高中化学人教版必修第二册 学习导航 第六章 第二节 第2课时.docx
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高中化学人教版必修第二册学习导航第六章第二节第2课时
第2课时 化学反应的限度 化学反应条件的控制
[核心素养发展目标] 1.了解可逆反应及特点。
2.理解化学平衡状态的特征及标志,知道改变条件化学平衡会发生移动。
3.了解控制反应条件在生产、生活和科学研究中的作用。
一、化学反应限度
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)
2.化学平衡状态的建立
(1)化学平衡状态的建立过程
(2)用速率变化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
4.化学反应的限度
(1)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。
(2)对化学反应限度的理解
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。
(1)SO2溶于水时,完全与水反应生成H2SO3( )
(2)通过改变反应条件,可逆反应中反应物的转化率可达100%( )
(3)相同条件下,不同化学反应的限度可能不同( )
(4)一定条件,可以通过延长化学反应的时间来改变反应物的最大转化率( )
(5)化学反应在一定条件下建立平衡状态时,化学反应将会停止( )
答案
(1)×
(2)× (3)√ (4)× (5)×
1.将2molSO2和1molO2充入容器,发生如下反应:
2SO2+O2
2SO3,一段时间后,再向容器中充入含氧同位素
O的氧气,则最终
O存在于哪些物质中?
为什么?
提示
O可能存在于氧气、二氧化硫和三氧化硫中,因为反应为可逆反应,当含
O的氧气参与反应生成含
O的三氧化硫,同时含
O的三氧化硫又分解生成二氧化硫和氧气,故最终三种物质中都可能含有
O。
2.(2018·河南信阳期末)可逆反应2NO2(g)2NO(g)+O2(g)在恒容密闭容器中进行:
①单位时间内生成nmolO2的同时,生成2nmolNO2
②单位时间内生成nmolO2的同时,生成2nmolNO
③用NO2、NO和O2的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为2∶2∶1
④混合气体的颜色不再改变
⑤混合气体的密度不再改变
⑥混合气体的压强不再改变
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变
可说明该反应达到化学平衡状态的是________。
答案 ①④⑥⑦
解析 单位时间内生成nmolO2必同时消耗2nmolNO2,而生成2nmolNO2必同时消耗nmolO2,①能说明反应已达到化学平衡状态,②不能说明。
③中无论反应是否达到化学平衡状态,各物质表示的化学反应速率之比都等于相应物质的系数之比。
④有色气体的颜色不再改变,则表示体系中各物质的物质的量浓度不再变化,说明反应已达到化学平衡状态。
⑤体积固定,气体的质量反应前后不变,无论是否达到化学平衡状态,气体的密度始终不变。
⑥反应前后气体的体积不相等,压强不变,意味着各物质的含量不再变化,说明反应已达到化学平衡状态。
⑦由于反应前后气体的质量不变,气体的平均相对分子质量不变时,说明气体中各物质的物质的量不变,反应达到化学平衡状态。
3.在容积一定的密闭容器中进行反应H2(g)+I2(g)2HI(g),
(1)混合气体的总的物质的量不再改变
(2)混合气体的压强不再改变
(3)混合气体的密度不再改变
(4)混合气体的平均相对分子质量不再改变
其中不能说明该反应达到平衡状态的是________。
答案
(1)
(2)(3)(4)
化学平衡状态的判断依据
(1)直接判断依据
⇒达到平衡状态
(2)间接判断依据
以mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)为例
类型
判断依据
平衡状态
混合物体系中各成分的含量
①各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定
平衡
②各物质的质量或各物质的质量分数一定
平衡
正、逆反应速率的关系
①在单位时间内消耗了mmolA同时生成mmolA,即v正=v逆
平衡
②在单位时间内消耗了nmolB同时生成pmolC,则v正不一定等于v逆
不一定
③在单位时间内生成nmolB,同时消耗qmolD,因二者变化均表示v逆,所以v正不一定等于v逆
不一定
温度
体系温度一定(其他不变)
平衡
颜色
反应体系内有色物质的颜色一定
平衡
1.反应CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g),达到平衡后,再向反应容器中充入含18O的一氧化碳,经过一段时间后,18O存在于( )
A.COB.H2O
C.CO2 COD.CO H2O CO2
答案 D
解析 含18O的一氧化碳正向和H2O生成含18O的二氧化碳,同时含18O的二氧化碳又逆向和H2反应生成了一氧化碳和水,故最终CO、H2O和CO2中都含有了18O。
2.下列关于化学平衡的说法中,不正确的是( )
A.当可逆反应达到平衡时,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破坏
D.当可逆反应达到平衡时,尽管正、逆反应都还在进行,但各物质的浓度保持不变
答案 A
解析 可逆反应达到平衡时,v正=v逆≠0,化学平衡应为动态平衡。
3.在一定温度下的恒容容器中,发生反应:
2A(g)+B(s)C(g)+D(g),下列描述中能表明反应已达到平衡状态的是( )
①混合气体的压强不变
②混合气体的密度不变
③C(g)的物质的量浓度不变
④容器内A、C、D三种气体的浓度之比为2∶1∶1
⑤单位时间内生成nmolC,同时生成nmolD
⑥单位时间内生成nmolD,同时生成2nmolA
A.①②⑤B.②③⑤
C.②③⑥D.①③⑥
答案 C
解析 此反应为反应前后气体体积相等的反应,恒容条件下在达到平衡状态前后体系的压强始终不变,①不能作为平衡状态的判断标志;容积固定,因为此反应有固体参与,气体密度不变说明气体总质量不变,说明此反应达到平衡状态,②可作为平衡状态的判断标志;C(g)的浓度不变说明生成C(g)和消耗C(g)的量相等,说明反应达到平衡状态,③能作为平衡状态的判断标志;非平衡状态下,三种气体的浓度之比也可为2∶1∶1,④不能作为平衡状态的判断标志;单位时间内生成nmolC和nmolD均表示正反应速率,⑤不能作为平衡状态的判断标志;单位时间内生成nmolD,即消耗2nmolA,同时生成2nmolA,表明此时v正(A)=v逆(A),⑥能作为平衡状态的判断标志。
4.(2018·济南校级期末)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)(正反应为放热反应),673K、30MPa下,n(NH3)和n(H2)随时间t变化的关系如图所示。
下列叙述中正确的是( )
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
答案 B
解析 c点反应物和生成物物质的量仍在变化,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,氢气的物质的量在逐渐减小,即其物质的量浓度在逐渐减小,所以正反应的反应速率在逐渐减小,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。
二、化学反应条件的控制
1.下列措施可以提高燃料燃烧效率的是________(填序号)。
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将液体燃料雾化处理
⑤将煤进行气化处理 ⑥通入适当过量的空气
答案 ③④⑤⑥
解析 理论上,提高燃料燃烧效率的常用方法是增大燃料与空气的接触面积,并通入适当过量的空气。
对于①和②,由于燃料的着火点是其固有的性质,不可改变,故这两项措施不可行。
③、④、⑤所采取的措施均是为了增大燃料与空气的接触面积。
2.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”可以防止催化剂中毒
(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2×107Pa,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)
1.将煤块粉碎、经脱硫处理、在适当过量的空气中燃烧,这样处理的目的是( )
①使煤充分燃烧,提高煤的利用率 ②减少SO2的产生,避免造成“酸雨” ③减少有毒的CO产生,避免污染空气④减少CO2的产生,避免“温室效应”
A.①②③B.②③④
C.①③④D.①②③④
答案 A
解析 煤块粉碎是为了提高煤的利用率;脱硫是为了减少SO2的产生;过量空气是为了减少CO的产生。
2.在下列事实中,判断什么因素影响了化学反应的速率。
(1)集气瓶中有H2和Cl2的混合气体,在瓶外点燃镁条时发生爆炸:
____________________。
(2)黄铁矿煅烧时需粉碎成细小的矿粒:
____________________________________________。
(3)KI晶体和HgCl2晶体混合后无明显现象,若一起投入水中,很快生成红色的HgI2:
________________________________________________________________________。
(4)熔化的KClO3放出气泡很慢,撒入少量MnO2很快产生气体:
__________________________
______________________________________________。
(5)同浓度、同体积的盐酸中放入同样大小的锌粒和镁块,产生气体有快有慢:
_____________
___________________________________________________________。
(6)同样大小的石灰石分别在0.1mol·L-1的盐酸和1mol·L-1的盐酸中反应速率不同:
________________________________________________________________________。
(7)夏天的食品易霉变,冬天就不易发生该现象:
_______________________________________
_________________________。
(8)葡萄糖在空气中燃烧时需要较高的温度,可是在人体内正常体温(37℃)下,就可以被氧化,这是因为:
_____________________________________________________________________。
答案
(1)光
(2)反应物的表面积(3)水作溶剂,增大了反应物的接触面积(4)催化剂
(5)反应物本身的性质(6)反应物的浓度 (7)反应温度(8)人体内的生物酶起催化作用
解析 影响化学反应速率的因素除了浓度、温度、压强、催化剂以外,光、电磁波、超声波、反应物颗粒的大小、溶剂的性质等也会对化学反应速率产生影响。
课时对点练
A组 基础对点练
题组一 可逆反应的特点
1.(2018·淮阴高一检测)下列各组反应中,属于可逆反应的一组是( )
A.2H2O
2H2↑+O2↑,2H2+O2
2H2O
B.NH3+CO2+H2O===NH4HCO3,NH4HCO3
NH3↑+CO2↑+H2O
C.H2+I2
2HI,2HI
H2+I2
D.2Ag+Br2
2AgBr,2AgBr
2Ag+Br2
答案 C
解析 可逆反应必须是在同一条件下,既能向正反应方向进行,又能向逆反应方向进行的反应,A、B、D三项中反应条件不同,都不是可逆反应,只有C满足条件,故选C。
2.2molH2和3molI2蒸气在持续加热的条件下进行:
I2(g)+H2(g)
2HI(g),充分反应后HI的物质的量可能是( )
A.4molB.小于4mol
C.6molD.大于6mol
答案 B
解析 I2蒸气过量,2molH2若完全反应,可转化为4molHI,由于该反应为可逆反应,H2的转化率小于100%,故反应后HI的物质的量小于4mol。
题组二 化学平衡状态和限度
3.下列有关化学反应限度的说法不正确的是( )
A.任何可逆反应的进程都有一定限度
B.提高反应的限度可以提高反应物的利用率
C.化学平衡状态是指一定条件下进行的可逆反应达到的最大限度
D.化学反应达到最大限度时,可逆反应的正、逆反应速率为零
答案 D
解析 在一定条件下的可逆反应,当达到最大限度时,反应就达到平衡状态,此时反应的正、逆反应速率相等,但不为零,是动态平衡,故选D项。
4.向一密闭容器中放入1molX,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1.5molY
D.t2~t3时,X、Y的物质的量均没有发生变化
答案 D
解析 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,1molX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1.5mol,C项错误;t2~t3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.下列对于可逆反应2M(g)+N(g)2P(g)达到平衡时的说法正确的是( )
A.M、N全部变成了P
B.反应已经停止
C.反应混合物中各组分的浓度不再改变
D.反应混合物中c(M)∶c(N)∶c(P)一定等于2∶1∶2
答案 C
解析 可逆反应的转化率达不到100%,即M、N不可能全部变成P,A项错误;平衡时正、逆反应速率相等,但不为0,即反应没有停止,B项错误;平衡时反应混合物中各组分的浓度不再改变,C项正确;平衡时反应混合物中c(M)∶c(N)∶c(P)不一定等于2∶1∶2,D项错误。
题组三 化学平衡状态的判断
6.(2019·杭州市学军中学检测)一定条件下的可逆反应2NO2(红棕色)2NO(无色)+O2(无色),在恒压密闭容器中充入NO2,达到化学平衡状态的标志是( )
A.反应停止了
B.NO的正反应速率与O2的逆反应速率相等
C.c(NO)∶c(O2)=2∶1
D.气体的颜色不再变化
答案 D
解析 A项,反应达到平衡时,正、逆反应速率相等,但反应并没有停止,故错误;B项,NO的正反应速率与O2的逆反应速率之比为2∶1时才能确定反应达到平衡状态,故错误;C项,c(NO)∶c(O2)始终是2∶1,不能作为判断是否达到平衡的依据,故错误;D项,混合气体的颜色不再改变,说明NO2气体的浓度不变,达到平衡状态,故正确。
7.(2019·哈尔滨高一月考)在一定条件下,使一定量的A和B气体混合发生反应2A(g)+3B(g)4C(g)。
下列描述中,说明反应已达到平衡状态的是( )
A.各物质的浓度之比c(A)∶c(B)∶c(C)=2∶3∶4
B.混合气体中各物质的浓度相等
C.单位时间内,消耗amolA物质的同时消耗2amolC物质
D.混合气体的体积是反应开始前的
答案 C
解析 化学平衡状态时,各组分浓度保持不变,不是浓度相等;用不同物质的反应速率表示达到平衡,要求反应方向是一正一逆,且反应速率之比为化学计量数之比。
题组四 化学反应条件的控制
8.通过控制或改变反应条件可以加快、减缓甚至阻止反应的进行,使化学反应有利于人类的生存和提高生活质量。
下列各图所示的措施中,能加快化学反应速率的是( )
答案 C
9.工业上合成氨反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g),在实际生产中为提高合成氨的反应速率,下列说法正确的是( )
A.温度越高,反应速率越快,因此采取的温度越高越好
B.压强越高,反应速率越快,因此采取的压强越高越好
C.催化剂能加快反应速率,因此可选用适当的催化剂
D.可向容器中加入一定量的水蒸气,使氨气溶解以提高反应速率
答案 C
解析 A项,温度高反应速率快,但温度过高会消耗更多的燃料,因此实际生产中的温度不是越高越好,故错误;B项,压强大反应速率快,但压强过高会增加设备的成本,因此实际生产中的压强不是越高越好,故错误;C项,可选用适当的催化剂提高反应速率,故正确;D项,加入水蒸气会降低反应体系的温度,且氨气溶于水并不能提高反应速率,故错误。
10.某温度下,在2L密闭容器中X、Y、Z三种物质(均为气态)间进行反应,其物质的量随时间的变化曲线如图。
据图回答:
(1)该反应的化学方程式可表示为_______________________________________________。
(2)反应起始至tmin(设t=5),X的平均反应速率是________________。
(3)在tmin时,该反应达到了____________状态,下列可判断反应已达到该状态的是________(填字母,下同)。
A.X、Y、Z的反应速率相等
B.X、Y的反应速率比为2∶3
C.混合气体的密度不变
D.生成1molZ的同时生成2molX
(4)一定能使该反应的反应速率增大的措施有________。
A.其他条件不变,及时分离出产物
B.适当降低温度
C.其他条件不变,增大X的浓度
D.保持温度不变,将容器体积压缩为1L
答案
(1)2X3Y+Z
(2)0.08mol·L-1·min-1(3)化学平衡 D (4)CD
解析
(1)由图像可以看出X为反应物,Y和Z为生成物,当反应达到t=5min时,Δn(X)=0.8mol,Δn(Y)=1.2mol,Δn(Z)=0.4mol,化学反应中,各物质的物质的量变化值与化学计量数呈正比,故Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)=2∶3∶1,所以反应的化学方程式为2X3Y+Z。
(2)v(X)=
=
=0.08mol·L-1·min-1。
(3)在tmin时,反应中各物质的物质的量不再变化,反应达到化学平衡状态。
A项,X、Y、Z的化学计量数不相等,则X、Y、Z的反应速率也不会相等,错误;B项,用不同物质表示的化学反应速率之比等于化学计量数之比,无论平衡与否,X、Y的反应速率之比都为2∶3,错误;C项,据ρ=
,由于反应的体积不变,气体的总质量不变,则混合气体的密度不变,错误;D项,当生成1molZ的同时生成2molX,说明正、逆反应速率相等,达到平衡状态,正确。
(4)减小产物浓度,降低温度,会使反应速率减小,故A、B项错误;增大反应物浓度,会使反应速率增大,故C、D项正确。
B组 综合强化练
1.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
B.P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1∶1∶1∶1
D.反应容器内气体的总物质的量不随时间变化
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1∶1∶1∶1,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。
2.一定温度下,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
B.v正(CO)=v逆(H2O)
C.生成nmolCO的同时生成nmolH2
D.1molH—H键断裂的同时断裂2molH—O键
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,H—H键断裂和H—O键断裂是两个相反的反应方向,1molH—H键断裂的同时断裂2molH—O键,即消耗1molH2的同时消耗了1molH2O,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。
3.(2019·武汉高一期末)一定温度下,在一容积不变的密闭容器中发生可逆反应:
2X(g)Y(g)+Z(s),以下能作为该反应达到平衡标志的是( )
A.X的分解速率与Y的消耗速率相等
B.X、Y与Z的物质的量之比为2∶1∶1
C.混合气体的密度不再变化
D.单位时间内生成1molY的同时分解2molX
答案 C
解析 A项,X的分解速率是Y生成速率的2倍,因此Y的生成速率不等于Y的消耗速率,因此没有达到平衡状态,故错误;B项,平衡时各物质浓度不再发生变化,但物质之间的浓度不一定相等或满足某种关系,故错误;C项,容积不变,当密度不变时说明混合气体的质量不变,又因为该反应有固体生成,故各物质的量不再变化,因此达到平衡状态,故正确;D项,生成Y和消耗X属于同一方向,因此不能作为达到平衡的标志,故错误。
4.一定温度下,在恒容的密闭容器中,能表示反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)达到平衡状态的标志有( )
①容器中的压强不再发生变化
②H2的生成速率与NH3的消耗速率之比为3∶2
③混合气体的平均相对分子质量不变
④容器内混合气体的密度不变
⑤NH3的物质的量浓度不再变化
⑥密闭容器中n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)=1∶3∶2
A.①④⑥B.②③⑤
C.①③⑤D.②④⑥
答案 C
解析 该反应是气体物质的量变小的反应,压强不变说明反应达到平衡,①正确;H2的生成速率和NH3的消耗速率都表示v逆,②错误;反应中混合气体的总质量不变,若平均相对分子质量不变,说明气体物质的量不变,反应已达平衡,③正确;恒容容器中混合气体的总质量和体积均无变化,故气体密度始终不变,④错误;物质的量浓度不变,说明已达平衡,⑤正确;容器内气体物质的量之比等于化学计量数之比,与是否达到平衡无关,⑥错误。
5.在容积可变的密闭容器中,2molN2和8molH2在一定
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