2020新教材高中化学第2章化学键化学 9页

第2课时　化学反应的限度 核心素养发展重点 学业要求 发展对化学变化的微观认识，认识化学反应是有一定限度的，提高利用变量控制思想设计实施实验的能力。‎ ‎1.了解可逆反应的含义，知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡。‎ ‎2.通过探究温度对2NO2(g)N2O4(g)的化学平衡的影响，理解化学平衡的移动及条件对化学平衡的影响。‎ 学生自主学习 ‎1.可逆反应 ‎2．化学平衡状态 ‎(1)化学平衡状态的“四个一”‎ 一个对象 一个条件 一个相等 一个不变 可逆反应 一定条件 正反应速率和逆反应速率相等 反应物和生成物的浓度不再随时间的延长而发生变化 ‎(2)特征 ‎①化学平衡是一种动态平衡，即在平衡状态时化学反应仍在进行，但反应混合物的组成保持不变。‎ ‎②当外界条件改变时，原化学平衡状态被破坏，在新的条件下会达到新的平衡状态。‎ ‎③化学平衡状态通常会受到浓度、温度、压强等因素的影响，了解并调控化学平衡对于化工生产来说具有十分重要的意义。‎ 课堂互动探究 一、化学反应的限度 ‎　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ - 9 -‎ ‎1．向2 mL 0.01 mol·L－1 KI溶液中加入1 mL 0.01 mol·L－1 FeCl3溶液，再加入几滴0.1 mol·L－1 KSCN溶液，出现血红色，为什么？‎ 提示：2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2，FeCl3不能全部反应生成FeCl2。‎ ‎2．在密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，在一定条件下发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，当充分反应后，最终容器中能否得到2 mol SO3?‎ 提示：不能。因为可逆反应不能进行彻底。‎ ‎3．在密闭容器中进行反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，当SO2、O2、SO3的浓度之比为2∶1∶2时能否说明该反应达到化学平衡状态？‎ 提示：不能。因为不能说明各组分的浓度一定不变。也不能说明该反应的正、逆反应速率相等。‎ ‎1．可逆反应 ‎(1)概念 在相同条件下同时向正、逆两个方向进行的反应。如：‎ ‎2SO2＋O22SO3‎ N2＋3H22NH3‎ 在可逆反应中，通常把从左向右进行的反应称为正反应，把从右向左进行的反应称为逆反应。在可逆反应的化学方程式中，用“”代替“===”。‎ ‎(2)特点 ‎2．化学平衡 ‎(1)化学平衡的建立 - 9 -‎ 用图表示如下：‎ ‎(2)化学平衡的特征 知识拓展 ‎1．对可逆反应的理解 ‎(1)正、逆反应发生的条件相同。在不同条件下发生的方向相反的反应不是可逆反应，如2H2＋O22H2O和2H2O2H2↑＋O2↑不是可逆反应。‎ ‎(2)正、逆反应同时进行，即进行的时间是相同的。如果对反应体系施加影响化学反应速率的措施，正反应和逆反应的速率均会受到影响。‎ ‎2．化学平衡状态判断方法的归纳 可逆反应达到化学平衡状态时有两个主要的特征：‎ 一是正反应速率和逆反应速率相等；‎ 二是反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变。这两个特征就是判断可逆反应是否达到化学平衡状态的核心依据。‎ 判断可逆反应是否达到平衡状态的具体方法见下表。‎ - 9 -‎ - 9 -‎ ‎1．在一密闭容器中进行反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.6 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.6 mol·L－1，当反应至正、逆反应速率相等时，可能存在的状态是(　　)‎ A．SO2为1.2 mol·L－1、O2为0.6 mol·L－1‎ B．SO2为0.75 mol·L－1‎ C．SO2、SO3均为0.45 mol·L－1‎ D．SO3为1.2 mol·L－1‎ 答案　B 解析　由题意可知若SO3全部转化为SO2和O2，则SO2、O2的浓度分别为1.2 mol·L－1、0.6 mol·L－1；而若SO2和O2全部化合成SO3，则SO3的浓度为1.2 mol·L－1。因为该反应是可逆反应，三种物质必须同时存在(即可逆反应中的物质均不可能100%转化)，因此，体系中SO3、SO2、O2的浓度范围分别是0～1.2 mol·L－1、0～1.2 mol·L－1、0～0.6 mol·L－1，很显然，A、D是不可能的；根据硫原子守恒，C项表示SO2和SO3同时消耗而减少，这是绝对不可能的。‎ ‎2．H2(g)＋I2(g)2HI(g)已经达到平衡状态的标志是________(填序号)。‎ ‎①c(H2)＝c(I2)＝c(HI)‎ ‎②c(H2)∶c(I2)∶c(HI)＝1∶1∶2‎ ‎③c(H2)、c(I2)、c(HI)不再随时间而改变 ‎④单位时间内生成n mol H2的同时生成2n mol HI ‎⑤单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol I2‎ ‎⑥反应速率v(H2)＝v(I2)＝v(HI)‎ ‎⑦一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂 - 9 -‎ ‎⑧温度和体积一定时，容器内压强不再变化 ‎⑨温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化 ‎⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化 ‎⑪条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化 答案　③④⑦⑨‎ 解析　‎ ‎①c(H2)＝c(I2)＝c(HI)相等不能体现正、逆反应速率相等，也不能体现各物质浓度保持不变，不是反应达到平衡状态的标志。②c(H2)∶c(I2)∶c(HI)＝1∶1∶2不能体现正向反应速率与逆向反应速率相等，也不能体现各物质浓度保持不变，不是反应达到平衡状态的标志。⑤只能体现反应逆向进行或体现逆向反应速率，不是反应达到平衡状态的标志。⑥v(H2)＝v(I2)＝v(HI)，首先速率之比不等于化学计量数之比，其次不能体现正、逆反应速率相等，不是反应达到平衡状态的标志。⑧该反应前后分子数相等，温度与体积一定时，压强一直不变，故压强不变不是反应达到平衡状态的标志；⑩该反应前后分子数相等，温度和压强一定时，混合气体的密度不变，不是反应达到平衡状态的标志；⑪条件一定，平均相对分子质量一直不变，不是反应达到平衡状态的标志。‎ 规律方法 ‎(1)对化学平衡状态的判断，从不同角度出发可以得到多种判断依据，如物质的量、浓度、压强、体积分数、温度、密度、、颜色等，但最终都体现v正＝v逆，各组分浓度保持不变。‎ ‎(2)若一定条件下的可逆反应在建立平衡的过程中，某物理量(如总体积、总压强、总物质的量、体系的密度、混合气体的平均相对分子质量等)是一个变量，当该变量不再变化时，说明可逆反应已经达到平衡状态。简而言之，变量不变，建立平衡。‎ 二、化学平衡的移动 由NO2转化为N2O4的反应的探究能否得出温度变化对化学平衡移动的影响规律？‎ - 9 -‎ 提示：能，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，降低温度，平衡向放热反应方向移动。‎ ‎1．化学平衡移动的含义 对于一个化学平衡，当条件改变时，原来的化学平衡被破坏，并在新的条件下建立起新的化学平衡，这种化学平衡的变化叫做化学平衡的移动。化学平衡的移动也就是可逆反应进行的限度发生了变化。‎ ‎2．影响化学平衡移动的因素 大量的科学实验证明，化学平衡的移动通常受到温度、反应物浓度、气体压强等因素的影响。‎ ‎(1)温度：其他条件不变时，升高温度平衡向吸热反应方向移动；降低温度，平衡向放热反应方向移动。‎ ‎(2)浓度：其他条件不变时，增大反应物浓度或减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动；减小反应物浓度或增大生成物浓度，平衡向逆反应方向移动。‎ ‎(3)压强：其他条件不变时，增大压强，平衡向气体体积缩小的方向移动；减小压强，平衡向气体体积增大的方向移动。对反应前后气体体积不变的反应，压强改变，v(正)、v(逆)改变的程度相同，平衡不移动。‎ ‎(4)催化剂：催化剂能够同等程度地改变v(正)和v(逆)，所以催化剂不能使化学平衡发生移动。‎ 知识拓展 化学平衡移动的实质及研究化学平衡移动的意义 ‎(1)化学平衡体系中v正＝v逆，化学平衡移动实质上是v正＝v逆→v正≠v逆→v正′＝v逆′这样一个变化过程。由于化学反应中的固态和纯液态物质的量的改变都不能改变反应速率，催化剂能同等程度地改变可逆反应的正、逆反应的速率，因此，改变化学平衡体系中固态或纯液态物质的量及催化剂使用与否，都不影响化学平衡状态。‎ 化学平衡移动过程可表示为 ‎(2)化学平衡及其移动方面的研究，对化工生产来说具有十分重要的意义。例如，工业上利用化学反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)将SO2转化为SO3，可以采用使用过量空气的方法，增大O2的浓度，使化学平衡向右移动，增大SO2的转化率，提高生产效益。再如，工业上利用化学反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)合成氨，由于通常情况下N2和H2‎ - 9 -‎ 的转化率很低，故生产中常给化学反应施加高压，既提高了反应速率，又使化学平衡向右移动，增大N2和H2的转化率，提高生产效益。‎ ‎3．对于密闭容器中的反应2NO2(g)N2O4(g)，正反应为放热反应，若升高温度，则下列说法错误的是(　　)‎ A．气体的平均相对分子质量减小 B．混合物颜色加深 C．NO2的转化率减小 D．NO2的体积分数减小 答案　D 解析　正反应为放热反应，升高温度，化学平衡向逆反应方向移动，体系中NO2的浓度增大，即NO2的含量增大，NO2的转化率减小，混合物的颜色加深。由于化学平衡向逆反应方向移动，则体系中气体的总物质的量增大，而气体的总质量不变，根据＝知，气体的平均相对分子质量减小。‎ ‎4．引起化学平衡移动的根本原因是(　　)‎ A．浓度的改变 B．压强的改变 C．使用了催化剂 D．正、逆反应速率的改变程度不同 答案　D 解析　其他条件一定时浓度和压强的改变可以使正、逆反应速率发生改变，但它们使化学平衡发生移动是通过改变正、逆反应速率来实现的，因此化学平衡移动的根本原因是正、逆反应速率的改变程度不同。使用催化剂可以改变反应速率，但它对正、逆反应速率的影响是相同的，即催化剂不能使化学平衡发生移动。‎ 规律方法 化学平衡移动的本质是不同程度地改变了v正和v逆，只有条件改变后v正≠v逆，平衡才发生移动。‎ ‎(1)v正>v逆⇒平衡正向移动。‎ ‎(2)v正