必修 第二册第二节 化学反应的速率与限度精品学案

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第二节 化学反应的速率与限度 （2）


学习目标





通过实验认识化学反应的限度、可逆反应和化学平衡的含义，知道当一定的外界条件改变时化学反应限度可能发生改变。


了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。





知识储备


可逆反应


（1）定义：在同一条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行。


（2）特点：


双向→正反应和逆反应发生的条件相同。


双同→正反应、逆反应在同一条件下同时进行。


共存→反应物、生成物同时存在。


（3）表示方法：用化学方程式或离子反应方程式，但其中“ ”用“” ”


代替。 “ ” 称为可逆符号。


化学平衡


（1）化学平衡的建立过程





v-t图像





在一定条件下的可逆发应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度不在改变，到达一种表面静止的状态，称为化学平衡。


（2）化学平衡状态的特征





（3）化学平衡状态的判断








（4）反应物的转化率








可简化为：





化学反应达到平衡时（限度），反应物具有该条件下的最大的转化率。


（5）化学反应条件的控制


目的：促进有利的化学反应、抑制有害的化学反应


方法：通过改变反应条件而改变化学反应速率或可逆反应进行的程度。


应用：提高能量转化率、提高热量利用率、


意义：通过控制化学反应速率或限度，向着人们期望的方向转化。


实例：


（1）以“提高煤的燃烧效率”为例，分析化学反应条件的选择


1、煤的状态与煤燃烧的速率有何关系？与煤的充分燃烧有何关系？


煤研磨得越细，粉末颗粒越小，与空气中O2的接触面积越大，燃烧越充分，反应速率越快。


2、空气用量对煤的充分燃烧有什么影响？原因是什么？


空气充足，煤燃烧生成CO2越充分，放热越多；空气不足，则煤燃烧部分生成CO，CO排放到空气中造成污染，且生成CO时，放出的热量大大减少。


3、应选择什么样的炉(灶)膛材料?理由是什么?


应选择保温隔热耐热的炉(灶)膛材料;尽管煤燃烧是放热反应.但反应过程中煤燃烧需提供部分热量才能继续，因此利用煤燃烧放出的部分热量就可维持反应的继续进行，选用保温隔热材料的目的正是防止热量的散失。


4、如何充分利用煤燃烧后产生的废气中的热量?


可将燃烧后产生的废气通过热交换装置，供其他方面使用。


(2)燃料燃烧不充分的危害





①产生热量少,浪费资源;②产生污染物，危害人体健康。


(3)提高燃料的燃烧效率的措施


①尽可能使燃料充分燃烧，提高能量的转化率。关键是燃料与空气或氧气要尽可能充分地接触，且空气要适当过量。


②尽可能充分地利用燃料燃烧所释放出的热能，提高热能的利用率。





课堂练习


【典例1】在一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的浓度分别为0.2 ml·L－1、0.1 ml·L－1、0.2 ml·L－1，当反应达到平衡时，可能存在的数据是( )


A．SO2为0.4 ml·L－1，O2为0.2 ml·L－1


B．SO2为0.25 ml·L－1


C．SO3为0.4 ml·L－1


D．SO2、SO3均为0.15 ml·L－1


【典例2】将2ml X和2ml Y充入2L的密闭容器中,发生反应X(g)+3Y(g)2Z(g)+a Q(g),2min末达到平衡时,生成0.8ml Z,测得Q的浓度为0.4ml·L-1,下列叙述错误的是( )


A.a的值为2B.平衡时X的浓度为0.2ml·L-1


C.Y的平衡转化率为60%D.反应速率v(Y)=0.3ml·L-1·min-1


【典例3】一定温度下，一定体积的容器中发生反应：A（s）+3B（g）⇌2C（g）+2D（g），下列描述中能说明该反应达到平衡的是（ ）


①C的质量不发生变化 ②单位时间内生成a ml A，同时消耗2a ml C


③容器中的压强不再变化 ④混合气体的密度不再变化 ⑤n（A）：n（B）：n（C）：n（D）＝1：3：2：2


⑥B的浓度不变


A．①③⑤⑥B．①③④⑥C．②④⑤D．②③④


【典例4】对可逆反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g),下列叙述正确的是( )


A.化学反应速率关系是:2v正(NH3)=3v正(H2O)


B.达到化学平衡时,4v正(O2)=5v逆(NO)


C.达到化学平衡时,若增加容器体积,则正反应速率减小,逆反应速率增大


D.若单位时间内生成x ml NO的同时消耗x ml NH3,则反应达到平衡状态


【典例5】可逆反应2NO2(g)2NO(g)+O2(g),在容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 ml O2的同时生成2n ml NO2


②单位时间内生成n ml O2的同时生成2n ml NO


③用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为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


①④⑥⑦B.②③⑤⑦C.①③④⑤D.全部


【典例6】在一定温度下的密闭容器中，当下列物理量不再变化时，表明已达平衡的是( )


A.混合气体的压强B.混合气体的密度C.混合气体的分子数目D.混合气体的总物质的量


【典例7】下列说法中,可以证明反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已达到平衡状态的是( )


A.一个N=N键断裂的同时,有三个H-H键形成


B.一个N=N键断裂的同时,有三个H-H键断裂


C.一个N=N键断裂的同时,有两个N-H键断裂


D.一个N=N键断裂的同时,有六个N-H键形成


【典例8】一定温度下,在容积恒定的密闭容器中发生可逆反应,下列叙述一定是达到平衡的标志的是 ( )


①


②单位时间内生成a ml A,同时消耗2a ml C


③A、B、C的浓度不再变化


④混合气体的总压强不再变化


⑤C的质量分数不再改变


⑥用A、B、C的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为1:3:2的状态


⑦A、B、C的浓度彼此相等


⑧混合气体的密度不再改变的状态


A.①③④⑤B.①④⑤⑦C.④⑤⑥⑧D.③⑤⑥⑦


【典例9】某可逆反应在某体积为5L的密闭容器中进行,在从0~3分钟各物质的量的变化情况如图所示(A,B,C均为气体)





(1)该反应的化学方程式为__________________。


(2)在一定温度下,体积不变的密闭容器中,上述反应达到平衡的标志是( )(填字母)


A.气体总质量保持不变B.A、B、C的浓度都相等


C.A、B、C的浓度不再发生变化D.A、B、C的分子数之比为2:1:2


E.正反应和逆反应都已停止F.容器内气体密度不再发生变化






































答案与解析


1答案：B


解析：


2答案：B


解析：X(g)+3Y(g)2Z(g)+a Q(g)


初始浓度/(ml·L-1)1100


转化浓度/(ml·L-1)0.20.60.40.4


平衡浓度/(ml·L-1)0.80.40.40.4


2:a=0.4:0.4,故a=2,A项正确;平衡时,B项错误;,C项正确;,D项正确。





3答案：B


解析：


4答案：B


解析：A、反应速率之比等于化学计量数之比,则3V正(NH3)=2V正(H2O),故A错误;


B、反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等,4V正(O2)=5V逆(NO),说明消耗氧气的速率和生成氧气的速率相等,故B正确;


C、达到化学平衡时,若增加容器体积,容器的压强减小,正逆反应速率都减小,故C错误;


D、无论是否达到平衡状态,反应速率之比都等于化学计量数之比,即位时间内生成x ml NO的同时,消耗x ml NH3,但不能说明正逆反应速率相等,故D错误.


故选B.


5答案：A


解析：从平衡状态的两个重要特征上判断：(1)v(正)=v(逆),(2)混合物中各组成成分的百分含量不变。①单位时间内生成n ml O2的同时生成2n ml NO2,v(正)=v(逆),正确;②单位时间内生成n ml O2的同时生成2n ml NO,二者均为正反应速率,不能作平衡标志,错误;③用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为2:2:1的状态,没有明确正、逆反应速率,不能作平衡标志,错误;④混合气体的颜色不再改变时,二氧化氮的浓度不再改变,达到平衡状态,正确;⑤该反应在体积固定的密闭容器中混合气体的密度不随反应的进行而变化,密度不变不能作为平衡标志,错误;⑥该反应前后气体物质的量不等,混合气体的压强不再改变的状态为平衡状态,正确;⑦该反应前后气体物质的量不等,混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态为平衡状态,正确。





6答案：B


解析：，因为气态物质化学计量数不变,压强始终不变,A错误。密度是混合气体的质量和容器容积的比值,在反应过程中容器容积始终不变,但质量是变化的,B正确。根据化学方程式可知,反应前后气体体积不变,在温度、压强不变的情况下,气体物质的量之比等于体积之比,所以混合气体的分子数目和总物质的量始终不变,C、D错误。





7答案：A


解析：断裂N=N键代表正反应速率,形成H-H键表示逆反应速率,一个N=N键断裂的同时,有三个H-H键形成,表示正逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故A正确;断裂N=N键代表正反应速率,断裂H-H键也表示正反应速率,不能判断反应是否达到平衡状态,故B错误;断裂N=N键代表正反应速率,断裂N—H键表示逆反应速率,一个N=N键断裂的同时,有两个N-H键断裂,说明正反应速率大于逆反应速率,没有达到平衡状态,故C错误;断裂N=N键代表正反应速率,形成N-H键表示正反应速率,不能判断反应是否达到平衡状态,故D错误。


8答案：A


解析：反应达到平衡时正、逆反应速率比等于化学计量数之比,所以2v正(B)=3v逆(C)时达到平衡,故①正确;生成A与消耗C都表示逆反应速率,不能作为反应达到平衡的标志,故②错误;达到平衡时各物质的浓度保持不变,所以A、B、C的浓度不再变化反应达到平衡,故③正确;反应前后气体化学计量数和不同,压强是变量,所以混合气体的总压强不再变化反应达到平衡,故④正确;C的质量分数不再改变,说明C的浓度保持不变,反应达到平衡状态,故⑤正确;任意时刻用不同物质表示的速率比等于化学计量数之比,所以用A、B、C的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为1:3:2的状态不一定是平衡状态,故⑥错误;各物质的浓度保持不变反应达到平衡状态,A、B、C的浓度彼此相等时不一定保持不变,所以A、B、C的浓度彼此相等时反应不一定达到平衡,故⑦错误;根据,该反应中密度是恒量,所以密度不变反应不一定达到平衡,故⑧错误。


9答案：(1)2A(g)+B(g)2C(g)(2)C


解析：(1)根据图像可知A、B物质的量减少,为反应物,C物质的量增大为生成物,2分钟时达到平衡,该反应为可逆反应,0~2分钟A、B、C物质的量改变量分别为2ml、1ml、2ml,所以该反应的化学方程式为:2A(g)+B(g)2C(g)。


(2)A.根据质量守恒,不论反应是否平衡,气体总质量保持不变,所以气体总质量保持不变不能判断反应达到平衡,错误;B.A、B、C的浓度是否相等与反应是否平衡无关,错误;C.A、B、C的浓度不再发生变化,说明正反应速率等于逆反应速率,说明反应达到平衡,正确;D.A、B、C的分子数之比与反应是否平衡无关,错误;E.反应平衡时正反应速率等于逆反应速率,不是0,错误;F.根据质量守恒定律,气体质量不变,容器的体积固定,则不论是否平衡,密度保持不变,所以容器内气体密度不再发生变化,不能判断反应达到平衡,错误。