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课题2　化学反应的限度　化学平衡状态
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状态。
2. 能描述化学平衡状态，判断化学反应是否达到平衡。
3. 体会从限度和快慢两个方面去认识和调控化学反应的重要性。
1. 回顾氯气与水的反应，哪些证据可以说明该反应不能反应完全，即反应具有一定的限度？如何证明氯水中存在氯气分子？领悟可逆反应的概念。
2. 一定条件下，许多反应有一定限度，反应物不能完全转化为生成物，请你根据所学知识，列举具有一定限度反应的案例。常温下，在0.1 mol/L CH3COOH溶液中，大约只有1%的醋酸分子电离成离子，醋酸的电离有一定的限度吗？用电离方程式表示醋酸的电离过程。
【归纳总结】 可逆反应的特点
FeCl3溶液和KI溶液在常温下能发生如下反应：
2Fe3+＋2I－===2Fe2+＋I2
1. 取5 mL 0.1 mol/L KI溶液，向其中加入1 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液，振荡，观察实验现象。
2. 继续向上述溶液中加入2 mL苯，充分振荡后静置，观察实验现象。然后，用分液漏斗分液。
3. 取下层溶液，重复步骤2的操作2～3次，将下层溶液分装在两支洁净的试管中，向其中一支试管中滴加5～6滴15%硫氰化钾(KSCN)溶液，观察并比较两支试管中溶液的颜色(KSCN溶液遇到Fe3+变为红色，该反应可用于检验溶液中的Fe3+)。
填写下表，通过该实验，你能得出什么结论？
实验步骤 实验现象 实验结论或反应
向KI溶液中加入FeCl3溶液并振荡
向充分反应后的溶液中加入苯，振荡，静置
分液，取下层溶液，重复萃取2～3次，将下层溶液分为2份，向其中一份中滴加KSCN溶液
实验结论
1. 理论分析化学反应限度与平衡状态的建立。
(1) 事实表明，许多反应是可逆的，在同一条件下向正反应方向进行的同时，也在向逆反应方向进行。对于一般的可逆反应，请你描述随着反应的进行，反应物浓度、生成物浓度的变化趋势。
(2) 在一定条件下，正反应速率等于逆反应速率，反应物浓度和生成物浓度不再改变的状态叫作化学平衡状态。对于一般的可逆反应，在坐标系中画出正、逆反应速率随反应时间变化的曲线图。
2. 以Fe3+与 I－的反应为例，分析反应中离子浓度变化和正、逆反应速率变化，画出反应过程中正、逆反应速率与反应时间的关系曲线，学习平衡状态的概念。
3. 探究平衡状态与平衡标志。
(1) 根据理论探究，达到平衡时，正反应速率和逆反应速率是相等的，反应速率不再变化，那么此时反应物、生成物的浓度会变化吗？正、逆反应速率均为0吗？
(2) 化学平衡的本质特征是什么？为什么说化学平衡是动态平衡？平衡状态一般有什么特点或标志？
【归纳总结】
(1) 化学平衡状态判断“三关注”。
①关注反应条件，是恒温恒容，恒温恒压，还是绝热恒容；
②关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应；
③关注特殊情况，是否有固体参与反应或生成，或固体的分解反应。
(2) 不能作为平衡标志的四种情况。
①反应组分的物质的量之比等于方程式中相应物质的化学计量数之比；
②恒温恒容下气体体积不变的反应，气体总压强或总物质的量保持不变，如2HI(g) H2(g)＋I2(g)；
③全是气体参加且体积不变的反应，气体的平均相对分子质量保持不变，如2HI(g) H2(g)＋I2(g)；
④全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。
1. 反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，达到平衡后，再向反应容器中充入含18O的一氧化碳，经过一段时间后，存在18O的物质是(　　)
A. CO B. H2O C. CO2、CO D. CO、H2O、CO2
2. (教材习题)一定条件下，某可逆反应的v正、v逆变化曲线如图。下列说法正确的是(　　)
A. t1时刻，反应逆向进行
B. t2时刻，正反应速率大于逆反应速率
C. t3时刻，达到反应进行的限度
D. t4时刻，反应不处于平衡状态
3. (教材习题)工业制硫酸中的一步重要反应是2SO2＋O22SO3。这是一个正反应放热的可逆反应。若反应在密闭容器中进行，下列说法错误的是(　　)
A. 使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率
B. 在上述条件下，SO2不可能100%地转化为SO3
C. 提高反应时的温度，可以实现SO2的完全转化
D. 通过调控反应条件，可以提高该反应进行的程度
4. (2022无锡期末)工业合成氨：N2＋3H22NH3　ΔH<0。一定温度下，在恒容密闭容器中加入1 mol N2和3 mol H2合成NH3。下列有关说法正确的是(　　)
A. 充分反应后，可得到2 mol NH3
B. 升高温度，v(正)、v(逆)都增大
C. 反应达到平衡状态时，v(正)＝v(逆)＝0
D. 反应达到平衡状态时，N2、H2、NH3的物质的量浓度之比一定为1∶3∶2
5. (教材习题)一定条件下，对于密闭容器中进行的反应2SO2＋O22SO3，能充分说明该反应已经达到化学平衡状态的是(　　)
A. 反应混合物中SO2、O2、SO3的物质的量之比为2∶1∶2
B. 消耗SO2的速率与生成SO3的速率相等
C. 反应混合物中SO2、O2、SO3的百分组成不再改变
D. 生成O2的速率与生成SO3的速率相等
6. 恒容密闭容器中发生反应：2N2(g)＋O2(g) 2N2O(g)，测得某时刻N2、O2、N2O的浓度分别为3.0 mol/L、1.0 mol/L、2.0 mol/L，平衡时，各物质的物质的量浓度可能为(　　)
A. c(O2)＝1.5 mol/L B. c(N2)＝1.0 mol/L
C. c(N2)＝5.0 mol/L D. c(N2O)＝4.0 mol/L
7. (教材习题)某化学反应2A B＋C在三种不同条件下进行，B、C的起始浓度为0，反应物A的浓度(mol/L)随反应时间(min)的变化情况见下表，表中温度的单位为℃。
实验序号 温度 浓度 时间 0 10 20 30 40 50 60
1 800 1.0 0.80 0.67 0.57 0.50 0.50 0.50
2 800 1.0 0.60 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50
3 820 1.0 0.40 0.25 0.20 0.20 0.20 0.20
(1) 在实验1、2中，有一个实验使用了催化剂。请利用表中数据判断哪个实验使用了催化剂，并说明理由：____________________________________________。
(2) 根据表中数据可知，实验3一定达到化学平衡状态的时间是________(填字母)。
A. 10 min后　　　　　　　B. 20 min后　　　　　　C. 30 min后
8. (教材习题)某温度时，在2 L容器中发生A、B两种物质的转化反应，A、B物质的量随时间变化的曲线如图所示。请分析图中数据，回答下列问题。
(1) 该反应的化学方程式为______________________。
(2) 反应开始至4 min，A的平均反应速率为______________
________。
(3) 4 min时，反应________(填“是”或“否”)达到化学平衡状态；8 min时，正反应速率________(填“>”“<”或“＝”)逆反应速率。
9. CO2可转化成有机物实现碳循环。在容积为1 L的密闭容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2，一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。
(1) 3～9 min内，v(H2)＝________mol/(L·min)。
(2) 能说明上述反应达到平衡状态的是________(填字母)。
A. 反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1∶1
B. 混合气体的密度不随时间的变化而变化
C. 单位时间内消耗3 mol H2，同时生成1 mol H2O
D. CO2的体积分数在混合气体中保持不变
(3) 平衡时CO2的转化率为________。
(4) 平衡时混合气体中CH3OH(g)的体积分数是________。
(5) 一定温度下，9 min时v逆(CH3OH)______(填“>”“<”或“＝”)3 min时v正(CH3OH)。
课题2　化学反应的限度　化学平衡状态
【活动方案】
活动一：
1. 氯气与水反应的化学方程式为Cl2＋H2O HCl＋HClO，新制氯水具有漂白性，这是因为氯气与水反应生成的次氯酸具有漂白性，氯水呈浅黄绿色，说明溶于水的氯气只有一部分与水发生反应，Cl2与水的反应有一定的限度。氯水呈浅黄绿色，且有刺激性气味，说明氯水中存在氯气分子。同一条件下，Cl2与H2O能转变成HCl与HClO，而HCl与HClO也能转变成Cl2与H2O。像这种在同一条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的化学反应叫作可逆反应。在书写化学方程式时，可逆反应用符号“ ”表示。
2. 工业合成氨的反应、二氧化硫的催化氧化反应都具有一定的限度，属于可逆反应。
在醋酸溶液中，既有醋酸分子电离产生H＋和CH3COO－的过程，也有H＋和CH3COO－结合生成醋酸分子的过程。醋酸的电离是一个可逆过程，故醋酸的电离方程式可表示为CH3COOH CH3COO－＋H＋。
活动二：
实验现象 实验结论或反应
溶液由黄色变为棕黄色 2Fe3+＋2I－===2Fe2+＋I2
溶液分层，上层变为紫红色 碘被萃取到有机层中
溶液变为红色 溶液中存在Fe3+
Fe3+与I－的反应有一定的限度，不能完全反应
活动三：
1. (1) 随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，生成物浓度逐渐增大。
(2)
2. 开始时，Fe3+和I－的浓度都很大，正反应速率较大，逆反应速率为0，随着反应的进行，反应物的浓度下降，正反应速率逐渐减小，生成物的浓度逐渐增大，逆反应速率逐渐增大。当正、逆反应速率相等时，反应物、生成物的浓度不再变化，即反应达到化学平衡状态。
3. (1) 达到平衡状态时，正、逆反应速率不变，反应物、生成物的浓度也不再变化，但正、逆反应仍在进行，正、逆反应速率均不为0。
(2) 化学平衡的本质特征是v(正)＝v(逆)≠ 0，由于反应仍在进行，所以化学平衡是一种动态平衡。外界条件一定时，平衡时一般各组分的百分含量一定(不是相等)；体积一定时，各物质的浓度不再变化，体系颜色不再变化。
【课堂反馈】
1. D　含18O的一氧化碳和H2O正向反应生成含18O的二氧化碳，同时含18O的二氧化碳和H2又逆向反应生成了一氧化碳和水，故最终CO、H2O和CO2中都含有18O。
2. B　由图可知，t1时刻，v正>v逆，反应正向进行，A错误；t2时刻，v正>v逆，B正确；t3时刻，v正≠v逆，未达到反应进行的限度，C错误；t4时刻，v正＝v逆，反应处于平衡状态，D错误。
3. C　催化剂能加快反应速率，提高单位时间内的产量，提高生产效率，A正确；可逆反应有限度，反应物不能完全转化为产物，B正确，C错误；通过调控温度、压强等条件，可以实现平衡的移动，提高反应进行的程度，D正确。
4. B　该反应是可逆反应，反应物不能完全转化为产物，A错误；温度升高，正、逆反应速率均增大，B正确；平衡状态为动态平衡，v(正)＝v(逆)≠0，C错误；达到平衡状态时，各物质的物质的量浓度不一定成比例，D错误。
5. C　各物质的数目成比例，不能说明反应已经达到化学平衡状态，A错误；消耗SO2与生成SO3均表示正反应，不能说明反应已经达到化学平衡状态，B错误；反应中各物质的百分组成不变，能说明反应已经达到化学平衡状态，C正确；v生成(O2)∶v生成(SO3)＝1∶2时，才能说明反应已经达到化学平衡状态，D错误。
6. A　采用极值法分析，若氧气全部反应，则N2、O2和N2O的浓度分别为1.0 mol/L、0、4.0 mol/L，若N2O(g)全部反应，则N2、O2和N2O的浓度分别为5.0 mol/L、 2 mol/L、0，所以1.0 mol/L＜c(N2)＜5.0 mol/L、0＜c(O2)＜2.0 mol/L、0＜c(N2O)＜4.0 mol/L，反应不可能完全转化，所以只有c(O2)＝1.5 mol/L符合题意，故选A。
7. (1) 实验2使用了催化剂。其他条件相同时，实验2的反应速率大于实验1　(2) C
解析：(1) 其他条件相同，相同时间内，实验2中A的浓度减小的快，说明反应速率快。(2) 实验3中，30 min后A的浓度不再变化，说明30 min时反应已经达到平衡状态。
8. (1) 2A B　(2) 0.05 mol/(L·min)　
(3) 否　＝
9. (1) 0.125　(2) D　(3) 75%　(4) 30%
(5) <

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