高中化學(xué)專題二化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第一單元第2課時化學(xué)反應(yīng)的限度學(xué)案蘇教版必修2

第2課時化學(xué)反應(yīng)的限度一、可逆反應(yīng)1．可逆過程：當(dāng)溫度一定時，飽和溶液中的固體溶質(zhì)表面的溶解過程和溶液中的溶質(zhì)分子回到固體溶質(zhì)表面的結(jié)晶過程一直在進(jìn)行，而且兩種過程的速率相等，于是飽和溶液的濃度和固體溶質(zhì)的質(zhì)量都保持不變。我們把這類過程稱作可逆過程。表述這類過程時，約定采用“”來代替反應(yīng)中原來用的“=”號，把從左向右的過程稱作正(向)反應(yīng)；從右向左的過程稱作逆(向)反應(yīng)。2．可逆反應(yīng)(1)定義：在同一條件下，正向反應(yīng)和逆向反應(yīng)能同時進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。(2)表示方法：書寫可逆反應(yīng)的化學(xué)方程式時不用“=”而用“”。(3)特點(diǎn)：①正向反應(yīng)和逆向反應(yīng)同時進(jìn)行；②正向反應(yīng)和逆向反應(yīng)的條件相同；③在一定條件下，反應(yīng)物不能全部轉(zhuǎn)化為生成物。二、化學(xué)平衡狀態(tài)——化學(xué)平衡(1)化學(xué)平衡的建立①反應(yīng)開始時，v正最大，v逆為0。②反應(yīng)過程中：反應(yīng)物濃度逐漸減少→v正逐漸減小。生成物濃度逐漸增大→v逆從0開始逐漸增大。③反應(yīng)達(dá)到平衡時：v正＝v逆，反應(yīng)物和生成物各組分濃度不再改變。(2)化學(xué)平衡建立過程中化學(xué)反應(yīng)速率的變化圖象。(3)概念：在一定條件下，當(dāng)一個可逆反應(yīng)進(jìn)行到正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)物和生成物的濃度不再改變時的狀態(tài)。(4)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征反應(yīng)物和生成物處于同一反應(yīng)體系，反應(yīng)條件保持不變。達(dá)到平衡狀態(tài)時，體系中所有物質(zhì)的質(zhì)量或濃度保持不變，正逆反應(yīng)速率相等，且不為零，因此，體系的反應(yīng)并沒有停止。探究點(diǎn)一對化學(xué)平衡狀態(tài)的理解1．只有可逆反應(yīng)才有可能存在化學(xué)平衡狀態(tài)，不可逆反應(yīng)無論怎樣也不可能存在化學(xué)平衡狀態(tài)，即化學(xué)平衡問題的化學(xué)反應(yīng)對象是可逆反應(yīng)，在解決有關(guān)化學(xué)平衡的問題時，首先看清化學(xué)反應(yīng)是否為可逆反應(yīng)。2．一個確定的化學(xué)平衡狀態(tài)，化學(xué)反應(yīng)速率的特征是v(正)＝v(逆)>0；反應(yīng)混合物的特征，是任意一種物質(zhì)在混合物中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)或物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)保持不變。這兩個特征是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的。有了這兩個特征，可逆反應(yīng)也就進(jìn)行到了最大限度。3．化學(xué)平衡狀態(tài)是可逆反應(yīng)進(jìn)行到最大限度的結(jié)果，可逆反應(yīng)有達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的可能，但可逆反應(yīng)在未進(jìn)行到最大限度之前還不是化學(xué)平衡狀態(tài)。一經(jīng)建立起化學(xué)平衡狀態(tài)，就不會因時間的變化而變化。4．化學(xué)反應(yīng)的可逆性為化學(xué)平衡狀態(tài)的建立奠定了內(nèi)因性的基礎(chǔ)，化學(xué)平衡狀態(tài)的建立還必須有一定的溫度、物質(zhì)的濃度和氣體的壓強(qiáng)等外因性條件，否則化學(xué)平衡狀態(tài)也建立不起來，以哲學(xué)的觀點(diǎn)審視化學(xué)平衡狀態(tài)的建立，內(nèi)因(可逆反應(yīng))是基礎(chǔ)，外因(溫度、濃度、壓強(qiáng)等)是條件，外因通過內(nèi)因而起作用。5．由于不同的可逆反應(yīng)具有不同的性質(zhì)，化學(xué)平衡狀態(tài)的建立還必須具有一定的外部條件(溫度、濃度、壓強(qiáng)等)，所以同一個可逆反應(yīng)在不同條件下建立起的化學(xué)平衡狀態(tài)可能不同；不同的可逆反應(yīng)建立起的化學(xué)平衡狀態(tài)一定不同。6．對于一個既定的可逆反應(yīng)，如果其他條件一定，不論采取何種途徑，即反應(yīng)是由反應(yīng)物開始或由生成物開始，是一次投料或是分步投料，最后都能建立起同樣的化學(xué)平衡狀態(tài)。1．已知2SO2＋O2eq\o(,\s\up15(催化劑),\s\do15(△))2SO3，則在催化劑、加熱條件下，將2molSO2和1molO2充入密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)最終能否生成2molSO3?提示：不能。可逆反應(yīng)中，正反應(yīng)和逆反應(yīng)同時進(jìn)行，均不能進(jìn)行到底。即在可逆反應(yīng)體系中，反應(yīng)物和生成物共存，所以2molSO2和1molO2不可能完全轉(zhuǎn)化為SO3，最終生成的SO3的物質(zhì)的量肯定小于2mol。2．化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行一定時間后，各組分的濃度相等或正好等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比時，化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡？提示：不一定?；瘜W(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時，各組分的濃度保持不變，不一定濃度相等，也不一定等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比?！纠?】對于化學(xué)反應(yīng)限度的敘述，錯誤的是()A．任何可逆反應(yīng)都有一定的限度B．化學(xué)反應(yīng)達(dá)到限度時，正逆反應(yīng)速率相等C．化學(xué)反應(yīng)的限度與時間的長短無關(guān)D．化學(xué)反應(yīng)的限度是不可改變的【思路分析】(1)任何可逆反應(yīng)在給定條件下的進(jìn)程都有一定的限度。(2)一定條件下，可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時，該反應(yīng)即達(dá)到最大限度，此時反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率達(dá)最大值?！窘馕觥咳魏慰赡娣磻?yīng)都有一定的限度，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到限度時，即反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡，此時v正＝v逆。對同一可逆反應(yīng)，達(dá)到化學(xué)平衡時，當(dāng)外界條件不變時，反應(yīng)的限度不變，與時間長短無關(guān)，但當(dāng)外界條件發(fā)生改變，引起v正與v逆不相等時，化學(xué)平衡被破壞，化學(xué)反應(yīng)的限度也會發(fā)生改變?！敬鸢浮緿在密閉的容器中進(jìn)行反應(yīng)：X2(g)＋3Y2(g)2Z2(g)，若X2、Y2、Z2的起始濃度分別為0.2mol/L、0.3mol/L、0.2mol/L。當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，各物質(zhì)的濃度可能是(B)A．X2為0.1mol/L B．Y2為0.4mol/LC．Z2為0.4mol/L D．Y2為0.6mol/L解析：可逆反應(yīng)不能進(jìn)行到底，無論是從正反應(yīng)方向，還是逆反應(yīng)方向建立平衡，平衡時，任何物質(zhì)的濃度都不可能為零。為了確定平衡時各物質(zhì)濃度的范圍，應(yīng)分兩種情況討論，并假設(shè)反應(yīng)進(jìn)行到底，以確定平衡時各物質(zhì)濃度的極值。(1)若平衡從正反應(yīng)方向建立：假設(shè)X2、Y2最大限度地轉(zhuǎn)化為Z2，即Y2完全反應(yīng)，生成Z2的濃度為0.2mol/L，Z2的最大濃度為0.4mol/L。注意：若X2完全反應(yīng)，Y2的濃度將取負(fù)值，這顯然是不可能的。(2)若平衡從逆反應(yīng)方向建立：假設(shè)Z2全部轉(zhuǎn)化為X2和Y2，則轉(zhuǎn)化生成的X2、Y2的濃度為0.1mol/L、0.3mol/L，X2、Y2的最大濃度為0.3mol/L、0.6mol/L。所以平衡時，0.1mol/L<c(X2)<0.3mol/L,0<c(Y2)<0.6mol/L，0<c(Z2)<0.4mol/L。探究點(diǎn)二可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志1．等——正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率相等正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等是概念性的，也可以理解為某一組分的生成速率和消耗速率相等，這是化學(xué)平衡的本質(zhì)標(biāo)志。以可逆反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)為例，下列情況也能說明正反應(yīng)和逆反應(yīng)速率相等。(1)用兩種物質(zhì)表示的正反應(yīng)和逆反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，如v正(N2)v逆(H2)＝13，v正(N2)v逆(NH3)＝12。(2)相同時間內(nèi)，同一種物質(zhì)生成的物質(zhì)的量和消耗的物質(zhì)的量相等，如生成amolNH3的同時又消耗amolNH3。(3)一種物質(zhì)變化表示發(fā)生正反應(yīng)，另一種物質(zhì)變化表示發(fā)生逆反應(yīng)，且在相同時間內(nèi)，兩種物質(zhì)的物質(zhì)的量變化之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，如生成amolN2的同時又消耗3amolH2，生成2amolNH3的同時又生成amolN2．定——反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不變由于正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等，即每一種物質(zhì)的生成速率和消耗速率相等，故反應(yīng)混合物中各組分的濃度均保持不變。反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不變是化學(xué)平衡的特征標(biāo)志。(1)對于一般的可逆反應(yīng)來說，還可理解為：a.各組分的物質(zhì)的量保持不變；b.反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率保持不變；c.生成物的產(chǎn)率保持不變等。(2)對于反應(yīng)前后氣態(tài)物質(zhì)的總體積發(fā)生變化且均為氣體的可逆反應(yīng)來說，還可引申為：a.混合氣體的總物質(zhì)的量保持不變；b.恒溫恒壓時混合氣體的密度保持不變；c.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變；d.恒溫恒容時混合氣體的壓強(qiáng)保持不變；e.恒溫恒壓時混合氣體的體積保持不變等。(3)對于體系中有物質(zhì)顯示顏色的可逆反應(yīng)，還包含體系的顏色不變。(4)對于吸熱反應(yīng)或放熱反應(yīng)，絕熱體系的溫度不變，說明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。3．在實(shí)踐中，我們還可以根據(jù)下表中所列的有關(guān)項(xiàng)目對化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)進(jìn)行判斷：反應(yīng)mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)混合物體系中各成分的含量各物質(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各氣體的體積分?jǐn)?shù)一定平衡總體積、總壓強(qiáng)、總物質(zhì)的量一定不一定平衡正、逆反應(yīng)速率的關(guān)系在單位時間內(nèi)消耗了mmolA的同時生成了mmolA，即v正＝v逆平衡在單位時間內(nèi)消耗了nmolB的同時消耗了pmolC，即v正＝v逆平衡v(A)v(B)v(C)v(D)＝mnpq，v正不一定等于v逆不一定平衡在單位時間內(nèi)生成了nmolB，同時消耗了qmolD，均指v逆不一定平衡壓強(qiáng)m＋n≠p＋q時，總壓強(qiáng)一定(其他條件一定)平衡m＋n＝p＋q時，總壓強(qiáng)一定(其他條件一定)不一定平衡體系的密度密度一定不一定平衡溫度任何化學(xué)反應(yīng)中都伴隨著能量變化，在其他條件不變時，體系溫度一定(其他條件不變)平衡混合氣體的平均相對分子質(zhì)量(eq\x\to(M)r)當(dāng)m＋n≠p＋q時，eq\x\to(M)r一定平衡當(dāng)m＋n＝p＋q時，eq\x\to(M)r一定不一定平衡其他如反應(yīng)體系內(nèi)有色物質(zhì)的顏色穩(wěn)定不變平衡【例2】某溫度下，在一固定容積的容器中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)H2(g)＋I(xiàn)2(g)2HI(g)，下列情況一定能說明反應(yīng)已達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是()A．壓強(qiáng)不隨時間的改變而改變B．氣體的總質(zhì)量不再改變C．混合氣體中各組成成分的含量不再改變D．單位時間內(nèi)每消耗1molI2，同時有2molHI生成【思路分析】判斷某反應(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，主要是看各組成成分的含量是否發(fā)生變化，正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率是否相等?！窘馕觥吭摲磻?yīng)中各組成成分均為氣體且反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量相等，故無論是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，壓強(qiáng)和質(zhì)量都不發(fā)生改變，A、B項(xiàng)不正確；消耗I2與生成HI的方向均為正反應(yīng)方向，D項(xiàng)不能說明正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等，故不正確?！敬鸢浮緾在體積固定的容器中，對于反應(yīng)A(g)＋B(g)3C(g)(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))，下列敘述為平衡狀態(tài)標(biāo)志的是(D)①單位時間內(nèi)由A、B生成C的分子數(shù)與分解C的分子數(shù)相等②外界條件不變時，A、B、C濃度不隨時間變化③體系溫度不再變化④體系的壓強(qiáng)不再變化⑤體系的分子總數(shù)不再變化A．①② B．①②③C．①②③④ D．①②③④⑤解析：①同一物質(zhì)的正、逆反應(yīng)速率相等，說明已達(dá)平衡；②濃度不變，說明已達(dá)平衡；③如果該反應(yīng)沒有達(dá)到平衡，則反應(yīng)要和外界有能量的交換，必然導(dǎo)致體系溫度改變。體系溫度不變，說明已達(dá)平衡；④⑤由于該反應(yīng)是一個體積改變的反應(yīng)，沒有達(dá)到平衡之前，壓強(qiáng)是改變的，分子總數(shù)也是改變的，只有平衡了，二者才不會改變，故①②③④⑤均正確。1．下列反應(yīng)中，屬于可逆反應(yīng)的是(B)A．2NaHCO3eq\o(=,\s\up15(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑和Na2CO3＋H2O＋CO2=2NaHCO3B．氯水中Cl2＋H2OHCl＋HClOC．SO2＋Br2＋2H2O=2HBr＋H2SO4和2HBr＋H2SO4(濃)=Br2＋SO2＋2H2OD．2H2Oeq\o(,\s\up15(通電),\s\do15(點(diǎn)燃))2H2＋O2解析：可逆反應(yīng)是在相同的條件下發(fā)生的既能向正反應(yīng)方向進(jìn)行，又能向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的反應(yīng)，A項(xiàng)和D項(xiàng)兩個反應(yīng)發(fā)生的條件不同，不是可逆反應(yīng)；SO2＋Br2＋2H2O=2HBr＋H2SO4和2HBr＋H2SO4(濃)=Br2＋SO2＋2H2O反應(yīng)的條件也不同，也不屬于可逆反應(yīng)。2．一定條件下的可逆反應(yīng)2NO2(紅棕色)2NO(無色)＋O2(無色)，在恒壓密閉容器中充入NO2，達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志是(D)A．反應(yīng)停止了B．NO的正反應(yīng)速率與O2的逆反應(yīng)速率相等C．c(NO)c(O2)＝21D．氣體的顏色不再變化3．下列關(guān)于化學(xué)反應(yīng)限度的說法中不正確的是(C)A．當(dāng)一個可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，就是這個反應(yīng)在該條件下所能達(dá)到的限度B．當(dāng)一個可逆反應(yīng)進(jìn)行到平衡狀態(tài)時，那么這個反應(yīng)的正向反應(yīng)速率和逆向反應(yīng)速率相等C．平衡狀態(tài)是一種靜止的狀態(tài)，因?yàn)榉磻?yīng)物和生成物的濃度已經(jīng)不再改變D．化學(xué)反應(yīng)的限度可以通過改變條件而發(fā)生改變4．將一定量純凈的氨基甲酸銨固體置于特制的密閉真空容器中(假設(shè)容器體積不變，固體試樣體積忽略不計(jì))，在恒定溫度下使其達(dá)到分解平衡：NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)?？梢耘袛嘣摲纸夥磻?yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡的是(B)A．2v(NH3)＝v(CO2)B．密閉容器中總壓強(qiáng)不變C．密閉容器中混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變D．密閉容器中氨氣的體積分?jǐn)?shù)不變解析：A項(xiàng)，不能表示正逆反應(yīng)速率相等；B項(xiàng)，反應(yīng)正向進(jìn)行則壓強(qiáng)增大，總壓強(qiáng)不變時，說明反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)；C項(xiàng)，根據(jù)該反應(yīng)方程式的特點(diǎn)，反應(yīng)過程中n(NH3)n(CO2)始終等于21，所以平均相對分子質(zhì)量不變不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡；D項(xiàng)，反應(yīng)物是固體，NH3的體積分?jǐn)?shù)始終為eq\f(2,3)。5．向一密閉容器中充入1molN2和3molH2，發(fā)生可逆反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)達(dá)到化學(xué)平衡時，下列說法正確的是(D)A．N2和H2剛好完全轉(zhuǎn)化為NH3B．正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率且都為零C．N2、H2、NH3的物質(zhì)的量濃度相等D．容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量不再變化解析：可逆反應(yīng)反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化，A錯誤；可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時，正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率相等，但不為零，B錯誤；反應(yīng)平衡時各物質(zhì)的濃度是否相等取決于起始時各物質(zhì)的量的關(guān)系和轉(zhuǎn)化的程度，C錯誤；隨反應(yīng)進(jìn)行，氣體的總物質(zhì)的量減小，氣體的平均摩爾質(zhì)量增大，容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量不再變化，說明達(dá)到平衡狀態(tài)，D正確。6．對于可逆反應(yīng)：4NH3(g)＋5O2(g)eq\o(,\s\up15(催化劑),\s\do15(△))4NO(g)＋6H2O(g)，下列說法正確的是(A)A．達(dá)到化學(xué)平衡時，4v正(O2)＝5v逆(NO)B．若單位時間內(nèi)生成xmolNO的同時消耗xmolNH3，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)C．達(dá)到平衡狀態(tài)時，若增加容器體積，則正反應(yīng)速率減小，逆反應(yīng)速率增大D．化學(xué)反應(yīng)速率關(guān)系是：2v正(NH3)＝3v正(H2O)解析：根據(jù)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式的計(jì)量數(shù)之比有：4v正(O2)＝5v正(NO)，所以4v正(O2)＝5v逆(NO)時表示化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡，故A項(xiàng)正確；生成NO、消耗NH3均為正反應(yīng)的變化，未表示逆反應(yīng)的變化情況，故B項(xiàng)錯誤；由于反應(yīng)物、生成物均為氣體，所以增加容器體積，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率都會減小，故C項(xiàng)錯誤；因?yàn)関正(NH3)v正(H2O)＝23，即3v正(NH3)＝2v正(H2O)，故D項(xiàng)錯誤。7．一定溫度下，向容積為2L的密閉容器中充入一定量NO2和N2O4的混合氣體，發(fā)生反應(yīng)：2NO2(g)N2O4(g)，測得各物質(zhì)的量隨時間的變化如圖所示。(1)曲線X(填“X”或“Y”)表示NO2的物質(zhì)的量隨時間的變化曲線。在0到3min內(nèi)N2O4的反應(yīng)速率為_mol/(L·min)。(2)若降低溫度，則v(正)減慢(填“加快”“減慢”或“不變”，下同)，v(逆)減慢。(3)若上述反應(yīng)分別在甲、乙兩個相同容器內(nèi)同時進(jìn)行，分別測得甲中v(NO2)＝0.3mol/(L·s)，乙中v(N2O4)＝6mol/(L·min)，則甲中反應(yīng)更快。(4)下列能說明該反應(yīng)已達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是BC(填標(biāo)號)。A．v(NO2)＝2v(N2O4)B．容器內(nèi)壓強(qiáng)不再發(fā)生變化C．容器內(nèi)分子總數(shù)不再發(fā)生變化D．容器內(nèi)N2O4與NO2物質(zhì)的量相同E．消耗nmolN2O4的同時生成2nmolNO2解析：(1)由方程式2NO2(g)N2O4(g)，可知反應(yīng)中NO2的物質(zhì)的量變化較大，則X表示NO2的物質(zhì)的量隨時間的變化曲線，v(N2O4)＝eq\f(\f(0.7mol－0.4mol,2L),3min)＝0.05mol/(L·min)。(2)溫度降低，正、逆反應(yīng)速率都減慢。(3)分別測得甲中v(NO2)＝0.3mol/(L·s)，乙中v(N2O4)＝6mol/(L·min)，則甲中：v(NO2)＝2v(N2O4)＝0.3×60mol/(L·min)，相當(dāng)于v(N2O4)＝9mol/(L·min)，則甲反應(yīng)較快。(4)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時正、逆反應(yīng)速率相等，A項(xiàng)沒有標(biāo)