1、第一单元第一单元化学反应速率与反应限度化学反应速率与反应限度专专题题6化学反应与能量变化化学反应与能量变化第第2 2课课时化学反应的限度时化学反应的限度1.通过化学反应限度的学习,了解可逆反应的含义,知道可逆反应在一定条件下能达到平衡状态,培养变化观念与平衡思想的学科核心素养。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,体会从限度和速率两个方面去认识和调控化学反应的重要性,树立科学态度与社会责任的学科核心素养。素养目标【知识铺垫】1.新制氯水中存在Cl2、H2O、HClO的分子,存在H+、Cl-、ClO-和少量OH-的离子。2.二氧化硫与水的反应、二氧化硫与氧气的反
2、应是(填“是”或“不是”)可逆反应,试写出两反应的化学方程式:SO2+H2O H2SO3、2SO2+O2 2SO3。素养初探【自主梳理】1.化学反应的限度(1)可逆反应 【微思考】常温下,在0.1 molL-1醋酸水溶液中,大约只有1%的醋酸分子电离成H+和CH3COO-,绝大多数仍以CH3COOH的形式存在,所以醋酸是一种弱酸。请用电离方程式表示上述过程,并用文字解释其特征。提示 CH3COOH CH3COO-+H+。该过程是一个可逆过程。 (2)实验验证:FeCl3溶液与KI溶液的反应 KSCN溶液遇Fe3+变为红色,用于溶液中Fe3+的检验 实验步骤实验现象溶液颜色由无色变为褐色溶液分层
3、,下层为浅绿色,上层油状液体呈紫色溶液变为红色实验结论有I2生成有Fe2+和I2生成下层清液中含有未反应的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2.化学平衡状态(1)建立过程(2)建立示意图 (3)定义:在一定条件下,可逆反应进行到一定程度,正、逆反应速率相等时,反应物的浓度与生成物的浓度不再改变,达到一种表面静止的状态,称为化学平衡状态,简称化学平衡。指的是外界条件,如温度、浓度、压强等 (4)特征 【自我检测】1.判断正误(正确的打“”,错误的打“”)。(1)通过改变反应条件,可逆反应中反应物可
4、以完全转化为生成物()(2)SO2和O2的反应可写为2SO2+O2 2SO3()(3)CaO+CO2=CaCO3和CaCO3=CaO+CO2属于可逆反应()(4)化学反应达到最大限度时,正、逆反应速率相等() 2.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C3.一定温度下,可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g)未达到平衡的是()A.C的生成速率与C的分解速率相等B.单位时间生成n mol A同时消耗4n mol BC.A、B、C的浓度不再变化D.C的
5、百分含量达到最大值B新知一新知一 可可逆反应的特点逆反应的特点【问题探究】提示 O2、SO2和SO3。 素养提升(2)高炉炼铁的反应为Fe2O3+3CO 2Fe+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,于是设法增加高炉的高度。你认为可以改变高炉尾气中的CO的比例吗?提示 不可以。在高炉中Fe2O3和CO反应是可逆反应,故CO不能全部转化为CO2。【深化拓展】1.正确理解化学反应的限度(1)化学反应的限度是在给定的条件下,可逆反应所能达到或完成的最大程度。化学反应的限度的意义在于决定了反应物在该条件下的最大转化率。已被转化的反应物
6、的物质的量与其初始的物质的量之比 (2)不同的可逆反应在给定条件下的化学反应的限度不同;同一可逆反应在不同条件(如温度、浓度、压强等)下,其反应的限度不同。2.可逆反应的特点(1)可逆反应的“二同”:可逆反应中,正、逆两个反应是在“同一条件”下“同时”进行的。(2)可逆反应的“一不完全”:反应物不能“完全”转化为生成物。【素能应用】例1 在密闭容器中进行反应:X2(g)+Y2(g) 2Z(g),已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 molL-1、0.3 molL-1、0.2 molL-1,在一定条件下,当反应达到平衡时,各物质的浓度有可能是()A.Z为0.3 molL-1B.Y2为0.4
7、molL-1C.X2为0.2 molL-1D.Z为0.4 molL-1A思维建模极值转化法判断反应的限度(1)方法:先假设反应物完全转化为生成物,求出c(反应物)的最小值和c(生成物)的最大值;再假设生成物完全转化为反应物,求出c(反应物)的最大值和c(生成物)的最小值,最后讨论分析。(2)依据:可逆反应中反应物的转化率小于100%。变式训练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.可逆反应中,反应物和生成物同时存在,反应物的转化率小于100%C.既能向正反应方向进行,又能向逆反应
8、方向进行的反应叫作可逆反应D.电解水生成氢气和氧气的反应与氢气和氧气点燃生成水的反应互为可逆反应B新知二新知二 化化学平衡状态的判断学平衡状态的判断【问题探究】德国化学家哈伯(F.Haber,18681934)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+3H2 2NH3,假设该反应在容积不变的密闭容器中发生反应,分析思考下列问题:(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 因容器的容积不变,而混合气体的总质量不
9、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。(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。(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。【深化拓展】1.判断化学平衡状态的依据 记忆为“变量不变即平衡” 直接判断依据v(正)=v(逆)同一物质 生成速率等于消耗速率不同物质反应速率之比等于化学计量数之比,且表示不同方向(即
10、“一正一逆”)间接判断依据各物质的某些物理量各组成成分的质量、物质的量、分子数、物质的量浓度保持不变各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数保持不变特别提醒特殊标志的使用(1)反应体系中总压强不随时间变化(适用于反应前后气体体积不等的反应)。(2)混合气体的密度不随时间变化(适用于等容条件下有固、液体参与或生成的反应)。(3)对于反应混合物中存在有颜色的物质的可逆反应,若体系颜色不再变化,则反应达到平衡状态。2.有关化学平衡的简单计算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
11、(g) =pC(g)+qD(g)起始a b 00转化mx nx pxqx平衡a-mx b-nx pxqx关于某组分的体积分数的计算注意:(1)转化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例。(2)这里a、b可指物质的量、浓度、体积等。(3)对反应物而言,平衡时的量=起始的量-转化的量;对生成物而言,平衡时的量=起始的量+转化的量。同时要注意差量法、守恒法等简单计算方法在化学平衡中的应用。【素能应用】例2 一定温度下,在恒容密闭容器中进行的可逆反应:2NO2(g)(红棕色) 2NO(g)(无色)+O2(g)。判断下列描述中反应处于平衡状态的是。 单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol
12、 NO2单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比值为2 2 1的状态混合气体的颜色不再改变的状态密闭容器中压强不再改变的状态混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态【微点拨】解答本题要明确以下两点:(1)遇到压强时,分析反应前后气体的总物质的量是否变化。【变式设问】(1)该反应的密闭容器中密度不再改变,能否说明反应达到平衡?提示 否。在定容的容器中,可以根据= 来判断。 (2)当c(NO2)=c(NO)时,该反应是否达到平衡状态?提示 否。因为c(NO2)=c(NO)时,并不能说明NO2或NO的浓度保持不变。故无法判断反
13、应是否达到平衡状态。思维建模判断平衡状态的思维模型判断化学反应是否达到化学平衡状态,关键是看给定条件下能否推出正逆速率相等或“变量”达到“不变”即“正逆相等、变量不变”。变式训练2下列描述的化学反应状态,不一定是平衡状态的是() D素养脉络1.下列关于化学反应的限度的说法正确的是()A.Cl2溶于水发生了可逆反应B.当一个可逆反应达到平衡状态时,正向反应速率和逆向反应速率相等且等于零C.平衡状态时,各物质的浓度保持相等D.化学反应的限度不可以通过改变条件而改变素养巩固A2.如图是N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)在反应过程中反应速率v与时间t的关系曲线,下列说法错误的是()A.t1时,正
14、反应速率大于逆反应速率B.t2时,反应体系中NH3的浓度达到最大值C.t2t3时间段,正反应速率等于逆反应速率D.t2t3时间段,各物质的浓度相等且不再发生变化D3.下列说法中,可以证明反应N2+3H2 2NH3已达到平衡状态的是()A.1个NN键断裂的同时,有3个HH键断裂B.1个NN键断裂的同时,有3个HH键形成C.1个NN键断裂的同时,有2个NN键形成D.1个NN键断裂的同时,有6个NH键形成B4.下列反应条件的控制中,不恰当的是()A.为加快H2O2的分解速率加入MnO2B.为防止铁生锈,在其表面涂上一层防锈油漆C.降温能加快KMnO4的分解速率D.用3 molL-1 H2SO4溶液代替0.5 molL-1 H2SO4溶液与锌粉反应能加快反应速率C
