高中化学新教材《化学反应的限度和化学反应条件的控制》导学案+课时作业.docx
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高中化学新教材《化学反应的限度和化学反应条件的控制》导学案+课时作业
第二课时 化学反应的限度和化学反应条件的控制
[明确学习目标] 1.认识可逆反应,了解化学平衡的含义。
2.会判断化学平衡状态。
3.了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。
学生自主学习
1.可逆反应:
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.化学平衡状态:
在一定条件下,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,反应物的浓度与生成物的浓度都
不再改变,达到一种
表面静止的状态。
3.化学平衡建立过程中化学反应速率的变化图像
4.化学反应的限度:
在给定条件下,化学反应所能达到或完成的
最大程度,即该反应进行的限度,化学反应限度的意义在于决定了反应物在该条件下转化为生成物的最大
转化率。
任何可逆反应在给定条件下的进程都有一定的
限度。
5.控制化学反应条件
在生产和生活中,人们希望
促进有利的化学反应(提高反应速率,提高反应物的转化率即原料的利用率),
抑制有害的化学反应(降低反应速率,控制副反应的发生,减少甚至消除有害物质的产生),这就需要进行化学反应条件的控制。
在化工生产中,为了提高反应进行的程度而调控反应条件时,需要考虑
控制反应条件的成本和实际可能性。
1.2H2+O2
2H2O和2H2O
2H2↑+O2↑是可逆反应吗?
提示:
不是;因为可逆反应必须是在同一条件下同时进行。
2.在一定条件下,将1molN2和3molH2置于密闭容器中充分反应,能否得到2molNH3?
提示:
不能;原因是N2与H2合成氨的反应属于可逆反应,反应物转化率达不到100%。
课堂互动探究
1.可逆反应的特点
2.化学平衡状态的特征
3.化学平衡状态的判断
(1)直接标志
①v正=v逆
a.同一种物质的生成速率等于消耗速率;
b.在化学方程式同一边的不同物质的生成速率与消耗速率之比等于化学计量数之比;
c.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
a.各组分的浓度不随时间的改变而改变;
b.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变化(适用于等压条件下反应前后气体体积不等的反应和等容条件下有固、液体参与或生成的反应)。
③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。
④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。
⑤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。
4.有关化学平衡的简单计算
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:
设amol、bmol分别是A、B两物质起始物质的量,mxmol为反应物A的转化物质的量,nxmol为反应物B的转化物质的量,则:
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
起始/molab00
转化/molmxnxpxqx
平衡/mola-mxb-nxpxqx
(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、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%。
(1)转化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例;
(2)这里a、b可指物质的量、浓度、体积等;(3)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。
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在体积不变的密闭容器中反应,下列叙述表示处于化学平衡状态的是( )
A.N2、H2、NH3的浓度比为1∶3∶2的状态
B.混合气体的密度不随时间而变化
C.当有1molN≡N键断裂时,有6molN—H键断裂
D.单位时间内消耗amolN2的同时消耗3amol的H2的状态
[批注点拨]
[解析] A中,N2、H2、NH3的浓度比等于化学计量数之比时,不能确定是否处于平衡状态;因容器的体积不变,而混合气体的总质量不改变,则无论平衡与否,混合气体的密度均不变,不能确定是否处于平衡状态;当有1molN≡N键断裂时,相当于有1molN2发生反应生成2molNH3,即生成6molN—H(1molNH3中含有3molN—H键),与有6molN—H键断裂符合v正(NH3)=v逆(NH3),故处于化学平衡状态;消耗amolN2的同时消耗3amolH2是同向的,不管平衡与否,只要N2和H2反应就一定符合该比例,不能确定是否处于平衡状态。
[答案] C
[练1] 在一定温度下的定容密闭容器中,发生反应:
A(s)+2B(g)C(g)+D(g)。
当下列物理量不再变化时,不能表明反应已达平衡的是( )
A.混合气体的压强
B.混合气体的密度
C.混合气体的平均相对分子质量
D.固体A的质量
答案 A
解析 在反应向正反应方向进行时,气体的物质的量不变,在定容条件下,气体的压强始终不变,A不能表明反应已达平衡;反应向正反应方向进行时,气体质量增大,密度增大,密度不变说明反应达到平衡;反应向正反应方向进行时,气体质量增大,气体物质的量不变,气体的平均相对分子质量增大,不变时说明反应达到平衡;反应向正反应方向进行时,A的质量减小,质量不变说明反应达到平衡。
[练2] 一定温度下,在恒容密闭容器中进行的可逆反应:
2NO22NO+O2。
判断下列描述中该反应处于平衡状态的是________。
①单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2
②单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO
③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态
⑤密闭容器中压强不再改变的状态
⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
答案 ①④⑤⑥
解析 ①中单位时间内生成nmolO2的同时,必消耗2nmol的NO2,①能说明反应达到平衡状态;②中描述的都是正反应方向的速率,不能说明反应是否处于平衡状态;③中无论反应是否达平衡状态,同向的速率之比一定等于化学方程式中相应物质的化学计量数比;④中混合气体的颜色不变,即c(NO2)保持不变,说明反应处于平衡状态;⑤、⑥因该反应是一个反应前后气体物质的量不等的反应,容器的体积固定,故气体的压强不变,气体的平均相对分子质量不变,均能说明反应处于平衡状态。
规律方法
利用“变量”与“不变量”来判断化学平衡状态
(1)选变量
选定反应中“变量”,即随反应进行而变化的量,当变量不再变化时,反应已达平衡。
(2)常见的变量
①气体的颜色;②对于气体体积有变化的反应来说,恒压反应时的体积、恒容反应时的压强;③对于反应体系中全部为气体,且气体物质的量有变化的反应来说,混合气体的平均相对分子质量;④对于反应体系中不全部为气体的反应来说,恒容时混合气体的密度等。
(3)说明
在利用
、ρ、n(总)、p(总)判断时要注意反应特点和容器的体积变化问题。
本课归纳总结
1.可逆反应必须同时满足两个条件
(1)相同反应条件;
(2)正、逆两方向同时进行。
2.判断可逆反应处于化学平衡状态的根本标志
(1)正、逆反应速率相等;
(2)各组分的质量或浓度保持不变。
3.反应物的转化率=
×100%。
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1.设v(正)和v(逆)分别表示可逆反应的正反应速率和逆反应速率。
在一定温度下可逆反应N2+3H2
2NH3达到平衡时( )
A.v(逆)>v(正)
B.v(逆) C.v(逆)>v(正),正逆反应停止 D.v(逆)=v(正),正逆反应仍进行 答案 D 2.下列各组反应互为可逆反应的是( ) ①2NaHCO3 Na2CO3+CO2↑+H2O与CO2+H2O+Na2CO3===2NaHCO3 ②SO2+H2O===H2SO3与H2SO3===SO2+H2O ③N2+3H2 2NH3与2NH3 3H2+N2 ④NH3+HCl===NH4Cl与NH4Cl NH3↑+HCl↑ A.①②B.②③ C.③④D.①④ 答案 B 解析 ①④中两反应条件不相同、不互为可逆反应。 3.相同温度和压强下,在容积为2L的密闭容器中发生反应: 2HI(g)H2(g)+I2(g),达到平衡状态的标志是( ) A.c(H2)保持不变 B.c(H2)=c(I2) C.2v正(HI)=v逆(I2) D.拆开2molH—I共价键,同时生成1molH—H共价键 答案 A 解析 在一定条件下的可逆反应中,如果正、逆反应速率相等,各组分的百分含量保持不变,则达到化学平衡状态。 A项,c(H2)保持不变,符合要求;B项,c(H2)=c(I2),不一定是保持不变,不符合要求;C项,应为v正(HI)=2v逆(I2),错误;D项,拆开2molH—I共价键是正反应,同时生成1molH—H共价键,也是正反应,错误。 4.一定条件下,在密闭容器中进行反应: 2SO2+O22SO3。 当SO2、O2、SO3的浓度不再改变时,下列说法正确的是( ) A.SO2、O2完全转化为SO3 B.正、逆反应速率相等且等于零 C.反应已达到化学平衡状态 D.SO2、O2、SO3的浓度一定相等 答案 C 解析 对于反应: 2SO2+O22SO3,当SO2、O2、SO3的浓度不再改变时,反应处于平衡状态,这时反应仍然在进行,在单位时间内任一物质的消耗速率与产生速率相等,物质的浓度不变。 5.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.液体燃料燃烧时以雾状喷出 答案 A 解析 燃料充分燃烧,把固体粉碎或液体雾化都是为了增大与空气的接触面积以利于充分燃烧,而空气的量要适当,因空气量过多,会带走一部分热量。 6.将煤块粉碎、经脱硫处理、在适当过量的空气中燃烧,这样处理的目的是( ) ①使煤充分燃烧,提高煤的利用率 ②减少SO2的产生,避免造成“酸雨” ③减少有毒CO的产生,避免污染空气 ④减少CO2的产生,避免“温室效应” A.①②③B.②③④ C.①③④D.①②③④ 答案 A 解析 ①将煤块粉碎,增大与空气的接触面积,能使煤充分燃烧,提高煤的利用率,正确;②煤中含有S元素,燃烧时能生成SO2,经脱硫处理可减少SO2的产生,避免造成“酸雨”,正确;③在适当过量的空气中燃烧,生成CO2,减少CO的产生,正确;④无论是否脱硫处理,在适当过量的空气中燃烧,生成CO2的量都不变,不能减少CO2的产生,错误。 课时作业 A篇·知识对点训练 1.下列不属于可逆反应的是( ) A.Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O B.N2+3H2 2NH3 C.Cl2+H2OHCl+HClO D.2NO2N2O4 答案 A 解析 可逆反应是在相同条件下同时向两个方向进行的化学反应,A项中的反应不是同时向两个方向进行,且两个反应方向的条件不相同。 2.对化学反应限度的叙述,错误的是( ) A.任何可逆反应在给定条件下的进程都有一定的限度 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 答案 D 解析 任何可逆反应在给定条件下的进程都有一定的限度,A正确;当反应达到限度即达到化学平衡时,v正=v逆,B正确;对同一可逆反应,达到化学平衡时,外界条件不变,则反应的限度不变,与时间长短无关,C正确;当改变外界条件使v正与v逆发生改变时,化学平衡被破坏,化学反应的限度也会发生改变,D错误。 3.14CO2与C在高温条件下发生反应: 14CO2+C2CO,达到化学平衡后,混合物中含14C的微粒有( ) A.14CO2B.14CO2、14CO C.14COD.14CO2、14CO、14C 答案 D 解析 可逆反应有一定的限度,且达到平衡后,正、逆反应仍在同时进行,故14C存在于三种物质中。 4.在一定条件下,使SO2和O2在一密闭容器中进行反应,下列说法不正确的是( ) A.反应开始时,正反应速率最大,逆反应速率为零 B.随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,最后为零 C.随着反应的进行,逆反应速率逐渐增大,最后不变 D.随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,最后不变 答案 B 解析 反应开始时,反应物的浓度最大,正反应速率最大,生成物的浓度为零,逆反应速率为零,A正确;化学平衡建立过程中,反应物浓度逐渐减小,故正反应速率逐渐减小,生成物浓度逐渐增大,故逆反应速率逐渐增大,当正、逆反应速率相等时达到平衡状态,但均不为零,故C、D正确,B不正确。 5.下列各关系式中能说明反应: N2+3H2 2NH3已达平衡状态的是( ) A.3v正(N2)=v正(H2)B.v正(N2)=v逆(NH3) C.2v正(H2)=3v逆(NH3)D.v正(N2)=3v逆(H2) 答案 C 解析 A项中都是正反应速率,无法确定是否达到平衡状态;B项v正(N2)≠v逆(N2),不是平衡状态;C项中v正(H2)=v逆(H2),处于平衡状态;D项v正(N2)≠v逆(N2),不是平衡状态。 6.在一定温度下的恒容密闭容器中,能说明反应X2(g)+Y2(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 C.XY气体的物质的量分数不变 D.X2和Y2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;X2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,D不能说明该反应已达到平衡。 7.已知汽车尾气无害化处理反应为2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)。 下列说法正确的是( ) A.升高温度可使该反应的逆反应速率降低 B.达到化学平衡时,化学反应已经停止 C.v正(NO)=v正(CO2)时,说明达到了化学平衡 D.单位时间内消耗CO和CO2的物质的量相等时,反应达到平衡 答案 D 解析 升温,无论是正反应,还是逆反应,反应速率均加快,A错误;化学反应达到化学平衡时,正、逆反应速率相等,但不为0,即反应没有停止,B错误;C项中给出的两个反应速率表示的方向均为正反应方向,没有逆反应方向,故不能用于化学平衡状态的判断,C错误;由于CO和CO2的化学计量数相等,故当两者同时消耗的量相等时,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡,D正确。 8.下列可以证明2HI(g)H2(g)+I2(g)已达平衡状态的是( ) ①单位时间内生成nmolH2的同时生成nmolHI 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.②③④⑤⑥B.②⑥⑦⑧⑨ C.①②⑥⑧D.②⑥⑨ 答案 D 解析 ①单位时间内生成nmolH2的同时生成nmolHI,说明正反应速率大于逆反应速率;③该反应是反应前后气体分子数不变的反应,所以温度和体积一定时混合气体密度始终不变;④未指明正逆反应;⑤三种物质的浓度比等于相应的化学计量数比时不一定是平衡状态;⑦温度和体积一定时,容器内压强始终不变;⑧温度和压强一定时,混合气体的平均相对分子质量始终不变;②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂,表明正逆反应速率相等;⑥温度和体积一定时,某一生成物浓度不再变化,说明正逆反应速率相等;⑨温度和体积一定时,混合气体的颜色不再变化,说明碘的浓度不再变化,可以作为达到平衡状态的标志。 D正确。 9.下列措施,能使煤炭燃烧更充分,提高热能利用率的是( ) A.多加煤以使炉火更旺 B.在煤炭中加入生石灰 C.做蜂窝煤时常在煤中掺和一些黄泥 D.把煤粉碎,在煤粉燃烧器中燃烧 答案 D 解析 A项,多加煤可导致燃烧不充分,浪费资源,错误。 B项,在煤炭中加入生石灰的目的是脱硫,减少SO2的排放,与煤炭燃烧更充分无关,错误。 C项,做蜂窝煤时常在煤中掺和一些黄泥的主要目的是使煤炭易于成型,错误。 D项,煤粉碎能增加煤与空气中O2的接触面积,燃烧得更快、更充分,提高煤的热能利用率,正确。 10.对于工业合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),下列说法错误的是( ) A.使用合适的催化剂可以加快反应速率 B.升高温度可以加快反应速率 C.增大N2浓度可以使H2转化率达到100% D.增大N2浓度可以加快反应速率 答案 C 解析 使用催化剂、升高温度、增大N2浓度都可以加快反应速率,故A、B、D三项正确;因为合成氨反应是可逆反应,所以H2的转化率不会达到100%,C错误。 B篇·综合提升训练 11.下列关于可逆反应的说法中正确的是( ) A.可逆反应就是既能向正反应方向进行,又能向逆反应方向进行的化学反应 B.在催化剂的作用下,二氧化硫与氧气反应生成三氧化硫的同时,三氧化硫又分解生成二氧化硫和氧气,因此该反应是可逆反应 C.对于合成氨的反应,如果调控好反应条件,可使一种反应物的转化率达到100% D.碳酸钙在高温下分解生成氧化钙和二氧化碳,氧化钙和二氧化碳在常温下生成碳酸钙,因此这两个反应是可逆反应 答案 B 解析 可逆反应是指在相同条件下,能同时向正、逆反应方向进行的反应。 可逆反应强调两点: 相同条件和同时双向进行,B正确;A项中没有说明相同条件和同时进行,错误;C项由于是可逆反应,所以其反应物的转化率不可能达到100%,错误;D项中的两个反应,由于反应条件不同,不能称为可逆反应,错误。 12.把HI气体充入密闭容器中,在一定条件下发生反应: 2HI(g)H2(g)+I2(g),在反应趋向平衡状态的过程中,下列说法正确的是( ) A.HI的生成速率等于其分解速率 B.HI的生成速率小于其分解速率 C.HI的生成速率大于其分解速率 D.无法判断HI的生成速率和分解速率的相对大小 答案 B 解析 反应趋向平衡状态的过程中,反应向正反应方向进行,正反应速率逐渐减小,逆反应速率逐渐增大,达到平衡时二者相等。 13.在4L密闭容器中充入6molA气体和5molB气体,在一定条件下发生反应: 3A(g)+B(g)2C(g)+xD(g),达到平衡时,生成了2molC,经测定,D的浓度为0.5mol·L-1,下列判断正确的是( ) A.x=1 B.B的转化率为20% C.平衡时A的浓度为1.50mol·L-1 D.达到平衡时,在相同温度下容器内混合气体的压强是反应前的85% 答案 B 解析 n(D)=0.5mol·L-1×4L=2mol,所以x=2。 3A(g)+B(g)2C(g)+2D(g) 起始(mol)6500 变化(mol)3122 平衡(mol)3422 B的转化率= ×100%=20%,c(A)平= =0.75mol·L-1,n平=(3+4+2+2)mol=11mol=n始=6mol+5mol=11mol,总的物质的量不变,压强不变。 故选B。 14.乙酸乙酯能在多种条件下发生水解反应: CH3COOC2H5+H2OCH3COOH+C2H5OH,已知该反应的速率随c(H+)的增大而加快。 如图为CH3COOC2H5的水解速率随时间的变化图。 下列说法中正确的是( ) A.反应初期水解速率增大可能是溶液中c(H+)逐渐增大所致 B.A、B两点表示的c(CH3COOC2H5)相等 C.图中t0时反应达到平衡状态 D.tB时CH3COOC2H5的转化率低于tA时 答案 A 解析 水解初期反应物浓度减小,c(CH3COOH)增大,c(H+)增大,该反应的速率加快可能是c(H+)逐渐增大所致,故A正确;A、B两点表示的v(CH3COOC2H5)相等,但随反应进行CH3COOC2H5不断消耗,则B点的c(CH3COOC2H5)小,转化率大,故B、D错误;t0后反应速率逐渐减小,并未保持不变,故t0时未达到平衡状态,C错误。 15.某学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化,在100mL稀盐酸中加入足量的锌粉,标准状况下测得数据累计值如下: (1)在0~1、1~2、2~3、3~4、4~5min各时间段中,反应速率最大的时间段是________,主要的原因可能是________________________;反应速率最小的时间段是________,原因是________________________。 (2)在2~3min时间段内,用盐酸的浓度变化表示的反应速率为____________。 (3)为了减缓反应速率但不减少产生氢气的量,在盐酸中分别加入等体积的下列溶液: A.蒸馏水B.Na2SO4溶液 C.NaOH溶液D.H2SO4浓溶液 E.Na2CO3溶液 你认为可行的是(填编号)________。 答案 (1)2~3min 该反应是放热反应,此时温度高 4~5min 此时H+浓度小 (2)v(HCl)=0.1mol·L-1·min-1 (3)AB 解析 (1)在0~1、1~2、2~3、3~4、4~5min各时间段中生成氢气的体积分别是(mL)50、70、112、58、20,所以反应速率最大的时间段是2~3min。 这是由于该反应是放热反应,此时温度高,反应速率快。 反应速率最小的时间段是4~5min,这是由于此时H+浓度小,反应速率小。 (2)在2~3min时间段内,生成氢气的物质的量=0.112L÷22.4L·mol-1=0.005mol,则消耗HCl0.01mol,浓度是0.01mol÷0.1L=0.1mol·L-1,所以用盐酸的浓度变化表示的反应速率v(HCl)=0.1mol·L-1÷1min=0.1mol·L-1·min-1。 (3)A项,蒸馏水稀释盐酸,氢离子浓度降低,反应速率减小,但氢离子的物质的量不变,生成氢气的量不变,正确;B项,Na2SO4溶液稀释盐酸,氢离子浓度降低,反应速率减小,但氢离子的物质的量不变,生成氢气的量不变,正确;C项,NaOH溶液消耗氢离子,浓度降低,生成氢气的量减少,错误;D项,H2SO4浓溶液增大氢离子浓度,反应速率增大,错误;E项,Na2CO3溶液消耗氢离子生成CO2,反应速率减小,生成氢气的量减少,错误。 16.t℃时,将2mol
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