2019版高中化学 第2章第2节 化学反应的快慢和限度 第2课时 化学反应的限度学案 鲁科版必修2.doc

1第第 2 2 课时课时 化学反应的限度化学反应的限度一、化学平衡的建立及其特征1可逆反应(1)概念：在相同条件下，同时向正、反两个方向进行的化学反应称为可逆反应。(2)表示：可逆反应的化学方程式中，用“”号代替“=”号。(3)特征双向性：反应物生成物。正向反应逆向反应双同性：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。2化学平衡状态的建立(1)可逆反应过程中正、逆反应速率的变化反应开始时：反应物浓度最大，正反应速率最大；生成物浓度为 0，逆反应速率为 0。反应过程中：反应物浓度逐渐减小，正反应速率逐渐减小；生成物浓度逐渐增大，逆反应速率逐渐增大。反应达到平衡时：反应物的浓度和生成物的浓度都不再改变，正反应速率和逆反应速率相等。(2)用图像表示化学平衡状态的建立3化学平衡状态(1)化学平衡状态的概念如果外界条件(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2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，达到一种表面静止的状态，称为“化学平衡状态” ，简称化学平衡。(2)化学平衡状态的特征(1)可逆反应必须在一定的外界条件下(如温度、浓度、压强等)才能建立化学平衡。相同条件下(如温度、浓度、压强等)，可逆反应无论是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，最终达到的平衡状态是相同的，即“殊途同归” 。(2)化学平衡状态的判断依据同一物质生成速率等于消耗速率 直接判断依据v正v逆 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)各组分的质量、物质的量、分子数、物质的量浓度保持不变间接判断依据各物质的某些物理量保持不变各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数保持不变例 1 某可逆反应达到平衡状态时，下列说法正确的是( )正反应和逆反应同时进行，两者的速率完全相等反应物和生成物同时存在，两者的浓度相同混合物的组成比例不会随时间而改变A B C D考点 可逆反应与化学平衡状态题点 化学平衡状态的特征答案 B解析 可逆反应达到平衡状态时，v正v逆0，且各组分的含量保持不变，故正确；而反应物和生成物浓度相同，只是反应达到的某一特殊状态，并不一定达到平衡。思维启迪化学反应达到平衡时，各组分的浓度保持不变，不要理解为浓度相等，也不要理解为浓度之比等于化学计量数之比。3例 2 在体积固定的绝热容器中，对于反应 A(g)B(g)3C(g)(正反应为放热反应)，下列叙述为平衡状态标志的是( )单位时间内 A、B 生成 C 的分子数与分解 C 的分子数相等外界条件不变时，A、B、C 浓度不随时间变化体系温度不再变化体系的压强不再变化体系的分子总数不再变化A B C D考点 化学平衡状态的判断题点 恒容条件下非等体积反应平衡状态的判断答案 D解析 同一物质的正、逆反应速率相等，说明已达平衡；浓度不变，说明已达平衡；如果该反应没有达到平衡，必然导致体系温度改变。体系温度不变，说明已达平衡；由于该反应是一个体积改变的反应，达到平衡之前，压强是改变的，分子总数也是改变的，达到平衡时，二者不再改变，故均正确。易错警示(1)化学平衡的实质是同种物质的正、逆反应速率相等。用不同物质的正、逆反应速率判断是否达到化学平衡状态时，要根据化学反应速率之比等于化学计量数之比，转化为同种物质的速率进行比较。(2)利用v正v逆0 判断平衡状态时注意：反应速率必须是一正一逆，不能都是v正或都是v逆。例 3 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A BC D答案 B解析 反应中 A 为固态，反应前后气体的总物质的量不变，故混合气体的压强不变不能说明反应达到平衡，错误；，m总变化，V总不变，故混合气体的密度不变可以说明反m总 V总应达到平衡，正确；B 的物质的量浓度不变可以说明反应达到平衡，正确；反应前后气体总物质的量不变，气体总物质的量不变不能说明反应达到平衡，错误。思维启迪(1)分析气体体积、压强、密度等物理量不再变化是否能说明化学反应已达到平衡状态时，4首先要分清化学平衡建立的条件及反应中各物质的状态。化学平衡建立的条件主要有同温同压、同温同体积、恒容绝热。(2)某一物理量在从开始到平衡的过程中是“变化”的，而达到平衡后则“不变” ，则此物理量是判断平衡状态的标志。二、化学平衡的移动1实验探究温度改变对化学平衡的影响实验原理2NO2(g)N2O4(g) 反应放热(红棕色) (无色)实验内容将装有二氧化氮和四氧化二氮混合气体的圆底烧瓶分别浸入冷水和热水中实验现象浸到冷水中时混合物颜色变浅，浸到热水中时混合物颜色变深解释与结论受热颜色变深，说明 NO2浓度增大，即升高温度原平衡被破坏，平衡向逆反应方向移动重新建立新平衡冷却颜色变浅，说明 NO2浓度减小，即降低温度原平衡被破坏，平衡向正反应方向移动重新建立新平衡2.升高温度，平衡向吸热反应方向移动；降低温度，平衡向放热反应方向移动。(1)化学平衡移动的概念：已达到化学平衡的可逆反应中，当条件改变时，原来的化学平衡被破坏，并在新的条件下建立起新的化学平衡的过程。(2)化学平衡移动过程可表示为某条件下化学平衡v正v逆 0条件改变v正 v逆平衡破坏一定时间后新条件下化学平衡v正v逆 0(3)影响化学平衡移动的因素有：温度、浓度、压强等。(4)平衡移动的结果判断若条件改变引起：v正>v逆平衡正向移动；v正v逆；A 点处反应物的浓度大于 B 点，所以 A 点正反应速率大于 B 点。(2)图中纵坐标为浓度，平衡时消耗n(NO)0.020 mol0.007 mol0.013 mol，生成n(NO2)0.013 mol。平衡时c(NO2)0.006 5 mol·L1，所以 NO2的变化曲线为 b。02 s 内，v(O2)v(NO) ×1.5×103 mol·L1·s1。1 21 20.020 mol0.008 mol 2 L × 2 s(3)v(NO2)2v(O2)未指明v正、v逆，不能表明是平衡状态，该反应遵循质量守恒定律，且容器的体积未变化，所以容器内的密度在平衡与不平衡时都不变化。(4)分离出 NO2气体后，浓度减小，反应速率减慢，而升高温度、加入催化剂及增大反应物浓度都会使反应速率增大。对点训练题组一 可逆反应的特点1下列不属于可逆反应的是( )A氯气与水反应生成盐酸与次氯酸BN2与 H2在一定条件下可以生成 NH3，同时 NH3又可分解为 N2和 H2C电解水生成 H2和 O2，氢气和氧气转化为 H2ODSO2溶于水和 H2SO3分解考点 可逆反应与化学平衡状态题点 可逆反应的判断答案 C解析 可逆反应指在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应，电解水生成氢气和氧气，氢气和氧气点燃生成水，反应条件不同，不是可逆反应。2可逆反应 2SO2O22SO3，若用 2 mol SO2和 1 mol 18O2在一定条件下，经足够长放电的时间反应。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 mol9答案 B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18O 原子可能存在于三种物质中，故 A 项错误，B 项正确；该反应是可逆反应，反应物不可能完全转化为生成物，故 C 项错误；根据硫元素质量守恒：n(SO2)n(SO3)2 mol，故 D 项错误。3在密闭容器中发生反应 X(g)3Y(g)2Z(g)，若 X、Y、Z 的起始浓度分别为 0.1 mol·L1、0.3 mol·L1和 0.2 mol·L1，在一定条件下，当反应达到一定限度时，各物质的浓度可能是( )AX 为 0.2 mol·L1BY 为 0.1 mol·L1CZ 为 0.4 mol·L1DZ 为 0.1 mol·L1时，Y 为 0.4 mol·L1考点 可逆反应与化学平衡状态题点 可逆反应的特点答案 B解析 化学反应的限度决定了可逆反应中的各成分是不能完全转化的，反应可能正向进行，也可能逆向进行，所以当反应达到一定限度时各物质的浓度范围为 0c(X)0.2 mol·L1,0c(Y)0.6 mol·L1,0c(Z)0.4 mol·L1。而当c(Z)0.1 mol·L1时，c(Y)0.45 mol·L1。题组二 化学平衡的建立与特征4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( )At1时，只有正反应Bt2t3时，反应不再发生Ct2时，容器内有 1.5 mol YDt2t3时，X、Y 的物质的量均没有发生变化考点 可逆反应与化学平衡状态题点 化学平衡状态的建立答案 D解析 t1时，v正v逆0，正、逆反应都在发生，A 项错误；t2t3时，v正v逆0，反10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；t2t3时为化学平衡状态，X、Y 的物质的量均不发生变化，D 项正确。5下列关于化学平衡的说法，不正确的是( )A当一个可逆反应达到化学平衡时，正、逆反应速率都为零B当可逆反应达到化学平衡时，正、逆反应速率一定相等C当可逆反应达到化学平衡后，改变某些条件可以使平衡发生移动D当可逆反应达到化学平衡后，尽管正、逆反应都在进行，但各物质的浓度保持不变答案 A解析 当可逆反应达到化学平衡时，正、逆反应速率相等，但不为零；当可逆反应达到化学平衡后，尽管正、逆反应都在进行，但各物质的浓度保持不变；化学平衡是有条件的，可逆反应达到化学平衡后，改变某些条件可以使平衡发生移动。6在 373 K 时，密闭容器中充入一定量的 NO2和 SO2，发生如下反应：NO2SO2催化剂,NOSO3。平衡时，下列叙述正确的是( )NO 和 SO3的物质的量一定相等 NO2和 SO2的物质的量一定相等 反应混合物的总物质的量一定等于反应开始时总物质的量 SO2、NO2、NO、SO3的物质的量一定相等A和 B和C和 D和答案 C解析 充入的是 NO2和 SO2，又 NO 和 SO3的化学计量数之比为 11，其物质的量一定相等；充入 NO2、SO2的量不一定相等，而反应消耗量相等，故平衡时不一定相等；反应前后物质的化学计量数之和不变，则总物质的量保持不变；充入 SO2、NO2的量不确定，则平衡时各反应物和生成物的量不一定相等，故选 C。7在一定温度下，容器内某一反应中 M、N 的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示，下列表述正确的是( )A化学方程式：2NMBt2时，正、逆反应速率相等，达到平衡Ct3时，正反应速率大于逆反应速率Dt1时，M 的浓度是 N 浓度的 2 倍11考点 化学平衡计算与图像题点 化学平衡的图像答案 A解析 在t2时，N 的物质的量为 4 mol，变化 4 mol，M 的物质的量为 4 mol，变化 2 mol，反应的化学方程式为 2NM，A 项正确；t2时，M、N 物质的量还在变化，所以没有达到平衡状态，B 项错误；t3时，达到平衡状态，则正、逆反应速率相等，C 项错误；t1时，N 的物质的量为 6 mol，M 的物质的量为 3 mol，则 N 的浓度是 M 浓度的 2 倍，D 项错误。题组三 化学平衡状态的判断8一定温度下，可逆反应 A(g)3B(g)2C(g)未达到平衡的是( )AC 的生成速率与 C 的分解速率相等B单位时间内生成n mol A 的同时消耗 4n mol BCA、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 化学平衡的标志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，A 项达到平衡；A、B、C 各物质的浓度不变化，是平衡状态的宏观表现，C 项达到平衡；逆反应生成n mol A，同时生成 3n mol B，对于正反应消耗了 4n mol B，说明v正>v逆，反应向正反应方向进行，B 项未达到平衡；C 的百分含量达到最大值，说明反应达到限度，即 D 项达到平衡。9在下列说法中，可以说明恒温恒容密闭容器中的反应：P(g)Q(g)R(g)S(g)已达到平衡状态的是( )A反应容器内压强不随时间变化BP 和 S 的生成速率相等C容器内 P、Q、R、S 的物质的量浓度之比为 1111D反应容器内气体的总物质的量不随时间变化考点 化学平衡状态的判断题点 等体积反应平衡状态的判断答案 B解析 反应前后气体分子总数不变，容器的压强始终不变，A 项错误；由物质的反应速率之比等于相应的化学计量数之比得v逆(P)v逆(S)，根据题意知，v逆(P)v正(S)，则有v逆(S)v正(S)，说明反应达到平衡状态，B 项正确；反应容器内 P、Q、R、S 的物质的量浓度之比为 1111，但不一定不再改变，所以反应不一定达到平衡状态，C 项错误；反应前后气体分子总数不变，气体的总物质的量不随时间变化，D 项错误。1210在体积不变的密闭容器中发生反应 N2(g)3H2(g)2NH3(g)，下列叙述表示该高温、高压催化剂反应处于化学平衡状态的是( )AN2、H2、NH3的浓度之比为 132B混合气体的密度不随时间变化C当有 1 mol NN 键断裂时，有 6 mol NH 键断裂D单位时间内生成 2a mol NH3，同时消耗a mol N2考点 化学平衡状态的判断题点 恒容下非等体积反应平衡状态的判断答案 C解析 A 中，N2、H2、NH3的浓度之比等于化学计量数之比时，不能确定反应是否处于平衡状态；B 中，因容器的体积不变，而混合气体的总质量不改变，则无论反应平衡与否，混合气体的密度均不变；C 中，当有 1 mol NN 键断裂时，相当于生成 2 mol NH3(1 mol NH3中含有 3 mol NH 键)，即形成 6 mol NH 键，同时有 6 mol NH 键断裂，符合v正(NH3)v逆(NH3)，故反应处于化学平衡状态；D 中，两反应速率均表示正反应速率，反应进行的任何阶段均成比例。11一定温度下，在某恒容的密闭容器中，建立化学平衡：C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)。下列叙述中不能说明该反应已达到化学平衡状态的是( )A体系的压强不再发生变化Bv正(CO)v逆(H2O)C生成n mol CO 的同时生成n mol H2D1 mol HH 键断裂的同时断裂 2 mol HO 键考点 化学平衡状态的判断题点 有固体参与的气体反应平衡状态的判断答案 C解析 A 项，由于该反应前后气体体积改变，当体系的压强不再发生变化时，说明反应已达到化学平衡状态；B 项，CO 的正反应速率等于其逆反应速率，说明反应已达到化学平衡状态；C 项，生成 CO、H2均表示反应向正反应方向进行，没有表示出正、逆反应速率的关系，不能说明反应已达化学平衡状态；D 项，HH 键断裂和 HO 键断裂是两个相反的反应方向，1 mol HH 键断裂的同时断裂 2 mol HO 键，即消耗 1 mol H2的同时消耗了 1 mol H2O，可知 H2的消耗量等于其生成量，说明反应已达到化学平衡状态。12可逆反应 2NO2(g)2NO(g)O2(g)在体积固定的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是( )单位时间内生成n mol O2的同时生成 2n mol NO2单位时间内生成n mol O2的同时生成 2n mol NO13用 NO2、NO、O2表示的反应速率的比为 221 的状态混合气体的颜色不再改变的状态混合气体的密度不再改变的状态混合气体的压强不再改变的状态混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态A BC D全部考点 化学平衡状态的判断题点 恒容下非等体积反应平衡状态的判断答案 A解析 中单位时间内生成n mol O2的同时生成 2n mol NO2，知v正v逆，所以能说明达到平衡状态；所描述的都是指正反应方向的速率，无法判断；无论达到平衡与否，物质的反应速率之比都等于化学方程式中物质的化学计量数之比；有色气体的颜色不变能够说明达到了化学平衡；因容器体积固定，密度是一个常数，所以不能说明反应达到平衡；该反应是一个反应前后气体体积不等的反应，容器的体积又固定，所以均能说明达到平衡。综合强化13一定温度下，在容积为V L 的密闭容器中进行反应：aN(g)bM(g)，M、N 的物质的量随时间的变化曲线如下图所示：(1)此反应的化学方程式中 _。a b(2)t1到t2时刻，以 M 的浓度变化表示的平均反应速率为_。(3)下列叙述能说明上述反应达到平衡状态的是_(填字母)。A反应中 M 与 N 的物质的量之比为 11B混合气体的总质量不随时间的变化而变化C混合气体的总物质的量不随时间的变化而变化D单位时间内消耗a mol N，同时生成b mol ME混合气体的压强不随时间的变化而变化14考点 化学平衡状态的判断题点 化学平衡状态的相关综合答案 (1)2 (2) mol·L1·min11t2t1 ×V(3)CE解析 (1)化学计量数之比等于物质的物质的量的变化量之比，所以ab(8 mol2 mol)(5 mol2 mol)21，该反应的化学方程式为 2N(g)M(g)。(2)v(M) mol·L1·min1。4 mol3 molt2t1 min ×V L1t2t1 ×V(3)达到平衡状态时，各组分的浓度不再发生变化，M 与 N 的物质的量之比为 11 时，不能说明反应达到平衡状态，A 选项错误；该反应的反应物和生成物都是气体，根据质量守恒定律，反应前后混合气体的质量始终不变，B 选项错误；该反应为气体体积减小的反应，若反应没有达到平衡状态，反应过程中气体的总物质的量和压强始终在减小，当该量不再发生变化时，则说明反应达到了平衡状态，C 和 E 选项正确；消耗a mol N 和生成b mol M 都表示的是正反应速率，没有体现逆反应速率的大小，不能说明反应达到了平衡状态，D 选项错误。14在一定条件下，A 气体与 B 气体反应生成 C 气体。反应过程中，反应物与生成物的浓度随时间变化的曲线如图。回答下列问题：(1)该反应的化学方程式为_。(2)0t1 s 内 A 的反应速率为_。(3)反应后与反应前的压强之比为_。(4)(t110)s 时，A 气体的体积分数为_，此时v正(A)_(填“” “”或“”)v逆(B)。(5)关于该反应的说法正确的是_(填字母)。a到达t1 s 时反应已停止b在t1 s 之前 B 气体的消耗速率大于它的生成速率c在t1 s 时 C 气体的正反应速率等于逆反应速率考点 化学平衡计算与图像题点 化学平衡计算的综合15答案 (1)3A(g)B(g)2C(g)(2) mol·L1·s10.6 t1(3)913(4)22.2% (5)bc解析 (1)从 0 到t1 s 时，c(A)0.8 mol·L10.2 mol·L10.6 mol·L1，c(B)0.5 mol·L10.3 mol·L10.2 mol·L1，c(C)0.4 mol·L1，三者之比为c(A)c(B)c(C)0.6 mol·L10.2 mol·L10.4 mol·L1312，所以化学方程式为 3A(g)B(g)2C(g)。(2)0t1 s 内 A 的反应速率为 mol·L1·s1。0.6 mol·L1 t1 s0.6 t1(3)压强之比等于物质的量之比，为 913。(4)A 气体的体积分数为 22.2%；在t1(t110)s 反应处于平衡状态，0.2 0.20.30.42 9v正(A)3v逆(B)，故v正(A)v逆(B)。(5)a 项，可逆反应不可能停止，错误；b 项，在t1 s 之前，反应未达平衡，仍然向正反应方向进行，故 B 气体的消耗速率大于它的生成速率，正确；c 项，在t1 s 时，反应达到平衡，故 C 气体的正反应速率等于逆反应速率，正确。15在 100 时，将 0.100 mol 的 N2O4气体充入 1 L 抽空的密闭容器中，隔一段时间对容器内的物质进行分析，得到如下数据：时间/s020406080100c(N2O4)/mol·L10.100c10.050c3abc(NO2)/mol·L10.0000.060c20.1200.1200.120请根据表中数据回答下列问题：(1)表中c2_(填“>” “ (2)0.070 mol·L1 0.001 5(3)深 浅解析 (1)(2)由反应 N2O42NO2可知，20 s 时 c(NO2)0.060 mol·L1，则 c(N2O4)0.030 mol·L1，c1(0.1000.030) mol·L10.070 mol·L1，v(N2O4)0.001 5 mol·L1·s1。当 c(N2O4)0.100 cN2O4t0.030 mol·L1 20 smol·L10.050 mol·L10.050 mol·L1时，则c2c(NO2)2×0.050 mol·L10.100 mol·L1，当t60 s 时，已达平衡，c3ab0.100 c(NO2)1 20.100 mol·L1 ×0.120 mol·L10.040 mol·L1。1 2(3)反应 CaOH2O=Ca(OH)2放出大量的热，使水的温度升高，NH4NO3溶解时吸热，使 水的温度降低。NO2为红棕色气体，N2O4为无色气体，升温时平衡向吸热(生成 NO2)方向移 动，即气体颜色加深；降温时，平衡向放热(生成 N2O4)方向移动，即气体颜色变浅。