高一化学新人教版同步精讲必修2第14讲化学反应的限度

第14讲化学反应的限度模块一可逆反应与化学平衡思索与沟通（（1）写出SO2转化为SO3、工业合成氨、形成氯水的三个化学方程式。（2）视察上述方程式，有何共同的特点？【答案】SO2+O22SO3N2+3H22NH3Cl2+H2OHClO+HCl一、可逆反应1．定义：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反应。2．表示：书写可逆反应的方程式不用“”，而用“”连接。3．特点：思索与沟通：新制氯水中含有哪些微粒？氯气的转化率有没有可能达到100%？【答案】Cl2、H2O、HClO、H+、Cl-、ClO-、OH-。可逆反应中，反应物与生成物共存，任何反应物的转化率都不行能达到100%二、化学反应的限度1．化学平衡状态的建立过程加入反应物，从正反应方向起先加入生成物，从逆反应方向起先2．化学平衡状态的概念肯定条件下的可逆反应进行到肯定程度时，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变更，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。3．化学平衡的基本特征【答案】可逆＝≠保持不变题型一：可逆反应推断与特点【例1】下列反应属于可逆反应的是()A．Na溶于水的反应B．NH3溶于水的反应C．可充电电池的反应，如H2O＋Zn＋Ag2OZn(OH)2＋2AgD．电解水生成H2和O2，点燃H2和O2的混合物生成水【答案】B【分析】依据题中属于可逆反应可知，本题考查可逆反应的推断，运用可逆反应是指在同一条件下，既能向生成物方向进行，同时又能向反应物方向进行的反应分析。【详解】A．Na溶于水会与水反应，2Na+2H2O=2NaOH+H2↑，不属于可逆反应，故A不选；

B．氨气溶解于水，NH3+H2O⇌NH3•H2O⇌NH4++OH-，属于可逆反应，故选B；

C．可充电电池的反应中向两个方向反应的条件不同，为不行逆反应，故C不选；

D．水电解生成H2和O2，条件是通电电解，H2在O2中燃烧生成水的反应条件为点燃，两者反应条件不一样，不属于可逆反应，故D不选；

答案选B。【点睛】可逆反应是指在同一条件下，既能向生成物方向进行，同时又能向反应物方向进行的反应，特殊留意条件相同，同时向正逆两个方向进行。【例2】在下列反应CO+H2O⇌CO2+H2中，加入C18O后，则18O存在于A．只存在于CO和CO2中 B．存在于CO、H2O、CO2中C．只存在于CO中 D．存在于CO、H2O、CO2、H2中【答案】B【详解】由于反应CO+H2O⇌CO2+H2为可逆反应，正反应、逆反应同时进行，则含有O元素的物质中均含有18O，故选B。题型二：化学平衡状态的特征【变3-1】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1.5molYD．t2～t3时，X、Y的物质的量均没有发生变更【答案】D三、化学平衡状态的推断1．速率相等：①同种物质——v正(A)=v逆(A)②不同物质——v正(A):v逆(B)=a:b（化学计量数之比）2．变量不变：①各组分的物质的量、质量、浓度、百分含量等保持不变。②总压强、总物质的量、混合气体的Mr、体系的密度、颜色等，依据详细状况分析。思索与沟通：推断下列条件能否说明该反应已达化学平衡？1．在体积固定的密闭容器中发生可逆反应2NO2(g)2NO(g)+O2(g)（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、O2表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态（）（4）单位时间内消耗2nmolNO2的同时，生成2nmolNO2（）（5）单位时间内断开nmolNO中的N—O键的同时生成2nmolO＝O键（）（6）NO2削减的化学反应速率和NO削减的化学反应速率相等（）【答案】（1）√；（2）×；（3）×；（4）√；（5）×；（6）√2．在两个恒容容器中各发生如下反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H2(g)+I2(g)2HI(g)①气体的总物质的量不变②气体的总质量不变③气体的总压强不变④气体的密度不变⑤气体的平均相对分子质量不变⑥混合气体的颜色不变⑦体系的温度不变【答案】√，×，√，×，√，×，√×，×，×，×，×，√，√题型三：化学平衡状态的推断【变4-2】肯定条件下，NO2与SO2反应生成SO3和NO两种气体。将体积比为1∶2的NO2、SO2气体置于密闭容器中发生上述反应，下列不能说明反应达到平衡状态的是A．混合气体颜色保持不变 B．体系的平均相对分子质量保持不变C．NO2和SO2的体积比保持不变 D．每消耗1molSO2的同时生成1molNO2【答案】B【详解】A．发生反应：NO2(g)＋SO2(g)NO(g)＋SO3(g)。A说明c(NO2)不变，可以作为达到平衡的标记，故A正确；B．平均相对分子质量M=，气体的总质量不变，气体的总物质的量不变，则平均相对分子质量始终不变，故B错误；C．NO2和SO2的起始体积比为1∶2，反应过程中二者变更量(设为x)相同，则平衡时体积比为(1-x)∶(2-x)，当体积比保持不变时表示反应达到平衡，故C正确；D．消耗SO2表示正反应，生成NO2表示逆反应，故D正确；故选B。【变4-3】肯定温度下，在恒容的密闭容器中。该反应A(g)+3B(g)=2C(g)达到平衡状态的标记有①B的生成速率与C的消耗速率之比为3：2②容器中的压强不再发生变更③容器内混合气体的密度不变更④混合气体的平均相对分子质量不变⑤C的物质的量浓度不再变更⑥密闭容器中n(A)：n(B)：n(C)=1：3：2A．①④⑤ B．②③⑤ C．②④⑥ D．②④⑤【答案】D【详解】①B的生成速率与C的消耗速率均表示逆反应速率，故不能说明正逆反应速率相等，故不能说明反应达到平衡状态；②容器容积不变，混合气体物质的量随反应的进行发生变更，则容器内压强为变更的量，故容器中的压强不再发生变更，能说明反应达到平衡状态；③混合气体质量不变，容器容积不变，则容器内混合气体的密度始终不变，则当容器内混合气体的密度不变更时，不能说明反应达到平衡状态；④混合气体质量不变，混合气体物质的量随反应的进行发生变更，则混合气体的平均相对分子质量是一个变更的量，当混合气体的平均相对分子质量不变时，能说明反应达到平衡状态；⑤C的物质的量浓度不再变更，说明正逆反应速率相等，能说明反应达到平衡状态；⑥密闭容器中n(A)：n(B)：n(C)=1：3：2，，故不能说明反应达到平衡状态；综上所述，②④⑤能说明反应达到平衡状态，故D正确；故选D。【变4-5】将肯定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽视不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：H2NCOONH4(s)⇌2NH3(g)+CO2(g)。能推断该反应已经达到化学平衡的是①v(NH3)正=2v(CO2)逆②密闭容器中总压强不变③密闭容器中混合气体的密度不变④密闭容器中混合气体的平均相对分子质量不变⑤密闭容器混合气体的总物质的量不变⑥密闭容器中CO2的体积分数不变⑦混合气体总质量不变A．①②⑤⑦ B．①②③⑤⑦ C．①②③⑤⑥ D．全部【答案】B【分析】结合平衡的特征“等、定”及衍生的物理量判定平衡状态，以此来解答。【详解】①v(NH3)正=2v(CO2)逆满意正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故选；②正反应体积增大，当密闭容器中总压强不变时反应达到平衡状态，故选；③密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中容积始终是不变的，但是气体的质量是变更的，所以当密闭容器中混合气体的密度不变时反应达到平衡状态，故选；④由于体系中只有两种气体，且氨气和二氧化碳的体积之比始终满意2：1，所以密闭容器中混合气体的平均相对分子质量始终不变，不能说明反应达到平衡状态，故不选；⑤正反应气体的分子数增大，当密闭容器混合气体的总物质的量不变时反应达到平衡状态，故选；⑥由于体系中只有两种气体，且氨气和二氧化碳的体积之比始终满意2：1，所以密闭容器中CO2的体积分数始终不变，不能说明反应达到平衡状态，故不选；⑦由于反应物是固体，所以混合气体总质量不变时反应达到平衡状态，故选；故选B。模块二化学反应条件的限制一、限制化学反应条件的意义促进有利反应，抑制有害反应。二、限制化学反应条件的方法改变更学反应速率，变更可逆反应进行的程度。三、合成氨工业反应条件的限制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，须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400~500℃下进行。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，采纳的压强通常为10~30MPa。四、煤燃烧反应条件的限制1．将固体煤粉碎以增大接触面积，同时空气适当过量，以提高转化率。2．炉膛材料尽量选择保温性能好的，烟道废气中的热量用来加热水、发电等，以提高热量利用率。题型四：化学反应条件的限制【例5】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【例6】工业制硫酸中的一步重要反应是SO2在400-500℃和常压下的催化氧化:2SO2+O22SO3,这是一个正反应放热的可逆反应。假如反应在密闭容器中进行,下述相关说法中错误的是（）A．反应温度选择400-500℃是该反应催化剂的催化活性、反应速率、反应限度等角度综合考虑的结果B．因为在常压下该反应的速率和SO2的转化率已经很高了，所以选择常压条件主要是从生产成本角度考虑C．为提高SO2的转化率,应适当提高O2的浓度D．运用催化剂是为了加快反应速率,提高SO3产率【答案】D题型五：化学反应速率与限度综合【变7-1】向容积为2.0L的密闭容器中通入肯定量的N2O4(无色气体)和NO2的混合气体，发生反应：N2O4(g)2NO2(g)，反应吸热，体系中各物质的物质的量随时间变更如图所示。下列有关说法正确的是A．64s时，反应达到化学平衡状态B．到达化学平衡前，混合气体的颜色渐渐变深C．若该容器与外界无热传递，则反应达到平衡前容器内气体的温度渐渐上升D．前100s内，用NO2浓度的变更表示的化学反应速率是0.008mol·L-1·s-1【答案】B【详解】A．64s时，N2O4、NO2的物质的量相等，但随反应的进行，N2O4的物质的量在减小，反应未达到化学平衡状态，A说法错误；B．到达化学平衡前，体积不变，NO2的物质的量增大，则混合气体的颜色渐渐变深，B说法正确；C．若该容器与外界无热传递，该反应为吸热反应，随反应的进行，温度渐渐降低，C说法错误；D．前100s内，用NO2浓度的变更表示的化学反应速率==0.004mol·L-1·s-1，D说法错误；答案为B。【题1】下列反应属于可逆反应的是A．二氧化碳与水反应 B．铜与浓硫酸反应C．盐酸与氢氧化钠反应 D．氢气在氯气中燃烧【答案】A【分析】可逆反应是在相同条件下，既可以向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应。【详解】A．二氧化碳和水反应生成碳酸，碳酸不稳定，同时又可以分解为二氧化碳和水，故是可逆反应，故A选；B．铜和浓硫酸在加热条件下反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，硫酸铜、二氧化硫和水不能反应生成铜和硫酸，反应不行逆，故B不选；C．盐酸与氢氧化钠发生酸碱中和反应，生成的NaCl和水不能反应生成盐酸和氢氧化钠，反应不行逆，故C不选；D．氢气在氯气中燃烧生成氯化氢，氯化氢很稳定，不会在点燃条件下分解为氢气和氯气，故D不选；故选A。【点睛】可以记住一些典型的可逆反应，如二氧化碳和水反应、二氧化硫和水反应、氨和水反应、氯气和水反应、工业合成氨、二氧化硫催化氧化生成三氧化硫等。【题2】化学反应在硫酸工业中有重要应用。关于该反应的叙述正确的是A．无限延长化学反应的时间能改变更学反应的限度B．、、的物质的量比1：2：2时达到平衡状态C．该反应达到化学平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等且等于零D．若起先加入和，达到化学平衡时核素存在于三种物质中【答案】D【详解】A．化学反应的限度和反应时间无关，A错误；B．、、的物质的量不再发生变更时，达到平衡状态，B错误；C．该反应达到化学平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等，化学平衡为动态平衡，化学反应速率不为零，C错误；D．若起先加入和，依据化学平衡的特点可知道平衡时核素存在于三种物质中，D正确；答案为：D。【题3】2molNH3和3molO2在2L密闭容器中发生反应，2min后达到平衡，生成1.5molNO。下列有关说法正确的是A．达到平衡时，4v正(O2)=5v逆(NO)B．若单位时间内生成xmolNO，同时消耗xmolNH3，则反应达到平衡状态C．达到平衡时，若增加容器体积，则v正减小，v逆增大D．2min内用NH3表示的反应速率为v(NH3)=0.75mol·L-1·min-1【答案】A【详解】A．达到平衡时，正反应速率等于逆反应速率，即4v正(O2)=5v逆(NO)，A正确；B．单位时间内生成xmolNO，同时消耗xmolNH3，描述的都是正反应速率，不能说明反应达到平衡，B错误；C．增加容器体积，反应物和生成物浓度均减小，v正、v逆均减小，C错误；D．2min后生成1.5molNO，则NH3减小1.5mol，用NH3表示的反应速率为v(NH3)==0.375mol·L-1·min-1，D错误；选A。【题4】在恒温恒容的密闭容器中,有可逆反应2NO2⇌N2O4,下列能说明反应达到了平衡状态的是①NO2生成N2O4的速率与N2O4分解生成NO2速率相等时②C(NO2)=C(N2O4)时③N2O4处于不再分解时④NO2的分子数与N2O4分子数比为2:1时⑤体系颜色深浅不再发生变更时⑥反应器中压强不再随时间变更时⑦混合气体的平均分子量保持不变时⑧混合气体的密度保持不变时A．①③⑤⑧ B．②④⑥⑧ C．③⑤⑦ D．⑤⑥⑦【答案】D【分析】可逆反应2NO2N2O4为气体体积缩小的反应，该反应达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不再发生变更，由此衍生的一些物理量不发生变更，以此进行推断。【详解】①NO2生成N2O4的速率与N2O4分解生成NO2速率相等，反应速率之比与化学计量数之比不等，则正逆反应速率不等，说明此时没有达到平衡状态，故①错误；②平衡时各物质的浓度关系取决于物质的起始物质的量和转化率，故c(NO2)=c(N2O4)时无法推断各组分的浓度是否接着变更，则不能说明反应达到平衡状态，故②错误；③该反应为可逆反应，N2O4分解的同时也有N2O4的生成，不存在N2O4不再分解的状况，故③错误；④平衡时各物质的分子数之比取决于物质的起始物质的量和转化率，故NO2的分子数与N2O4分子数比为2：1时不能说明反应达到平衡状态，故④错误；⑤NO2为红棕色气体，N2O4为无色气体，则体系颜色深浅不再发生变更时，说明各组分的浓度不再变更，该反应已经达到平衡状态，故⑤正确；⑥反应前后气体的体积不等，若反应器中压强不再随时间变更时能说明反应达到平衡状态，故⑥正确；⑦平均分子量=，反应前后气体总质量不变，而总物质的量发生变更，若混合气体的平均分子量保持不变时，能说明反应达到平衡状态，故⑦正确；⑧ρ=，气体的总质量不变，容器容积不变，则混合气体的密度始终不变，不能依据密度推断平衡状态，故⑧错误；综上所述，能说明反应达到平衡状态的是⑤⑥⑦，故选D。【题5】下列说法正确的是A．，其他条件不变，缩小反应容器体积，正逆反应速率不变B．，碳的质量不再变更说明反应已达平衡C．若压强不再随时间变更能说明反应已达平衡，则A、C不能同时是气体D．和反应达到平衡时转化率为，放出的热量为；在相同温度和压强下，当分解为和的转化率为时，汲取的热量为，不等于【答案】B【详解】A．压强越大，有气体参与或生成的可逆反应正逆反应速率都增大，缩小容器体积相当于增大压强，增大单位体积内活化分子个数，正逆反应速率都增大，故A错误；B．可逆反应达到平衡状态时，各物质的质量不再发生变更，该反应中C的质量不变时说明该反应已经达到平衡状态，故B正确；C．假如A、C都是气体，当压强不变时，该反应达到平衡状态，所以A、C可以同时都是气体，故C错误；D．相同温度、相同压强下，将2mol氨气完全转化为氮气和氢气，也是1molN2和3molH2，所以二者为等效平衡，设生成氨气的反应热为+Q，氨气分解生成氮气和氢气的反应热为-Q，即有3molH2消耗放出Q热量，消耗氢气为3mol×10%=0.3mol，放出的热量为Q1=0.1Q，消耗2mol氨气生成氮气和氢气时汲取Q热量，则消耗氨气为2mol×10%=0.2mol时汲取热量为Q2=0.1Q，所以Q2等于Q1，故D错误；故选B。【题6】如图表示800℃时A、B、C三种气体物质的浓度随时间变更的状况，t是到达平衡状态的时间。试回答：（1）该反应的反应物是___。（2）该反应的化学反应方程式为____。（3）若达到平衡状态的时间是2min，A物质的平均反应速率为___。（4）假设该反应在体积固定的密闭容器中进行，下列能做为推断该反应达到化学平衡状态的标记的是___。A．每有3molA消耗，就会有3molC消耗 B．B的体积分数保持不变C．气体的密度保持不变 D．B和C的浓度之比1：3（5）达到平衡时，A的体积分数是___。【答案】（1）A（2）3A(g)B(g)+3C(g)（3）0.6mol/(L·min)（4）AB（5）42.9%【分析】（1）由A的物质的量浓度不断减小，可以推断A为反应物；（2）A为反应物，B、C为生成物，又依据反应的系数之比等于反应的物质的量之比，可得反应的方程式为3A(g)B(g)+3C(g)；（3）A的反应速率==0.6mol/(L·min)；（4）A.每有3molA消耗是正反应方向，3molC消耗是逆反应方向，正逆反应速率相等，达到了平衡，正确；B.B的体积分数保持不变，即B的量不再变更，达到了平衡，正确；C.气体的容积和质量恒定，即密度恒定，故密度保持不变，不肯定平衡，错误；D.B和C的浓度之比1：3，不肯定平衡，错误；故选AB。（5）达平衡时，A的体积分数=×100%≈42.9%.【练1】在一个密闭容器中发生反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2mol/L、0.2mol/L、0.2mol/L，当反应达到反应限度时可能的数据是（）A．c(SO3)=0.4mol/L B．c(SO2)=c(SO3)=0.15mol/LC．c(O2)=0.35mol/L D．c(SO2)+c(SO3)=0.4mol/L【答案】D【练2】肯定温度下，密闭容器中可逆反应3X(g)+Y(g)2Z(g)达到限度的标记是（）A．X的生成速率与Z的生成速率相等 B．单位时间内生成3nmolX，同时消耗nmolYC．某时刻X、Y、Z的浓度相等 D．某时刻X、Y、Z的分子个数比为3:1:2【答案】B【练3】肯定条件下将0.1molN2和0.3molH2置于密闭容器中发生反应：N2+3H22NH3（放热反应）。下列关于该反应的说法正确的是（）A．最终可生成0.2molNH3B．增大压强能使反应速率减小C．降低反应体系的温度能加快反应速率D．向容器中再加入N2，能加快反应速率【答案】D【练4】在肯定温度下可逆反应N2+3H22NH3已达到平衡，下列有关说法正确的是（）①