1、第 2 课时 化学反应的限度 化学反应条件的控制)目标导航 1.了解可逆反应的含义及其特征。2.认识化学反应的限度，知道外界条件改变时化学反应限度能发生改变。3.初步了解化学反应达到平衡状态的标志。4.了解控制反应条件在生产和科研中的作用。一、化学反应的限度1可逆反应：(1)概念：在同一条件下正反应方向和逆反应方向均能进行的化学反应。(2)特征：反应不能进行到底，或者在一定条件下反应物与生成物同时存在。2化学平衡状态(1)建立过程：如对于可逆反应 2SO2O 2 2SO3，在一定温度下，将 2 mol SO2(g)和 1 催 化 剂 mol O2(g)通入一定体积的密闭容器中。其化学平衡建立的
2、过程如图所示。反应开始时，正反应速率最大，原因是反应物浓度最大；逆反应速率为 0，原因是生成物浓度为 0。反应进行中，正反应速率的变化是逐渐减小，原因是反应物浓度逐渐减小；逆反应速率的变化是逐渐增大，原因是生成物浓度逐渐增大。反应一段时间(t 1)后，正反应速率和逆反应速率的关系是大小相等，反应物的浓度不再改变，生成物的浓度不再改变。(2)概念：对于可逆反应，如果外界条件(温度、浓度、压强等)不发生改变，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，化学平衡状态是化学反应所能进行的最大限
3、度。(3)特征：等：v 正 v 逆 0。动：化学平衡状态是一种动态平衡。达到平衡状态时，反应并没有停止，这时正反应和逆反应都依然在进行。定：反应物的浓度和生成物的浓度不再改变。变：外界条件(温度、浓度、压强等)一旦改变，化学平衡状态就会被破坏，并在新的条件下建立新的化学平衡。点拨 化学反应速率改变，平衡不一定发生移动，如反应前后气体体积不变的反应增大压强或使用催化剂，正逆反应速率变化程度相同，v(正)v(逆)，平衡不移动；平衡发生移动，化学反应速率一定发生改变，移动的根本原因是外界条件改变，使 v(正)v(逆)。【议一议】1判断正误：(1)任何可逆反应都有一定的限度。( )(2)化学反应达到限
4、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。( )答案 (1) (2) (3) (4)二、反应条件的控制1化学反应条件的控制(1)目的：促进有利的化学反应，抑制有害的化学反应。(2)基本措施改变化学反应速率：改变反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强、固体的表面积以及催化剂的合理使用等。改变可逆反应进行的限度：改变可逆反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强等。2提高煤的燃烧效率(1)煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉目的是增大与空气中 O2 的接触面积增大，煤粉燃烧更充分，反应速率快；通入适当过量的空气可以使煤粉充分燃烧，生成 CO2，
5、放出更多的热量；若空气不足，会造成煤燃烧 不完全，生成CO，产生热量减少，且会造成污染。(2)选择保温隔热且耐热的炉(灶) 膛材料的主要目的是防止热量散失。(3)充分利用煤燃烧后的废气中的热量可采取的措施是将燃烧后的废气通过热交换装置，供其他方面使用。【议一议】2(1)有两个化学反应： 2H2O 2 2H2O，2H 2O= = = = =点 燃 2H2O 2，它们属于可逆反应吗？= = = = =电 解 (2)可逆反应达到平衡后，正反应和逆反应是不是都停止了？答案 (1)不是。可逆反应是在同一条件下，正向反应和逆向反应同时进行的化学反应。以上两个反应是分别在点燃和电解两个不同条件下的反应，不属
6、于可逆反应。(2)不是。可逆反应达到平衡后，正反应和逆反应都仍然进行，只是正反应使反应物的减少量(生成物的增加量)与逆反应使反应物的增加量(生成物的减少量)相等，从表面看没有变化。一、化学平衡状态【例 1】 可逆反应：2NO 2 2NOO 2 在体积固定的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是( )单位时间内生成 n mol O2 的同时生成 2n mol NO2单位时间内生成 n mol O2 的同时生成 2n mol NO用 NO2、NO、O 2 表示的反应速率的比为 22 1 的状态混合气体的颜色不再改变的状态混合气体的密度不再改变的状态混合气体的压强不再改变的状态混合气体的平均相对分子质
7、量不再改变的状态A BC D全部答案 A解析 中单位时间内生成 n mol O2 的同时必消耗 2n mol NO2，知 v(正)v(逆 )，所以能说明达到平衡状态；所描述的都是指正反应方向的速率，无法判断；无论达到平衡与否，物质的反应速率之比等于化学方程式中物质的化学计量数之比；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 均能说明达到平衡。规律总结化学平衡状态的判断1直接标志(1)v(正) v(逆 )。同一种物质 的生成速率等于消耗速率在化学方程式同一边的不同物 质的生成速率与消耗速率
8、之比等于化学 计量数之比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 度保持一定各组分的浓 度不随时间 的改变而改变各组分的质 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)混合气体的密度不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体体积不等且无固体、液体参与或生成的反应)。(3)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。(4)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。(5
9、)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。变式训练 1 在一定温度下，反应 H2(g)I 2(g) 2HI(g)达到化学平衡状态的标志是( )A单位时间内生成 n mol H2，同时就有 n mol HI 生成B单位时间内有 n mol H2 生成，同时就有 n mol I2 生成C容器内气体的总压强不随时间的变化而变化D1 个 HH 键断裂的同时，有 2 个 HI 键断裂答案 D解析 选项 A，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 n mol H2 的同时应有 2 n mol HI 生成，因此
10、 A 选项并没有达到化学平衡。 选项 B，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。因此 B 选项并不一定达到化学平衡。选项 C，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。选项 D，断裂 HH 键是正反应，断裂 HI 键是逆反应，根据化学方程式的化学计量数关系，断裂 1 个 HH 键的同时，有2 个 HI 键断裂，其正反应速率等于逆反应速率，因此 D 选项一定达到了化学平衡状态。
11、二、有关化学平衡的简单计算【例 2】 X、Y、Z 为三种气体，把 a mol X 和 b mol Y 充入一密闭容器中，发生反应 X2Y 2Z。达到平衡时，若它们的物质的量满足： n(X)n(Y)n(Z)，则 Y 的转化率为( )A. 100% B. 100%a b5 2（a b）5bC. 100% D. 100%2（a b）5 a b5a答案 B解析 设反应达平衡时消耗 Y 物质的量为 x。则：X 2Y 2Z起始量/mol a b 0转变量/mol x xx2平衡量/mol a bx xx2依题意可得： (bx )x(a x2)x mol2（a b）5Y 的转化率为： 100% 100%，选
12、 B。2（a b）5b 2（a b）5b规律总结解答有关化学反应速率和化学平衡的计算题时，一般需要写出化学方程式，列出起始量、变化量及平衡量，再根据题设其他条件和定律列方程求解。如：mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)起始/mol a b 0 0转化/mol mx nx px qx平衡/mol amx bnx px qx(1)关于反应物 转化率的计算A 的转化率 100%(计算式中 A 的量可以指反应物的物质的量、A的 转 化 量A的 起 始 量质量、浓度、体积等)(2)关于某组分的体 积分数的计算A 的体积分数 100%体 系 中 A的 物 质 的 量体 系 中 总 的 物 质 的 量
13、注意 转化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例；这里 a、b 可指物质的量、浓度、体积等；对反应物：平衡时的量起始的量转化的量；对生成物：平衡时的量起始的量转化的量。同时要注意差量法、守恒法等简单计算方法在化学平衡中的应用。变式训练 2 在容积可变的密闭容器中，2 mol N2 和 8 mol H2 在一定条件下发生反应，达到平衡时，H 2 的转化率为 25%，则平衡时氮气的体积分数接近于( )A5% B10% C15% D20%答案 C解析 达到平衡时，H 2转 化的物质的量为 8 mol25%2 mol。在一定条件下，N2 与 H2发生反应：N23H 2 2NH3 一 定 条 件 起始
14、物质的量/mol 2 8 0转化物质的量/mol 2 23 43平衡物质的量/mol 6 43 43同温同压下，气体的体积比等于其物质的量之比，故平衡时氮气的体积分数为 100%15%。43mol43 mol 6 mol 43 mol1可逆反应达到化学平衡状态的重要特征是 ( )A反应停止了B正、逆反应的速率都为 0C正、逆反应都还在进行D正、逆反应的速率相等且不为 0答案 D2在一定温度下的恒容密闭容器中，能说明反应 X2(g)Y 2(g) 2XY(g)已达到平衡的是 ( )A容器内的总压强不随时间变化B容器中气体的平均相对分子质量不随时间变化CXY 气体的物质的量分数不变DX 2 和 Y2
15、 的消耗速率相等答案 C解析 该反应的特点：一是可逆反应；二是反应前后气体体积相等。根据气体压强之比等于气体物质的量之比推断，该反应在整个反应过程中总压强是不变的，A 不能 说明该反应已 经达到平衡；同理推断，容器中气体的平均相对分子质量始终不随时间变化而变化，B 不能说明该反 应已经达到平衡；X 2 和 Y2的化学计量数相等且均为反应物，其消耗速率始终相等。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 2 mol SO2 与 1 mol O2 反
16、应生成 2 mol SO3D化学反应的限度可以通过改变条件来改变答案 C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 项正确；2SO 2O 2 2SO3 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 2 mol SO2 与 1 mol O2 反应不会生成 2 mol SO3，C 项错；化学反应的限度可通过改变条件，如温度、压强等来改变，D 项正确。4(双 选) 下列说法不正确的是 ( )A化石燃料在任何条件下都能充分燃烧B化石燃料在燃烧过程中能产生污染环境的 CO、SO 2 等有害气体C直接燃烧煤不如将煤进行深加工后燃烧效果好D
17、固体煤变为气体燃料后，燃烧效率将更低答案 AD解析 化石燃料只有在适当的温度和有足量氧气存在的情况下才能充分燃烧，化石燃料不经处理直接燃烧可产生 CO、SO2 等有害气体。化石燃料(煤)经深加工后变为气体燃料，不仅减少 SO2 的排放，而且能提高燃烧效率，所以A、D 选项 的 说法是错误的。故答案为 AD。5将等物质的量的氢气和碘蒸气放入密闭容器中进行反应：H 2(g)I 2(g) 2HI(g)(正反应放热)，反应经过 5 分钟测得碘化氢的浓度为 0.5 molL1 ，碘蒸气的浓度为 0.25 molL1 。请填写以下空白：(1)v(HI)_ ；v(H 2)_；氢气的起始浓度 _。(2)若上述
18、反应达到平衡时，则平衡浓度 c(HI)、c(I 2)、c(H 2)的关系是_(填“相等” 、 “211”或“均为恒量”)。答案 (1)0.1 molL1 min1 0.05 molL1 min1 0.5 molL1 (2) 均为恒量经典基础题题组 1 控制反应条件1煤本身是可燃物质，但是块状的煤用明火靠近都不燃烧，而当煤变为粉末状态时，在空气中达到一定的浓度遇明火即迅速爆炸，其原因是 ( )A粉末状态的煤比块状煤的着火点低B粉末状态的煤比块状煤放出的热量多C粉末状态的煤比块状煤的总表面积大D粉末状态的煤呈气态，属于可燃性气体答案 C解析 煤变为粉末状态时，总表面积大，与空气中的氧气密切接触时，
19、一旦遇见火源，便发生剧烈的氧化还原反应。2下列反应中可判断为可逆反应的是 ( )A氢气在氯气中燃烧生成氯化氢，氯化氢受热分解生成氢气和氯气B氮气与氢气在高温、高压、催化剂作用下可以生成氨气，同时氨气又分解为氮气和氢气C单质溴可以置换出碘，氯气又可以置换出溴D氯气和水反应生成盐酸和次氯酸，次氯酸在光照条件下可分解为盐酸和氧气答案 B题组 2 正确理解化学平衡状态3下列关于化学反应限度的叙述错误的是 ( )A不同的化学反应，限度可能不同B可以通过改变温度来控制化学反应的限度C可以通过延长化学反应的时间来改变反应的限度D当一个化学反应在一定条件下达到限度时，正、逆反应便停止不再进行答案 CD解析 不
20、同的化学反应，限度会有所不同。限度可以通过改变温度、 浓度等条件来改变，但时间对化学反应的限度没有影响，因 为反应达到限度后，正、逆反应速率均已相等(但不为零)，不再随时间的延长而改变。4在一定温度下，向密闭容器中充入一定量的 NO2 和 SO2，发生反应：NO2SO 2 NOSO 3，当化学反应达到平衡时，下列叙述正确的是( )ASO 2 和 SO3 的物质的量一定相等BNO 2 和 SO3 的物质的量一定相等C反应混合物的总物质的量一定等于反应开始时 NO2 和 SO2 的总物质的量DSO 2、NO 2、NO、SO 3 的物质的量一定相等答案 C解析 题中没有给出各物质的投料情况，NO 2
21、、SO2 和 SO3 的量之间没有必然的关系，可能相等，也可能不等，A、B、 D 项错；该反应反应前后气体分子数不变，故反应混合物的总物质的量一定等于反应开始时 NO2 和 SO2 的总物质的量，C 项正确。题组 3 化学平衡状态标志的判断5在一定温度下，可逆反应 2A(g)3B(g) 2C(g)达到平衡的标志是 ( )AA 的生成速率与 C 的分解速率相等B单位时间生成 2n mol A，同时生成 3n mol BCA、B 、C 的浓度不再变化DA、B、C 的分子数之比为 232答案 C解析 A 项，A 的生成速率与 C 的分解速率都表示逆反应速率；B 项，不管反应是否平衡，单位时间内生成
22、n mol A 的同时一定生成 3n mol B，即 v(正)不一定等于 v(逆) ；A、B、C 的浓度不再变化，表明已达到平衡状态；但平衡状态时 A、B、C 的分子数之比不一定为 232，故 D 不正确。6下列说法可充分说明 P(g)Q(g) S(g)R(g)在恒温下，某恒容密闭容器中的反应已达平衡的是 ( )A容器里 P、Q、R 、S 四种物质共存B容器里 Q、R 的体积分数不再改变C容器内气体压强、密度不随时间变化D单位时间内同时生成 n mol P 和 n mol S答案 BD解析 由化学平衡特征可知，B 即“定”的直接判断； D 即“等”v(正)v(逆) 。7一定温度下在一定体积的密
23、闭容器中，下列叙述不能作为可逆反应 A(g)3B(g) 2C(g)达到平衡状态标志的是 ( )C 的生成速率与 C 的消耗速率相等 单位时间内生成 a mol A，同时生成 3a mol B A、B、C 的浓度不再变化 C 的物质的量不再变化 混合气体的总压强不再变化 混合气体的总物质的量不再变化 单位时间消耗 a mol A，同时生成 3a mol B A、B、C 的分子数之比为 132A B C D答案 A解析 关于平衡状态的判断，一定要根据实际反应分析选项，判断是否达到平衡状态，只有在平衡状态下具备的性质才能作为“标志” 。本题中的反应是一个反应前后气体物质的量不等的可逆反应。在反应过程
24、中的任意时刻都符合。可能是平衡状态，也可能不是平衡状态。题组 3 有关化学平衡的计算8一定条件下，对于反应 X(g)3Y(g) 2Z(g)，若 X、Y、Z 的起始浓度分别为 c1、c 2、c 3(均不为零)。达平衡时，X、Y、Z 浓度分别为 0.1 molL1 、0.3 molL 1 和 0.08 molL1 ，则下列判断不合理的是( )c 1c 213 平衡时， Y 和 Z 的生成速率之比 23X 和 Y 的转化率不相等 c 1 的取值范围为 0 c10.14 molL 1A B C D答案 D解析 分析浓度变化关系：X(g)3Y(g) 2Z(g)c 起始/(molL 1 ) c1 c2 c
25、3c 平衡/(molL 1 ) 0.1 0.3 0.08反应的化学方程式中反应物化学计量数之比为 13，所以反应中 X 和 Y 必然以 13 消耗，因为达平衡时 X 和 Y 浓度之比为 13，故 c1c213，正确；平衡时 Y 和 Z 的生成速率之比应该和化学方程式对应化学计量数之比相等，故 Y 和 Z 的生成速率之比为 32， 错误；由于起始 时反应物是按化学方程式化学计量数之比配料，故 X 和 Y 转化率相等，错误；运用极限法，假设 Z 完全转化为反应物，c 1 的极限值为 0.14 molL1 ，而题设 c10，反应又是可逆的，故也正确。9在一定温度下，发生如下反应：N 2(g)3H 2
26、(g) 2NH3(g)，起始时，充入的N2 和 H2 的物质的量分别是 3.0 mol 和 6.0 mol，平衡时生成 NH3 的物质的量是 2.4 mol。已知容器的容积为 5.0 L，试求：(1)H2 的转化率是 _。(2)平衡时混合气体中 N2 的体积分数是 _。答案 (1)60% (2)27.3%解析 N2 3H2 2NH3起始 3.0 mol 6.0 mol 0 mol转化 1.2 mol 3.6 mol 2.4 mol平衡 1.8 mol 2.4 mol 2.4 mol(1)H2 的转化率 100%60% 。3.6 mol6.0 mol(2)N2 的体积 分数 100%27.3%。
27、1.8 mol（1.8 2.4 2.4）mol能力提升题10.已知：工业上合成氨：N 23H 2 2NH3 的反应为可逆反应；铁触媒是合成氨反应的催化剂，能同等程度地加快合成氨的正、逆反应速率，但不能改变合成氨反应的限度；在一定条件下进行的合成氨反应的速率随反应时间变化的曲线如图所示。(1)上述合成氨反应进行到_时刻达到最大反应限度。(2)t3 时，向反应混合物中加入了铁触媒，请你在图中画出 t3 后的速率随反应时间变化的曲线图。答案 (1)t 2(2)11.在某一容积为 5 L 的密闭容器内，加入 0.2 mol 的 CO 和 0.2 mol 的 H2O(g)，在催化剂存在的条件下高温加热，
28、发生如下反应：CO(g) H2O(g) CO2(g)H 2(g)，反应放出 催 化 剂 高 温热量。反应中 CO2 的浓度随时间变化的情况如图所示：(1)根据图中数据，从反应开始至达到平衡时，CO 的化学反应速率为_；反应平衡时 c(H2)_。(2)判断该反应达到平衡的依据是_(填序号)。CO 减小的化学反应速率和 CO2 减小的化学反应速率相等CO、H 2O、CO 2、H 2 的浓度都相等CO、H 2O、CO 2、H 2 的浓度都不再发生变化正、逆反应速率都为零答案 (1)0.003 molL1 min1 0.03 molL 1 (2) 解析 (1)由图 可知 10 min 时反应达到平衡，
29、所以 v(CO) c（CO）t0.003 molL1 min1 ，反 应时转化的浓度之比化学方程式0.03 molL 110 min中化学计量数之比，所以 c(H2)c(CO)0.03 molL 1 。(2)达到平衡的标志是各物质的物质的量分数保持一定，浓度不变，正、逆反应速率相等且不为零。CO 减小的化学反应速率是正反应速率，CO 2 减小的化学反应速率是逆反应速率，所以选 。12在 2 L 密闭容器内，800 时反应 2NO(g)O 2(g) 2NO2(g)体系中，n(NO)随时间的变化如表：时间 (s) 0 1 2 3 4 5n(NO)/mol 0.020 0.010 0.008 0.0
30、07 0.007 0.007(1)下图表示 NO2 的变化的曲线是_。用 O2 表示从 02 s 内该反应的平均速率 v_。(2)能说明该反应已达到平衡状态的是_。av(NO 2)2v(O 2) b容器内压强保持不变cv 逆 (NO)2v 正 (O2) d容器内密度保持不变(3)为使该反应的反应速率增大，下列措施正确的是_。a及时分离出 NO2 气体 b适当升高温度c增大 O2 的浓度 d选择高效催化剂答案 (1)b 1.5103 mol(Ls)1 (2)bc(3)bcd解析 (1)NO 2 的起始浓度为 c(NO2)0，2 s 时 c(NO2)可根据图表中 n(NO)的变化量求解，c(NO
31、2) molL1 0.006 molL1 ，故答案选 b。由图0.02 0.0082表可求 02 s 内 v(NO) mol(Ls)1 0.003 mol(Ls)1 ，故0.02 0.00822v(O2)1.5 103 mol(Ls)1 。(2)a：在任意状态下，都存在 v(NO2)2v(O 2)这样的速率关系，不能作为平衡状态的标志，故 a 错。b：因该反应为气体体积不等的反应，故压强不变可作为平衡状态的标志。c：由 v 逆 (NO)2v 正 (O2)，可推出 v 逆 (NO)v 正 (NO)，说明已达到平衡状态。d：由于平衡体系中全是气体，容器体积固定，故任意状态下密度不变，故 d 错。(3)及时分离出 NO2 气体，只能使平衡向正反应方向移动，不能增大反应速率，故 a 错；因该 反应为放热反 应，适当升高温度，虽使反应速率增大，但平衡向逆反应方向移动，故 b 错；增大 O2 的浓度既能增大反应速率，又能使平衡向正反应方向移动，故 c 正确；催化剂只能增大反应速率，不能影响化学平衡的移动，故 d 错。
