2019-2020学年高中化学 专题2 化学反应与能量转化 第一单元 化学反应速率与反应限度 第2课

第2课时化学反应的限度专题2化学反应与能量转化1.认识可逆反应的特征。认识可逆反应在一定条件下有一定的限度，即能达到化学平衡状态。2．知道化学平衡的含义及其特征，会判断可逆反应的平衡状态。专题2化学反应与能量转化可逆反应的化学平衡状态一、可逆反应1．概念：在同一条件下，既可以向________方向进行，同时又可以向_________方向进行的反应。2．表示：用“”连接反应物和生成物。3．特点：在一定条件下，可逆反应有一定的_____，反应物不能完全转化为生成物。正反应逆反应限度二、化学平衡1．概念在一定条件下的可逆反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率_______，反应物和生成物的浓度不再发生变化的状态。2．化学平衡状态的特征(1)化学平衡是一种_______平衡，即平衡时化学反应仍在进行，但反应混合物的组成保持_______。(2)当外界条件改变时，原化学平衡状态被破坏，一段时间后会达到新的平衡状态。相等动态不变1．判断正误(1)2NaHCO3=====△Na2CO3＋H2O＋CO2↑与Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3为可逆反应。()(2)可逆反应中正、逆反应速率的变化可用如图图像表示。()(3)对于固定容器内的反应2SO2＋O22SO3，当其密度不变时说明反应已达平衡状态。()(4)对于反应2NO＋O22NO2、H2＋I2(g)2HI，当其压强不再变化时，反应已达平衡状态。()×√××2．对于化学反应限度的叙述，错误的是()A．任何可逆反应都有一定的限度B．化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等C．化学反应的限度与时间的长短无关D．化学反应的限度是不可改变的解析：选D。任何可逆反应都有一定的限度，当反应达到限度时，v正＝v逆；对同一可逆反应，当外界条件不变时，反应的限度不变，与时间长短无关，但当外界条件发生改变时，化学反应的限度也会发生改变。3．在已达到平衡的可逆反应2SO2＋O22SO3中，充入由18O组成的氧气一段时间后，18O存在于下列物质中的()A．多余的氧气中B．生成的三氧化硫中C．氧气和二氧化硫中D．二氧化硫、氧气和三氧化硫中解析：选D。充入由18O组成的氧气后，18O2与SO2反应生成SO3，所以SO3中混有18O；混有18O的SO3分解，生成的SO2中也可能混有18O。一、化学平衡的特征1．“逆”化学平衡研究的对象是可逆反应。2．“等”化学平衡的实质是正、逆反应速率相等，即v(正)＝v(逆)。此式有两个含义，用同一种物质来表示反应速率时，该物质的生成速率与消耗速率相等，即单位时间内生成与消耗某物质的量相等；用不同物质表示时，某一反应物的生成(或消耗)速率与某一生成物的生成(或消耗)速率之比等于化学方程式中相应的化学计量数之比。3．“动”化学反应达到平衡状态从表面上、宏观上看好像反应停止了，但从本质上、微观上看反应并未停止，只不过是正反应速率和逆反应速率相等，即v(正)＝v(逆)0，所以化学平衡是一种动态平衡。4．“定”一定条件下，在反应达平衡状态的混合物中，各组分的浓度及质量分数、体积分数保持一定(但不一定相等)，不再随时间变化而变化。5．“变”化学平衡是在一定条件下暂时的平衡，若外界条件发生改变，则化学平衡状态可能随之发生改变，即可能发生化学平衡移动。二、化学平衡的判断依据本质特征：v(正)＝v(逆)和现象特征，反应混合物中各组分含量保持不变，结合具体情况来判断反应是否达平衡状态。1．直接判断法(1)正反应速率＝逆反应速率0；(2)同一物质的消耗速率与生成速率相等；(3)各组分的浓度保持不变。2．间接判断法(1)各组分的百分含量保持不变(各物质的物质的量分数一定、各物质的质量分数一定、各气体的体积分数一定)；(2)各组分的物质的量不随时间的改变而改变；(3)各气体的体积不随时间的改变而改变。3．特例判断法(1)对反应前后气体物质的分子总数不相等的可逆反应来说，混合气体的总压强、总体积、总物质的量、平均摩尔质量不随时间的改变而改变时，反应即达化学平衡状态；(2)对反应前后气体物质的分子总数相等的可逆反应来说，混合气体的总压强、总体积、总物质的量、平均摩尔质量不随时间的改变而改变时，不能判断该反应是否已达化学平衡状态；(3)反应体系内有色物质的颜色不再改变，反应即达化学平衡状态。无论用什么方法判断可逆反应是否达到平衡状态，都要以本质特征或现象特征为依据来展开分析和判断。也就是说，判断可逆反应是否达到平衡状态的根本标志是v(正)＝v(逆)，其余的判断方法都是从这个方法的基础上衍生出来的。如图所示是可逆反应X2(g)＋3Y2(g)2Z2(g)在反应过程中的化学反应速率(v)与时间(t)的关系曲线，下列叙述正确的是()A．t1时，只有正方向反应在进行B．t1～t2，X2的物质的量越来越多C．t2～t3，反应已经停止D．t2～t3，各物质的浓度保持不变[解析]t1时正、逆反应都在进行，A错误；t1～t2，v(正)v(逆)，反应物X2和Y2的物质的量逐渐减少，B错误；t2～t3，反应达到平衡状态，v(正)＝v(逆)≠0，各物质的浓度保持不变，C错误，D正确。[答案]D(1)上述例题中反应是哪一时刻达到化学平衡状态的？(2)上述例题中t2～t3，v正(X2)和v逆(Y2)存在什么关系？答案：(1)t2(2)3v正(X2)＝v逆(Y2)可逆反应的判断及特点1．下列各组两个反应互为可逆反应的是()①H2＋Cl2=====点燃2HCl与2HCl=====通电H2↑＋Cl2↑②H2SO4(浓)＋2HBr===2H2O＋Br2＋SO2↑与Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4③2NO2===N2O4与N2O4===2NO2④2SO2＋O2=====催化剂△2SO3与2SO3=====催化剂△2SO2＋O2A．①②B．②③C．③④D．②④解析：选C。可逆反应必须是在相同条件下同时向正、逆两个方向都能进行的反应，③④互为可逆反应。2．一定条件下，某容器中各微粒在反应前后变化的示意图如下，其中•和代表不同元素的原子。关于此反应说法错误的是()A．反应物完全转化为生成物B．一定属于可逆反应C．一定属于氧化还原反应D．一定属于分解反应解析：选A。A.对比反应前后的分子知反应物未完全转化为生成物。B.可逆反应的特征之一是经过充分反应之后，体系中反应物与生成物共存，该反应经过充分反应，体系中(反应物)与和(生成物)共存，故它一定属于可逆反应。C.氧化还原反应的特征是有元素化合价变化，该反应中的生成说明有元素化合价变化，故它一定属于氧化还原反应。D.分解反应是一种物质生成两种或两种以上新物质的反应，该反应可表示为2―→2＋，故它一定属于分解反应。3．已知可逆反应2SO2＋O2催化剂△2SO3，生成2molSO3时放出的热量为Q。现将1molSO2和0.5molO2在相同条件下反应生成SO3，放出的热量为Q1，则()A．2Q1QB．Q1＝QC．Q1QD．无法判断解析：选A。若将1molSO2和0.5molO2在相同条件下放入密闭容器发生反应，因2SO2＋O2催化剂△2SO3是可逆反应，则1molSO2和0.5molO2不会完全反应生成1molSO3，即生成SO3的物质的量小于1mol，根据反应2SO2＋O2催化剂△2SO3，当生成2molSO3时放出热量为Q，生成1molSO3放出的热量为12Q，则生成小于1mol的SO3时放出的热量必小于12Q，即Q112Q，2Q1Q。化学平衡的建立及特点4．下列对于可逆反应2M(g)＋N(g)2P(g)达到平衡时的说法正确的是()A．M、N全部变成了PB．反应已经停止C．反应混合物中各组分的浓度不再改变D．反应混合物中c(M)∶c(N)∶c(P)一定等于2∶1∶2解析：选C。可逆反应的转化率达不到100%，即M、N不可能全部变成P，A错误；平衡时正、逆反应速率相等，但不为0，即反应没有停止，B错误；平衡时反应混合物中各组分的浓度不再改变，C正确；平衡时反应混合物中c(M)∶c(N)∶c(P)不一定等于2∶1∶2，D错误。5．在一密闭容器中通入A、B、C三种气体，保持一定温度，在t1～t4s时测得各物质的浓度数据如表，则下列判断正确的是()测定时刻/s浓度/mol·L－1t1t2t3t4c(A)6322c(B)53.533c(C)12.533A．在t3s时反应已经停止B．t3～t4s内正、逆反应速率不相等C．在容器中发生的反应为A＋BCD．在t3s时，反应已达到平衡状态解析：选D。在t3s时反应达到平衡状态，反应没有停止，速率不等于零，故A错误，D正确；t3～t4s内反应达到平衡状态，正、逆反应速率相等，故B错误；t1～t2s，A、B、C的浓度变化量之比为3∶1.5∶1.5，在容器中发生的反应为2A＋BC，故C错误。化学平衡状态的判断6．一定条件下，将1molA和3molB充入恒容密闭容器中，发生如下反应：A(g)＋3B(g)2C(g)，下列不能说明该反应已经达到平衡状态的是()A．气体的密度不再改变B．混合气体中A的体积分数不再变化C．混合气体的总压强不再变化D．单位时间内生成amolA，同时生成2amolC解析：选A。A项，反应前后气体质量不变，容器体积不变，气体密度始终不变，因此密度不变不能说明反应达到平衡状态；B项，A的体积分数不变，说明反应达到平衡状态；C项，反应前后气体体积减小，总压强不变，说明反应达到平衡状态；D项，单位时间内生成amolA，同时生成2amolC，说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态。7．在一定条件下的定容密闭容器中，当物质的下列物理量不再变化时，不能说明反应A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)已达平衡状态的是()A．混合气体的压强B．混合气体的密度C．B的物质的量浓度D．气体的平均相对分子质量解析：选A。A.反应前后气体体积不变，压强始终不变，所以混合气体的压强不变，不能说明反应达到平衡状态；B.在反应过程中容器容积不变，但气体的质量是改变的，因此当混合气体的密度不再发生变化时可以说明反应达到平衡状态；C.B的物质的量浓度不再发生变化时可以说明反应达到平衡状态；D.混合气体的平均相对分子质量等于混合气体的质量和混合气体的总物质的量的比值，而总物质的量不变，但气体的质量是改变的，因此当气体的平均相对分子质量不再发生变化时可以说明达到平衡状态。8．298K时，将20mL3xmol·L－1Na3AsO3、20mL3xmol·L－1I2和20mLNaOH溶液混合，发生反应：AsO3－3(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO3－4(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO3－4)与反应时间(t)的关系如图所示。下列可判断反应达到平衡的是________(填标号)。a．溶液的pH不再变化b．v(I－)＝2v(AsO3－3)c．c(AsO3－4)/c(AsO3－3)不再变化d．c(I－)＝ymol·L－1答案：ac解析：溶液的pH不再变化，即OH－的浓度不再变化，所以平衡体系中各组分的浓度均不再变化，说明反应达到平衡状态，a项正确；当v正(I－)＝2v逆(AsO3－3)或v逆(I－)＝2v正(AsO3－3)时反应达到平衡状态，选项中的速率未指明是正反应速率还是逆反应速率，b项错误；反应达到平衡之前，c(AsO3－3)逐渐减小而c(AsO3－4)逐渐增大，故c(AsO3－4)/c(AsO3－3)逐渐增大，当c(AsO3－4)/c(AsO3－3)不变时反应达到平衡状态，c项正确；根据离子方程式可知反应体系中恒有c(I－)＝2c(AsO3－4)，观察图像可知反应达到平衡时c(AsO3－4)＝ymol·L－1，此时c(I－)＝2ymol·L－1，d项错误。化学平衡的计算1．化学平衡计算的主要类型(1)求起始浓度、转化浓度、平衡浓度；(2)求某反应物的转化率、平衡气体混合物中各成分的体积分数；(3)结合气体密度、平均相对分子质量的计算。2．化学平衡计算的一般方法(1)先写出有关化学方程式，列出反应物和生成物的起