第2章 第3节 第2课时 化学反应的限度(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中化学必修第二册（鲁科版2019）

第2课时　化学反应的限度 [素养目标]　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。2.理解化学平衡的特征，建立化学平衡的观点。3.了解化学平衡的标志及化学平衡的移动。 知识点一　可逆反应与化学平衡 1．可逆反应 (1)定义 在相同条件下，能同时向正、逆两个方向进行的反应。 (2)表示 用“”连接反应物和生成物。 2．化学平衡 (1)化学平衡状态的建立 过程 反应物、生成物浓度 正、逆反应速率 反应开始 反应物浓度最大，生成物浓度最小 v(正)最大，v(逆)为零，v(正)>v(逆) 反应过 程中 反应物浓度逐渐减小，生成物浓度逐渐增大 v(正)逐渐减小，v(逆)逐渐增大 达到平衡 反应物浓度和生成物浓度均不变 v(正)＝v(逆) (2)定义 在一定条件下可逆反应进行到一定程度时，反应物和生成物的浓度不再随时间的延续而发生变化，正反应速率和逆反应速率相等，这种状态称为化学平衡状态，简称化学平衡。达到化学平衡时，正、逆反应仍在继续进行，因此化学平衡是一种动态平衡。 (3)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动态平衡，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相等而已。反应混合物中各组分的百分含量不变。 1．在密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，在一定条件下发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，当充分反应后，最终容器中能否得到2 mol SO3? 提示　不能。可逆反应不能进行彻底。 2.如图是可逆反应：X2＋3Y22Z2，在反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线。 (1)t1时反应是否达到平衡状态？t2时正、逆反应速率的关系是怎样的？ (2)t2～t3时间段反应是否停止了？各物质的浓度还发生变化吗？ 提示　(1)t1时，反应表达到平衡状态，正反应速率大于逆反应速率，t2时，反应达到平衡状态，此时，v(正)＝v(逆)。 (2)t2～t3时，反应已达到平衡状态，v(正)＝v(逆)≠0，反应仍在进行，各物质的浓度不再改变。 3．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？ 提示　不能，因为不能说明各组分的浓度一定不变，也不能说明正逆反应速率相等。 4．在恒容密闭容器中进行反应：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，反应一定达到平衡状态，因为压强恒定，说明各气体的物质的量恒定，密度恒定时，不一定达到平衡状态，因为气体的总质量守恒，容积不变，密度在任何时刻都不变。 【归纳提升】 1．可逆反应的特点 2．化学平衡状态的判断 反应 mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 混合体系中各成分的含量 各物质的物质的量或物质的量分数一定 平衡 各物质的质量或质量分数一定 平衡 总压强或总物质的量一定 不一定平衡 正、逆反应速率的关系 在单位时间内消耗了m mol A同时生成m mol A 平衡 在单位时间内消耗了n mol B同时消耗了p mol C 平衡 v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q 不一定平衡 在单位时间内消耗了p mol C同时消耗了q mol D[只有v(逆)] 不一定平衡 压强 m＋n＝p＋q时，总压强恒定 不一定平衡 m＋n≠p＋q时，总压强恒定 平衡 混合气体平衡相对分子质量 若m＋n≠p＋q，混合气体平均相对分子质量恒定 平衡 若m＋n＝p＋q，混合气体平均相对分子质量恒定 不一定平衡 温度 当体系温度一定时(绝热体系) 平衡 体系的密度 密度一定 不一定平衡 其他 如体系颜色不再变化等 平衡 题组一　化学平衡的特点 1．化学反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)在持续加热的条件下进行，向密闭容器中充入2 mol H2(g)和3 mol I2(g)，充分反应后，该密闭容器中(　　) A．2 mol H2(g)已耗尽 B．3 mol I2(g)已耗尽 C．HI(g)的物质的量等于4 mol D．HI(g)的物质的量小于4 mol 答案　D 2．在密闭容器中发生反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1和0.2 mol·L－1，则平衡时各物质的浓度不可能是(　　) A．X为0.2 mol·L－1 B．Y为0.1 mol·L－1 C．Z为0.3 mol·L－1 D．Z为0.1 mol·L－1时，Y为0.45 mol·L－1 解析　若将0.2 mol·L－1的Z完全转化为X和Y。此时，X的物质的量浓度为0.2 mol·L－1，而该反应为可逆反应，故X的物质的量浓度一定小于0.2 mol·L－1。 答案　A 题组二　化学平衡状态标志的判断 3．对于在密闭容器中、一定条件下进行的可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，能说明反应已达到平衡状态的是(　　) A．各物质体积分数相等 B．c(NH3)保持不变 C．各物质浓度相等 D．c(NH3)∶c(N2)∶c(H2)＝2∶1∶3 解析　平衡时各物质的体积分数、浓度比取决于反应开始时物质的投料比以及反应的程度，不能用来作为判断是否达到平衡状态的依据，A、C、D错误；达到化学平衡状态时，正、逆反应速率相等，各物质的浓度不再发生改变，B正确。 答案　B 4．对于反应2HI(g)H2(g)＋I2(g，紫色)，下列叙述能够说明已达到平衡状态的是(　　) A．混合气体的质量不再变化 B．温度和容积一定时，容器内压强不再变化 C．1 mol H—H键断裂的同时有2 mol H—I键断裂 D．各物质的物质的量浓度之比为2∶1∶1 解析　根据反应可知，反应物、生成物全部为气体，结合质量守恒定律可知，气体的质量在反应前后不发生变化，无法判断是否达到平衡状态，故A错误；该反应是反应前后气体分子数相等的反应，反应过程中压强始终不变，所以容器内压强不再变化，无法判断是否达到平衡状态，故B错误；1 mol H—H键断裂表示逆反应，2 mol H—I键断裂表示正反应，且正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故C正确；由于反应起始各物质的量没有给出，因此平衡状态时各物质的物质的量浓度之比不确定，即各物质的物质的量浓度之比为2∶1∶1，不能证明反应达到平衡状态，故D错误。 答案　C 化学平衡状态判断的依据 知识点二　化学平衡状态的改变 1．化学平衡的移动 化学平衡是在一定条件下建立起来的，当条件改变时，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： 2．影响化学平衡的因素 (1)温度：气体条件不变时，升高温度，平衡向吸热反应的方向移动；降低温度，平衡向放热反应的方向移动。 (2)其他因素：除温度外，反应物浓度、压强(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。 实验原理 2NO2(g)N2O4(g)反应放热 (红棕色)　　(无色)　　　　 实验现象 热水中混合气体颜色较常温下的深，冷水中混合气体颜色较常温下的浅 回答下列问题： 1．乙、丙两个装置中哪个装置中v(NO2)大？为什么？ 提示　乙中v(NO2)大。因为其他条件相同，升高温度化学反应速率加快，降低温度化学反应速率减慢。 2．乙、丙两个装置相比，气体颜色为何不同？ 提示　乙装置中气体颜色比甲中的更深，说明乙中c(NO2)更大，即反应：2NO2N2O4正向进行的程度较丙小一些。 3．从上述实验可得出什么结论？ 提示　升高温度平衡向吸热反应方向移动，降低温度平衡向放热反应方向移动。 【归纳提升】 1．化学反应速率与化学平衡的比较 概念 化学反应速率 化学平衡 定义 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 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 用不同物质表示的化学反应速率之比等于方程式中化学计量数之比 逆、动、定、变 影响因素 浓度、温度、压强、催化剂等 浓度、温度、压强 2.化学平衡的移动 可以用下列图示理解： v(正)＝v(逆) 1．在已处于化学平衡状态的体系中，如果下列量发生变化，其中一定能表明平衡移动的是(　　) A．反应体系各物质的浓度 B．反应物的转化率 C．正、逆反应速率 D．反应混合物的压强 解析　如果反应前后气体物质的量不变，压缩气体体积增大压强，反应体系各物质的浓度变大，但平衡不移动，A、D不符合题意；反应物的转化率发生变化，说明化学平衡发生移动，B符合题意；若正、逆反应速率变化量相等，则平衡不移动，C不符合题意。 答案　B 2．反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在密闭容器中进行并达到平衡状态，下列说法或结论正确的是(　　) A．其他条件不变时，将容器的体积缩小一半，化学平衡不移动 B．保持体积不变，充入少量He，体系压强增大，反应速率增大，化学平衡移动 C．反应达到平衡状态时，v正(CO)＝v逆(H2O) D．其他条件不变时，适当增加C(s)的质量，化学平衡正向移动 解析　将容器的体积缩小一半相当于增大压强，化学平衡向气体体积缩小的方向移动，即逆向移动，A错误；保持体积不变，充入少量He，压强增大，反应物和生成物的浓度不变，化学反应速率不变，化学平衡不移动，B错误；由于CO和H2O的系数均为1，故v正＝v逆表示正反应速率等于逆反应速率，化学反应达到平衡状态，C正确；固体反应物的浓度可视为常数，增加C的质量，化学平衡不移动，D错误。 答案　C 3．一定温度下，某恒容密闭容器中含有NO2、N2O4两种气体，从反应开始至达到平衡状态的过程中，两种物质的浓度随时间的变化如图所示： (1)表示NO2浓度变化的曲线是_____________________________，写出反应的化学方程式：__________________________________________________________________。 (2)从反应开始至达到平衡的过程中，用N2O4表示的反应速率v(N2O4)＝________。 (3)若平衡后改变温度，容器中气体平均摩尔质量变大，则反应向生成________(填“NO2”或“N2O4”)的方向进行。 解析　(1)根据图像可知，达到平衡时，x曲线代表的物质的浓度降低了8 mol·L－1，y曲线代表的物质的浓度增大了4 mol·L－1，因此表示NO2浓度变化的曲线是x，反应的化学方程式为2NO2N2O4。 (2)从反应开始至达到平衡的过程中，用N2O4表示的反应速率v(N2O4)＝＝＝0.4 mol·L－1·min－1。 (3)若平衡后改变温度，容器中气体平均摩尔质量变大，说明气体的物质的量变小，则反应向生成N2O4的方向进行。 答案　(1)x　2NO2N2O4　(2)0.4 mol·L－1·min－1　(3)N2O4 1．在一定的条件下，某可逆反应的正反应速率和逆反应速率随时间变化的曲线如图所示。下列说法错误的是(　　) A．t1时刻，v正>v逆 B．t2时刻，反应达到平衡状态 C．t3时刻，正、逆反应速率均为零 D．t3时刻，反应处于平衡状态 解析　根据图像可知：t1时刻，反应向正反应方向进行，正反应速率大于逆反应速率， A正确；根据图像可知：在t2时刻，正反应速率等于逆反应速率，反应达到平衡，B正确；根据图像可知：在t3时刻，反应达到平衡，正反应速率等于逆反应速率，但反应速率不为0，C错误；根据图像可知：t3时刻，正反应速率等于逆反应速率，则反应处于平衡状态，D正确。 答案　C 2．(2023·北京西城区高一月考)在一定条件下，对于密闭容器中进行的可逆反应：2SO2＋O22SO3(g)。下列说法不正确的是(　　) A．改变反应条件可以改变该反应的限度 B．达到平衡后，SO3、SO2、O2在密闭容器中共存 C．达到平衡后，反应停止 D．SO3、SO2、O2的浓度保持不变，说明该可逆反应达到了限度 解析　改变反应条件，如温度、压强、浓度等，可以改变反应的限度，A正确；该反应是可逆反应，达到平衡后，SO3、SO2和O2在密闭容器中共存，B正确；达到平衡后，正、逆反应速率相等，反应并未停止，C错误；SO3、SO2和O2的浓度保持不变，该反应达到平衡状态，即达到了反应限度，D正确。 答案　C 3．下列对于可逆反应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．反应已经停止 C．反应混合物中各组分的浓度不再改变 D．v(M)∶v(N)＝2∶1 答案　C 4．常温下，可逆反应2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)在恒容密闭容器中进行，下列表示反应达到平衡状态的标志的是(　　) 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混合气体密度不再改变 ④混合气体的颜色不再改变 ⑤密闭容器中压强不再改变 A．②③⑤ B.①③⑤ C．①④⑤ D．全部 答案　C 5．将0.2 mol·L－1的KI溶液和0.05 mol·L－1Fe2(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(　　) 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 已知：3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓(蓝色沉淀)。 A．①和② B.②和④ C．③和④ D．① 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，根据方程式可知碘离子过量，因此只需要证明溶液中含Fe3＋即可说明此反应为可逆反应，存在化学平衡。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，①正确；由于碘离子过量，所以向溶液中滴入AgNO3溶液一定有黄色沉淀生成，不能说明反应存在平衡，②错误；无论反应存不存在平衡，溶液中均存在Fe2＋，滴入K3[Fe(CN)6]溶液均有蓝色沉淀生成，③错误；无论反应存不存在平衡，溶液中均有I2，滴入淀粉溶液后溶液均变蓝色，故不能证明存在平衡，④错误。 答案　D 6．氢气是合成氨的重要原料，合成氨反应的化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。该反应为放热反应且每生成2 mol NH3，放出92.4 kJ的热量。 (1)当合成氨反应达到平衡后，改变某一外界条件(不改变N2、H2和NH3的量)，反应速率与时间的关系如图所示。图中表示反应处于化学平衡状态的时间段(t1时刻后)为________________________________________________________________________。 (2)在一定温度下，向一个容积为1 L的容器中通入2 mol氮气和8 mol氢气及固体催化剂，使之反应。已知平衡时容器内气体的压强为起始时的80%。 ①N2的转化率(反应物的转化浓度与该反应物的起始浓度比值的百分比)为________________________________________________________________________。 ②反应达到平衡时，放出热量为________(填字母)。 A．小于92.4 kJ B．等于92.4 kJ C．大于92.4 kJ D．可能大于或小于或等于92.4 kJ (3)下列能证明反应已达化学平衡的标志为________(填字母)。 A．压强不变 B．体系的温度不变 C．N2、H2、NH3的分子数之比为1∶3∶2 D．v正(N2)＝v正(H2) 解析　(1)v正＝v逆时，表明反应处于化学平衡状态，故t2～t3，t4～t5段符合。 (2)气体的压强为起始的80%，则气体的物质的量也为起始时的80%，则减少量为20%，因此，反应后气体的总物质的量减少(2 mol＋8 mol)×20%＝2 mol。 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) 1　　 3　　　　　　2　　 Δn＝2 Δn: 1 mol　3 mol　　　　 2 mol　2 mol 因此反应中有1 mol N2和3 mol H2反应生成2 mol NH3，则反应放出热量为92.4 kJ，N2转化率为×100%＝50%。 (3)因该反应是气体分子数减少且正反应为放热的反应，故压强、温度不变能证明反应达到化学平衡；反应达平衡时，N2、H2、NH3的浓度不再变化，与化学计量数之比无关，C错误；D项v正(N2)、v正(H2)同方向，不能说明反应到达平衡状态。 答案　(1)t2～t3、t4～t5　(2)①50%　②B　 (3)AB 学科网（北京）股份有限公司 $$