苏教版 (2019)第一单元 化学反应速率与反应限度导学案

这是一份苏教版 (2019)第一单元 化学反应速率与反应限度导学案，共13页。

基础课时2　化学反应的限度
学 习 任 务
1.了解可逆反应的含义，知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡。
2.初步学会根据反应速率判断化学反应所能达到的限度及化学反应限度的建立，发展证据推理与模型认知的素养。

知识点一　化学反应的限度
1．Cl2与H2O的反应
化学方程式
Cl2＋H2OHCl＋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
溶液变为血红色
实结论
有I2生成
有Fe2＋和I2生成
下层溶液中含有未反应的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
3.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“”表示。
(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。
　判断下列说法是否正确。(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)1 mol N2和3 mol H2在一定条件下可完全生成2 mol NH3。
(×)
(2)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。 (×)
(3)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。 (√)
(4)H2＋Cl22HCl与2HClH2＋Cl2互为可逆反应。 (×)
　高炉炼铁的反应Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2，但从高炉炉顶出来的气体中含有没有利用的CO气体。开始，炼铁工程师们认为是CO与铁矿石接触不充分之故，于是设法增加高炉的高度。然而，令人吃惊的是，高炉增高后，高炉尾气中的CO的比例竟然没有改变。你知道为什么吗？

提示：Fe2O3和CO的反应是可逆反应并且自上而下发生在高炉中有焦炭的地方，在高炉中Fe2O3和CO反应也不能全部转化为CO2。
知识点二　化学平衡状态
1．化学平衡的建立(以2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2为例)

(1)反应开始时，正反应速率最大，原因是反应物浓度最大；逆反应速率为0，原因是生成物浓度为0。
(2)反应进行中，正反应速率的变化是逐渐减小，原因是反应物浓度逐渐减小；逆反应速率的变化是逐渐增大，原因是生成物浓度逐渐增大。
(3)反应一段时间(t1)后，正反应速率和逆反应速率的关系是大小相等，反应物的浓度不再改变，生成物的浓度不再改变。
2．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不再发生变化，化学平衡状态。
(2)化学平衡状态的特征

3．影响化学平衡状态的因素
(1)决定因素：化学反应的限度首先取决于反应物的化学性质。不同的可逆反应在给定条件下的化学反应限度不同，反应物的最大转化率不同。
(2)外界因素：化学反应的限度受温度、浓度、压强等条件的影响。改变其中的一个条件，可以在一定程度上改变一个化学反应的平衡状态。
　判断下列说法是否正确。(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)一个可逆反应达到的平衡状态就是该反应在此条件下所能达到的最大限度。 (√)
(2)化学反应达到平衡状态时，该反应停止了。 (×)
(3)化学反应的限度可以通过外界条件而改变。 (√)
　(1)在一定条件下，在固定体积的密闭容器中加入一定物质的量的SO2、O2气体，两者发生反应生成SO3气体。请描述从反应开始至平衡状态时各物质浓度的变化和正、逆反应速率的变化？
提示：反应开始时，SO2和O2气体浓度最大，正反应速率最大；SO3气体浓度为0，逆反应速率为0。反应进行中，SO2和O2气体浓度逐渐减小，正反应速率逐渐减小；SO3气体浓度逐渐增大，逆反应速率逐渐增大。反应一段时间后，正反应速率和逆反应速率大小相等，各物质浓度不再改变。
(2)当可逆反应：2SO2＋O22SO3达到平衡后，通入18O2，再次达到平衡时，18O存在于哪种物质中？
提示：化学平衡是动态平衡，SO2和18O2反应生成了S18O3，S18O3又分解生成S18O2和18O2，故平衡混合物中含18O的粒子有S18O2、18O2、S18O3。


判断化学平衡状态的标志

德国化学家哈伯(F.Haber，1868～1934)从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。于1908年申请专利，即“循环法”，在此基础上，他继续研究。于1909年改进了合成方法，氨的产率达到8%。这是工业普遍采用的直接合成法。合成氨的反应式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，假设该反应在体积不变的密闭容器中发生反应，分析思考下列问题。


[问题1]　容器内混合气体的密度不随时间变化时，该反应是否达到平衡状态？
提示：因容器的体积不变，而混合气体的总质量不改变，则无论平衡与否，混合气体的密度均不变，不能判断反应是否达到平衡状态。
[问题2]　根据上面问题分析哪些物理量能够作为合成氨反应达到平衡的标志？
提示：压强、浓度等随着反应进行而变化的物理量，如果不再变化，则说明反应已经达到平衡状态。
[问题3]　单位时间内生成2a mol NH3，同时消耗a mol N2时，该反应是否达到平衡状态？
提示：两反应速率均表示正反应速率，反应进行的任何阶段均成比例，不能判断反应是否达到平衡状态。

1．直接标志——“正逆相等”
(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——“变量不变”
(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)全是气体参加的且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。

1．下列描述的化学反应状态不一定是平衡状态的是(　　)
A．H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)，恒温、恒容下，反应体系中气体的颜色保持不变
B．2NO2(g)N2O4(g)，恒温、恒容下，反应体系中气体的压强保持不变
C．CaCO3(s)CO2(g)＋ CaO(s)，恒温、恒容下，反应体系中气体的密度保持不变
D．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，反应体系中H2与N2的物质的量之比保持1∶3
D　[恒温、恒容下，反应体系中气体的颜色保持不变，说明溴单质的浓度不再变化，达到了平衡状态，A不符合题意；2NO2(g)N2O4(g)是前后气体化学计量数变化的反应，恒温、恒容下，反应体系中气体的压强保持不变，达到了平衡状态，B不符合题意； CaCO3(s)CO2(g)＋CaO(s)恒温、恒容下，反应体系中气体的密度等于气体质量和体积的比值，质量变化，体积不变，所以密度变化，当气体密度保持不变时，达到了平衡状态，C不符合题意； 3H2(g)＋N2(g)2NH3(g) 反应体系中H2与N2的物质的量之比保持1∶3，不能证明正、逆反应速率相等，不一定是平衡状态，D符合题意。]
2．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
A．①④⑥⑦　　 B．②③⑤⑦
C．①③④⑤ D．全部
A　[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均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不能说明达到平衡状态；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均能说明达到平衡状态。]

利用“变量”与“不变量”来判断化学平衡状态
(1)选变量
选定反应中“变量”，即随反应进行而变化的量，当变量不再变化时，反应已达平衡。
(2)常见的变量
①气体的颜色；②对于气体体积有变化的反应来说，恒压反应时的体积、恒容反应时的压强；③对于反应体系中全部为气体，且气体物质的量有变化的反应来说，混合气体的平均相对分子质量；④对于反应体系中不全部为气体的反应来说，恒容时混合气体的密度等。
(3)在利用M、ρ、n(总)、p(总)判断时要注意反应特点和容器的体积变化问题。


利用“三段式法”对化学反应速率、化学平衡进行简单计算

1．解答有关化学反应速率和化学平衡的计算题时，一般需要写出化学方程式，列出起始量、变化量及平衡量，再根据题设其他条件和定律列方程求解。如：
　　　 mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始/mol　　a　　　b　　　　 0　　　0
转化/mol　　mx　　 nx　　　 px　　 qx
平衡/mol　a－mx　b－nx　　　px　　qx
(1)关于反应物转化率的计算
A的转化率＝×100%(计算式中A的量可以指反应物的物质的量、质量、浓度、体积等)。
(2)关于某组分的体积分数的计算
A的体积分数＝×100%。
2．运用“三段式”法解题时的注意事项
(1)起始量、变化量、一段时间后的量三者物理量及单位要统一，都是物质的量或物质的量浓度，否则无法计算。
(2)起始量、变化量、一段时间后的量中，只有不同物质的变化量之比等于对应物质的化学计量数之比，不同物质的起始量或一段时间后的量之间没有必然的关系，不能列比例计算。

【例题】　在容积为2 L的密闭容器中进行如下反应：A(g)＋2B(g)3C(g)＋nD(g)，开始时A为4 mol，B为6 mol，5 min末达到平衡，此时测得C的物质的量为3 mol，用D表示的化学反应速率v(D)为0.2 mol·L－1·min－1。
计算：
(1)平衡时A的物质的量浓度为________。
(2)前5 min内用B表示的化学反应速率v(B)为________。
(3)化学方程式中n值为________。
(4)此反应在四种不同情况下的反应速率分别为
①v(A)＝5 mol·L－1·min－1
②v(B)＝6 mol·L－1·min－1
③v(C)＝4.5 mol·L－1·min－1
④v(D)＝8 mol·L－1·min－1
其中反应速率最快的是________(填序号)。
【思维建模】　利用“三段式”解题的解题模板

[解析]　(1)A(g)＋2B(g)3C(g)＋nD(g)
起始　　 4 mol　6 mol　　
转化 1 mol 2 mol 3 mol
5 min末 3 mol 4 mol 3 mol
c(A)＝＝ mol·L－1＝1.5 mol·L－1。
(2)v(B)＝＝＝0.2 mol·L－1·min－1。
(3)根据同一反应中、同一时间段内、各物质的反应速率之比等于计量数之比；
所以v(B)∶v(D)＝0.2 mol·L－1·min－1∶0.2 mol·L－1·min－1＝2∶n，n＝2。
(4)把所有速率都换算成A的反应速率；
①v(A)＝5 mol·L－1·min－1
②由v(B)＝6 mol·L－1·min－1知，
v(A)＝3 mol·L－1·min－1
③由v(C)＝4.5 mol·L－1·min－1知，
v(A)＝1.5 mol·L－1·min－1
④由v(D)＝8 mol·L－1·min－1知，
v(A)＝4 mol·L－1·min－1
故选①。
[答案]　(1)1.5 mol·L－1　(2)0.2 mol·L－1·min－1　(3)2　(4)①
[变式旁通]　(1)计算达到平衡时A的转化率是多少？
(2)计算达到平衡时C的体积分数是多少？
(3)平衡时气体的压强是起始时压强的多少倍？
(1)提示：平衡时A的转化率＝×100%＝25%。
(2)提示：同温同压下，气体的体积分数即是物质的量分数，C的体积分数＝×100%＝25%。
(3)提示：同温同压下，气体的压强之比等于物质的量之比，由题意知，平衡时气体的总的物质的量＝(3＋4＋3＋2)mol＝12 mol，n(平衡)∶n(起始)＝＝1.2。

3．在容积可变的密闭容器中，2 mol N2和8 mol H2在一定条件下发生反应，达到平衡时，H2的转化率为25%，则平衡时氮气的体积分数接近于(　　)
A．5%　　　　 B．10%
C．15% D．20%
C　[达到平衡时，H2转化的物质的量为8 mol×25%＝2 mol。在一定条件下，N2与H2发生反应：
　　　　　　　 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
起始物质的量/mol　2　　　8　　　　0
转化物质的量/mol　 2
平衡物质的量/mol　 6
同温同压下，气体的体积之比等于其物质的量之比，故平衡时氮气的体积分数为×100%≈15%。]
4．在一定温度下，发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，起始时，充入的N2和H2的物质的量分别是3.0 mol和6.0 mol，平衡时生成NH3的物质的量是2.4 mol。已知容器的容积为5.0 L，试求：
(1)H2的转化率是________。
(2)平衡时混合气体中N2的体积分数约为________(小数点后保留一位小数)。
[解析]　　　　　N2　＋　3H2　　2NH3
起始/mol 3.0 6.0 0
转化/mol 1.2 3.6 2.4
平衡/mol 1.8 2.4 2.4
(1)H2的转化率＝×100%＝60%。
(2)N2的体积分数＝×100%≈27.3%。
[答案]　(1)60%　(2)27.3%



1．下列关于化学平衡状态的叙述错误的是(　　)
A．正、逆反应速率相等(不等于0)
B．反应混合物各种物质的物质的量不再改变
C．正、逆反应停止不再进行
D．外界条件改变，反应会在新的条件下达到新的平衡
C　[在一定条件下，当可逆反应中正、逆反应速率相等(但不等于0)时，各种物质的浓度和含量均不再发生变化，把这种状态称为化学平衡状态。平衡状态是在一定条件下的平衡，如果改变条件，平衡状态会发生变化，达到新的平衡状态。]
2．在5 mL 0.1 mol·L－1 KI溶液中滴加5～6滴0.1 mol·L－1 FeCl3溶液后，再进行下列实验，其中可证明FeCl3溶液和KI溶液的反应是可逆反应的实验是(　　)
A．再滴加AgNO3溶液，观察是否有AgI沉淀产生
B．加入CCl4振荡后，观察下层液体颜色
C．加入CCl4振荡后，取上层清液，滴加AgNO3溶液，观察是否有AgCl沉淀产生
D．加入CCl4振荡后，取上层清液，滴加KSCN溶液，观察是否出现红色
D　[FeCl3溶液与KI溶液反应的实质是2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2，由题意知，Fe3＋不足，I－过量。若反应不是可逆反应，反应后的溶液中应无Fe3＋；若反应是可逆反应，则反应后的溶液中含Fe3＋。所以应滴加KSCN溶液，检验Fe3＋是否存在。]
3．在一定温度下的恒容密闭容器中，能说明反应X2(g)＋Y2(g)2XY(g)已达到平衡的是(　　)
A．容器内的总压强不随时间变化
B．容器中气体的平均相对分子质量不随时间变化
C．XY气体的物质的量分数不变
D．X2和Y2的消耗速率相等
C　[该反应的特点：一是可逆反应；二是反应前后气体体积相等。根据气体压强之比等于气体物质的量之比推断，该反应在整个反应过程中总压强是不变的，A项不能说明该反应已经达到平衡；同理推断，容器中气体的平均相对分子质量始终不随时间变化而变化，B项不能说明该反应已经达到平衡；X2和Y2的化学计量数相等，其消耗速率始终相等，D项不能说明该反应已经达到平衡。]
4．X、Y、Z三种气体，取X和Y按1∶1的物质的量之比混合，放入密闭容器中发生反应：X(g)＋2Y(g)2Z(g)，达到平衡后，测得混合气体中反应物的总物质的量与生成物的总物质的量之比为3∶2，则Y的转化率最接近于(　　)
A．33%　　　　　　 B．40%
C．50% D．67%
D　[假设X和Y的物质的量为1 mol，达到平衡时消耗Y的物质的量为n mol，则：
　　　　 X(g)　＋　2Y(g)2Z(g)
起始量/(mol)　1　　 　　1　　　 0
变化量/(mol)　0.5n　　　n　　　 n
平衡量/(mol)　1－0.5n　　1－n　　n
平衡后，测得混合气体中反应物的总物质的量与生成物的总物质的量之比为3∶2，则(1－0.5n＋1－n)∶n＝3∶2，解得n＝，Y的转化率＝×100%≈67%。]
5．在某一容积为5 L的密闭容器内，加入0.2 mol的CO和0.2 mol的H2O(g)，在催化剂存在的条件下高温加热，发生反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，反应放出热量。反应中CO2的浓度随时间变化的情况如图所示：

(1)根据图中数据，从反应开始至达到平衡时，CO的化学反应速率为________；反应平衡时c(H2)＝________。
(2)判断该反应达到平衡的依据是________(填序号)。
①CO减小的化学反应速率和CO2减小的化学反应速率相等
②CO、H2O、CO2、H2的浓度都相等
③CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化
④正、逆反应速率都为零
[解析]　(1)由图可知10 min时反应达到平衡，所以v(CO)＝＝＝＝0.003 mol·L－1·min－1，反应时转化的浓度之比＝化学方程式中化学计量数之比，所以Δc(H2)＝Δc(CO)＝0.03 mol·L－1。
(2)达到平衡的标志是各物质的物质的量分数保持一定，浓度不变，正、逆反应速率相等且不为零。CO减小的化学反应速率是正反应速率，CO2减小的化学反应速率是逆反应速率。
[答案]　(1)0.003 mol·L－1·min－1　0.03 mol·L－1　(2)①③