第二节 第2课时 化学反应的限度　化学反应条件的控制 【人教版高中化学 必修第二册 】

1、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.了解可逆反应及其特点。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在一定条件下向反应容器中加入SO2和O2发生反应：2SO2O22SO3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0v逆为0过程中反应物浓度减小v正减小v正v逆生成物浓度增大v

2、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(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都不再改变，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的或完成的最大程度，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。同一可逆反应，不同条件下，化学反应的限度不同，即改变

3、反应条件可以在一定程度上改变一个化学反应的限度。(1)PbPbO22H2SO42PbSO42H2O为可逆反应()(2)1 mol N2和3 mol H2在一定条件下可完全生成2 mol NH3()(3)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()(4)化学反应达到化学平衡状态时正、逆反应速率相等，是指同一物质的消耗速率和生成速率相等，若用不同物质表示时，反应速率不一定相等()(5)可逆反应达到平衡状态时，各反应物、生成物的浓度相等()(6)在一定条件下，一个可逆反应达到的平衡状态就是该反应所能达到的最大限度()(7)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

4、案(1)×(2)×(3)×(4)(5)×(6)(7)×在一定温度下，在恒容的容器中充入2 mol SO2和1 mol O2发生反应：2SO2O22SO3。(1)一段时间后，再向容器中充入含氧同位素O的氧气，则O最终存在的物质为_(填字母)。A.只有氧气B.只有三氧化硫C.只有氧气、三氧化硫 D.氧气、二氧化硫、三氧化硫(2)一段时间后，该反应达到化学平衡，下列能说明达到化学平衡状态的是_(填序号)。v正(SO2)2v逆(O2)v(SO2)v(SO3)单位时间内消耗a mol SO2，同时生成a mol SO3SO2、O2和SO3的浓度之比为21

5、2混合气体的总的物质的量不再改变混合气体的压强不再改变混合气体的密度不再改变混合气体的平均相对分子质量不再改变答案(1)D(2)解析(1)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)因为v正(SO2)2v正(O2)，现有v正(SO2)2v逆(O2)，故v正(O2)v逆(O2)，为化学平衡状态；v(SO2)和v(SO3)永远相等，不能说明达到化学平衡状态；单位时间内消耗a mol SO2，必然生成a mol SO3，不能说明达到化学平衡状态；非平衡状态下，SO2

6、、O2和SO3的浓度之比也可能为212；因为反应前后气体分子数不相等，如气体的总物质的量不再改变，说明正、逆反应速率相等，可以说明达到化学平衡状态；因为反应前后气体分子数不相等，如不平衡，则压强随时间改变而改变，现压强不变，说明反应达到化学平衡状态；该反应体系的容积不变，反应物及产物都是气体，故气体的密度永远不变，密度不变，不能说明反应达到化学平衡状态；根据M，该反应反应前后气体分子数不相等，故n是个变化的量，故M也是一个变化的量，如混合气体的平均相对分子质量不变，则n不变，反应一定达到化学平衡状态。化学平衡状态的判断依据(1)直接依据根据速率关系同一物质：生成速率消耗速率，即v正(A)v逆(

7、A)。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aAbBcCdD， 。即(2)间接依据根据各组分的量首先分析该量是“变量”还是“恒量”，如为“恒量”，即随反应的进行永远不变，则不能作为判断平衡状态的依据；如为“变量”，即该量随反应进行而改变，当其“不变”时，则为平衡状态。即二、化学反应条件的控制1.化学反应条件控制的目的(1)促进有利的化学反应：提高反应速率；提高反应物的转化率，即原料的利用率。(2)抑制有害的化学反应：降低反应速率，控制副反应的发生，减少甚至消除有害物质的产生。2.化工生产中反应条件的调控(1)考虑因素化工生产中调控反应条件时，需要考虑控制反应条件的成本和实

8、际可能性。(2)实例合成氨生产条件的选择1.下列措施可以提高燃料燃烧效率的是()提高燃料的着火点降低燃料的着火点将固体燃料粉碎将液体燃料雾化将煤气化处理通入足量的空气A. B.C. D.答案C解析燃料的着火点不可改变且与燃烧效率无关。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)步骤中“净化”可以防止催化剂中毒(2)步骤中“加压”可以加快反应速率(3)步骤采用的压强是2×107 Pa，因为在该压强下铁触媒的活性最大(4)步骤，选择高效催化剂是合成氨反应的重要条件(5)目前，步骤一般选择控制反应温度为700 左右(6)步骤有利于提高原料的利

9、用率，能节约生产成本答案(1)(2)(4)(6)1.下列过程中，化学反应速率的增大对人类有益的是()A.金属的腐蚀 B.食物的腐败C.塑料的老化 D.合成氨答案D2.一定条件下N23H22NH3为放热反应，下列说法正确的是()A.该反应是可逆反应B.反应达到平衡时，反应速率为零C.氢气可以完全转化为氨D.反应物的总能量小于生成物的总能量答案A解析氮气与氢气反应生成氨是可逆反应，故A正确；化学平衡状态是动态平衡，反应速率不可能为零，故B错误；可逆反应不可能完全转化，所以氢气不可能完全转化为氨，故C错误；正反应是放热反应，所以反应物的总能量大于生成物的总能量，故D错误。3.(2020·南

10、京高一期中)可逆反应2NO2(g)2NO(g)O2(g)在恒容密闭容器中进行：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 NO用NO2、NO和O2的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为221混合气体的颜色不再改变混合气体的密度不再改变混合气体的压强不再改变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()A. B.C. D.答案A解析单位时间内生成n mol O2必同时消耗2n mol NO2，而生成2n mol NO2必同时消耗n mol O2，能说明反应已达到化学平衡状态，不能说明；中无论反应是否

11、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化学计量数之比；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；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；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；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。4.(2020·北京161中学期中)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

12、(g)(正反应为放热反应)，673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间t变化的关系如图所示。下列叙述正确的是()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点反应物和生成物的物质的量仍在变化，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

13、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。5.已知在2 L的密闭容器中进行如下可逆反应，各物质的有关数据如下： aA(g)bB(g)2C(g)起始物质的量浓度/(mol·L1) 1.5 1 02 s末物质的量浓度/(mol·L1) 0.9 0.8 0.4请回答下列问题：(1)该可逆反应的化学方程式可表示为_。(2)用物质B来表示02 s的平均反应速率为_。(3)从反应开始到2 s末，A的转化率为_。(4)下列事实能够说明上述反应在该条件下已经达到化学平衡状态的是_(填字母)。A.vB(消耗)vC(生成)B.容器内气体的总压强保持不变C.容器内

14、气体的密度不变D.容器内气体C的物质的量分数保持不变答案(1)3A(g)B(g)2C(g)(2)0.1 mol·L1·s1(3)40%(4)BD解析(2)02 s内用物质B来表示的反应速率为0.1 mol·L1·s1。(3)从反应开始到2 s末，A物质的转化率为×100%40%。(4)vB(消耗)vC(生成)，正、逆反应速率不相等，A项错误；该反应是反应前后气体分子数减小的反应，容器内气体的总压强保持不变，说明各气体的物质的量不变，反应达到平衡状态，B项正确；容器内气体的密度始终不变，C项错误；容器内气体C的物质的量分数保持不变，说明各组分的物

15、质的量不变，反应达到平衡状态，D项正确。题组一可逆反应1.(2020·临川区校级期中)下列反应不属于可逆反应的是()A.二氧化硫的催化氧化B.氯气溶于水C.工业合成氨D.水电解生成H2和O2与H2在O2中的燃烧反应答案D解析二氧化硫的催化氧化生成SO3是可逆反应，故A正确；氯气溶于水，氯气与水反应生成HCl和HClO，是可逆反应，故B正确；工业合成氨是可逆反应，故C正确；水电解生成H2和O2与H2在O2中的燃烧反应，反应条件不同，不是可逆反应，故D错误。2.(2020·历城区校级月考)500 时，将2 mol N2和2.25 mol H2充入体积为10 L的恒容密闭容器中，

16、反应达到平衡时，NH3的浓度不可能是()A.0.1 mol·L1 B.0.12 mol·L1C.0.05 mol·L1 D.0.16 mol·L1答案D解析由题干信息可知，N2和H2发生反应生成NH3，反应的化学方程式为N23H22NH3，该反应中N2过量，假设2.25 mol H2完全反应，则生成NH3的物质的量为1.5 mol，浓度为0.15 mol·L1，但该反应是可逆反应，H2不可能完全转化为NH3，因此达到平衡时，NH3的浓度小于0.15 mol·L1，D选项符合题意。题组二化学反应的限度3.一定温度下，在恒容密闭容器中发生

17、反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)。当SO2、O2、 SO3的浓度不再变化时，下列说法正确的是()A.SO2和O2全部转化为SO3B.正、逆反应速率相等且等于零C.该反应已达化学平衡状态D.SO2、O2、SO3的浓度一定相等答案C解析A项该反应是可逆反应，无论二者以何种比例混合，反应达到平衡时，SO2、O2不能完全转化为生成物SO3，错误；B项，可逆反应达到平衡时，反应仍然在进行，正、逆反应速率相等且不等于零，错误；C项，当SO2、O2、SO3的浓度不再改变时，任何物质的消耗速率等于生成速率，说明反应已达到化学平衡状态，正确；D项，当SO2、O2、SO3的浓度不再改变时，SO2、O2

18、、SO3的浓度可能相等，也可能不相等，与加入物质的多少、反应条件有关，错误。4.(2020·杜集区校级期中)已知反应：NO2(g)SO2(g)SO3(g)NO(g)，起始时向某密闭容器中通入1 mol NO2、2 mol S18O2，反应达到平衡后，下列有关说法正确的是()A.NO2中不可能含18OB.有1 mol N18O生成C.S18O2的物质的量不可能为0.8 molD.SO2、SO3、NO、NO2均含18O时，说明该反应达到平衡答案C解析该反应为可逆反应，则通入1 mol NO2、2 mol S18O2，反应达到平衡后，SO2、SO3、NO、NO2均含18O，故A错误；该反应

19、为可逆反应，反应物不可能完全消耗，所以通入1 mol NO2、2 mol S18O2，不可能有1 mol N18O生成，故B错误；该反应为可逆反应，反应物不可能完全消耗，所以通入1 mol NO2、2 mol S18O2，则NO2、S18O2消耗都小于1 mol，所以S18O2的物质的量不可能为0.8 mol，故C正确；该反应为可逆反应，SO2、SO3、NO、NO2均含18O时，不能说明该反应达到平衡，故D错误。题组三化学平衡状态的判断5.一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

20、与O2的逆反应速率相等C.c(NO)c(O2)21D.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，错误；B项，NO的正反应速率与O2的逆反应速率之比为21时才能确定反应达到平衡状态，错误；C项，c(NO)c(O2)始终是21，不能作为判断反应是否达到平衡的依据，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，则反应达到平衡状态，正确。6.(2020·海淀区校级检测)煤与水蒸气的反应C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)(是吸热反应)是煤气化过程中的主要反应之一。若该反应在恒温、恒容的密闭体系中进行，仅通过以下数据可以判断t时

21、刻反应是否达到平衡状态的是()t时刻及其前后H2O(g)、CO(g)、H2(g)的浓度t时刻，H2O(g)、CO(g)、H2(g)的浓度t时刻，消耗H2O(g)的速率与生成CO(g)的速率t时刻，生成CO(g)的速率与消耗H2(g)的速率A. B. C. D.答案B解析t时刻及其前后各种气体的浓度不变时，该反应正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故可以判断t时刻反应是否达到平衡状态；t时刻，各种气体的浓度只是一个数值，无法判断平衡状态，故无法判断；无论反应是否达到平衡状态都存在消耗H2O(g)的速率与生成CO(g)的速率相等，所以不能据此判断平衡状态，故无法判断；t时刻生成CO(g)的速率是

22、正反应，消耗H2(g)的速率是逆反应，v(正)v(逆)可以判断平衡状态，故可以判断t时刻反应是否达到平衡状态。7.在体积不变的密闭容器中发生反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)，下列叙述表示该反应处于化学平衡状态的是()A.N2、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断裂时，有6 mol NH断裂D.单位时间内生成2a mol NH3，同时消耗a mol N2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，则无论平衡与否，混合气体的密度均不变；C中

23、，当有1 mol NN断裂时，相当于生成2 mol NH3(1 mol NH3中含有3 mol NH)，即形成6 mol NH，同时有6 mol NH断裂，符合v正(NH3)v逆(NH3)，故处于化学平衡状态；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。题组四化学反应条件的控制8.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()使煤充分燃烧，提高煤的利用率减少SO2的产生，避免造成“酸雨”减少有毒的CO产生，避免污染空气减少CO2的产生，避免“温室效应”A. B. C. D.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

24、减少CO的产生。9.(2020·襄阳五中期中)化学反应限度的调控在工业生产和环保技术等方面得到了广泛的应用，如果设法提高化学反应的限度，下面的说法错误的是()A.能够节约原料和能源 B.能够提高产品的产量C.能够提高经济效益 D.能够提高化学反应速率答案D解析提高化学反应的限度能够节约原料和能源、提高产品的产量、提高经济效益，但是和化学反应速率的快慢无关。10.工业上合成氨的反应为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.压强越大，反应速率越快，因此采取的压强越大越好C.催化剂能

25、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，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大越好，错误；C项，可选用适当的催化剂提高反应速率，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，错误。11.在密闭容器中加入2.0 mol SO2和1.0 mol O2，一定条件下发生如下反应2SO2O22SO3。反应达到平衡后，各物质的物质的量可能为()选项n(SO2)/moln(O2)/m

26、oln(SO3)/molA2.01.00B1.00.81.0C0.200.101.80D002.0答案C解析反应2SO2O22SO3是可逆反应，加入2.0 mol SO2和1.0 mol O2，最终各种物质都应该存在，不能全为反应物，也不能都为生成物，所以A、D错误；反应正向进行，所以向SO2生成SO3的方向进行，SO2与O2反应的物质的量关系为21，所以SO2减小1 mol，消耗氧气0.5 mol，所以应该剩余氧气物质的量为0.5 mol，不能是0.8 mol，B错误。12.(2020·卫辉市月考)已知SO2和O2反应生成4 mol SO3时放出的热量为Q kJ，那么2 mol S

27、O2和1 mol O2在一有催化剂的密闭容器中发生反应时，放出的热量为()A.大于Q kJ B.等于Q kJC.小于0.5Q kJ D.无法确定答案C解析由于SO2和O2反应生成4 mol SO3时放出的热量为Q kJ，所以生成1 mol SO3时放出的热量为Q kJ，假定2 mol SO2和1 mol O2反应生成SO3，根据化学方程式2SO2(g)O2(g)2SO3(g)可知，能生成2 mol SO3，放出的热量为2×Q kJQ kJ。由于该反应是可逆反应，2 mol SO2和1 mol O2不能完全反应，所以放出的热量小于Q kJ。13.在一定条件下发生反应：2A(g)2B(g

28、)xC(g)2D(g)，在2 L密闭容器中，把4 mol A和2 mol B混合，2 min后达到平衡时生成1.2 mol C，又测得反应速率v(D)0.2 mol·L1·min1，下列说法正确的是()A.A和B的转化率均是20%B.x3C.平衡时A的物质的量为2.8 molD.平衡时气体压强比原来小答案B解析2 min时生成n(D)0.2 mol·L1·min1×2 min×2 L0.8 mol，根据方程式知，n(A)消耗n(B)消耗n(D)生成0.8 mol，A的转化率为×100%×100%20%，B的转化率为

29、×100%40%，故A错误；相同时间内v(C)mol·L1·min10.3 mol·L1·min1，v(C)v(D)x20.3 mol·L1·min10.2 mol·L1·min132，则x3，故B正确；平衡时n(A)(40.8)mol3.2 mol，故C错误；恒温恒容条件下，气体压强与气体物质的量成正比，反应前后气体化学计量数之和增大，则反应前后气体总物质的量增大，所以平衡时气体压强比原来大，故D错误。14.一定温度下，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

30、述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 H2D.1 mol HH断裂的同时断裂2 mol HO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断裂和HO断裂是两个相反的反应方向，1 mol HH断裂的同时断裂2 mol HO，即消耗1 mol H2的同时消

31、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。15.(2020·武汉高一期中)在容积可变的密闭容器中，2 mol N2和8 mol H2在一定条件下发生反应，达到平衡时，H2的转化率为25%，则平衡时氮气的体积分数接近于()A.5% B.10% C.15% D.20%答案C解析达到平衡时，H2转化的物质的量为8 mol×25%2 mol。在一定条件下，N2与H2发生反应：N23H22NH3起始物质的量/mol 2 8 0转化物质的量/mol 2 平衡物质的量/mol 6 同温同压下，气体的体积比等于其物质的量之比，故平衡时氮气的体积分数为×100%15%。16.在2 L密闭容器中，800 时，反应2NO(g)O2(g)2NO2(g)体系中，n(NO)随时间的变化如下表所示。时间/s012345n(NO)/mol0.0200.0100.0080.0070.0070.007(1)上图中，A点处v正_v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。(2)图中表示NO2变化的曲线是_。用O2表