2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第6章化學(xué)反應(yīng)與能量第2節(jié)第2課時(shí)化學(xué)反應(yīng)的限度化學(xué)反應(yīng)條件的控制學(xué)案新人教版必修第二冊

PAGE9-第2課時(shí)化學(xué)反應(yīng)的限度化學(xué)反應(yīng)條件的限制發(fā)展目標(biāo)體系構(gòu)建1.了解可逆反應(yīng)的含義和反應(yīng)限度及化學(xué)平衡的特征，培育“變更觀念與平衡思想”的核心素養(yǎng)。2.了解化學(xué)反應(yīng)條件的限制及在生產(chǎn)和科技探討中的作用，培育“科學(xué)探究與社會責(zé)任”的核心素養(yǎng)。一、化學(xué)反應(yīng)的限度1．可逆反應(yīng)(1)概念：在同一條件下正反應(yīng)方向和逆反應(yīng)方向均能進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。(2)特點(diǎn)：①反應(yīng)不能進(jìn)行究竟；②在肯定條件下反應(yīng)物與生成物同時(shí)存在；③正、逆反應(yīng)方向同時(shí)進(jìn)行。2．化學(xué)平衡(1)化學(xué)平衡的建立①濃度對速率的影響的角度：在肯定條件下，向反應(yīng)容器中加入N2和H2，發(fā)生反應(yīng)：N2＋3H22NH3。濃度速率變更v正、v逆關(guān)系起先反應(yīng)物濃度最大v正最大v正＞v逆生成物濃度最小v逆最小變更反應(yīng)物濃度減小v正減小v正＞v逆生成物濃度增大v逆增大平衡反應(yīng)物濃度不變v正不變v正＝v逆≠0生成物濃度不變v逆不變②利用速率—時(shí)間(v-t)圖像分析(如圖)：(2)化學(xué)平衡狀態(tài)的概念：在肯定條件下，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到肯定程度時(shí)，正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)物的濃度和生成物的濃度都不再變更，達(dá)到一種表面靜止的狀態(tài)，稱之為化學(xué)平衡狀態(tài)，簡稱化學(xué)平衡。(3)化學(xué)反應(yīng)的限度是指可逆反應(yīng)在肯定條件下所能達(dá)到或完成的最大程度，即該反應(yīng)進(jìn)行的限度?；瘜W(xué)反應(yīng)的限度確定了反應(yīng)物在該條件下轉(zhuǎn)化為生成物的最大轉(zhuǎn)化率。(4)轉(zhuǎn)化率＝eq\f(n（已被轉(zhuǎn)化的反應(yīng)物）,n（初始反應(yīng)物）)×100%。(5)影響因素：變更反應(yīng)條件，可以在肯定程度上變更該反應(yīng)的化學(xué)平衡狀態(tài)。化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，濃度不再變更，反應(yīng)停止了嗎？為什么？提示：沒有停止，因?yàn)関正＝v逆≠0。二、化學(xué)反應(yīng)條件的限制1．化學(xué)反應(yīng)條件的限制(1)目的：促進(jìn)有利的化學(xué)反應(yīng)，抑制有害的化學(xué)反應(yīng)。(2)基本措施①改變更學(xué)反應(yīng)速率：變更反應(yīng)體系的溫度、物質(zhì)的濃度、氣體的壓強(qiáng)、固體的表面積以及催化劑的合理運(yùn)用等。②變更可逆反應(yīng)進(jìn)行的限度：變更可逆反應(yīng)體系的溫度、物質(zhì)的濃度、氣體的壓強(qiáng)等。(3)考慮因素：限制反應(yīng)條件的成本和實(shí)際可能性。2．提高煤的燃燒效率(1)煤燃燒時(shí)，將煤塊粉碎成煤粉目的是增大與空氣中O2的接觸面積，煤粉燃燒更充分，反應(yīng)速率快；通入適當(dāng)過量的空氣可以使煤粉充分燃燒，生成CO2，放出更多的熱量；若空氣不足，會造成煤燃燒不完全，生成CO，產(chǎn)生熱量削減，且會造成污染。(2)選擇保溫隔熱且耐熱的爐(灶)膛材料的主要目的是防止熱量散失。(3)充分利用煤燃燒后的廢氣中的熱量可實(shí)行的措施是將燃燒后的廢氣通過熱交換裝置，供其他方面運(yùn)用。依據(jù)合成氨的反應(yīng)特點(diǎn)，溫度越低，壓強(qiáng)越大，氨的產(chǎn)率越高，為什么合成氨采納壓強(qiáng)為10MPa～30MPa、溫度為400～500℃條件下進(jìn)行？提示：在合成氨的化工生產(chǎn)中，須要考慮限制反應(yīng)條件的成本和實(shí)際可能性。合成氨的生產(chǎn)在溫度較低時(shí)，反應(yīng)速率小，肯定時(shí)間內(nèi)生成的NH3少；壓強(qiáng)越大，對動(dòng)力和生產(chǎn)設(shè)備的要求越高。綜合考慮采納此條件進(jìn)行。1．推斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)任何可逆反應(yīng)都有肯定的限度。 ()(2)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到限度時(shí)，正、逆反應(yīng)速率相等。 ()(3)化學(xué)平衡狀態(tài)是不行變更的。 ()(4)任何反應(yīng)，溫度越高，反應(yīng)速率越大，轉(zhuǎn)化率越大。 ()(5)煤燃燒時(shí)空氣過量越多越好。 ()[答案](1)√(2)√(3)×(4)×(5)×2．對于可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，下列說法不正確的是()A．反應(yīng)物與生成物的濃度不再變更B．正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率均為零C．各物質(zhì)的組成之比不再變更D．該條件下的反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率最大[答案]B3．工業(yè)上運(yùn)用煤作燃料時(shí)，為了使煤能充分燃燒，你認(rèn)為可實(shí)行的措施有：(1)_________________________________________________；(2)_________________________________________________。[答案](1)將煤粉碎，增加煤與空氣的接觸面積(2)充入適當(dāng)過量的空氣化學(xué)平衡狀態(tài)的特征與判定1．肯定溫度下，在定容的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)：N2＋3H22NH3。下列說法能說明反應(yīng)達(dá)到的平衡狀態(tài)的是________________(填序號)。①c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2②c(H2)保持不變③壓強(qiáng)不再變更④密度不變⑤v(N2)∶v(H2)＝1∶3⑥v正(N2)＝v逆(N2)⑦單位時(shí)間內(nèi)生成1molN2同時(shí)生成2molNH3⑧氣體的平均相對分子質(zhì)量不變[答案]②③⑥⑦⑧2．肯定溫度下，恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)；下列說法證明反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)的是________(填序號)。①m(C)保持不變②H2的體積分?jǐn)?shù)不變③氣體的密度不變④氣體的摩爾質(zhì)量不變⑤壓強(qiáng)不變⑥v(CO)＝v(H2O)[答案]①②③④⑤1．化學(xué)平衡狀態(tài)的特征——“五字訣”化學(xué)平衡狀態(tài)的特征概括為逆、等、動(dòng)、定、變，即2．化學(xué)平衡狀態(tài)的判定(1)正、逆反應(yīng)速率相等①同種物質(zhì)：v正＝v逆≠0②不同種物質(zhì)：eq\f(v正（A）,v逆（B）)＝eq\f(A化學(xué)計(jì)量數(shù),B化學(xué)計(jì)量數(shù))(2)各組分的濃度保持肯定①各組分的濃度不隨時(shí)間的變更而變更；②各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)不隨時(shí)間的變更而變更。(3)間接標(biāo)記——“變量不變”①反應(yīng)體系中的總壓強(qiáng)不隨時(shí)間的變更而變更(適用于反應(yīng)前后氣體體積不等的反應(yīng))。②對于反應(yīng)混合物中存在有顏色變更的物質(zhì)的可逆反應(yīng)，若體系中顏色不再變更，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。③全是氣體參與的反應(yīng)前后化學(xué)計(jì)量數(shù)變更的可逆反應(yīng)，平均相對分子質(zhì)量保持不變。④對絕熱密閉容器，溫度保持不變。⑤對恒壓容器的非等體積氣體反應(yīng)，密度保持不變。1．硫酸是一種重要的化工產(chǎn)品，硫酸的消耗量常被視為一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的一種標(biāo)記。目前的重要生產(chǎn)方法是“接觸法”，有關(guān)接觸氧化反應(yīng)2SO2＋O22SO3的說法不正確的是()A．該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，故在肯定條件下二氧化硫和氧氣不行能全部轉(zhuǎn)化為三氧化硫B．達(dá)到平衡后，反應(yīng)就停止了，故此時(shí)正、逆反應(yīng)速率相等且均為0C．肯定條件下，向某密閉容器中加入2molSO2和1molO2，則從反應(yīng)起先到達(dá)到平衡的過程中，正反應(yīng)速率不斷減小，逆反應(yīng)速率不斷增大，某一時(shí)刻，正、逆反應(yīng)速率相等D．達(dá)到平衡后，變更溫度，平衡狀態(tài)被破壞B[反應(yīng)達(dá)到平衡，反應(yīng)未停止，v正＝v逆≠0，B錯(cuò)誤。]2．在恒溫下的密閉容器中，有可逆反應(yīng)：2NO＋O22NO2(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))，不能說明已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是()A．正反應(yīng)生成NO2的速率和逆反應(yīng)生成O2的速率相等B．反應(yīng)容器中壓強(qiáng)不變C．混合氣體顏色深淺保持不變D．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時(shí)間變更而變更A[該反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不相等的反應(yīng)，因此混合氣體的平均相對分子質(zhì)量、壓強(qiáng)以及顏色保持不變，即說明達(dá)到平衡。A中表示的速率雖然方向相反，但速率之比不等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，即應(yīng)當(dāng)是正反應(yīng)生成NO2的速率和逆反應(yīng)生成O2的速率的2倍相等，故A錯(cuò)。]3．下列描述的化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)，不肯定是平衡狀態(tài)的是()A．H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)，恒溫、恒容下，反應(yīng)體系中氣體的顏色保持不變B．2NO2(g)N2O4(g)，恒溫、恒容下，反應(yīng)體系中氣體的壓強(qiáng)保持不變C．CaCO3(s)eq\o(,\s\up9(高溫))CO2(g)＋CaO(s)，恒溫、恒容下，反應(yīng)體系中氣體的密度保持不變D．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，反應(yīng)體系中H2與N2的物質(zhì)的量之比保持1∶3D[恒溫、恒容下，反應(yīng)體系中氣體的顏色保持不變，說明溴單質(zhì)的濃度不再變更，達(dá)到了平衡狀態(tài)，A錯(cuò)；2NO2(g)N2O4(g)是反應(yīng)前后氣體化學(xué)計(jì)量數(shù)和變更的反應(yīng)，當(dāng)恒溫、恒容下，反應(yīng)體系中氣體的壓強(qiáng)保持不變，達(dá)到了平衡狀態(tài)，B錯(cuò)；CaCO3(s)CO2(g)＋CaO(s)，恒溫、恒容下，反應(yīng)體系中氣體的密度等于氣體質(zhì)量和體積的比值，質(zhì)量變更，體積不變，所以密度變更，當(dāng)氣體密度保持不變的狀態(tài)是平衡狀態(tài)，C錯(cuò)；N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反應(yīng)體系中H2與N2的物質(zhì)的量之比保持1∶3，不能證明正逆反應(yīng)速率相等，不肯定是平衡狀態(tài)，D對。]利用“變量”與“不變量”來推斷化學(xué)平衡狀態(tài)(1)選變量選定反應(yīng)中“變量”，即隨反應(yīng)進(jìn)行而變更的量，當(dāng)變量不再變更時(shí)，反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)。(2)常見的變量①氣體的顏色；②對于氣體體積有變更的反應(yīng)來說，恒壓反應(yīng)時(shí)的體積、恒容反應(yīng)時(shí)的壓強(qiáng)；③對于反應(yīng)體系中全部為氣體，且氣體物質(zhì)的量有變更的反應(yīng)來說，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量；④對于反應(yīng)體系中不全部為氣體的反應(yīng)來說，恒容時(shí)混合氣體的密度等。(3)在利用eq\x\to(M)、ρ、n(總)、p(總)推斷時(shí)要留意反應(yīng)特點(diǎn)和容器的體積變更問題。平衡轉(zhuǎn)化率的有關(guān)計(jì)算【典例】在肯定溫度下，發(fā)生反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，起始時(shí)，充入的N2和H2的物質(zhì)的量分別是3.0mol和6.0mol，平衡時(shí)生成NH3的物質(zhì)的量是2.4mol。已知容器的容積為5.0L，試求：(1)H2的轉(zhuǎn)化率是________。(2)平衡時(shí)混合氣體中N2的體積分?jǐn)?shù)是________(保留一位小數(shù))。[解析]N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)起始3.0mol6.0mol0mol轉(zhuǎn)化1.2mol3.6mol2.4mol平衡1.8mol2.4mol2.4mol(1)H2的轉(zhuǎn)化率＝eq\f(3.6mol,6.0mol)×100%＝60%。(2)N2的體積分?jǐn)?shù)＝eq\f(1.8mol,（1.8＋2.4＋2.4）mol)×100%≈27.3%。[答案](1)60%(2)27.3%“三段式”突破平衡轉(zhuǎn)化率計(jì)算模型mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始/molab00轉(zhuǎn)化/molmxnxpxqx平衡/mola－mxb－nxpxqx1．轉(zhuǎn)化率：α(A)＝eq\f(mx,a)×100%，α(B)＝eq\f(nx,b)×100%。2．氣體體積分?jǐn)?shù)(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))φ(A)＝eq\f(a－mx,a＋b＋px＋qx－mx－nx)×100%，φ(D)＝eq\f(qx,a＋b＋px＋qx－mx－nx)×100%。4．在10L密閉容器中，1molA和3molB在肯定條件下反應(yīng)：A(g)＋xB(g)2C(g)，2min后反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測得混合氣體共3.4mol，生成0.4molC，則下列計(jì)算結(jié)果正確的是()A．平衡時(shí)，物質(zhì)的量之比n(A)∶n(B)∶n(C)＝2∶11∶4B．x值等于3C．A的轉(zhuǎn)化率為20%D．B的平均反應(yīng)速率為0.4mol·L－1·min－1C[則0.8mol＋(3－0.2x)mol＋0.4mol＝3.4mol，解得x＝4，B錯(cuò)；平衡時(shí)，物質(zhì)的量之比為0.8∶(3－0.8)∶0.4＝4∶11∶2，A錯(cuò)；A的轉(zhuǎn)化率為eq\f(0.2mol,1mol)×100%＝20%，C正確；v(B)＝eq\f(0.8mol,10L)÷2min＝0.04mol·L－1·min－1，D錯(cuò)。]5．在容積可變的密閉容器中，2molN2和8molH2在肯定條件下發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)，H2的轉(zhuǎn)化率為25%，則平衡時(shí)氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)接近于()A．5% B．10%C．15% D．20%C[達(dá)到平衡時(shí)，H2轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為8mol×25%＝2mol。在肯定條件下，N2與H2發(fā)生反應(yīng)：同溫同壓下，氣體的體積比等于其物質(zhì)的量之比，故平衡時(shí)氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)為eq\f(\f(4,3)mol,\f(4,3)mol＋6mol＋\f(4,3)mol)×100%≈15%。]1．下列反應(yīng)中，不屬于可逆反應(yīng)的是()A．2NO2=N2O4與N2O4=2NO2B．H2＋I(xiàn)2eq\o(=,\s\up9(△))2HI與2HIeq\o(=,\s\up9(△))H2＋I(xiàn)2C．CO2＋H2O=H2CO3與H2CO3=CO2↑＋H2OD．CaO＋CO2=CaCO3與CaCO3eq\o(=,\s\up9(高溫))CaO＋CO2↑[答案]D2．肯定溫度下，在恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。當(dāng)SO2、O2、SO3的濃度不再變更時(shí)，下列說法正確的是()A.該反應(yīng)已達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)B．正、逆反應(yīng)速率相等且等于零C．SO2和O2全部轉(zhuǎn)化為SO3D．SO2、O2、SO3的濃度肯定相等[答案]A3．可以證明可逆反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)eq\o(,\s\up9(高溫、高壓))2NH3(g)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是()①6個(gè)N—H鍵形成的同時(shí)，有3個(gè)H—H鍵斷裂②3個(gè)H—H鍵斷裂的同時(shí)，有6個(gè)N—H鍵斷裂③其他條件不變時(shí)，混合氣體平均相對分子質(zhì)量不再變更④保持其他條件不變時(shí)，體系壓強(qiáng)不再變更⑤NH3、N2、H2的百分含量都不再變更⑥恒溫恒容時(shí)，氣體密度保持不變⑦正反應(yīng)速率v(H2)＝0.6mol·L－1·min－1，逆反應(yīng)速率v(NH3)＝0.4mol·L－1·min－1A．全部 B．②③④⑤⑥⑦C．②③④⑤⑦ D．③④⑤⑥⑦C[無論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，有6個(gè)N—H鍵形成的同時(shí)，肯定有3個(gè)H—H鍵斷裂，所以不能證明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，①錯(cuò)誤；3個(gè)H—H鍵斷裂的同時(shí)有6個(gè)N—H鍵斷裂，說明正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，所以能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，②正確；該反應(yīng)是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，因氣體混合物的質(zhì)量不變，所以其他條件不變時(shí)，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變更，說明氣體總物質(zhì)的量不變，能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，③正確；該反應(yīng)是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，保持其他條件不變時(shí)，體系壓強(qiáng)不再變更，說明氣體物質(zhì)的量不再變更，能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，④正確；反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，各物質(zhì)的百分含量不變，所以NH3、N2、H2的百分含量都不再變更能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，⑤正確；恒溫恒容時(shí)，氣體的總質(zhì)量不變，體積不變，氣體的密度始終不變，所以氣體密度保持不變不能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，⑥錯(cuò)誤；v正(H2)表示消耗H2的速率，v逆(NH3)表示消耗NH3的速率，v正(H2)∶v逆(NH3)＝3∶2，說明正、逆反應(yīng)速率相等，能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，⑦正確；綜上所述，②③④⑤⑦符合題意。]4．下列關(guān)于提高燃料燃