高中化学鲁科版 (2019)必修 第二册第2章 化学键 化学反应规律第3节 化学反应的快慢和限度导学案

基础课时11　化学反应的限度

一、化学反应的限度——化学平衡状态

1．可逆反应

(1)定义：在相同条件下同时向正、逆两个方向进行的反应。

(2)表示方法：书写可逆反应的化学方程式时不用“===”而用“”。

(3)特点

2．化学平衡状态

(1)化学平衡状态的建立

①建立过程

②化学平衡建立过程的图像

(2)化学平衡状态的概念

在一定条件下可逆反应进行到一定程度时，反应物和生成物的浓度不再随时间的延长而发生变化，正反应速率和逆反应速率相等且大于0，这种状态称为化学平衡状态。

　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)增加O2的量可使SO2全部转化为SO3。 (　　)

(2)可以通过延长化学反应的时间来改变反应的限度。 (　　)

(3)一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度。  (　　)

(4)当一个可逆反应达到平衡时，正、逆反应速率都为零。 (　　)

(5)反应2SO2＋O22SO3达到平衡后，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O2、SO2和SO3中。              (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√

二、化学平衡状态的改变

1．实验探究温度改变对化学平衡的影响

2NO2N2O4(正反应方向为放热反应)受温度的影响

(1)现象

(2)结论

①当其他条件不变时，升高反应体系的温度，化学平衡向吸热反应方向移动；降低反应体系的温度，化学平衡向放热反应方向移动。

②同一可逆反应在不同条件下将建立起不同的化学平衡状态。

2．影响化学平衡移动的因素

影响因素有浓度、温度、压强等。

　可乐和雪碧中都溶解了二氧化碳，当打开可乐或雪碧时，会看到有大量气泡产生，为什么？

提示：可乐和雪碧中溶解有二氧化碳气体，二氧化碳与水反应的方程式为CO2＋H2OH2CO3，打开瓶塞，压强减小，平衡向生成二氧化碳的方向移动，因此有大量气体冒出。

化学平衡状态的特征

下图是可逆反应X2＋3Y22Z2在反应过程中反应速率(v)与时间(t)的关系曲线。

1．t1时反应是否达到平衡状态？t2时正、逆反应速率的关系是怎样的？

提示：t1时，反应未达平衡状态，正反应速率大于逆反应速率，t2时，反应已经达到平衡状态，此时v(正)＝v(逆)。

2．t2～t3时间段反应是否停止了？各物质的浓度还发生变化吗？

提示：t2～t3时反应已经处于平衡状态，正反应速率等于逆反应速率，正、逆反应仍在进行，各物质的浓度不再随时间的变化而变化。

3．可逆反应达到化学平衡时，各物质的浓度相等吗？

提示：不一定，达到平衡后各物质的浓度保持不变。

化学平衡状态的特征

1．下列关于化学平衡的说法中，不正确的是(　　)

A．当可逆反应达到平衡时，正、逆反应速率都为零

B．当可逆反应达到化学平衡时，正、逆反应速率一定相等

C．当可逆反应达到化学平衡后，改变某些条件可以使平衡破坏

D．当可逆反应达到平衡时，尽管正、逆反应都还在进行，但各物质的浓度保持不变

A　[可逆反应达到平衡时，v(正)＝v(逆)≠0。]

2．一定条件下，在体积一定的密闭容器中加入1 mol N2和3 mol H2发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)

ΔH＝－92 kJ·mol－1(此式表示1 mol N2和3 mol H2完全反应放出的热量是92 kJ)。下列有关说法正确的是(　　)

A．向容器中再加入N2，可以加快反应速率

B．达到化学平衡时，反应放出热量92 kJ

C．达到化学平衡时，正、逆反应速率都为0

D．单位时间内生成1 mol N2，同时生成3 mol H2，说明该反应达到化学平衡状态

A　[向容器中再加入N2，N2的浓度增大，反应速率加快，A正确；该反应为可逆反应，反应物不能完全转化为生成物，所以达到化学平衡时，反应放出的热量小于92 kJ，B错误；化学平衡为动态平衡，化学反应达到平衡时反应仍然在进行，因此正、逆反应速率都不为0，C错误；单位时间内生成1 mol N2，同时生成3 mol H2，表示的都是反应逆向进行，因此不能说明该反应达到化学平衡状态，D错误。]

化学平衡状态的判定

1．在密闭容器中进行反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，当SO2、O2、SO3的浓度之比为2∶1∶2时能否说明该反应达到化学平衡状态？

提示：不能。因为不能说明各组分的浓度一定不变。也不能说明该反应的正、逆反应速率相等。

2．对于在容积固定的密闭容器中进行的反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，当压强恒定时，一定达到平衡吗？密度一定时呢？

提示：压强恒定时，反应一定达到平衡，因为压强恒定，说明各气体的物质的量恒定；但密度恒定时，不一定达到平衡，因为气体的总质量不变，容积不变，密度在任何时刻都不变。

3．对于在容积固定的密闭容器中进行的反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)，当压强恒定时，一定达到平衡吗？密度或混合气体平均相对分子质量一定时呢？

提示：均不一定，因为该反应在反应前后气体的物质的量不变，所以压强、密度、混合气体平均相对分子质量均不变。

化学平衡状态的判断

可逆反应达到化学平衡状态有两个主要特征，一是正反应速率和逆反应速率相等；二是反应混合物中各组分的百分含量保持不变。这两个特征是判断可逆反应达到平衡状态的核心依据。 以反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)为例进行分析：

1．直接依据

(1)速率特征：指“等”，即v(正)＝v(逆)。

(2)含量特征：指“定”，即反应混合物中各组成成分的含量保持不变。例如：

2．间接依据

(1)若m＋n≠p＋q，则混合气体的总物质的量、体系温度、总压强、平均摩尔质量不随时间的改变而改变，可说明反应达到了平衡状态。

(2)反应体系中有色物质的颜色不再改变。 如反应2NO2(g)N2O4(g)(N2O4气体为无色，NO2气体呈红棕色)，在恒温恒容密闭容器中，若混合气体的颜色不再发生变化，说明反应达到了平衡状态。

(3)若m＋n＝p＋q，气体的总物质的量、总体积、总压强、平均摩尔质量、密度都不随时间的变化而变化，因此不能作为化学平衡状态的判断依据。

【例题】　密闭容器中进行反应A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)，判断反应是否达到平衡的依据为 (　　)

A．压强不随时间改变

B．气体的密度不随时间改变

C．c(A)不随时间改变

D．单位时间里生成C(g)和D(g)的物质的量相等

C　[由于反应物和生成物均为气态，且反应前后气体的物质的量不变，故气体的压强和密度在反应过程中始终保持不变，A、B不能作为反应达到平衡的标志。C(g)、D(g)均为生成物，反应的任何时刻，生成的C(g)、D(g)的物质的量总是相等，D项错误。当c(A)不变时，说明单位时间内生成的A与消耗的A的量相等，即反应处于平衡状态。]

[变式旁通]　(1)当A、B、C、D的浓度之比为1∶1∶1∶1时，能否说明该反应达到化学平衡？

(2)当容器中混合气体平均相对分子质量一定时，能否说明该反应达到化学平衡？

提示：(1)不能，因为不能说明各组分的浓度一定不变。也不能说明该反应的正、逆反应速率相等。

(2)不能，因为该反应m总、n总都不变，所以混合气体平均相对分子质量不变。

1．用氮化硅(Si3N4)陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件，能大幅度提高发动机的热效率。工业上用化学气相沉积法制备氮化硅，其反应如下：

3SiCl4(g)＋2N2(g)＋6H2(g)Si3N4(s)＋12HCl(g)＋Q(Q>0)，一定条件下，在密闭恒容的容器中，能表示上述反应达到化学平衡状态的是(　　)

A．3v逆(N2)＝v逆(H2)

B．v正(HCl)＝4v正(SiCl4)

C．混合气体密度保持不变

D．c(N2)∶c(H2)∶c(HCl)＝1∶3∶6

C　[A项、B项中无法比较同一物质正、逆反应速率的大小，故无法判断反应是否达到化学平衡状态；C项，因为反应在密闭恒容的容器中进行，反应达到化学平衡状态时，各组成成分的质量不再发生变化，又Si3N4是固体，所以混合气体密度保持不变，可以作为判断达到化学平衡状态的标志。 ]

2．在一定温度下，下列叙述不是可逆反应A(g)＋3B(g)2C(g)达平衡时的特征的是(　　)

①C的生成速率与C的分解速率相等；

②单位时间内生成a mol A，同时生成3a mol B；

③A、B、C的浓度不再变化；

④A、B、C的压强不再变化；

⑤混合气体的总压强不再变化；

⑥混合气体的物质的量不再变化；

⑦单位时间内消耗a mol A，同时生成3a mol B；

⑧A、B、C的分子数之比为1∶3∶2。

A．②⑧　　　 B．①⑥

C．②④　　　 D．③⑧

A　[本反应是一个物质的总量改变的反应，气体总体积也在改变，总压强也在改变，所以这些量不再改变也是判断平衡的标志之一。另外还要注意，本题要求选择的是“不是达到平衡的标志”。 ]

1．下列对可逆反应的认识正确的是 (　　)

A．SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr与2HBr＋H2SO4(浓)===Br2＋SO2↑＋2H2O互为可逆反应

B．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

C．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

D．H2＋Cl22HCl与2HClH2＋Cl2↑互为可逆反应

C　[A、D项中反应条件不同，均不是可逆反应，错误；B项中也未强调在相同条件下，错误。]

2．下列关于化学平衡状态的叙述错误的是(　　)

A．化学平衡是所有可逆反应都存在的一种状态

B．在给定条件下，达到平衡时可逆反应完成程度达到最大

C．达到平衡时，正、逆反应速率均为零

D．达到平衡时，反应物和生成物的浓度不再发生变化

C　[化学平衡是动态平衡，正、逆反应速率均不为零。]

3．可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，下列能够说明反应已经达到平衡的是(　　)

A．NH3不再分解

B．正、逆反应都还在继续进行

C．每生成2 mol NH3的同时，消耗3 mol H2

D．每生成2 mol NH3的同时，生成1 mol N2

D　[A项，平衡时反应并没有停止，正、逆反应速率不等于0，错误，B项，反应开始后，正、逆反应均在持续进行，只是达到平衡时二者速率相等，错误；C项，生成NH3和消耗H2都表示的是正反应速率，错误；D项，生成1 mol N2的同时消耗2 mol NH3，所以正、逆反应速率相等，正确。]

4．在一定温度下的某容积不变的密闭容器中，建立下列化学平衡：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)。不能确定上述可逆反应在一定条件下已达到化学平衡状态的是(　　)

A．体系的压强不再发生变化

B．v正(CO)＝v逆(H2O)

C．生成n mol CO的同时生成n mol H2

D．反应体系的密度不再改变

C　[反应无论达到平衡，还是未达到平衡，生成n mol CO的同时都会生成n mol H2。]

5．在2 L密闭容器中，800 ℃时反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)体系中，n(NO)随时间的变化如下表：

(1)上述反应________(填“是”或“不是”)可逆反应。

(2)如图所示，表示NO2变化曲线的是________。用O2表示从0～2 s内该反应的平均速率v＝________。

(3)能说明该反应已达到平衡状态的是________(填序号)。

A．v(NO2)＝2v(O2)

B．容器内压强保持不变

C．v逆(NO)＝2v正(O2)

D．容器内密度保持不变

[解析]　(1)该反应是可逆反应。

(2)由平衡体系2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)知，NO2为生成物，平衡时n(NO2)＝Δn(NO)＝0.020 mol－0.007 mol＝0.013 mol，c(NO2)＝＝0.006 5 mol·L－1，故表示NO2变化曲线的为b。0～2 s内，v(NO)＝＝＝＝0.003 mol·L－1·s－1，则v(O2)＝v(NO)＝0.001 5 mol·L－1·s－1。

(3)A项中未指明正、逆反应速率，故无法说明该反应是否达到平衡状态；由于该反应是反应前后气体体积不相等的反应，当容器内压强保持不变时，说明该反应已达到平衡状态，故B项正确；C项中说明正、逆反应速率相等，故说明该反应已达到平衡状态；由于气体总质量不变，气体总体积也不变，因此，无论该反应是否达到平衡，容器内密度保持不变，故D项无法说明该反应是否达到平衡状态。

[答案]　(1)是　(2)b 　0.001 5 mol·L－1·s－1　(3)BC