专题6 第1单元 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（苏教版2019）

第2课时　化学反应的限度 课程目标 核心素养 1．认识可逆反应，了解化学平衡的含义。 2．会判断化学平衡状态。 3．了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。 1．变化观念与平衡思想 认识化学变化有一定的限度，并可以多角度、动态地分析化学反应。 2．证据推理与模型认知 通过分析推理认识化学平衡状态的特征并利用模型进行判断。 [对应学生用书P5] 知识点一　可逆反应 1．FeCl3溶液和KI溶液反应程度的探究 (1)实验现象及结论 实验步骤 现象 结论 ①向KI溶液中滴加FeCl3溶液 溶液由无色变成__黄褐__色 有__碘单质__生成 ②向①的溶液中滴加苯，振荡、静置 液体分层，下层呈__浅绿__色，上层呈__紫红__色 Fe3＋被还原成__Fe2＋__，I－被氧化成__I2__ ③取②的下层溶液，滴加KSCN溶液 溶液呈__血红__色 下层溶液中含有__Fe3＋__ (2)反应实质 由实验可知，反应物Fe3＋(I－过量条件下)__不能完全__转化为生成物(Fe2＋)，即Fe3＋与I－发生的反应是有一定__限度__的；Fe3＋与I－发生反应的离子方程式为　2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2　。 2．可逆反应 在相同条件下，既能向__正__反应方向进行，同时又可以向__逆__反应方向进行的化学反应称为可逆反应。其特征为反应不能进行到底，只能进行到一定程度，反应有一定限度。 1．2H2＋O22H2O和2H2O2H2↑＋O2↑是可逆反应吗？ 提示　不是，因为可逆反应必须是在同一条件下正、逆反应同时进行。 2．把1 mol N2和3 mol H2充入密闭容器中充分反应，最终可以生成2 mol NH3吗？ 提示　不能；因为该反应为可逆反应，反应不能进行到底，故不能生成2 mol NH3。 3．如何证明一个反应是可逆反应，且反应有一定的限度？ 提示　要探究化学反应的可逆性，可以在某一反应物相对过量的前提条件下，检验另一种反应物和某种生成物都存在，从而证明化学反应没有彻底进行，即化学反应有一定的可逆性和反应限度。 4．Cl2和H2O反应吗？反应彻底吗？列举事实可以证明二者的反应是有一定限度的。 提示　氯水能使紫色石蕊试液先变红后褪色，说明二者生成了新物质，而氯水呈浅黄绿色说明Cl2分子并没有和过量的水完全反应，二者是有限度的反应。 1．可逆反应的特点 2．表示方法 书写可逆反应的化学方程式时不用“===”而用“”。 例如：Cl2＋H2OHCl＋HClO、 SO2＋H2OH2SO3、 N2＋3H22NH3等。 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)CO2＋H2OH2CO3与H2CO3CO2＋H2O互为可逆反应。(　　) (2)可逆反应中一种反应物过量时，另一反应物可完全转化。(　　) (3)可逆反应应用“”表示。(　　) (4)可逆反应中先进行正反应再进行逆反应。(　　) 答案　(1)√　(2)×　(3)√　(4)× 2．下列各组两个反应互为可逆反应的是(　　) ①H2＋Cl22HCl与2HClH2↑＋Cl2↑ ②H2SO4(浓)＋2HBr===2H2O＋Br2＋SO2↑与Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4 ③2NO2===N2O4与N2O4===2NO2 ④2SO2＋O22SO3与2SO32SO2＋O2 A．①②　　　　　　 B．②③ C．②④ D．③④ 解析　可逆反应的要求是同时同条件下，正、逆反应都能进行。①中两个反应的条件不同。②中第一个反应的反应物是浓硫酸，第二个反应生成的是稀硫酸，所以①②错误。③④符合上述要求，所以③④是可逆反应。 答案　D 知识点二　化学平衡状态 1．化学平衡的建立 (1)反应开始时 (2)反应进行中 (3)反应平衡时，c(反应物)、c(生成物)均不变，v(正反应)__＝__v(逆反应)。 2．化学平衡的概念 可逆反应在一定条件下进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率__相等__，反应物和生成物的浓度__不再改变__的状态。 3．化学平衡的特征 [特别提醒] (1)在化学反应达到化学平衡状态时，各组分的浓度及质量分数、体积分数均保持不变，但不一定相等，也不一定符合化学计量数之比。 (2)化学平衡状态是建立在一定条件(浓度、温度、压强等)之上的。当外界条件改变时，化学平衡可能被破坏，也可能不被破坏。 1．在一定条件下，一个可逆反应进行到最大限度就是达到化学平衡状态，这时正、逆反应都停止了吗？ 提示　可逆反应达到化学平衡状态，反应并没有停止，正、逆反应仍在进行，只是正、逆反应速率相等。 2．对于反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)，温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化，能否判断该反应达到化学平衡状态？ 提示　混合气体的颜色不变，说明各成分气体的浓度不发生变化，该反应达到化学平衡状态。 3．工业合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，反应容器的体积和温度不发生改变时，压强不发生变化能否表明该反应达到化学平衡状态？ 提示　能；因为容器的体积和温度不变时，若反应未达到平衡状态，则混合气体的物质的量是变化的，其压强是变化的，故压强不变能表明该反应达到化学平衡状态。 判断化学平衡状态的方法 以mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)为例： 1．两方法——逆向相等、变量不变 (1)“逆向相等”：反应速率必须一个是正反应的速率，一个是逆反应的速率，且经过换算后用同一种物质表示的正反应速率和逆反应速率相等。 (2)“变量不变”：如果一个量是随反应进行而改变的，当不变时为平衡状态；一个随反应的进行保持不变的量，不能作为判断平衡状态的依据。表现为 ①若m＋n≠p＋q，则混合气体的总物质的量、总体积、总压强、平均摩尔质量、密度不随时间改变而改变时，可以作为判断平衡状态的依据。若m＋n＝p＋q，则混合气体的总物质的量、总体积、总压强、平均摩尔质量、密度不随时间改变而改变时，不能作为判断平衡状态的依据。 ②反应体系中有色物质的颜色不再改变。如2NO2(g)N2O4(g)(N2O4气体为无色，NO2气体呈红棕色)，在恒温恒容密闭容器中，若混合气体的颜色不再发生变化，说明反应达到了平衡状态。 2．两标志——本质标志、等价标志 (1)本质标志：v(正)＝v(逆)≠0。对于某一可逆反应来说，正反应消耗某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率。 (2)等价标志 类型 判断依据 平衡状态 混合物体系中各成分的含量 ①各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定 平衡 ②各物质的质量或各物质的质量分数一定 平衡 ③各气体的体积或体积分数一定 平衡 正、逆反应速率的关系 ①在单位时间内消耗了m mol A，同时生成m mol A，即v(正)＝v(逆) 平衡 ②在单位时间内消耗了n mol B，同时生成p mol C，则v(正)不一定等于v(逆) 不一定 ③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q，v(正)不一定等于v(逆) 不一定 ④在单位时间内生成n mol B，同时消耗q mol D，二者变化均表示v(逆) 不一定 1．在体积固定的容器中，对于反应A(g)＋B(g)3C(g)(正反应为放热反应)，下列叙述为平衡状态标志的是(　　) ①单位时间内A、B生成C的分子数与C分解的分子数相等　②外界条件不变时，A、B、C浓度不随时间变化　③体系温度不再变化　④体系的压强不再变化　⑤体系的分子总数不再变化 A．①②　　　　　　　　 B．①②③ C．①②③④ D．①②③④⑤ 解析　①同一物质的正、逆反应速率相等；②浓度不变，说明已达平衡；③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；④⑤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，二者才不会改变，故①②③④⑤均正确。 答案　D 2．在一定条件下，反应2A(g)＋2B(g)3C(g)＋D(g)达到平衡状态的标志是(　　) A．单位时间内生成2n mol A，同时生成n mol D B．容器内压强不随时间变化而变化 C．单位时间内生成n mol B，同时消耗1.5n mol C D．容器内混合气体密度不随时间变化而变化 解析　正逆反应同时在进行，单位时间内生成2n mol A，同时生成n mol D，A项正确；单位时间内生成n mol B，同时消耗1.5n mol C，说明都是逆反应方向，不一定是平衡状态，C项错误；因为本反应反应前后气体总体积不变，无论反应开始进行，还是达到平衡，体系的压强始终不变，B项错误；本反应是一个气态反应，在恒容条件下，混合气体的密度无论起始还是达到平衡，始终不变，D项错误。 答案　A 知识点三　化学平衡的计算 “三段式法”在化学平衡计算中的应用 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： mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 起始/mol a b 0 0 转化/mol mx nx px qx 平衡/mol a－mx b－nx px qx 1．关于反应物转化率的计算 A的转化率＝×100%(计算式中A的量可以指反应物的物质的量、质量、浓度、体积等)。 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a、b可指物质的量、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。 1．向某体积固定的密闭容器中加入0.3 mol A、0.1 mol C和一定量(未知)B三种气体，一定条件下发生反应，各物质浓度随时间变化如图所示。已知在反应过程中混合气体的平均相对分子质量没有变化。请回答： (1)密闭容器的体积是____________L。 (2)若t1＝15时，则t0～t1阶段以C物质浓度变化表示的反应速率为v(C)＝____________。 (3)写出反应的化学方程式：________________________________。 (4)B的起始物质的量是____________。 解析　(1)根据加入0.3 mol A，图像中的浓度为0.15 mol·L－1可知，容器的体积为2 L；(2)t0～t1阶段C物质浓度变化为0.11 mol·L－1－0.05 mol·L－1＝0.06 mol·L－1，故t0～t1阶段以C物质浓度变化表示的反应速率为v(C)＝＝0.004 mol·L－1·s－1；(3)反应过程中混合气体的平均相对分子质量没有变化，说明该反应是一个等体积反应，根据浓度变化量之比等于化学方程式中的化学计量数之比，可写出化学方程式为3A(g)B(g)＋2C(g)；(4)根据化学方程式3A(g)B(g)＋2C(g)知，B的物质的量的变化量是C的一半，故B的物质的量的变化量是0.06 mol，因此B的起始物质的量是0.04 mol。 答案　(1)2　(2)0.004 mol·L－1·s－1 (3)3A(g)B(g)＋2C(g)　(4)0.04 mol 2．在容积为2 L的密闭容器中进行如下反应：A(g)＋2B(g)3C(g)＋nD(g)，开始时A为4 mol，B为6 mol,5 min末达到平衡，此时测得C的物质的量为3 mol，用D表示的化学反应速率v(D)为0.2 mol·L－1·min－1。 (1)根据题意，列出达到平衡时的三段式。 (2)平衡时A的转化率为多少？ (3)前5 min内用B表示的反应速率v(B)为多少？ (4)化学方程式中的n值为多少？ (5)达到平衡时C的体积分数是多少？ (6)平衡时气体的压强是起始时压强的多少倍？ 解析　 (1)A(g)＋2B(g)3C(g)＋nD(g) 起始/mol 4 6 0 0 转化/mol 1 2 3 n 平衡/mol 3 4 3 n (2)α(A)＝×100%＝25%。 (3)v(B)＝＝0.2 mol·L－1·min－1。 (4)＝0.2 mol·L－1·min－1，则n＝2。 (5)同温同容下，气体的体积分数即是物质的量分数，C的体积分数＝×100%＝25%。 (6)同温同容下，气体的压强之比等于物质的量之比，由题意知，平衡时气体的总物质的量＝(3＋4＋3＋2)mol＝12 mol，p(平衡)∶p(起始)＝＝1.2。 答案　(1)略　(2)25%　(3)0.2 mol·L－1·min－1 (4)2　(5)25%　(6)1.2 [对应学生用书P9] 1．假设某化学反应的反应过程如图所示： 观察分析，符合图中变化的化学反应为(　　) A．2A＋3B22AB3 B．2AB2＋B22AB3 C．2A2B＋5B2===4AB3 D．2AB2＋B2===2AB3 答案　B 2．反应2A(g)＋B(g)C(g)＋3D(g)，达到平衡时，下列说法正确的是(　　) A．A、B全部变成了C和D B．A、B、C、D四种物质的浓度一定相等 C．反应速率为零 D．单位时间内B消耗的物质的量和B生成的物质的量相等 解析　反应2A(g)＋B(g)C(g)＋3D(g)，达到平衡时，各组成含量保持不变，反应是可逆反应不能进行彻底，故A项错误；物质浓度和起始量、变化量有关，平衡状态下A、B、C、D四种物质的浓度不一定相等，故B项错误；达到平衡时v(正)＝v(逆)≠0，故C项错误；同一种物质的消耗速率和生成速率相等时，即反应达到平衡状态。 答案　D 3．可逆反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，达到平衡后，有关化学反应限度的说法正确的是(　　) A．v正＝0　　　　　 B．v逆＝0 C．v正＝v逆≠0 D．v正＝v逆＝0 解析　可逆反应达到平衡状态时正逆反应速率相等，但不为0，答案选C。 答案　C 4．如下图是可逆反应X2＋3Y22Z2在反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线，下列叙述正确的是(　　) A．t1时，只有正方向反应 B．t2时，反应没有到达限度 C．t2～t3，反应不再发生 D．t2～t3，各物质的浓度不再发生变化 解析　t1时，反应未达平衡状态，正反应速率大于逆反应速率，反应向正方向进行，既有正方向反应又有逆方向反应，A项错误；t2时，反应已经达到平衡状态，也就是反应的限度，B项错误；t2～t3时，反应已经处于平衡状态，正反应速率等于逆反应速率，正逆反应仍在进行，C项错误；t2～t3时，反应已经处于平衡状态，各物质的浓度不再随着时间的变化而变化，D项正确。 答案　D 5．(1)将一定量的CH4与水蒸气通入2 L的恒容密闭容器中发生反应，5 min后达到平衡，各物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示，该反应的化学方程式为_____________________________________________________________________________________(物质X要求用相应物质的化学式表示)，0～5 min内用H2表示的反应速率v＝______________，平衡时与起始时的压强之比为________________。 (2)下列说法能说明该反应已达到平衡状态的是___________________________。 A．体系的压强不再发生变化 B．生成1 mol CH4的同时消耗3 mol H2 C．各组分的物质的量浓度不再改变 D．体系的密度不再发生变化 E．c(H2)∶c(X)＝3∶1且不再变化 F．v正(H2O)＝3v逆(H2) (3)能够加快该反应的措施有_________________________________(任写两条)。 解析　(1)由图像可知，H2O、CH4、H2、X各物质的变化量分别为0.2 mol、0.2 mol、0.6 mol、0.2 mol，因变化量之比等于方程式的系数之比，则各物质前的计量数分别为1、1、3、1，再由原子个数守恒可知X为CO，故该反应的化学方程式为CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)；0～5 min内用H2表示的反应速率为：0.6 mol÷2 L÷5 min＝0.06 mol·L－1·min－1；反应前气体的总物质的量为1.4 mol＋1.0 mol＝2.4 mol，达到平衡后气体的总物质的量为：1.2 mol＋0.8 mol＋0.6 mol＋0.2 mol＝2.8 mol，故平衡时与起始时的压强之比为2.8 mol∶2.4 mol＝7∶6。 (2)体系的压强不再发生变化说明反应混合物气体的总分子数不再变化，反应处于平衡状态，故A正确；生成1 mol CH4的同时消耗3 mol H2均指逆反应，不能说明正逆反应速率相等，故B错误；各组分的物质的量浓度不再改变的状态为平衡状态，故C正确；因容器的体积恒定，体系的密度并不随反应的进行而发生改变，则体系的密度不变不能说明反应处于平衡状态，故D错误；因氢气与X两物质的计量数之比为3∶1，则c(H2)与c(X)的比值是一个定值，始终为3∶1，故E错误；由方程式的计算数可知只有当3v正(H2O)＝v逆(H2)时才能说明该可逆反应的正逆反应速率相等，故F错误。 (3)能够加快反应速率的措施一般有使用催化剂、加热或增大压强、增大反应物浓度等。 答案　(1)CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) 0.06 mol/(L·min)　7∶6 (2)AC (3)使用催化剂、加热或增大压强、增大反应物浓度等(合理答案均可) 学科网（北京）股份有限公司 $$