第6章 第2节 第2课时 化学反应的限度 化学反应条件的控制-【新课程学案】2025-2026学年高中化学必修第二册教师用书word（人教版 单选版）

第2课时　化学反应的限度　化学反应条件的控制 新知探究(一)——化学反应的限度 1.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,不用“===”,用“”。 (2)特征 双向性 反应物生成物 双同性 正、逆反应是在同一条件下同时进行的 共存性 反应物和生成物同时存在,任一反应物的转化率小于100% 　 [微思考]　2H2+O22H2O与2H2O2H2↑+O2↑互为可逆反应吗? 提示:不是。两个化学反应的条件不同。 2.化学平衡 (1)化学平衡的建立 在一定条件下,向反应容器中加入N2和H2发生反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。 项目 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 　　 化学平衡建立过程中的速率—时间(v⁃t)图像如图所示。 (2)化学平衡和限度 化学 平衡状态 在一定条件下,可逆反应进行到一定程度时,正反应速率和逆反应速率相等,反应物的浓度和生成物的浓度都不再改变,达到一种表面静止的状态,简称化学平衡 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的或完成的最大程度 3.化学平衡的特征 逆 化学平衡研究的对象是可逆反应 等 达到化学平衡状态时,正反应速率和逆反应速率相等 动 化学平衡是一种表面静止状态,反应并未停止,是一种动态平衡 定 达到化学平衡状态后,各组分浓度保持不变,不随时间变化而变化 变 外界条件发生改变时,原平衡状态可能被打破,再在新条件下建立新的平衡状态 [题点多维训练] 1.在某密闭容器中发生可逆反应Cl2(g)+PCl3(g)PCl5(g),达到平衡后通入37Cl2,再次达到平衡时37Cl存在于 (　　) A.Cl2中　　　　　 B.Cl2、PCl3中 C.PCl5中 D.PCl5、Cl2、PCl3中 解析:选D　当反应达到平衡后,向容器中通入37Cl2,化学平衡正向移动,反应产生的PCl5中含有37Cl,该反应是可逆反应,含有37Cl的PCl5会部分分解产生Cl2、PCl3,因此Cl2、PCl3中也存在37Cl,则最终反应再次达到平衡时37Cl存在于PCl5、Cl2、PCl3中。 2.(1)恒容密闭容器中的可逆反应2NO2(g)2NO(g)+O2(g),单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO,能否说明该反应已达到平衡状态?若混合气体的颜色不再改变呢?能否说明?请说明理由。 (2)2HI(g)H2(g)+I2(g)在温度和体积一定时,容器内压强不再变化。能否说明该反应已达到平衡状态,请说明理由。 答案:(1)单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO,其中描述的都是正反应方向的速率,不能说明反应是否处于平衡状态。混合气体的颜色不变,即c(NO2)保持不变,说明反应处于平衡状态。 (2)不能。在该反应中,反应前后的气体的总物质的量不变,反应无论是否达到化学平衡,反应容器内压强都不随时间变化。 3.在紫外线的作用下,氧气可生成臭氧:3O2(g)2O3(g)。在一恒容密闭容器中发生该反应,能说明该反应达到平衡状态的是 (　　) A.单位时间内生成2 mol O3,同时消耗3 mol O2 B.O2的消耗速率为0.2 mol·L-1·s-1,O3的消耗速率为0.3 mol·L-1·s-1 C.气体的平均相对分子质量不再改变 D.气体密度不再改变 解析:选C　A项,生成O3和消耗O2均是正反应方向,不能说明反应达到平衡状态;B项,消耗O2是正反应方向,消耗O3是逆反应方向,且两者速率之比不等于化学计量数之比,反应未达到平衡状态;C项,根据反应特点m不变,n是变化的,故M=不再改变,说明n不再变化,说明已达平衡状态;D项,该反应在体积不变的容器中进行时,气体密度为定值,不能说明反应达到平衡状态。 4.(2025·湖北黄冈高一期中)在一密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.4 mol·L-1、0.2 mol·L-1、0.4 mol·L-1,当反应达到平衡时,可能存在的数据是 (　　) A.SO2为0.6 mol·L-1,O2为0.4 mol·L-1 B.SO2为0.6 mol·L-1 C.SO2、SO3均为0.3 mol·L-1 D.SO3为0.8 mol·L-1 解析:选B　根据反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)可知,若SO2浓度为0.6 mol·L-1,则O2、SO3浓度分别为0.3 mol·L-1、0.2 mol·L-1,存在这种可能,故B正确,A错误;根据题干可知,SO2浓度为0.3 mol·L-1时,SO3浓度为0.5 mol·L-1,反之SO3浓度为0.3 mol·L-1时,SO2浓度为0.5 mol·L-1,故C错误;SO3浓度为0.8 mol·L-1时,SO2和O2完全反应,但是该反应为可逆反应,SO2和O2不可能反应完全,故D错误。 5.在2 L密闭容器内,800 ℃时反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如表: 时间/s 0 1 2 3 4 5 n(NO)/mol 0.020 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007 (1)上述反应　　　(填“是”或“不是”)可逆反应,在第5 s时,NO的转化率为　　　。  (2)如图中表示NO2变化曲线的是　　　　。用O2表示0~2 s内该反应的平均速率v=　　　　　　　。 (3)能说明该反应已达到平衡状态的是　　　　。  a.v(NO2)=2v(O2)　　 b.容器内压强保持不变 c.v逆(NO)=2v正(O2) d.容器内密度保持不变 解析:(1)由表格中数据可知反应进行至3 s时,NO的物质的量保持不变,可说明该反应为可逆反应。反应至 5 s时,消耗n(NO)=0.020 mol-0.007 mol=0.013 mol,即NO的转化率=×100%=65%。(2)随着反应不断进行,c(NO2)逐渐增大,达到平衡时消耗0.013 mol NO,即c(NO2)最大值为0.013 mol÷2 L=0.006 5 mol·L-1,即曲线b可表示NO2浓度变化。0~2 s内反应中消耗0.020 mol-0.008 mol=0.012 mol NO,则消耗0.006 mol O2,v(O2)==1.5×10-3 mol·L-1·s-1。(3)未指明反应进行的方向,无法判断是否达到平衡,a错误;反应前后体积不同,当压强保持不变时,达到平衡状态,b正确;NO和O2的速率符合化学计量数关系且方向不同,达到平衡状态,c正确;容器内密度始终保持不变,不能判断是否达到平衡状态,d错误。 答案:(1)是　65% (2)b　1.5×10-3 mol·L-1·s-1　(3)bc |归纳拓展|平衡状态的判断依据 直接判断依据 v正=v逆 同一物质 生成速率等于消耗速率 不同物质 化学反应速率之比等于化学计量数之比,且表示不同方向(即“一正一逆”) 间接判断依据 某些 物理量 各组成成分的质量、物质的量、分子数、物质的量浓度保持不变 各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数保持不变 　 [注意]　利用某些物理量不变作判据时,要用建立平衡的过程中“变化”的物理量不变作判据。 新知探究(二)——化学反应条件的控制 1.条件控制的意义 (1)促进有利反应 (2)抑制有害反应 2.条件控制在工业合成氨中的应用 (1)化学理论: 低温、高压时有利于提高氨的产率。 (2)工业实际: 温度 温度低,氨的产率高,反应速率小,达到化学平衡所需时间长,生产成本高,工业上通常选择在400~500 ℃下进行 压强 压强越大,氨的产率越高,对动力和生产设备的要求也越高,采用的压强通常为10 MPa~30 MPa 3.提高燃料燃烧效率的条件调控 (1)煤燃烧时,将煤块粉碎成煤粉目的是增大其与空气中O2的接触面积,煤粉燃烧更充分,反应更快;通入适当过量的空气的目的是使煤充分燃烧,放出更多能量;若空气不足,会造成的结果为燃烧不完全,生成有毒气体CO,造成污染且热量产生少。 (2)选择保温隔热且耐热的炉(灶)膛材料的主要目的是防止热量散失。 (3)充分利用煤燃烧后的废气中的热量可采取的措施是将燃烧后的废气通过热交换装置,供其他使用。 　　[微点拨]　反应条件调控的措施 　　①改变化学反应速率:改变反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强、固体的表面积以及催化剂的合理使用等。 　　②改变可逆反应进行的限度:改变可逆反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强等。 [题点多维训练] 1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)将肉类食品进行低温冷藏,能使其永远不会腐败变质。 (×) (2)并不是所有化工生产都必须使用催化剂。 (√) (3)夏天面粉的发酵速率与冬天面粉的发酵速率相差不大。 (×) (4)茶叶使用真空包装,能显著延长茶叶的储存时间。 (√) (5)工业合成氨的条件是高温低压和使用催化剂。 (×) 2. 以下是2SO2+O22SO3在不同条件下达到平衡状态时SO2的转化率。 温度/℃ 压强/MPa 0.1 0.5 1 10 400 99.2% 99.6% 99.7% 99.9% 500 93.5% 96.9% 97.8% 99.3% 600 73.7% 85.8% 89.5% 96.4% 从以上数据分析,要实现SO2转化率为93.5%,需控制的反应条件是 　, 不使用高压的原因是 　。 答案:500 ℃、0.1 MPa　高压条件要求设备强度高,成本增大,且转化率增大的不大 3.下列措施可以提高燃料燃烧效率的是 (　　) ①提高燃料的着火点　②降低燃料的着火点　③将固体燃料粉碎　④将液体燃料雾化　 ⑤将煤气化处理　⑥通入适当过量的空气 A.①③④⑤　　　　　 B.②③⑤⑥ C.③④⑤⑥ D.①②③④ 解析:选C　着火点是物质本身的属性,不能提高也不能降低。 4.下图所示为工业合成氨的流程图。下列有关生产条件的调控作用分析正确的是　　　　(填序号)。  (1)步骤①中“净化”可以防止杂质与催化剂作用,降低其活性 (2)步骤②中“加压”可以加快反应速率 (3)步骤②采用的压强是2×107 Pa,因为在该压强下铁触媒的活性最大 (4)步骤③选择高效催化剂是合成氨反应的重要条件 (5)目前,步骤③一般选择控制反应温度为700 ℃左右 (6)步骤④⑤有利于提高原料的利用率,能节约生产成本 答案:(1)(2)(4)(6) 命题热点——反应速率与平衡的基本图像分析　　 　[典例]　在2.0 L恒温恒容密闭容器中充入1.0 mol HCl和0.3 mol O2,加入催化剂发生反应:4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g),HCl、O2的物质的量随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是 (　　) A.t2时,v正=v逆 B.t3时已处于平衡状态,升高温度平衡状态不会发生改变 C.0~t3时间内v(HCl)= mol·L-1·min-1 D.t3时,容器中c(Cl2)=c(H2O)=0.4 mol·L-1 [解析]　从图像知,t3时反应物的物质的量不再变化,为平衡状态,v正=v逆。t2不是平衡状态,v正≠v逆,A项错误;升高温度,平衡状态发生改变,B项错误;0~t3时间内v(HCl)==mol·L-1·min-1,C项正确;t3时c(Cl2)=c(H2O)==0.2 mol·L-1,D项错误。 [答案]　C |思维建模|反应速率与平衡图像分析思路 [题点多维训练] 1.一定温度下,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。下列描述正确的是 (　　) A.t min时该反应达到化学平衡状态 B.反应开始到10 min,用X表示的反应速率为0.079 mol·L-1·min-1 C.反应开始到10 min时,Y的转化率为79% D.反应的化学方程式为X(g)+2Y(g)3Z(g) 解析:选C　t min时v正≠v逆,A错误;由图像知,v(X)==0.039 5 mol·L-1·min-1,B错误;由图像知,X、Y为反应物,Z为生成物,即X∶Y∶Z=1∶1∶2,则化学方程式为X(g)+Y(g)2Z(g),D错误。 2.一定温度下,在容积为1 L的密闭容器中进行某一反应,容器内M、N两种气体的物质的量随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是 (　　) A.该反应的化学方程式为N(g)2M(g) B.t1~t2时间内,v(N)= mol·L-1·min-1 C.t2时,正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态 D.平衡时,物质N的转化率为75% 解析:选D　达到平衡时N减少8 mol-2 mol=6 mol,M增加5 mol-2 mol=3 mol,根据变化量之比是化学计量数之比可知该反应的化学方程式为2N(g)M(g),A错误;t1~t2时间内N减少6 mol-4 mol=2 mol,浓度是 2 mol·L-1,则v(N)= mol·L-1·min-1,B错误;t2时M和N的物质的量仍然在变化,正、逆反应速率不相等,反应没有达到平衡状态,C错误;达到平衡时N减少8 mol-2 mol=6 mol,则平衡时,物质N的转化率为×100%=75%,D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $