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学案

《化学平衡的特征与反应条件控制》学案设计

【学习目标】

1．通过平衡的建立过程学习，掌握平衡的特征；

2．通过对平衡特征的分析，理解达到平衡的标志；

3．通过对燃烧煤、合成氨反应条件的选择分析，理解从速率和平衡的角度思考反应条件的控制。

【学习过程】

环节一：化学平衡的特征

1、对于可逆反应2SO2(g) +O2 (g)2SO3(g)，在密闭容器中加入2mol SO2和1mol O2，你能画出正逆速率随反应的变化图像吗？

2、总结—化学平衡的特征为：

____________________________________________________________________________________________；

环节二：化学平衡的标志

1、思考：在这些平衡的特征中，你觉得哪些可以说明一个可逆反应达到了一定条件下的反应限度？

__________________________________________________________________________________________；

提示：达到平衡的特点是表观上反应已经停止的状态。

2、【典例分析】

例1：一定条件下，对于可逆反应N2＋3H22NH3，反应速率可以用不同的物质描述(N2或H2或NH3)，下列描述中，可以作为反应达到的标志的是________________

（1）单位时间内，有1molN2反应掉，同时有1molN2生成

（2）单位时间内，有3molH2反应掉，同时有2molNH3反应掉

（3）单位时间内，有1molN2反应掉，同时有3molH2反应掉

（4）1moN☰N键断裂的同时有3moH-H键生成

（5）

例2：一定条件下，对于可逆反应N2＋3H22NH3，描述反应的量已经不再发生改变的方式有很多，可以作为反应达到的标志的是________________

（1）容器内氮气的物质的量不再改变

（2）容器内颜色不再改变

（3）固定容器恒容条件下，容器内压强不再改变

（4）固定容器恒容条件下，容器内气体密度不再改变

（5）恒容或恒压条件，容器内平均相对分子质量不再改变

环节三：化学反应的条件

在一定条件下，反应会达到限度，很多时候为了促进有利的反应，抑制有害的反应，或者加快反应的速率，改变反应的限度，我们都会考虑到反应条件的控制。

 1 、从改变化学反应速率的角度理解反应条件的控制

思考与讨论：为了提高燃料的燃烧效率，应如何调控燃烧反应的条件？

____________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________

2、从化学反应限度的角度理解化学反应条件的控制

阅读课本P48页，分析工业上合成氨气所采用的反应条件以及原因。

____________________________________________________________________________________________

【学习效果】

1．某可逆反应达到平衡状态时，下列说法不正确的是(   )

A．化学平衡是一种动态平衡，v正＝v逆≠0

B．一定条件下，可逆反应都能达到平衡状态

C．平衡状态时，反应混合物中各组分含量保持不变

D．平衡状态时，反应混合物中各物质的浓度一定相同

2．向一密闭容器中放入1 mol X，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1.5 mol Y         D．t2～t3时，X、Y的物质的量均没有发生变化

3．在一定温度下，向密闭容器中充入一定量的NO2和SO2，发生反应：NO2(g)＋SO2(g)NO(g)＋SO3(g)，当化学反应达到平衡时，下列叙述正确的是(  )

A．SO2和SO3的物质的量一定相等

B．NO2和SO3的物质的量一定相等

C．反应后混合物的总物质的量一定等于反应开始时NO2和SO2的总物质的量

D．SO2、NO2、NO、SO3的物质的量一定相等

4．在一定条件下，使一定量的A和B气体混合发生反应2A(g)＋3B(g)4C(g)。下列描述中，说明反应已达到平衡状态的是(  )

A．各物质的浓度之比c(A)∶c(B)∶c(C)＝2∶3∶4

B．混合气体中各物质的浓度相等

C．单位时间内，消耗a mol A物质的同时消耗2a mol C物质

D．混合气体的体积是反应开始前的4/5

5．可逆反应2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)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

6．往恒容密闭容器中通入a mol NO2气体，在一定温度下分解生成O2和NO，各物质浓度随时间的变化如图所示：

下列说法错误的是(   )

A．X表示NO，Y表示O2

B．t1 min时，NO2的正反应速率比逆反应速率大

C．t3 min时，c(NO2)+c(NO)+c(O2)=1.5a mol•L-1

D．t3 min时改变某种外界条件，化学反应限度可能不变

7．在2.0 L恒温恒容密闭容器中充入1.0 mol HCl和0.3 mol O2，加入催化剂发生反应4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)，HCl、O2的物质的量随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．t2时，v(正)＝v(逆)

B．加入催化剂反应速率不变

C．t1时容器内气体的总压强比t2时的大

D．t3时，容器中c(Cl2)＝c(H2O)＝0.4 mol·L－1

8．把2.5 mol A和 2.5 mol B混合放入容积为2 L的密闭容器里，发生如下反应：3A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(g)，经 5 s反应达平衡，在此5 s内C的平均反应速率为0.2 mol·L－1·s－1，同时生成1 mol D，下列叙述中错误的是(　　)

A．x＝4

B．达到平衡状态时容器内气体的压强与起始时压强之比为6∶5

C．5 s内B的平均反应速率v(B)＝0.05 mol·L－1·s－1

D．达到平衡状态时A的转化率为50%

9．下图所示为工业合成氨的流程图。下列有关生产条件的调控作用分析正确的是_______(填序号)。

(1)步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒

(2)步骤②中“加压”可以加快反应速率

(3)步骤②采用的压强是2×107 Pa，因为在该压强下铁触媒的活性最大

(4)步骤③，选择高效催化剂是合成氨反应的重要条件

(5)目前，步骤③一般选择控制反应温度为700 ℃左右

(6)步骤④⑤有利于提高原料的利用率，能节约生产成本

10．中国政府承诺，到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~50%。CO2可转化成有机物实现碳循环。在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO2和3molH2，一定条件下反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

（1）从3min到9min，v(CO2)=__mol·L-1·min-1（计算结果保留2位有效数字）。

（2）能说明上述反应达到平衡状态的是______________（填编号）。

A．反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1∶1（即图中交叉点）

B．混合气体的压强不随时间的变化而变化

C．单位时间内生成1molH2，同时生成1molCH3OH

D．混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化

（3）平衡时CO2的转化率为__________________%。

（4）平衡混合气体中CO2(g)和H2(g)的质量之比是____________________。

（5）第3分钟时v正(CH3OH)_____________第9分钟时v逆(CH3OH)（填“＞”、“＜”“=”或“无法比较”）。

【参考答案】

9．(1)(2)(4)(6)

10．答案(1)0.042    (2) BD    (3) 75    (4)22：3    (5)＞

【答案与详解】

1．答案 D

解析：

A．可逆反应达到平衡时正逆反应速率相等，且均不为0，故A正确；

B．一定条件下，可逆反应都有一定的限度，达到该条件下的最大限度即达到平衡状态，故B正确；

C．反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各物质的物质的量、浓度等不再发生变化，故C正确；

D．平衡时各物质的浓度不在改变，但不一定相同，故D错误；

2．答案 D

解析： t1时，v正＞v逆＞0，正、逆反应都在发生，A项错误；t2～t3时，v正＝v逆＞0，反应并未停止，B项错误；该反应为可逆反应，1 mol X不能完全反应，所以当反应达到平衡时，容器内Y的物质的量小于1.5 mol，C项错误；t2～t3时为化学平衡状态，X、Y的物质的量均不发生变化，D项正确。

3．答案 C

解析：题中没有给出各物质的投料情况，NO2、SO2、NO和SO3的量之间没有必然的关系，可能相等，也可能不等，A、B、D项错；该反应反应前后气体分子数不变，故反应后混合物的总物质的量一定等于反应开始时NO2和SO2的总物质的量，C项正确。

4．答案 C

解析：化学平衡状态时，各组分浓度保持不变，不是浓度相等；用不同物质的反应速率表示达到平衡，要求反应方向是一正一逆，且反应速率之比为化学计量数之比。

5．答案 A

解析： ①中单位时间内生成n mol O2的同时生成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不能说明达到平衡；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。

6．答案C

解析：A．NO2气体在一定温度下分解生成O2和NO，反应方程式为：2NO22NO+O2，根据方程式可知反应产生的NO和O2的物质的量浓度比为2：1，则根据图示可知X应该表示NO，Y应该表示O2，A正确；

B．t1 min时，反应未达到平衡，还在向正反应方向进行，说明NO2的正反应速率比逆反应速率大，B正确；

C．t3 min时，反应达到平衡状态，由于反应物不能完全转化为生成物，且容器的容积未知，因此不能确定容器中各种物质的浓度和的大小，C错误；

D．t3 min时反应达到平衡状态，若此时使用催化剂，正、逆反应速率都改变，且改变的倍数相同，则化学平衡不移动，即化学反应限度不变，D正确；

7．答案C

解析：t2时，反应物的量还在减少，反应还在向正方向进行，v(正)>v(逆)，选项A错误；加入催化剂可改变化学反应速率，选项B错误；反应4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)是气体体积减小的反应，随着反应的进行，气体的总物质的量减小，恒容容器内压强减小，故t1时容器内气体的总压强比t2时的大，选项C正确；t3时，O2的物质的量为0.1 mol，减少了0.2 mol，故生成Cl2、H2O的物质的量均为0.4 mol，容器中c(Cl2)＝c(H2O)＝0.2 mol·L－1，选项D错误。

8．答案　D

解析　根据C的平均反应速率可以算出5 s内C的物质的量的变化量为2 mol。根据“三段式”法进行分析：

　　　　　　3A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(g)

起始量/mol　  2.5　 2.5　　0　　　0

转化量/mol　　1.5　 0.5　　0.5x　  1

平衡量/mol　　 1　　2　　　2　　 1

根据C和D的物质的量的变化量之比为2∶1，可以确定x＝4，A项正确；同温同体积下，气体的压强之比等于其物质的量之比，起始时气体的总物质的量为5 moL，达到平衡时气体的总物质的量为6 mol，所以达到平衡时容器内气体的压强与起始时压强之比为6∶5，B项正确；5 s内物质B消耗了0.5 mol，用B表示的化学反应速率为＝0.05 mol·L－1·s－1，C项正确；达到平衡时A的转化率为×100%＝60%，D项错误。

9．答案(1)(2)(4)(6)

【解析】：

(1)“净化”的目的是除去P、S、As的化合物，防止这些物质使催化剂中毒而失去活性，正确；

(2)②中“加压”为了加快反应速率，正确；

(3)加压是为了加快反应速率，也能使平衡向正向移动，但不会影响催化剂，错误。

(4)③选择高效催化剂能加快反应速率，并不能使平衡移动，是反应的重要条件，正确；

(5)工业合成氨反应一般采用500℃左右，因为催化剂在500℃时活性最强，而不是700℃左右，故错误；

(6)合成氨反应是可逆反应，反应物不能反应完全，步骤④⑤将未反应完全的氢气和氮气通过液化和氨气分离开来，循环使用，有利于提高原料的利用率，能节约生产成本。故正确。

10．答案(1)0.042    (2) BD    (3) 75    (4)22：3    (5)＞

【解析】：

(1)3min到9min，CO2浓度变化为0.5mol/L−0.25mol/L=0.25mol/L，CO2反应速率为：，故答案为：0.042；

(2)A.反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1:1(即图中交叉点)，浓度相等而不是不变，故A错误；

B. 混合气体的物质的量为变量，则压强为变量，随着反应的进行，混合气体的压强不随时间的变化而变化，此时反应达到平衡，故B正确；

C. 单位时间内生成3molH2，同时生成1molCH3OH，则正逆反应速率相等，故C错误；

D. 混合气体的质量不变，混合气体的物质的量随着反应的进行是变量，则平均相对分子质量不随时间的变化而变化此时反应达到平衡，故D正确；

故答案为：BD；

(3)由图象可知平衡时CO2的为0.25mol/L，可知消耗0.75mol/L，则转化率为，故答案为：75；

(4)

则平衡时混合气体中CO2(g)和H2(g)的质量之比是 ，故答案为：22:3；

(5)第9分钟时达到平衡，υ逆(CH3OH)=υ正(CH3OH)，随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，则第3分钟时υ正(CH3OH) 大于第9分钟时υ逆(CH3OH)。故答案为：＞。