新教材高中化第6章化反應(yīng)與能量第節(jié)基次時化反應(yīng)的限度化反應(yīng)條件的控制案新人教版必修第二冊

PAGE7-化學(xué)反應(yīng)的限度化學(xué)反應(yīng)條件的控制學(xué)習(xí)任務(wù)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，了解達(dá)到平衡的標(biāo)志。培養(yǎng)“變化觀念與平衡思想”的核心素養(yǎng)。2．了解化學(xué)反應(yīng)條件的控制及在生產(chǎn)和科技研究中的作用。培養(yǎng)“科學(xué)探究與社會責(zé)任”的核心素養(yǎng)。知識點一化學(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)方向均能進行的化學(xué)反應(yīng)。(2)特點：①反應(yīng)不能進行到底；②在一定條件下反應(yīng)物與生成物同時存在；③正、逆反應(yīng)方向同時進行。2．化學(xué)平衡(1)化學(xué)平衡的建立在一定條件下，向反應(yīng)容器中加入N2和H2，發(fā)生反應(yīng)：N2＋3H22NH3。濃度速率變化v正、v逆關(guān)系開始反應(yīng)物濃度最大v正最大v正＞v逆生成物濃度最小v逆最小變化反應(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逆不變速率—時間(v-t)圖像如下(2)化學(xué)平衡狀態(tài)的概念：在一定條件下，當(dāng)反應(yīng)進行到一定程度時，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改變，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)在一定條件下所能達(dá)到的或完成的最大程度，即該反應(yīng)進行的限度?；瘜W(xué)反應(yīng)的限度決定了反應(yīng)物在該條件下轉(zhuǎn)化為生成物的最大轉(zhuǎn)化率。(4)影響因素：改變反應(yīng)條件，可以在一定程度上改變該反應(yīng)的化學(xué)平衡狀態(tài)。因此通過調(diào)控反應(yīng)條件可使反應(yīng)結(jié)果更好地符合人們預(yù)期的目的。判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。(1)2H2＋O2eq\o(=,\s\up10(點燃))2H2O與2H2Oeq\o(=,\s\up10(通電))2H2↑＋O2↑互為可逆反應(yīng)。 (×)(2)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時，v正＝v逆，各組分濃度相等。 (×)(3)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時，反應(yīng)停止，各組分濃度不變。 (×)(4)化學(xué)平衡狀態(tài)是一定條件下反應(yīng)的最大限度。 (√)通過改變反應(yīng)條件，是否可以使2molSO2(g)和過量的O2(g)反應(yīng)得到2molSO3?提示：不可以。SO2與O2生成SO3的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，SO2不可以完全轉(zhuǎn)化為SO3。知識點二化學(xué)反應(yīng)條件的控制1．目的促進有利的化學(xué)反應(yīng)，抑制有害的化學(xué)反應(yīng)。2．合成氨工業(yè)(1)化學(xué)理論：低溫、高壓時有利于提高氨的產(chǎn)率。(2)工業(yè)實際：①溫度——溫度低，反應(yīng)速率小，達(dá)到化學(xué)平衡所需時間長，生產(chǎn)成本高，工業(yè)上通常選擇在400～500℃下進行。②壓強——壓強越大，對動力和生產(chǎn)設(shè)備的要求也越高，采用的壓強通常為10_MPa～30MPa。3．提高燃料燃燒效率的措施(1)煤燃燒時，將煤塊粉碎成煤粉目的是增大其與空氣中O2的接觸面積，煤粉燃燒更充分，反應(yīng)速率更大；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)生熱量減小，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采取的措施是將燃燒后的廢氣通過熱交換裝置，供其他方面使用。4．反應(yīng)條件調(diào)控的措施(1)改變化學(xué)反應(yīng)速率：改變反應(yīng)體系的溫度、物質(zhì)的濃度、氣體的壓強、固體的表面積以及催化劑的合理使用等。(2)改變可逆反應(yīng)進行的限度：改變可逆反應(yīng)體系的溫度、物質(zhì)的濃度、氣體的壓強等。(1)高爐煉鐵時，實際消耗的焦炭遠(yuǎn)高于理論計算量，為什么？提示：高爐中發(fā)生的反應(yīng)：CO2＋C2CO，3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，為可逆反應(yīng)，不能完全反應(yīng)。(2)工業(yè)上使用煤作燃料時，為了使煤能充分燃燒，你認(rèn)為可采取的措施有哪些？提示：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)的判定可逆反應(yīng)2NO22NO＋O2在體積固定的密閉容器中進行，達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是________(填序號)。①單位時間內(nèi)生成nmolO2的同時生成2nmolNO2②單位時間內(nèi)生成nmolO2的同時生成2nmolNO③用NO2、NO、O2表示的反應(yīng)速率的比為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混合氣體的壓強不再改變的狀態(tài)⑦混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變的狀態(tài)⑧v(NO2)＝2v(O2)的狀態(tài)⑨v正(NO2)＝2v逆(O2)的狀態(tài)eq\o(○,\s\up1(10))n(O2)不再改變的狀態(tài)提示：①④⑥⑦⑨⑩1．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、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)計量數(shù),B化學(xué)計量數(shù))(2)各組分的濃度保持一定①各組分的濃度不隨時間的改變而改變；②各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)不隨時間的改變而改變。(3)間接標(biāo)志——“變量不變”①反應(yīng)體系中的總壓強不隨時間的改變而變化(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化的物質(zhì)的可逆反應(yīng)，若體系中顏色不再改變，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。③全是氣體參加的反應(yīng)前后化學(xué)計量數(shù)改變的可逆反應(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?？傊x定反應(yīng)中“變量”，即隨反應(yīng)進行而變化的量，當(dāng)變量不再變化時，反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)。1．在一個不傳熱的固定容積的密閉容器中，可逆反應(yīng)mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，當(dāng)m、n、p、q為任意整數(shù)時，反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是()①體系的壓強不再改變②體系的溫度不再改變③各組分的濃度不再改變④各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再改變⑤反應(yīng)速率v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q⑥單位時間內(nèi)mmolA發(fā)生斷鍵反應(yīng)，同時pmolC也發(fā)生斷鍵反應(yīng)A．③④⑤⑥B．②③④⑥C．①③④⑤D．①③④⑥B[判斷化學(xué)平衡的根本標(biāo)志是v(正)＝v(逆)，⑥中mmolA斷鍵，則同時生成pmolC，而pmolC也發(fā)生斷鍵反應(yīng)，因此對C而言，v(正)＝v(逆)，⑥正確；而⑤中未指明反應(yīng)速率表示的方向，錯誤；平衡狀態(tài)的直接標(biāo)志是各組分的濃度不再改變，則各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再改變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，③④正確；平衡狀態(tài)的間接標(biāo)志是體系的溫度不再改變，故②正確；因(m＋n)與(p＋q)的相對大小不確定，故①無法確定，若m＋n＝p＋q，則反應(yīng)過程中壓強始終不變化，此情況下無法說明反應(yīng)是否達(dá)到平衡，故①錯誤。因此選B項。]2．下列描述的化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)，不一定是平衡狀態(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)體系中氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變C．CaCO3(s)eq\o(,\s\up10(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)的濃度不再變化，達(dá)到了平衡狀態(tài)，A錯；2NO2(g)N2O4(g)是反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不相等的反應(yīng)，當(dāng)恒溫、恒容下，反應(yīng)體系中氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，達(dá)到了平衡狀態(tài)，B錯；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)量變化，體積不變，所以密度變化，當(dāng)氣體密度保持不變的狀態(tài)是平衡狀態(tài)，C錯；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，不一定是平衡狀態(tài)，D對。]3．一定溫度下，恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)，下列敘述不能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是()A．v正(O2)＝eq\f(5,4)v逆(NO)B．密閉容器內(nèi)氣體的密度不再改變C．密閉容器內(nèi)的壓強不變D．密閉容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變B[v正(O2)＝eq\f(5,4)v逆(NO)＝v逆(O2)，正、逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；根據(jù)ρ＝eq\f(m,V)，氣體的總質(zhì)量始終不變，容器的容積始終不變，密度也始終不變，反應(yīng)不一定達(dá)到平衡狀態(tài)；恒溫恒容密閉容器中，只要未達(dá)到平衡狀態(tài)，壓強一直在變，容器內(nèi)壓強不變能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；氣體的平均摩爾質(zhì)量一直再變，平均摩爾質(zhì)量不變能說明反應(yīng)達(dá)到平衡。]利用eq\x\to(M)、ρ、p總判斷一定注意氣體的質(zhì)量、氣體的總物質(zhì)的量和容器的體積是否改變。1．下列說法不正確的是()A．化石燃料在任何條件下都能充分燃燒B．化石燃料在燃燒過程中能產(chǎn)生污染環(huán)境的CO、SO2等有害氣體C．直接燃燒煤不如將煤進行深加工后燃燒效果好D．固體煤變?yōu)闅怏w燃料后，能提高燃燒效率[答案]A2．下列反應(yīng)中，不屬于可逆反應(yīng)的是()A．2NO2=N2O4與N2O4=2NO2B．H2＋I2eq\o(=,\s\up10(△))2HI與2HIeq\o(=,\s\up10(△))H2＋I2C．CO2＋H2O=H2CO3與H2CO3=CO2↑＋H2OD．CaO＋CO2=CaCO3與CaCO3eq\o(=,\s\up10(高溫))CaO＋CO2↑[答案]D3．哈伯因發(fā)明了由氮氣和氫氣合成氨氣的方法而獲得1918年諾貝爾化學(xué)獎。現(xiàn)向一密閉容器中充入1molN2和3molH2，在一定條件下使該反應(yīng)發(fā)生。下列說法正確的是()A．達(dá)到化學(xué)平衡時，N2將完全轉(zhuǎn)化為NH3B．達(dá)到化學(xué)平衡時，N2、H2和NH3的物質(zhì)的量濃度一定相等C．達(dá)到化學(xué)平衡時，正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率都為0D．達(dá)到化學(xué)平衡時，3v正(N2)＝v逆(H2)D[可逆反應(yīng)中反應(yīng)物不可能完全轉(zhuǎn)化，A錯誤；達(dá)到化學(xué)平衡時，N2、H2和NH3的物質(zhì)的量濃度不再改變，但不一定相等，B錯誤；化學(xué)平衡狀態(tài)是動態(tài)平衡，達(dá)到化學(xué)平衡時，正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率相等且不為0，C錯誤；達(dá)到化學(xué)平衡時，v逆(H2)＝v正(H2)＝3v正(N2)，D正確。]4．一定溫度下的恒容密閉容器中，下列哪些物理量不再發(fā)生變化時，表明反應(yīng)A(g)＋2B(g)C(g)＋D(g)已達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)()①混合氣體的壓強②混合氣體的密度③B的物質(zhì)的量濃度④混合氣體的總物質(zhì)的量⑤混合氣體的平均相對分子質(zhì)量⑥混合氣體的總質(zhì)量⑦混合氣體的總體積A．①②③④⑤⑥⑦ B．只有①③④⑤C．①②③④⑤⑦ D．只有②⑥⑦B[由于反應(yīng)物、生成物全部是氣體，且反應(yīng)在恒容密閉容器中進行，反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量不變，故反應(yīng)過程中氣體的密度一直保持不變，故②⑥⑦不符合題意。]5．(素養(yǎng)題)在2L恒容密閉容器中，800℃時發(fā)生反應(yīng)2NO(g)＋O2(g)eq\o(,\s\up10(一定條件))2NO2(g)，n(NO)隨時間的變化如表：時間/s012345n(NO)/mol0.0200.0100.0080.0070.0070.007(1)上述反應(yīng)________(填“是”或“不是”)可逆反應(yīng)。(2)如圖所示，表示NO2變化曲線的是________。用O2表示從0～2s內(nèi)該反應(yīng)的平均速率v＝________。(3)能說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是________(填序號)。A．v(NO2)＝2v(O2)B．容器內(nèi)壓強保持不變C．v逆(NO)＝2v正(O2)D．容器內(nèi)混合氣體的密度保持不變[解析](1)該反應(yīng)是可逆反應(yīng)。(2)由平衡體系2NO(g)＋O2(g)eq\o(,\s\up10(一定條件))2NO2(g)知，NO2為生成物，達(dá)到平衡時n(NO2)＝Δn(NO)＝0.020mol－0.007mol＝0.013molc(NO2)＝eq\f(0.013mol,2L)＝0.0065mol·L－1故表示NO2變化曲線的為b。0～2s內(nèi)，v(NO)＝eq\f(ΔcNO,Δt)＝eq\f(ΔnNO,V·Δt)＝eq\f(0.020mol－0.008mol,2L×2s)＝0.003mol·L－1·s－