2025年高中化学新教材同步必修第二册 第6章　第2节　第2课时　化学反应的限度　化学反应条件的控制

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改变。3.了解控制反应条件在生产、生活和科学研究中的作用。一、化学反应的限度1.可逆反应思考1以下几个反应是不是可逆反应？(填“√”或“×”)①N2+3H22NH3(√)②NH3+H2ONH3·H2O(√)③Cd+2NiO(OH)+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2(×)④2H2O2H2↑+O2↑(×)可逆反应的特征2.化学平衡状态的建立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，反应物的浓度和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思考2一定条件下的密闭容器中，发生可逆反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。下列哪些情况能说明正反应速率和逆反应速率相等，反应达到了平衡状态。①生成2molNH3的同时消耗1molN2②v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)=1∶3∶2③2v正(H2)=3v正(NH3)④1个N≡N断裂的同时，有6个N—H断裂⑤H2的百分含量保持不变⑥NH3的体积分数保持不变提示④⑤⑥4.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①化学反应的限度决定了反应物在一定条件下转化为生成物的最大转化率。②同一可逆反应，不同条件下，化学反应的限度不同，即改变反应条件可以在一定程度上改变一个化学反应的限度。1.判断正误(1)1molN2和3molH2在一定条件下可完全生成2molNH3()(2)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()(3)可逆反应达到平衡状态时，各反应物、生成物的浓度相等()(4)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()(5)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()答案(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×2.下列对于化学反应的限度的叙述错误的是()A.任何可逆反应都有一定的限度B.有一定限度的化学反应，都是可逆反应C.化学反应的限度与时间的长短无关D.同一可逆反应在不同条件下(如温度、浓度等)，其反应的限度相同答案D解析任何可逆反应都有一定的限度，反之，有一定限度的化学反应都是可逆反应，对同一可逆反应，当外界条件不变时，反应的限度与时间长短无关。3.(2024·合肥高一期中)在一定条件下，对于密闭容器中进行的反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，下列说法能充分说明该反应已达到化学平衡状态的是()A.SO2、O2、SO3在容器中共存B.SO2、O2、SO3的浓度均不再改变C.SO2、O2、SO3浓度比为2∶1∶2D.正、逆反应速率相等且均等于零答案B解析SO2、O2、SO3的浓度均不再变化，说明反应达平衡状态，B正确；SO2、O2、SO3的浓度比是否为2∶1∶2和是否达到平衡没有必然联系，C错误；化学平衡是动态平衡，平衡时速率不为0，D错误。化学平衡状态的判断依据二、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际可能性。(2)实例——合成氨生产条件的选择思考为实现“碳达峰”“碳中和”的目标，提高燃料的燃烧效率与热量的利用率也是重要措施之一。试回答下列问题。(1)煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉且通入适当过量空气的目的是什么？提示将煤块粉碎成煤粉的目的是增大其与空气中O2的接触面积，提高反应速率，使煤粉燃烧更充分；通入适当过量的空气，可以使煤粉充分燃烧，生成CO2放出能量，若空气不足，会造成煤燃烧不完全，生成CO，产生热量少，且造成污染。(2)煤燃烧时，选择保温隔热且耐热的炉(灶)膛材料的主要目的是什么？提示减少热量损失，提高煤燃烧的效率。(3)煤燃烧后的废气中的热量，采取什么措施可充分利用？提示可将燃烧后的废气通过热循环装置，供其他方面使用。1.下列措施可以提高燃料燃烧效率的是()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⑤将煤气化处理⑥通入适当过量的空气A.①③④⑤ B.②③⑤⑥C.③④⑤⑥ D.①②③④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①中“净化”可以防止杂质与催化剂作用，降低其活性(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.(2023·黑龙江牡丹江一中高一期中)硫酸是一种重要的化工产品，目前的重要生产方法是“接触法”，反应原理为2SO2+O22SO3，已知该反应为放热反应。下列说法正确的是()A.只要选择适宜的条件，SO2和O2就能全部转化为SO3B.达到平衡后，反应就停止了，故此时正、逆反应速率相等且均为零C.由反应可知，2molSO2的能量大于2molSO3的能量D.工业上在利用上述反应生产三氧化硫时，要同时考虑反应所能达到的限度和化学反应速率两方面的问题答案D解析因为2SO2+O22SO3为可逆反应，所以尽管选择适宜的条件，SO2和O2也不能全部转化为SO3，故A错误；达到平衡后，反应没有停止，只是正、逆反应速率相等但并不为零，故B错误；因为2SO2+O22SO3为放热反应，由反应可知，2molSO2和1molO2的总能量大于2molSO3的总能量，故C错误；工业上在利用上述反应生产三氧化硫时，为了提高产率和效率，要同时考虑反应所能达到的限度和化学反应速率两方面的问题，故D正确。2.(2023·连云港高一期中)化学反应条件的控制具有重要的现实意义。如下反应条件的控制中，不恰当的是()A.利用钠在点燃的条件下与氧气反应，制备过氧化钠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MnO2D.降温加快H2O2的分解速率答案D解析钠和氧气在点燃或加热条件下反应生成过氧化钠，可以利用钠在点燃的条件下与氧气反应，制备过氧化钠，故A正确；MnO2可以作为催化剂催化KClO3的分解反应，故C正确；降温会减慢H2O2的分解速率，故D错误。3.(2024·天津高一段考)在密闭容器中充入SO2和由18O原子组成的氧气，在一定条件下开始反应，在达到平衡后，18O存在于()A.SO2、SO3、O2中都有可能存在B.只存在于O2和SO3中C.只存在于SO2和SO3中D.只存在于O2中答案A解析SO2和O2反应生成SO3的反应是可逆反应，反应具有双向性，因此18O存在于SO2、SO3、O2中，故选A。4.Ⅰ.已知在2L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/(mol·L-1) 1.5 1 02s末/(mol·L-1) 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0~2s的平均反应速率。

(3)从反应开始到2s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Ⅱ.(5)实验室通常用大理石(或石灰石)与稀盐酸反应制取二氧化碳，不用纯碱与盐酸或硫酸反应制取二氧化碳的考虑是：(1)纯碱比大理石(或石灰石)成本高，不经济；(2)反应速率太快，难以控制和收集产物。反应速率可以通过改变反应条件来控制。作为研究，请你提出用纯碱与盐酸反应制取二氧化碳的适宜途径，并用实验来检验你的设计。答案(1)3A(g)+B(g)2C(g)(2)0.1mol·L-1·s-1(3)40%(4)BD(5)可以利用分液漏斗向纯碱粉末中逐滴加入盐酸，以便控制反应速率和生成CO2的体积。解析(3)从反应开始到2s末，A物质的转化率为(1.5-0.9)mol·L-11.5mol·L-1×100%=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课时对点练[分值：100分](选择题1~12题，每小题6分，共72分)题组一可逆反应1.下列关于物质“反应程度”的说法正确的是()A.一定条件下，2molSO2与足量O2反应可得到2molSO3B.1molCl2与足量的H2O反应可生成1molHClOC.1molH2与1molI2反应可制备2molHID.一定条件下，1molN2与3molH2反应可制备1.0molNH3答案D解析SO2与O2的反应是可逆反应，反应物不可能完全转化为生成物，不会得到2molSO3，A错误；氯气和水的反应是可逆反应，1molCl2与足量的H2O反应不会生成1molHClO，B错误；氢气与I2的反应是可逆反应，不能100%转化，1molH2与1molI2反应制备的HI少于2mol，C错误；N2与H2的反应是可逆反应：N2+3H22NH3，一定条件下，1molN2与3molH2反应可制备1.0molNH3，D正确。2.(2024·天津高一段考)下列各组两个反应互为可逆反应的是()①2Na+Cl22NaCl与2NaCl2Na+Cl2↑②H2SO4(浓)+2HBr=2H2O+Br2+SO2↑与Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4③2NO2=N2O4与N2O4=2NO2④CO2+H2O=H2CO3与H2CO3=H2O+CO2↑A.①②B.②③C.③④D.①④答案C解析①反应条件不一样，不是可逆反应，②物质不同，第一个反应物是浓硫酸，第二个生成物是稀硫酸，不是可逆反应；③④在相同条件下，能够同时向正、逆两个方向进行，都是可逆反应；故选C。题组二化学反应的限度3.500℃时，将2molN2和2.25molH2充入体积为10L的恒容密闭容器中，反应达到平衡时，NH3的浓度不可能是()A.0.1mol·L-1 B.0.12mol·L-1C.0.05mol·L-1 D.0.16mol·L-1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N2+3H22NH3，该反应中N2过量，假设2.25molH2完全反应，则生成NH3的物质的量为1.5mol，浓度为0.15mol·L-1，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0.15mol·L-1，D选项符合题意。4.(2024·广西防城港高一段考)一定条件下的密闭容器中，发生可逆反应：N2g+3H2g2NH3g，达到化学平衡状态时，有关描述正确的是()A.N2和H2全部转化为NH3B.NH3的浓度不再变化C.正反应和逆反应的速率相等且等于0D.N2、H2、NH3的物质的量之比为1∶3∶2答案B解析可逆反应不能进行到底，A错误；正反应和逆反应速率相等但是不等于0，C错误；平衡时，N2、H2和NH3的物质的量之比取决于起始量与转化程度，这是个变量，该比值不能作为达到平衡的标志，D错误。题组三化学平衡状态的判断5.在实验室中模拟H2(g)+I2(g)2HI(g)时，控制反应条件不变，将一定量的氢气和碘蒸气充入恒容密闭容器中，反应一段时间后，不能确定该反应已经达到化学平衡状态的是()A.容器中的压强不再变化B.H2的浓度不再变化C.容器中混合物的颜色不再变化D.HI的物质的量不再变化答案A解析由于反应前后气体的系数和相等，故在恒温恒容的密闭容器中，气体的压强始终保持不变，A符合题意；H2的浓度不再变化能够判断反应达到平衡状态，B不符合题意；反应体系中H2和HI均为无色，而碘蒸气为紫色，故反应过程中容器中混合物的颜色一直在改变，故容器中混合物的颜色不再变化能够判断反应达到平衡状态，C不符合题意；HI的物质的量不再变化能够判断反应达到平衡状态，D不符合题意。6.(2024·福州高一期中)将1mol固体A置于体积不变的真空密闭容器中(固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其分解：A(s)2B(g)+C(g)，下列可以判断该反应已达到化学平衡状态的是()A.物质的物质的量浓度：c(B)=2c(C)B.混合气体的密度保持不变C.B的体积分数不变D.混合气体的平均摩尔质量保持不变答案B解析c(B)=2c(C)不能说明正、逆反应速率相等，不能确定是否达到平衡状态，A错误；容器体积始终不变，而反应中气体的质量为变量，则混合气体的密度不变，说明反应已达平衡，B正确；只有生成物为气体，生成B、C的物质的量之比为定值，则B的体积分数为定值，混合气体的平均摩尔质量为定值，则B的体积分数不变，混合气体的平均摩尔质量保持不变，都不能说明达到平衡，C、D错误。题组四化学反应条件的控制7.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且催化剂有可能会失去活性，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；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。8.(2023·辽宁抚顺高一期中)在工业生产或实验中，下列做法与调控化学反应速率无关的是()A.煅烧矿石时，向炉膛中鼓入空气增强火势B.将Fe与稀H2SO4反应中的稀H2SO4换成稀HNO3C.食品抽真空包装D.实验室制氢气时，用锌粉代替锌块答案B解析煅烧矿石时，向炉膛中鼓入空气，氧气浓度增大，反应速率加快，火势增强，故不选A；将稀H2SO4换成稀HNO3，铁与稀硝酸反应不能放出氢气，与反应速率无关，故选B；食品抽真空包装，降低氧气浓度，减慢食物氧化速率，故不选C；实验室制氢气时，用锌粉代替锌块，增大接触面积，反应速率加快，故不选D。9.(2024·成都高一期中)一定条件下发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，若SO2、O2、SO3的起始浓度分别为amol·L-1、bmol·L-1、cmol·L-1(均不为零)，达到平衡状态时，SO2、O2、SO3浓度分别为0.18mol·L-1、0.09mol·L-1和0.2mol·L-1，则下列判断错误的是()A.a+c=0.38B.b的取值范围为0<b<0.19C.平衡时，O2和SO3的生成速率之比为1∶2D.起始时，消耗SO2的速率一定大于生成SO2的速率答案D解析根据质量守恒定律，反应前后S元素守恒，所以a+c=0.18+0.2=0.38，A正确；以极值法进行计算，假设开始反应时SO3的浓度为0，则需要氧气的浓度是0.1mol·L-1，所以氧气的起始浓度为0.1mol·L-1+0.09mol·L-1=0.19mol·L-1，该反应是可逆反应，不能完全转化，所以氧气的起始浓度范围为0<b<0.19，B正确；化学反应速率之比等于化学计量数之比，则平衡时O2和SO3的生成速率之比为1∶2，C正确；起始时，无法判断平衡是正向建立平衡还是逆向建立平衡，所以消耗SO2的速率不一定大于生成SO2的速率，D错误。10.(2023·杭州高一期中)在一定温度下，在某恒容的密闭容器中，发生反应：C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)。下列有关叙述正确的是()A.加入少量碳后，CO生成速率加快B.气体的密度不随时间而改变，说明反应已达到平衡C.升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小D.若2molH—O断裂，同时有1molH—H生成，说明反应已达到平衡答案B解析C为固体，加入少量碳，CO生成速率不变，A错误；反应前后气体的质量不同，且容器体积不变，则气体的密度不随时间而改变，说明反应已达到平衡，B正确；升高温度，正、逆反应速率均增大，C错误；2molH—O断裂和1molH—H生成均表示正反应速率，不能说明反应已达到平衡，D错误。11.(2023·湖北仙桃中学高一质检)下列描述的化学反应状态，不一定是平衡状态的是()A.H2(g)+Br2(g)2HBr(g)，绝热、恒容下，反应体系中气体的压强保持不变B.2NO2(g)N2O4(g)，恒温、恒容下，反应体系中气体的颜色保持不变C.CaCO3(s)CO2(g)+CaO(s)，恒温、恒容下，反应体系中气体的密度保持不变D.NH4Cl(s)NH3(g)+HCl(g)，恒温、恒容下，反应体系中气体的平均摩尔质量保持不变答案D解析该反应为等体积反应，但为绝热体系，随着反应进行，体系内温度升高，压强增大，当压强不变时反应达到平衡状态，A不符合题意；恒温、恒容下，反应体系中气体的颜色保持不变，说明二氧化氮的浓度不再变化，反应达到平衡状态，B不符合题意；该反应中只有二氧化碳是气体，随着反应进行，二氧化碳的质量不断变化，恒温、恒容条件下，体系气体的密度保持不变，说明反应达到平衡状态，C不符合题意；反应体系中气体只有氨气和氯化氢气体，且两者比例恒定为1∶1，则气体的平均摩尔质量始终保持恒定，不能据此说明反应达到平衡状态，D符合题意。12.在一定条件下，将3molA和1molB两种气体混合于固定容积为2L的密闭容器中，发生如下反应：3A(g)+B(g)xC(g)+2D(g)。2min末该反应达到平衡，生成0.8molD，并测得C的浓度为0.2mol·L-1。下列判断正确的是()A.x=2B.B的转化率为50%C.2min内A的平均反应速率为0.3mol·L-1·min-1D.若混合气体的密度保持不变，则表明该反应达到平衡状态答案C解析C的浓度为0.2mol·L-1，生成C的物质的量为0.2mol·L-1×2L=0.4mol，根据化学方程式可知：x∶2=0.4mol∶0.8mol，所以x=1，A错误；根据三段式计算：3A(g)+B(g)C(g)+2D(g)起始量/(mol·L-1) 1.5 0.5 0 0转化量/(mol·L-1) 0.6 0.2 0.2 0.4平衡量/(mol·L-1) 0.9 0.3 0.2 0.4据以上分析可知，B的转化率=0.2mol·L-10.5mol·L-1×100%=40%，B错误；2min内A的平均反应速率v(A)=0.6mol·L-12min13.(6分)为了净化汽车尾气，工业上采用CO与NO在催化剂的作用下反应转化为无害气体的工艺：2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)。某实验小组在实验室进行模拟实验，在250℃条件下，向5L恒容密闭容器中通入等物质的量的CO和NO，测得n(CO)随时间的变化情况如表：时间/s012345n(CO)/mol0.400.350.310.300.300.30回答下列问题：(1)0~2s内用N2表示的反应速率是。

(2)平衡时CO2的物质的量浓度为。

(3)能说明反应已达到平衡状态的是(填字母)。

A.n(CO2)=n(NO)B.n(CO2)=n(CO)C.v逆(CO)=v正(CO)答案(1)0.0045mol·L-1·s-1(2)0.02mol·L-1(3)C解析(1)0~2s内CO减小0.4mol-0.31mol=0.09mol，N2增加0.09mol×12=0.045mol，则反应速率为v(N2)=0.045mol5L×2s=0.0045mol·L-1·s-1。(2)由表中数据可知，3s后CO的量不再改变，即达到平衡状态，则平衡时CO减小0.4mol-0.3mol=0.1mol，生成0.1molCO2，则c(CO2)=0.1mol5L=0.02mol·L-1。(3)由化学平衡状态的概念可知，达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，且各物质的浓度不变，则n(CO2)=n(NO)、n(CO2)=n(CO)不一定是平衡状态，故A、B不选；v逆(CO)=v正(CO)14.(10分)在2L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(填“大于”“小于”或“等于”)v逆。

(2)图中表示NO2变化的曲线是。用O2表示从0~2s内该反应的平均速率v=。

(3)下列能说明该反应已经达到平衡状态的是

(填字母，下同)。a.v(NO2)=2v(O2)b.容器内压强保持不变c.v逆(NO)=2v正(O2)d.容器内的密度保持不变(4)下列能使该反应的反应速率增大的是。

a.向容器中充入氩气 b.适当升高温度c.增大O2的浓度 d.选择高效的催化剂答案(1)大于(2)b1.5×10-3mol·L-1·s-1(3)bc(4)bcd解析(1)在0~1s内n(NO)呈减小状态，则反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)向正反应方向进行，v正>v逆。(2)上述反应向正反应方向进行，则c(NO)由逐渐减小到保持不变。表格中数据表明上述反应从开始到平衡，n(NO)的减小量为0.020mol-0.007mol=0.013mol，则n(NO2)的增加量为0.013mol。上述反应容器的容积为2L，则平衡时c(NO2)=0.0065mol·L-1，则表示NO2变化的曲线是b。表格中数据表明，在0~2s内n(NO)减小量为0.020