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第11讲 化学反应的限度 化学反应条件的控制
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课标解读
1．了解可逆反应的含义，知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态。
2．知道化学平衡的特征及判定方法。
3．了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用，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。
1．通过化学平衡的形成和特征，形成可逆反应在一定条件下会达到一个动态平衡状态，当该条件发生变化时，旧的化学平衡状态被破坏的变化观念与平衡思想。
2．初步认识实验方案设计、实验条件控制、数据处理等方法在化学学习和科学研究中的应用。通过实验认识化学反应的速率和化学反应的限度，了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。
知识精讲
知识点01 化学反应的限度
1．可逆反应的特点
（1）概念：_____条件下正逆反应_____进行的反应
（2）特点：反应_____进行到底，存在反应限度，反应物与产物_____。
2．化学平衡的建立
（1）过程
项目
浓度
速率变化
v正、v逆关系
开始
反应物浓度_____
v正_____
v正_____v逆
生成物浓度_____
v逆_____
变化
反应物浓度_____
v正_____
v正_____v逆
生成物浓度_____
v逆_____
平衡
反应物浓度_____
v正_____
v正_____v逆
生成物浓度_____
v逆_____
（2）图像
3．化学平衡状态
（1）前提：一定条件（温度、浓度、压强）
（2）特点
①正反应速率和逆反应速率_____
②反应物和生成物的浓度_____
③达到一种表面静止的的__________状态
（3）限度：化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到或完成的_____程度。
（4）变化：_____改变，化学平衡状态发生变化
【即学即练1】可逆反应在生产生活中普遍存在。如图所示，下列有关反应的叙述错误的是（ ）。
A．开始反应时，正反应速率最大，逆反应速率为零
B．t1前，随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大
C．反应到达t1时，正反应速率与逆反应速率相等，反应停止
D．反应在t1之后，正反应速率与逆反应速率相等，反应达到化学平衡状态
知识点02 化学反应条件的控制
1．化学反应条件的控制
2．合成氨反应条件的控制
（1）合成氨反应条件和氨的产率关系
①_____时，氨的产率高
②_____时，氨的产率高
（2）合成氨反应条件的选择
从速率角度考虑
从氨的产率角度考虑
温度
_____
_____
压强
_____
_____
实际选择
__________
_______________
3．提高燃料的燃烧效率
（1）燃料燃烧的条件
①燃料与适当_____的空气或氧气接触
②温度达到燃料的__________
（2）提高燃料的燃烧效率的措施
①增大燃料与空气的__________（如粉碎、气化等）
②通入适当过量的空气或氧气
③炉膛材料选用导热性_____的物质
④烟道废气中的热量__________
【特别提醒】在实际生产过程中，压强不能过大，压强过大，对动力和设备要求越高，成本越高。
【即学即练2】工业上合成氨反应为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．压强越高，反应速率越快，因此采取的压强越高越好
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
能力拓展
考法01 化学平衡的特征和标志
【典例1】（2022·浙江1月学考）一定温度下，向1L恒容密闭容器中充入1.6molSO2和足量O2，发生反应：2SO2（g）+O2（g）2SO3（g），2min时测得SO2的物质的量为1.2mol。下列相关说法不正确的是（ ）。
A．0～2min内，以SO2表示的平均反应速率为0.2mol·L－1·min－1
B．在容器中加入催化剂，会加快反应速率
C．达到平衡时，容器中存在SO2、O2和SO3
D．当容器内密度不再发生变化时，说明反应已达到平衡状态
【知识拓展】
1．化学平衡的特征
2．化学平衡状态的判断依据
【特别提醒】判断一个可逆反应是否达到平衡状态时，特别要注意反应前后气体体积不变的化学反应的特殊性———在其他条件不变的条件下，反应前后的每时每刻气体的总物质的量、总体积、总压强、密度、平均摩尔质量等始终不变。
考法02 反应条件调控的措施
【典例2】（2022·江苏泰州高一检测）对于工业合成氨反应N2（g）+3H2（g）2NH3（g），以下分析不正确的是（ ）。
A．可以通过改变温度、压强控制合成氨的反应限度
B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应，提高氨气的产率
C．500℃左右比室温更有利于合成氨的反应，提高氨气的产率
D．合成氨工业采用高压，不仅能提高转化率，还能缩短到达平衡的时间
【知识拓展】
（1）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。
（2）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。
分层提分
题组A 基础过关练
1．下列关于提高燃料燃烧效率的说法，不正确的是（ ）。
A．空气量越多越好
B．应通入适量的空气
C．固体燃料燃烧前最好粉碎
D．液体燃料燃烧时可以以雾状喷出
2．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，下面说法中错误的是（ ）。
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
3．（2021·湖南合格考）高炉炼铁过程中涉及反应C+CO22CO，该反应达到平衡时，下列说法错误的是（ ）。
A．反应达到了最大限度 B．CO2的浓度保持不变
C．正、逆反应速率相等 D．反应停止
4．（2021·山东合格考）在实验室中模拟H2（g）+I2（g）2HI（g）时，控制反应条件不变，将一定量的氢气和碘蒸气充入恒容密闭容器中，反应一段时间后，不能确定该反应已经达到化学平衡状态的是（ ）。
A．容器中的压强不再变化
B．H2的浓度不再变化
C．容器中混合物的颜色不再变化
D．HI的物质的量不再变化
5．下列各组反应中，不属于可逆反应的是（ ）。
A．N2+3H22NH3和2NH3N2+3H2
B．H2+I22HI和2HIH2+I2
C．2H2+O22H2O和2H2O2H2↑+O2↑
D．2SO2+O22SO3和2SO32SO2+O2
6．（2022·大连高一检测）在可逆反应2SO2+O22SO3中，充入一定量的18O2足够长的时间后，18O（ ）。
A．只存在于O2中 B．只存在于O2和SO3中
C．只存在于O2和SO2中 D．存在于O2、SO2和SO3中
7．在200℃时，将amolH2（g）和bmolI2（g）充入体积为VL的密闭容器中，发生反应：I2（g）+H2（g）2HI（g）。
（1）反应刚开始时，由于c（H2）＝________，c（I2）＝________。而c（HI）＝________，所以化学反应速率________（填“v（正）”或“v（逆）”）最大，则________（填“v（正）”或“v（逆）”）最小（为0）。
（2）随着反应的进行，反应混合物中各组分浓度的变化趋势为c（H2）________，c（I2）_____________，而c（HI）________，从而化学反应速率v（正）________，而v（逆）________。
（3）当反应进行到v（正）与v（逆）________时，此可逆反应达到了最大限度。若保持外界条件不变时，混合物中各组分的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数、反应物的转化率和生成物的产率都将________。
8．在容积为5L的密闭容器中，加入0.2molCO和0.2molH2O（g），在催化剂存在的条件下高温加热，发生反应CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g），并放出热量。反应中CO2的浓度随时间变化的曲线如图所示。
（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____________；
反应达到平衡时c（H2）＝________________。
（2）判断该反应达到平衡状态的依据是______（填字母）。
A．单位时间内CO消耗的物质的量和CO2消耗的物质的量相等
B．CO、H2O、CO2、H2的浓度都相等
C．CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化
D．正、逆反应速率都为0
题组B 能力提升练
1．一定条件下，向某密闭容器中投入一定量的X和Z，发生反应X（g）+3Y（g）2Z（g），反应过程中正、逆反应速率v随时间t的变化情况正确的是（ ）。
2．（2022•泰州高一检测）一定温度下可逆反应N2（g）+3H2（g）2NH3（g）达平衡的标志是（ ）。
A．v正（N2）＝v正（H2） B．v正（N2）＝3v逆（H2）
C．v正（H2）＝v逆（NH3） D．v正（H2）＝v逆（NH3）
3．（2022·安徽铜陵高一下学期期中检测）A和B在溶液中进行如下的可逆反应：A+BAB，反应开始时溶液中只有A和B，反应过程中A、B、AB的物质的量浓度随时间变化的曲线图正确的是（ ）。
4．（2022·潍坊高一检测）经过化学家长期研究发现高炉中：Fe2O3（s）+3CO（g）2Fe（s）+3CO2（g）是可逆反应。一定温度下，在一体积恒定容器中发生上述反应，下列情况能说明反应达到平衡的是（ ）。
A．气体平均摩尔质量不变
B．容器内压强不变
C．容器中n（CO）＝n（CO2）
D．v（CO）＝v（CO2）
5．甲烷消除NO2的污染原理为CH4（g）+2NO2（g）N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）。在一定温度下，向恒容密闭容器中充入一定量的CH4和NO2进行上述反应。下列表述能用来判断该反应达到化学平衡状态的是（ ）。
A．v正（CH4）＝2v逆（NO2）
B．容器中混合气体的平均密度不再变化
C．容器中混合气体的平均摩尔质量不再发生变化
D．单位时间内，消耗1molCH4同时生成1molCO2
6．（2022·河北邯郸高一下期中）SO2与O2在一定条件下合成SO3的反应，达到平衡时变化关系如图所示，下列说法错误的是（ ）。
A．反应的方程式为2SO2+O22SO3
B．达到平衡时SO2与O2的转化率之比为1∶1
C．达到平衡时，断开SO2的硫氧键的个数是断开O2的氧氧键个数的4倍
D．达到平衡时，增大SO2的物质的量浓度可提高反应物的转化率
7．向某容积一定的密闭绝热容器中充入2molNO和1molO2，一定条件下发生反应：2NO（g）+O2（g）2NO2（g），其反应速率与反应时间关系如图所示，下列选项表明达到平衡状态的是（ ）。
A．NO、O2物质的量之比为2∶1
B．M、N、P、Q四点中，N点时反应已达到平衡状态
C．混合气体的总质量不再变化
D．单位时间内生成2amolNO2的同时，生成amolO2
8．（2022·陕西榆林高一期末检测）对利用甲烷消除NO2污染进行研究，CH4+2NO2N2+CO2+2H2O。在2L密闭容器中，控制不同温度，分别加入0.50molCH4和1.2molNO2，测得n（CH4）随时间变化的有关实验数据见下表。下列说法正确的是（ ）。
组别
温度
时间/min（n/mol）
0
10
20
40
50
①
T1
n（CH4）
0.50
0.35
0.25
0.10
0.10
②
T2
n（CH4）
0.50
0.30
0.18
0.15
A．组别1中，0－20min内，NO2的降解速率为0.025mol·L－1·min－1
B．由实验数据可知实验控制的温度T1＞T2
C．40min时，表格中T2对应反应已经达到平衡状态
D．0～10min内，CH4的降解速率①＞②
9．氮的氧化物是大气污染物之一，用活性炭还原氮氧化物，可防止空气污染。向2L真空密闭容器中加入固体活性炭（无杂质，足量）和NO，在三种不同条件下发生反应C（s）+2NO（g）N2（g）+CO2（g），NO物质的量变化如下表所示。
请回答下列问题：
（1）汽车尾气中常含有碳烟、CO、NO等有害物质，尾气中含有碳烟的主要原因是_______________。
（2）与实验1相比，实验2使用了效率更高的_______________。
（3）若实验1与实验3控制的条件仅仅是温度不同，则T1℃____T2℃（填“＞”“＜”或“＝”）。
（4）实验1中在0~10min内，以NO表示的该反应速率v（NO）＝_____mo1•L－1•min－1。
（5）下列描述中能说明反应C（s）+2NO（g）N2（g）+CO2（g）已达平衡的是________（填字母）。
A．v（N2）正＝v（CO2）正
B．容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化
C．容器中气体的密度不随时间而变化
D．容器中气体压强不随时间而变化
10．（2022·东莞高一下学期期中检测）在一定温度下，体积为2L的密闭容器中，NO2和N2O4之间发生反应：2NO2（g）（红棕色）N2O4（g）（无色），如图所示。
（1）曲线_____（填“X”或“Y”）表示NO2的物质的量随时间的变化曲线。
（2）若降低温度，则v（正）____，v（逆）___。（填“加快”或“减慢”或“不变”）。
（3）若上述反应在甲、乙两个相同容器内同时进行，分别测得甲中v（NO2）＝0.3mol/（L•s），乙中v（N2O4）＝6mol/（L•min），则_____中反应更快。
（4）在0到3min中内N2O4的反应速率为__________。
（5）下列叙述能说明该反应已达到化学平衡状态的是（填标号）_____。
A．v（NO2）＝2v（N2O4）
B．容器内压强不再发生变化
C．X的体积分数不再发生变化
D．容器内气体原子总数不再发生变化
E．相同时间内消耗nmol的Y的同时生成2nmol的X
F．相同时间内消耗nmol的Y的同时消耗2nmol的X
题组C 培优拔尖练
1．（2021~2022学年浙江省宁波市九校联考高一下期末）一定条件下，等物质的量的N2与H2在密闭容器中发生反应：N2+3H22NH3（该反应放热），下列说法不正确的是（ ）。
A．化工生产过程中，反应温度的高低会对氨的产率产生影响
B．平衡时缩小容器体积，正逆反应速率都增大
C．加入催化剂，可以缩短反应达到平衡的时间
D．当N2的体积分数保持不变时，可以说明反应达到了化学平衡状态
2．（2022·丽水高一检测）已知Fe3++I－Fe2++I2，为了探究FeCl3溶液和KI溶液的反应是否存在一定的限度，取5mL0.5mol•L－1KI溶液，向其中加入0.1mol•L－1的FeCl31mL，充分反应，下列实验操作能验证该反应是否存在限度的是（ ）。
A．再滴加AgNO3溶液，观察是否有黄色沉淀产生
B．再加入CCl4振荡后，观察下层液体颜色是否变为紫红色
C．再加入CCl4振荡后，取上层清液，滴加AgNO3溶液，观察是否有白色沉淀产生
D．再加入CCl4振荡后，取上层清液，滴加KSCN溶液，观察溶液是否变成血红色
3．下列描述的化学反应状态，不一定是平衡状态的是（ ）。
A．H2（g）+Br2（g）2HBr（g），恒温、恒容下，反应体系中气体的颜色保持不变
B．2NO2（g）N2O4（g），恒温、恒容下，反应体系中气体的压强保持不变
C．CaCO3（s）CO2（g）+CaO（s），恒温、恒容下，反应体系中气体的密度保持不变
D．N2（g）+3H2（g）2NH3（g），反应体系中H2与N2的物质的量之比保持3∶1
4．（2022·辽宁沈阳高一下学期期末）常温下，在2L密闭容器中加入一定量的MoS2、H2、Na2CO3发生反应：MoS2（s）+4H2（g）+2Na2CO3（s）Mo（s）+2CO（g）+4H2O（g）+2Na2S（s）。能说明该反应达到平衡状态的是（ ）。
A．2v正（H2）＝v逆（CO）
B．容器内气体的密度不变
C．消耗4molH2同时生成2molCO
D．CO与H2O的物质的量浓度的比值不变
5．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中（假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计），在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4（s）2NH3（g）+CO2（g）。可以判断该分解反应已经达到化学平衡状态的是（ ）。
A．2v（NH3）＝v（CO2）
B．密闭容器中NH3与CO2的物质的量之比不变
C．密闭容器中混合气体的密度不变
D．密闭容器中氨气的体积分数不变
6．（2022·江苏南通高一下学期期末）某工业流程中，进入反应塔的混合气体中NO和O2的物质的量分数分别为0.10和0.06，发生化学反应2NO（g）+O2（g）2NO2（g），在其他条件相同时，测得实验数据如表：根据表中数据，下列说法正确的是（ ）。
压强/
（×105Pa）
温度
/℃
NO达到所列转化率需要时间/s
50%
90%
98%
1.0
30
12
250
2830
90
25
510
5760
8.0
30
0.2
3.9
36
90
0.6
7.9
74
A．升高温度，反应速率加快
B．增大压强，反应速率变慢
C．在1.0×105Pa、90℃条件下，当转化率为98%时的反应已达到平衡
D．若进入反应塔的混合气体为amol，反应速率以v＝示，则在8.0×105Pa、30℃条件下转化率从50%增至90%时段NO的反应速率为v（NO）＝mol/s
7．（2022·安徽宣城高一检测）一定温度和压强下，在2L的密闭容器中合成氨气：N2（g）+3H2（g）2NH3（g）。反应过程中反应物和生成物的物质的量随时间的变化如图所示。下列说法错误的是（ ）。
A．0～10min内，以NH3表示的平均反应速率为0.005mol/（L·min）
B．10～20min内，v（N2）∶v（H2）∶v（NH3）＝1∶3∶2
C．该反应在20min时达到化学平衡状态
D．N2的平衡转化率与H2平衡转化率相等
8．在2L密闭容器中进行反应：aX（s）+bY（g）cP（g）+dQ（g），式中a、b、c、d为化学计量数。在0～3min内，各物质的物质的量（单位为mol）的变化如表所示：
时间
物质的量/mol
X
Y
P
Q
起始
0.5
1.0
1.5
2min末
0.7
2.7
0.8
3min末
2.7
0.8
已知2min内v（Q）＝0.075mol·L－1·min－1，v（P）∶v（Y）＝2∶5。
（1）试确定以下物质的相关量：起始时n（Y）＝________，2min末时n（Q）＝________。
（2）上述反应的化学方程式为____________________________。
（3）用Y表示2min内的反应速率为________________________。
（4）在保持温度和容积不变的情况下，下列关于上述反应的叙述不正确的是________。
a．2min内用X表示的反应速率为0.05mol·L－1·min－1
b．向容器内充入稀有气体Ar（不参与反应），会导致体系压强增大，反应速率加快
c．随着反应的进行，混合气体的平均相对分子质量不再改变即说明反应已经达到平衡
d．随着反应的进行，混合气体的密度不再改变即说明反应已经达到平衡
e．随着反应的进行，混合气体的压强不再改变即说明反应已经达到平衡
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