6.2.2 化学反应的限度 化学反应条件的控制(解析版)-【帮课堂】2023-2024学年高一化学同步学与练(人教版2019必修第二册).docx
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- 帮课堂 6.2.2 化学反应的限度 化学反应条件的控制解析版-【帮课堂】2023-2024学年高一化学同步学与练人教版2019必修第二册 6.2 化学反应 限度 条件 控制 解析 课堂 2023
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1、第2课时 化学反应的限度 化学反应条件的控制1了解可逆反应及其特点。2理解化学平衡状态的特征及标志,知道改变条件化学平衡会发生改变。3了解控制反应条件在生产、生活和科学研究中的作用。一、化学反应的限度1可逆反应(1)可逆反应的概念:在同一条件下正反应方向和逆反应方向均能进行的化学反应。书写可逆反应的化学方程式时,不用“=”,用“”。(2)可逆反应的特点:正反应和逆反应同时进行正反应和逆反应在同一条件下进行反应物和生成物同时存在2化学平衡状态的建立(1)化学平衡状态的建立过程在一定条件下向反应容器中加入SO2和O2发生反应:2SO2O22SO3浓度速率变化v正、v逆关系开始反应物浓度最大v正最大
2、v正v逆生成物浓度为0v逆为0变化反应物浓度减小v正减小v正v逆生成物浓度增大v逆增大平衡反应物浓度不变v正不变v正v逆生成物浓度不变v逆不变(2)用速率变化图像表示化学平衡状态的建立3化学平衡状态(1)化学平衡状态的概念如果外界条件(温度、浓度、压强等)不发生改变,当可逆反应进行到一定程度时,正反应速率与逆反应速率相等,反应物的浓度与生成物的浓度都不再改变的状态,称为化学平衡状态,简称化学平衡。(2)化学平衡状态的特征逆:研究对象是可逆反应等:正反应速率和逆反应速率相等动:动态平衡,反应并未停止定:各组分的浓度不再改变变:外界条件改变,原平衡将被打破,在新条件下建立新的平衡状态4化学反应的限
3、度(1)化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到或完成的最大程度,即该反应进行的限度。(2)对化学反应限度的理解化学反应的限度决定了反应物在一定条件下的最大转化率。转化率=100%同一可逆反应,不同条件下,化学反应的限度不同,即改变条件可以在一定程度上改变一个化学反应的限度。二、化学反应条件的控制1化学反应条件控制的目的(1)促进有利的化学反应:提高反应速率;提高反应物的转化率,即原料的利用率。(2)抑制有害的化学反应:降低反应速率,控制副反应的发生,减少甚至消除有害物质的产生。2化工生产中反应条件的调控(1)考虑因素化工生产中调控反应条件时,需要考虑控制反应条件的成本和实际可能性。(2)实
4、例合成氨生产条件的选择温度低,反应速率小,氨的产率高;压强大,反应速率大,氨的产率高,对动力与生产设备要求高;使用催化剂能很大程度加快反应速率。综合考虑,采用条件:温度400500,反应速率大,催化剂的活性大;压强1030MPa,反应速率大,氨的产率高;使用催化剂。问题一 可逆反应的特征【典例1】在一定温度下,在恒容的容器中充入2 mol SO2和1 mol O2发生反应:2SO2(g)O2(g)2SO3(g)。一段时间后,再向容器中充入含氧同位素O的氧气,则O最终存在的物质为( )A只有氧气B只有三氧化硫C只有氧气、三氧化硫D氧气、二氧化硫、三氧化硫答案:D解析:O可能存在于氧气、二氧化硫和
5、三氧化硫中,因为反应为可逆反应,当含O的氧气参与反应生成含O的三氧化硫,同时含O的三氧化硫又分解生成二氧化硫和氧气,故最终三种物质中都可能含有O。【变式练1-1】下列反应不属于可逆反应的是()A二氧化硫的催化氧化B氯气溶于水C工业合成氨D水电解生成H2和O2与H2在O2中的燃烧反应答案:D解析:二氧化硫催化氧化生成SO3是可逆反应,故A正确;氯气溶于水,氯气与水反应生成HCl和HClO,是可逆反应,故B正确;工业合成氨是可逆反应,故C正确;水电解生成H2和O2与H2在O2中的燃烧反应,反应条件不同,不是可逆反应,故D错误。【变式练1-2】500 时,将2 mol N2和2.25 mol H2充
6、入体积为10 L的恒容密闭容器中,反应达到平衡时,NH3的浓度不可能是()A0.1 molL1 B0.12 molL1C0.05 molL1 D0.16 molL1答案:D解析:由题干信息可知,N2和H2发生反应生成NH3,反应的化学方程式为N23H22NH3,该反应中N2过量,假设2.25 mol H2完全反应,则生成NH3的物质的量为1.5 mol,浓度为0.15 molL1,但该反应是可逆反应,H2不可能完全转化为NH3,因此达到平衡时,NH3的浓度小于0.15 molL1,D选项符合题意。问题二 化学反应的限度【典例2】对于可逆反应MNQ达到化学平衡时,下列说法正确的是()A三种物质的
7、浓度一定相等BM、N 全部变成了 QC反应物和生成物的浓度都保持不变D反应不再进行答案:C解析:平衡时各物质的浓度关系取决于物质的起始物质的量和转化率,故M、N、Q三种物质的浓度一定相等不能作为判断是否达到平衡状态的依据,A错误;可逆反应的特点:可逆反应无论进行多长时间,反应物都不可能100%地全部转化为生成物,B错误;反应混合物各组分的浓度不再变化,说明已达到平衡状态,C正确;化学反应达到化学平衡状态时,正、逆反应速率相等,且不等于0,D错误【变式练2-1】在密闭容器中进行反应:N23H22NH3,下列说法正确的是()A升高温度能加快反应速率B充入氢气能减慢反应速率C达到平衡时,反应速率:v
8、正v逆0D达到平衡时,N2和H2能100%转化为NH3答案:A解析:升高温度,反应速率加快,A正确;在密闭容器中充入氢气,能增大反应物的浓度,从而加快反应速率,B不正确;达到平衡时,反应仍在进行,只是正反应与逆反应速率相等,所以反应速率:v正v逆0,C不正确;合成氨反应为可逆反应,达到平衡时,反应仍在进行,N2和H2不能100%转化为NH3,D不正确。【变式练2-2】下列关于化学平衡的说法正确的是( )A化学反应达到化学平衡状态时正、逆反应速率相等,是指同一物质的消耗速率和生成速率相等,若用不同物质表示时,反应速率不一定相等B可逆反应达到平衡状态时,各反应物、生成物的浓度相等C化学反应在一定条
9、件下建立平衡状态时,化学反应将会停止D一定条件,可以通过延长化学反应的时间来改变反应物的最大转化率答案:A问题三 化学平衡状态的判断【典例3】在一定温度下,在恒容的容器中充入2 mol SO2和1 mol O2发生反应:2SO2(g)O2(g)2SO3(g)。一段时间后,该反应达到化学平衡,下列能说明达到化学平衡状态的是_(填序号)。v正(SO2)2v逆(O2)v(SO2)v(SO3)单位时间内消耗a mol SO2,同时生成a mol SO3SO2、O2和SO3的浓度之比为212混合气体的总的物质的量不再改变混合气体的压强不再改变混合气体的密度不再改变混合气体的平均相对分子质量不再改变答案:
10、解析:因为v正(SO2)2v正(O2),现有v正(SO2)2v逆(O2),故v正(O2)v逆(O2),为化学平衡状态;v(SO2)和v(SO3)永远相等,不能说明达到化学平衡状态;单位时间内消耗a mol SO2,必然生成a mol SO3,不能说明达到化学平衡状态;非平衡状态下,SO2、O2和SO3的浓度之比也可能为212;因为反应前后气体分子数不相等,如气体的总物质的量不再改变,说明正、逆反应速率相等,可以说明达到化学平衡状态;因为反应前后气体分子数不相等,若不平衡,则压强随时间改变而改变,若压强不变,说明反应达到化学平衡状态;该反应体系的容积不变,反应物及产物都是气体,故气体的密度永远不
11、变,密度不变,不能说明反应达到化学平衡状态;根据M,该反应反应前后气体分子数不相等,则n是个变化的量,故M也是一个变化的量,若混合气体的平均相对分子质量不变,则n不变,反应一定达到化学平衡状态。【归纳小结】化学平衡状态的判断方法(1)速率特征速率特征指“等”,即v(正)v(逆)0。同种物质:同一物质的生成速率等于消耗速率。不同物质:速率之比等于化学方程式中的化学计量数之比,但必须是不同方向的速率。如反应:2SO2O22SO3单位时间消耗2 mol SO2,同时消耗2 mol SO3;SO2的消耗速率等于O2的生成速率的2倍;SO2的消耗速率等于SO2的生成速率,都能说明该反应达到平衡状态。(2
12、)含量特征含量特征指“定”,即反应混合物中各组成成分的含量保持不变。若物理量由变量变成了不变量,则表明该可逆反应达到平衡状态;若物理量为“不变量”,则不能作为平衡标志。各物质的质量、物质的量或浓度不变。各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。温度、压强(化学反应方程式两边气体体积不相等)或颜色(某组分有颜色)不变。【变式练3-1】下列各关系式中能说明反应N23H22NH3已达平衡状态的是()A3v正(N2)v正(H2)Bv正(N2)v逆(NH3)C2v正(H2)3v逆(NH3)Dv正(N2)3v逆(H2)答案:C解析:A项中都是正反应速率,不能确定是否达到平衡;B项说明v正(N2)v
13、逆(N2),不是平衡状态;C项中v正(H2)v逆(H2),处于平衡状态;D项v正(N2)v逆(N2),不是平衡状态。【变式练3-2】一定条件下,将NO2与SO2以体积比12置于密闭容器中发生反应:NO2(g)SO2(g)SO3(g)NO(g),下列能说明反应达到平衡状态的是()A体系压强保持不变B混合气体颜色保持不变CSO3和NO的体积比保持不变D每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2答案:B解析:由于该反应为前后气体体积相等的反应,体系的压强始终保持不变,故不能以压强不变作为判断反应是否达到平衡的条件,A错误。混合气体颜色保持不变,证明NO2浓度保持不变,即达到平衡状态,B正确
14、。SO3与NO的体积比始终保持11,C错误。消耗SO3和生成NO2为同一方向的反应,D错误。问题四 化学反应条件的控制【典例4】下图所示为工业合成氨的流程图。下列有关生产条件的调控作用分析正确的是_(填序号)。(1)步骤中“净化”可以防止催化剂中毒(2)步骤中“加压”可以加快反应速率(3)步骤采用的压强是2107 Pa,因为在该压强下铁触媒的活性最大(4)步骤选择高效催化剂是合成氨反应的重要条件(5)目前,步骤一般选择控制反应温度为700 左右(6)步骤有利于提高原料的利用率,能节约生产成本答案:(1)(2)(4)(6)【变式练4-1】下列措施可以提高燃料燃烧效率的是()提高燃料的着火点降低燃
15、料的着火点将固体燃料粉碎将液体燃料雾化将煤气化处理通入适当过量的空气A BC D答案:C解析:燃料的着火点不可改变且与燃烧效率无关。【变式练4-2】工业上合成氨的反应为N2(g)3H2(g)2NH3(g),在实际生产中为提高合成氨的反应速率,下列说法正确的是()A温度越高,反应速率越快,因此采取的温度越高越好B压强越大,反应速率越快,因此采取的压强越大越好C催化剂能加快反应速率,因此可选用适当的催化剂D可向容器中加入一定量的水蒸气,使氨气溶解以提高反应速率答案:C解析:A项,温度高反应速率快,但温度过高会消耗更多的燃料且催化剂有可能会失活,因此实际生产中的温度不是越高越好,错误;B项,压强大反
16、应速率快,但压强过高会增加设备的成本,因此实际生产中的压强不是越大越好,错误;C项,可选用适当的催化剂提高反应速率,正确;D项,加入水蒸气会降低反应体系的温度,且氨气溶于水并不能提高反应速率,错误。【基础强化】1下列反应中可判断为可逆反应的是()A氢气在氯气中燃烧生成氯化氢,氯化氢受热分解生成氢气和氯气B氮气与氢气在高温、高压、催化剂作用下可以生成氨气,同时氨气又分解为氮气和氢气C单质溴可以置换出碘,氯气又可以置换出溴D氯气和水反应生成盐酸和次氯酸,次氯酸在光照条件下可分解为盐酸和氧气答案:B解析:正、逆两方向的反应条件相同且同时进行时属于可逆反应。A条件不一样,错误;C、D反应物、生成物不一
17、样,错误。2下列关于化学反应限度的说法中正确的是()ACl2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答案:A解析:A项,发生了可逆反应:Cl2H2OHClHClO,正确;B项,达到平衡状态,v正v逆0,错误;C项,达到平衡状态,各物质的浓度保持不变,不一定相等,错误;D项,一定条件下反应达到限度,改变浓度、温度或压强,平衡可能改变,错误。3已知反应:NO2(g)SO2(g)SO3(g)NO(g),起始时向某密闭容器中通入1 mol NO2、2 mol S18O2,反应达到
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