第6章 第2节 第2课时 化学反应的限度 化学反应条件的控制-【金版教程】2024-2025学年高中化学必修第二册创新导学案word（人教版2019 不定项版）

第二课时　化学反应的限度　化学反应条件的控制 [学习目标]　1．结合实例体会可逆反应存在限度，理解化学平衡状态的特征，发展“变化观念与平衡思想”的核心素养。2．能够判断化学平衡状态，知道改变条件化学平衡会发生移动。3．了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。 1．可逆反应中化学平衡状态的建立 (1)过程 (2)图示 2．化学平衡状态 在一定条件下，可逆反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物的浓度与生成物的浓度都不再改变，达到一种表面静止的状态，简称化学平衡。 3．化学反应的限度 在一定条件下，可逆反应所能达到或完成的最大程度，即该反应进行的限度，化学反应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。任何可逆反应在给定条件下的进程都有一定的限度，只是不同反应的限度不同。 4．化学反应条件的控制 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)1 mol N2和3 mol H2在一定条件下可完全生成2 mol NH3。(　　) (2)在一定条件下，一个可逆反应达到的平衡状态就是该反应所能达到的最大限度。(　　) (3)化学反应在一定条件下建立平衡状态时，化学反应将会停止。(　　) (4)一个可逆反应的限度是确定的，不会随反应条件的改变而改变。(　　) (5)可逆反应达到平衡状态时，各反应物、生成物的浓度相等。(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)× 实验操作：取5 mL 0．1 mol/L KI溶液，向其中滴加0．1 mol/L FeCl3溶液5～6滴，继续加入2 mL CCl4，充分振荡。取上层清液，滴入2滴KSCN溶液。 实验现象：溶液分层，下层为紫红色；取上层清液滴加KSCN溶液后，溶液变红。 [问题探究] 1．根据实验操作和现象写出该反应的离子方程式，并分析该反应是否存在反应限度。 提示：2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2。根据溶液中下层为紫红色判断有I2生成，根据反应方程式可知I－过量，根据滴加KSCN溶液后溶液变红说明有Fe3＋存在，由以上分析可知该反应存在反应限度，为可逆反应。 2．反应物混合后，当K＋浓度不变时，能否说明反应达到了平衡状态？ 提示：K＋不参与反应，反应物混合后其浓度始终不变，故其浓度不变不能说明反应达到了平衡状态。 3．已知“SO2＋H2OH2SO3”是可逆反应，SO2使品红溶液褪色和褪色后复原是可逆反应吗？ 提示：两个反应不是同时进行的，不是可逆反应。 知识点　化学平衡状态 [重点讲解] 1．可逆反应的特点 2．化学平衡状态的特征 3．化学平衡状态的判断 (1)直接标志 ①v正(A)＝v逆(A) a．同一种物质的生成速率等于消耗速率； b．在化学方程式同一边的不同物质的生成速率与消耗速率之比等于化学计量数之比； c．在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于化学计量数之比。 ②各组分的浓度、质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变。 [特别提醒]　达平衡时各组分的浓度不变，但不一定相等或成比例。 (2)间接标志 ①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混合气体的密度不随时间的改变而变化(适用于等压条件下反应前后气体体积不等的反应和等容条件下有固、液体参与或生成的反应)。 ③平均相对分子质量保持不变(适用于全是气体参加、反应前后化学计量数改变的可逆反应)。 ④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。 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)不能判断反应达到平衡状态的几种情况 ①反应各组分的物质的量的变化量之比(或分子个数比)等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比的状态。 ②恒温恒容下Δn＝0(反应前后气体物质的量不变)的反应，体系的压强、气体总物质的量不随时间的改变而改变的状态。 ③全是气体参加且Δn＝0(反应前后气体物质的量不变)的反应，体系的平均相对分子质量不随时间的改变而改变的状态。 ④全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变的状态。 4．有关化学平衡的简单计算 解答有关化学反应速率和化学平衡的计算题时，一般需要写出化学方程式，列出起始量、转化量及平衡量，再根据题设其他条件和定律列方程求解。如： 设a、b分别是A、B两物质起始量，mx为反应物A的转化量，则： 　　　mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 起始量 　a　　　 b　　　0　　 0 转化量 　 mx　　 nx　　 px 　　qx 平衡量 　 a－mx b－nx px qx (1)关于反应物转化率的计算 A的转化率＝×100% (2)关于某组分的体积分数的计算 A的体积分数＝×100% [注意]　(1)转化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例。 (2)这里的量可指物质的量、质量、浓度、体积等。 (3)对反应物：平衡时的量＝起始的量－转化的量；对生成物：平衡时的量＝起始的量＋转化的量。同时要注意差量法、守恒法等简单计算方法在化学平衡中的应用。 [知识拓展]　极值法的应用 极值法是一种重要的分析方法。化学上采用极端假设(即假设某一组分完全反应)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。 [对点练习] [练1]　下列各组反应互为可逆反应的是(　　) ①2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O与CO2＋H2O＋Na2CO3===2NaHCO3 ②SO2＋H2O===H2SO3与H2SO3===SO2＋H2O ③N2＋3H22NH3与2NH33H2＋N2 ④NH3＋HCl===NH4Cl与NH4ClNH3↑＋HCl↑ A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 答案　B [练2]　N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)在体积不变的密闭容器中反应，下列叙述表示处于化学平衡状态的是(　　) A．N2、H2、NH3的浓度比为1∶3∶2 B．混合气体的密度不随时间而变化 C．当有1 mol N≡N键断裂时，有6 mol N—H键断裂 D．单位时间内消耗a mol N2的同时消耗3a mol的H2 答案　C 解析　A项，N2、H2、NH3的浓度比等于化学计量数之比时，不能确定是否处于平衡状态；B项，因容器的体积不变，混合气体的总质量不改变，则无论平衡与否，混合气体的密度均不变，不能确定是否处于平衡状态；C项，当有1 mol N≡N键断裂时，相当于有1 mol N2发生反应生成2 mol NH3，即生成6 mol N—H键，与有6 mol N—H键断裂符合v正(NH3)＝v逆(NH3)，故处于化学平衡状态；D项，消耗a mol N2的同时消耗3a mol H2是同向的，不管平衡与否，只要N2和H2反应就一定符合该比例，不能确定是否处于平衡状态。 [练3]　一定温度下，在恒容密闭容器中进行的可逆反应：2NO22NO＋O2。 下列描述中能够判断该反应处于平衡状态的是________(填序号)。 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的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2∶2∶1 ④混合气体的颜色不再改变 ⑤密闭容器中压强不再改变 ⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变 答案　①④⑤⑥ 解析　②中描述的都是正反应方向的速率，不能用来判断反应是否处于平衡状态；③中无论反应是否达平衡状态，同向的速率之比一定等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。 [规律方法] 利用“变量不变”的方法判断化学平衡状态 (1)选变量 选定反应中“变量”，即随反应进行而变化的量，当变量不再变化时，反应已达平衡。 (2)常见的变量 ①气体的颜色；②对于气体体积有变化的反应来说，恒压反应时的体积、恒容反应时的压强；③对于反应体系中全部为气体，且气体物质的量有变化的反应来说，混合气体的平均相对分子质量；④对于反应体系中不全部为气体的反应来说，恒容时混合气体的密度等。 (3)说明 在利用、ρ、n(总)、p(总)判断时要注意反应物状态和容器的体积变化问题。 1．下列措施不能提高燃料燃烧效率的是(　　) A．降低燃料的着火点 B．将液体燃料雾化处理 C．将煤进行气化处理 D．通入适当过量的空气 答案　A 2．催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。在恒容密闭容器中，CO2和H2在催化剂作用下发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) 。CO2、H2、CH3OH、H2O的浓度均不再改变时，下列说法正确的是(　　) A．CO2、H2、CH3OH、H2O的浓度一定相等 B．该反应已经达到化学平衡状态 C．CO2和H2完全转化为CH3OH和H2O D．CO2、H2的反应速率等于CH3OH、H2O的反应速率且为零 答案　B 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(　　) A．v正(A)＝2 mol·L－1·min－1，v逆(B)＝2 mol·L－1·min－1 B．v正(A)＝2 mol·L－1·min－1，v逆(C)＝2 mol·L－1·min－1 C．v正(A)＝1 mol·L－1·min－1，v逆(B)＝2 mol·L－1·min－1 D．v正(A)＝1 mol·L－1·min－1，v逆(C)＝1．5 mol·L－1·min－1 答案　D 4．为了探究FeCl3溶液和KI溶液的反应是否为可逆反应，向5 mL 0．1 mol·L－1 KI溶液中滴加5～6滴0．1 mol·L－1 FeCl3溶液，充分反应。下列实验操作能说明该反应是可逆反应的是(　　) A．再滴加AgNO3溶液，有黄色沉淀产生 B．再加入CCl4振荡后，下层液体显紫红色 C．再加入CCl4振荡后，取上层清液，滴加AgNO3溶液，有白色沉淀产生 D．再加入CCl4振荡后，取上层清液，滴加KSCN溶液，溶液呈红色 答案　D 5．在一密闭容器中通入A、B、C三种气体，保持一定温度，测得不同时刻各物质的浓度如表所示，则下列判断正确的是(　　) 测定时刻/s 浓度 t1 t2 t3 t4 c(A)/(mol·L－1) 6 3 2 2 c(B)/(mol·L－1) 5 3．5 3 3 c(C)/(mol·L－1) 1 2．5 3 3 A．在t3 s时反应已经停止 B．t3～t4 s内正、逆反应速率不相等 C．在容器中发生的反应为A(g)＋B(g)C(g) D．在t2～t3 s内A的平均反应速率为 mol·L－1·s－1 答案　D 解析　A项，由表中数据可知，从t3 s时刻开始各物质的浓度不再变化，达到化学平衡状态，但反应没有停止，错误；B项，t3～t4 s内正、逆反应速率相等，错误；C项，t1～t3 s内，A、B、C的浓度变化量之比为(6－2) mol·L－1∶(5－3) mol·L－1∶(3－1) mol·L－1＝2∶1∶1，且C为生成物，则反应为2A(g)＋B(g)C(g)，错误。 课时作业 [学习·理解] 本组内选择题只有1个选项符合题意。 1．下列不属于可逆反应的是(　　) A．Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O B．N2＋3H22NH3 C．Cl2＋H2OHCl＋HClO D．2NO2N2O4 答案　A 2．一定条件下，将A、B、C三种气体各1 mol通入一个密闭容器中发生反应：2A＋B2C，达到化学反应限度时，B的物质的量可能是(　　) A．0 B．0．5 mol C．0．75 mol D．1．5 mol 答案　C 3．下列措施，能使煤炭燃烧更充分，提高热能利用率的是(　　) A．多加煤以使炉火更旺 B．在煤炭中加入生石灰 C．把煤炭做成大煤球 D．把煤粉碎，在煤粉燃烧器中燃烧 答案　D 4．在一定条件下，使SO2和O2在一密闭容器中进行反应，下列说法不正确的是(　　) A．反应开始时，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，最后为零 C．随着反应的进行，逆反应速率逐渐增大，最后不变 D．随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后不变 答案　B 5．下列各关系式中能说明反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)已达平衡状态的是(　　) A．3v正(N2)＝v正(H2) B．v正(N2)＝v逆(NH3) C．2v正(H2)＝3v逆(NH3) D．v正(N2)＝3v逆(H2) 答案　C 解析　A项，都是正反应速率，无法确定是否达到平衡状态；B项，v正(N2)≠v逆(N2)，不是平衡状态；C项，v正(H2)＝v逆(H2)，处于平衡状态；D项，v正(N2)≠v逆(N2)，不是平衡状态。 6．将0．2 mol·L－1的KI溶液和0．05 mol·L－1的Fe2(SO4)3溶液等体积混合后，取混合液分别完成下列实验，能说明溶液中存在化学平衡“2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2”的是(已知Fe2＋遇K3[Fe(CN)6]产生蓝色沉淀)(　　) 实验编号 实验操作 实验现象 ① 滴入KSCN溶液 溶液变红色 ② 滴入AgNO3溶液 有黄色沉淀生成 ③ 滴入K3[Fe(CN)6]溶液 有蓝色沉淀生成 ④ 滴入淀粉溶液 溶液变蓝色 A．① B．②和④ C．③和④ D．③ 答案　A 解析　将0．2 mol·L－1的KI溶液和0．05 mol·L－1 Fe2(SO4)3溶液等体积混合后，I－过量，若不是可逆反应，Fe3＋全部转化为Fe2＋，则溶液中无Fe3＋，故只需要证明溶液中含Fe3＋，即能证明此反应为可逆反应，能建立化学平衡。向溶液中滴入KSCN溶液，溶液变红，则说明溶液中有Fe3＋，即能说明反应存在平衡。 7．如图所示是425 ℃时，在1 L密闭容器中发生化学反应的物质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 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错误。 8．一定温度下，0．1 mol N2(g)与0．3 mol H2(g)在密闭容器中发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，已知该条件下，1 mol N2(g)与3 mol H2(g)完全反应时放出热量a kJ。下列说法正确的是(　　) A．达到化学平衡状态时，反应放出0．1a kJ热量 B．达到化学平衡状态时，v(NH3)∶v(N2)＝2∶1 C．使用催化剂能够提高原料平衡转化率 D．升高温度，正反应速率减小，逆反应速率增大 答案　B 解析　由于是可逆反应，则达到化学平衡状态时，反应放出的热量小于0．1a kJ，A错误；反应速率之比是化学计量数之比，则达到化学平衡状态时，v(NH3)∶v(N2)＝2∶1，B正确；使用催化剂不能改变平衡状态，则不能够提高原料平衡转化率，C错误；升高温度，正反应速率和逆反应速率均增大，D错误。 9．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(g)，在催化剂存在的条件下高温加热，发生反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，反应放出热量。反应中CO2的浓度随时间变化的情况如图所示： (1)根据图中数据，从反应开始至达到平衡时，CO2的化学反应速率为____________；反应平衡时c(H2)＝____________。 (2)判断该反应达到平衡的依据是________(填序号)。 ①v正(CO)＝v逆(CO2) ②CO、H2O、CO2、H2的浓度都相等 ③CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化 ④正、逆反应速率都为零 答案　(1)0．003 mol·L－1·min－1　0．03 mol·L－1　(2)①③ [应用·实践] 本组内选择题有1个或2个选项符合题意。 10．下列描述的化学反应状态，不一定是平衡状态的是(　　) A．H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)，恒温、恒容下，反应体系中气体的颜色保持不变 B．2NO2(g)N2O4(g)，恒温、恒容下，反应体系中气体的压强保持不变 C．CaCO3(s)CO2(g)＋CaO(s)，恒温、恒容下，反应体系中气体的密度保持不变 D．3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)，反应体系中H2与N2的物质的量之比保持3∶1 答案　D 解析　A项，颜色的深浅与浓度有关，恒温、恒容下，反应体系中气体的颜色保持不变，说明溴分子的浓度不再发生变化，反应达到平衡状态；B项，正反应体积减小，则恒温、恒容下，反应体系中气体的压强保持不变可以说明反应达到平衡状态；C项，密度是气体的质量与容器容积的比值，气体质量是变化的，则恒温、恒容下，反应体系中气体的密度保持不变可以说明反应达到平衡状态；D项，因为初始量未知，反应体系中H2与N2的物质的量之比保持3∶1不能说明是否平衡。 11．在一定温度下，某容器内的某一反应中，X、Y的物质的量随反应时间的变化曲线如图所示，下列表述正确的是(　　) A．t1时，Y的浓度是X的浓度的2倍 B．反应的化学方程式为X2Y C．t2时，反应的正、逆反应速率相等，达到平衡状态 D．t3时，X、Y的量不再变化，但反应并未停止，正、逆反应速率不为零 答案　AD 解析　由图像知，反应中Y的物质的量减少，X的物质的量增多，则Y为反应物，X为生成物，Y、X的物质的量变化量之比为(8－2)∶(5－2)＝6∶3＝2∶1，则化学方程式为2YX，t1时X的物质的量为3 mol，Y的物质的量为6 mol，因此Y的浓度是X的2倍，故A正确，B错误；在t2时，X和Y的物质的量相等，但物质的量还在变化，故反应未达到平衡，故正、逆反应速率不相等，故C错误；在t3时，X和Y的物质的量不再随时间的变化而变化，反应达到平衡，此时正、逆反应速率相等，但不为零，故D正确。 12．在4 L密闭容器中充入6 mol A气体和5 mol B气体，在一定条件下发生反应：3A(g)＋B(g)2C(g)＋xD(g)，达到平衡时，生成了2 mol C，经测定，D的浓度为0．5 mol·L－1，下列判断正确的是(　　) A．x＝3 B．B的转化率为20% C．平衡时A的浓度为0．75 mol·L－1 D．达到平衡时，在相同温度下容器内混合气体的压强是反应前的85% 答案　BC 解析　n(D)＝0．5 mol·L－1×4 L＝2 mol，所以x＝2。 　 　　3A(g)＋B(g)2C(g)＋2D(g) 起始(mol) 6 5 0 0 变化(mol) 3 1 2 2 平衡(mol) 3 4 2 2 B的转化率＝×100%＝20%，c平(A)＝＝0．75 mol·L－1，n平＝(3＋4＋2＋2) mol＝11 mol＝n始＝6 mol＋5 mol＝11 mol，总的物质的量不变，压强不变。 13．乙酸乙酯能在多种条件下发生水解反应： CH3COOC2H5＋H2OCH3COOH＋C2H5OH，已知该反应的速率随c(H＋)的增大而加快。如图为CH3COOC2H5的水解速率随时间的变化图。下列说法中正确的是(　　) A．反应初期水解速率增大可能是溶液中c(H＋)逐渐增大所致 B．A、B两点表示的c(CH3COOC2H5)相等 C．图中t0时反应达到平衡状态 D．tB时CH3COOC2H5的转化率等于tA时 答案　A 解析　水解初期反应物浓度减小，c(CH3COOH)增大，c(H＋)增大，该反应的速率加快可能是c(H＋)逐渐增大所致，故A正确；A、B两点表示的v(CH3COOC2H5)相等，但随反应进行CH3COOC2H5不断消耗，则B点的c(CH3COOC2H5)小，转化率大，故B、D错误；t0后反应速率逐渐减小，并未保持不变，故t0时未达到平衡状态，C错误。 14．某温度下，在2 L密闭容器中X、Y、Z三种物质(均为气态)间进行反应，其物质的量随时间的变化曲线如图。据图回答： (1)该反应的化学方程式可表示为__________________________。 (2)反应起始至t min(设t＝5)，X的平均反应速率是__________________。 (3)在t min时，该反应达到了________状态，下列可判断反应已达到该状态的是________(填字母)。 A．X、Y、Z的反应速率相等 B．X、Y的反应速率比为2∶3 C．混合气体的密度不变 D．生成1 mol Z的同时生成2 mol X 答案　(1)2X3Y＋Z (2)0．08 mol·L－1·min－1 (3)化学平衡　D 解析　(1)由图像可以看出X为反应物，Y和Z为生成物，反应至t min时，Δn(X)＝0．8 mol，Δn(Y)＝1．2 mol，Δn(Z)＝0．4 mol，化学反应中，各物质的物质的量变化值与化学计量数呈正比，故Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)＝2∶3∶1，所以反应的化学方程式为2X3Y＋Z。 (2)v(X)＝＝＝0．08 mol·L－1·min－1。 (3)在t min时，反应中各物质的物质的量不再变化，反应达到化学平衡状态。A项，X、Y、Z的化学计量数不相等，则X、Y、Z的反应速率也不会相等；B项，用不同物质表示的化学反应速率之比等于化学计量数之比，无论平衡与否，X、Y的反应速率之比都为2∶3；C项，据ρ＝，由于反应体系的体积不变，气体的总质量不变，则混合气体的密度始终不变。 [创新·提高] 15．t ℃时，将2 mol SO2和1 mol O2通入体积为2 L的恒温恒容密闭容器中，发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，2 min时反应达到平衡，此时测得反应物O2还剩余0．8 mol。请填写下列空白： (1)从反应开始到化学平衡，生成SO3的平均反应速率为________________；平衡时SO2的转化率为__________。 (2)下列叙述能说明该反应已达到化学平衡状态的是________(填字母)。 A．容器内压强不再发生变化 B．SO2的体积分数不再发生变化 C．容器内气体原子总数不再发生变化 D．相同时间内消耗2n mol SO2的同时消耗n mol O2 E．相同时间内消耗2n mol SO2的同时生成n mol O2 (3)t ℃时，若将物质的量之比为1∶1的SO2和O2混合气体通入一个恒温恒压的密闭容器中，反应达到平衡时，混合气体体积减少了20%。SO2的转化率为______。 答案　(1)0．1 mol·L－1·min－1　20% (2)ABE　(3)80% 解析　(1)　 　2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) 1 0．5 0 0．2 0．1 0．2 0．8 0．4 0．2 v(SO3)＝＝0．1 mol·L－1·min－1，α(SO2)＝×100%＝20%。 (3)设SO2、O2的物质的量均为1 mol，恒温恒压时达到平衡，混合气体体积减少了20%，则反应过程中混合气体物质的量减小了0．4 mol，即反应了0．8 mol SO2，SO2的转化率为80%。 14 学科网（北京）股份有限公司 $$