化学必修 第二册第一单元 化学反应速率与反应限度第3课时学案

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第3课时　化学反应的限度
[核心素养发展目标]　1.了解可逆反应及特点。2.理解化学平衡状态的特征及标志，会判断可逆反应的平衡状态。3.了解控制反应条件在生产、生活和科学研究中的作用。
一、化学反应限度
1．化学反应的限度
(1)Cl2与H2O的反应
化学方程式
Cl2＋H2OHCl＋HClO
溶液中微粒
三分子
H2O、Cl2、HClO
四离子
H＋、Cl－、ClO－、OH－
反应特点
反应不能进行到底

(2)FeCl3溶液与KI溶液的反应
实验步骤



实验现象
溶液颜色由无色变为褐色
溶液分层，下层为浅绿色，上层油状液体呈紫色
溶液变为红色
实验结论
有I2生成
有Fe2＋和I2生成
下层清液中含有未反应的Fe3＋
离子方程式
2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2
反应特点
I－过量的条件下，反应物Fe3＋不能完全转化为生成物，即可逆反应具有一定的限度

2.可逆反应
(1)定义：在同一条件下，既能向正反应方向进行，还能向逆反应方向进行的化学反应。书写可逆反应的化学方程式时，不用“===”，用“”。
(2)特征
①双向性：反应物生成物。
②双同性：正、逆反应是在同一条件下同时进行的。
③共存性：反应物和生成物同时存在。


反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到反应限度后，再向反应容器中充入含18O的氧气，经过一段时间后，18O原子存在于哪些物质中？
提示　O2、SO2和SO3。

1．正误判断
(1)Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O为可逆反应(　　)
(2)1 mol N2和3 mol H2在一定条件下可完全生成2 mol NH3(　　)
(3)既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应叫可逆反应(　　)
(4)在同一条件下，同时向正、逆两个方向进行的反应叫可逆反应(　　)
(5)H2＋Cl22HCl与2HClH2＋Cl2互为可逆反应(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×
2．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．有一定限度的化学反应，都是可逆反应
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　任何可逆反应都有一定的限度，反之，有一定限度的化学反应都是可逆反应，对同一可逆反应，当外界条件不变时，反应的限度不变，与时间长短无关，但当外界条件发生改变时，化学反应的限度也会发生改变。
3．在一定量的密闭容器中进行反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知反应过程中某一时刻N2、H2、NH3的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1。当反应达到最大限度时，可能存在的数据是(　　)
A．N2为0.2 mol·L－1，H2为0.6 mol·L－1
B．N2为0.15 mol·L－1
C．N2、H2均为0.18 mol·L－1
D．NH3为0.4 mol·L－1
答案　B
解析　A项，可逆反应不能进行到底，N2的浓度范围是0～0.2 mol·L－1，H2的浓度范围是0～0.6 mol·L－1，NH3的浓度范围是0～0.4 mol·L－1，不能取最大值和最小值，错误；B项，氮气的物质的量浓度在范围内，正确；C项，虽然氮气和氢气的物质的量浓度在范围内，N2和H2都是反应物，浓度要么都增加，要么都减小，错误；D项，此反应是可逆反应，不能进行到底，错误。

(1)化学反应的限度是在给定的条件下，可逆反应所能达到或完成的最大程度。化学反应的限度的意义在于决定了反应物在该条件下的最大转化率。
(2)不同的可逆反应在给定条件下的化学反应的限度不同；同一可逆反应在不同条件(如温度、浓度、压强等)下，其反应的限度不同。
二、化学平衡状态
1．化学平衡状态的建立过程
在一定条件下向反应容器中加入N2和H2发生反应N2＋3H22NH3。

浓度
速率变化
v正、v逆关系
开始
反应物浓度最大
v正最大
v正＞v逆
生成物浓度为0
v逆为0
变化
反应物浓度减小
v正减小
v正＞v逆
生成物浓度增大
v逆增大
平衡
反应物浓度不变
v正不变
v正＝v逆
生成物浓度不变
v逆不变

2.用速率变化图像表示化学平衡状态的建立

3．化学平衡状态
(1)化学平衡状态的概念
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都不再改变，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。
(2)化学平衡状态的特征


1．正误判断
(1)一定条件，可以通过延长化学反应的时间来改变反应物的最大转化率(　　)
(2)化学反应达到化学平衡状态时正、逆反应速率相等，是指同一物质的消耗速率和生成速率相等，若用不同物质表示时，反应速率不一定相等(　　)
(3)可逆反应达到平衡状态时，各反应物、生成物的浓度相等(　　)
(4)化学反应在一定条件下建立平衡状态时，化学反应将会停止(　　)
答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×
2．在一定温度下，在恒容的容器中充入2 mol SO2和1 mol O2发生反应：2SO2＋O22SO3。
一段时间后，该反应达到化学平衡，下列能说明反应达到化学平衡状态的是______(填序号)。
①v正(SO2)＝2v逆(O2)
②v(SO2)＝v(SO3)
③单位时间内消耗a mol SO2，同时生成a mol SO3
④SO2、O2和SO3的浓度之比为2∶1∶2
⑤混合气体的总的物质的量不再改变
⑥混合气体的压强不再改变
⑦混合气体的密度不再改变
⑧混合气体的平均相对分子质量不再改变
答案　①⑤⑥⑧
解析　①因为v正(SO2)＝2v正(O2)，现有v正(SO2)＝2v逆(O2)，故v正(O2)＝v逆(O2)，为化学平衡状态；②v(SO2)和v(SO3)一直保持相等，不能说明反应达到化学平衡状态；③单位时间内消耗a mol SO2，必然生成a mol SO3，不能说明达到化学平衡状态；④非平衡状态下，SO2、O2和SO3的浓度之比也可能为2∶1∶2；⑤因为反应前后气体分子数不相等，若气体的总物质的量不再改变，说明正、逆反应速率相等，可以说明达到化学平衡状态；⑥因为反应前后气体分子数不相等，如未达到平衡，则压强随时间改变而改变，现压强不变，说明反应达到化学平衡状态；⑦该反应体系的容积不变，反应物及生成物都是气体，故气体的密度一直不变，密度不变，不能说明反应达到化学平衡状态；⑧根据M＝，该反应前后气体分子数不相等，故n是个变化的量，故M也是一个变化的量，如混合气体的平均相对分子质量不变，则n不变，反应一定达到化学平衡状态。

化学平衡状态的判断依据
(1)直接依据——根据速率关系
①同一物质：生成速率＝消耗速率，即v正(A)＝v逆(A)。
②不同物质：速率之比＝化学计量数之比，但必须是不同方向的速率，如aA＋bBcC＋dD，＝ 。
即—
(2)间接依据——根据各组分的量
首先分析该量是“变量”还是“恒量”，如为“恒量”，即随反应的进行永远不变，则不能作为判断平衡状态的依据；如为“变量”，即该量随反应进行而改变，当其“不变”时，则为平衡状态。
即—

1．反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，达到平衡后，再向反应容器中充入含18O的一氧化碳，经过一段时间后，18O存在于(　　)
A．CO B．H2O
C．CO2、CO D．CO、H2O、CO2
答案　D
解析　含18O的一氧化碳和H2O正向反应生成含18O的二氧化碳，同时含18O的二氧化碳和H2又逆向反应生成了一氧化碳和水，故最终CO、H2O和CO2中都含有了18O。
2．(2020·南京高一期中)可逆反应(g)(g)＋(g)在恒容密闭容器中进行：
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和O2的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为2∶2∶1
④混合气体的颜色不再改变
⑤混合气体的密度不再改变
⑥混合气体的压强不再改变
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变
可说明该反应达到化学平衡状态的是(　　)
A．①④⑥⑦ B．②③④⑥
C．①④⑤⑦ D．①②⑥⑦
答案　A
解析　单位时间内生成n mol O2必同时消耗2n mol NO2，而生成2n mol NO2必同时消耗n mol O2，①能说明反应已达到化学平衡状态，②不能说明。③中无论反应是否达到化学平衡状态，各物质表示的化学反应速率之比都等于相应物质的化学计量数之比。④有色气体的颜色不再改变，则表示体系中各物质的物质的量浓度不再变化，说明反应已达到化学平衡状态。⑤体积固定，气体的质量反应前后不变，无论是否达到化学平衡状态，气体的密度始终不变。⑥反应前后气体的体积不相等，压强不变，意味着各物质的含量不再变化，说明反应已达到化学平衡状态。⑦由于反应前后气体的质量不变，气体的平均相对分子质量不变时，说明气体中各物质的物质的量不变，反应达到化学平衡状态。
3．哈伯因发明了用氮气和氢气合成氨气的方法而获得1918年诺贝尔化学奖。现向一密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2，在一定条件下使该反应发生。下列说法正确的是(　　)
A．达到化学平衡时，N2完全转化为NH3
B．达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等
C．达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度不再变化
D．达到化学平衡时，正反应和逆反应速率都为零
答案　C
解析　可逆反应反应物不能完全反应，A错误；反应平衡时各物质的浓度是否相等取决于起始时各物质的量的关系和转化程度，N2、H2按1∶3混合，化学计量数为1∶3，所以转化率相等，平衡时，N2、H2的物质的量浓度之比一定为1∶3，B错误；随着反应的进行，N2、H2和NH3的物质的量浓度发生变化，N2、H2和NH3的物质的量浓度不再变化，说明反应达到平衡状态，C正确；化学平衡是动态平衡，达到化学平衡时，正反应和逆反应的速率相等，但不为零，D错误。
4．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－1、0.3 mol·L－1和0.2 mol·L－1，在一定条件下，当反应达到一定限度时，各物质的浓度可能是(　　)
A．X为0.2 mol·L－1
B．Y为0.1 mol·L－1
C．Z为0.4 mol·L－1
D．Z为0.1 mol·L－1时，Y为0.4 mol·L－1
答案　B
解析　化学反应的限度决定了可逆反应中的各成分是不能完全转化的，反应可能正向进行，也可能逆向进行，所以当反应达到一定限度时各物质的浓度范围为0