導(dǎo)學(xué)案化學(xué)反應(yīng)的限度化學(xué)平衡狀態(tài)

第2課時(shí)化學(xué)反應(yīng)的限度化學(xué)平衡狀態(tài)導(dǎo)學(xué)案[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．了解可逆反應(yīng)的含義，知道可逆反應(yīng)在一定條件下能達(dá)到化學(xué)平衡。2．體會(huì)從化學(xué)反應(yīng)的限度方面認(rèn)識(shí)和調(diào)控化學(xué)反應(yīng)的重要性。3．能描述化學(xué)平衡狀態(tài)，判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)。4．了解控制反應(yīng)條件在生產(chǎn)和科學(xué)研究中的作用。知識(shí)點(diǎn)一化學(xué)反應(yīng)的限度1．可逆反應(yīng)(1)Cl2與H2O的反應(yīng)在常溫下氯氣能溶解于水，得到的氯水中既含有分子，也含有等離子。這說明溶解的Cl2只有一部分與水發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，它們的反應(yīng)只能進(jìn)行到一定的限度，用化學(xué)方程式表示為。同一條件下，Cl2與H2O能轉(zhuǎn)變成HCl與HClO，而HCl與HClO也能轉(zhuǎn)變成Cl2與H2O。(2)可逆反應(yīng)在同一條件下，既能向方向進(jìn)行，又能向方向進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)叫作可逆反應(yīng)。在書寫化學(xué)方程式時(shí)，可逆反應(yīng)用符號(hào)“”表示。(3)[知識(shí)拓展]醋酸在水溶液中的電離常溫下，在0.1mol·L－1醋酸水溶液中，大約只有1%的醋酸分子電離成H＋和CH3COO－，絕大多數(shù)仍以CH3COOH的形式存在，所以醋酸是一種弱酸。在醋酸溶液中，既有醋酸分子在水分子的作用下，電離產(chǎn)生H＋和CH3COO－，也有電離生成的H＋和CH3COO－結(jié)合生成醋酸分子的過程。該過程也是一個(gè)可逆過程，故醋酸的電離方程式可表示為CH3COOHCH3COO－＋H＋。練習(xí)1．下列各組反應(yīng)互為可逆反應(yīng)的是()①2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O與CO2＋H2O＋Na2CO3=2NaHCO3②SO2＋H2O=H2SO3與H2SO3=SO2＋H2O③2SO2＋O2eq\o(=,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))2SO3與2SO3eq\o(=,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))2SO2＋O2④NH3＋HCl=NH4Cl與NH4Cleq\o(=,\s\up7(△))NH3↑＋HCl↑A．①② B．②③C．③④ D．①④2．化學(xué)反應(yīng)的限度(1)FeCl3溶液和KI溶液的反應(yīng)①實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論溶液顏色由色變?yōu)樯猩扇芤悍謱?，下層為色，上層為油狀液體，呈色反應(yīng)中有和生成溶液變?yōu)樯聦尤芤褐写嬖谖捶磻?yīng)的②反應(yīng)實(shí)質(zhì)由實(shí)驗(yàn)可知，I－過量條件下，反應(yīng)物Fe3＋(填“能”或“不能”)完全轉(zhuǎn)化為生成物Fe2＋，即Fe3＋與I－發(fā)生的反應(yīng)是有一定的；Fe3＋與I－發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為。(2)化學(xué)反應(yīng)限度存在的普遍性事實(shí)上，像上述這樣有一定限度的化學(xué)反應(yīng)還有很多，它們都是可逆反應(yīng)，反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化為生成物。如SO2與O2在一定條件下合成SO3的反應(yīng)，就是可逆反應(yīng)，如圖所示。在可逆反應(yīng)2SO2＋O22SO3中，由18O2代替等物質(zhì)的量的O2。一段時(shí)間后，18O存在于哪些物質(zhì)中？2．高爐煉鐵的反應(yīng)為Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2，但從高爐爐頂出來的氣體中含有沒有利用的CO氣體。開始，煉鐵工程師們認(rèn)為是CO與鐵礦石接觸不充分導(dǎo)致的，于是設(shè)法增加高爐的高度。然而，令人吃驚的是，高爐增高后，高爐尾氣中的CO的比例竟然沒有改變。你知道為什么嗎？練習(xí)1．下列對(duì)化學(xué)反應(yīng)限度的敘述錯(cuò)誤的是()A．任何可逆反應(yīng)在給定條件下都有一定的限度B．化學(xué)反應(yīng)達(dá)到限度時(shí)，反應(yīng)物的濃度和生成物的濃度不再改變C．化學(xué)反應(yīng)的限度決定了反應(yīng)物在該條件下的最大轉(zhuǎn)化率D．化學(xué)反應(yīng)的限度是不可改變的答案：D練習(xí)2．在一定條件下，向1L密閉容器中充入3molX氣體和1molY氣體，發(fā)生反應(yīng)2X(g)＋2Y(g)3Z(g)＋2W(g)，達(dá)到反應(yīng)最大限度時(shí)，下列各生成物濃度的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的是()A．c(Z)＝0.75mol/L B．c(Z)＝1.2mol/LC．c(W)＝0.8mol/L D．c(W)＝1mol/L解析：選D。可逆反應(yīng)不能進(jìn)行到底，即反應(yīng)物均有剩余，所以消耗Y的物質(zhì)的量必小于1mol，而生成Z的物質(zhì)的量必小于1.5mol，生成W的物質(zhì)的量必小于1mol，所以D錯(cuò)。知識(shí)點(diǎn)二化學(xué)平衡狀態(tài)1．化學(xué)平衡狀態(tài)的概念在一定條件下，某個(gè)可逆反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí)，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)物的濃度和生成物的濃度都，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)。2．化學(xué)平衡的建立過程上述過程用圖像表示為3．化學(xué)平衡的特征1．在一定溫度下，發(fā)生可逆反應(yīng)：A(g)＋3B(g)2C(g)，下述說法中能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的有哪些？①單位時(shí)間內(nèi)生成nmolA，同時(shí)生成3nmolB②C的生成速率與C的分解速率相等③3v正(A)＝v逆(B)④單位時(shí)間內(nèi)生成nmolA，同時(shí)生成2nmolC2．對(duì)于反應(yīng)A(s)2B(g)＋C(g)，若密閉容器中氣體B的體積分?jǐn)?shù)不變，能否說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)？3．在一定溫度、容積不變的密閉容器里，下列選項(xiàng)中可用來判斷可逆反應(yīng)A(g)＋3B(g)2C(g)＋2D(s)達(dá)到平衡的有哪些？①C的生成速率與C的消耗速率相等②單位時(shí)間內(nèi)生成amolA，同時(shí)生成3amolB③A、B、C的濃度不再改變④混合氣體的密度不再改變⑤混合氣體的總壓強(qiáng)不再改變⑥混合氣體的總物質(zhì)的量不再改變⑦A、B、C、D濃度之比為1∶3∶2∶2化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷(1)判斷依據(jù)直接判斷依據(jù)v正＝v逆同一物質(zhì)生成速率等于消耗速率不同物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，且表示不同方向(即一正一逆)間接判斷依據(jù)各物質(zhì)的某些物理量保持不變各組分的質(zhì)量、物質(zhì)的量、分子數(shù)、物質(zhì)的量濃度保持不變各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)保持不變(2)不能判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的幾種情況①反應(yīng)各組分的物質(zhì)的量的變化量之比(或分子個(gè)數(shù)之比)等于化學(xué)方程式中相應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比的狀態(tài)。②恒溫恒容下Δn＝0(反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變)的反應(yīng)，體系的壓強(qiáng)、總物質(zhì)的量不隨時(shí)間改變而改變的狀態(tài)。③全是氣體參加且Δn＝0(反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變)的反應(yīng)，體系的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間的改變而改變的狀態(tài)。④全是氣體參加的反應(yīng)，恒容條件下體系的密度保持不變的狀態(tài)。練習(xí)1．一定條件下，向密閉容器中充入1molNO和1molCO進(jìn)行反應(yīng)：NO(g)＋CO(g)eq\f(1,2)N2(g)＋CO2(g)，測(cè)得化學(xué)反應(yīng)速率隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖所示，其中處于化學(xué)平衡狀態(tài)的點(diǎn)是()A．d點(diǎn) B．b點(diǎn)C．c點(diǎn) D．a(chǎn)點(diǎn)解析：選A。由題圖可知，a、b、c點(diǎn)的正反應(yīng)速率均大于逆反應(yīng)速率；只有d點(diǎn)的正、逆反應(yīng)速率相等。由正、逆反應(yīng)速率相等的狀態(tài)為平衡狀態(tài)可知，題圖中處于化學(xué)平衡狀態(tài)的點(diǎn)是d點(diǎn)，故選項(xiàng)A正確。練習(xí)2．(2022·通山第一中學(xué)高一測(cè)試)在一定溫度下，向容積為2L的密閉容器中加入1molA和2molB，發(fā)生反應(yīng)：A(g)＋2B(g)C(s)＋3D(g)，達(dá)到平衡時(shí)生成1.5molD。則下列說法正確的是()A．n(A)∶n(B)＝1∶2不變時(shí)，反應(yīng)一定達(dá)到了平衡狀態(tài)B．平衡后B的物質(zhì)的量濃度為1mol/LC．壓強(qiáng)不再變化時(shí)，反應(yīng)一定達(dá)到了平衡狀態(tài)D．氣體的密度不變時(shí)，反應(yīng)一定達(dá)到了平衡狀態(tài)解析：選D。A.初始加入1molA和2molB，方程式中A和B的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為1∶2，則任何時(shí)刻都有n(A)∶n(B)＝1∶2，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，A錯(cuò)誤；B.達(dá)到平衡時(shí)，D的物質(zhì)的量為1.5mol，則B的物質(zhì)的量為2mol－1.5mol×eq\f(2,3)＝1mol，濃度為eq\f(1mol,2L)＝0.5mol/L，B錯(cuò)誤；C.該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，壓強(qiáng)一直不變，壓強(qiáng)不再變化時(shí)，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，C錯(cuò)誤；D.容器容積不變，該反應(yīng)有固體生成，氣體質(zhì)量只有達(dá)到平衡時(shí)才不變，因此氣體的密度不變時(shí)，反應(yīng)一定達(dá)到了平衡狀態(tài)，D正確。練習(xí)3．可逆反應(yīng)2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)在容積固定的密閉容器中進(jìn)行，達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是()①單位時(shí)間內(nèi)生成nmolO2的同時(shí)生成2nmolNO2②單位時(shí)間內(nèi)生成nmolO2的同時(shí)生成2nmolNO③用NO2、NO、O2表示的反應(yīng)速率之比為2∶2∶1的狀態(tài)④混合氣體的顏色不再改變的狀態(tài)⑤混合氣體的密度不再改變的狀態(tài)⑥混合氣體的壓強(qiáng)不再改變的狀態(tài)⑦混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變的狀態(tài)A．①④⑥⑦ B．②③⑤⑦C．①③④⑤ D．①②③④⑤⑥⑦解析：選A。從平衡狀態(tài)的兩個(gè)重要特征上判斷：v(正)＝v(逆)；混合物中各組成成分的百分含量不變。①單位時(shí)間內(nèi)生成nmolO2的同時(shí)生成2nmolNO2，v(正)＝v(逆)，正確；②單位時(shí)間內(nèi)生成nmolO2的同時(shí)生成2nmolNO，二者均為正反應(yīng)速率，不能作為平衡標(biāo)志，錯(cuò)誤；③用NO2、NO、O2表示的反應(yīng)速率的比為2∶2∶1的狀態(tài)，沒有明確正、逆反應(yīng)速率，不能作為平衡標(biāo)志，錯(cuò)誤；④混合氣體的顏色不再改變時(shí)，即二氧化氮的濃度不再改變，達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；⑤該反應(yīng)在容積固定的密閉容器中進(jìn)行，混合氣體的密度始終不隨反應(yīng)的進(jìn)行而變化，密度不變不能作為平衡標(biāo)志，錯(cuò)誤；⑥該反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不相等，混合氣體的壓強(qiáng)不再改變的狀態(tài)為平衡狀態(tài)，正確；⑦該反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不相等，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變的狀態(tài)為平衡狀態(tài)，正確。1．下列各項(xiàng)中的兩個(gè)反應(yīng)，可判斷互為可逆反應(yīng)的是()A．氫氣在氯氣中燃燒生成氯化氫，氯化氫受熱分解生成氫氣和氯氣B．氮?dú)馀c氫氣在高溫、高壓、催化劑作用下可以生成氨氣，同時(shí)氨氣又分解為氮?dú)夂蜌錃釩．單質(zhì)溴可以置換出碘，氯氣又可以置換出溴D．氯氣和水反應(yīng)生成鹽酸和次氯酸，次氯酸在光照條件下可分解為鹽酸和氧氣解析：選B。根據(jù)可逆反應(yīng)定義中的“同一條件下”“同時(shí)”“正、逆兩個(gè)方向”可知只有B符合題意。2．對(duì)可逆反應(yīng)N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高溫、高壓),\s\do5(催化劑))2NH3，用v(H2)和v(N2)分別表示該反應(yīng)的化合反應(yīng)的速率，用v(NH3)表示該反應(yīng)的分解反應(yīng)的速率。下列能說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是()A．3v(N2)＝v(H2) B．v(H2)＝v(NH3)C．2v(H2)＝3v(NH3) D．v(N2)＝3v(H2)解析：選C。因化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正、逆反應(yīng)速率(同種物質(zhì))相等。無論該反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，都有3v(N2)＝v(H2)，A、D項(xiàng)錯(cuò)誤；反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，2v(H2)＝3v(NH3)，B項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確。3．在一密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)：2SO2(g)＋O2(g)eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))2SO3(g)，已知反應(yīng)過程中某一時(shí)刻SO2、O2和SO3濃度分別為0.2mol·L－1、0.1mol·L－1、0.2mol·L－1。當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，可能存在的數(shù)據(jù)是()A．SO2為0.4mol·L－1、O2為0.2mol·L－1B．SO2為0.25mol·L－1C．SO3為0.4mol·L－1D．SO2、SO3均為0.15mol·L－1解析：選B。假設(shè)SO2、O2完全轉(zhuǎn)化為SO3，則c(SO2)＝c(O2)＝0，c(SO3)＝0.4mol·L－1；假設(shè)SO3完全轉(zhuǎn)化為SO2和O2，則c(SO2)＝0.4mol·L－1，c(O2)＝0.2mol·L－1，c(SO3)＝0，而可逆反應(yīng)的特點(diǎn)是反應(yīng)不能進(jìn)行到底，故A、C錯(cuò)誤，B正確；反應(yīng)物SO2和生成物SO3的濃度不可能同時(shí)減小，故D錯(cuò)誤。4．下列說法可充分說明反應(yīng)P(g)＋Q(g)S(g)＋R(g)在恒溫恒容密閉容器中已達(dá)到平衡狀態(tài)的是()A．容器里P、Q、R、S四種物質(zhì)共存B．容器里Q和R的體積分?jǐn)?shù)不再變化C．容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)、密度不隨時(shí)間變化D．同一時(shí)間內(nèi)生成nmolP的同時(shí)生成nmolQ解析：選B?？赡娣磻?yīng)的平衡狀態(tài)，即反應(yīng)物和生成物的濃度不再隨時(shí)間的變化而變化，正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等的狀態(tài)。該反應(yīng)只要開始，P、Q、R、S四種物質(zhì)必定共存，故A不能說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)；容器容積不變，氣體Q和R的體積分?jǐn)?shù)不再變化，即Q和R的濃度不變，P和S的濃度也不變，故B能說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)；該反應(yīng)是氣體分子總數(shù)不變的可逆反應(yīng)，且容器容積不變，則壓強(qiáng)、密度始終不變，故C不能說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)；D項(xiàng)只描述了逆反應(yīng)，沒有指明正反應(yīng)的情況，故不能說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)。5．(2022·喀什第二中學(xué)高一期中)研究化學(xué)反應(yīng)速率和限度對(duì)促進(jìn)生產(chǎn)具有重要的意義。(1)在新型RuO2催化劑作用下，使HCl轉(zhuǎn)化為Cl2的反應(yīng)為2HCl(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)＋Cl2(g)。一定條件下在1L密閉容器中測(cè)得反應(yīng)過程中n(Cl2)的數(shù)據(jù)如下：t/min02468n(Cl2)/10－3mol01.84.05.47.20～4min內(nèi)以Cl2表示的反應(yīng)速率是________mol·L－1·min－1；2～6min內(nèi)以HCl表示的反應(yīng)速率是________mol·L－1·min－1。(2)一定條件下鐵可以和CO2發(fā)生反應(yīng)：Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)。一定溫度下，向某密閉容器中加入足量鐵粉并充入一定量的CO2氣體，反應(yīng)過程中CO2氣體和CO氣體的濃度與時(shí)間的關(guān)系如圖所示。①t1min時(shí)，正、逆反應(yīng)速率的大小關(guān)系為v正______v逆(填“>”“<”或“＝”)。②4min內(nèi)，CO的平均反應(yīng)速率v(CO)＝________________。③下列條件的改變能減小其反應(yīng)速率的是________(填字母)。a．降低溫度b．減小鐵粉的質(zhì)量c．保持壓強(qiáng)不變，充入He使容器的容積增大d．保持容積不變，充入He使體系壓強(qiáng)增大④下列描述能說明上述反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是________(填字母)。a．v(CO2)＝v(CO)b．單位時(shí)間內(nèi)生成nmolCO2的同時(shí)生成nmolCOc．容器中氣體壓強(qiáng)不隨時(shí)間變化而變化d．容器中氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間變化而變化解析：(1)由表格數(shù)據(jù)可知，0～4min內(nèi)氯氣的平均速率為eq\f(\f(（4.0×10－3－0）mol,1L),4min)＝1.0×10－3mol·L－1·min－1；2～6min內(nèi)氯氣的平均速率為eq\f(\f(（5.4×10－3－1.8×10－3）mol,1L),（6－2）min)＝9.0×10－4mol·L－1·min－1，由化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比可知，氯化氫的平均速率為9.0×10－4mol·L－1·min－1×2＝1.8×10－3mo