内容正文:
第2课时 化学反应的限度
专题6 第一单元 化学反应速率与反应限度
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.初步学会根据反应速率判断化学反应所能达到的限度及化学反应限度的建立。
3.了解控制反应条件在生产和科学研究中的应用。
学习目标
任务一 化学反应的限度
1
任务二 化学平衡状态
2
随堂演练
3
内容索引
课时测评
4
任务一 化学反应的限度
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1.可逆反应示例:Cl2与H2O的反应
新知构建
化学方程式 Cl2+H2O⥫⥬HCl+HClO
溶液中
微粒 三分子 ______________________
四离子 ______________________________
反应特点 反应______进行到底
H2O、Cl2、HClO
H+、Cl-、ClO-、OH-
不能
2.可逆反应
(1)定义:在_____条件下,既能向___________进行,又能向___________进行的化学反应。书写可逆反应的化学方程式时,不用“”,用“⥫⥬”表示。
(2)特点:可逆反应有一定的限度,反应物不能完全转化为生成物。
同一
正反应方向
逆反应方向
3.可逆反应实验验证:FeCl3溶液与KI溶液的反应
实验
步骤
实验
现象 溶液颜色由____色变为____色 溶液分层,下层为______色,上层油状液体呈____色 溶液变为____色
实验
结论 有_____生成 有__________生成 下层清液中含有__________
_____
离子
方程式 2Fe3++2I-⥫⥬2Fe2++I2
反应
特点 I-过量的条件下,反应物Fe3+__________转化为生成物,即该反应具有一定的______
无
褐
浅绿
紫
红
I2
Fe2+和I2
未反应的
Fe3+
不能完全
限度
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。
交流研讨1
反应2SO2(g)+O2(g)⥫⥬2SO3(g)达到反应限度后,再向反应容器中充入含18O的氧气,经过一段时间后,18O原子存在于哪些物质中?
提示:O2、SO2和SO3。
交流研讨2
常温下,在0.1 mol·L-1醋酸水溶液中,大约只有1%的醋酸分子电离成CH3COO-和H+,绝大多数仍以CH3COOH的形式存在,所以醋酸是一种弱酸。请用电离方程式表示上述过程,并用文字解释其特征。
提示:CH3COOH⥫⥬CH3COO-+H+。该过程是一个可逆过程。
交流研讨3
可逆反应三特征
归纳总结
1.下列反应不属于可逆反应的是
A.SO2与O2在一定条件下生成SO3,同时SO3又分解为SO2和O2
B.N2与H2在一定条件下生成NH3,同时NH3又分解为N2和H2
C.电解水生成H2和O2,氢气在氧气中燃烧生成H2O
D.SO2溶于水生成H2SO3,同时H2SO3又分解为SO2和H2O
学以致用
√
可逆反应是指在相同条件,相同时刻,既能向正反应方向进行,又能向逆反应方向进行的化学反应,则A、B、D中涉及的化学反应都符合定义,而C中涉及的反应不是同条件、同时刻进行的化学反应,则C不属于可逆反应。
2.下列对于化学反应限度的叙述错误的是
A.任何可逆反应都有一定的限度
B.有一定限度的化学反应,都是可逆反应
C.当外界条件不变时,化学反应的限度与时间的长短无关
D.同一可逆反应在不同条件下(如温度、浓度等),其反应的限度相同
√
任何可逆反应都有一定的限度,反之,有一定限度的化学反应都是可逆反应,对同一可逆反应,当外界条件不变时,反应的限度与时间长短无关。
3.在一定条件下,X、Y在某密闭容器中发生可逆反应2X(g)+2Y(g)⥫⥬3Z(g)+2W(g),X、Y的初始浓度分别为2.5 mol·L-1和2.0 mol·L-1,达限度时,下列各生成物的浓度数据中肯定错误的是
A.c(Z)=1.5 mol·L-1 B.c(Z)=2.4 mol·L-1
C.c(W)=1.6 mol·L-1 D.c(W)=2.0 mol·L-1
√
假设反应物完全转化为生成物,则容器中c(X)=0.5 mol·L-1、c(Z)=3 mol·L-1和c(W)=2 mol·L-1,可逆反应中,反应物不可能完全转化为生成物,则有0.5 mol·L-1<c(X)<2.5 mol·L-1、0 mol·L-1<c(Z)<3.0 mol·L-1、0 mol·L-1<c(W)<2.0 mol·L-1,D项错误。
1.化学反应的限度是在给定的条件下,可逆反应所能达到或完成的最大程度。化学反应的限度的意义在于决定了反应物在该条件下的最大转化率。
2.确定可逆反应各物质的浓度范围,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。
题后总结
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任务二 化学平衡状态
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1.化学平衡状态的建立
(1)建立过程
以可逆反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)为例,一定条件下向反应器中充入SO2和O2:
新知构建
最大
零
减小
增大
相等
(2)建立过程图像
2.化学平衡状态的含义
在一定条件下,可逆反应进行到一定程度,当正、逆反应的速率相等时,反应物和生成物的浓度不再发生变化,反应达到化学平衡状态。
3.化学平衡状态的特征
可逆反应
相等
动态
不再改
变
将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:NH2COONH4(s)⥫⥬2NH3(g)+CO2(g)。
(1)密闭容器中总压强不变,能说明该反应达到平衡状态吗?
提示:能。反应正向进行则压强增大,总压强不变时,说明反应已达平衡状态。
(2)密闭容器中混合气体的密度不变,能说明反应达到平衡状态吗?
提示:能。恒容,混合气体的密度ρ=,反应正向进行时,m(气)增大,V(容器)不变,气体的密度增大,因此密度不变,说明m(气)不变,反应达到平衡。
交流研讨
(3)容器内NH3与CO2分子数之比为2∶1能表明反应达到化学平衡状态吗?
提示:不能。因为NH3与CO2的分子数之比始终为2∶1。
(4)混合气体的平均相对分子质量不变能证明反应达到平衡吗?
提示:不能。因为混合气体中NH3与CO2的体积比为2∶1,故混合气体的平均相对分子质量始终不变。
化学平衡状态的判断依据
1.“等速”依据——根据速率关系
同一物质:生成速率=消耗速率,即v正(A)=v逆(A)。
不同物质不同方向的速率:速率之比=化学计量数之比。
如aA+bB⥫⥬cC+dD,
=
归纳总结
即:
2.“组成不变”依据——根据各组分的量
首先分析物理量是“变量”还是“恒量”,如为“恒量”,即随反应的进行永远不变,则不能作为判断平衡状态的依据;如为“变量”,即随反应进行而改变,当其“不变”时,则为平衡状态。
归纳总结
1.某可逆反应的正、逆反应速率随时间变化的
曲线如图所示,下列说法正确的是
A.t=0时,反应达到最大的限度
B.t=t2时,反应逆向进行
C.t=t3时,反应未处于平衡状态
D.t=t4时,反应物全部转化为生成物
学以致用
√
随着可逆反应的进行,正反应速率逐渐减小,逆
反应速率逐渐增大,当正逆反应速率相等时,反
应达到最大限度。根据分析知,t=t4时,反应达
到最大的限度,A错误;t=t2时,正反应速率大于
逆反应速率,反应正向进行,B错误;t=t3时,正
反应速率大于逆反应速率,反应未处于平衡状态,C正确;该反应是可逆反应,反应物不能全部转化为生成物,D错误;故选C。
2.在一定温度下,容积不变的密闭容器中发生反应:X(g)+2Y(g)⥫⥬3Z(g)。下列叙述中,能说明反应达到化学平衡状态的是
A.单位时间内消耗a mol X,同时生成3a mol Z
B.混合气体的密度不再变化
C.容器内的压强不再变化
D.混合气体中n(Y)与n(Z)的比值保持不变
√
消耗X,反应正向进行,生成Z,反应正向进行,无法判断化学平衡状态,A项错误;根据质量守恒定律,总质量不变,在恒容容器中,体积不变,则密度始终不变,则密度不能作为判断平衡的标志,B项错误;反应前后气体总物质的量相等,所以无论反应是否达到平衡,容器内气体压强始终不变,不能据此判断反应是否达到平衡状态,C项错误;混合气体中n(Y)与n(Z)的比值保持不变,说明两者的物质的量既不增加也不减少,据此判断反应已经达到平衡状态,D项正确。
3.在一定温度下,在恒容的容器中充入2 mol SO2和1 mol O2发生反应:2SO2+O2 2SO3。一段时间后,该反应达到化学平衡,下列能说明反应达到化学平衡状态的是_____________(填序号)。
①v正(SO2)=2v逆(O2)
②v(SO2)=v(SO3)
③单位时间内消耗a mol SO2,同时生成a mol SO3
④SO2、O2和SO3的浓度之比为2∶1∶2
⑤混合气体的总的物质的量不再改变
⑥混合气体的压强不再改变
⑦混合气体的密度不再改变
⑧混合气体的平均相对分子质量不再改变
①⑤⑥⑧
①因为v正(SO2)=2v正(O2),现有v正(SO2)=2v逆(O2),故v正(O2)=v逆(O2),为化学平衡状态;②未指明v(SO2)、v(SO3)的方向,则v(SO2)=v(SO3)不能说明反应达到化学平衡状态;③单位时间内消耗a mol SO2,必然生成a mol SO3,则单位时间内消耗a mol SO2,同时生成a mol SO3不能说明反应达到化学平衡状态;④SO2、O2和SO3的浓度之比为2∶1∶2,不能说明反应达到化学平衡状态;⑤因为反应前后气体分子数不相等,若气体的总物质的量不再改变,说明正、逆反应速率相等,可以说明反应达到化学平衡状态;⑥因为反应前后气体分子数不相等,如未达到平衡,则压强随时间改变而改变,若压强不变,说明反应达到化学平衡状态;⑦该反应体系的容积不变,反应物及生成
物都是气体,故气体的密度一直不变,密度不变不能说明反应达到化学平衡状态;⑧根据M=,该反应前后气体分子数不相等,故n是个变化的量,故M也是一个变化的量,若混合气体的平均相对分子质量不变,则n不变,反应一定达到化学平衡状态。
不能判断反应达到平衡状态的几种情况
1.反应中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、总物质的量不随时间改变而改变的状态。
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。
题后总结
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随堂演练
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1.下列事实能说明氯气与水的反应是可逆反应的是
A.氯水的漂白作用 B.氯水呈黄绿色
C.氯水与NaOH反应 D.氯水与锌反应产生H2
√
可逆反应就是生成物和反应物都有,反应不能进行到底。要证明氯气与水的反应是可逆反应,就是要证明有Cl2、H2O、HCl、HClO同时存在或者证明反应物没有全部反应完全。氯水呈黄绿色说明氯水中有Cl2,可以说明氯气与水的反应是可逆反应。酸性说明氯水中有HCl、HClO,漂白性说明氯水中有HClO,只说明Cl2和H2O反应生成了HCl和HClO,不能说明反应是可逆反应。
2.已知反应:NO2(g)+SO2(g)⥫⥬SO3(g)+NO(g),起始时向某密闭容器中通入1 mol NO2、2 mol S18O2,反应达到平衡后,下列有关说法正确的是
A.NO2中不可能含18O
B.有1 mol N18O生成
C.S18O2的物质的量不可能为0.8 mol
D.SO2、SO3、NO、NO2均含18O时,说明该反应达到平衡
√
该反应为可逆反应,则通入1 mol NO2、2 mol S18O2,反应达到平衡后,SO2、SO3、NO、NO2均含18O,故A错误;该反应为可逆反应,反应物不可能完全反应,所以通入1 mol NO2、2 mol S18O2,不可能有
1 mol N18O生成,NO2、S18O2消耗的物质的量都小于1 mol,所以S18O2的物质的量不可能为0.8 mol,故B错误、C正确;该反应为可逆反应,SO2、SO3、NO、NO2均含18O时,不能说明该反应达到平衡,故D
错误。
3.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.N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),反应体系中H2与N2的物质的量之比保持3∶1
√
恒温、恒容下,反应体系中气体的颜色保持不变,说明溴单质的浓度不再变化,达到了平衡状态,A不符合题意;2NO2(g)⥫⥬N2O4(g)是前后气体化学计量数变化的反应,恒温、恒容下,反应体系中气体的压强保持不变,达到了平衡状态,B不符合题意;恒温、恒容下,反应体系中气体的密度等于气体质量和体积的比值,质量变化,体积不变,所以密度变化,当气体密度保持不变时,达到了平衡状态,C不符合题意;反应体系中H2与N2的物质的量之比保持3∶1,说明初始通入的H2和N2的物质的量之比也为3∶1,则反应无论进行到什么程度,该比值不变,故当H2和N2的物质的量比为3∶1时不能证明正、逆反应速率相等,不一定是平衡状态,D符合题意。
4.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,CO的化学反应速率为___________________;反应平衡时c(H2)=______________。
0.003 mol·L-1·min-1
0.03 mol·L-1
由题图可知10 min时反应达到平衡,所以v(CO)=v(CO2)===0.003 mol·L-1·min-1,反应时转化的浓度之比=化学方程式中化学计量数之比,所以Δc(H2)=Δc(CO2)=0.03 mol·L-1。
(2)判断该反应达到平衡的依据是_______(填序号)。
①CO消耗速率和CO2消耗速率相等
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
①③
达到平衡的标志是各物质的物质的量分数保持一定,浓度不变,正、逆反应速率相等且不为零。CO消耗速率是正反应速率,CO2消耗速率是逆反应速率。
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课时测评
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题点1 可逆反应的理解
1.下列关于可逆反应的说法不正确的是
A.正反应和逆反应的反应条件相同
B.反应物和生成物共存于同一体系
C.只要时间充分,反应物可完全转化为生成物
D.正反应和逆反应的反应方向相反
√
正反应和逆反应的反应条件相同,故A正确;可逆反应不能进行到底,故反应物、生成物共存于同一体系,反应物不能百分之百转化为生成物,故B正确、C错误。
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2.在5 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液中滴加5~6滴0.1 mol·L-1 FeCl3溶液后,再进行下列实验,其中可证明FeCl3溶液和KI溶液的反应是可逆反应的实验是
A.再滴加AgNO3溶液,观察是否有AgI沉淀产生
B.加入CCl4振荡后,观察下层液体颜色
C.加入CCl4振荡后,取上层清液,滴加AgNO3溶液,观察是否有AgCl沉淀产生
D.加入CCl4振荡后,取上层清液,滴加KSCN溶液,观察是否出现红色
√
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FeCl3溶液与KI溶液反应的实质是2Fe3++2I-⥫⥬2Fe2++I2,由题意知,Fe3+不足,I-过量。若反应不是可逆反应,反应后的溶液中应无Fe3+;若反应是可逆反应,则反应后的溶液中含Fe3+,所以应滴加KSCN溶液,检验Fe3+是否存在。
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3.一定条件下向一密闭容器中充入2 mol SO2和0.5 mol 18O2,发生反应:
2SO2+O2 2SO3,该反应放热。反应一段时间后,核素18O存在于
SO2、O2、SO3中。下列分析错误的是
A.18O2与O2的化学性质基本相同
B.充分反应后容器中存在18O2,说明反应存在可逆性
C.虽然该反应放热,但升高温度,正反应速率增大
D.平衡时,18O2初始浓度c0(18O2)与平衡时各组分浓度c之间一定存在:2c0(18O2)=2c(S18O2)+3c(S18O3)+2c(18O2)
√
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16O与18O互为同位素,16O2与18O2的结构相同,化学性质基本相同,A正确;根据反应方程式特点,容器中通入2 mol SO2和0.5 mol 18O2,18O2不足,充分反应后容器中存在18O2,说明反应存在可逆性,B正确;由于反应一段时间后,核素18O存在于SO2、O2、SO3中,根据化学反应前后原子守恒可知,平衡时,18O2初始浓度c0(18O2)与平衡时各组分浓度c之间存在:2c0(18O2)=2c(S18O2)+c(S18OO)+3c(S18O3)+2c(S18O2O)+c(S18OO2)+2c(18O2)+c(18OO),D错误。
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题点2 化学平衡状态的特征
4.(2025·广西阳朔中学等校联考)下列关于平衡状态的叙述错误的是
A.达到平衡时,正、逆反应速率均为零
B.达到平衡时,反应物和生成物的总质量不再发生变化
C.在给定条件下,达到平衡时可逆反应完成程度达到最大
D.化学平衡是所有可逆反应都存在的一种状态
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化学平衡状态是动态平衡,同一物质的正逆反应速率相等,但不为0,A错误;达到平衡时,各物质的正逆反应速率相等,即同一物质的生成量和消耗量相等,所以反应物和生成物的总质量不再发生变化,B正确;在给定条件下,达到平衡状态时可逆反应的反应物转化程度最高,即可逆反应完成程度达到最大,C正确;可逆反应均有限度,均存在化学平衡状态,D正确;故选A。
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5.向一密闭容器中放入1 mol X,进行可逆反应2X(g)
⥫⥬3Y(g),反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系
曲线如图所示,下列叙述正确的是
A.t1时,只有正反应
B.t2~t3时,反应不再发生
C.t2时,容器内有1.5 mol Y
D.t2~t3时,X、Y的物质的量均没有发生变化
√
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t1时,v正>v逆>0,正、逆反应都在发生,A项错误;
t2~t3时,v正=v逆>0,反应并未停止,B项错误;该
反应为可逆反应,1 mol X不能完全反应,所以当反
应达到平衡时,容器内Y的物质的量小于1.5 mol,C
项错误;t2~t3为化学平衡状态,X、Y的物质的量均
不发生变化,D项正确。
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6.合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)(正反应放热),673 K、30 MPa下,n(NH3)和n(H2)随时间t变化的关系如图所示。
下列叙述正确的是
A.c点处正反应速率和逆反应速率相等
B.a点的正反应速率比b点的大
C.d点(t1时刻)和e点(t2时刻)处n(N2)不同
D.在t2时刻,正反应速率大于逆反应速率
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c点反应物和生成物的物质的量仍在变化,没有达
到平衡状态,所以正、逆反应速率不相等,A错误;
从a点到b点,氢气的物质的量逐渐减小,即其物质
的量浓度逐渐减小,所以正反应的反应速率逐渐减
小,即a点的正反应速率比b点的大,B正确;d点和e点都处于平衡状态,n(N2)不变,即d点和e点处n(N2)相等,C错误;在t2时刻,该反应处于化学平衡状态,所以正、逆反应速率相等,D错误。
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题点3 化学平衡状态的判断
7.在一定条件下的密闭容器中,一定能说明反应A(g)+3B(g)⥫⥬2C(g)+2D(g)达到平衡状态的是
A.反应体系的总压强不变
B.2v正(B)=3v逆(C)
C.c(A)∶c(B)=1∶3
D.单位时间内生成2 mol C,同时生成2 mol D
√
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该反应是反应前后气体体积相等的反应,所以无论反应是否达到平衡,体系的总压强都不变,A错误;任何时刻都有2v正(B)=3v正(C),若2v正(B)=3v逆(C),说明v正=v逆,反应达到平衡状态,B正确;c(A)∶c(B)=1∶3不能说明反应达到平衡状态,C错误;单位时间内生成2 mol C,同时一定生成2 mol D,且均表示正反应方向,无法说明反应达平衡状态,D错误。
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8.某容积固定的密闭容器中发生可逆反应:A(g)+2B(g)⥫⥬C(s)+D(g),能说明反应已达到平衡状态的事实是
A.容器内A、B、C、D四者共存 B.v正(A)=2v逆(B)
C.容器内各种物质的浓度不再改变 D.v正(A)=v逆(C)
√
该反应为可逆反应,无论是否达到平衡状态,容器内都存在A、B、C、D四者共存的情况,不能作为判断达到平衡状态的依据,A项错误;达到平衡状态时,应存在2v正(A)=v逆(B),B项错误;容器内各种物质的浓度不再改变,是反应达到化学平衡的标志,C项正确;C为固体,不能用C的浓度变化来表示化学反应速率,D项错误。
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9.(2025·鄂东南省级示范高中联考)在恒温恒容的容器中,当下列物理量不再发生变化时,能判断A(g)+2B(g)⥫⥬3C(g)+D(s)一定已经达到化学平衡的有
①2v逆(B)=3v正(C) ②混合气体的总质量 ③某种气体的百分含量 ④生成物D的质量 ⑤混合气体的密度 ⑥混合气体的压强 ⑦混合气体的颜色 ⑧某种气体的分压 ⑨混合气体的平均相对分子质量 ⑩各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比
A.5个 B.6个
C.7个 D.8个
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①2v逆(B)=3v正(C)不能说明正逆反应速率相等,不能说明反应达到平衡;②该反应过程中气体总质量减小,当混合气体的总质量不变时,说明反应达到平衡;③反应过程中某种气体的百分含量不变,说明正逆反应速率相等,反应达到平衡;④生成物D的质量不变,说明正逆反应速率相等,反应达到平衡;⑤该反应过程中气体总质量减小,混合气体总体积不变,混合气体的密度减小,当混合气体的密度不变时,说明反应达到平衡;⑥该反应是气体物质的量不变的反应,反应过程中混合气体的压强是定值,当混合气体的压强不变时,不能说明反应达到平衡;⑦未说明参与反应的气体是否有颜色,混合气体的颜色不
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变,不能说明反应达到平衡;⑧某种气体的分压不变,说明其物质的量不变,说明正逆反应速率相等,反应达到平衡;⑨该反应是气体物质的量不变的反应,反应过程中气体总质量减小,混合气体的平均相对分子质量减小,当混合气体的平均相对分子质量不变时,说明反应达到平衡;⑩各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比,不能说明正逆反应速率相等,不能说明反应达到平衡;综上分析,符合题意的有6个。
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10.可逆反应A(s)+3B(g)⥫⥬2C(g)+xD(g)在一定温度下进行,下列说法正确的是
A.若x=1、保持容积不变、体系压强也不变时、说明反应已达平衡
B.若x=2、保持容积不变、体系压强也不变时、说明反应已达平衡
C.若x=1、反应在体积可变的恒压容器中进行、容器体积不变时,说明反应已达平衡
D.若x=2,反应在体积可变的恒压容器中进行、容器体积不再改变时,不能说明反应已达平衡
√
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若x=1,反应前后气体的总物质的量保持不变,恒温恒容条件下,体系压强也保持不变,当体系压强不变时,不能说明反应已达平衡,A错误;若x=2,反应前后气体的总物质的量增大,恒温恒容条件下,体系压强是个变量,当其不变时,说明反应已达平衡,B正确;若x=1,反应前后混合气体的总物质的量保持不变,恒温恒压条件下,容器体积也始终保持不变,故容器体积不变,不能说明反应已达平衡,C错误;若x=2,反应前后气体的总物质的量增大,恒温恒压条件下,混合气体总的物质的量是个变量,容器体积在不断改变,当容器体积不再改变时,说明反应已达平衡,D错误。
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11.(15分)在2 L密闭容器中,800 ℃时,反应2NO(g)+O2(g)⥫⥬2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如下表所示:
(1)上图中,A点处v正________v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。
时间/s 0 1 2 3 4 5
n(NO)/mol 0.020 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007
大于
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题图中表明A点的反应时间小于1 s,表格中数据表明在0~1 s内n(NO)呈减小状态,则反应2NO(g)+O2(g)⥫⥬2NO2(g)正向进行,v正>v逆。
时间/s 0 1 2 3 4 5
n(NO)/mol 0.020 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007
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(2)图中表示NO2变化的曲线是_______(填字母)。
用O2表示从0~2 s内该反应的平均速率v=________________________。
b
1.5×10-3 mol·L-1·s-1
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上述反应正向进行,则c(NO)由逐渐减小到保持不变。
表格中数据表明上述反应从开始到平衡,n(NO)的减
小量为0.020 mol-0.007 mol=0.013 mol,则n(NO2)
的增加量为0.013 mol。上述反应容器的容积为2 L,
则平衡时c(NO2)=0.006 5 mol·L-1,则表示NO2变化的曲线是b。表格中数据表明,在0~2 s内n(NO)减小量为0.020 mol-0.008 mol=0.012 mol,则n(O2)的减小量为0.006 mol,容器容积为2 L,则Δc(O2)=0.003 mol·L-1,反应时间为2 s,根据v=v(O2)=1.5×10-3 mol·L-1·s-1。
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(3)下列能说明该反应已经达到平衡状态的是_______(填字母,下同)。
a.v(NO2)=2v(O2)
b.容器内压强保持不变
c.v逆(NO)=2v正(O2)
d.容器内的密度保持不变
bc
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化学平衡状态时正、逆反应速率相等,v正(NO2)=
2v逆(O2)体现了上述反应中正、逆反应速率相等,
v(NO2)=2v(O2)则不可以,a错误、c正确。反应在
恒容密闭容器中进行,由于反应前后气体的物质的
量不相等,若容器内气体的压强保持不变,说明气体的物质的量不变,反应已经达到平衡,b正确。上述反应,在达到平衡前后气体质量守恒,由于容器容积不变,则容器内的密度不变,不能说明反应达到平衡,d错误。
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(4)下列能使该反应的反应速率增大的是________。
a.及时分离出NO2气体
b.适当升高温度
c.增大O2的浓度
d.选择高效的催化剂
bcd
其他条件一定,升高温度、增大反应物的浓度或使用催化剂,都能使化学反应速率增大。
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12.(15分)硫—碘循环分解水制氢主要涉及下列反应:
Ⅰ.SO2+2H2O+I2H2SO4+2HI
Ⅱ.2HI⥫⥬H2+I2(g)
Ⅲ.2H2SO42SO2+O2+2H2O
(1)分析上述反应,下列判断正确的是_______(填字母,下同)。
a.反应Ⅰ中SO2氧化性比HI强
b.循环过程需补充H2O
c.循环过程产生1 mol O2的同时产生1 mol H2
b
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反应Ⅰ中二氧化硫表现还原性,作还原剂,还原剂的还原性强于还原产物的还原性,SO2还原性比HI强,碘单质氧化性大于二氧化硫,故a错误;1 mol SO2消耗2 mol H2O生成1 mol H2SO4,1 mol H2SO4分解生成1 mol SO2和1 mol H2O,循环中水的量减少,故应补充水,故b正确;
由反应Ⅲ可知产生1 mol O2的同时产生2 mol SO2,由反应Ⅰ可知2 mol SO2生成4 mol HI,由反应Ⅱ可知4 mol HI分解生成2 mol H2,即循环过程中产生1 mol O2的同时产生2 mol H2,故c错误。
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(2)在一定条件下,体积不变的密闭容器中,能说明反应Ⅱ达到化学平衡状态的是______。
a.混合气体的颜色不再变化
b.混合气体的密度不再改变
c.反应混合物中各组分物质的量浓度相等
d.H2、HI、I2三种物质的反应速率之比为1∶2∶1
e.容器中气体压强不变
a
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混合气体的颜色不再变化,说明I2(g)浓度不变,反应达到平衡状态,故a正确;反应前后气体质量和体积不变,混合气体的密度始终不变,不能说明反应达到平衡状态,故b错误;物质浓度和起始量、变化量有关,反应混合物中各组分物质的浓度相等不能说明反应达到平衡状态,故c错误;H2、HI、H2三种物质的反应速率之比为1∶2∶1,未明确反应方向,不能判断平衡,故d错误;反应前后气体体积不变,压强始终不变,容器中气体压强不变不能说明反应达到平衡状态,故e错误。
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(3)一定温度下,向1 L密闭容器中加入1 mol HI(g),发生反应Ⅱ,H2物质的量随时间的变化如图所示。
①0~2 min内的平均反应速率v(HI)=__________________。
0.1 mol·L-1·min-1
由题图可知2 min内氢气的物质的量增加了0.1 mol,=0.1 mol·L-1,=0.05 mol·L-1·min-1。由反应中的化学计量数之比可知v(HI)=0.05 mol·L-1·min-1×2=0.1 mol·L-1·min-1。
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②下列说法正确的是______。
a.对任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越
明显
b.化学反应速率常用单位时间内任何一种反应物物质的
量的减小或生成物物质的量的增加来表示
c.在一定条件下,可逆反应达到化学平衡状态时,正、逆反应的速率不再改变
d.增大反应物的浓度、降低反应的温度都能增大反应速率
c
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反应速率快的现象不一定明显,如NaOH与HCl的反应,
反应速率慢的现象可能明显,如铁生锈,故a错误;化
学反应速率常用单位时间内反应物物质的量浓度的减小
或生成物物质的量浓度的增加来表示,一般不用固体或
纯液体表示,故b错误;在一定条件下,可逆反应达到化学平衡状态时,正、逆反应的速率相等,不再改变,故c正确;增大浓度能使反应速率加快,降低温度能使反应速率减慢,故d错误。
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③A点的逆反应速率v逆(H2)________B点的正反应速率v正(H2)(填“大于”“小于”或“等于”)。
小于
B点反应向正反应方向进行,所以正反应速率v正(H2)在减小,则A点的正反应速率v正(H2)小于B点的正反应速率v正(H2),又A点为平衡点,v逆(H2)=v正(H2),即A点的逆反应速率v逆(H2)小于B点的正反应速率v正(H2)。
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第2课时 化学反应的限度
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