高中化学人教版必修第二册2026版步步高学习基础课时12 化学反应的限度

基础课时12化学反应的限度学习目标1.了解可逆反应及其特点,知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态。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.体会从限度和快慢两个方面去认识和调控化学反应的重要性,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(一)知识梳理1.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)可逆反应的表示方法:可逆反应的化学方程式中,用“”号代替“===”号。2.化学平衡状态的建立(1)化学平衡状态的建立过程(2)化学平衡建立过程中化学反应速率的图像3.化学平衡状态在一定条件(温度、浓度、压强等)下,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。4.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任何可逆反应在给定条件下的进程都有一定的限度,只是不同反应的限度不同。化学反应的限度决定了反应物在一定条件下的最大转化率。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。(二)互动探究材料1向2mL0.01mol·L-1KI溶液中逐滴加入1mL0.01mol·L-1FeCl3溶液,然后加入0.1mol·L-1KSCN溶液,溶液变红色。材料2在一定温度下,在恒容的容器中充入2molSO2和1molO2发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),一段时间后达到化学平衡状态。【问题讨论】问题1根据材料1中反应物用量的分析,结合反应现象说明什么问题?写出对应的离子方程式。提示加入KSCN溶液后,溶液变为红色,说明溶液中仍然存在Fe3+;在I-过量的情况下,Fe3+仍然没完全反应,说明该化学反应不能进行到底,是可逆反应,存在一定的限度。离子方程式为2Fe3++2I-2Fe2++I2、Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3根据材料2回答以下问题:问题2一段时间后,再向容器中充入含氧同位素818O的氧气,则8提示818O可能存在于氧气、二氧化硫和三氧化硫中,因为反应为可逆反应,当含818O的氧气参与反应生成含818O的三氧化硫,问题3一段时间后,该反应达到化学平衡,下列哪些能说明该反应达到化学平衡状态?并简单解释理由。①v正(SO2)=2v逆(O2)②v(SO2)=v(SO3)③单位时间内消耗amolSO2的同时生成amolSO3④SO2、O2和SO3的浓度之比为2∶1∶2⑤混合气体的总的物质的量不再改变⑥混合气体的压强不再改变⑦混合气体的密度不再改变⑧混合气体的平均相对分子质量不再改变提示①⑤⑥⑧。①因为v正(SO2)=2v正(O2),现有v正(SO2)=2v逆(O2),故v正(O2)=v逆(O2),为化学平衡状态;②v(SO2)和v(SO3)永远相等,不能说明达到化学平衡状态;③单位时间内消耗amolSO2,必然生成amolSO3,不能说明达到化学平衡状态;④非平衡状态下,SO2、O2和SO3的浓度之比也可能为2∶1∶2;⑤因为反应前后气体分子数不相等,如气体的总物质的量不再改变,说明正、逆反应速率相等,可以说明达到化学平衡状态;⑥因为反应前后气体分子数不相等,若不平衡,则压强随时间改变而改变,若压强不变,说明反应达到化学平衡状态;⑦该反应体系的容积不变,反应物及产物都是气体,故气体的密度永远不变,密度不变,不能说明反应达到化学平衡状态;⑧根据M=mn,该反应前后气体分子数不相等,则n是个变化的量,故M也是一个变化的量,若混合气体的平均相对分子质量不变,则n不变,【探究归纳】1.可逆反应的特征正、逆反应在同一条件下同时进行,任意物质都不能完全转化,反应物和生成物同时存在,任一反应物的转化率小于100%。2.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,但反应并未停止,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,不再随时间变化而变化变外界条件发生改变时,原平衡状态将被打破,再在新条件下建立新的平衡状态3.化学平衡状态的判断(1)三关注①关注反应条件,是恒温恒容,恒温恒压,还是绝热恒容容器。②关注反应特点,是等体积反应,还是非等体积反应。③关注特殊情况,是否有固体参加或生成,或固体的分解反应。(2)判断依据“变量不变”的理解:①平衡体系中各物质的质量、物质的量、浓度及百分含量等保持不变。②一定条件下的气体密度、总压强、气体的平均相对分子质量不变等。③有色体系的颜色保持不变。总之,若物理量由变量变成了不变量,则表明该可逆反应达到平衡状态;若物理量为“不变量”,则不能作为平衡标志。1.下列各组反应互为可逆反应的是()①2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2OCO2+H2O+Na2CO3===2NaHCO3②SO2+H2O===H2SO3H2SO3===SO2+H2O③2SO2+O22SO32SO32SO2+O2④NH3+HCl===NH4ClNH4ClNH3↑+HCl↑A.①② B.②③C.③④ D.①④答案B解析可逆反应为在相同条件下可以相互转化的反应;①两者反应条件不同,不是可逆反应;②两者为在相同条件下可以相互转化的反应,是可逆反应;③两者为在相同条件下可以相互转化的反应,是可逆反应;④两者反应条件不同,不是可逆反应。2.“接触法”制硫酸的反应原理为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,正、逆反应速率变为零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解析因为已知反应为可逆反应,所以尽管选择适宜的条件,SO2和O2也不能全部转化为SO3,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;因为已知反应为放热反应,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。3.在某容器中发生反应:H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g),下列情况能判断反应一定达到平衡状态的是()A.容器内混合气体摩尔质量不再改变B.容器内的压强不再改变C.容器内各气体浓度相等时D.断开2molH—S的同时断裂2molH—O答案D解析A项,容器内混合气体的质量不变,反应前后气体的物质的量不变,摩尔质量不变,所以容器内混合气体摩尔质量不再改变无法判断是否达到化学平衡状态;B项,反应前后气体物质的量不变,恒温恒容容器中,容器内的压强不变,所以容器内的压强不再改变无法判断反应是否达到平衡状态;C项,容器内各气体浓度相等时是反应的某一时刻,无法判断是否达到平衡状态;D项,断开2molH—S的同时断裂2molH—O,说明v正=v逆,反应已达到平衡状态。二、化学反应条件的控制(一)知识梳理1.化学反应条件控制的目的(1)(2)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(二)互动探究为实现“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。【问题讨论】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。问题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。问题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。【探究归纳】控制反应条件以提高燃料的燃烧效率(1)燃料燃烧不充分的危害①产生热量少,浪费资源;②产生污染物,危害人体健康。(2)提高燃料燃烧效率的措施①使燃料充分燃烧,提高能量的转化率。如使燃料与空气或氧气尽可能充分接触,且通入的空气要适当过量。②充分利用燃料燃烧所释放的热能,提高热能的利用率。提高燃料的燃烧效率实质上是从多方面控制燃烧的条件,意义在于节约能源、节省资源、减少污染。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.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;为防止火灾,在面粉厂、加油站等场所要严禁烟火,故B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。A级合格过关练选择题只有1个选项符合题意(一)可逆反应化学反应的限度1.在下列反应CO+H2OCO2+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解析加入C18O后,反应后18O会进入CO2,可逆反应逆向进行,18O有可能生成H2O,故18O存在于CO、H2O、CO2中。2.500℃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解析根据反应的化学方程式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。3.不能说明反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)达到平衡状态的是()A.NO的浓度不再改变B.反应速率关系:v正(NO)=v逆(NO2)C.相同时间内消耗1molO2的同时生成2molNO2D.混合气体的颜色不再改变答案C解析A项,NO的浓度不再改变,则表明正、逆反应速率相等,反应达平衡状态;B项,反应速率关系:v正(NO)=v逆(NO2),表明反应进行的方向相反,且速率之比等于化学计量数之比,所以反应达平衡状态;C项,相同时间内消耗1molO2的同时生成2molNO2,反应进行的方向相同,反应进行的任一阶段都存在此关系,反应不一定达平衡状态;D项,混合气体的颜色不再改变,表明c(NO2)不再改变,反应达平衡状态。4.一定条件下,对于反应X(g)+3Y(g)2Z(g),若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)。达平衡时,X、Y、Z浓度分别为0.1mol·L-1、0.3mol·L-1和0.08mol·L-1,则下列判断不合理的是()A.c1∶c2=1∶3B.平衡时,Y和Z的生成速率之比2∶3C.X和Y的转化率相等D.c1的取值范围为0<c1<0.14mol·L-1答案B解析反应的化学方程式中反应物化学计量数之比为1∶3,所以反应中X和Y必然以1∶3投料,因为达平衡时X和Y浓度之比为1∶3,故c1∶c2=1∶3,A正确;平衡时Y和Z的生成速率之比应该和化学方程式中对应化学计量数之比相等,故Y和Z的生成速率之比为3∶2,B错误;由于起始时反应物是按化学方程式中化学计量数之比投料,故X和Y转化率相等,C正确;运用极值法,假设Z完全转化为反应物,c1的极限值为0.14mol·L-1,而题设c1>0,反应又是可逆的,D正确。5.一定温度下,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.①③ B.②③ C.①④ D.②④答案C解析①恒压条件下,反应正向气体体积增大,气体的总质量不变,故密度减小,当其不变时反应达到平衡状态;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1molN2O4,正反应速率应逐渐减小直到不变,不符合题意;④随着反应的进行,N2O4的转化率是变量,其不变证明达到平衡状态。6.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:(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的平均反应速率为。

(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答案(1)3A(g)+B(g)2C(g)(2)0.1mol·L-1·s-1(3)40%(4)BD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项正确;容器内气体的密度始终不变,C项错误;容器内气体C的物质的量分数保持不变(二)化学反应条件的控制7.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,下面的说法错误的是()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答案D解析提高化学反应的限度指的是化学反应所进行的程度,提高了化学反应的限度,就是提高了反应物的转化率,提高了产量,更能提高经济效益,但不一定会提高反应的反应速率,所以D项是错误的。8.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;C项,可选用适当的催化剂提高反应速率,正确;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。9.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A项,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;B项,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;C项,食品抽真空包装,降低氧气浓度,减慢食物氧化速率;D项,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。B级素养培优练10.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)。下列有关叙述不正确的是()A.加入少量碳后,CO生成速率不变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断裂,说明反应已达到平衡答案C解析碳为固体,加入少量碳,CO生成速率不变,A正确;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断裂分别表示正、逆反应速率,说明反应已达到平衡,D正确。11.一定条件下,等物质的量的N2和O2在容积为4L的恒容密闭容器中发生如下反应:N2(g)+O2(g)2NO(g)。如图表示该反应过程中N2的物质的量n(N2)随反应时间(t)的变化。下列叙述正确的是()A.当反应达到平衡时,O2的转化率为60%B.10s内反应的平均速率为v(N2)=0.1mol·L-1·s-1C.10s末NO的物质的量浓度为1mol·L-1D.a点对应的化学反应速率:v正(N2)=v逆(NO)答案A解析A项,由题图可知,反应达到平衡时,N2由5mol变为2mol,由于N2和O2起始加入量相同,且又是等物质的量反应,则O2的转化率为3mol5mol×100%=60%;B项,10s内消耗(5-4)molN2,则10s内v(N2)=(5-4)mol4L×10s=0.025mol·L-1·s-1;C项,10s末时生成2molNO,则此时c(NO)=2mol4L=0.5mol·L-1;D项,a点达到平衡状态,则2v正(N2)=v逆(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A项,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,根据方程式可知:x∶2=0.4mol∶0.8mol,所以x=1;B项,根据三段式计算:B的转化率为0.2mol·L-10.5mol·L-1×100%=40%;C项,2min内A的平均反应速率=0.6mol·L-12min=0.3mol·(L·min)-113.在2L密闭容器中进行反应:mX(g)+nY(g)pZ(g)+qQ(g),式中m、n、p、q为化学计量数。在0~3min内,各物质的物质的量的变化如下表所示:物质XYZQn(起始)/mol0.71.0n(2min末)/mol0.82.70.82.7n(3min末)/mol0.8已知:2min内v