高一化学（人教版）教学课件 必修二 第六章 第二节 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目录新知探究(一)——化学反应的限度新知探究(二)——化学反应条件的控制课时跟踪检测命题热点——反应速率与平衡的基本图像分析新知探究(一)化学反应的限度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)特征[微思考]

2H2+O2

2H2O与2H2O2H2↑+O2↑互为可逆反应吗?提示:不是。两个化学反应的条件不同。双向性反应物

生成物双同性正、逆反应是在

下同时进行的共存性反应物和生成物

存在,任一反应物的转化率

100%同一条件同时小于2.化学平衡(1)化学平衡的建立在一定条件下,向反应容器中加入N2和H2发生反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。项目浓度速率变化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逆不变续表>=化学平衡建立过程中的速率—时间(v⁃t)图像如图所示。(2)化学平衡和限度化学平衡状态在一定条件下,

反应进行到一定程度时,

和

___________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,简称化学平衡化学反应的限度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_________可逆正反应速率逆反应速率最大程度3.化学平衡的特征逆化学平衡研究的对象是可逆反应等达到化学平衡状态时,正反应速率和逆反应速率相等动化学平衡是一种表面静止状态,反应并未停止,是一种动态平衡定达到化学平衡状态后,各组分浓度保持不变,不随时间变化而变化变外界条件发生改变时,原平衡状态可能被打破,再在新条件下建立新的平衡状态1.在某密闭容器中发生可逆反应Cl2(g)+PCl3(g)PCl5(g),达到平衡后通入37Cl2,再次达到平衡时37Cl存在于(

)A.Cl2中 B.Cl2、PCl3中C.PCl5中 D.PCl5、Cl2、PCl3中

[题点多维训练]√解析:当反应达到平衡后,向容器中通入37Cl2,化学平衡正向移动,反应产生的PCl5中含有37Cl,该反应是可逆反应,含有37Cl的PCl5会部分分解产生Cl2、PCl3,因此Cl2、PCl3中也存在37Cl,则最终反应再次达到平衡时37Cl存在于PCl5、Cl2、PCl3中。2.(1)恒容密闭容器中的可逆反应2NO2(g)2NO(g)+O2(g),单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO,能否说明该反应已达到平衡状态?若混合气体的颜色不再改变呢?能否说明?请说明理由。答案:单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO,其中描述的都是正反应方向的速率,不能说明反应是否处于平衡状态。混合气体的颜色不变,即c(NO2)保持不变,说明反应处于平衡状态。(2)2HI(g)H2(g)+I2(g)在温度和体积一定时,容器内压强不再变化。能否说明该反应已达到平衡状态,请说明理由。答案:不能。在该反应中,反应前后的气体的总物质的量不变,反应无论是否达到化学平衡,反应容器内压强都不随时间变化。3.在紫外线的作用下,氧气可生成臭氧:3O2(g)2O3(g)。在一恒容密闭容器中发生该反应,能说明该反应达到平衡状态的是(

)A.单位时间内生成2molO3,同时消耗3molO2B.O2的消耗速率为0.2mol·L-1·s-1,O3的消耗速率为0.3mol·L-1·s-1C.气体的平均相对分子质量不再改变D.气体密度不再改变√

4.(2024·湖北黄冈高一期中)在一密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.4mol·L-1、0.2mol·L-1、0.4mol·L-1,当反应达到平衡时,可能存在的数据是(

)A.SO2为0.6mol·L-1,O2为0.4mol·L-1B.SO2为0.6mol·L-1C.SO2、SO3均为0.3mol·L-1D.SO3为0.8mol·L-1√解析:根据反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)可知,若SO2浓度为0.6

mol·L-1,则O2、SO3浓度分别为0.3

mol·L-1、0.2

mol·L-1,存在这种可能,故B正确,A错误;根据题干可知,SO2浓度为0.3

mol·L-1时,SO3浓度为0.5

mol·L-1,反之SO3浓度为0.3

mol·L-1时,SO2浓度为0.5

mol·L-1,故C错误;SO3浓度为0.8

mol·L-1时,SO2和O2完全反应,但是该反应为可逆反应,SO2和O2不可能反应完全,故D错误。5.在2L密闭容器内,800℃时反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)体系中,n(NO)随时间的变化如表:(1)上述反应

(填“是”或“不是”)可逆反应,在第5s时,NO的转化率为

。

时间/s012345n(NO)/mol0.0200.0100.0080.0070.0070.007是65%

(2)如图中表示NO2变化曲线的是

。用O2表示0~2s内该反应的平均速率v=

。

b1.5×10-3

mol·L-1·s-1(3)能说明该反应已达到平衡状态的是

。

a.v(NO2)=2v(O2)

b.容器内压强保持不变c.v逆(NO)=2v正(O2) d.容器内密度保持不变解析:未指明反应进行的方向,无法判断是否达到平衡,a错误;反应前后体积不同,当压强保持不变时,达到平衡状态,b正确;NO和O2的速率符合化学计量数关系且方向不同,达到平衡状态,c正确;容器内密度始终保持不变,不能判断是否达到平衡状态,d错误。bc|归纳拓展|平衡状态的判断依据直接判断依据v正=v逆同一物质生成速率等于消耗速率不同物质化学反应速率之比等于化学计量数之比,且表示不同方向(即“一正一逆”)间接判断依据某些物理量各组成成分的质量、物质的量、分子数、物质的量浓度保持不变各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数保持不变

[注意]

利用某些物理量不变作判据时,要用建立平衡的过程中“变化”的物理量不变作判据。新知探究(二)化学反应条件的控制

2.条件控制在工业合成氨中的应用(1)化学理论:低温、高压时有利于提高氨的产率。(2)工业实际:温度温度低,氨的产率高,反应速率小,达到化学平衡所需时间长,生产成本高,工业上通常选择在400~500℃下进行压强压强越大,氨的产率越高,对动力和生产设备的要求也越高,采用的压强通常为10MPa~30MPa3.提高燃料燃烧效率的条件调控(1)煤燃烧时,将煤块粉碎成煤粉目的是增大其与空气中O2的接触面积,煤粉燃烧更充分,反应更快;通入适当过量的空气的目的是使煤充分燃烧,放出更多能量;若空气不足,会造成的结果为燃烧不完全,生成有毒气体CO,造成污染且热量产生少。(2)选择保温隔热且耐热的炉(灶)膛材料的主要目的是防止热量散失。(3)充分利用煤燃烧后的废气中的热量可采取的措施是将燃烧后的废气通过热交换装置,供其他使用。[微点拨]

反应条件调控的措施①改变化学反应速率:改变反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强、固体的表面积以及催化剂的合理使用等。②改变可逆反应进行的限度:改变可逆反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强等。1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)将肉类食品进行低温冷藏,能使其永远不会腐败变质。()(2)并不是所有化工生产都必须使用催化剂。()(3)夏天面粉的发酵速率与冬天面粉的发酵速率相差不大。()(4)茶叶使用真空包装,能显著延长茶叶的储存时间。()(5)工业合成氨的条件是高温低压和使用催化剂。()

[题点多维训练]×√×√×2.以下是2SO2+O2

2SO3在不同条件下达到平衡状态时SO2的转化率。温度/℃压强/MPa0.10.511040099.2%99.6%99.7%99.9%50093.5%96.9%97.8%99.3%60073.7%85.8%89.5%96.4%从以上数据分析,要实现SO2转化率为93.5%,需控制的反应条件是

,不使用高压的原因是______________________

。500℃、0.1MPa高压条件要求设备强度高,成本增大,且转化率增大的不大√3.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解析:着火点是物质本身的属性,不能提高也不能降低。4.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(1)(2)(4)(6)(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,能节约生产成本命题热点反应速率与平衡的基本图像分析[典例]在2.0L恒温恒容密闭容器中充入1.0molHCl和0.3molO2,加入催化剂发生反应:4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g),HCl、O2的物质的量随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(

)

√

|思维建模|反应速率与平衡图像分析思路1.一定温度下,在2L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列描述正确的是(

)

[题点多维训练]

√

√

课时跟踪检测(选择题每小题3分,本检测满分50分)1412345678910111315√121.化学反应条件的控制具有重要的现实意义。下列选项中,反应条件的控制不恰当的是(

)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MnO2D.降温可加快H2O2的分解速率√1245678910111213141532.(2024·丽江月考)下列不属于可逆反应的是(

)A.二氧化硫与氧气反应生成三氧化硫B.N2与H2在一定条件下可以生成NH3,同时NH3又可分解为N2和H2C.电解水生成H2和O2,氢气和氧气转化为H2OD.SO2溶于水和H2SO3分解解析:反应条件不同,不是可逆反应。√1245678910111213141533.(2024·太原期中)在一定条件下,某可逆反应X2+Y2

2XY的正反应速率和逆反应速率随时间变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是(

)A.t1时刻,反应逆向进行B.t2时刻,反应停止进行C.t3时刻,反应已达该条件下的限度D.t1~t2时刻,反应物的量逐渐增多124567891011121314153解析:t1时刻,正反应速率大于逆反应速率,反应正向进行,A项错误;t2时刻,反应达到平衡状态,正、逆反应速率相等且不为0,反应没有停止,B项错误;t3时刻,反应已达到平衡状态,即达到了该条件下的限度,C项正确;t1~t2时刻,反应正向进行,反应物的量逐渐减少,D项错误。√1245678910111213141534.为了探究FeCl3溶液和KI溶液的反应是否为可逆反应,向5mL0.1mol·L-1KI溶液中滴加5~6滴0.1mol·L-1FeCl3溶液,充分反应。下列实验操作能说明该反应是可逆反应的是(

)A.再滴加AgNO3溶液,有黄色沉淀产生B.再加入CCl4振荡后,下层液体显紫红色C.再加入CCl4振荡后,取上层清液,滴加AgNO3溶液,有白色沉淀产生D.再加入CCl4振荡后,取上层清液,滴加KSCN溶液,溶液呈血红色124567891011121314153解析:根据2I-+2Fe3+===I2+2Fe2+和I-、Fe3+的量分析,Fe3+少量,若反应后Fe3+仍存在,说明上述反应可逆。√1245678910111213141535.(2024·河南卫辉调研)已知SO2和O2反应生成4molSO3时放出的热量为QkJ,那么2molSO2和1molO2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QkJ

B.等于QkJC.小于0.5QkJ D.无法确定124567891011121314153

√1245678910111213141536.(2024·北京西城区高一期中)工业上可利用CO和H2合成二甲醚:3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)。一定温度下,在恒容、密闭容器中发生上述反应,当反应达到化学平衡状态时,下列说法正确的是(

)A.正、逆反应速率相等且等于零B.CO、H2、CH3OCH3、CO2的浓度不再变化C.CO和H2全部转化为CH3OCH3和CO2D.CO、H2、CH3OCH3、CO2的浓度一定相等124567891011121314153解析:化学平衡是一种动态平衡,则当反应达到化学平衡状态时,正、逆反应速率相等且不等于零,故A错误;当CO、H2、CH3OCH3、CO2的浓度不再变化时,说明该反应已达到化学平衡状态,故B正确;该反应是可逆反应,反应物不能完全转化为生成物,则当反应达到化学平衡时,CO和H2不能完全转化为CH3OCH3和CO2,故C错误;当反应达到化学平衡状态,只能说明各组分浓度不再改变,不能说明CO、H2、CH3OCH3、CO2的浓度一定相等,故D错误。√1245678910121113141537.一定温度下,已知反应N2O4(g)2NO2(g)。现将1molN2O4充入一恒压密闭容器中,下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是(

)A.①②

B.②③

C.③④

D.①④124567891012111314153解析:①恒压条件下,反应正向进行,气体体积增大,气体的总质量不变,故密度是变量,其不变反应达到平衡状态;②恒压条件下,压强是恒量,不能作为判断平衡状态的标志;③题给反应充入1

mol

N2O4,正反应速率应逐渐减小直到不变,不符合题意;④随反应的进行,N2O4的转化率是变量,其不变说明反应达到平衡状态。√1245678910111213141538.(2024·济南高一期末)在一定温度下的恒容密闭真空容器中,使一定量纯净的NH2COONH4发生反应(固体试样体积忽略不计):NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。下列能说明该反应达到平衡状态的是(

)A.CO2的体积分数不再改变B.混合气体的密度不再改变C.混合气体的平均相对分子质量不再改变D.2v正(NH3)=v逆(CO2)124567891011121314153解析:混合气体中氨气、二氧化碳物质的量之比为定值2∶1,自反应开始二氧化碳的体积分数就不变,故A错误;该反应是固体的分解反应,且容器体积不变,则密闭容器中混合气体的密度为变量,当混合气体的密度不变时,表明达到平衡状态,故B正确;密闭容器中氨气和二氧化碳的物质的量之比不变,所以混合气体的平均摩尔质量始终不变,无法判断平衡状态,故C错误;v正(NH3)=2v逆(CO2),表示的是正逆反应速率,且满足化学计量数关系,说明达到平衡状态,故D错误。1245678910111213141539.(2024·桂林高一月考)在2L的恒容密闭容器中同时进行下列两个可逆反应:①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g);②CO(g)+2H2O(g)CH3OH(g)+O2(g)。124567891011121314153下列叙述不能说明容器内的反应达到平衡状态的是(

)A.容器内压强不再发生变化B.容器内气体的密度不再发生变化C.CH3OH的体积分数不再发生变化D.单位时间内,消耗的CO与生成的O2的物质的量之比为1∶1√124567891011121314153解析:两边的气体计量数不相等,若容器内压强保持不变,说明达平衡状态,故A错误;在恒容体系中混合气体的密度不变,说明气体的质量不变,正逆反应速率相等,故B错误;CH3OH的体积分数不再发生变化,说明各物质的物质的量不变,反应达到平衡状态,故C错误;化学反应达到平衡时,v正=v逆,消耗CO与生成O2两者都指正反应速率,故D正确。12456789101112131415310.在容积为1L的密闭容器中(容积不变)充入1molCO2和3molH2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是(

)√124567891011121314153A.反应进行到3min时,正反应速率和逆反应速率相等B.10min后容器中各物质的浓度不再改变C.达到平衡状态后,升高温度,正反应速率增大、逆反应速率减小D.0~3min内,v正>v逆,3min后,v正<v逆解析:反应进行到3

min时,物质的浓度仍然是变化的,则正反应速率和逆反应速率不相等,A项错误;10

min后反应达到平衡状态,则容器中各物质的浓度不再改变,B项正确;达到平衡状态后,升高温度,正、逆反应速率均增大,C项错误;在反应达到平衡状态前,v正>v逆,D项错误。√12456789101112131415311.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,并测定C的浓度为0.2mol·L-1。下列判断错误的是(

)A.x=1B.2min内A的平均反应速率为0.3mol·L-1·min-1C.B的转化率为60%D.若混合气体的压强不变,则表明该反应已达到平衡状态124567891011121314153解析:根据题中数据结合三段式法可得124567891011121314153

12√1245678910111314153

124567891011121314153解析:题中未给出容器的容积,无法计算生成氨气的物质的量,A项错误;在同一个反应中,用不同物质表示的反应速率之比等于化学计量数之比,则①v(H2)=3v(N2)=1.5

mol·L-1·min-1、②v(H2)=1.0

mol·L-1·min-1,①的反应速率更快,B项错误;向容器中再充入一定量的H2,反应物的浓度增大,则N2的消耗速率将增大,C项正确;3v消耗(N2)=3v生成(N2)=v生成(H2),正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,D项错误。12456789101112131415313.一定温度下,在容积为2L的恒容密闭容器中发生反应X(g)+2Y(g)3Z(g)。反应过程中的部分数据如表所示,下列说法正确的是(

)t/minn(X)/moln(Y)/moln(Z)/mol02.02.405

0.9101.6

15

1.6

124567891011121314153A.平衡时Y被消耗了20%B.平衡时c(Z)=0.6mol·L-1,且不再发生变化C.0~5min内,用X表示的平均反应速率为0.09mol·L-1·min-1D.若单位时间内生成amolX的同时消耗3amolZ,则该反应达到平衡状态√124567891011121314153解析:由题意及所给信息可补全表格:t/minn(X)/moln(Y)/moln(Z)/mol02.02.4051.71.80.9101.61.61.2151.61.61.212456789101112131415310

min时,反应已达到平衡状态,此时Y被消耗了[(2.4

mol-1.6

mol)÷2.4

mol]×100%≈33.3%,A项错误;平衡时c(Z)=1.2

mol÷2

L=0.6

mol·L-1,且不再发生变化,B项正确;0~5

min内,用X表示的平均反应速率为(2.0-1.7)mol÷2

L÷5

min=0.03

mol·L-1·min-1,C项错误;单位时间内生成a

mol

X和消耗3a

mol

Z均表示逆反应方向,不能说明反应达到平衡状态,D项错误。101245678911121314153高阶思维训练(选做题)14.(2024·黄冈高一期末)在一定温度下,向某恒容密闭容器中充入一定量X(g)和Y(g),二者发生可逆反应生成Z(g),测得各物质的浓度与时间的关系如图所示(已知:净反应速率等于正、逆反应速率之差)。下列说法错误的是(

)124567891011121314153A.a点:正反应速率大于逆反应速率B.b点:净反应速率等于零C.上述可逆反应中X(g)、Y(g)、Z(g)的化学计量数之比为3∶1∶2D.达到平衡时,Y的转化率为60%√124567891011121314153解析: