6.2.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微网络素养新目标1.了解可逆反应及其特点。2．理解化学平衡状态及其特征。3．认识控制化学反应条件的意义。学业基础[预习新知]一、化学反应的限度1．可逆反应(1)定义：在同一条件下________和________均能进行的化学反应。(2)特点在________，正向反应(反应物→生成物)和逆向反应(生成物→反应物)________。例如：SO2和H2O反应的化学方程式为：________________________。2．化学平衡状态(1)研究的对象：________反应。(2)化学平衡的建立①反应开始时：v(正)最大，v(逆)为______。②反应过程中：反应物浓度逐渐减少→v(正)逐渐______，生成物浓度逐渐增大→v(逆)从______开始逐渐______。③反应达到平衡时：v(正)______v(逆)，反应物和生成物各组分浓度______。(3)概念在一定条件下，当一个______反应进行到________和________相等，反应物和生成物的浓度不再改变时的状态。二、化学反应条件的控制1．通过化学反应条件的控制，改变化学反应________和化学反应的________，促进对人类有利的化学反应，抑制有害的化学反应。2．应用在化工生产中，为了提高反应进行的程度而调控反应条件时，需要考虑控制反应条件的________和__________。例如，合成氨的生产在温度较低时，氨的产率__________；压强越大，氨的产率__________。但温度低，反应速率小，需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________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，采用的压强通常为________。[即学即练]1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)任何可逆反应都有一定的限度。()(2)化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等。()(3)化学反应的限度与时间的长短无关。()(4)化学反应的限度是不可改变的。()(5)化学平衡的建立与反应条件密切相关。()(6)化学平衡状态时，化学反应即停止。()2．下列说法正确的是()A．H2可燃烧生成水，水可电解生成H2，上述两个反应互为可逆反应B．用含18O的氧气氧化不含18O的SO2时，反应一段时间后，SO2中也会含有18OC．可逆反应的反应物在一定的条件下也能完全反应D．可逆反应不可能有能量变化3．下列说法中不正确的是()A．当一个可逆反应达到平衡状态时，就是这个反应在该条件下所能达到的限度B．当一个可逆反应达到平衡状态时，这个反应的正反应速率和逆反应速率相等C．可以通过控制反应条件，使2molSO2与1molO2反应生成2molSO3D．化学反应的限度可以通过改变条件来改变4．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，下面说法中错误的是()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核心素养目标一化学平衡的建立——化学反应的限度[例1]如图所示为可逆反应X2＋3Y22Z2在反应过程中的反应速率v(mol·L－1·min－1)随时间t(min)变化的关系曲线，下列叙述正确的是()A．t1min时，只有正反应在进行B．t1min时，反应达到平衡状态C．t2～t3min，反应不再进行D．t2～t3min，各物质的浓度不再发生变化[提升1]对化学反应限度的叙述，不正确的是()A．当化学反应达到最大限度时反应速率为0B．同一化学反应，若反应条件不同，限度可能不同C．化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等D．化学反应的限度与时间的长短无关[核心能力]化学平衡的建立过程1．速率变化2．图像表示eq\x(状元随笔)可逆反应的特点(1)双向性——正反应和逆反应发生的条件相同。(2)双同性——正反应和逆反应在同一条件下同时进行。(3)共存性——不管反应时间长短，反应物总有剩余，最终反应物与生成物共存。(4)表示方法书写可逆反应的化学方程式时不用“=”而用“”。目标二化学平衡状态的判断[例2]在一定温度下，反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)达到化学平衡状态的标志是()A．单位时间内生成nmolH2，同时就有nmolHI生成B．单位时间内有nmolH2生成，同时就有nmolI2生成C．容器内气体的总压强不随时间的变化而变化D．1个H—H键断裂的同时，有2个H—I键断裂[提升2]对于可逆反应M＋NQ达到平衡时，下列说法正确的是()A．M、N、Q三种物质的浓度一定相等B．M、N全部变成了QC．反应物和生成物的浓度都保持不变D．反应已经停止eq\x(状元随笔)判断化学平衡状态的技巧判断平衡状态，技巧是“正逆相等、变量不变”。1．“正逆相等”：若是同一物质，正、逆反应速率相等；若是不同物质，正、逆反应速率之比等于化学计量数之比。2．“变量不变”：变量即平衡前是一直变化的物理量，当这个变量不再发生改变时，可以判断反应达到平衡状态。[核心能力]化学平衡状态的判断标志1．直接标志(1)v正＝v逆①同一种物质的生成速率等于消耗速率；②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都等于化学计量数之比；③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①各组分的浓度不随时间的改变而改变；②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)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)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)全是气体参加的反应前后化学计量数改变的可逆反应，平均相对分子质量保持不变。(4)对同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。eq\x(状元随笔)化学平衡状态判断的“两种误区”。①各组分的浓度相等证明反应达到平衡状态。②各组分的分子数等于化学计量数之比证明反应达到平衡状态。反应达到化学平衡状态时各组分的浓度保持不变，但不一定相等，也不—定等于化学计量数之比。学考评价1．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．化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等C．化学反应的限度与时间的长短无关D．化学反应的限度是不可改变的2．在已达到平衡的可逆反应2SO2＋O2eq\o(,\s\up15(催化剂),\s\do14(△))2SO3中，充入由18O组成的氧气一段时间后，18O存在于下列物质中的()A．多余的氧气中B．生成的三氧化硫中C．氧气和二氧化硫中D．二氧化硫、氧气和三氧化硫中3．对于可逆反应2A＋3B2CΔH<0，下列条件的改变一定可以加快正反应速率的是()A．增大压强B．升高温度C．增加A的量D．加入二氧化锰作催化剂4．可逆反应：2NO22NO＋O2在体积固定的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是()①单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2②单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO③用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为2：2：1的状态④混合气体的颜色不再改变的状态⑤混合气体的密度不再改变的状态⑥混合气体的压强不再改变的状态⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态A．①④⑥⑦B．②③⑤⑦C．①③④⑤D．全部5．一定温度下，在容积为2L的密闭容器中进行反应：aN(g)bM(g)，M、N的物质的量随时间的变化曲线如下图所示：(1)此反应的化学方程式中，已知化学计量数之比为最简整数比，则b＝________。(2)若t2－t1＝10，则从t1到t2，以M的浓度变化表示该反应的平均反应速率，计算出来的结果为__________________mol/(L·min)。(3)t1、t2、t3三个时刻中，________时刻达到反应的最大限度。eq\x(温馨提示：请完成课时作业10)第2课时化学反应的限度化学反应条件的控制学业基础[预习新知]正反应方向逆反应方向同一条件下同时进行SO2＋H2OH2SO3F6可逆F70F8减小F90增大＝不再改变可逆正反应速率逆反应速率速率限度成本实际可能性较高越高400℃～500℃10MPa～30MPa[即学即练]1．答案：(1)√(2)√(3)√(4)×(5)√(6)×2．答案：B3．解析：对于可逆反应，达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，反应物的转化率最大，A、B正确；2SO2＋O22SO3是可逆反应，无论怎样控制条件，反应物的转化率不可能达到100%，即2molSO2与1molO2反应不会生成2molSO3，C错；化学反应的限度可通过改变条件，如温度、压强等来改变，D正确。答案：C4．解析：提高化学反应的限度，可使更多的反应物转化为生成物，提高产品的产量，提高原料的利用率，但不一定提高化学反应速率。答案：D核心素养[例1]解析：A项，从题图可知，t1min时，正、逆反应同时进行，错误；B项，t2min时，反应达到平衡状态，错误；C项，平衡状态为动态平衡，错误；D项，反应达到平衡状态后，各物质的浓度不再发生变化，正确。答案：D[提升1]解析：A项反应达到最大限度时v正＝v逆≠0，A项错误；同一化学反应，条件改变，化学平衡可能被破坏，反应限度可能就会被改变，B项正确；任何可逆反应都有一定的限度，当反应达到限度时，即反应达到化学平衡，此时v(正)＝v(逆)，对同一可逆反应，达到化学平衡时，当外界条件不变时，反应的限度不变，与时间长短无关。答案：A[例2]解析：生成H2是逆反应，生成HI是正反应，根据化学方程式中的化学计量数关系，如果正、逆反应速率相等，则生成nmolH2的同时应有2nmolHI生成，A错误；生成H2和生成I2均是逆反应，没有说明正反应速率，且不管平衡是否建立，只要反应进行，生成H2和I2的物质的量之比始终为11，B错误；该反应前后气体总的物质的量保持不变，在其他条件一定时，反应从开始到反应达到平衡状态时，压强就一直保持不变，故气体总的压强不变不能说明反应已经达到平衡状态，C错误；断裂H—H键是正反应，断裂H—I键是逆反应，根据化学方程式的化学计量数关系，断裂1个H—H键的同时，有2个H—I键断裂，其正反应速率等于逆反应速率，D正确。答案：D[提升2]解析：平衡时反应物、生成物的浓度之比应从两个方面考虑：一是反应物的起始浓度，二是化学方程式中的化学计量数。如2molM与1molN反应，无论怎样反应，M与N的浓度永远不相等，所以“M、N、Q三种物质的浓度一定相等”这种说法是错误的，A错误；此反应是可逆反应，B错误；反应物和生成物的浓度都保持不变，可以说明反应达到平衡状态，但未停止，C正确，D错误。答案：C学考评价1．解析：任何可逆反应都有一定的限度，当反应达到一定限度时，反应达到化学平衡，此时v(正)＝v(逆)，对同一个达到化学平衡的可逆反应，当外界条件不变时，反应的限度不变，与时间长短无关，但当外界条件发生改变，引起v(正)与v(逆)不相等时，化学平衡被破坏，化学反应的限度也会发生改变。答案：D2．解析：该反应为可逆反应，18O的加入定会与SO2结合生成含18O的SO3，同时含18O的SO3又会分解得到SO2和O2，使SO2、O2中也含有18O，因此18O存在于SO2、O2、SO3这三种物质中。答案：D3．解析：若该反应无气体，增大压强时并没有引起物质浓度的改变，则反应速率就不改变，A错误；升高温度，反应速率一定增大，B正确；若A为固体，增加其用量时，因浓度不变，其反应速率不变，C错误；有些反应不用催化剂，不同的反应有不同的催化剂，二氧化锰不是“万能”催化剂，D错误。答案：B4．解析：①中单位时间内生成nmolO2的同时必消耗2nmolNO2，知v正＝v逆，所以①能说明达到平衡状态；②所描述的都是指正反应方向的速率，无法判断；③无论达到平衡与否，物质的反应速率之比都等于化学方程式中物质的化学计量数之比；④有色气体的颜色不变能够说明达到了化学平衡；因容器体积固定，密度是一个常数，所以⑤不能说明；该反应是一个反应前后气体体积不等的反应，容器的体积又固定，所以⑥⑦均能说明达到平衡。答案：A5．解析：(1)达到平衡状态时，N的物质的量变化量为8mol－2mol＝6mol，M的物质的量变化量为5mol－2mol＝3mol，化学方程式中化学计量数之比等于物质的量变化量之比，所以a:b＝6:3＝2:1，所以b＝1。(2)容积为2L，t2－t1＝10，则从t1到t2，M的物质的量变化量为4mol－3mol＝1mol，所以v(M)＝eq\f(1mol,2L×10min)＝0.05mol/(L·min)。(3)t3时刻M、N的物质的量不再随时间变化而变化，所以t3时刻达到反应的最大限度。答案：(1)1(2)0.05(3)t3第六章章末共享微专题一氢氧燃料电池原理分析应用(1)燃料电池是通过燃料与氧化剂分别在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的装置。(2)燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率高、能量转化率高。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。(3)以30%的KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下：负极：2H2＋4OH－－4e－=4H2O(氧化反应)；正极：O2＋2H2O＋4e－=4OH－(还原反应)；总反应：2H2＋O2=2H2O。[微训练一]1．氢气是未来最理想的能源。科学家最近研制出利用太阳能产生激光，并在二氧化钛(TiO2)表面作用使海水分解得到氢气的新技术：2H2Oeq\o(=,\s\up15(TiO2),\s\do14(激光))2H2↑＋O2↑，制得的氢气可用于制作燃料电池。试回答下列问题：(1)分解海水时，实现了光能转化为________能。生成的氢气用于制作燃料电池时，实现了化学能转化为________能。分解海水的反应属于________反应(填“放热”或“吸热”)。(2)某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质，A极上发生的电极反应为2H2＋2O2－－4e－=2H2O，则A极是电池的________极，电子从该极________(填“流入”或“流出”)。B极电极反应式为________________________________________________________________________。2．如下图所示，可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式[当电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)时]两种。试回答下列问题：(1)酸式电池的电极反应：负极____________________，正极____________；电池总反应：____________________________________；电解质溶液pH的变化________(填“变大”“变小”或“不变”)。(2)碱式电池的电极反应：负极______________________，正极______________；电池总反应：________________________________；电解质溶液pH的变化________(填“变大”“变小”或“不变”)。微专题二化学反应速率和化学平衡状态的简单计算一、“三段式”解题模式“三段式”指的是在方程式下方三行分别写上该物质的起始浓度，变化浓度和反应后该物质的浓度。其中起始浓度＝变化浓度＋反应后浓度。1．计算原理：化学反应速率之比＝浓度变化之比＝物质的量变化之比＝化学计量数之比。2．计算模式：设A、B两物质的起始浓度分别为amol·L－1、bmol·L－1，反应物A的转化浓度为mxmol·L－1，B的转化浓度为nxmol·L－1，则：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始浓度/(mol·L－1)ab00变化浓度/(mo1·L－1)mxnxpxqx终态浓度/(mol·L－1)a－mxb－nxpxqx二、有关化学平衡状态的简单计算1．反应物转化率的计算公式A的转化率＝eq\f(A的转化量,A的起始量)×100%(计算式中A的量可以指反应物的物质的量、质量、浓度、体积等)2．某组分的体积分数的计算公式A的体积分数＝eq\f(体系中A的物质的量,体系中总的物质的量)×100%[微训练二]1．在容积可变的密闭容器中，2molN2和8molH2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%2．一定温度下，向一个容积为2L的真空密闭容器中(事先装入催化剂)通入1molN2和3molH2,3min后测得密闭容器内的压强是起始时的0.7倍，在此时间内v(H2)是()A．0.1mol·L－1·min－1B．0.2mol·L－1·min－1C．0.3mol·L－1·min－1D．0.6mol·L－1·min－1eq\x(温馨提示：请完成第六章综合素养测评)微专题·大素养[微训练一]1．解析：(1)燃料电池是将化学能转化为电能的装置，分解海水的反应属于吸热反应。(2)燃料电池中，负极燃料发生失电子的氧化反应，即2H2＋2O2－－4e－=2H2O，正极发生氧气得电子的还原反应，即O2＋4e－=2O2－，所以B极是正极，A极是负极，电子从负极流向正极，即从A极流出。答案：(1)化学电吸热(2)负流出O2＋4e－=2O2－2．解析：(1)正极上O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在；酸性条件下与H＋结合生成H2O；负极上H2失电子变为H＋，H＋进入电解质溶液。电池总反应为H2和O2生成H2O的反应，由于有H2O生成，电解质溶液将逐渐变稀，故pH增大。(2)正极上O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，碱性条件下与H2O分子结合生成OH－；负极上H2失去电子变为H＋，碱性条件下H＋不能大量存在，与OH