6.2 第二课时 化学反应限度 讲义- 2024-2025学年高一下学期化学人教版必修第二册

化学反应的限度（学案） 学习要点： 考点01 可逆反应 考点02 化学平衡状态的建立 考点03 化学平衡状态的相关计算（转化率、产率、体积分数、压强、平均摩尔质量） 考点04 可逆反应图像题的相关计算 ①物质的量图像 ②压强图像【拓展】 考点05 平衡状态的判断 考点06 化学反应条件的控制 考点01 可逆反应 (1)定义：在同一条件下 方向和 方向均能进行的化学反应。书写可逆反应的化学方程式时，必须用“ ”。 (2)特征 双向性 反应物生成物 两同性 条件，正、逆反应 进行 共存性 反应物、生成物同时存在，反应物的转化率 (3)可逆反应的例子 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ 【例1】以下几个反应是否是可逆反应？ 补充：计算反应物或生成物的取值范围，利用极限法计算。 【例2】（多选）在一定条件下，发生反应2SO2+O22SO3。起始投料时，各物质的浓度分别为 2.0 mol·L－1、1.0 mol·L－1、2.0 mol·L－1，则平衡时氧气的浓度可能是（ ） A、0 　　　B、2 mol·L－1 C、1.4 mol·L－1 　　 D、0.8 mol·L－1 考点02 化学平衡状态的建立 (1)化学平衡状态的建立过程 在一定条件下向反应容器中加入SO2和O2发生反应：2SO2+O22SO3 浓度 速率变化 v正、v逆关系 开始 反应物浓度 v正 v正 v逆 生成物浓度 v逆 变化 反应物浓度 v正 v正 v逆 生成物浓度 v逆 平衡 反应物浓度 v正 v正 v逆 生成物浓度 v逆 (2)用速率变化图像表示化学平衡状态的建立 从正反应开始建立 从逆反应开始建立 注意：化学平衡状态时， (3)化学平衡状态：如果外界条件(温度、浓度、压强等)不发生改变，当可逆反应进行到一定程度时， 与 相等，反应物的浓度与生成物的浓度 ，达到一种表面静止（ ）的状态，称为化学平衡状态，简称化学平衡。 (4)化学反应的限度 化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到或完成的 ，即该反应进行的限度。 ①化学反应的限度决定了反应物在一定条件下的 。 ②同一可逆反应，不同条件下，化学反应的限度不同，即改变条件可以在一定程度上改变一个化学反应的 。 【例3】一定温度下，在恒容密闭容器中发生反应：3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)，下列说法错误的是（ ） A．升高温度可以提高正、逆反应速率 B．该反应达到化学平衡状态时，H2、N2、NH3的浓度一定相等 C．当N2、NH3的浓度不再变化时，该反应达到化学平衡状态 D．在给定条件下，反应达到平衡时，氮气的转化率达到最大 【例4】在一定条件下，向某密闭容器中充入SO2和18O2合成SO3，以下叙述不正确的是（ ） A．开始反应时，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，最后减小为零 C．平衡时，正反应速率与逆反应速率相等且不为零 D．达到平衡时，SO2、O2、SO3三者中均存在18O 【例5】下列有关化学反应速率或限度的说法中正确的是( ) A．常温下，Al片分别与浓硝酸和稀硝酸接触2min，与浓硝酸接触收集的气体更多 B．铝片与过量的稀硫酸反应，加入KNO3溶液可减缓速率且不影响H2的产量 C．用双氧水制氧气时，加入少量MnO2粉末可显著加快反应速率 D．工业合成氨时，使用过量的氮气、有可能使H2的转化率达到100% 【例6】5G商用加速推出，凝结着新时代奋斗者的心血和汗水，彰显了不同凡响的中国风采、中国力量。而制造芯片用到高纯硅，用SiHCl3(沸点：31.85℃，SiHCl3遇水会剧烈反应，除生成H2SiO3、HCl外，还生成一种气体a)与过量H2在1100～1200℃反应制备高纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置略去)，下列说法错误的是（ ） A．实验时，先打开装有稀硫酸仪器的活塞，收集尾气验纯，再预热装置Ⅳ石英管 B．装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛装的是浓H2SO4、温度高于32℃的温水 C．将I装置中稀硫酸改用浓硫酸，会使反应速率加快 D．高温下，a气体的还原性强于硅 考点03 化学平衡状态的相关计算（转化率、产率、体积分数、压强、平均摩尔质量） 反应方程式 mA(g) ＋ nB(g) pC(g) ＋ qD(g) 始 a b 0 0 转 mx nx px qx 平 a－mx b－nx px qx mol/L ①对于同一反应物，平衡量＝ 。 ②对于同一生成物，平衡量＝ 。 ③各转化量之比等于各反应物的 之比。 （3）计算公式 ①关于反应物 的计算 转化率＝×100%，如α(A)＝ 。 ②关于生成物 的计算 生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转化率越高，原料利用率越高，产率越高。 产率＝ 。 ③关于某气体组分的体积分数的计算 某气体组分的体积分数＝×100%。 即百分含量：φ(A)＝ 。 ④关于体系的压强计算 恒温恒容，混合气体的压力之比等于混合气体的物质的量之比 平衡前后的压强之比：＝ 。 ⑤关于体系的平均摩尔质量计算 平均摩尔质量：＝ g/mol。 【例】恒温恒容条件下，发生以下反应 反应方程式 N2(g) ＋ 3H2(g) 2NH3(g) 始 1 3 0 转 0.1 0.3 0.2 平 0.9 2.7 0.2 mol/L 计算以下过程H2的转化率、NH3的产率、平衡时H2的百分含量、平衡时压强与起始压强的比值、平均摩尔质量。 H2转化率= NH3的产率= = ＝ ＝ 【例7】某温度下，在2 L恒容密闭容器中充入1 mol N2和2 mol H2，发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，2 min达平衡，测得容器内N2的质量减少了5.6 g，下列说法正确的是（ ） A．2 min内，用NH3表示的反应速率v(NH3)＝0.2 mol·L－1·min－1 B．2 min时，H2的物质的量为0.7 mol C．平衡时，H2和N2的转化率相同 D．平衡时，NH3的体积分数约为15.4％ 【例8】 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＝2 B.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% C.平衡时A的浓度为1.50 mol·L－1 D.B的转化率为10% 考点04 可逆反应图像题的相关计算 图甲中 是反应物， 是生成物，反应物 ， 可逆反应。 上图方程式为 图乙中 是反应物， 是生成物，反应物 ， 可逆反应。 上图方程式为 【重点题型】【物质的量图像】 【例9】某温度下，在容积为2L的恒容容器中X(g)、Y(g)、Z(g)发生反应时物质的量的变化如图所示，下列说法正确的是（ ） A．该反应的化学方程式为2X(g)+2Y(g)Z(g) B．若t1=5，0～t1min内，v(X)=0.08mol•L-1•min-1 C．t0时刻，X(g)的体积分数约为43.5% D．t2时刻，v正= v逆=0 【变式1】向容积为的密闭容器中加入，和一定量的B三种气体，一定条件下发生反应，各物质的物质的量随时间变化如图所示。已知反应过程中混合气体的总物质的量不变。下列说法错误的是（ ） A．若，则内反应速率 B．时的转化率为 C．反应的化学方程式3A(g)=B(g)+2C(g) D．起始的浓度为 【变式2】（双选）一定温度下，在2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示，下列描述不正确的是（ ） A．反应的化学方程式为X(g)＋Y(g)=2Z(g) B．反应开始到10 s，X的物质的量减少了0.79 mol C．反应到10 s时，该反应达到平衡状态 D．反应开始到10 s，用Z表示的反应速率为0.79 mol·L－1·s－1 【拓展】压强图像 【例10】在催化转化器中，汽车尾气中的和可发生反应，若在容积为的恒温密闭容器中进行该反应，起始时充入，反应在不同条件下进行，反应体系总压强随时间的变化如图所示。 ①实验b从开始至达到平衡时的反应速率 。 ②实验a中的平衡转化率为 。 ③与实验b相比，实验c改变的条件是 。 考点05 平衡状态的判断 基本判据： ①等：v(正)＝v(逆)，即 ②定：各组分含量、浓度保持不变，即 （1）正逆相等 项目 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) 是否平衡 正反应速率逆反应速率关系 在单位时间内消耗了m mol A的同时生成了m mol A A物质断裂的化学键与A物质形成的化学键的物质的量相等 在单位时间内消耗了n mol B的同时消耗了p mol C 在单位时间内生成了p mol C的同时消耗了q mol D v正(A)=v逆(B) v正(A)∶v逆(B)＝m∶n v(A)∶v(B)＝m∶n v正(A)=v逆(A) （2）变量不变（压强P、平均摩尔质量M 、 密度ρ 、 温度T 、颜色等） ①在给定条件下，需要判断参数是不是变量！ ②注意观察有无固体参与反应！ 项目 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) [假设A为有色气体] 是否平衡 压强 恒温恒容，m＋n≠p＋q，若总压强一定 恒温恒容，m＋n=p＋q，若总压强一定 平均摩尔质量 = m＋n ≠ p＋q，气体的一定时 m＋n = p＋q，气体的一定时 气体的密度 恒温恒容，密度一定时 恒温恒压，m＋n ≠ p＋q，密度一定时 恒温恒压，m＋n = p＋q，密度一定时 混合体系中各 组分的含量 各物质的物质的量或物质的量的分数一定 各物质的质量或质量分数一定 各气体的体积或体积分数一定 温度 绝热条件下，体系温度一定时 体系颜色变化 有色气体的颜色不再改变 项目 mA(s)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) 是否平衡 压强 恒温恒容，当n≠p＋q时，总压强一定 恒温恒容，当n＝p＋q时，总压强一定 平均摩尔质量 = 当n≠p＋q时，气体的一定时 当n＝p＋q时，气体的一定时 气体的密度 恒温恒容，气体的密度一定时 【重点题型】 【例11】一定条件下的密闭容器中，发生可逆反应：N2＋3H22NH3。下列哪些情况能说明正反应速率和逆反应速率相等，反应达到了平衡状态。 ①生成2 mol NH3的同时消耗1 mol N2 ②v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2 ③2v正(H2)＝3v正(NH3) ④v正(H2) ＝ v逆(NH3) ⑤v正(H2) ＝ v逆(H2) ⑥2v正(H2)＝3v逆(NH3) ⑦1个N≡N断裂的同时，有6个N—H断裂 ⑧H2的百分含量保持不变 ⑨NH3的体积分数保持不变 【变式1】某温度下，在恒容密闭容器中仅充入一定量A(g)，发生反应。反应达到平衡时，测得c(B)=0.2mol·L-1，A、C的物质的量浓度随时间的变化如图所示，下列说法错误的是（ ） A．m=2，n=3 B．N点时，c(B)=0.14mol/L C．反应达到平衡时，容器内B、C的物质的量之比为1∶3 D．容器内气体的密度不再发生改变说明该反应达到了平衡 【变式2】 CO和H2在一定条件下可以合成乙醇(CH3CH2OH)：2CO(g) +4H2 (g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)。 在2 L密闭容器中充入反应物，其中n(CO)随时间的变化如下表所示： 时间/s 0 1 2 3 4 5 n(CO)/mol 3 2 1.5 1.25 1.125 1.125 下列说法中正确的是（ ） A．4s时，该反应恰好达到平衡状态 B．前2 s，CO的平均反应速率为0.375 mol·L-1·s-1 C．当v(CO)= 2v(CH3CH2OH)，反应达到平衡状态 D．达到平衡时，CO的转化率为37.5% 【例12】一定温度下，反应N2O4(g)⇌2NO2(g)的焓变为ΔH。现将1molN2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是（ ） A．①② B．②④ C．③④ D．①④ 【例13】一定条件下，对于刚性容器中进行的反应：3A(g)＋B(s)C(g)＋2D(g)，下列说法能充分说明该反应已经达到平衡状态的是（ ） A．混合气体的压强不再改变 B．混合气体的密度不再改变 C．生成B的速率与消耗C的速率相等 D．混合物中C、D的浓度之比为1∶2 【例14】 某温度下，在恒容密闭容器中，利用甲烷可以除去，反应为。 已知为黄色，下列有关该反应的说法正确的是（ ） A．该反应的生成物分子中的共价键都是单键 B．生成时，转移的电子数为 C．当容器内气体的颜色不再改变时，化学反应达到平衡状态 D．容器内气体的压强不变不可以作为反应达到化学平衡的标志 考点06 化学反应条件的控制 1．控制反应条件的目的 由于化学反应的速率受反应物自身的性质、温度、浓度、气体压强、催化剂、固体表面积等条件的影响，所以人们通常从上述方面考虑，选取适当的条件既可以控制 ，又可以提高 。 2．控制反应条件的基本措施 （1）控制化学反应速率的措施 通过改变反应体系的 、溶液的 、气体的 、固体的 以及使用 等途径调控反应速率。 （2）提高化学反应的限度（ ）的措施 通过改变可逆反应体系的 、溶液的 、气体的 等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。 注：①催化剂 提高反应速率，但 改变化学反应限度。 ②改变某一条件，化学反应速率的变化趋势与限度的 3．控制反应条件的应用——燃料充分燃烧条件的选择 （1）燃料燃烧的条件：燃料与空气接触；温度达到燃料的 。 （2）燃料充分燃烧的条件：要有 的空气或氧气（助燃剂）；燃料与空气或氧气要有足够大的 。 （3）燃料充分燃烧的意义：使有限的能量发挥最大的作用， 能源； 污染的程度。 4．提高煤燃料燃烧效率的措施 （1）煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉：增大与空气中O2的 ，煤粉燃烧更充分，反应速率更快。 （2）通入 过量的空气： 煤粉充分燃烧，生成CO2，放出更多的热量；同时避免不充分燃烧，生成 ，造成环境污染。 （3）尽可能充分利用燃料燃烧所释放的热能，提高热能的利用率：炉膛材料尽量选择保温性能好的，烟道废气中的热量用来加热水、发电等，以提高热量利用率。 注：选择题中：煤燃烧时，通入过量空气。 ，为待定选项。原因是 。 5．提高燃料燃烧效率的实质和意义 （1）实质：从多方面控制燃烧反应的条件(包括环境)。 （2）意义：节约能源、节省资源、减少污染等。 【例15】符合合成氨工业生产实际的是（ ） A．增大N2的浓度有利于N2提高转化率 B．温度选择500℃有利于平衡正移 C．催化剂能提高反应物的转化率 D．液化氨气正反应速率减慢 【例16】关于化工生产，下列说法错误的是（ ） A．工业常用电解饱和食盐水的方法来制取氯气 B．硫酸工业在常压下用SO2与O2反应制取SO3 C．通常以海带、紫菜等为原料提取碘 D．合成氨工业需要在沸腾炉中进行 【作业】 NO2(红棕色)和N2O4(无色)之间发生反应：。将一定量N2O4气体充入体积为2L的恒容密闭容器中，控制反应温度为T。 （1）该反应为吸热反应，则反应物的化学键断裂要吸收的能量_______(填“>”、“<”或“=”)生成物的化学键形成要放出的能量。 （2）下列可以说明该反应达到平衡的是_______。 A． B． C．容器内气体的颜色不再变化 D．混合气体的压强不再变化 （3）在温度为T的条件下，向该恒容密闭容器中充入，随时间的变化曲线如图所示： i.在图中画出0～16min时间段内，随时间的变化曲线__________。 ii.1~4四个点中，的点有_______。 iii.反应进行到16min时，N2O4的转化率是_______%。 学科网（北京）股份有限公司第 1 页 共 13 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 化学反应的限度（答案） 学习要点： 考点01 可逆反应 考点02 化学平衡状态的建立 考点03 化学平衡状态的相关计算（转化率、产率、体积分数、压强、平均摩尔质量） 考点04 可逆反应图像题的相关计算 ①物质的量图像 ②压强图像【拓展】 考点05 平衡状态的判断 考点06 化学反应条件的控制 考点01 可逆反应 (1)定义：在同一条件下正反应方向和逆反应方向均能进行的化学反应。书写可逆反应的化学方程式时，必须用“”。 (2)特征 双向性 反应物生成物 两同性 相同条件，正、逆反应同时进行 共存性 反应物、生成物同时存在，反应物的转化率小于100% (3)可逆反应的例子 ①N2＋3H22NH3 ②H2+I22HI， ③2SO2+O22SO3， ④SO2+H2OH2SO3， ⑤CO2+H2OH2CO3， ⑥NH3+H2ONH3·H2O， ⑦Cl2+H2OHCl+HClO， ⑧2Fe3++22Fe2++I2 【例1】以下几个反应是否是可逆反应？ 答案：①√②√③×④× 补充：计算反应物或生成物的取值范围，利用极限法计算。 【例2】（多选）在一定条件下，发生反应2SO2+O22SO3。起始投料时，各物质的浓度分别为 2.0 mol·L－1、1.0 mol·L－1、2.0 mol·L－1，则平衡时氧气的浓度可能是（ ） A、0 　　　B、2 mol·L－1 C、1.4 mol·L－1 　　 D、0.8 mol·L－1 考点02 化学平衡状态的建立 (1)化学平衡状态的建立过程 在一定条件下向反应容器中加入SO2和O2发生反应：2SO2+O22SO3 浓度 速率变化 v正、v逆关系 开始 反应物浓度最大 v正最大 v正>v逆 生成物浓度为0 v逆为0 变化 反应物浓度减小 v正减小 v正>v逆 生成物浓度增大 v逆增大 平衡 反应物浓度不变 v正不变 v正＝v逆 生成物浓度不变 v逆不变 (2)用速率变化图像表示化学平衡状态的建立 注意：化学平衡状态时，v正=v逆≠0，v净=v正v逆=0 (3)化学平衡状态：如果外界条件(温度、浓度、压强等)不发生改变，当可逆反应进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率相等，反应物的浓度与生成物的浓度不再改变，达到一种表面静止（动态平衡）的状态，称为化学平衡状态，简称化学平衡。 (4)化学反应的限度 化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到或完成的最大程度，即该反应进行的限度。 ①化学反应的限度决定了反应物在一定条件下的最大转化率。 ②同一可逆反应，不同条件下，化学反应的限度不同，即改变条件可以在一定程度上改变一个化学反应的限度。 【例3】一定温度下，在恒容密闭容器中发生反应：3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)，下列说法错误的是（ ） A．升高温度可以提高正、逆反应速率 B．该反应达到化学平衡状态时，H2、N2、NH3的浓度一定相等 C．当N2、NH3的浓度不再变化时，该反应达到化学平衡状态 D．在给定条件下，反应达到平衡时，氮气的转化率达到最大 【答案】B 【解析】A项，升高温度能提高正、逆反应速率，正确；B项，各组分的浓度与初始浓度、转化率有关，平衡时H2、N2、NH3的浓度不再变化，但不一定相等，错误；C项，N2、NH3的物质的量浓度不再变化时，说明各物质的量不变，正逆反应速率相等，正确；D项，在给定条件下，达到平衡时，反应达到最大限度，反应物的转化率达到最大值，正确。 【例4】在一定条件下，向某密闭容器中充入SO2和18O2合成SO3，以下叙述不正确的是（ ） A．开始反应时，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，最后减小为零 C．平衡时，正反应速率与逆反应速率相等且不为零 D．达到平衡时，SO2、O2、SO3三者中均存在18O 【答案】B 【解析】开始反应时，反应物浓度最大，所以正反应速率最大；生成物浓度为零，所以逆反应速率为零，故A正确；随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后不能减小为零，故B错误；平衡时反应没有停止，正反应速率与逆反应速率相等且不为零，故C正确；可逆反应同时向正逆两个方向进行，达到平衡时，SO2、O2、SO3三者中均存在18O，故D正确。 【例5】下列有关化学反应速率或限度的说法中正确的是( ) A．常温下，Al片分别与浓硝酸和稀硝酸接触2min，与浓硝酸接触收集的气体更多 B．铝片与过量的稀硫酸反应，加入KNO3溶液可减缓速率且不影响H2的产量 C．用双氧水制氧气时，加入少量MnO2粉末可显著加快反应速率 D．工业合成氨时，使用过量的氮气、有可能使H2的转化率达到100% 【例6】5G商用加速推出，凝结着新时代奋斗者的心血和汗水，彰显了不同凡响的中国风采、中国力量。而制造芯片用到高纯硅，用SiHCl3(沸点：31.85℃，SiHCl3遇水会剧烈反应，除生成H2SiO3、HCl外，还生成一种气体a)与过量H2在1100～1200℃反应制备高纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置略去)，下列说法错误的是（ ） A．实验时，先打开装有稀硫酸仪器的活塞，收集尾气验纯，再预热装置Ⅳ石英管 B．装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛装的是浓H2SO4、温度高于32℃的温水 C．将I装置中稀硫酸改用浓硫酸，会使反应速率加快 D．高温下，a气体的还原性强于硅 考点03 化学平衡状态的相关计算（转化率、产率、体积分数、压强、平均摩尔质量） 反应方程式 mA(g) ＋ nB(g) pC(g) ＋ qD(g) 始 a b 0 0 转 mx nx px qx 平 a－mx b－nx px qx mol/L ①对于同一反应物，平衡量＝起始量－变化量。 ②对于同一生成物，平衡量＝起始量＋变化量。 ③各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。 （3）计算公式 ①关于反应物转化率的计算 转化率＝×100%，如α(A)＝×100%。 ②关于生成物产率的计算 生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转化率越高，原料利用率越高，产率越高。产率＝×100%。 ③关于某气体组分的体积分数的计算 某气体组分的体积分数＝×100%。 即百分含量：φ(A)＝×100%。 ④关于体系的压强计算 恒温恒容，混合气体的压力之比等于混合气体的物质的量之比 平衡前后的压强之比：＝。 ⑤关于体系的平均摩尔质量计算 平均摩尔质量：＝++ g/mol。 【例】恒温恒容条件下，发生以下反应 反应方程式 N2(g) ＋ 3H2(g) 2NH3(g) 始 1 3 0 转 0.1 0.3 0.2 平 0.9 2.7 0.2 mol/L 计算以下过程H2的转化率、NH3的产率、平衡时H2的百分含量、平衡时压强与起始压强的比值、平均摩尔质量。 H2转化率= ×100% 10% NH3的产率= ×100% 10% = ×100% 71.1% ＝ 2.975:1 ＝282 8.95 g/mol 【例7】某温度下，在2 L恒容密闭容器中充入1 mol N2和2 mol H2，发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，2 min达平衡，测得容器内N2的质量减少了5.6 g，下列说法正确的是（ ） A．2 min内，用NH3表示的反应速率v(NH3)＝0.2 mol·L－1·min－1 B．2 min时，H2的物质的量为0.7 mol C．平衡时，H2和N2的转化率相同 D．平衡时，NH3的体积分数约为15.4％ 【答案】D 【解析】A项，2 min时达到平衡，测得溶液内氮气的质量减少了5.6 g，减少氮气物质的量为0.2 mol，生成氨气的物质的量为0.2 mol×2＝0.4 mol，根据化学反应速率的数学表达式，v(NH3)＝＝0.1 mol·L－1·min－1，错误；B项，根据B选项分析，达到平衡时消耗氮气的物质的量为0.2 mol，同时消耗氢气的物质的量为0.6 mol，因此2 min时，氢气的物质的量为(2-0.6) mol＝1.4 mol，错误；C项，达到平衡时，氮气的转化率为×100%＝20%，氢气的转化率为×100%＝30%，两者转化率不相等，错误；D项，达到平衡时，n(N2)＝(1-0.2) mol＝0.8 mol，氢气的物质的量为(2-0.6) mol＝1.4mol，n(NH3)＝0.4 mol，氨气的体积分数等于物质的量分数，即氨气的体积分数为×100%＝15.4%，正确。 【例8】 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＝2 B.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% C.平衡时A的浓度为1.50 mol·L－1 D.B的转化率为10% 考点04 可逆反应图像题的相关计算 图甲中 X、Y 是反应物， Z 是生成物，反应物 都有剩 ， 是 可逆反应。 上图方程式为2X + Y 2 Z 图乙中 X、Y 是反应物， Z 是生成物，反应物至少一种反应完， 不是 可逆反应。 上图方程式为2X + Y === 2 Z 【重点题型】【物质的量图像】 【例9】某温度下，在容积为2L的恒容容器中X(g)、Y(g)、Z(g)发生反应时物质的量的变化如图所示，下列说法正确的是（ ） A．该反应的化学方程式为2X(g)+2Y(g)Z(g) B．若t1=5，0～t1min内，v(X)=0.08mol•L-1•min-1 C．t0时刻，X(g)的体积分数约为43.5% D．t2时刻，v正= v逆=0 【答案】C 【分析】Y、Z的物质的量增加、X的物质的量减小，所以A是反应物、Y和Z是生成物，到8min时达到平衡，物质的量变化值之比等与化学计量数之比，即X、Y与Z化学计量数之比为0.4:0.4:0.2=2:2:1，则该反应的化学方程式为2X(g)2Y(g) +Z(g)； 【解析】A． 据分析，该反应的化学方程式为2X(g)2Y(g) +Z(g)，A错误；B． 若t1=5，0～t1min内，v(X) =0.04mol•L-1•min-1，B错误；C． t0时刻，Y和X的物质的量相等、它们的改变值相等，则Y、X均为0.5mol，它们均改变了0.3mol，则Z为0.15mol，X(g)的体积分数，C正确；D． t2时刻，处于平衡状态，则v正= v逆≠0，D错误；答案选C。 【变式1】向容积为的密闭容器中加入，和一定量的B三种气体，一定条件下发生反应，各物质的物质的量随时间变化如图所示。已知反应过程中混合气体的总物质的量不变。下列说法错误的是（ ） A．若，则内反应速率 B．时的转化率为 C．反应的化学方程式3A(g)=B(g)+2C(g) D．起始的浓度为 【答案】C 【分析】可结合题目信息列出三段式： 【解析】A．由分析知，，A不符合题意； B．时A的转化率为，B不符合题意； C．该反应的化学方程式为，为可逆反应，C符合题意； D．起始B的物质的量为，则浓度为，D不符合题意； 故选C。 【变式2】（双选）一定温度下，在2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示，下列描述不正确的是（ ） A．反应的化学方程式为X(g)＋Y(g)=2Z(g) B．反应开始到10 s，X的物质的量减少了0.79 mol C．反应到10 s时，该反应达到平衡状态 D．反应开始到10 s，用Z表示的反应速率为0.79 mol·L－1·s－1 【答案】AD 【解析】A项，X、Y为反应物、Z为生成物，且化学计量数之比为等于变化的物质的量之比，则Ｘ减少1.20 mol－0.41 mol＝0.79 mol，Y减少1.00 mol－0.21 mol＝0.79 mol，Z增加1.58 mol，0.79 mol∶0.79 mol∶1.58 mol＝1∶1∶2，且10 s达到平衡，则反应的化学方程式为X(g)＋Y(g)2Z(g)，正确；B项，反应开始到10 s时，X的物质的量减少了1.20 mol－0.41 mol＝0.79 mol，正确；C项，在10 s后各物质的浓度不再发生变化，说明反应到10 s时，该反应达到平衡状态，正确；D项，反应开始到10 s，用Z表示的反应速率为v(Z)＝＝＝0.079 mol·L－1·s－1，错误。 【拓展】压强图像 【例10】在催化转化器中，汽车尾气中的和可发生反应，若在容积为的恒温密闭容器中进行该反应，起始时充入，反应在不同条件下进行，反应体系总压强随时间的变化如图所示。 ①实验b从开始至达到平衡时的反应速率 。 ②实验a中的平衡转化率为 。 ③与实验b相比，实验c改变的条件是 。 【答案】① ② ③使用催化剂 考点05 平衡状态的判断 基本判据： ①等：v(正)＝v(逆)，即正逆相等 ②定：各组分含量、浓度保持不变，即变量不变 （1）正逆相等 项目 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) 是否平衡 正反应速率逆反应速率关系 在单位时间内消耗了m mol A的同时生成了m mol A 平衡 A物质断裂的化学键与A物质形成的化学键的物质的量相等 平衡 在单位时间内消耗了n mol B的同时消耗了p mol C 平衡 在单位时间内生成了p mol C的同时消耗了q mol D 平衡 v正(A)=v逆(B) 不平衡 v正(A)∶v逆(B)＝m∶n 平衡 v(A)∶v(B)＝m∶n 不一定平衡 v正(A)=v逆(A) 平衡 （2）变量不变（压强P、平均摩尔质量M 、 密度ρ 、 温度T 、颜色等） ①在给定条件下，需要判断参数是不是变量！ ②注意观察有无固体参与反应！ 项目 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) [假设A为有色气体] 是否平衡 压强 恒温恒容，m＋n≠p＋q，若总压强一定 平衡 恒温恒容，m＋n=p＋q，若总压强一定 不一定平衡 平均摩尔质量 = m＋n ≠ p＋q，气体的一定时 平衡 m＋n = p＋q，气体的一定时 不一定平衡 气体的密度 恒温恒容，密度一定时 不一定平衡 恒温恒压，m＋n ≠ p＋q，密度一定时 平衡 恒温恒压，m＋n = p＋q，密度一定时 不一定平衡 混合体系中各 组分的含量 各物质的物质的量或物质的量的分数一定 平衡 各物质的质量或质量分数一定 平衡 各气体的体积或体积分数一定 平衡 温度 绝热条件下，体系温度一定时 平衡 体系颜色变化 有色气体的颜色不再改变 平衡 项目 mA(s)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) 是否平衡 压强 恒温恒容，当n≠p＋q时，总压强一定 平衡 恒温恒容，当n＝p＋q时，总压强一定 不一定平衡 平均摩尔质量 = 当n≠p＋q时，气体的一定时 平衡 当n＝p＋q时，气体的一定时 平衡 气体的密度 恒温恒容，气体的密度一定时 平衡 【重点题型】 【例11】一定条件下的密闭容器中，发生可逆反应：N2＋3H22NH3。下列哪些情况能说明正反应速率和逆反应速率相等，反应达到了平衡状态。 ①生成2 mol NH3的同时消耗1 mol N2 ②v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2 ③2v正(H2)＝3v正(NH3) ④v正(H2) ＝ v逆(NH3) ⑤v正(H2) ＝ v逆(H2) ⑥2v正(H2)＝3v逆(NH3) ⑦1个N≡N断裂的同时，有6个N—H断裂 ⑧H2的百分含量保持不变 ⑨NH3的体积分数保持不变 【变式1】某温度下，在恒容密闭容器中仅充入一定量A(g)，发生反应。反应达到平衡时，测得c(B)=0.2mol·L-1，A、C的物质的量浓度随时间的变化如图所示，下列说法错误的是（ ）   A．m=2，n=3 B．N点时，c(B)=0.14mol/L C．反应达到平衡时，容器内B、C的物质的量之比为1∶3 D．容器内气体的密度不再发生改变说明该反应达到了平衡 【答案】D 【解析】A．反应达到平衡时，测得c(B)=2mol·L-1，故可知 0.7-0.2m=0.3，0.2n=0.6，故m=2，n=3，A正确； B．N点时，A、C两个物质的浓度相同，设A消耗了2x mol/L，则C应该生成3x mol/L，B应该生成x mol，则有0.7-2x=3x，x=0.14mol/L，故c(B)=0.14mol/L，B正确； C．反应达到平衡时，容器内B、C的浓度分别为0.2mol/L、0.6mol/L，由于体积相同，故物质的量之比为1∶3，C正确； D．气体的总质量不变，恒容容器说明体积不变，故密度一直不变，因此当密度不再发生改变不能说明该反应达到了平衡，D错误； 故选D。 【变式2】 CO和H2在一定条件下可以合成乙醇(CH3CH2OH)：2CO(g) +4H2 (g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)。 在2 L密闭容器中充入反应物，其中n(CO)随时间的变化如下表所示： 时间/s 0 1 2 3 4 5 n(CO)/mol 3 2 1.5 1.25 1.125 1.125 下列说法中正确的是（ ） A．4s时，该反应恰好达到平衡状态 B．前2 s，CO的平均反应速率为0.375 mol·L-1·s-1 C．当v(CO)= 2v(CH3CH2OH)，反应达到平衡状态 D．达到平衡时，CO的转化率为37.5% 【答案】B 【解析】A．根据表格数据，可能在3~4s间某一时刻CO的物质的量不再改变，所以可能是3~4s间某一时刻恰好达到平衡状态，故A错误； B．前2 s，CO的物质的量减少(3-1.5)mol，CO的平均反应速率为  mol·L-1·s-1，故B正确； C．任意时刻，反应速率比都等于系数比，当v(CO)= 2v(CH3CH2OH)，反应不一定达到平衡状态，故C错误； D．达到平衡时，CO的转化率为，故D错误； 选B。 【例12】一定温度下，反应N2O4(g)⇌2NO2(g)的焓变为ΔH。现将1molN2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是 A．①② B．②④ C．③④ D．①④ 【答案】D 【解析】①反应混合物的质量始终保持不变，但体积会发生变化，气体密度保持不变，说明达到平衡状态，故选； ②ΔH是恒量，不能作为判断平衡状态的标志，故不选； ③该反应是充入1  mol N2O4，正反应速率应是逐渐减小直至不变，③曲线趋势不正确，故不选； ④N2O4的转化率先增大，后保持不变，说明达到平衡状态，故选； 综上所述，①④正确，故选D。 【例13】一定条件下，对于刚性容器中进行的反应：3A(g)＋B(s)C(g)＋2D(g)，下列说法能充分说明该反应已经达到平衡状态的是 A．混合气体的压强不再改变 B．混合气体的密度不再改变 C．生成B的速率与消耗C的速率相等 D．混合物中C、D的浓度之比为1∶2 【答案】B 【解析】A项，该反应前后气体分子数不变，则在刚性容器中混合气体的压强始终不变，无法判断平衡状态，错误；B项，A为固态，混合气体的总质量为变量，总体积不变，则混合气体的密度为变量，当混合气体的密度不再改变时，表明达到平衡状态，正确；C项，生成B的速率与消耗C的速率均为逆反应速率，无法判断平衡状态，错误；D项，C、D均为生成物，若反应开始时只有反应物，则C、D的浓度之比始终为1∶2，无法判断达到平衡状态，错误。 【例14】某温度下，在恒容密闭容器中，利用甲烷可以除去，反应为。已知为黄色，下列有关该反应的说法正确的是 A．该反应的生成物分子中的共价键都是单键 B．生成时，转移的电子数为 C．当容器内气体的颜色不再改变时，化学反应达到平衡状态 D．容器内气体的压强不变不可以作为反应达到化学平衡的标志 【答案】C 【解析】A．二氧化碳分子中含有碳氧双键，A错误； B．反应中碳元素化合价由-4变为+4，结合化学方程式可知，电子转移为，则生成时，转移的电子4mol，数目为4×，B错误； C．已知为黄色当容器内气体的颜色不再改变时，说明平衡不再移动，化学反应达到平衡状态，C正确； D．反应是气体分子数改变的的化学反应，物质的量与压强成正比，则混合气体的压强不随时间的变化而变化，达到平衡状态，D错误； 故选C。 考点06 化学反应条件的控制 1．控制反应条件的目的 由于化学反应的速率受反应物自身的性质、温度、浓度、气体压强、催化剂、固体表面积等条件的影响，所以人们通常从上述方面考虑，选取适当的条件既可以控制化学反应速率，又可以提高化学反应的限度。 2．控制反应条件的基本措施 （1）控制化学反应速率的措施 通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。 （2）提高化学反应的限度（平衡转化率）的措施 通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。 注：①催化剂能提高反应速率，但不能改变化学反应限度。 ②改变某一条件，化学反应速率的变化趋势与限度的变化趋势可能不一致 3．控制反应条件的应用——燃料充分燃烧条件的选择 （1）燃料燃烧的条件：燃料与空气接触；温度达到燃料的着火点。 （2）燃料充分燃烧的条件：要有足够的空气或氧气（助燃剂）；燃料与空气或氧气要有足够大的接触面积。 （3）燃料充分燃烧的意义：使有限的能量发挥最大的作用，节约能源；降低污染的程度。 4．提高煤燃料燃烧效率的措施 （1）煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉：增大与空气中O2的接触面积，煤粉燃烧更充分，反应速率更快。 （2）通入适当过量的空气：增大O2浓度煤粉充分燃烧，生成CO2，放出更多的热量；同时避免不充分燃烧，生成CO，造成环境污染。 （3）尽可能充分利用燃料燃烧所释放的热能，提高热能的利用率：炉膛材料尽量选择保温性能好的，烟道废气中的热量用来加热水、发电等，以提高热量利用率。 注：选择题中：煤燃烧时，通入过量空气。可对可错，为待定选项。原因是过量空气可能导致热量损失。 5．提高燃料燃烧效率的实质和意义 （1）实质：从多方面控制燃烧反应的条件(包括环境)。 （2）意义：节约能源、节省资源、减少污染等。 【例15】符合合成氨工业生产实际的是（ ） A．增大N2的浓度有利于N2提高转化率 B．温度选择500℃有利于平衡正移 C．催化剂能提高反应物的转化率 D．液化氨气正反应速率减慢 【答案】D 【解析】A．增大N2的浓度会降低氮气的转化率，故A错误；B．该反应为放热反应，高温不利于平衡正向移动，采用高温是为了提高反应速率，故B错误；C．催化剂只能加快反应速率，不影响平衡移动，不改变转化率，故C错误；D．液化氨气，降低的生成物的浓度，使平衡正向移动，正反应速率逐渐减小，故D正确；故选：D。 【例16】关于化工生产，下列说法错误的是（ ） A．工业常用电解饱和食盐水的方法来制取氯气 B．硫酸工业在常压下用SO2与O2反应制取SO3 C．通常以海带、紫菜等为原料提取碘 D．合成氨工业需要在沸腾炉中进行 【答案】D 【解析】A．工业常用电解饱和食盐水的方法来制取氢氧化钠、氢气和氯气，A正确；B． 硫酸工业在常压、500°C左右温度下用SO2与O2反应制取SO3，转化率高于90%，B正确；C． 通常煅烧海带、紫菜等原料得到海带灰，并加水浸泡、过滤后在滤液中加入氧化剂把碘离子氧化为碘单质，再进行分离提纯即可得到碘单质，C正确；D． 接触法制硫酸时黄铁矿沸腾炉中煅烧，在合成氨工业需要在氨合成塔内进行，D不正确；答案选D。 【作业】 NO2(红棕色)和N2O4(无色)之间发生反应：。将一定量N2O4气体充入体积为2L的恒容密闭容器中，控制反应温度为T。 （1）该反应为吸热反应，则反应物的化学键断裂要吸收的能量_______(填“>”、“<”或“=”)生成物的化学键形成要放出的能量。 （2）下列可以说明该反应达到平衡的是_______。 A． B． C．容器内气体的颜色不再变化 D．混合气体的压强不再变化 （3）在温度为T的条件下，向该恒容密闭容器中充入，随时间的变化曲线如图所示： i.在图中画出0～16min时间段内，随时间的变化曲线__________。 ii.1~4四个点中，的点有_______。 iii.反应进行到16min时，N2O4的转化率是_______%。 【答案】（1）> （2）CD （3）          1、2     75% 【解析】（1）断键吸热、成键放热，该反应为吸热反应，则反应物的化学键断裂要吸收的能量>生成物的化学键形成要放出的能量。 （2）A．反应达到平衡状态，各物质浓度不再改变，，不能判断浓度是否改变，反应不一定平衡，故不选A；        B．反应达到平衡状态，正逆反应速率比等于系数比，时反应不平衡，故不选B； C．容器内气体的颜色不再变化，说明NO2的浓度不再改变，反应达到平衡状态，故选C； D．反应前后气体系数和不同，压强是变量，混合气体的压强不再变化，反应达到平衡状态，故选D； 选CD。 （3）i.根据图示，4min时=0.04mol/L，则此时=0.04-0.04÷2= 0.02mol/L，12min时反应达到平衡，=0.06mol/L，则此时=0.04-0.06÷2= 0.01mol/L， 随时间的变化曲线为。 ii. 时，反应达到平衡状态，1~4四个点中，的点有1、2。 iii. 反应进行到16min时，=0.06mol/L， N2O4的浓度变化为0.03mol/L，N2O4的转化率是。 学科网（北京）股份有限公司第 1 页 共 17 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$