2017_2018学年高中化学第2章化学反应的快慢和限度第2课时化学反应的限度同步备课学案鲁科版.docx

第2课时化学反应的限度目标导航1.了解化学反应的可逆性，知道可逆反应的特征。2.了解化学平衡的概念和特征，能够判断平衡状态，知道条件改变时化学平衡会发生移动。3.认识化学反应的进行是有一定限度的。一、化学反应的限度化学平衡状态1可逆反应(1)概念：在相同条件下同时向正、反两个方向进行的反应称为可逆反应。(2)特点：一定条件下，反应物不能全部转化成生成物，反应只能进行到一定限度。(3)表示：在可逆反应的化学方程式中，用“”号代替“=”号。2化学平衡状态(1)化学平衡状态的建立对于可逆反应2SO2O22SO3，在一定温度下，将2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)通入一定体积的密闭容器中。其化学反应速率与时间关系如图所示。反应开始时：v正最大，v逆为0，原因是反应物浓度最大，生成物浓度为0。反应过程中：v正逐渐减小，v逆逐渐增大，原因是反应物浓度逐渐减小，生成物浓度逐渐增大。反应达到平衡时(t1后)：v正v逆，反应物和生成物的浓度不再改变。(2)化学平衡状态的概念在一定条件下，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，正反应速率与逆反应速率相等，这种状态称为化学平衡状态。(3)化学平衡状态的特征逆：只有可逆反应才能在一定条件下建立化学平衡状态。等：反应达到平衡时，v正v逆。动：化学平衡状态是一种动态平衡。达到平衡状态时，正反应和逆反应都依然在进行。定：条件一定时，反应物的浓度和生成物的浓度不再改变。变：外界条件发生改变时，原平衡状态被破坏，并在新的条件下建立新的化学平衡状态。【议一议】1在密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，在一定条件下发生反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)，当充分反应后，最终容器中能否得到2 mol SO3?答案不能，因为可逆反应不能进行彻底。2在密闭容器中进行反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)，当SO2、O2、SO3的浓度之比为212时能否说明该反应达到化学平衡状态？答案不能，因为不能说明各组分的浓度一定不变。也不能说明该反应的正、逆反应速率相等。二、化学平衡移动1实验探究温度改变对化学平衡的影响2NO2N2O4(正反应方向为放热反应)受温度的影响(1)现象温度改变混合气体颜色c(NO2)升温(浸入热水)变深增加降温(浸入冷水)变浅减小(2)结论当其他条件不变时，升高反应体系的温度，化学平衡向吸热反应方向移动；降低反应体系的温度，化学平衡向放热反应方向移动。2化学平衡移动的含义对一个化学平衡状态改变条件时，原来的化学平衡将被破坏，并在新的条件下建立新的化学平衡，即发生化学平衡移动。3影响化学平衡移动的因素影响因素有温度、反应物浓度、压强等。【议一议】升高温度，化学平衡一定向正反应方向移动吗？答案不一定，若正反应是吸热反应，则升高温度，化学平衡向正反应方向移动；若正反应为放热反应，则升高温度，化学平衡向逆反应方向移动。一、可逆反应的特点1正反应和逆反应发生条件相同。2正、逆反应同时存在，同时进行。3反应不能进行彻底，各反应物和生成物同时存在。4能量转化互逆。若正反应吸收能量，则逆反应释放能量。【例1】可逆反应2SO2O22SO3，若用2 mol SO2和1 mol 18O2在一定条件下，经足够长的时间反应。下列情况可能出现的是()A18O原子完全存在于SO3中B18O原子存在于O2、SO2、SO3中C生成2 mol SO3DSO2、SO3均为1.5 mol解析可逆反应在相同条件下，可以向正、逆两个反应方向进行，反应体系中各物质同时存在，由于三种物质均含有氧元素，故O原子可能存在于三种物质中；C项，该反应是可逆反应，反应物不可能完全转化为生成物，错误；D项，根据硫元素质量守恒：n(SO2)n(SO3)2 mol。答案B【解题反思】在相同的条件下，可逆反应的正、逆反应同时进行，且不能完全转化。变式训练1在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0.2 molL1、0.1 molL1、0.2 molL1。当反应达到平衡时，可能存在的数据是 ()ASO2为0.4 molL1，O2为0.2 molL1BSO2为0.25 molL1CSO2、SO3均为0.15 molL1DSO3为0.4 molL1答案B解析该反应为可逆反应，当SO2和O2完全转化为SO3时，c(SO2)c(O2)0，c(SO3)0.4 molL1；当SO3完全转化为SO2和O2时，c(SO3)0，c(SO2)0.4 molL1，c(O2)0.2 molL1。根据可逆反应的特点：可逆反应不可能进行到底，故平衡时，0c(SO2)0.4 molL1，0c(SO3)0.4 molL1,0c(O2)0.2 molL1，且c(SO2)c(SO3)0.4 molL1，只有B项符合题意。【方法规律】常采用极端假设法解释化学平衡中有关量的问题。二、化学平衡状态的判断方法1根据正、逆反应速率相等(1)同一物质：同一种物质的生成速率消耗速率，即v正(A)v逆(A)。(2)不同物质：不同方向的化学反应速率之比化学计量数之比，即v正(A)v逆(B)A、B的化学计量数比。2根据各组分浓度不变(1)各组分质量、物质的量、分子个数、物质的量浓度不变；对于有颜色变化的可逆反应，颜色不再改变；反应物的转化率不再变化。(2)各组分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数不变。(3)反应前后气体化学计量数改变的反应：气体的总物质的量、恒温恒容条件下气体的总压强不变。(4)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。(5)恒温恒压条件下，反应前后全是气体且气体化学计量数改变的反应：混合气体的密度不变。(6)恒容绝热条件下：反应混合物的密度不变。【关键提醒】如下情况不能说明可逆反应达到化学平衡状态：(1)对于反应前后气体化学计量数相等的反应，气体总物质的量不变或气体总压强不变。(2)全部由气体参加和生成的反应，恒容时气体密度不变。(3)各组分的浓度相等或成某一比例。(4)不指明v正或v逆，或指明v正或v逆，但用不同物质表示时的比例关系不符合化学计量数之比。(5)反应物和生成物全部是气体，且反应前后气体化学计量数不变的反应，平均相对分子质量不变。【例2】在恒温恒容条件下，下列叙述不是可逆反应A(g)3B(g)2C(g)达到平衡的特征的是()C的生成速率与C的分解速率相等单位时间内生成n mol A，同时生成3n mol B单位时间生成n mol A，同时生成2n mol Cv正(A)v正(B)混合气体的总压强不再变化混合气体的物质的量不再变化A、B、C的浓度不再变化A、B、C的分子个数比为132ABCD解析化学平衡的标志之一是正反应速率与逆反应速率相等。C的生成速率是正反应速率，C的分解速率是逆反应速率，能说明达到平衡；生成n mol A，同时生成3n mol B均表示逆反应，不能说明达到平衡；生成n mol A为逆反应，生成2n mol C即消耗n mol A，能说明达到平衡；没有逆反应速率，不能说明达到平衡；本反应是一个气体总物质的量改变、混合气体的总压强改变、A、B、C浓度改变的反应，它们不变时能说明可逆反应到达平衡状态；分子个数比不能说明A、B、C的浓度是否不变，不能说明达到平衡。答案A【方法规律】(1)对化学平衡状态的判断，从不同角度出发可以得到多种判断依据，如物质的量、浓度、压强、体积分数、温度、密度、颜色等，但最终都体现v正v逆，各组分浓度保持不变。(2)“变”“不变”判断法：某一物理量在从开始到平衡的过程是“变化”的，而达平衡后则“不变”，则此物理量是判断平衡状态的标志。变式训练2(1)下列方法可以证明H2(g)I2(g)2HI(g)已达平衡状态的是_(填序号)。c(H2)c(I2)c(HI)c(H2)c(I2)c(HI)112c(H2)、c(I2)、c(HI)不再改变反应速率v(H2)v(I2)v(HI)单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol I2一个HH键断裂的同时有两个HI键断裂恒温恒容时，混合气体的颜色不再变化恒温恒容时，混合气体的压强不再变化温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化时(2)在上述的说法中能说明2NO2N2O4达到平衡状态的是_(填序号)。答案(1)(2)解析(1)、分别是化学平衡建立过程中的某一种特定状态，不一定是平衡状态；c(H2)、c(I2)、c(HI)不再改变是平衡状态；没有指明v正和v逆，不能说明v正(H2)v逆(H2)，不能说明反应达到平衡状态；是指v逆(H2)v正(HI)，说明2v逆(H2)v正(H2)，不能说明反应达到平衡状态；指v正(H2)v正(I2)，不能说明反应达到平衡状态；指2v正(H2)v逆(HI)，即v正(H2)v逆(H2)；颜色不再发生变化，说明I2的浓度不变，能说明反应达到平衡状态；反应在反应前后气体的总物质的量不变，即在反应的任何一个阶段，容器内压强不发生改变，不能说明反应达到平衡状态；因为反应前后气体的体积不变，气体的质量不变，所以混合气体的密度不变，不能说明反应达到平衡状态。(2)化学反应前后气体体积发生改变，因此在反应未达到平衡状态时，混合气体的密度、容器内压强等都会发生改变，当反应处于平衡状态时，这些量都不再改变，此时c(NO2)恒定，颜色不再变化。因此、都能说明反应达到平衡状态。1下列关于化学反应限度的叙述错误的是()A不同的化学反应，限度可能不同B可以通过改变温度来控制化学反应的限度C可以通过延长化学反应的时间来改变反应的限度D当一个化学反应在一定条件下达到限度时，正、逆反应速率相等答案C解析反应限度主要取决于反应的本身；温度可使化学平衡移动；延长时间不可以改变反应的限度；达平衡时，v正v逆0。2下列不属于可逆反应的是()APbPbO22H2SO42PbSO42H2OBN23H22NH3CCl2H2OHClHClOD2NO2(g)N2O4(g)答案A解析可逆反应要求是在同一条件下既能向正反应方向又能向逆反应方向进行的反应，选项A中逆反应需要在外加电源的情况下进行，与正反应条件不同，是在不同条件下进行的反应，故不是可逆反应。3对可逆反应4NH3(g)5O2(g)4NO(g)6H2O(g)，下列叙述正确的是()A达到化学平衡时，4v正(O2)5v逆(NO)B若单位时间内生成x mol NO的同时，消耗x mol NH3，则反应达到平衡状态C达到化学平衡后，若增加容器体积，则正反应速率减小，逆反应速率增大D平衡后，再充入NH3，由于其他物质浓度不变，反应速度虽增大，平衡不会发生移动答案A解析根据不同物质表示同一反应时的速率关系，可知v逆(O2)v逆(NO)，代入A中表达式知v正(O2)v逆(O2)，A项正确；NO的生成与NH3的消耗同进表示正反应，在任意时刻都成比例，B项不正确；达到平衡时，增加容器体积，反应物、生成物浓度同时减小，正、逆反应速率同时减小，C项不正确；平衡后，增大反应物浓度，反应速率增大，平衡发生移动，D不正确。4一定温度下，不能说明可逆反应A(g)3B(g)2C(g)达到平衡的是()AC的生成速率与C的分解速率相等BA、B、C气体的浓度相等CA、B、C的浓度不再变化DC的百分含量达到最大值答案B解析C的生成速率是正反应速率，C的分解速率是逆反应速率，A达到平衡； A、B、C浓度相等，不能说明它们的浓度是否不变，B不能说明达到平衡；A、B、C各物质的浓度不变化，是平衡状态的宏观表现，C达到平衡； C的百分含量达到最大值，说明反应达到限度，D达到平衡。5在一个恒温、恒容的密闭容器中，可逆反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)的反应，达到化学平衡状态的标志为_(填编号)。反应速率v(N2)v(H2)v(NH3)132反应混合物中各组分的物质的量浓度不再改变反应混合物气体的压强不再改变混合气体的密度不变n(N2)n(H2)n(NH3)1322v(N2)正v(NH3)逆单位时间内3 mol HH断裂，同时2 mol NH键断裂混合气体的平均相对分子质量不变N2和H2不再反应答案解析无论是否达到平衡状态，反应速率之比始终与化学方程式中的化学计量数之比相等，不能说明反应达到平衡状态；由于气体的质量m不变，容器的体积V不变，故混合气体的密度，始终不变，不能说明反应达到平衡状态；反应达到平衡状态时n(N2) n(H2) n(NH3)不一定是132，不能说明反应达到平衡状态；反应达到平衡状态时，反应并没有停止，不能说明反应达到平衡状态；由2v正(N2)v逆(NH3)，v正(N2)v正(NH3)12，可知v正(N2)v逆(N2)或v正(NH3)v逆(NH3)，能说明反应达到平衡状态；单位时间内3 mol HH断裂指的是正反应速率，同时2 mol NH键断裂指的是逆反应速率，则v正(N2)v逆(N2)，能说明反应未达到平衡状态。反应混合物中各组分的物质的量浓度、反应混合物气体的压强在反应过程中不断变化，所以能说明反应达到平衡状态。混合气体的平均相对分子质量可根据M判断，由于m不变，而反应过程中气体的物质的量n减小，只有达到平衡时n才不再减少，M不再改变，能说明反应达到平衡状态。6如图所示，圆底烧瓶A和B中装有相同浓度的NO2和N2O4的混合气体，烧杯甲中盛放100 mL 6 molL1的盐酸，烧杯乙中盛放100 mL冷水，两烧杯液体温度相同。现向烧杯甲的溶液中放入25 g NaOH固体，同时向烧杯乙中放入25 g NH4NO3固体，搅拌使之溶解。(1)写出烧瓶中存在的反应的化学方程式_，实验前烧瓶中气体呈_色。(2)分别向甲、乙烧杯中加NaOH固体和NH4NO3固体后，某同学又用温度计测量两烧杯中液体的温度，发现甲中温度_，原因是_，乙中温度_，原因是_，同时发现A烧瓶中气体颜色_，B烧瓶中气体颜色变_。(3)由此，该小组同学得出的结论是_。答案(1)2NO2N2O4红棕(2)升高NaOH与HCl反应放出热量降低NH4NO3溶于水吸收热量变深变浅(3)在其他条件不变时，升高温度，化学平衡向吸热反应的方向移动分层训练基础过关题组1可逆反应1有关2SO2O22SO3的说法中，不正确的是()A该反应为可逆反应，故在一定条件下SO2和O2不可能全部转化为SO3B达到平衡后，反应就停止，故正、逆反应速率均为零C一定条件下，向某密闭容器中加入2 mol SO2和1 mol O2，则v正减小，v逆增大，直至v正v逆D平衡时SO2、O2、SO3的分子数之比不再改变答案B解析化学平衡是动态平衡，达到化学平衡状态时反应并没停止，只是正、逆反应速率相等而已。2在密闭容器中，进行如下反应：X2(g)Y2(g)2Z2(g)，已知X2(g)、Y2(g)、Z2(g)的起始浓度分别为0.1 molL1、0.3 molL1、0.2 molL1，在一定条件下，反应达到平衡时，各物质的物质的量浓度可能为()Ac(Z2)0.4 molL1Bc(Y2)0.35 molL1Cc(X2)0.2 molL1Dc(Y2)0.2 molL1答案B解析采用极限法，根据可逆反应不能进行到底求出物质的量浓度的范围，即0c(Z2) 0.4 molL1,0c(X2)0.2 molL1 ,0.2 molL1c(Y2)0.4 molL1。题组2化学平衡状态3已知汽车尾气无害化处理反应为2NO(g)2CO(g)N2(g)2CO2(g)。下列说法不正确的是 ()A因为反应放热，所以升高温度会使该反应的逆反应速率减小B使用高效催化剂可有效提高正反应速率C反应达到平衡后，NO的反应速率保持恒定D单位时间内消耗CO和CO2的物质的量相等时，反应达到平衡答案A解析升高温度可使可逆反应的正、逆反应速率均提高，故A不正确。4右图是可逆反应X23Y22Z2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 ()At1时刻，v正0，v逆0Bt1t2时，X2的消耗速率小于X2的生成速率Ct2t3，反应不再发生Dt2t3，各物质的浓度不再发生变化答案D解析t1时，v正v逆0，A不正确；由于t1t2时，反应物X2与Y2物质的量逐渐减小至t2时刻保持不变，X2的消耗速率大于X2的生成速率，B不正确；t2t3达平衡状态，v正v逆0，C不正确，D正确。5在一定温度下，向密闭容器中充入一定量的NO2和SO2，发生反应：NO2(g)SO2(g)NO(g)SO3(g)，当化学反应达到平衡时，下列叙述正确的是 ()ASO2和SO3的物质的量一定相等BNO2和SO3的物质的量一定相等C反应混合物的总物质的量一定等于反应开始时NO2和SO2的总物质的量DSO2、NO2、NO、SO3的物质的量一定相等答案C解析题中没有给出各物质的投料情况，NO2、SO2和SO3的量之间没有必然的关系，可能相等，也可能不等，A、B、D项错；该反应反应前后气体分子数不变，故反应混合物的总物质的量一定等于反应开始时NO2和SO2的总物质的量，C项正确。题组3化学平衡状态的判断6在恒温恒容密闭容器中发生反应：A(g)B(g)C(g)D(g)，当下列物理量不再发生变化时，能表明该反应已达到平衡状态的是()AB的物质的量浓度B气体总物质的量C混合气体的压强D混合气体的密度答案A解析c(B)不变，则c(A)、c(C)、c(D)都不变，A能说明该反应达到平衡状态。该反应前后气体化学计量数的总和相等，B和C不能说明反应达到平衡状态。该反应在恒容容器中进行，反应前后气体的总质量不变，反应过程中，混合气体密度不变，D不能说明达到平衡状态。7在一定温度下的恒容密闭容器中，当下列物理量不再变化时，能说明反应A(s)2B(g)C(g)D(g)已达到平衡状态的是()混合气体的压强混合气体的密度B的物质的量浓度气体的总物质的量ABCD答案B解析需注意此反应中A的状态为固态，反应前后气体的物质的量不变，故混合气体的压强不变并不能说明反应达到平衡，错误；，m总变化，V总不变，所以不变时，可以说明反应达到平衡，正确；反应物的浓度和生成物的浓度不再改变可以说明反应已经达到平衡，所以B的物质的量浓度不变，可以说明反应达到平衡，正确；气体的总物质的量在任何时候都是不变的，所以n0不能说明反应达到平衡，错误。8在恒温恒容下发生可逆反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)，下列能够说明反应已经达到平衡状态的是()Ac(N2)c(H2)c(NH3)132B正、逆反应都还在继续进行C每生成2 mol NH3，同时消耗3 mol H2D混合气体的物质的量总和不随时间的变化而变化答案D题组4化学平衡的移动9引起化学平衡移动的根本原因是()A浓度的改变B压强的改变C使用了催化剂D正、逆反应速率的改变程度不同答案D解析其他条件一定时浓度和压强的改变可以使正、逆反应速率发生改变，但它们使化学平衡发生移动是通过改变正、逆反应速率来实现的，因此化学平衡移动的根本原因是正、逆反应速率的改变。使用催化剂可以改变反应速率，但它对正、逆反应速率的影响是相同的，即催化剂不能使化学平衡发生移动。10下列叙述不能肯定判断某化学平衡发生移动的是()A反应体系的温度改变B反应混合物中各组分的百分含量改变C正、逆反应速率改变D反应物的转化率改变答案C解析A项，任何反应的发生都伴随能量的变化，所以，温度改变时，化学平衡一定会发生移动；根据化学平衡的特征，各组分的百分含量不变、反应物转化率不变可判断B项、D项平衡发生移动；C项，若v正与v逆改变的程度相同，两者仍相等，则平衡不移动。能力提升11在200 时，将a mol H2(g)和b mol I2(g)充入到体积为V L的密闭容器中，发生反应：I2(g)H2(g)2HI(g)。(1)反应刚开始时，由于c(H2)_，c(I2)_，而c(HI)_，所以化学反应速率_(填“v正”或“v逆”，下同)最大而_最小(为零)。(2)随着反应的进行，反应混合物中各组分浓度的变化趋势为c(H2)_(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，c(I2)_，而c(HI)_，从而化学反应速率v正_，而v逆_。(3)当反应进行到v正与v逆_时，此可逆反应就达到了最大限度；若保持外界条件不变时，混合物中各组分的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数、反应物的转化率都将_。(4)对于可逆反应H2(g)I2(g)2HI(g)，在温度一定下，由H2(g)和I2(g)开始反应，下列说法正确的是_(填字母)。aH2(g)的消耗速率与HI(g)的生成速率之比为21b达到平衡时H2与I2不再反应c正、逆反应速率的比值是恒定的d达到平衡时，正、逆反应速率相等答案(1) molL1 molL10v正v逆(2)减小减小增大减小增大(3)相等保持不变(4)d解析在化学平衡建立的过程中，开始时，c(H2)和c(I2)为最大值，正反应速率最大，由于此时没有HI，逆反应速率最小为0，随反应进行c(H2)和c(I2)逐渐减小，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，直到平衡时v正v逆，反应体系中各组分的浓度不变，百分含量也不变，由于反应前后气体的物质的量不变，故平衡时总压强不变。(4)化学反应速率之比等于各物质的化学计量数之比，H2(g)的消耗速率与HI(g)的生成速率比为12，a不正确；化学平衡是动态平衡，化学平衡时，反应仍在进行，b不正确；在化学平衡之前，正、逆反应速率不断变化，c不正确；正、逆反应速率相等是化学反应达到平衡的标志，d正确。12某温度下，A、B、C三种气体在恒容密闭容器中进行反应，反应从02 min进行过程中，在不同反应时间各物质的量的变化情况如图所示。(1)该反应的反应物是_，生成物是_。(2)化学方程式为_。(3)能否计算反应开始至2 min时，用C表示的反应速率？_，若不能，则其原因是_。(4)关于该反应的