的起始物质的量和转化率,故N2、H2、NH3分子数之比为1∶3∶2,不能作为判断是否达到平衡状态的依据,故D不符合题意。 11 6.如图是可逆反应X2+3Y2 2Z的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线,下列叙述不正确的是(　　) A.t1、t2时,用不同物质表示正、逆反应速率有2v(X2)=v(Z) B.t2时,反应已达到了一定限度 C.t2~t3,反应不再发生 D.t2~t3,各物质的浓度不再发生变化 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 C 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 7.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 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 (2)判断该反应达到平衡的依据是　　　(填序号)。  ①CO减少的速率和CO2减少的速率相等 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)0.003 mol·L-1·min-1　0.03 mol·L-1 (2)①③ 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 解析:(1)由题图分析10 min达到平衡,CO2浓度增加了0.03 mol·L-1,则CO浓度减小0.03 mol·L-1,所以v(CO)==0.003 mol·L-1·min-1,由于起始时,H2浓度为0,所以反应达到平衡时c(H2)=0.03 mol·L-1。(2)化学平衡是动态平衡,平衡时正、逆反应速率相等,并不是停止反应。CO减少的速率是正反应速率,CO2减少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。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 [综合强化练] 8.(2024·湖南长沙高一检测)某温度下,在1 L恒容真空密闭容器中充入4.0 mol X,发生反应:2X⥫⥬Y+2Z,有关数据如下,下列说法正确的是(　　) 时间段/s 产物Z的平均生成速率/ (mol·L-1·s-1) 0~20 0.10 0~40 0.075 0~60 0.05 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 A.第10 s时,Y的浓度等于0.5 mol·L-1 B.第40 s时,Y的体积分数为33.3% C.40秒时,反应还未达到平衡状态 D.容器内气体的平均相对分子质量不再变化时,达到化学反应的限度 答案:B 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 解析:随着反应的进行,平均反应速率不断减小,第20秒时,Z的平均生成速率为0.10 mol·L-1·s-1,则第10秒时,Z的平均生成速率大于0.10 mol·L-1·s-1,Z的浓度大于0.10 mol·L-1·s-1×10 s=1 mol·L-1,此时Y的浓度大于0.50 mol·L-1,故A错误;反应过程中,始终满足Y、Z物质的量之比为1∶2的关系,所以第40秒时,Z的体积分数为×100%≈33.3%,故B正确;根据表中数据可知,40 s末Z的浓度为0.075 mol·L-1·s-1×40 s=3 mol·L-1,60 s末Z的浓度为0.05 mol·L-1·s-1×60 s= 3 mol·L-1,即40秒时,反应已达平衡状态,故C错误;反应过程中,始终满足Y、Z物质的量之比为1∶2的关系,所以混合气体的相对分子质量是定值,不能据此判断反应是否达到平衡状态,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 9.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,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 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 解析:由题图可知,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1.8 mol X、1.2 mol Y,消耗1.8 mol Z,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3Z⥫⥬3X+2Y,该反应是可逆反应,A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正确;根据图像可知t0时Z的浓度为=0.6 mol·L-1,C错误;根据可逆反应平衡的特征可知,反应处于平衡状态时正、逆反应速率相等,但不等于零,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 10.180 ℃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(CH3OH)蒸汽和某无机副产物,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:2CO2+4H2⥫⥬2CH3OH+O2 B.在0~3 min内H2的平均化学反应速率为 0.1 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 B 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 11.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: 时间(s) 0 1 2 3 4 5 n(NO)/ mol 0.020 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007 (1)如图表示各物质浓度的变化曲线,A点处v(正)　　　　(填“大于”“小于”或“等于”,下同)v(逆),A点正反应速率　　　　B点正反应速率。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 (2)图中表示NO2变化的曲线是　　　　。用O2表示从0~2 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　　　　　(填字母,下同)。  A.v(NO2)=2v(O2) 　　　 B.容器内压强保持不变 C.v逆(NO)=2v正(O2) D.容器内密度保持不变 (4)能使该反应的反应速率增大的是　　　　。  A.及时分离出NO2气体 B.适当升高温度 C.增大O2的浓度 D.选择高效催化剂 答案:(1)大于　大于　(2)b　1.5×10-3 mol·L-1·s-1　(3)BC　(4)BCD 11 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:(1)A点,反应未达平衡,由表中数据知n(NO)随反应进行不断减小,说明反应从正向开始,所以A点v(正)大于v(逆);A点处反应物的浓度大于B点,所以A点正反应速率大于B点正反应速率。 (2)图中纵坐标为浓度,平衡时消耗n(NO)=0.020 mol-0.007 mol=0.013 mol,生成n(NO2)=0.013 mol。平衡时c(NO2)=0.006 5 mol·L-1,所以NO2的变化曲线为b。0~2 s内,NO的消耗浓度为=0.006 mol·L-1,故v(O2)==1.5×10-3 mol·L-1·s-1。 11 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 (3)A表示的是同一方向的速率,在任何时候都成立,而D中容器的体积及气体的总质量都不变,气体的密度也始终不变。 (4)分离出NO2气体后,浓度减小,反应速率减慢,而适当升高温度,选择高效催化剂及增大反应物浓度都会使反应速率增大。 11 $$