6.2化學(xué)反應(yīng)的速率與限度第2課時學(xué)案高一下學(xué)期化學(xué)人教版

第2課時化學(xué)反應(yīng)的限度化學(xué)反應(yīng)條件的控制素養(yǎng)要求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．體會從限度和快慢兩個方面去認(rèn)識和調(diào)控化學(xué)反應(yīng)的重要性。3．認(rèn)識化學(xué)變化是有條件的，學(xué)習(xí)運用變量控制方法研究化學(xué)反應(yīng)，了解控制反應(yīng)條件在生產(chǎn)和科學(xué)研究中的作用。一、化學(xué)反應(yīng)的限度1．可逆反應(yīng)(1)定義：在同一條件下________和________均能進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。(2)特點在________，正向反應(yīng)(反應(yīng)物→生成物)和逆向反應(yīng)(生成物→反應(yīng)物)________。例如：SO2和H2O反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________。特別提示可逆反應(yīng)的特點及表示方法(1)雙向性——正反應(yīng)和逆反應(yīng)發(fā)生的條件相同。(2)雙同性——正反應(yīng)和逆反應(yīng)在同一條件下同時進(jìn)行。(3)共存性——不管反應(yīng)時間長短，反應(yīng)物總有剩余，最終反應(yīng)物與生成物共存。(4)表示方法書寫可逆反應(yīng)的化學(xué)方程式時不用“=”而用“?”。2．化學(xué)平衡狀態(tài)(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(g)＋3H2(g)?2NH3(g)。項目濃度速率變化v正、v逆關(guān)系開始反應(yīng)物濃度______v正______v正______v逆生成物濃度______v逆______變化反應(yīng)物濃度______v正______v正______v逆生成物濃度______v逆______平衡反應(yīng)物濃度______v正______v正______v逆生成物濃度______v正______(2)化學(xué)平衡建立過程中的速率—時間(v-t)圖像如圖所示。(3)化學(xué)平衡和限度①化學(xué)平衡狀態(tài)：在一定條件下，________反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時，____________與____________相等，____________________________都不再改變，達(dá)到一種表面靜止的狀態(tài)，簡稱化學(xué)平衡。②化學(xué)反應(yīng)的限度：化學(xué)平衡狀態(tài)是可逆反應(yīng)在一定條件下所能達(dá)到或完成的____________。提醒關(guān)于化學(xué)平衡狀態(tài)的四個要點(1)前提：“一定條件\”，即正、逆反應(yīng)必須在同一反應(yīng)條件(如溫度、壓強等)下進(jìn)行。(2)使用范圍：“可逆反應(yīng)\”，反應(yīng)不能進(jìn)行到底，反應(yīng)物和生成物同時存在于同一反應(yīng)體系中。(3)微觀實質(zhì)：正、逆反應(yīng)速率相等。(4)宏觀特征：各組分的濃度保持不變。【學(xué)而思】1.(1)已知2SO2＋O22SO3，則在催化劑、加熱條件下，將2molSO2和1molO2充入密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)，最終能否生成2molSO3?(2)可逆反應(yīng)進(jìn)行一定時間后，各組分的濃度相等或正好等于化學(xué)計量數(shù)之比時，可逆反應(yīng)是否達(dá)到平衡？2．(1)恒容密閉容器中的可逆反應(yīng)2NO2(g)?2NO(g)＋O2(g)，單位時間內(nèi)生成nmolO2的同時生成2nmolNO，能否說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)？若混合氣體的顏色不再改變，能否說明？請說明理由。(2)恒容密閉容器中，通入1molCO2和3molH2發(fā)生反應(yīng)CO2(g)＋3H2(g)?CH3OH(g)＋H2O(g)，體系中nCO2(3)在溫度和體積一定時，發(fā)生反應(yīng)2HI(g)?H2(g)＋I(xiàn)2(g)，容器內(nèi)壓強不再變化，能否說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，請說明理由。二、化學(xué)反應(yīng)條件的控制1．條件控制的意義2．條件控制在工業(yè)合成氨中的應(yīng)用(1)化學(xué)理論：________溫、________壓時有利于提高氨的產(chǎn)率。(2)工業(yè)實際：①溫度——溫度低，氨的產(chǎn)率高，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____________下進(jìn)行。②壓強——壓強越大，氨的產(chǎn)率越高，對動力和生產(chǎn)設(shè)備的要求也越高，采用的壓強通常為____________。特別提示控制反應(yīng)條件的兩個角度及方法(1)控制化學(xué)反應(yīng)速率通過改變溫度、濃度、壓強、催化劑、固體的接觸面積等影響化學(xué)反應(yīng)速率的條件，使反應(yīng)速率達(dá)到預(yù)想值。(2)控制化學(xué)反應(yīng)的限度通過改變溫度、濃度、壓強等影響平衡狀態(tài)的條件，使可逆反應(yīng)達(dá)到預(yù)想限度。注意：在實施上述兩項“控制”時，還要考慮到使“速率”和“限度”的綜合效果最佳，不能片面追求某一方面最佳。【學(xué)而思】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？2．以下是2SO2＋O22SO3在不同條件下達(dá)到平衡狀態(tài)時SO2的轉(zhuǎn)化率。從以上數(shù)據(jù)分析，要實現(xiàn)SO2轉(zhuǎn)化率為93.5%，需控制的反應(yīng)條件是什么？提高該化學(xué)反應(yīng)限度的途徑有哪些？[即時練]1．判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。(1)任何可逆反應(yīng)都有一定的限度。()(2)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到限度時，正、逆反應(yīng)速率相等。()(3)化學(xué)反應(yīng)的限度與時間的長短無關(guān)。()(4)化學(xué)反應(yīng)的限度是不可改變的。()(5)化學(xué)平衡的建立與反應(yīng)條件密切相關(guān)。()(6)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時，化學(xué)反應(yīng)即停止。()2．下列說法正確的是()A．H2可燃燒生成水，水可電解生成H2，上述兩個反應(yīng)互為可逆反應(yīng)B．用含18O的氧氣氧化不含18O的SO2時，反應(yīng)一段時間后，SO2中也會含有18OC．可逆反應(yīng)的反應(yīng)物在一定的條件下也能完全反應(yīng)D．可逆反應(yīng)不可能有能量變化3．下列說法中不正確的是()A．一個可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，就是這個反應(yīng)在該條件下所能達(dá)到的限度B．當(dāng)一個可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，這個反應(yīng)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等C．可以通過控制反應(yīng)條件，使2molSO2與1molO2反應(yīng)生成2molSO3D．化學(xué)反應(yīng)的限度可以通過改變條件來改變4．化學(xué)反應(yīng)限度的調(diào)控在工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)保技術(shù)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。如果設(shè)法提高化學(xué)反應(yīng)的限度，下面說法中錯誤的是()A．能夠節(jié)約原料和能源B．能夠提高產(chǎn)品的產(chǎn)量C．能夠提高經(jīng)濟效益D．能夠提高化學(xué)反應(yīng)速率5．對于工業(yè)合成氨反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，以下分析不正確的是()A．可以通過改變溫度、壓強控制合成氨的反應(yīng)限度B．高壓比常壓條件更有利于合成氨的反應(yīng)，提高氨氣的產(chǎn)率C．500℃左右比室溫更有利于合成氨的反應(yīng)，提高氨氣的產(chǎn)率D．合成氨工業(yè)采用高壓，不僅能提高轉(zhuǎn)化率，還能縮短到達(dá)平衡的時間6．某溫度下，在2L密閉容器中，X、Y、Z三種物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時間的變化曲線如圖所示。(1)由圖中數(shù)據(jù)分析，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________。(2)反應(yīng)開始至2min，Z的平均反應(yīng)速率為________________。(3)判斷第5min時反應(yīng)是否達(dá)到平衡？________(填“是”或“否”)；第5min時，Z的生成速率________Z的消耗速率(填“大于”“小于”或“等于”)。目標(biāo)1化學(xué)平衡的建立——化學(xué)反應(yīng)的限度例1.如圖所示為可逆反應(yīng)X2＋3Y2?2Z2在反應(yīng)過程中的反應(yīng)速率v(mol·L－1·min－1)隨時間t(min)變化的關(guān)系曲線，下列敘述正確的是()A．t1min時，只有正反應(yīng)在進(jìn)行B．t1min時，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)C．t2～t3min，反應(yīng)不再進(jìn)行D．t2～t3min，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化關(guān)鍵能力一、化學(xué)平衡的建立過程1．速率變化2．圖像表示二、化學(xué)平衡狀態(tài)的特征1．本質(zhì)(動態(tài)特征)：v正＝v逆≠0(1)同種物質(zhì)：同一物質(zhì)的生成速率等于其消耗速率；(2)不同物質(zhì)必需標(biāo)明是“異向”的反應(yīng)速率關(guān)系，如反應(yīng)aA(g)＋bB(g)?cC(g)＋dD(g)，v正(A)v2．表現(xiàn)(靜態(tài)特征)：各種“量”不變(1)各物質(zhì)的質(zhì)量、物質(zhì)的量、濃度不變。(2)各物質(zhì)的百分含量(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù))不變。(3)溫度、壓強(化學(xué)方程式兩邊氣體體積不相等的反應(yīng))或顏色(某組分有顏色)不變。[對點練]1．對于化學(xué)反應(yīng)的限度的敘述，錯誤的是()A．任何可逆反應(yīng)都有一定的限度B．化學(xué)反應(yīng)達(dá)到限度時，正、逆反應(yīng)速率相等C．化學(xué)反應(yīng)的限度與時間的長短無關(guān)D．化學(xué)反應(yīng)的限度是不可改變的2．在已達(dá)到平衡的可逆反應(yīng)2SO2＋O22SO3中，充入由18O組成的氧氣一段時間后，18O存在于下列物質(zhì)中的()A．多余的氧氣中B．生成的三氧化硫中C．氧氣和二氧化硫中D．二氧化硫、氧氣和三氧化硫中3．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?，F(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)目標(biāo)2化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷例2.在一定溫度下，反應(yīng)H2(g)＋I(xiàn)2(g)?2HI(g)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志是()A．單位時間內(nèi)生成nmolH2，同時就有nmolHI生成B．單位時間內(nèi)有nmolH2生成，同時就有nmolI2生成C.容器內(nèi)氣體的總壓強不隨時間的變化而變化D．1個H—H鍵斷裂的同時，有2個H—I鍵斷裂特別提示判斷化學(xué)平衡狀態(tài)的技巧判斷平衡狀態(tài)，技巧是“正逆相等、變量不變”。(1)“正逆相等”：若是同一物質(zhì)，正、逆反應(yīng)速率相等；若是不同物質(zhì)，正、逆反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比。(2)“變量不變”：變量即平衡前是一直變化的物理量，當(dāng)這個變量不再發(fā)生改變時，可以判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。關(guān)鍵能力化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷標(biāo)志1．直接標(biāo)志(1)v正＝v逆①同一種物質(zhì)的生成速率等于消耗速率；②在化學(xué)方程式同一邊的不同物質(zhì)的生成速率與消耗速率之比都等于化學(xué)計量數(shù)之比；③在化學(xué)方程式兩邊的不同物質(zhì)的生成(或消耗)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比。(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。2．間接標(biāo)志(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)對同一物質(zhì)而言，斷裂化學(xué)鍵的物質(zhì)的量與形成化學(xué)鍵的物質(zhì)的量相等。提醒化學(xué)平衡狀態(tài)判斷的“兩種誤區(qū)”(1)各組分的濃度相等證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。(2)各組分的分子數(shù)之比等于化學(xué)計量數(shù)之比證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時，各組分的濃度保持不變，但不一定相等，也不一定等于化學(xué)計量數(shù)之比。[對點練]4．可逆反應(yīng)2NO2?2NO＋O2在體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)A．①④⑥⑦B．②③⑤⑦C．①③④⑤D．全部5．對于可逆反應(yīng)M＋N?Q達(dá)到平衡狀態(tài)時，下列說法正確的是()A．M、N、Q三種物質(zhì)的濃度一定相等B．M、N全部變成了QC．反應(yīng)物和生成物的濃度都保持不變D．反應(yīng)已經(jīng)停止第2課時化學(xué)反應(yīng)的限度化學(xué)反應(yīng)條件的控制知識基礎(chǔ)一、1．(1)正反應(yīng)方向逆反應(yīng)方向(2)同一條件下同時進(jìn)行SO2＋H2O?H2SO32．(1)最大最大最小最小>減小減小增大增大>不變不變不變不變＝(3)可逆正反應(yīng)速率逆反應(yīng)速率反應(yīng)物的濃度和生成物的濃度最大程度【學(xué)而思】1．(1)提示：不能。可逆反應(yīng)中，正反應(yīng)和逆反應(yīng)同時進(jìn)行，均不能進(jìn)行到底。即在可逆反應(yīng)體系中，反應(yīng)物和生成物共存，所以2molSO2和1molO2不可能完全轉(zhuǎn)化為SO3，最終生成的SO3的物質(zhì)的量肯定小于2mol。(2)提示：不一定?？赡娣磻?yīng)達(dá)到平衡時，各組分的濃度保持不變，不一定相等，也不一定等于化學(xué)計量數(shù)之比。2．(1)提示：單位時間內(nèi)生成nmolO2的同時生成2nmolNO，其中描述的都是正反應(yīng)方向的速率，不能說明反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)。混合氣體的顏色不變，即c(NO2)保持不變，能說明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。(2)提示：nCO(3)提示：不能。在該反應(yīng)中，反應(yīng)前后的氣體的總物質(zhì)的量不變，反應(yīng)無論是否達(dá)到化學(xué)平衡，反應(yīng)容器內(nèi)壓強都不隨時間變化。二、1．(1)速率利用率(2)速率副反應(yīng)有害物質(zhì)2．(1)低高(2)400℃～500℃10MPa～30MPa【學(xué)而思】1．提示：高爐中發(fā)生的反應(yīng)CO2＋C?2CO為可逆反應(yīng)，不能完全反應(yīng)。CO與Fe2O3反應(yīng)也不能完全轉(zhuǎn)化為Fe和CO2。2．提示：500℃、0.1MPa。由表可知，要提高反應(yīng)限度，可以采取增大壓強或在一定范圍內(nèi)降低溫度等方法。[即時練]1．答案：(1)√(2)√(3)√(4)×(5)√(6)×2．答案：B3．解析：對于可逆反應(yīng)，達(dá)到平衡狀態(tài)時，正、逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率最大，A、B正確；2SO2＋O2?2SO3是可逆反應(yīng)，無論怎樣控制條件，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率都不可能達(dá)到100%，即2molSO2與1molO2反應(yīng)，不會生成2molSO3，C錯誤；化學(xué)反應(yīng)的限度可通過改變條件，如溫度、壓強等來改變，D正確。答案：C4．解析：提高化學(xué)反應(yīng)的限度，可使更多的反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為生成物，提高產(chǎn)品的產(chǎn)量，提高原料的利用率，但不一定提高化學(xué)反應(yīng)速率。答案：D5．解析：可以改變外界條件控制化學(xué)反應(yīng)的限度，A正確；壓強越大，氨的產(chǎn)率越高，B正確；合成氨的生產(chǎn)在溫度較低時，氨的產(chǎn)率較高，C錯誤；壓強越大，氨的產(chǎn)率越高，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越高，同時，壓強越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快，達(dá)到平衡的時間越短，D正確。答案：C6．解析：由題圖可知，2min后各物質(zhì)的物質(zhì)的量都不再發(fā)生改變且均不為0，說明該反應(yīng)是可逆反應(yīng)。(1)書寫反應(yīng)的化學(xué)方程式，關(guān)鍵是確定反應(yīng)物、生成物以及化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)。一般反應(yīng)物的物質(zhì)的量隨反應(yīng)的進(jìn)行不斷減小，生成物的物質(zhì)的量隨反應(yīng)的進(jìn)行不斷增加，由題圖可知，X、Y為反應(yīng)物，Z為生成物。結(jié)合圖示中2min內(nèi)X、Y、Z物質(zhì)的量的變化量可知，Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)＝(1.0－0.7)mol∶(1.0－0.9)mol∶(0.2－0)mol＝3∶1∶2，故該反應(yīng)的化學(xué)方程式中X、Y、Z的化學(xué)計量數(shù)之比為3∶1∶2。(2)欲求Z物質(zhì)在2min內(nèi)的平均反應(yīng)速率，可先求出Z的物質(zhì)的量濃度的變化量，再根據(jù)反應(yīng)速率的計算式v＝ΔcΔt求解。(3)第5min時，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時v正＝答案：(1)3X＋Y?2Z(2)0.05mol·L－1·min－1(3)是等于核心素養(yǎng)[例1]解析：從題圖可知，t1min時，正、逆反應(yīng)同時進(jìn)行，A錯誤；t2min時，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，B錯誤；平衡狀態(tài)為動態(tài)平衡，C錯誤；反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，D正確。答案：D[對點練]1．解析：任何可逆反應(yīng)都有一定的限度，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到限度時，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡，此時v(正)＝v(逆)。對同一個達(dá)到化學(xué)平衡的可逆反應(yīng)，當(dāng)外界條件不變時，反應(yīng)的限度不變，與時間長短無關(guān)，但當(dāng)外界條件發(fā)生改變，引起v(正)與v(逆)不相等時，化學(xué)平衡被破壞，化學(xué)反應(yīng)的限度也會發(fā)生改變。答案：D2．解析：該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，18O的加入定會與SO2結(jié)合生成含18O的SO3，同時含18O的SO3又會分解得到SO2和O2，使SO2、O2中也含有18O，因此18O存在于SO2、O2、SO3這三種物質(zhì)中。答案：D3．答案：D[例2]解