第2章 第3节 第2课时 化学反应的限度（Word教参）-【优化指导】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 课程标准要求 学业质量水平 1.认识可逆反应，知道可逆反应存在反应限度。 2．了解化学平衡的建立过程，认识化学平衡的特征。 3．知道化学平衡是化学反应达到限度的状态，反应条件的变化能改变化学反应的限度。 4．了解调控化学平衡在生产和科学研究中的作用。 1.认识可逆反应存在反应限度。(水平1) 2．能描述化学平衡状态，并判断是否达到平衡。(水平2) 3．说明影响化学平衡的因素，能设计实验方案探究影响化学平衡的因素。(水平3) 4．能从提高反应转化率方面分析反应的条件，提出有效控制反应条件的措施。(水平4) [对应学生用书P75] 一、可逆反应 1．实验探究——认识化学反应存在限度 实验操作 预测现象 实际现象 实验结论 向2 mL 0.01 mol·L－1KI溶液中加入1 mL 0.01 mol·L－1FeCl3溶液，向其中滴加2滴0.1 mol·L－1KSCN溶液 溶液呈 棕黄色 溶液显 红色 KI过量，FeCl3不能全部转化为FeCl2，即FeCl3与KI不能完全反应，存在反应限度 2.概念理解：可逆反应是指在相同条件下同时向正、逆两个方向进行的反应，其中：反应物→生成物称为正反应，生成物→反应物称为逆反应。 3．表示方法：化学方程式用“⇌”连接，如SO2＋H2O⇌H2SO3。 4．常见的可逆反应：Fe2O3与CO的反应、合成NH3的反应、SO2与O2的反应、Cl2与H2O的反应等。 二、化学平衡 1．建立过程 (1)过程分析 (2)图像描述 2．基本概念：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长而发生变化，正反应速率和逆反应速率相等的状态叫做化学平衡状态，简称化学平衡。 3．影响因素 (1)实验探究 实验 原理 2NO2(g，红棕色)⇌N2O4(g，无色) 放热反应 实验 步骤 把封装有NO2和N2O4混合气体的装置两端的烧瓶分别放入盛有热水和盛有冷水的两个烧杯中，观察颜色变化，并与常温下的颜色对比。 常温　　　　　　　 冷水　 热水 实验 现象 热水中混合气体的颜色较常温下的变深，冷水中混合气体的颜色较常温下的变浅 实验 结论 温度升高，平衡逆向移动，温度降低，平衡正向移动，即条件改变，平衡状态发生移动 (2)归纳总结 化学平衡状态通常会受到浓度、温度、压强等因素的影响，通过改变条件可以改变化学平衡状态，即改变反应的限度，以满足人们的需要。 1．巧判断(对的打“√”，错的打“×”) (1)H2与O2反应生成H2O及电解水生成H2和O2是可逆反应(×) (2)化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到的最大限度(√) (3)一定条件下，可逆反应达到最大限度时，正、逆反应速率相等，且等于0(×) (4)改变反应条件可以在一定程度上改变一个化学反应的限度(√) (5)控制化学反应的条件，可促进有利的化学反应，抑制有害的化学反应(√) 2．(2019·河北12月学业水平合格考)在密闭容器中充入2 mol SO2和2 mol O2，一定条件下发生反应2SO2＋O22SO3，达到反应限度时，容器中SO3的物质的量可能是(　　) A．1 mol　　　　　　　 B．2 mol C．3 mol D．4 mol A　[该反应是可逆反应，反应物不可能完全转化为生成物，2 mol SO2与2 mol O2反应O2过量，故充分反应生成的SO3小于2 mol, A符合题意。] [对应学生用书P77] 学习任务一　可逆反应的特征 　对于可逆反应2SO2＋O22SO3，分析下列两种情况说明了什么问题： (1)向一密闭容器中充入SO2与18O2，反应一段时间后，核素18O同时存在于SO2、O2、SO3中。 (2)密闭容器中SO2与O2在一定条件下发生反应，反应过程中SO3的物质的量的变化如下图所示。 提示　对于可逆反应2SO2＋O22SO3，在相同条件下，既存在SO2与O2反应生成SO3的正向反应过程，又存在SO3分解生成SO2与O2的逆向反应过程，反应物不可能全部转化为产物，反应只能进行到一定的程度，即在一定的条件下存在一定的反应限度。 可逆反应的特征 1．向含有2 mol的SO2的容器中通入过量氧气发生反应2SO2＋O22SO3(放热反应)，充分反应后生成SO3的物质的量_____2 mol(填“＜”“＞”或“＝”，下同)，SO2的物质的量______0 mol，转化率______100%，逆反应_________热量。 答案　＜　＞　＜　吸收 2．(2020·河南南阳一高高一期中)在密闭容器中进行反应：X2(g)＋Y2(g)⇌2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度可能是(　　) A．c(Z)＝0.3 mol·L－1 B．c(X2)＝0.2 mol·L－1 C．c(Y2)＝0.4 mol·L－1 D．c(X2)＋c(Y2)＋c(Z)＝0.55 mol·L－1 A　[假设反应向正反应方向进行，由于Y2(g)过量，则完全转化时，Z(g)的浓度为0.4 mol·L－1；假设反应向逆反应方向进行，则完全转化时，X2(g)、Y2(g)的浓度分别为0.2 mol·L－1、0.4 mol·L－1。由题意知，该反应为可逆反应，反应物不可能完全转化为生成物，生成物也不可能完全转化为反应物，故A正确，B、C均错误；又该反应前后气态物质的物质的量不变，反应到平衡时，不论X2、Y2、Z怎么变化、总物质的量不会改变，物质的总浓度也不会改变，即c(X2)＋c(Y2)＋c(Z)＝0.6 mol·L－1，D错误。] [方法技能]　“极端假设法”确定可逆反应各物质的浓度范围 上述题目可根据极端假设法判断，假设反应正向或逆向进行到底，求出各物质浓度的最大值和最小值，从而确定它们的浓度范围，另外还要注意一些量的守恒关系。 学习任务二　化学平衡状态的特征及其判断方法 1．可逆反应达到平衡后，正反应和逆反应是不是都停止了？ 提示　不是。可逆反应达到平衡后，正反应和逆反应都仍然进行，二者速率相等，即正反应使反应物的减少量(生成物的增加量)与逆反应使反应物的增加量(生成物的减少量)相等，从表面看没有变化。 2．化学反应的限度是否随外界条件的改变而改变？ 提示　若反应条件改变，正、逆反应速率发生不同程度的改变，则原平衡状态被破坏，化学反应的限度也随之改变；若反应条件改变，正、逆反应速率发生同等程度的改变(如使用催化剂)，则原平衡状态不变，化学反应的限度也不改变。 3．在体积不变的密闭容器中发生反应：N2＋3H2⇌2NH3，下列哪些说法可判断该反应达到平衡状态？ ①N2、H2、NH3的浓度比为1∶3∶2 ②混合气体的密度不随时间而变化 ③当有1 mol N≡N键断裂时，有6 mol N—H键断裂 ④单位时间内消耗a mol N2的同时，消耗3a mol的H2 ⑤混合气体的压强不变 ⑥混合气体的平均相对分子质量不变 提示　③⑤⑥　 ①平衡时各物质的浓度不变，但各物质的浓度比例不一定等于其计量数之比，不符合题意； ②无论平衡是否移动，混合气体的质量都不发生改变，反应容器的体积不变，则ρ不变，不符合题意； ③1 mol N≡N键断裂时，则有6 mol N—H键形成，此时若有6 mol N—H键断裂，即说明正逆反应速率相等，则反应达到平衡状态； ④无论反应平衡与否，N2、H2的消耗比例都一直是1∶3，不符合题意； ⑤该反应前后气体的物质的量不同，同温同容下压强之比等于物质的量之比， 压强不变即总的物质的量不变，能够说明反应达到平衡状态； ⑥反应前后气体的总质量始终不变，平均摩尔质量(数值上等于相对分子质量)M＝，M不变，说明n不变，即各物质的物质的量不再改变，能说明反应达到平衡状态。 1．化学平衡状态的特征 2．化学平衡状态的判断 (1)判断前提——明确反应条件和反应特点 ①反应条件：看反应是在恒温恒容下进行，还是在恒温恒压下进行。 ②反应特点：看反应物和生成物中是否存在固体或液体，看反应前后气体分子总数是否发生变化。 (2)判断依据 ①直接依据——根据速率关系 a．同一物质：生成速率＝消耗速率，即v正(A)＝v逆(A)。 b.不同物质：正逆反应速率之比＝化学计量数之比，如aA＋bB⇌cC＋dD，＝ 。 ②间接依据——根据各组分的量 a．各组分质量、物质的量、分子个数、物质的量浓度不变； b.各组分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数不变； c．反应物的转化率不再变化； d．对于有颜色变化的可逆反应，颜色不再改变； e．反应前后气体分子总数改变的反应，气体的总物质的量、恒温恒容条件下气体的总压强不变； f．恒温恒容条件下，有气体参加且物质状态反应前后改变的反应，混合气体的密度不变。 1．下列说法中不正确的是(　　) A．当一个可逆反应达到平衡时，就是这个反应在该条件下所能达到的限度 B．当一个可逆反应达到平衡时，这个反应的正反应速率和逆反应速率相等 C．可以通过控制反应条件，可使2 mol SO2与1 mol O2反应生成2 mol SO3 D．化学反应的限度可以通过改变条件来改变 C　[对于可逆反应，达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，反应物的转化率最大，反应达到最大限度，A、B项正确；2SO2＋O2⇌2SO3是可逆反应，无论怎样控制条件，反应物的转化率不可能达到100%，即2 mol SO2与1 mol O2反应不会生成2 mol SO3，C项错误；化学反应的限度可通过改变条件，如温度、压强等改变，D项正确。] 2．(2020·海口琼山中学高一检测)反应N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g) (放热反应)，若在恒压绝热的容器中发生，下列选项表明一定已达平衡状态的是(　　) A．容器内的温度不再变化 B．容器内的压强不再变化 C．相同时间内，断开H—H键的数目和生成N—H键的数目相等 D．容器内气体的浓度c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2 A　[绝热容器，温度不再改变，说明正逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，A项正确；该反应在恒压条件下进行，故压强不变不能作为判断平衡状态的依据，B项错误；相同时间内，断开H—H键和生成N—H键，表示的都是正反应，无法判断是否达到平衡状态，C项错误；容器内气体的浓度c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2，无法判断各组分的浓度是否发生变化，故无法判断反应是否达到平衡状态，D项错误。] 3．(2020·北京四中高一检测)下列说法可以表明在恒温恒容密闭容器中进行的可逆反应：H2(g)＋I2(g)⇌2HI(g)已经达到化学平衡状态的是(　　) A．断裂1 mol H—H键的同时形成2 mol H—I键 B．混合气体的平均摩尔质量不再改变 C．用H2、I2和HI表示的反应速率之比为1∶1∶2 D．混合气体的颜色不再改变 D　[断裂H—H键和形成H—I键均表示正反应，不能说明反应达到平衡状态，A项错误；质量和气体总物质的量都不变，则反应过程中混合气体的平均相对分子质量始终不变，因此混合气体的平均摩尔质量不再改变不能说明反应达到平衡状态，B项错误；无论反应平衡与否，用H2、I2和HI表示的反应速率之比都是1∶1∶2，由此不能说明反应处于平衡状态，C项错误；混合气体的颜色不再改变说明单质碘的浓度不再发生变化，即说明反应达到平衡状态，D项正确。] [方法技能]　 利用“变量”与“不变量”判断化学平衡状态 对于化学平衡建立过程中的某一物理量由“变量”变成了“不变量”，则表明该可逆反应达到了平衡状态；若化学平衡建立过程中的某一物理量为“不变量”，则该物理量不能作为平衡标志。另外在利用气体平均摩尔质量、总的物质的量和总压强等物理量判断平衡状态时要注意反应特点和容器体积的变化情况。 　17世纪时，炼制1 t生铁所需焦炭的实际用量，远高于按照化学方程式计算所需的量，且从高炉内出来的气体中含有未利用的CO气体。为提高生产效率，炼铁工程师设法提高高炉的高度，但高炉尾气中CO的比例仍然没有改变。直到19世纪下半叶，人们才认识到CO还原Fe2O3的反应实质。 (1)炼铁工程师设法提高高炉的高度，但高炉尾气中CO的比例仍然没有改变，其原因是什么？ 提示　高炉炼铁发生的反应Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)，是可逆反应，一定条件下反应存在反应限度，反应物不可能完全反应，只通过增加高炉的高度，不改变其他反应条件，不能使化学平衡移动，所以高炉尾气中CO的比例不会改变。 (2)能说明炼铁反应Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)达到平衡状态的依据有哪些？ 提示　①CO或CO2的比例保持不变；②混合气体的密度保持不变；③n(CO)或n(CO2)保持不变；④Fe2O3(s)的质量不变等。 学科网（北京）股份有限公司 $$