6.1.3化学反应的限度化学平衡状态-高一化学讲义（苏教2019）原卷版

专题6化学反应与能量变化第一单元化学反应速率与反应限度第3课时化学反应的限度化学平衡状态[学习目标]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，会判断可逆反应的平衡状态。3、了解控制反应条件在生产、生活和科学研究中的作用。课前预习课前预习知识点01可逆反应和化学反应的限度1．可逆反应（1）概念：在同一条件下，既能向方向又能向方向进行的化学反应。（2）特征：在一定条件下，可逆反应有以下特征：①和同时进行。②和同时存在。③反应完全进行到底。（3）表示：在可逆反应的化学方程式中，用“”号代替“===”号。2．化学反应的限度根据可逆反应的特征，可知可逆反应有一定的限度。（1）说明Cl2和H2O的反应是可逆反应的证据是：氯水既含有分子，也含有等离子。化学方程式为。（2）化学反应限度的实验探究少量FeCl3溶液和过量KI溶液反应，从反应后的溶液中分离出I2的实验操作是，实验现象是。检验反应后的溶液中仍然存在Fe3+的操作和现象是。知识点02化学平衡状态1．化学平衡的建立对于可逆反应2SO2＋O22SO3，在一定温度下，将2molSO2(g)和1molO2(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。分析回答下列问题：（1）反应开始时：v正，v逆为，原因是。（2）反应进行中，v正逐渐，v逆逐渐，原因是。（3）反应一段时间(t1)后，v正=v逆，反应物和生成物的浓度。2．化学平衡状态（1）概念：在一定条件下，反应进行到一定程度时，相等，不再发生变化，这种状态称为化学平衡状态。（2）特征：①逆：只有反应才能在一定条件下建立化学平衡状态。②等：反应达到平衡时，v正=v逆。③动：化学平衡状态是一种平衡。达到平衡状态时，正反应和逆反应都依然在进行。④定：达到平衡状态时，反应混合物的组成。⑤变：当反应条件发生改变时，原有的平衡状态打破，一段时间后反应会达到新的。知识点总结知识点总结考点1可逆反应与化学反应限度1、Cl2与H2O的反应化学方程式Cl2＋H2O=HCl＋HClO溶液中微粒三分子H2O、Cl2、HClO四离子H＋、Cl、ClO、OH反应特点反应不能进行到底2、FeCl3溶液与KI溶液的反应实验步骤实验现象溶液颜色由无色变为褐色溶液分层，下层为浅绿色，上层油状液体呈紫色溶液变为血红色实验结论有I2生成有Fe2＋和I2生成下层清液中含有未反应的Fe3＋离子方程式2Fe3＋＋2I2Fe2＋＋I2反应特点I过量条件下，反应物Fe3＋不能完全转化为生成物，即可逆反应具有一定的限度二、可逆反应1、定义：在同一条件下，既能向正反应方向进行，还能向逆反应方向进行的化学反应叫做可逆反应。书写可逆反应的化学方程式时，不用“=”，用“”。2、特征①双向性：正反应：反应物→生成物。逆反应：反应物←生成物。注意：正逆反应的热效应相反。若正反应是吸热反应，则逆反应是放热反应。②双同性：正、逆反应是在同一条件下同时进行的。③共存性：反应物和生成物同时存在。三、化学反应限度1、化学反应的限度是在给定的条件下，可逆反应所能达到或完成的最大程度。化学反应的限度的意义在于决定了反应物在该条件下的最大转化率。2、不同的可逆反应在给定条件下的化学反应的限度不同；同一可逆反应在不同条件（如温度、浓度、压强等），其反应的限度不同。考点2化学平衡状态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N2和H2发生反应N2＋3H22NH3。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变化反应物浓度减小v正减小v正＞v逆生成物浓度增大v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逆不变二、化学平衡建立过程中化学反应速率的图像：三、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。注意：(1)在化学反应中,只有可逆反应才有可能达到化学平衡状态,非可逆反应不存在化学平衡状态。(2)可逆反应在有关条件(如温度、压强等)确定的前提下才能够达到化学平衡状态,即化学平衡状态是有条件的。(3)化学平衡状态是可逆反应在一定条件下能达到的或完成的最大程度,即该反应进行的限度。化学反应的限度决定了反应物在该条件下转化为生成物的最大转化率。(4)不同条件下,同一可逆反应的化学反应限度不一定相同,当条件(温度、压强、各组分的浓度等)改变时,化学平衡也随之改变。化学平衡状态的特征逆、动、等、定、变。逆：研究对象是可逆反应。动：化学平衡是一种动态平衡，也就是说可逆反应达到动平衡状态时，反应并没有停止，正反应和逆反应仍在进行。等：化学平衡状态建立的条件是同一物质的正反应速率与逆反应速率相等，这是化学平衡最本质的特征，即v(正)=v(逆)≠0。定：在一定条件下平衡体系的混合物中，各组分的含量（反应物与生成物的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数等)都保持一定(即不随时间的改变而改变)。变：化学平衡是一定条件下达到的平衡，当外界条件发生改变时，如果导致正、逆反应速率不再相等，化学平衡状态就会发生改变，进而建立新的平衡。注意：反应条件改变时，化学平衡状态可能会改变，也可能不变,如恒温、恒容条件下，向反应体系中充入一定量不参与反应的"惰性气体"，化学平衡状态不改变。3、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＋bBcC＋dD，eq\f(v正A,v逆B)＝eq\f(a,b)。即eq\x(逆向相等)—eq\x(\a\vs4\al\co1(速率必须一个是正反应速率，一个是逆反应速率，,且经过换算后同一物质的消耗速率和生成速率相等))(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eq\x(变量不变)—eq\x(化学反应达到平衡状态)三、化学反应限度在生活生产中的应用：1、通过改变反应条件，促进有利反应，抑制有害反应。2、通过反应改变条件，控制反应速率、提高反应物的利用率。【大招总结】可逆反应达到平衡状态时主要有以下两个特征：①v正＝v逆；②混合物中各组分的百分含量不变(除百分含量外其他在反应过程中变化的量，达到平衡后均不再发生变化。以上两个特征可作为判断可逆反应达平衡的标志。归纳如下：1．直接标志（1）v正＝v逆a．同一种物质的生成速率等于消耗速率；b．在化学方程式同一边的不同物质的生成速率与消耗速率之比等于化学计量数之比；c．在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于化学计量数之比。（2）各组分的浓度保持一定a．各组分的浓度不随时间的改变而改变；b．各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变。2．间接标志（1）在恒温恒容条件下，反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体体积不等的反应)。（2）在恒温恒压条件下，反应体系中的总体积不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体体积不等的反应)。（3）反应体系中混合气体的总物质的量不随时间的变化而变化（适用于反应先后气体体积不等的反应）。（4）对于反应混合物中存在有颜色变化的物质的可逆反应，若体系中颜色不再改变，则反应达到平衡状态。3．可逆反应的特点（1）正反应和逆反应发生的条件相同。若正向进行和逆向进行的反应所需要的条件不同，不能称为可逆反应。（2）正、逆反应同时存在，同时进行。（3）反应不能进行彻底，反应物和生成物共存。（4）能量转化互逆。若正反应吸收能量，则逆反应释放能量。4．化学反应的限度的实验探究（1）实验原理：根据可逆反应的特征，要验证一个化学反应的限度，必须检验反应体系中既存在反应物，又存在生成物。（2）实验方法：需要分别检验反应物和生成物，其中被检验的反应物必须是少量的。如在探究FeCl3与KI反应的实验中，用少量FeCl3溶液和过量KI溶液反应，在分离出I2后，再检验反应体系中是否有Fe3+存在。典型例题典型例题【例1】下列叙述中正确的是(    )A.图1表示25 min内，用Y表示的平均反应速率为0.016 mol·LB.图2可表示碳与二氧化碳反应的能量变化C.图3表示在钢铁内部电子由碳一侧流向铁一侧D.图4表示反应2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g)中【答案】B【解析】由于容器体积不知，故无法根据浓度变化计算平均反应速率，A项错误；生成物的总能量比反应物的总能量高，该反应为吸热反应，图2可表示碳与二氧化碳反应的能量变化，B项正确；铁为负极，碳为正极，电子从铁一侧流向碳一侧，C项错误；对反应2NO(g)+2CO(g)⇌

N2(g) + 2CO2(g)，若起始NO和CO加入的物质的量之比为1:2，任何时刻二者的转化率均为2:1，故NO和CO【例2】一定条件下铁可以和CO2发生反应Fe(s)+CO2(g)⇌FeO(s)+CO(g)

ΔH>0。一定温度下，向某密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的C(1)t1时，正、逆反应速率的大小关系为v正__________(填“>”“<”或“=(2)4 min内，CO2的转化率为____________；CO的平均反应速率(3)下列条件的改变能减慢其反应速率的是__________(填序号)。①降低温度②减少铁粉的质量③保持压强不变，充入He使容器的体积增大④保持体积不变，充入He使体系压强增大(4)下列描述能说明上述反应已达平衡状态的是__________(填序号)。①v(C②单位时间内生成nmol CO2③容器中气体压强不随时间而变化④容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化【答案】(1)>

(2)71.4%；0.125 mol·L(3)①③

(4)②④【解析】(1)因为t1时化学反应没有达到平衡状态，反应仍然向正反应方向进行，所以正反应速率大于逆反应速率，即v(2)根据题给图像分析4 min内CO2的变化量为0.7 mol·L−1−0.2 mol·L−1=0.5 mol·L−1，转化率为0.5mol⋅L(3)根据影响化学反应速率的因素知降低温度，化学反应速率减慢，故①正确；因为铁粉是固体，减少铁粉的质量不影响化学反应速率，故②错误；保持压强不变，充入He使容器的体积增大相当于减小反应物和生成物的压强，化学反应速率减慢，故③正确；保持体积不变，充入He使体系压强增大，但不影响反应物和生成物的分压，所以化学反应速率不变，故④错误。(4)当v正(CO2)=单位时间内生成n

mol CO2的同时生成n

mol CO说明反应的正、逆反应速率相等，故反应前后气体体积相等的反应，容器中气体压强不随时间而变化，不能说明，故③错误；反应前后气体的物质的量不变，质量改变，所以容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化时，说明化学反应达到平衡状态，故④正确。【例3】2SO(1)该反应过程的能量变化如图1所示：由图中曲线变化可知，该反应为________(填“放热”或“吸热”)反应。该反应通常用V2O5A.ΔH

B.E

C.ΔH−E

D.ΔH+E(2)在2 L绝热密闭容器中投入2 mol SO2和b mol O①10 min时，v(SO②反应达到平衡时，SO③下列情况能说明该反应达到化学平衡的是_____________________________。A.v(SOB.混合气体的密度保持不变C.t时刻，体系的温度不再发生改变

D.混合气体的总物质的量不再改变【答案】(1)放热；B(2)①0.05mol/(L·min)②70%③CD【解析】(1)由图中曲线变化可知反应物总能量高于生成物总能量，因此该反应为放热反应；该反应通常用V2O5作催化剂，加入V故答案为：放热；

B(2)①由图可知10min时生成三氧化硫是1mol，浓度变化量是0.5mol/L，v=故答案为：0.05mol/(L·min)②反应达到平衡时生成三氧化硫是1.4mol，则根据方程式可知消耗二氧化硫是1.4mol，SO2故答案为：70%③A.v(SOB.混合气体的密度始终保持不变，故B错误；C.绝热密闭容器中t时刻，体系的温度不再发生改变，说明正逆反应速率相等，达平衡状态，故C正确；D.正反应是体积减小的可逆反应，混合气体的总物质的量不再改变，说明正逆反应速率相等，达平衡状态，故D正确；故答案为：CD。

【例4】某温度时，在5L的容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间的变化曲线如下图所示。请通过计算回答下列问题。(1)反应开始至2min，Y的平均反应速率是________________。(2)分析有关数据，写出X、Y、Z的反应方程式____________________。答案：(1)0.03mol·L－1·min－1 (2)X(g)＋3Y(g)2Z(g)解析：(1)v(Y)＝eq\f(1.0mol－0.7mol,5L×2min)＝0.03mol·L－1·min－1(2)v(X)∶v(Y)∶v(Z)＝Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)＝0.1mol∶0.3mol∶0.2mol＝1∶3∶2反应方程式是X(g)＋3Y(g)2Z(g)【例5】某温度时，在一个2L的密闭容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示。由图中数据分析：(1)该反应的化学方程式为_______________________________。(2)反应开始至2min，用Z表示的平均反应速率为________________________。(3)若在不同条件下①v(X)＝0.3mol·L－1·s－1，②v(Z)＝0.1mol·L－1·s－1，③v(Y)＝0.2mol·L－1·s－1，比较此反应在不同条件下反应速率最快的是________(填序号)。答案：(1)3X＋Y2Z (2)0.05mol·L－1·min－1(3)③解析：(1)由图可知，X、Y的物质的量随反应的进行而减小，Z的物质的量随反应的进行而增大，则X和Y为反应物，Z为生成物。Δn(X)＝1.0mol－0.7mol＝0.3molΔn(Y)＝1.0mol－0.9mol＝0.1molΔn(Z)＝0.2mol－0mol＝0.2molv(X)∶v(Y)∶v(Z)＝3∶1∶2，即反应方程式为3X＋Y2Z。(2)v(Z)＝eq\f(0.2mol,2L×2min)＝0.05mol·L－1·min－1。(3)把不同条件下的各种物质化为同一物质Y的反应速率，①v(Y)＝0.1mol·L－1·s－1，②v(Y)＝0.05mol·L－1·s－1，故可知③最快。强化训练强化训练1．已知反应X(s)⇌2Y(g)+Z(g)，在容积为1L的恒温密闭容器投入一定量X，下列叙述中不能说明反应达到平衡状态的是A．单位时间内生成1molX的同时生成1molZ B．体系的压强不再改变C．Z的体积分数不再改变 D．混合气体的密度不再改变2．对于可逆反应4NH3+5O2⇌4NO+6H2O，下列叙述正确的是A．达到化学平衡时，若增加容器体积，则正反应速率减小，逆反应速率增大B．保持容器内气体压强不变，向其中加入，化学反应速率不变C．保持容器容积不变，向其中加入，化学反应速率增大D．达到化学平衡时，4v正(O2)=5v逆(NO)3．对于反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)ΔH=904kJ·mol1，下列有关说法正确的是A．恒温恒容密闭容器中充入4molNH3和5molO2充分反应后放出热量为904kJB．该反应的正反应的活化能大于逆反应的活化能C．断裂1molNH键的同时，断裂1molOH键，说明该反应达到平衡状态D．达到平衡时，增大容器的体积，v(正)增加、v(逆)减小4．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nmolNO的同时，同时消耗nmolNH3，则反应达到平衡状态C．达到化学平衡时，若增加容器体积，则正反应速率减小，逆反应速率增大D．若单位时间内断裂4molNH键，同时断裂6molHO，则反应达到平衡状态5．可逆反应2NO2(红棕色)N2O4(无色)达到化学平衡时，有关说法正确的是A．反应停止了 B．体系中不存在N2O4C．红棕色消失 D．NO2浓度不再改变6．表示阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是A．中含有的中子数为B．与在一定条件下充分反应后，形成的NH的数目为C．56g的铁与足量的浓硫酸反应转移的电子数为D．1mol苯乙烯()中只含有个碳碳双键7．一定温度下，在恒容密闭容器中发生反应：。当的浓度不再变化时，下列说法中，不正确的是A．该反应已达化学平衡状态 B．的浓度一定相等C．容器中同时存在 D．正、逆反应速率相等且不等于零8．根据下列实验操作及现象能够得到相应结论的是选项选项实验操作现象结论A将3体积与1体积混合并通过灼热的催化剂充分反应，产物依次通过溶液和品红溶液前者溶液中产生白色沉淀，后者溶液褪色与的反应为可逆反应B将铝和镁用导线连接后放入氢氧化钠溶液中，测定其正负极铝为负极，镁为正极铝比镁的金属性强C在20mL0.1mol/L溶液中滴加10mL0.1mol/LNaCl溶液，再滴加10mL0.1mol/L溶液开始生产白色沉淀，后又生成黑色沉淀溶解度：D取两支试管各加入4mL0.01mol/L酸性溶液，再分别加入2mL0.1mol/L和0.2mol/L的溶液前者比后者褪色需要时间长条件不变时，浓度越高，反应速率越快A．A B．B C．C D．D9．下列说法正确的是A．植物的根从土壤中吸收铵根离子和硝酸盐属于氮的固定B．氮气既可以做氧化剂，又可以做还原剂C．1mol氮气可与3mol氢气完全反应生成2mol氨气D．氮气性质稳定，因此金属镁不能与氮气反应10．一定温度下，向一恒容密闭容器中充入和，在催化剂作用下发生反比应：，下列有关说法错误的是A．温度升高，可以加快反应速率B．使用催化剂是为了加快反应速率，提高生产效率C．达到化学平衡时，生成的物质的量为D．若单位时间内消耗，同时生成，则反应达到平衡状态11．某温度下，在2L恒容密闭容器中投入一定量的A、B发生反应：，12s时生成C的物质的量为1.2mol(过程如图所示)。下列说法中正确的是A．2s时，用A表示反应的瞬时速率为B．b∶c＝1∶1C．图中m点达到了反应进行的限度D．12s时容器内的压强为起始压强的12．FeCl3溶液和KI溶液发生反应：2Fe3++2I2Fe2++I2。下列关于该反应的说法正确的是A．升高温度能减慢反应速率B．增大Fe3+和I的浓度能加快反应速率C．反应达到平衡时，溶液中c(Fe3+)与c(Fe2+)相等D．加入过量FeCl3溶液可使I的转化率为100%13．下列理解不正确的是A．化学平衡是一个动态平衡B．化学平衡研究的对象主要是可逆反应C．化学反应速率是研究化学反应进行的快慢问题，化学平衡是研究化学反应进行的限度问题D．化学反应达到平衡时，正反应和逆反应速率相等，是对反应中不同物质而言14．反应X(s)+2Y(g)2W(g)

∆H=akJ·mol1(a＞0)，一定温度下，在恒容的密闭容器中，加入1molX和2molY发生反应，下列说法正确的是A．当容器中气体的压强不再改变时，表明该反应一定已达到平衡状态B．当达到平衡状态时，X和Y的转化率之比为1:2C．当Y与W的物质的量浓度之比为1:1时，表明该反应一定已到达平衡状态D．当容器内气体的密度不再改变时，表明该反应一定已达到平衡状态15．下列标志可表明对应反应达到平衡状态的是选项反应条件可逆反应标志A恒温恒容混合气体的密度不变B恒温恒容混合气体颜色不变C恒温恒压在混合气体中的百分含量不变D恒温恒压A．A B．B C．C D．D16．一定条件下，在2L恒容密闭容器中充入一定量SO2和足量的O2发生反应：2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g)。SO2和SO3的物质的量随时间变化的关系曲线如图所示。(1)在前5min内，以SO2的浓度变化表示的化学反应速率是。加快反应速率的措施有(提出两条)。(2)对于上述反应，下列说法正确的是(填序号)。A．2min时，v正(SO2)=v逆(SO3)B．当SO3的消耗速率等于O2消耗速率的2倍时，说明反应已达平衡状态C．容器内气体的密度保持不变，说明反应已达平衡状态D．改变条件，反应达到新平衡时可能存在c(SO2)=c(SO3)=5mol·L1E．达到平衡后，反应生成的SO3不再分解F．平衡后，向容器中充入含O2，最终氧气、二氧化硫、三氧化硫中均存在O(3)第2min时v正(SO2)第5min时v逆(SO2)(填“>”“＜”“=”或“无法比较”)。(4)在下列方框中用微观示意图的形式表示上述反应。17．某温度下，在2L恒容的密闭容器中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∶3C．混合气体的密度不变

D．生成1molZ的同时生成2molX(4)从开始到t秒末X的转化率。(5)用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