高中化学人教版 (2019)必修 第二册第二节 化学反应的速率与限度第2课时导学案及答案

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第二节 化学反应的速率与限度第2课时导学案及答案，共12页。学案主要包含了化学反应的限度，化学反应条件的控制等内容，欢迎下载使用。
第2课时　化学反应的限度　化学反应条件的控制
核心微网络


新课程标准
1.能从化学反应限度和快慢的角度解释生产、生活中简单的化学现象；
2．能描述化学平衡状态，判断化学反应是否达到平衡。

素养新要求
1.结合实例体会可逆反应存在限度，理解化学平衡状态的特征，形成化学变化是有条件的观念；
2．体会从限度和快慢两方面去认识调控化学反应的重要性，认识控制反应条件在生产和科学研究中的作用。



学业基础——自学·思记·尝试
一、化学反应的限度
1．可逆反应
(1)定义：在同一条件下________和________均能进行的化学反应。
(2)特点
在________，正向反应(反应物→生成物)和逆向反应(生成物→反应物)________。
例如：SO2和H2O反应的化学方程式为：________________________。
状元随笔　可逆反应的特点
(1)双向性——正反应和逆反应发生的条件相同。
(2)双同性——正反应和逆反应在同一条件下同时进行。
(3)共存性——不管反应时间长短，反应物总有剩余，最终反应物与生成物共存。
(4)表示方法
书写可逆反应的化学方程式时不用“===”而用“⇌”。



2．化学平衡状态
(1)化学平衡的建立
在一定条件下，向反应容器中加入N2和H2发生反应：N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)。
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)化学平衡建立过程中的速率—时间(v­t)图像如图所示。

(3)化学平衡和限度
①化学平衡状态：在一定条件下，________反应进行到一定程度时，____________和____________相等，____________________________都不再改变，达到一种表面静止的状态，简称为化学平衡。
②化学反应的限度：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____________。


【应用尝试】
判断下列说法是否正确。
(1)当一个可逆反应在一定条件下达到平衡状态时，反应物与生成物的浓度不再改变。(　　)
(2)当一个可逆反应达到平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等且等于零。(　　)
(3)平衡状态时，各物质的浓度保持相等。(　　)
(4)化学反应的限度不可以通过改变条件而改变。(　　)

状元随笔　关于化学平衡状态的四个要点
(1)前提：“一定条件”，即正、逆反应必须在同一反应条件(如温度、压强等)下进行。
(2)使用范围：“可逆反应”，反应不能进行彻底，反应物和生成物同时存在于同一反应体系中。
(3)微观实质：正、逆反应速率相等。
(4)宏观特征：各组分的浓度保持不变。



【学而思】
1.思考：(1)已知2SO2＋O22SO3，则在催化剂、加热条件下，将2 mol SO2和1 mol O2充入密闭容器中进行反应最终能否生成2 mol SO3?



(2)可逆反应进行一定时间后，各组分的浓度相等或正好等于化学计量数之比时，可逆反应是否达到平衡？



2．辨析：(1)恒容密闭容器中的可逆反应2NO2(g)⇌2NO(g)＋O2(g)，单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO，能否说明该反应已达到平衡状态？若混合气体的颜色不再改变呢？能否说明？请说明理由。



(2)恒容密闭容器中，通入1 mol CO2和3 mol H2发生反应CO2(g)＋3H2(g)⇌CH3OH(g)＋H2O(g)，体系中＝，且保持不变，能否说明该反应已达到平衡状态？若混合气体的平均相对分子质量不变呢？能否说明？请说明理由。



(3)2HI(g)⇌H2(g)＋I2(g)在温度和体积一定时，容器内压强不再变化。能否说明该反应已达到平衡状态，请说明理由。




二、化学反应条件的控制
1．条件控制的意义
(1)促进有利反应
(2)抑制有害反应
2．条件控制在工业合成氨中的应用
(1)化学理论：________温、________压时有利于提高氨的产率。
(2)工业实际：
①温度——温度低，氨的产率高，反应速率小，达到化学平衡所需时间长，生产成本高，工业上通常选择在____________下进行。
②压强——压强越大，氨的产率越高，对动力和生产设备的要求也越高，采用的压强通常为____________。


【应用尝试】
(1)煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
通入适当过量的空气的目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
若空气不足，会造成的结果为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)选择保温隔热且耐热的炉(灶)膛材料的主要目的是________________。
(3)充分利用煤燃烧后的废气中的热量可采取的措施是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。



【学而思】
1.思考：高炉炼铁时，实际消耗的焦炭远高于理论计算量，为什么？





2．探索：以下是2SO2＋O22SO3在不同条件下达到平衡状态时SO2的转化率。
温度/℃
压强/MPa
0.1
0.5
1
10
400
99.2%
99.6%
99.7%
99.9%
500
93.5%
96.9%
97.8%
99.3%
600
73.7%
85.8%
89.5%
96.4%
从以上数据分析，要实现SO2转化率为93.5%，需控制的反应条件是什么？提高该化学反应限度的途径有哪些？




[即学即练]
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)任何可逆反应都有一定的限度。(　　)
(2)化学反应达到限度时，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。(　　)
(5)化学平衡的建立与反应条件密切相关。(　　)
(6)化学平衡状态时，化学反应即停止。(　　)
2．下列说法正确的是(　　)
A．H2可燃烧生成水，水可电解生成H2，上述两个反应互为可逆反应
B．用含18O的氧气氧化不含18O的SO2时，反应一段时间后，SO2中也会含有18O
C．可逆反应的反应物在一定的条件下也能完全反应
D．可逆反应不可能有能量变化
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反应生成2 mol SO3
D．化学反应的限度可以通过改变条件来改变
4．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
5．(双选)化学反应速率在工农业生产和日常生活中都有重要作用，下列说法正确的是(　　)
A．将肉类食品进行低温冷藏，能使其永远不会腐败变质
B．并不是所有化工生产都必须使用催化剂
C．夏天面粉的发酵速率与冬天面粉的发酵速率相差不大
D．茶叶使用真空包装，能显著延长茶叶的储存时间
6．某温度下，在2 L密闭容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。

(1)由图中数据分析，该反应的化学方程式为____________________。
(2)反应开始至2 min，Z的平均反应速率为________________。
(3)判断：第5 min时，反应是否达到平衡？________(填“是”或“否”)；第5 min时，Z的生成速率________Z的消耗速率(填“大于”“小于”或“等于”)。



核心素养——合作·探究·分享
目标1　化学平衡的建立——化学反应的限度
例1 如图所示为可逆反应X2＋3Y2⇌2Z2在反应过程中的反应速率v(mol·L－1·min－1)随时间t(min)变化的关系曲线，下列叙述正确的是(　　)

A．t1 min时，只有正反应在进行
B．t1 min时，反应达到平衡状态
C．t2～t3 min，反应不再进行
D．t2～t3 min，各物质的浓度不再发生变化
[提升1]　对化学反应限度的叙述，不正确的是(　　)
A．当化学反应达到最大限度时反应速率为0
B．同一化学反应，若反应条件不同，限度可能不同
C．化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等
D．化学反应的限度与时间的长短无关



关键能力
化学平衡的建立过程
1．速率变化

2．图像表示


状元随笔
化学平衡状态的特征
1．本质(动态特征)：v正＝v逆≠0
(1)同种物质：同一物质的生成速率等于其消耗速率；
(2)不同物质必需标明是“异向”的反应速率关系，如反应：aA(g)＋bB(g)⇌cC(g)＋dD(g)，＝时，反应达到平衡状态。
2．表现(静态特征)：各种“量”不变
(1)各物质的质量、物质的量、浓度不变。
(2)各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)不变。
(3)温度、压强(化学方程式两边气体体积不相等的反应)或颜色(某组分有颜色)不变。


目标2　化学平衡状态的判断
例2在一定温度下，反应H2(g)＋I2(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
D．1个H—H键断裂的同时，有2个H—I键断裂
[提升2]　对于可逆反应M＋N⇌Q达到平衡时，下列说法正确的是(　　)
A．M、N、Q三种物质的浓度一定相等
B．M、N全部变成了Q
C．反应物和生成物的浓度都保持不变
D．反应已经停止

状元随笔　判断化学平衡状态的技巧
判断平衡状态，技巧是“正逆相等、变量不变”。
(1)“正逆相等”：若是同一物质，正、逆反应速率相等；若是不同物质，正、逆反应速率之比等于化学计量数之比。
(2)“变量不变”：变量即平衡前是一直变化的物理量，当这个变量不再发生改变时，可以判断反应达到平衡状态。



关键能力
化学平衡状态的判断标志
1．直接标志
(1)v正＝v逆
①同一种物质的生成速率等于消耗速率；
②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都等于化学计量数之比；
③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
①各组分的浓度不随时间的改变而改变；
②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)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。
(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。


状元随笔　化学平衡状态判断的“两种误区”
(1)各组分的浓度相等证明反应达到平衡状态。
(2)各组分的分子数等于化学计量数之比证明反应达到平衡状态。
反应达到化学平衡状态时各组分的浓度保持不变，但不一定相等，也不—定等于化学计量数之比。



学考评价——夯实·测控·演练
1．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
2．在已达到平衡的可逆反应2SO2＋O22SO3中，充入由18O组成的氧气一段时间后，18O存在于下列物质中的(　　)
A．多余的氧气中
B．生成的三氧化硫中
C．氧气和二氧化硫中
D．二氧化硫、氧气和三氧化硫中
3．(双选)哈伯因发明了由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将完全转化为NH3
B．达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度不一定相等
C．达到化学平衡时，正反应和逆反应的速率都为0
D．达到化学平衡时，3v正(N2)＝v逆(H2)
4．可逆反应：2NO2⇌2NO＋O2在体积固定的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是(　　)
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混合气体的颜色不再改变的状态
⑤混合气体的密度不再改变的状态
⑥混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A．①④⑥⑦ B．②③⑤⑦
C．①③④⑤ D．全部
5．[2022·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
6．一定温度下，在容积为2 L的密闭容器中进行反应：aN(g)⇌bM(g)，M、N的物质的量随时间的变化曲线如下图所示：

(1)此反应的化学方程式中，已知化学计量数之比为最简整数比，则b＝________。
(2)若t2－t1＝10，则从t1到t2，以M的浓度变化表示该反应的平均反应速率，计算出来的结果为__________________mol/(L·min)。
(3)t1、t2、t3三个时刻中，________时刻达到反应的最大限度。


练后感悟
分析图像及其变化特点，可以得到事物变化的实质和规律。关于反应的化学方程式的确定，可以借助图像，先从曲线的变化趋势确定反应物和生成物：物质的量减少的是反应物，物质的量增加的是生成物；再根据不同物质相同时间内物质的量的变化量之比求得化学方程式中相应物质的化学计量数之比；最后根据是否在某个时刻以后，各物质的物质的量保持不变且不为0来确定是否为可逆反应。
























第2课时　化学反应的限度　化学反应条件的控制
学业基础
一、
1．(1)正反应方向　逆反应方向　(2)同一条件下　同时进行　SO2＋H2O⇌H2SO3
2．(1)最大　最大　最小　最小　>　减小　减小　增大　增大　>　不变　不变　不变　不变　＝
(3)可逆　正反应速率　逆反应速率　反应物的浓度和生成物的浓度　最大程度
【应用尝试】
(1)提示：√。化学平衡状态下反应物与生成物的浓度不再改变。
(2)提示：×。反应达到平衡时v(正)＝v(逆)≠0。
(3)提示：×。反应达到平衡时各物质浓度保持不变但不一定相等。
(4)提示：×。当外界条件发生改变时，化学平衡状态可能会发生改变。
【学而思】
1．(1)提示：不能。可逆反应中，正反应和逆反应同时进行，均不能进行到底。即在可逆反应体系中，反应物和生成物共存，所以2 mol SO2和1 mol O2不可能完全转化为SO3，最终生成的SO3的物质的量肯定小于2 mol。
(2)提示：不一定。可逆反应达到平衡时，各组分的浓度保持不变，不一定浓度相等，也不一定等于化学计量数之比。
2．(1)提示：单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO，其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。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。
(2)提示：是不变量，不能说明反应是否达到平衡。因反应前后的气体物质的量不同，混合气体的平均相对分子质量不变，表明反应已达到平衡状态。
(3)提示：不能。在该反应中，反应前后的气体的总物质的量不变，反应无论是否达到化学平衡，反应容器内压强都不随时间变化。

二、
1．(1)速率　利用率　(2)速率　副反应　有害物质
2．(1)低　高　(2)400～500 ℃　10 MPa～30 MPa
【应用尝试】
(1)增大其与空气中O2的接触面积，煤粉燃烧更充分，反应速率更大　使煤粉充分燃烧，放出更多的热量　煤燃烧不完全，生成CO，产生热量减小，且会造成污染
(2)防止热量散失
(3)将燃烧后的废气通过热交换装置，供其他方面使用
【学而思】
1．提示：高炉中发生的反应：CO2＋C⇌2CO为可逆反应，不能完全反应。CO与Fe2O3反应也不能完全转化为Fe和CO2。
2．提示：500 ℃、0.1 MPa。由表可知，要提高反应限度，可以采取增大压强或在一定范围内降低温度等方法。
[即学即练]
1．答案：(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√　(6)×
2．答案：B
3．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正确；2SO2＋O2⇌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正确。
答案：C
4．解析：提高化学反应的限度，可使更多的反应物转化为生成物，提高产品的产量，提高原料的利用率，但不一定提高化学反应速率。
答案：D
5．解析：降温只能减缓反应速率，不能使肉类永远不会腐败变质，A错误；并不是所有的化工生产都需要催化剂，如氯碱工业，B正确；夏天温度高，面粉发酵速率快，冬天温度低，面粉发酵速率慢，C错误；茶叶使用真空包装，能隔绝氧气，显著延长茶叶的储存时间，D正确。
答案：BD
6．解析：由题图可知，2 min后各物质的物质的量都不再发生改变且均不为0，说明该反应是可逆反应。(1)书写反应的化学方程式，关键是确定反应物、生成物以及化学方程式中各物质的化学计量数。一般反应物的物质的量随反应的进行不断减小，生成物的物质的量随反应的进行不断增加，由题图可知，X、Y为反应物，Z为生成物。结合图示中2 min内X、Y、Z物质的量的变化量可知，Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)＝(1.0－0.7)mol∶(1.0－0.9) mol∶(0.2－0)mol ＝3∶1∶2，故该反应的化学方程式中X、Y、Z的化学计量数之比为3∶1∶2。(2)欲求Z物质在2 min内的平均反应速率，可先求出Z的物质的量浓度的变化量，再根据反应速率的计算式v＝求解。(3)第5 min时，各物质的物质的量不变，说明反应达到平衡状态，此时v正＝v逆。
答案：(1)3X＋Y⇌2Z　(2)0.05 mol·L－1·min－1
(3)是　等于
核心素养
[例1]　解析：A项，从题图可知，t1 min时，正、逆反应同时进行，错误；B项，t2 min时，反应达到平衡状态，错误；C项，平衡状态为动态平衡，错误；D项，反应达到平衡状态后，各物质的浓度不再发生变化，正确。
答案：D
[提升1]　解析：A项反应达到最大限度时v正＝v逆≠0，A项错误；同一化学反应，条件改变，化学平衡可能被破坏，反应限度可能就会被改变，B项正确；任何可逆反应都有一定的限度，当反应达到限度时，即反应达到化学平衡，此时v(正)＝v(逆)，对同一可逆反应，达到化学平衡时，当外界条件不变时，反应的限度不变，与时间长短无关。
答案：A
[例2]　解析：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2n mol HI生成，A错误；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1∶1，B错误；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，C错误；断裂H—H键是正反应，断裂H—I键是逆反应，根据化学方程式的化学计量数关系，断裂1个H—H键的同时，有2个H—I键断裂，其正反应速率等于逆反应速率，D正确。
答案：D
[提升2]　解析：平衡时反应物、生成物的浓度之比应从两个方面考虑：一是反应物的起始浓度，二是化学方程式中的化学计量数。如2 mol M与1 mol N反应，无论怎样反应，M与N的浓度永远不相等，所以“M、N、Q三种物质的浓度一定相等”这种说法是错误的，A错误；此反应是可逆反应，B错误；反应物和生成物的浓度都保持不变，可以说明反应达到平衡状态，但未停止，C正确，D错误。
答案：C
学考评价
1．解析：任何可逆反应都有一定的限度，当反应达到一定限度时，反应达到化学平衡，此时v(正)＝v(逆)，对同一个达到化学平衡的可逆反应，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，引起v(正)与v(逆)不相等时，化学平衡被破坏，化学反应的限度也会发生改变。
答案：D
2．解析：该反应为可逆反应，18O的加入定会与SO2结合生成含18O的SO3，同时含18O的SO3又会分解得到SO2和O2，使SO2、O2中也含有18O，因此18O存在于SO2、O2、SO3这三种物质中。
答案：D
3．答案：BD
4．解析：①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①能说明达到平衡状态；②所描述的都是指正反应方向的速率，无法判断；③无论达到平衡与否，物质的反应速率之比都等于化学方程式中物质的化学计量数之比；④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⑤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⑥⑦均能说明达到平衡。
答案：A
5．解析：可以改变外界条件控制化学反应的限度，A项正确；压强越大，氨的产率越高，B项正确；合成氨的生产在温度较低时，氨的产率较高，C项错误；压强越大，氨的产率越高，反应物的转化率越高，同时，压强越高，化学反应速率越快，到达平衡的时间越短，D项正确。
答案：C
6．解析：(1)达到平衡状态时，N的物质的量变化量为8 mol－2 mol＝6 mol，M的物质的量变化量为5 mol－2 mol＝3 mol，化学方程式中化学计量数之比等于物质的量变化量之比，所以a∶b＝6∶3＝2∶1，所以b＝1。(2)容积为2 L，t2－t1＝10，则从t1到t2，M的物质的量变化量为4 mol－3 mol＝1 mol，所以v(M)＝＝0.05 mol/(L·min)。(3)t3时刻M、N的物质的量不再随时间变化而变化，所以t3时刻达到反应的最大限度。
答案：(1)1　(2)0.05　(3)t3