資源簡(jiǎn)介

2.3 課時(shí)2　化學(xué)反應(yīng)的限度
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.了解化學(xué)反應(yīng)的可逆性,通過(guò)化學(xué)平衡狀態(tài)的建立,理解化學(xué)平衡的概念及化學(xué)平衡的特征。
2.了解化學(xué)平衡的概念和特征,能夠判斷平衡狀態(tài),知道條件改變時(shí)化學(xué)平衡會(huì)發(fā)生移動(dòng)。
3.認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行是有一定限度的。
4.能根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率及化學(xué)平衡的影響因素分析控制化學(xué)反應(yīng)的條件,培養(yǎng)“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”的學(xué)科素養(yǎng)。
【自主預(yù)習(xí)】
一、化學(xué)反應(yīng)的限度——化學(xué)平衡狀態(tài)
1.可逆反應(yīng)
(1)定義:在相同條件下同時(shí)向正、逆兩個(gè)方向進(jìn)行的反應(yīng)。
(2)表示方法:書(shū)寫(xiě)可逆反應(yīng)的化學(xué)方程式時(shí)不用“”而用“”。
(3)特點(diǎn)
①正向反應(yīng)和逆向反應(yīng)　　　　進(jìn)行。
②正向反應(yīng)和逆向反應(yīng)的條件　　　　。
③在一定條件下,反應(yīng)物　　　　全部轉(zhuǎn)化為生成物。
【微點(diǎn)撥】
對(duì)于一個(gè)確定的可逆反應(yīng)A+B3C,向右進(jìn)行的方向?yàn)榉磻?yīng)的正方向,向左進(jìn)行的方向?yàn)榉磻?yīng)的逆方向。
2.化學(xué)平衡狀態(tài)
(1)化學(xué)平衡狀態(tài)的建立
對(duì)于可逆反應(yīng):2SO2+O22SO3,在一定溫度下,將2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)通入一定體積的密閉容器中。其化學(xué)反應(yīng)速率與時(shí)間關(guān)系如圖所示。
①反應(yīng)開(kāi)始時(shí):v(正)最大,v(逆)為　　　　,原因是反應(yīng)物濃度　　　　,生成物濃度為0。
②反應(yīng)過(guò)程中:v(正)逐漸　　　　,v(逆)逐漸　　　　,原因是反應(yīng)物濃度逐漸　　　　,生成物濃度逐漸　　　　。
③反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)(t1后):v(正)=v(逆),反應(yīng)物和生成物的濃度　　　　　。
(2)化學(xué)平衡狀態(tài)的概念
在一定條件下可逆反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí),反應(yīng)物和生成物的濃度不再隨時(shí)間的延長(zhǎng)而　　　　,正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率　　　　,這種狀態(tài)稱(chēng)為化學(xué)平衡狀態(tài)。
二、化學(xué)平衡狀態(tài)的改變
1.實(shí)驗(yàn)探究改變溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響
2NO2(g)N2O4(g)(正反應(yīng)方向?yàn)榉艧岱磻?yīng))受溫度的影響
(1)現(xiàn)象
改變溫度 混合氣體顏色 c(NO2)
升溫(浸入熱水) 變深 增加
降溫(浸入冷水) 變淺 減小
(2)結(jié)論
①當(dāng)其他條件不變時(shí),升高反應(yīng)體系的溫度,化學(xué)平衡向　　　　反應(yīng)方向移動(dòng);降低反應(yīng)體系的溫度,化學(xué)平衡向　　　　反應(yīng)方向移動(dòng)。
②同一可逆反應(yīng)在不同條件下將建立起不同的化學(xué)平衡狀態(tài)。
2.影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素
影響因素有　　　　、　　　　、　　　　等。
【答案】一、1.(3)①同時(shí)　②相同?、鄄豢赡?br/>2.(1)①0　最大?、跍p小　增大　減小　增大?、鄄辉俑淖儭?2)發(fā)生變化　相等
二、1.(2)①吸熱　放熱　2.濃度　溫度　壓強(qiáng)
【效果檢測(cè)】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”)
(1)既能向正反應(yīng)方向進(jìn)行,又能向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的反應(yīng)叫可逆反應(yīng)。 (　　)
(2)在同一條件下,同時(shí)向正、逆兩個(gè)方向進(jìn)行的反應(yīng)叫可逆反應(yīng)。 (　　)
(3)任何可逆反應(yīng)都有一定的限度。 (　　)
(4)化學(xué)反應(yīng)的限度不可改變。 (　　)
(5)化學(xué)反應(yīng)的限度與時(shí)間的長(zhǎng)短無(wú)關(guān)。 (　　)
(6)化學(xué)反應(yīng)限度理論可指導(dǎo)怎樣使用有限原料提高產(chǎn)率。 (　　)
(7)化學(xué)反應(yīng)速率理論可指導(dǎo)怎樣在一定時(shí)間內(nèi)增大產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。 (　　)
(8)正確利用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)反應(yīng)限度理論可提高化工生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟(jì)效益。 (　　)
【答案】(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√　(6)√
(7)√　(8)√
2.化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后,各組分的濃度相等或正好等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比時(shí),化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡
【答案】不一定,化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各組分濃度不變,但不一定相等,也不一定等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。
3.改變可逆反應(yīng)的限度有哪些途徑
【答案】改變可逆反應(yīng)體系的溫度、溶液中溶質(zhì)的濃度、氣體壓強(qiáng)(或濃度)等。
4.化工生產(chǎn)中控制反應(yīng)條件的原則是什么
【答案】在化工生產(chǎn)中,為了提高反應(yīng)進(jìn)行的程度而調(diào)控反應(yīng)條件時(shí),需要考慮控制反應(yīng)條件的成本和實(shí)際可能性。
【合作探究】
任務(wù)1　化學(xué)反應(yīng)(限度)平衡狀態(tài)的理解和判斷
情境導(dǎo)入　德國(guó)化學(xué)家哈伯對(duì)合成氨進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究,兩年間進(jìn)行了6500多次的實(shí)驗(yàn),終于在1909年取得了鼓舞人心的成果,但在600 ℃的高溫、200個(gè)大氣壓和以鋨為催化劑的條件下,產(chǎn)率僅為6%。這說(shuō)明了什么 產(chǎn)率為什么會(huì)如此之低,你有什么猜測(cè)
問(wèn)題生成
1.上述合成氨反應(yīng)的產(chǎn)率較低,能否說(shuō)明反應(yīng)完全進(jìn)行
【答案】不能,該反應(yīng)為可逆反應(yīng)。
2.有以下兩組反應(yīng):(1)2H2+O22H2O;2H2O2H2↑+O2↑。(2)NH3+HClNH4Cl;NH4ClNH3↑+HCl↑。這兩組反應(yīng)互為逆反應(yīng)嗎 為什么
【答案】不是,因?yàn)槊拷M中兩個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)條件都不相同。
3.通過(guò)改變反應(yīng)條件能否使2 mol SO2(g)和過(guò)量的O2(g)反應(yīng)得到2 mol SO3
【答案】否,因?yàn)樵摲磻?yīng)為可逆反應(yīng),反應(yīng)物和生成物共存,2 mol SO2不可能完全轉(zhuǎn)化,所以得到的SO3的物質(zhì)的量一定小于2 mol。
4.一定條件下,一個(gè)可逆反應(yīng)進(jìn)行到最大限度就是達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài),這時(shí)反應(yīng)就停止了嗎
【答案】反應(yīng)沒(méi)有停止,只是正、逆反應(yīng)速率相等,但不為零。這時(shí)反應(yīng)還發(fā)生著,只不過(guò)同一物質(zhì)消耗的量和生成的量相同,它們的量維持動(dòng)態(tài)平衡,從外觀(guān)看好像不反應(yīng)了,但實(shí)際是動(dòng)態(tài)平衡。
【核心歸納】
1.化學(xué)平衡狀態(tài)的特征概括為逆、等、動(dòng)、定、變
2.化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷
對(duì)于密閉容器中的反應(yīng)mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),根據(jù)對(duì)化學(xué)平衡狀態(tài)概念的理解,判斷下列各情況是否達(dá)到平衡。
可能的情況舉例 平衡狀況
混合物體系中各組分的含量 各物質(zhì)的物質(zhì)的量或各物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)一定 平衡
各物質(zhì)的質(zhì)量或各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定 平衡
各氣體的體積或體積分?jǐn)?shù)一定 平衡
總壓強(qiáng)、總體積、總物質(zhì)的量一定 不一定平衡
正、逆反應(yīng)速率 在單位時(shí)間內(nèi)消耗了m mol A,同時(shí)生成m mol A,即v(正)=v(逆) 平衡
在單位時(shí)間內(nèi)消耗了n mol B,同時(shí)生成p mol C 不一定平衡
v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q 不一定平衡
在單位時(shí)間內(nèi)生成了n mol B,同時(shí)消耗q mol D 不一定平衡
壓強(qiáng) 當(dāng)m+n≠p+q,壓強(qiáng)不再變化(恒溫、恒容) 平衡
當(dāng)m+n=p+q,壓強(qiáng)不再變化 不一定平衡
混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量() 當(dāng)m+n≠p+q,一定 平衡
當(dāng)m+n=p+q,一定 不一定平衡
溫度 任何化學(xué)反應(yīng)都伴隨著能量變化,在其他條件不變的情況下,體系溫度一定 平衡
氣體的 密度 密度一定 不一定平衡
顏色 反應(yīng)體系內(nèi)有色物質(zhì)的顏色不變,即有色物質(zhì)的濃度不變 平衡
綜上可知,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)大致可歸為兩類(lèi),其判斷的技巧如下:
【典型例題】
【例1】　對(duì)于恒容密閉容器中的反應(yīng)A(s)+3B(g)3C(g),根據(jù)對(duì)化學(xué)平衡狀態(tài)概念的理解,判斷下列各情況是否達(dá)到平衡。
(1)從化學(xué)反應(yīng)速率的角度看,下列情況反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是　　　　　(填序號(hào),下同)。
①C的生成速率與C的分解速率相等
②單位時(shí)間內(nèi)生成a mol A,同時(shí)生成3a mol B
③單位時(shí)間內(nèi)生成a mol A,同時(shí)生成3a mol C
④v(B)=v(C)
⑤v(B)正∶v(C)逆=1∶1
(2)從組成含量的角度看,下列情況反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是　　　　。
①B的濃度不再變化
②混合氣體總的物質(zhì)的量不再發(fā)生變化
③A、B、C的物質(zhì)的量之比為1∶3∶3
④B與C的物質(zhì)的量濃度相等
⑤混合氣體的密度不再變化
⑥體系的總壓強(qiáng)不變
⑦混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化
【答案】(1)①③⑤　(2)①⑤⑦
【微思考】
若A為氣體,第(2)問(wèn)①~⑦中達(dá)到平衡狀態(tài)的情況有哪些
【答案】①②⑥⑦
任務(wù)2　平衡轉(zhuǎn)化率的有關(guān)計(jì)算及平衡圖像分析(拓展應(yīng)用)
【典型例題】
【例2】　在一定溫度下,發(fā)生反應(yīng):N2(g)+3H2(g)2NH3(g),起始時(shí),充入的N2和H2的物質(zhì)的量分別是3.0 mol和6.0 mol,平衡時(shí)生成NH3的物質(zhì)的量是2.4 mol。已知容器的容積為5.0 L,試求:
(1)H2的轉(zhuǎn)化率是　　　　。
(2)平衡時(shí)混合氣體中N2的體積分?jǐn)?shù)是　　　　(保留一位小數(shù))。
【答案】(1)60%　(2)27.3%
【解析】　　N2(g)　+　3H2(g)　　2NH3(g)
起始/mol 3.0 6.0 0
轉(zhuǎn)化/mol 1.2 3.6 2.4
平衡/mol 1.8 2.4 2.4
(1)H2的轉(zhuǎn)化率=×100%=60%。
(2)N2的體積分?jǐn)?shù)=×100%≈27.3%。
【解題模型】
“三段式”突破平衡轉(zhuǎn)化率計(jì)算模型
　　　　mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
起始/mol a b 0 0
轉(zhuǎn)化/mol mx nx px qx
平衡/mol a-mx b-nx px qx
1.轉(zhuǎn)化率:α(A)=×100%,α(B)=×100%。
2.氣體體積分?jǐn)?shù)(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))
φ(A)=×100%,
φ(D)=×100%。
【例3】　在溫度和容積均不變的密閉容器中,A氣體與B氣體反應(yīng)生成C氣體。反應(yīng)過(guò)程中,反應(yīng)物與生成物的濃度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)如圖所示,則下列敘述正確的是(　　)。
A.該反應(yīng)的化學(xué)方程式是A(g)+3B(g)2C(g)
B.達(dá)到t1 s時(shí)該反應(yīng)已停止
C.(t1+10) s時(shí),升高溫度,正、逆反應(yīng)速率加快
D.若該反應(yīng)在絕熱容器中進(jìn)行,也在t1 s時(shí)達(dá)到平衡
【答案】C
【解析】A項(xiàng),從開(kāi)始到t1s,A的濃度減小了 0.8 mol·L-1-0.2 mol·L-1=0.6 mol·L-1,B的濃度減小了0.5 mol·L-1-0.3 mol·L-1=0.2 mol·L-1,C的濃度增大了0.4 mol·L-1-0 mol·L-1=0.4 mol·L-1,所以該反應(yīng)的化學(xué)方程式為3A(g)+B(g)2C(g),錯(cuò)誤;B項(xiàng),t1s時(shí),反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),正、逆反應(yīng)速率相等,但反應(yīng)并沒(méi)有停止,錯(cuò)誤;C項(xiàng),升高溫度,正、逆反應(yīng)速率均加快,正確;D項(xiàng),若該反應(yīng)在絕熱容器中進(jìn)行,隨著反應(yīng)的進(jìn)行,溫度會(huì)發(fā)生變化,反應(yīng)速率也會(huì)發(fā)生變化,因此不會(huì)在t1s時(shí)達(dá)到平衡,錯(cuò)誤。
【解題技法】
化學(xué)反應(yīng)速率與限度的圖像分析
化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)反應(yīng)限度問(wèn)題常以圖像的形式出現(xiàn)在平面直角坐標(biāo)系中,可能出現(xiàn)反應(yīng)物的物質(zhì)的量、濃度、壓強(qiáng)等因素。這類(lèi)問(wèn)題要按照“一看、二想、三判斷”這三步來(lái)分析。
1.“一看”——看圖像
(1)看面,弄清楚橫、縱軸所表示的含義;
(2)看線(xiàn),弄清楚線(xiàn)的走向和變化趨勢(shì);
(3)看點(diǎn),弄清楚曲線(xiàn)上點(diǎn)的含義,特別是曲線(xiàn)上的折點(diǎn)、交點(diǎn)、最高點(diǎn)、最低點(diǎn)等;
(4)看輔助線(xiàn),作橫軸或縱軸的垂直線(xiàn)(如等溫線(xiàn)、等壓線(xiàn)、平衡線(xiàn)等);
(5)看量的變化,弄清楚是物質(zhì)的量的變化、濃度的變化,還是轉(zhuǎn)化率的變化。
2.“二想”——想規(guī)律
如各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化量之比與化學(xué)計(jì)量數(shù)之比的關(guān)系,各物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率之比與化學(xué)計(jì)量數(shù)之比的關(guān)系,外界條件的改變對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律以及反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),外界條件的改變對(duì)正、逆反應(yīng)速率的影響規(guī)律等。
3.“三判斷”
利用有關(guān)規(guī)律,結(jié)合圖像,通過(guò)對(duì)比分析,做出正確判斷。
【隨堂檢測(cè)】
1.下列有關(guān)化學(xué)反應(yīng)限度的說(shuō)法不正確的是(　　)。
A.任何可逆反應(yīng)都有一定的限度
B.化學(xué)反應(yīng)的限度是可以改變的
C.化學(xué)反應(yīng)的限度與反應(yīng)進(jìn)行時(shí)間的長(zhǎng)短有關(guān)
D.化學(xué)反應(yīng)達(dá)到限度時(shí),正、逆反應(yīng)速率相等
【答案】C
【解析】可逆反應(yīng)不能進(jìn)行到底,在一定條件下,當(dāng)正、逆反應(yīng)速率相等時(shí),達(dá)到反應(yīng)限度,所以任何可逆反應(yīng)都有一定的限度,A項(xiàng)正確;當(dāng)外界條件發(fā)生變化時(shí),反應(yīng)限度可能發(fā)生改變,B項(xiàng)正確;無(wú)論時(shí)間多長(zhǎng),可逆反應(yīng)都不可能完全轉(zhuǎn)化,反應(yīng)限度與時(shí)間的長(zhǎng)短無(wú)關(guān),但達(dá)到反應(yīng)限度需要一定時(shí)間,二者不能混淆,C項(xiàng)錯(cuò)誤;對(duì)于可逆反應(yīng),當(dāng)正、逆反應(yīng)速率相等時(shí),反應(yīng)達(dá)到限度,D項(xiàng)正確。
2.下列反應(yīng)中,不屬于可逆反應(yīng)的是(　　)。
A.2NO2N2O4與N2O42NO2
B.H2+I22HI與2HIH2+I2
C.CO2+H2OH2CO3與H2CO3CO2↑+H2O
D.CaO+CO2CaCO3與CaCO3CaO+CO2↑
【答案】D
3.一定溫度下,在體積不變的密閉容器中,可逆反應(yīng)X(g)+3Y(g)2Z(g)達(dá)到平衡的標(biāo)志是(　　)。
A.氣體的總質(zhì)量保持不變
B.X、Y、Z的濃度都相等
C.X、Y、Z的濃度均不再發(fā)生變化
D.X、Y、Z的分子數(shù)之比為1∶3∶2
【答案】C
【解析】反應(yīng)物和生成物都是氣體,故氣體的總質(zhì)量保持不變不能作為判斷反應(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù),A項(xiàng)錯(cuò)誤;平衡時(shí)X、Y、Z的濃度取決于物質(zhì)的起始物質(zhì)的量和轉(zhuǎn)化率,故X、Y、Z的濃度都相等不能作為判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù),B項(xiàng)錯(cuò)誤;X、Y、Z的濃度均不再發(fā)生變化,說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),C項(xiàng)正確;平衡時(shí)X、Y、Z的分子數(shù)之比取決于物質(zhì)的起始物質(zhì)的量和轉(zhuǎn)化率,故X、Y、Z的分子數(shù)之比為1∶3∶2不能作為判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù),D項(xiàng)錯(cuò)誤。
4.500 ℃時(shí),將2 mol N2和2.25 mol H2充入體積為10 L的恒容密閉容器中,反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),NH3的濃度不可能是(　　)。
A.0.1 mol·L-1 B.0.12 mol·L-1
C.0.05 mol·L-1 D.0.16 mol·L-1
【答案】D
【解析】由題意知,該反應(yīng)中N2過(guò)量。假設(shè)2.25 mol H2完全參與反應(yīng),則生成NH3的濃度為0.15 mol·L-1,由于該反應(yīng)是可逆反應(yīng),H2不可能完全轉(zhuǎn)化生成NH3,故平衡時(shí)NH3的濃度小于0.15 mol·L-1。
5.在一體積為10 L的容器中,通入一定量的CO和H2O,850 ℃時(shí)發(fā)生反應(yīng):CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。
(1)CO和H2O濃度變化如圖,則0~4 min的平均反應(yīng)速率v(CO)=　　　　 mol·L-1·min-1。
(2)如圖中4~5 min該反應(yīng)　　　　(填“是”或“否”)處于平衡狀態(tài),判斷理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】(1)0.03
(2)是　c(CO)和c(H2O)不再發(fā)生變化
【解析】(1)v(CO)===0.03 mol·L-1·min-1。
(2)平衡時(shí),反應(yīng)物或生成物的濃度不再發(fā)生改變。
2

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