資源簡介

6.1第3課時　化學反應的限度
【學習目標】
1.了解可逆反應的概念,認識可逆反應的進行是有一定限度的。
2.了解化學平衡狀態,能夠判斷平衡狀態,初步建立變化觀念與平衡思想。
【合作探究】
【學習情境】
硫酸是一種重要的化工產品,工業上制取硫酸過程中非常重要的一步就是將SO2氧化成SO3。但無論混合氣體反應多長時間,SO2和O2都會有剩余。即使O2過量SO2也不能全部轉化為SO3,為什么呢 SO2和O2的反應是一個可逆反應,在一定條件下,反應到達平衡狀態。怎樣判斷一個化學反應已達到平衡狀態呢
任務1　認識化學反應存在限度
【新知生成】
一、可逆反應
1.概念:同一條件下,既能向　　　　方向進行,又能向　　　　方向進行的化學反應叫作可逆反應。
2.表示:在可逆反應的化學方程式中,用“　　　”號代替“”號。
3.特點:一定條件下的可逆反應,反應物　　　全部轉化成生成物,即反應有一定的　　　。
二、探究氯化鐵溶液與碘化鉀溶液反應的限度
序號 實驗步驟 實驗現象 實驗結論
1 取5 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液,向其中加入1 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液,振蕩
2 繼續向上述溶液中加入2 mL苯,充分振蕩后靜置
3 分液后,重復步驟2的操作2~3次,將下層溶液分裝在兩支潔凈的試管中,向其中一支試管滴加5~6滴15%硫氰化鉀(KSCN)溶液
該實驗說明:　 。
【答案】一、1.正反應　逆反應　2.　3.不能　限度
二、1.溶液顏色由無色變為黃褐色　有I2生成
2.溶液分層,下層為淺綠色,上層油狀液體呈紫色反應中有Fe2+和I2生成　3.滴加硫氰化鉀溶液的試管中溶液變為血紅色　下層清液中存在未反應的Fe3+　在I-過量條件下,反應物Fe3+不能完全轉化為生成物,該反應沒有完全進行到底,有一定的限度
【核心突破】
典例1　將V1 mL 0.1 mol·L-1 Fe2(SO4)3溶液與2 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液混合,待充分反應后,下列方法可證明該反應具有一定限度的是(　　)。
A.若V1<1、加入淀粉
B.若V1≤1、加入KSCN溶液
C.若V1≥1、加入AgNO3溶液
D.加入Ba(NO3)2溶液
【答案】B
【解析】無論該反應是否屬于可逆反應,始終會生成I2,加入淀粉一定顯藍色,A項不符合題意;根據反應2Fe3++2I-2Fe2++I2可知,當V1 =1,兩者物質的量之比恰好等于化學計量數之比,V1<1說明硫酸鐵不足,如果該反應具有一定的限度,則必有Fe3+剩余,加入KSCN溶液,溶液將變血紅色,B項符合題意;根據離子方程式可知,S不參與反應,遇到AgNO3或Ba(NO3)2溶液都會出現沉淀,C、D兩項不符合題意。
【歸納總結】
1.可逆反應的特點
2.注意事項
(1)可逆反應概念中“同一條件”是前提,如葡萄糖在氧氣中燃燒可以生成二氧化碳和水,光合作用可將二氧化碳和水變成葡萄糖和氧氣,但是兩者條件不同,不互為可逆反應。
(2)可逆反應的正反應、逆反應的熱效應互為相反數,即一個釋放能量,另一個則吸收能量。
(3)絕大多數化學反應都有一定的可逆性,但有些反應的可逆性小,可視為“不可逆”。
訓練1　可逆反應2SO2+O22SO3,若用2 mol SO2和1 mol 18O2在一定條件下,經足夠長的時間反應。下列情況可能出現的是(　　)。
A.18O原子完全存在于SO3中
B.18O原子存在于O2、SO2、SO3中
C.生成2 mol SO3
D.SO2、SO3均為1.5 mol
【答案】B
【解析】可逆反應在相同條件下可以向正、逆兩個反應方向進行,反應體系中各物質同時存在,由于三種物質均含有氧元素,故O原子可能存在于三種物質中;該反應是可逆反應,反應物不可能完全轉化為生成物;根據硫元素質量守恒:n(SO2)+n(SO3)=2 mol。
任務2　化學平衡狀態
【新知生成】
一、化學平衡狀態
1.研究對象:一定條件下的 　　　　　。
2.概念:當正、逆反應的速率 　　　　時,反應物和生成物的濃度 　　　　發生變化的狀態。
二、可逆反應的速率-時間圖像
對于可逆反應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。請畫出正、逆反應速率隨時間變化的曲線圖。
【答案】一、1.可逆反應　2.相等 　不再
二、
【核心突破】
典例2　在一個恒溫、恒容的密閉容器中,可逆反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g),達到化學平衡狀態的標志為　　　　(填序號)。
①反應速率v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)=1∶3∶2
②反應混合物中各組分的物質的量濃度不再改變
③反應混合氣體的壓強不再改變
④混合氣體的密度不變
⑤n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)=1∶3∶2
⑥2v(N2)正=v(NH3)逆
⑦單位時間內3 mol H—H鍵斷裂,同時2 mol N—H鍵斷裂
⑧混合氣體的平均相對分子質量不變
⑨N2和H2不再反應
【答案】②③⑥⑧
【解析】無論是否達到平衡狀態,反應速率之比始終與化學方程式中的化學計量數之比相等,①不能說明反應達到平衡狀態;由于氣體的質量m不變,容器的體積V不變,故混合氣體的密度ρ=始終不變,④不能說明反應達到平衡狀態;反應達到平衡狀態時n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)不一定是1∶3∶2,⑤不能說明反應達到平衡狀態;反應達到平衡狀態時,反應并沒有停止,⑨不能說明反應達到平衡狀態;由2v正(N2)=v逆(NH3),v正(N2)∶v正(NH3)=1∶2,可知v正(N2)=v逆(N2)或v正(NH3)=v逆(NH3),⑥能說明反應達到平衡狀態;⑦單位時間內3 mol H—H鍵斷裂指的是正反應速率,同時2 mol N—H鍵斷裂指的是逆反應速率,則v正(N2)≠v逆(N2),⑦說明反應未達到平衡狀態;反應混合物中各組分的物質的量濃度、反應混合物氣體的壓強在反應過程中不斷變化,所以②③能說明反應達到平衡狀態;混合氣體的平均相對分子質量可根據M=判斷,由于m不變,而反應過程中氣體的物質的量n減小,只有達到平衡時n才不再減小,M不再改變,⑧能說明反應達到平衡狀態。
【歸納總結】
化學平衡狀態的判斷方法
1.根據正、逆反應速率相等
(1)同一物質:同一種物質的生成速率=消耗速率,即v正(A)=v逆(A)。
(2)不同物質:不同方向的化學反應速率之比=化學計量數之比,即v正(A)∶v逆(B)=A、B的化學計量數之比。
2.根據各組分濃度不變
(1)各組分質量、物質的量、分子個數、物質的量濃度不變;對于有顏色變化的可逆反應,顏色不再改變;反應物的轉化率不再變化。
(2)各組分的質量分數、物質的量分數、氣體的體積分數不變。
(3)反應前后氣體化學計量數改變的反應:氣體的總物質的量、恒溫恒容條件下氣體的總壓強不變。
(4)恒溫恒容條件下,有固體或液體參加的反應:混合氣體的密度不變。
(5)恒溫恒壓條件下,反應前后全是氣體且氣體化學計量數改變的反應:混合氣體的密度不變。
3.下列情況不能說明可逆反應達到化學平衡狀態
(1)對于反應前后氣體化學計量數相等的反應,氣體總物質的量不變或氣體總壓強不變。
(2)全部由氣體參加和生成的反應,恒容時氣體密度不變。
(3)各組分的濃度相等或成某一比例。
(4)不指明v正或v逆,或指明v正或v逆,但用不同物質表示時的比例關系不符合化學計量數之比。
(5)反應物和生成物全部是氣體,且反應前后氣體化學計量數不變的反應,平均相對分子質量不變。
4.總結
(1)對化學平衡狀態的判斷,從不同角度出發可以得到多種判斷依據,如物質的量、濃度、壓強、體積分數、溫度、密度、顏色等,但最終都體現v正=v逆,各組分濃度保持不變。
(2)“變”“不變”判斷法:
某一物理量在從開始到平衡的過程是“變化”的,而達平衡后則“不變”,則此物理量是判斷平衡狀態的標志。
訓練2　在兩個恒容的密閉容器中進行下列兩個可逆反應:
甲:2NO2(g)2NO(g)+O2(g)
乙:H2(g)+I2(g)2HI(g)
現有下列狀態:
①反應物的消耗速率與生成物的生成速率之比等于系數之比
②反應物的消耗速率與生成物的消耗速率之比等于系數之比
③速率之比等于系數之比的狀態
④濃度之比等于系數之比的狀態
⑤百分含量之比等于系數之比的狀態
⑥混合氣體的顏色不再改變的狀態
⑦混合氣體的密度不再改變的狀態
⑧混合氣體的平均相對分子質量不再改變的狀態
⑨體系溫度不再改變的狀態
⑩壓強不再改變的狀態
反應物的濃度不再改變的狀態
反應物或生成物的百分含量不再改變的狀態
(1)能表明甲達到化學平衡狀態的是　　　　。
(2)能表明乙達到化學平衡狀態的是　　　　。
(3)能表明甲、乙都達到化學平衡狀態的是　　　　。
【答案】(1)②⑥⑧⑨⑩　 (2)②⑥⑨　(3)②⑥⑨
【解析】恒容條件下進行兩個反應,甲是反應后氣體物質的量增加的反應,壓強不變、混合氣體的平均相對分子質量不變能說明反應已經達到平衡狀態;乙是反應后氣體物質的量不變的反應,壓強不變、混合氣體的平均相對分子質量不變不能說明反應已經達到平衡狀態。因為沒有固體和液體參與反應,氣體的總質量和體積不變,反應前后氣體的密度不變,氣體密度不變不能判斷反應是否達到平衡狀態。甲中的NO2有顏色,乙中的I2(g)有顏色,兩容器中混合氣體的顏色不再改變時,說明有色物質的濃度不再改變,兩個反應都達到平衡狀態;化學反應中都會伴隨能量變化,要么放熱要么吸熱,當體系溫度不變時,說明反應達到平衡狀態;反應物的消耗速率與生成物的消耗速率之比等于系數之比、反應物的濃度不再改變、反應物或生成物的百分含量不再改變都能說明反應體系中同一物質的消耗速率和生成速率相等,反應達到了平衡狀態。
【課堂小結】
【隨堂檢測】
1.一定條件下,對于可逆反應X(g)+3Y(g)2Z(g),若X、Y、Z的起始濃度分別為c1、c2、c3(均不為零),達到平衡時,X、Y、Z的濃度分別為0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.08 mol·L-1,則下列判斷正確的是(　　)。
A.c1∶c2=3∶1
B.平衡時,Y和Z的生成速率之比為2∶3
C.X、Y的轉化率不相等(已知:轉化率=×100%)
D.c1的取值范圍為0【答案】D
【解析】平衡濃度之比為1∶3,轉化濃度之比亦為1∶3,故c1∶c2=1∶3,X、Y的轉化率相等,A、C兩項不正確;平衡時Y生成速率表示逆反應速率,Z生成速率表示正反應速率且v生成(Y)∶v生成(Z)應為3∶2,B項不正確;由可逆反應的特點可知02.將1 mol氨基甲酸銨(H2NCOONH4)置于密閉容器中(假設容器體積不變,固體試樣體積忽略不計)。在恒定溫度下使其分解達到平衡:H2NCOONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。下列能說明該化學反應達到平衡狀態的是(　　)。
A.正、逆反應速率都為零
B.體系壓強保持不變
C.c(NH3)∶c(CO2)=2∶1
D.CO2的體積分數保持不變
【答案】B
【解析】化學平衡為動態平衡,平衡時正、逆反應速率相等,但不等于0,A項錯誤;該反應為氣體體積增大的反應,壓強為變量,當體系壓強不變時,表明正、逆反應速率相等,該反應達到平衡狀態,B項正確;c(NH3)∶c(CO2)=2∶1,無法判斷各組分的濃度是否繼續變化,則無法判斷平衡狀態,C項錯誤;反應中NH3(g)與CO2(g)的體積比始終為2∶1,故其體積分數保持不變不能作為達到平衡的標志,D項錯誤。
3.在一密閉容器中加入A和B,各物質的物質的量濃度隨著反應進行的變化如圖所示。下列說法不正確的是(　　)。
A.該反應的化學方程式為5A+4B4C
B.2 min時,該反應達到平衡,此時A、B、C的濃度比為5∶4∶4
C.用B的濃度變化表示0~2 min內的反應速率為2 mol·L-1·min-1
D.2 min后各物質濃度不再發生改變,反應達到最大限度
【答案】B
【解析】根據2 min內A、B、C物質的量濃度的變化趨勢和具體數值可知A、B為反應物,C為生成物,且化學計量數之比
5∶4∶4,同時根據2 min后各物質的濃度保持不變,說明達到平衡狀態,該反應為可逆反應,綜合得該反應的化學方程式為5A+4B4C,A項正確;由圖可知2 min時,A、B、C的物質的量濃度分別為1 mol·L-1、3 mol·L-1、4 mol·L-1,B項錯誤;根據v(B)==2 mol·L-1·min-1,C項正確;2 min后各物質濃度不再發生改變,反應達到最大限度,D項正確。
4.一定溫度下,某容積為2 L的密閉容器內,某一反應中M、N(均為氣體)的物質的量隨反應時間變化的曲線如圖所示。
(1)該反應的化學方程式是
　　　　　　　　　　　。
(2)在圖上所示的三個時刻中,　　　　(填“t1”、“t2”或“t3”)時刻反應處于平衡狀態。
(3)若反應容器的容積不變,則“壓強不再改變”　　　　(填“能”或“不能”)作為該反應已達到平衡狀態的判斷依據。
(4)下列措施能增大反應速率的是　　　　(填字母)。
A.升高溫度　　　B.降低壓強
C.減小M的濃度　D.將反應容器體積縮小
【答案】(1)2NM　(2)t3　(3)能　(4)AD
【解析】(2)達到平衡狀態時,各物質的物質的量不再發生變化,由曲線的變化可知t3時刻處于平衡狀態。
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