第09讲-化学反应的限度(讲义)(学生版)(新教材人教版).docx

第09讲 化学反应的限度

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模块一 可逆反应与化学平衡

知识精讲

思考与交流
（1）写出SO2 转化为SO3、工业合成氨、形成氯水的三个化学方程式。

（2）观察上述方程式，有何共同的特点？

一、可逆反应
1．定义：在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应。
2．表示：书写可逆反应的方程式不用“===”，而用“”连接。
3．特点：（1）双向性：正反应和逆反应；
（2）双同性：同一条件，同时进行；
（3）共存性：反应物与生成物共存。
思考与交流：新制氯水中含有哪些微粒？氯气的转化率有没有可能达到100%？

及时小练
下列属于可逆反应的是___________。
A．氯化钠溶解与结晶析出
B．氯气溶于水
C．电解水生成H2、O2与H2在O2中燃烧生成H2O
D．反应物和生成物相反的反应
E．SO2被氧气氧化成SO3
F．H2和I2在高温下边化合边分解
G．品红溶液通入SO2褪色，加热后又恢复红色
H．Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O
I．SO2 + Br2 + 2H2O === H2SO4 + 2HBr与2HBr + H2SO4(浓) === Br2 + SO2↑+ 2H2O

思考与交流
在恒温恒容的条件下，往容器中充入1 mol N2和3 mol H2，发生反应N2 + 3H2 2NH3
（1）该可逆反应的v正 、v逆取决于什么因素？

（2）反应刚开始时， v正 、v逆 的大小比较？

（3）随着反应的进行，v正 、v逆 的大小如何变化？为什么？

（4）v正、v逆 的变化将导致二者出现什么结果？

二、化学反应的限度
1．化学平衡状态的建立过程

加入反应物，从正反应方向开始 加入生成物，从逆反应方向开始

2．化学平衡状态的概念
一定条件下的可逆反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物和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。

3．化学平衡的基本特征

明辨是非
（1）平衡状态是一种静止的状态，反应物和生成物的浓度已经不再改变（ ）
（2）化学平衡状态时，所有物质的速率都相等（ ）
（3）化学平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等且等于零（ ）
（4）化学平衡状态时，反应物与生成物的浓度/含量保持不变（ ）
（5）化学平衡状态时，各物质的浓度之比等于化学计量数之比（ ）
（6）当一个可逆反应达到平衡状态时，体系中只存在生成物（ ）
（7）化学反应的限度不可以通过改变条件而改变（ ）
（8）一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度（ ）

经典例题

l 可逆反应
【例1】下列不属于可逆反应的是（ ）
A．氯气与水反应生成盐酸与次氯酸
B．N2与H2在一定条件下可以生成NH3，同时NH3又可分解为N2和H2
C．电解水生成H2和O2，氢气和氧气转化为H2O
D．SO2溶于水和H2SO3分解

【例2】对于可逆反应2SO2 + O2 2SO3，在混合气体中充入一定量的18O2，经足够长的时间后，下列有关说法中正确的是（ ）
A．18O只存在于O2中
B．18O只存在于O2和SO3中
C．某个二氧化硫分子的相对分子质量可能为66
D．三氧化硫的相对分子质量均为82

【例3】在密闭容器中进行如下反应：X2(g) + Y2(g) 2Z(g)，已知X2、Y2、Z起始浓度分别为0.1 mol/L、0.3 mol/L、0.2 mol/L，在一定条件下当反应达到平衡时，各物质的浓度可能是（　　）
A．Z为0.4 mol/L B．Y2为0.4 mol/L
C．X2为0.4 mol/L D．Z为0.3 mol/L

【变3-1】在密闭容器中发生反应X(g) + 3Y(g) 2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为0.1 mol/L、0.3 mol/L和0.2 mol/L，则平衡时各物质的浓度不可能是（ ）
A．Y为0.1 mol/L B．Z为0.1 mol/L时，Y为0.45 mol/L
C．Z为0.3 mol/L D．X为0.2 mol/L

【变3-2】在一个密闭容器中进行反应：2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)，已知反应过程中某一时刻，SO2、O2、SO3分别是0.2 mol/L、0.1 mol/L、0.2 mol/L，当反应达到平衡时，可能存在的数据是（　　）
A．SO2为0.4 mol/L，O2为0.2 mol/L B．SO2、SO3均为0.15 mol/L
C．SO2为0.25 mol/L D．SO3为0.4 mol/L

l 化学平衡状态的建立
【例4】向一密闭容器中放入1molX，进行可逆反应2X(g)3Y(g)，反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线如图所示，下列叙述正确的是（ ）

A．t1时，只有正反应
B．t2～t3时，反应不再发生
C．t2时，容器内有1.5molY
D．t2～t3时，X、Y的物质的量均没有发生变化

l 化学反应限度的含义
【例5】对于化学反应的限度的叙述，错误的是（ ）
A．任何可逆反应都有一定的限度
B．化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等
C．化学反应的限度与时间的长短无关
D．化学反应的限度是不可改变的

【变5】下列关于化学反应限度的说法中正确的是（ ）
A．一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的最大限度
B．当一个可逆反应达到平衡状态时，正向反应速率和逆向反应速率相等且等于零
C．平衡状态时，各物质的浓度保持相等
D．化学反应的限度不可以通过改变条件而改变

知识精讲

三、化学平衡状态的判断
1．速率相等：
①同种物质—— v正(A) = v逆(A)
②不同物质—— v正(A) : v逆(B) = a : b（化学计量数之比）
2．变量不变：
①各组分的物质的量、质量、浓度、百分含量等保持不变。
②总压强、总物质的量、混合气体的 Mr、体系的密度、颜色等，根据具体情况分析。

思考与交流：判断下列条件能否说明该反应已达化学平衡？
1．在体积固定的密闭容器中发生可逆反应2NO2(g)2NO(g) + O2(g)
（1）单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2（　　）
（2）单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO（　　）
（3）用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态（　　）
（4）单位时间内消耗2n mol NO2的同时，生成2n mol NO2（　　）
（5）单位时间内断开n mol NO中的N—O键的同时生成2n mol O＝O键（　　）
（6）NO2减少的化学反应速率和NO减少的化学反应速率相等（　　）
【答案】 （1）√； （2）×； （3）×； （4）√； （5）×； （6）√

2．在两个恒容容器中各发生如下反应

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
H2(g) + I2(g)2HI(g)
①气体的总物质的量不变

②气体的总质量不变

③气体的总压强不变

④气体的密度不变

⑤气体的平均相对分子质量不变

⑥混合气体的颜色不变

⑦体系的温度不变

经典例题

l 化学平衡状态的判断
【例6】对于以下反应：A(s)＋3B(g) 2C(g)＋D(g)，在一定温度、压强下，在一体积可变的容器中，当下列物理量不再发生变化时就可确定反应一定达到平衡状态的是
A．容器的体积不再发生变化
B．B的生成速率和D的反应速率之比为3∶1
C．混合气体的密度不随时间变化
D．B、C、D的分子个数之比为3∶2∶1

【变6-1】一定温度下，在某容器中进行如下可逆反应，当混合气体的平均摩尔质量不再改变时，能说明反应达到平衡状态的是（ ）
①恒容时发生反应：A(g) + B(g) 3C(g)
②恒压时发生反应：A(g) + B(g) 2C(g)
③恒容时发生反应：A(g) + B(g) 2C(g) + D(g)
④恒压时发生反应：A(g) + B(g) 3C(g) + D(g)
A．②③ B．①④ C．①③ D．②④

【变6-2】反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＜0，若在恒压容器中发生，下列选项表明反应一定已达平衡状态的是（ ）
A．容器内气体的密度不再变化
B．容器内压强保持不变
C．相同时间内，生成N-H键的数目与断开H-H键的数目相等
D．容器内气体的浓度之比c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2

【变6-3】下列可以证明2HI(g) 2 H2 (g) + I2(g)已达平衡状态的是（ ）
①单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI
②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂
③温度和体积一定时，混合气体密度不再变化
④v(H2)＝v(I2)＝0.5v(HI)
⑤c(HI)∶c(H2)∶c(I2)＝2∶1∶1
⑥温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化
⑦温度和体积一定时，容器内压强不再变化
⑧温度和压强一定时，混合气体的平均相对分子质量不再变化
⑨温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化
A．②③④⑤⑥ B．②⑥⑦⑧⑨ C．①②⑥⑧ D．②⑥⑨

模块二 化学反应条件的控制

知识精讲

思考与交流
高炉炼铁的主要反应是：2C(焦炭) + O2(空气) ===2CO(放出热量)，Fe2O3 + 3CO2Fe＋3CO2。
炼制1吨生铁所需焦炭的实际用量远高于按照化学方程式计算所需的量，且从高炉中出来的气体中含有没利用的CO气体。开始，炼铁工程师们认为是CO与铁矿石接触不充分之故，于是设法增加高炉的高度，然而高炉增高后，高炉尾气中的CO比例竟没有改变，这是什么原因呢？

一、控制化学反应条件的意义
促进有利反应，抑制有害反应。

二、控制化学反应条件的方法
改变化学反应速率，改变可逆反应进行的程度。

三、合成氨工业反应条件的控制
合成氨的生产在温度较低时，氨的产率较高；压强越大，氨的产率越高。但温度低，反应速率小，需要很长时间才能达到化学平衡，生产成本高，工业上通常选择在400~500℃下进行。而压强越大，对动力和生产设备的要求也越高，合成氨厂随着生产规模和设备条件的不同，采用的压强通常为10~30MPa。

四、煤燃烧反应条件的控制
1．将固体煤粉碎以增大接触面积，同时空气适当过量，以提高转化率。
2．炉膛材料尽量选择保温性能好的，烟道废气中的热量用来加热水、发电等，以提高热量利用率。

经典例题

l 化学反应条件的控制
【例7】下列措施可以提高燃料燃烧效率的是_________（填序号）。
①提高燃料的着火点　 ②降低燃料的着火点 ③将固体燃料粉碎　
④将液体燃料雾化处理 ⑤将煤进行气化处理　 ⑥通入适当过量的空气

【例8】工业制硫酸中的一步重要反应是SO2在400-500℃和常压下的催化氧化: 2SO2 + O2 2SO3, 这是一个正反应放热的可逆反应。如果反应在密闭容器中进行,下述相关说法中错误的是（ ）
A．反应温度选择400-500℃是该反应催化剂的催化活性、反应速率、反应限度等角度综合考虑的结果
B．因为在常压下该反应的速率和SO2的转化率已经很高了，所以选择常压条件主要是从生产成本角度考虑
C．为提高SO2的转化率,应适当提高O2的浓度
D．使用催化剂是为了加快反应速率,提高SO3产率

l 化学反应速率与限度综合
【例9】（1）在2 L的密闭容器中放入4 mol N2O5，发生如下反应：2N2O5(g)4NO2(g) + O2(g)。反应至5 min时，测得N2O5转化了20%，则v(NO2)为______________ ；5 min时，N2O5在混合气体中的体积分数是______________。
（2）某温度时，在一个2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示。根据图中数据填空：

①该反应的化学方程式为____________________________。
②若X、Y、Z均为气体，2 min时反应达到平衡，此时体系内压强与开始时的压强之比为___________。
③若X、Y、Z均为气体，则达平衡时，容器内混合气体的平均相对分子质量比起始投料时_________（填“增大”“减小”或“相等”）。
④ 硫酸是一种重要的化工产品，硫酸消耗量常视为一个国家工业发展水平的一种标志。目前硫酸的重要生产方法是“接触法”，有关反应2SO2+O2 2SO3的说法正确的是___________。
A．该反应为可逆反应，故在一定条件下二氧化硫和氧气不可能全部转化为三氧化硫
B．达到平衡后，反应就停止了，故此时正、逆反应速率相等且均为0
C．一定条件下，向某密闭容器中加入2 mol SO2和1 mol O2，则从反应开始到达平衡的过程中，正反应速率不断减小，逆反应速率不断增大，某一时刻,正、逆反应速率相等
D．在利用上述反应生产三氧化硫时，要同时考虑反应所能达到的限度和化学反应速率两方面的问题

提分作业

【练1】在一个密闭容器中发生反应：2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)，反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol/L、0.2 mol/L、0.2 mol/L，当反应达到反应限度时可能的数据是（　　）
A．c (SO3) = 0.4 mol/L B．c (SO2) = c (SO3) = 0.15 mol/L
C．c (O2) = 0.35 mol/L D．c (SO2) + c (SO3) = 0.4 mol/L

【练2】一定温度下，密闭容器中可逆反应3X(g)+Y(g) 2Z(g)达到限度的标志是（ ）
A．X的生成速率与Z的生成速率相等 B．单位时间内生成3n mol X，同时消耗n mol Y
C．某时刻X、Y、Z的浓度相等 D．某时刻X、Y、Z的分子个数比为3:1:2

【练3】一定条件下将0.1 mol N2和0.3 mol H2置于密闭容器中发生反应：N2 + 3H2 2NH3（放热反应）。下列关于该反应的说法正确的是（　　）
A．最终可生成0.2 mol NH3
B．增大压强能使反应速率减小
C．降低反应体系的温度能加快反应速率
D．向容器中再加入N2，能加快反应速率

【练4】在一定温度下可逆反应N2 + 3H2 2NH3已达到平衡，下列有关说法正确的是（　 　）
①1个N≡N键断裂的同时，有3个H—H键形成
②反应混合物中各组分的物质的量保持不变
③1个N≡N键断裂的同时，有3个N—H 键断裂
④NH3生成的速率与NH3分解的速率相等
⑤单位时间生成n mol N2，同时生成2n mol NH3
⑥N2、H2、NH3的分子数一定为1∶3∶2
A．①②③④⑤ B．①②③⑤⑥
C．③④⑤⑥ D．①②④⑤

【练5】将4 mol A气体和1 mol B气体在2 L的容器内混合，在一定条件下发生反应：
2A(g) + B(g) 3C(g)，若2 min后测得C的浓度为0.6 mol·L-１，则下列说法正确的是（　 　）
A．用物质A表示反应的平均速率为v(A) = 0.4 mol·(L·min)-１
B．2 min时B的转化率为20％
C．2 min时A、B、C三种气体的总量为5 mol
D．若2 min后该反应达平衡，则各种气体的量不再变化，反应停止

【练6】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

【练7】（1）一定温度下，在密闭容器内进行某化学反应，气体X、Y的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示。

①写出该反应的化学方程式：__________________。
②在和时正反应速率分别为和，则二者大小关系为_______（填“>”“<”或“=”）。
③在、和三个时刻中，反应程度最大的是__________（填“”“”或“”）。
（2）一定温度下，将一定量的N2 和H2充入固定容积的密闭容器中进行反应N2 + 3H2 2NH3。
①下列描述能说明该可逆反应达到化学平衡状态的有_________（填序号）。
A 容器内的压强不变
B 容器内气体的密度不变
C 相同时间内有3molH—H键断裂，有6molN—H键形成
D
E 的质量分数不再改变
②若起始时向容器中充入的N2和的，10min时测得容器内的浓度为。10min内用表示的反应速率为__________；此时的转化率为________。