1、第第 2 2 课时课时 化学反应的限度化学反应的限度 化学反应条件的控制化学反应条件的控制 学业要求 核心素养建构 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.体会从限度和快慢两个方面去认识和调控 化学反应的重要性。 3.了解控制反应条件在生产和科学研究中的 作用。 知识梳理 一、化学反应的限度 1.含义：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 化学反应。 2.特征 提醒 可逆反应的正反应和逆反应能量转化相反，即若正反应吸收能量，则逆反 应释放能量。 3.表示方法：化学方程式用“”连接，如 SO2H2OH2SO3。 微自测 1.向含有 2 m
2、ol 的 SO2的容器中通入过量氧气发生 2SO2O2 催化剂 2SO3(放热 反应)，充分反应后生成 SO3的物质的量_ 2 mol(填“”、“”或 “”，下同)，SO2的物质的量_ 0 mol，转化率_100%，逆反应 _热量。 答案 吸收 4.化学平衡状态 (1)化学平衡的建立 (2)化学平衡状态(简称化学平衡) 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 应物和生成物的浓度不再改变的状态。 微自测 2.正误判断(正确的打“”，错误的打“” ) (1)任何可逆反应都有一定的限度( ) (2)化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等( ) (3)化学反应的限度与时
3、间的长短无关( ) (4)化学反应的限度是不可改变的( ) 答案 (1) (2) (3) (4) 二、化学反应条件的控制 1.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。 2.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。 3.应用 在化工生产中，为了提高反应进行的程度而调控反应条件时，需要考虑控制反应 条件的成本和实际可能性，例如，合成氨的生产在温度较低时，氨的产率较高； 压强越大，氨的产率越高。但温度低，反应速率小，需要很长时间才能达到化学 平衡，生产成本高，工业上通常选择在 400500 下
4、进行。而压强越大，对动 力和生产设备的要求也越高，合成氨厂随着生产规模和设备条件的不同，采用的 压强通常为 10 MPa30 MPa。 微自测 3.下列说法中不正确的是( ) A.当一个可逆反应达到平衡状态时，就是这个反应在该条件下所能达到的限度 B.当一个可逆反应达到平衡状态时，这个反应的正反应速率和逆反应速率相等 C.可以通过控制反应条件，使 2 mol SO2与 1 mol O2反应生成 2 mol SO3 D.化学反应的限度可以通过改变条件来改变 解析 对于可逆反应，达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，反应物的转化率 最大，A、B 正确；2SO2O22SO3是可逆反应，无论怎样控制条件
5、，反应物 的转化率不可能达到 100%，即 2 mol SO2与 1 mol O2反应不会生成 2 mol SO3， C 错；化学反应的限度可通过改变条件，如温度、压强等来改变，D 正确。 答案 C 探究一 化学平衡的建立和特征 从反应特点理解可逆反应发展可逆观 探究素材 “极端假设法”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，另外还要注意一些量的守恒关系。 探究题目 1.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/L、0.3 mol/L
6、和 0.2 mol/L，则平衡时各物质的浓度不可能是( ) A.X 为 0.2 mol/L B.Y 为 0.1 mol/L C.Z 为 0.3 mol/L D.Z 为 0.1 mol/L 时，Y 为 0.45 mol/L 解析 若将 0.2 mol/L 的 Z 完全转化为 X 和 Y。此时，X 的物质的量浓度为 0.2 mol/L，而该反应为可逆反应，故 X 的物质的量浓度一定小于 0.2 mol/L。 答案 A 从化学反应平衡的建立和特征发展平 衡观 探究素材 1.化学平衡建立的速率图像 2.化学平衡状态的特征概括为：逆、等、动、定、变 即： 探究题目 2.对于可逆反应 MNQ 达到平衡时，
7、下列说法正确的是( ) A.M、N、Q 三种物质的浓度一定相等 B.M、N 全部变成了 Q C.反应物和生成物的浓度都保持不变 D.反应已经停止 解析 平衡时反应物、生成物的浓度之比应从两个方面考虑：一是反应物的起始 浓度，二是化学方程式中的化学计量数。如 2 mol M 与 1 mol N 反应，无论怎样 反应，M 与 N 的浓度永远不相等，所以“M、N、Q 三种物质的浓度一定相等” 这种说法是错误的，A 错误；此反应是可逆反应，B 错误；反应物和生成物的浓 度都保持不变，可以说明反应达到平衡状态，但未停止，C 正确，D 错误。 答案 C 从化学平衡状态的特点建构平衡状态 判断模型 探究素材
8、 化学平衡状态的判断依据 1.直接依据根据速率关系 (1)同一物质：生成速率消耗速率，即 v正(A)v逆(A)。 (2)不同物质：速率之比化学计量数之比，但必须是不同方向的速率，如 aA bBcCdD，v 正（A） v逆（B） a b。 2.间接依据根据各组分的量 (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；对于绝热容器中的反应， 容器内温度不再变化。 (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
9、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。 注意 一定条件下，当“变量”不变时，即达平衡状态。 探究题目 3.一定温度下，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 n mol CO 的同时生成 n mol H2 D.1 mol HH 键断裂的同时断裂 2 mol HO 键 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
10、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，不能说明反应已达到化学平衡状态。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。 答案 C 探究二 化学平衡的简单计算及反应条件的控制 从可逆反应特点建构三段式计算模型 探究素材 有关化学反应速率和化学平衡计算的“三段式”模型 解答有关化学反应速率和化学平衡的计算题时，一般需要写
11、出化学方程式，列出 起始量、变化量及平衡量，再根据题设其他条件和定律列方程求解。如： mA（g）nB（g）pC（g）qD（g） 起始/molab00 转化/molmxnxpxqx 平衡/molamxbnxpxqx (1)关于反应物转化率的计算 A 的转化率A的转化量 A的起始量100% (计算式中 A 的量可以指反应物的物质的量、质量、浓度、体积等) (2)关于某组分的体积分数的计算 A 的体积分数 体系中A的物质的量 体系中总的物质的量100% 特别提醒 (1)转化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例；(2)这里 a、b 可指物质的量、浓度、体积等；(3)对反应物：平衡时的量起始的量转化
12、的 量；对生成物：平衡时的量起始的量转化的量。同时要注意差量法、守恒法 等简单计算方法在化学平衡中的应用。 探究题目 4.往 2 L 密闭容器中充入 1 mol N2和 3 mol H2，在一定条件下发生合成氨反应，2 min 时达平衡。测得平衡混合气体中 NH3的体积分数为 25%，则： (1)02 min 内，v(NH3)_。 (2)H2在平衡混合气中的体积分数_。 (3)平衡时容器的压强与起始时的压强之比为_。 解析 设 02 min 内，消耗的 N2为 x mol，则 N23H22NH3 起始物质的量（mol）130 变化物质的量（mol）x3x2x 平衡时物质的量（mol）1x33x
13、2x 则有 2x 1x33x2x25%， 解得x0.4， v(NH3) 0.8 mol 2 L2 min0.2 mol/(L min)， H2在平衡混合气体中的体积分数为（330.4） mol （420.4） mol100%56.25%， 平衡时 容器的压强与起始时的压强之比为 3.2445。 答案 (1)0.2 mol/(L min) (2)56.25% (3)45 从平衡角度理解化学反应条件的控制 探究素材 化学反应条件的控制 探究题目 5.以下是反应 2SO2O22SO3在不同条件下达到平衡状态时 SO2的转化率。 0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 10 MPa 400 99.
14、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% 试回答下列问题： (1)提高该化学反应限度的途径：_。 (2)要实现 SO2的转化率为 93.5%，需控制的反应条件是 _。 解析 在化工生产中，往往需要考虑反应的快慢和反应后所得产物的产率。前者 研究的是化学反应速率，后者研究的是化学平衡即化学反应的限度，对于一个特 定的化学反应来说， 外部条件对化学反应速率和化学反应限度都存在一定的影响。 因此，选择适宜的反应条件，既可以增大反应速率，缩短生产周期，又可以达到 较大的反应限度，从而获得较大
15、的产率。 答案 (1)增大压强或在一定范围内降低温度 (2)500 、0.1 MPa 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，反应物转化率最大 答案 C 2.化学反应条件的控制具有重要的现实意义。以下反应条件的控制中，不恰当的 是( ) A.为防止铁生锈，在其表面涂一层防锈油漆 B.为防止火灾，在面粉厂、加油站等场所要严禁烟火 C.为加快 KClO3的分解速率而加入 MnO2 D.降温加快 H2O2的分解速率 解析 A 项，
16、为防止铁生锈，可在其表面涂一层防锈油漆，阻止铁与潮湿的空气 接触；B 项，面粉厂、加油站周围的空气中飘浮着可燃性的气体或粉尘，遇明火 可能会发生爆炸， 所以面粉厂、 加油站均要严禁烟火； C 项， 加入 MnO2， 对 KClO3 的分解起催化作用，可以加快其分解速率；D 项，降温会使化学反应速率减小， 减慢 H2O2的分解速率。 答案 D 3.在一定条件下， 可逆反应2AB3C 在四种状态中处于平衡状态的是( ) 选项 正反应速率 逆反应速率 A vA2 mol L 1 min1 vB2 mol L 1 min1 B vA2 mol L 1 min1 vC2 mol L 1 min1 C v
17、A1 mol L 1 min1 vB 2 mol L 1 min1 D vA1 mol L 1 min1 vC1.5 mol L 1 min1 解析 正反应速率和逆反应速率相等时，化学反应达到平衡状态。通过化学方程 式中的化学计量数进行变换比较。A 项，vA(正)2 mol L 1 min1v A(逆)4 mol L 1 min1；B 项，v A(正)2 mol L 1 min1v A(逆)4 3 mol L 1 min1； C 项，vA(正)1 mol L 1 min1v A(逆) 4 mol L 1 min1；D 项，v A(正)1 mol L 1 min1v A(逆)。 答案 D 4.一
18、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 下不能说明该反应达到化学平衡状态的是( ) A.混合气体的密度不再变化 B.反应容器中 Y 的质量分数不变 C.X 的分解速率与 Y 的消耗速率相等 D.单位时间内生成 1 mol Y 的同时生成 2 mol X 解析 因 Z 为固体，若未达到平衡，混合气体的密度会发生变化，A 项可作为 平衡标志； C 项中 X 的分解速率与 Y 的消耗速率之比等于 21 时才能说明该 反应达到化学平衡状态。 答案 C 5.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
19、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)_， c(I2)_，而 c(HI)_，从而化学反应速率 v 正_，而 v逆 _(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (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)2
20、HI(g)，在温度一定时，由 H2(g)和 I2(g)开始反 应，下列说法正确的是_。 a.H2(g)的消耗速率与 HI(g)的生成速率之比为 21 b.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 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，所以 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。 答案 (1)a V mol L 1 b V mol L 1 0 v 正 v逆 (2)减小 减小 增大 减小 增大 (3)相等 保持不变 (4)d
