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第六章
第二节　化学反应的速率与限度
化学反应与能量
课时11　化学反应限度
学习目标 知识体系
1．结合实例体会可逆反应存在限度，理解化学平衡状态特征 2．能从化学反应限度的角度去解释或调控生产、生活中的化学反应或现象 3．学会判断化学平衡状态
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1) 化学反应的限度是不可改变的 (　　)
(2) 相同条件下，不同的可逆反应，其反应的限度不同 (　　)
(3) 当一个可逆反应达到平衡状态时，就是这个反应在该条件下所能达到的限度 (　　)
(4) 当一个可逆反应达到平衡状态时，这个反应的正反应速率和逆反应速率相等 (　　)
(5) 在一定条件下，平衡状态下的转化率是该条件下的最大转化率 (　　)
×
√
√
√
√
纲要笔记
化学平衡状态与平衡转化率
1
重难点
1
1．化学平衡的建立
过程 正、逆反应速率 反应物、生成物的浓度
①反应开始时 v正______v逆 反应物浓度最大，生成物浓度为零
②反应过程中 v正逐渐________， v逆逐渐________ 反应物浓度逐渐减小，生成物浓度逐渐增大
③平衡状态时 v正______v逆 各组分的浓度不再随时间的变化而变化
＞
减小
增大
＝
2．化学平衡状态
(1) 定义：在一定条件下(温度、浓度、压强等)，当可逆反应进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率________，反应物与生成物的浓度____________，达到一种表面静止的状态，称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。
(2) 特征
相等
不再改变
可逆
动态平衡
v正＝v逆≠0
浓度(质量分数)保持不变
3．平衡转化率：达到化学平衡状态时，反应并没有停止，此时反应的转化率是该条件下的最大转化率。
化学平衡状态的判断依据
1
重难点
2
1．根据速率关系，正、逆相等
(1) 同一物质：生成速率＝消耗速率，即v正(A)＝v逆(A)。
(2) 不同物质：速率之比＝化学计量数之比，但必须同时有正向和逆向两个方向的速率。
如：aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)，当＝时，处于化学平衡状态。
—
2．根据各组分的量，变量不变
首先分析该量是“变量”还是“恒量”，若为“恒量”，即随反应的进行永远不变，则不能作为判断平衡状态的依据；若为“变量”，即该量随反应进行而改变，当其“不变”时，则为平衡状态。
“三段式法”在化学反应速率及平衡计算中的应用
1
重难点
3
解答有关化学反应速率和化学平衡相关物理量的计算时，一般需要写出化学方程式，列出起始量、转化量及平衡量，再根据题设其他条件和有关概念、定律求解。如：
　　　　mA(g) ＋　nB(g)　 　pC(g)　＋　qD(g)
起始　　　a　　　　b　　　　　0　　　　　0
转化　　　mx　　　nx　　　　　px　　　　qx
平衡　　a－mx　　b－nx　　　　px　　　　qx
[说明]
① 转化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例。
② 这里a、b可指物质的量、物质的量浓度、气体体积等。
反应限度与反应条件的控制
1
重难点
4
在一定条件下，任何可逆反应都有一定的________。例如氨的生产，工业上采取400～500 ℃条件除了考虑催化剂活性外，同时也是为了________反应速率，________达到平衡的时间；采取10～30 MPa高压条件，既是为了________反应速率，同时考虑动力和生产设备的要求。
限度
增大
减少
增大
分类悟法
　　　一定温度下，在恒容密闭容器中发生反应：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)。当H2、I2、HI的浓度不再变化时。下列说法正确的是 (　　)
A．H2全部转化为HI B．正、逆反应速率均为零
C．H2、I2的浓度一定相等 D．该反应已达到平衡状态
1
化学反应限度
1
类型
1
D
解析：可逆反应不能进行到底，H2不可能全部转化为HI，A错误；平衡时，正、逆反应速率相等但不为零，B错误；开始投入H2、I2的浓度不一定相等，则平衡时H2、I2的浓度不一定相等，C错误；当H2、I2、HI的浓度不再变化时，说明该反应已达到平衡状态，D正确。
　　　已知反应：2NO(g)＋2CO(g) 　 　 　N2(g)＋2CO2(g)，在恒温、恒容条件下，通入等物质的量的NO(g)和CO(g)发生上述反应。下列能说明该反应达到化学平衡状态的是 (　　)
A．N2的体积分数保持不变
B．NO与CO的物质的量浓度之比为1∶1
C．断裂1 mol N≡N的同时断裂4 mol C═O
D．体系中混合气体的密度保持不变
化学平衡的判断方法
1
类型
2
2
A
催化剂
解析：N2的体积分数保持不变，反应达到平衡状态，A正确；投料时NO和CO的物质的量相等，二者化学计量数也相同，则NO与CO的物质的量浓度之比一直为1∶1，不能说明反应达到平衡状态，B错误；断裂1 mol N≡N的同时断裂4 mol C═O，都为逆反应速率，不能说明反应达到平衡状态，C错误；反应前后都是气体，质量不变，气体体积不变，所以体系中混合气体的密度保持不变，不能说明反应达到平衡状态，D错误。
　　　T℃时，在0.5 L恒容密闭容器中，气体A与气体B反应生成气体C，反应过程中A、B、C的浓度随时间变化如图所示。
下列结论正确的是 (　　)
A．10 s内用B表示的反应速率为0.01 mol/(L·s)
B．10 s时充入氦气，化学反应速率不变
化学平衡图像分析
1
类型
3
3
C．该反应的化学方程式可表示为3A(g)＋B(g) 2C(g)
D．升高温度，正反应速率加快，逆反应速率减慢
B
解析：10 s内用B表示的反应速率为mol/(L·s)＝0.06 mol/(L·s)，A错误；恒容密闭容器中，10 s时充入氦气，不影响反应物浓度，化学反应速率不变，B正确；A、B物质的量浓度随时间逐渐减小，A、B为反应物，C为生成物，0～10 s内，A、B、C浓度变化之比为0.2∶0.6∶0.4＝1∶3∶2, 10 s时反应达到平衡，故反应的化学方程式可表示为A(g)＋3B(g) 2C(g)，C错误；升高温度，正、逆反应速率都加快，D错误。
课堂评价
1．一定条件下，合成氨反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)中，NH3浓度变化如图所示。则反应达到化学平衡状态的时刻是 (　　)
A．10 min B．20 min
C．30 min D．40 min
C
解析：30 min以后NH3的浓度开始保持不变，即30 min开始反应达到化学平衡，故选C。
2．已知NO2(红色气体)和N2O4(无色气体)存在平衡：2NO2(g) N2O4(g)(放热反应)，将一定量NO2置于恒容容器中。下列分析错误的是 (　　)
A．气体颜色不再改变是达到化学平衡状态的标志
B．反应过程中，NO2与N2O4的浓度之比为2∶1是达到化学平衡状态的标志
C．气体的密度不再改变不能判断该反应已达到平衡状态
D．将该气体置于绝热容器中，体系温度不再改变能说明反应达到了限度
B
解析：NO2为红棕色气体，当气体颜色不再变化，说明NO2浓度不再变化，反应达到平衡状态，A正确； 反应过程中，NO2与N2O4的浓度之比为2∶1，不能说明正、逆反应速率相等，故不能说明反应达到化学平衡，B错误；容器容积和气体质量始终不变，则混合气体的密度始终不变，因此密度不变不能说明反应已达平衡，C正确；该反应在恒容绝热容器中进行，反应过程中温度不断变化，当体系温度不再变化，说明反应达到平衡状态，D正确。
3．一定温度下，在容积为1.5 L的密闭容器内发生反应，气体X、Y物质的量随时间变化如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A．3 min时，X、Y反应速率相等，反应达到平衡
B．该反应的化学方程式可以表示为3Y(g)═══2X(g)
C．6 min时，X、Y浓度不再改变，反应停止
D
D．前2 min内，Y的平均反应速率v(Y)＝1 mol/(L·min)
解析：根据图像，3 min时，X、Y的物质的量相等，但反应速率不相等，没有达到平衡状态，A错误；反应物是Y、生成物是X，相同时间内Δn(X)＝(6－2)mol＝4 mol、Δn(Y)＝(10－4)mol＝6 mol，相同时间内各物质的物质的量改变量之比等于其计量数之比，则X、Y的计量数之比为4 mol∶6 mol＝2∶3，最终达到化学平衡状态，则该反应的化学方程式可表示为3Y(g)(g) 2X(g)(g)，B错误；6 min时，X、Y的物质的量不再变化，反应达到平衡状态，但反应没有停止，C错误；前2 min内，v(Y)＝ mol/(L·min)，D正确。课时11　化学反应限度
1．完成下列填空。
(1) 化学反应达到平衡时，反应物的浓度和生成物的浓度都不再改变，正反应速率和逆反应速率______，但________0，达到一种表面静止的状态。
(2) 化学平衡状态的判断方法
①正、逆相等
a．同一种物质的生成速率等于其________________；
b．在化学方程式同一边的物质中，一种物质的生成速率与另一种物质的________________之比等于__________________之比；
c．在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比_________化学计量数之比；
②各组分的量保持不变
a．各组分的浓度、物质的量、体积分数、质量分数________________________；
b．各组分的质量、气体体积、分压________________。
2．一定条件下，向密闭容器中充入1mol NO和1mol CO进行反应：2NO(g)＋2CO(g) N2(g)＋2CO2(g)，测得化学反应速率随时间的变化关系如图所示，其中处于化学平衡状态的点是(　　)
A．d点 B．b点
C．c点 D．a点
3．一定温度下，在恒容密闭容器中发生如下反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。下列叙述能充分说明该反应已达到化学平衡状态的是(　　)
A．N2的浓度保持不变
B．容器中气体密度不再变化
C．N2、H2、NH3的浓度相等
D．N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2
4．一定条件下的恒容密闭容器中，发生可逆反应：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)。下列情况能说明该反应一定达到平衡状态的是(　　)
A．1 mol氢氢键断裂同时生成2 mol氢碘键
B．H2的百分含量保持不变
C．混合气体的密度保持不变
D．H2、I2和HI的物质的量之比为1∶1∶2
5．在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0.2 mol/L、0.1 mol/L、0.2 mol/L。当反应达平衡时，可能存在的数据是(　　)
A．SO2为0.4 mol/L
B．SO2为 0.25 mol/L
C．SO2、SO3均为0.15 mol/L
D．SO3为0.4 mol/L
6．一定条件下的密闭容器中，发生可逆反应：2A(g)＋B(g) 3C(g)。下列情况不能说明该反应一定达到化学平衡的是(　　)
A．A(g)、B(g)和C(g)的物质的量之比为2∶1∶3
B．B(g)的物质的量保持不变
C．正反应和逆反应的速率相等
D．A(g)的质量保持不变
7．工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。向一个密闭容器中充入1mol N2和3mol H2，在一定条件下使其发生反应生成NH3。达到平衡，下列说法正确的是(　　)
A．H2的转化率为100%
B．正反应速率和逆反应速率都为零
C．平衡时转移电子的数目等于6×6.02×1023
D．单位时间内消耗a mol N2，同时消耗2a mol NH3
8．一定温度下，在定容密闭容器中发生反应：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)。下列能证明反应达到化学平衡状态的是(　　)
A．体系压强不再变化
B．CO的浓度不再变化
C．容器内气体总质量不再变化
D．生成的CO2与消耗的CO物质的量比为1∶1
9．在一恒温恒容密闭容器中发生X、Y两种气体间的转化反应，X、Y物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．该反应的化学方程式为2X(g) 5Y(g)
B．t1时，该反应的v正＝v逆
C．4 min时反应达到化学平衡，反应停止
D．若其他条件不变，减小容器容积，Y的反应速度增大
10．一定条件下，A、B、C三种气体在某恒容密闭容器中发生反应，各气体的浓度随时间变化的曲线如图所示。0~2 min 内该反应共吸收了a kJ(a>0)能量。下列说法不正确的是(　　)
A．达到平衡时，A的浓度不再变化
B．反应的化学方程式为2A(g) 3C(g)＋B(g)
C．由图可知，2 min内，B(g)的平均反应速率为0.1 mol/(L·min)
D．该条件下，0.8 mol A(g)的总能量小于0.4 mol B(g)和1.2 mol C(g)的总能量
11．一定温度下在2 L的密闭容器内发生反应：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)，开始时通入0.8 mol H2(g)和一定量的I2(g)，各物质的浓度随时间的变化情况如图所示，其中I2(g)的浓度变化曲线前半部分已略去。
(1) 比较正反应速率(同一物质)的大小：
A点__________(填“>”“<”或“＝”)B点。
(2) 从反应开始至刚达到平衡，HI的平均反应速率为__________。
(3) 起始时I2的物质的量为__________mol。
(4) 下列能说明反应已达平衡状态的是________(填字母)。
a．氢气的生成速率等于碘化氢的消耗速率
b．单位时间内断裂的H—H数目与断裂的H—I数目相等
c．c(H2)∶c(I2)∶c(HI)＝1∶1∶2
d．2v正(I2)＝v逆(HI)
e．反应混合体系的颜色不再发生变化
12．复合催化是工业合成甲醇(CH3OH)的重要反应，其原理为CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，在2 L密闭容器中，充入10mol CO2和40mol H2，在催化剂、200 ℃的条件下发生反应。部分反应物和产物随时间变化如图所示：
(1) CO2分子的电子式为__________。
(2) 反应开始至2 min末，以H2的浓度变化表示该反应的平均速率为__________________。
(3) 已知：反应物A的平衡转化率＝×100%，当反应达到平衡时，H2的转化率是________(填字母)。
A．20% B．40%
C．60% D．80%
(4) 下列情况不能说明该反应达到化学平衡状态的是________(填字母)。
A．单位时间内消耗1mol CO2，同时生成1mol CH3OH
B．H2百分含量保持不变
C．密闭容器内总质量不随时间变化
D．CH3OH和H2O浓度相等
(5) 在不改变上述反应条件前提下，要增大反应速率，还可以采取的措施是__________(任写一种)。
(6) 某温度下，2 L恒容密闭容器中，X、Y、Z三种气体物质的物质的量随反应时间的变化曲线如图所示。
①从反应开始到2 min，用X的浓度变化表示的平均反应速率为__________mol/(L·min)。
②在2 min时，向容器中通入氩气(容器容积不变)，X的反应速率将__________(填“变大”“不变”或“变小”)。
课时11　化学反应限度
1．(1) 相等　不等于　(2) ①a．消耗速率　b.消耗速率　化学计量数　c．等于　②a．不再改变　b．不再改变
2．A　解析：由图可知，a、b、c点的正反应速率均大于逆反应速率，都未达到平衡状态；d点正、逆反应速率相等，处于化学平衡状态，故选A。
3．A　解析：随反应的进行，N2的浓度减小，当N2的浓度保持不变，说明反应达平衡状态，A正确；容器中气体密度＝，体系中混合气体的总质量一直不变，混合气体的总体积一直不变，故容器中气体密度一直不变，无法判断反应是否达平衡状态，B错误；N2、H2、NH3的浓度不再变化，才可以判断反应达平衡状态，与N2、H2、NH3的浓度是否相等或与其比值为1∶3∶2均无关，C错误，D错误。
4．B　解析：在任何时刻都存在每断裂1 mol氢氢键，同时会生成2 mol氢碘键，不能据此判断反应是否达到平衡状态，A错误；若反应未达到平衡，则其中任何一组分的含量就会发生改变，因此当混合气体中H2的百分含量保持不变，说明反应达到了平衡状态，B正确；反应混合物都是气体，气体的质量不变，反应在恒容密闭容器中进行，气体的体积不变，则混合气体的密度始终保持不变，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，C错误；H2、I2和HI的物质的量之比为1∶1∶2 时，反应可能处于平衡状态，也可能未达到平衡状态，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，D错误。
5．B　解析：由于反应为可逆反应，则06．A　解析：平衡时的各组分物质的量之比与反应物初始物质的量及转化率有关，A(g)、B(g)和C(g)的物质的量之比为2∶1∶3，该反应不一定达到平衡状态，A符合题意；B(g)的物质的量保持不变，说明该反应的正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，B不符合题意；正、逆反应的速率相等为平衡状态时的特点，C不符合题意；A(g)的质量保持不变，能说明反应达到平衡状态，D不符合题意。
7．D　解析：可逆反应都不能进行到底，H2的转化率小于100%，A错误；达到平衡时，正反应速率等于逆反应速率，但不为零，B错误；转化率未知，反应的量不确定，故转移电子数未知，C错误；达到平衡时，单位时间内消耗a mol N2，即同时生成2a mol NH3，又消耗2a mol NH3，D正确。
8．B　解析：恒温恒容条件下，该反应前后气体物质的量不变，因此随反应进行体系的压强始终不变，故体系压强不再变化，不能证明反应达到化学平衡状态，A错误；CO的浓度不再变化，说明正、逆反应速率相等，能证明反应达到化学平衡状态，B正确；根据质量守恒定律可知，容器内气体总质量始终不变，故容器内气体总质量不再变化，不能证明反应达到化学平衡状态，C错误；生成的CO2与消耗的CO物质的量比为1∶1，不能说明正、逆反应速率相等，不能证明反应达到化学平衡状态，D错误。
9．D　解析：根据图中信息X、Y改变量分别为0.5mol、0.5mol，该反应的化学方程式为X(g) Y(g)，A错误；t1时，二者物质的量相等，没有达到平衡，反应正向进行，此时v正>v逆，B错误；4 min时反应达到化学平衡，反应没有停止，C错误；若其他条件不变，减小容器容积，浓度增大，则Y的反应速度增大，D正确。
10．C　解析：根据图像可知，A为反应物，B、C为生成物，2 min时达到平衡，0~2 min内，A的物质的量浓度变化量为0.8 mol/L，B的物质的量浓度变化量为0.4 mol/L，C的物质的量浓度变化量为1.2 mol/L，因此该反应化学方程式为2A(g) B(g)＋3C(g)。反应达到平衡后，体系中各物质的浓度均不再改变，A正确，B正确；v(B)＝＝0.2 mol/(L· min)，C错误；0~2 min内该反应共吸收了a kJ(a>0)能量，说明该反应为吸热反应，该条件下0.8 mol A(g)的总能量小于0.4 mol B(g)和1.2 mol C(g)的总能量，D正确。
11．(1) >　(2) 0.05mol/(L·min)　(3) 0.6　(4) de
解析：(1) 随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，故A点的正反应速率大于B点。(2) 从反应开始至达到平衡，Δc(HI)＝0.5mol/L，v(HI)＝＝0.05mol/(L·min)。(3) Δc(HI)＝0.5mol/L，则Δc(I2)＝0.25mol/L，且平衡时c(I2)＝0.05mol/L，则起始时碘的浓度为0.25mol/L＋0.05mol/L＝0.3mol/L，起始物质的量为0.3mol/L×2 L＝0.6mol。(4) 氢气的生成速率、碘化氢的消耗速率均表示逆反应速率，a项不能说明反应达到平衡状态；单位时间内断裂的H—H数目与断裂的H—I数目相等，正、逆反应速率不相等，反应没有达到平衡状态，b项不能说明反应达到平衡状态；达到平衡时各物质的浓度保持不变，但不一定等于化学计量数之比，c(H2)∶c(I2)∶c(HI)＝1∶1∶2时反应不一定处于平衡状态，c项不能说明反应达到平衡状态；2v正(I2)正＝v逆(HI)说明正、逆反应速率相等，是反应达到平衡状态的本质标志，d项能说明反应达到平衡状态；I2(g)呈紫红色，反应混合体系的颜色不再发生变化说明碘蒸气的浓度不再变化，反应达到平衡状态，e项能说明反应达到平衡状态；故选de。
12．(1) 　(2) 3.75mol/(L·min)　(3) C　(4) ACD　(5) 加入适量CO2或H2
(6) ①0.075　②不变
解析：(2) 由图可知，反应开始至2 min末，生成甲醇5mol，则消耗氢气15mol，以H2的浓度变化表示该反应的平均速率为v(H2)＝＝3.75mol/(L·min)。(3) 5 min后反应达到平衡，消耗8mol CO2则消耗24mol H2，H2的转化率是×100%＝60%，故选C。(4) 单位时间内消耗1mol CO2，同时生成1mol CH3OH，均表示正反应速率，不能判断反应是否达到平衡状态，A符合题意；H2的百分含量保持不变即物质的量保持不变，正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，B不符合题意；该反应都是气体参与，根据质量守恒定律，密闭容器内总质量始终不变，不能判断反应是否达到平衡状态，C符合题意；CH3OH和H2O化学计量数相等，反应按1∶1生成CH3OH和H2O，则二者浓度一直相等，D符合题意。(5) 在不改变上述反应条件(催化剂、温度、容积)前提下，要增大反应速率，还可以适当增大反应物的浓度，可采取的措施是加入适量CO2或H2。(6) ①从反应开始到2 min，用X的浓度变化表示的平均反应速率为v(X)＝＝0.075mol/(L·min)。②2 min时，反应达到平衡状态，向容器中通入氩气(容器容积不变)，各物质浓度不变，则X的反应速率将不变。课时11　化学反应限度
目 标 导 航
学习目标 知识体系
1．结合实例体会可逆反应存在限度，理解化学平衡状态特征 2．能从化学反应限度的角度去解释或调控生产、生活中的化学反应或现象 3．学会判断化学平衡状态
概 念 辨 析
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1) 化学反应的限度是不可改变的(　　)
(2) 相同条件下，不同的可逆反应，其反应的限度不同(　　)
(3) 当一个可逆反应达到平衡状态时，就是这个反应在该条件下所能达到的限度(　　)
(4) 当一个可逆反应达到平衡状态时，这个反应的正反应速率和逆反应速率相等(　　)
(5) 在一定条件下，平衡状态下的转化率是该条件下的最大转化率(　　)
化学平衡状态与平衡转化率
1．化学平衡的建立
过程 正、逆反应速率 反应物、生成物的浓度
①反应 开始时 v正____v逆 反应物浓度最大，生成物浓度为零
②反应 过程中 v正逐渐__ __， v逆____ 反应物浓度逐渐减小，生成物浓度逐渐增大
③平衡 状态时 v正____v逆 各组分的浓度不再随时间的变化而变化
2．化学平衡状态
(1) 定义：在一定条件下(温度、浓度、压强等)，当可逆反应进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率__ __，反应物与生成物的浓度__ __，达到一种表面静止的状态，称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。
(2) 特征
3．平衡转化率：达到化学平衡状态时，反应并没有停止，此时反应的转化率是该条件下的最大转化率。
化学平衡状态的判断依据
1．根据速率关系，正、逆相等
(1) 同一物质：生成速率＝消耗速率，即v正(A)＝v逆(A)。
(2) 不同物质：速率之比＝化学计量数之比，但必须同时有正向和逆向两个方向的速率。
如：aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)，当＝时，处于化学平衡状态。
—
2．根据各组分的量，变量不变
首先分析该量是“变量”还是“恒量”，若为“恒量”，即随反应的进行永远不变，则不能作为判断平衡状态的依据；若为“变量”，即该量随反应进行而改变，当其“不变”时，则为平衡状态。
“三段式法”在化学反应速率及平衡计算中的应用
解答有关化学反应速率和化学平衡相关物理量的计算时，一般需要写出化学方程式，列出起始量、转化量及平衡量，再根据题设其他条件和有关概念、定律求解。如：
　　　　mA(g) ＋nB(g)　 　pC(g)　＋　qD(g)
起始　　　a　　　　b　　　　　0　　　　　0
转化　　mx　　　　nx　　　　　px　　　　qx
平衡　　a－mx　　b－nx　　　　px　　　　qx
[说明]
① 转化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例。
② 这里a、b可指物质的量、物质的量浓度、气体体积等。
反应限度与反应条件的控制
在一定条件下，任何可逆反应都有一定的__ __。例如氨的生产，工业上采取400～500 ℃条件除了考虑催化剂活性外，同时也是为了__ __反应速率，____达到平衡的时间；采取10～30 MPa高压条件，既是为了__ __反应速率，同时考虑动力和生产设备的要求。
类型1　化学反应限度
　一定温度下，在恒容密闭容器中发生反应：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)。当H2、I2、HI的浓度不再变化时。下列说法正确的是(　　)
A．H2全部转化为HI B．正、逆反应速率均为零
C．H2、I2的浓度一定相等 D．该反应已达到平衡状态
类型2　化学平衡的判断方法
　已知反应：2NO(g)＋2CO(g) N2(g)＋2CO2(g)，在恒温、恒容条件下，通入等物质的量的NO(g)和CO(g)发生上述反应。下列能说明该反应达到化学平衡状态的是(　　)
A．N2的体积分数保持不变
B．NO与CO的物质的量浓度之比为1∶1
C．断裂1 mol N≡N的同时断裂4 mol C═O
D．体系中混合气体的密度保持不变
类型3　化学平衡图像分析
　T℃时，在0.5 L恒容密闭容器中，气体A与气体B反应生成气体C，反应过程中A、B、C的浓度随时间变化如图所示。
下列结论正确的是(　　)
A．10 s内用B表示的反应速率为0.01 mol/(L·s)
B．10 s时充入氦气，化学反应速率不变
C．该反应的化学方程式可表示为3A(g)＋B(g) 2C(g)
D．升高温度，正反应速率加快，逆反应速率减慢
1．一定条件下，合成氨反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)中，NH3浓度变化如图所示。则反应达到化学平衡状态的时刻是(　　)
A．10 min B．20 min
C．30 min D．40 min
2．已知NO2(红色气体)和N2O4(无色气体)存在平衡：2NO2(g) N2O4(g)(放热反应)，将一定量NO2置于恒容容器中。下列分析错误的是(　　)
A．气体颜色不再改变是达到化学平衡状态的标志
B．反应过程中，NO2与N2O4的浓度之比为2∶1是达到化学平衡状态的标志
C．气体的密度不再改变不能判断该反应已达到平衡状态
D．将该气体置于绝热容器中，体系温度不再改变能说明反应达到了限度
3．一定温度下，在容积为1.5 L的密闭容器内发生反应，气体X、Y物质的量随时间变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．3 min时，X、Y反应速率相等，反应达到平衡
B．该反应的化学方程式可以表示为3Y(g)═══2X(g)
C．6 min时，X、Y浓度不再改变，反应停止
D．前2 min内，Y的平均反应速率v(Y)＝1 mol/(L·min)
课时11　化学反应限度
目 标 导 航
学习目标 知识体系
1．结合实例体会可逆反应存在限度，理解化学平衡状态特征 2．能从化学反应限度的角度去解释或调控生产、生活中的化学反应或现象 3．学会判断化学平衡状态
概 念 辨 析
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1) 化学反应的限度是不可改变的(　×　)
(2) 相同条件下，不同的可逆反应，其反应的限度不同(　√　)
(3) 当一个可逆反应达到平衡状态时，就是这个反应在该条件下所能达到的限度(　√　)
(4) 当一个可逆反应达到平衡状态时，这个反应的正反应速率和逆反应速率相等(　√　)
(5) 在一定条件下，平衡状态下的转化率是该条件下的最大转化率(　√　)
化学平衡状态与平衡转化率
1．化学平衡的建立
过程 正、逆反应速率 反应物、生成物的浓度
①反应 开始时 v正__＞__v逆 反应物浓度最大，生成物浓度为零
②反应 过程中 v正逐渐__减小__， v逆逐渐__增大__ 反应物浓度逐渐减小，生成物浓度逐渐增大
③平衡 状态时 v正__＝__v逆 各组分的浓度不再随时间的变化而变化
2．化学平衡状态
(1) 定义：在一定条件下(温度、浓度、压强等)，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__，反应物与生成物的浓度__不再改变__，达到一种表面静止的状态，称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。
(2) 特征
3．平衡转化率：达到化学平衡状态时，反应并没有停止，此时反应的转化率是该条件下的最大转化率。
化学平衡状态的判断依据
1．根据速率关系，正、逆相等
(1) 同一物质：生成速率＝消耗速率，即v正(A)＝v逆(A)。
(2) 不同物质：速率之比＝化学计量数之比，但必须同时有正向和逆向两个方向的速率。
如：aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)，当＝时，处于化学平衡状态。
—
2．根据各组分的量，变量不变
首先分析该量是“变量”还是“恒量”，若为“恒量”，即随反应的进行永远不变，则不能作为判断平衡状态的依据；若为“变量”，即该量随反应进行而改变，当其“不变”时，则为平衡状态。
“三段式法”在化学反应速率及平衡计算中的应用
解答有关化学反应速率和化学平衡相关物理量的计算时，一般需要写出化学方程式，列出起始量、转化量及平衡量，再根据题设其他条件和有关概念、定律求解。如：
　　　　mA(g) ＋nB(g)　 　pC(g)　＋　qD(g)
起始　　　a　　　　b　　　　　0　　　　　0
转化　　mx　　　　nx　　　　　px　　　　qx
平衡　　a－mx　　b－nx　　　　px　　　　qx
[说明]
① 转化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例。
② 这里a、b可指物质的量、物质的量浓度、气体体积等。
反应限度与反应条件的控制
在一定条件下，任何可逆反应都有一定的__限度__。例如氨的生产，工业上采取400～500 ℃条件除了考虑催化剂活性外，同时也是为了__增大__反应速率，__减少__达到平衡的时间；采取10～30 MPa高压条件，既是为了__增大__反应速率，同时考虑动力和生产设备的要求。
类型1　化学反应限度
　一定温度下，在恒容密闭容器中发生反应：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)。当H2、I2、HI的浓度不再变化时。下列说法正确的是(　D　)
A．H2全部转化为HI B．正、逆反应速率均为零
C．H2、I2的浓度一定相等 D．该反应已达到平衡状态
解析：可逆反应不能进行到底，H2不可能全部转化为HI，A错误；平衡时，正、逆反应速率相等但不为零，B错误；开始投入H2、I2的浓度不一定相等，则平衡时H2、I2的浓度不一定相等，C错误；当H2、I2、HI的浓度不再变化时，说明该反应已达到平衡状态，D正确。
类型2　化学平衡的判断方法
　已知反应：2NO(g)＋2CO(g) N2(g)＋2CO2(g)，在恒温、恒容条件下，通入等物质的量的NO(g)和CO(g)发生上述反应。下列能说明该反应达到化学平衡状态的是(　A　)
A．N2的体积分数保持不变
B．NO与CO的物质的量浓度之比为1∶1
C．断裂1 mol N≡N的同时断裂4 mol C═O
D．体系中混合气体的密度保持不变
解析：N2的体积分数保持不变，反应达到平衡状态，A正确；投料时NO和CO的物质的量相等，二者化学计量数也相同，则NO与CO的物质的量浓度之比一直为1∶1，不能说明反应达到平衡状态，B错误；断裂1 mol N≡N的同时断裂4 mol C═O，都为逆反应速率，不能说明反应达到平衡状态，C错误；反应前后都是气体，质量不变，气体体积不变，所以体系中混合气体的密度保持不变，不能说明反应达到平衡状态，D错误。
类型3　化学平衡图像分析
　T℃时，在0.5 L恒容密闭容器中，气体A与气体B反应生成气体C，反应过程中A、B、C的浓度随时间变化如图所示。
下列结论正确的是(　B　)
A．10 s内用B表示的反应速率为0.01 mol/(L·s)
B．10 s时充入氦气，化学反应速率不变
C．该反应的化学方程式可表示为3A(g)＋B(g) 2C(g)
D．升高温度，正反应速率加快，逆反应速率减慢
解析：10 s内用B表示的反应速率为mol/(L·s)＝0.06 mol/(L·s)，A错误；恒容密闭容器中，10 s时充入氦气，不影响反应物浓度，化学反应速率不变，B正确；A、B物质的量浓度随时间逐渐减小，A、B为反应物，C为生成物，0～10 s内，A、B、C浓度变化之比为0.2∶0.6∶0.4＝1∶3∶2, 10 s时反应达到平衡，故反应的化学方程式可表示为A(g)＋3B(g) 2C(g)，C错误；升高温度，正、逆反应速率都加快，D错误。
1．一定条件下，合成氨反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)中，NH3浓度变化如图所示。则反应达到化学平衡状态的时刻是(　C　)
A．10 min B．20 min
C．30 min D．40 min
解析：30 min以后NH3的浓度开始保持不变，即30 min开始反应达到化学平衡，故选C。
2．已知NO2(红色气体)和N2O4(无色气体)存在平衡：2NO2(g) N2O4(g)(放热反应)，将一定量NO2置于恒容容器中。下列分析错误的是(　B　)
A．气体颜色不再改变是达到化学平衡状态的标志
B．反应过程中，NO2与N2O4的浓度之比为2∶1是达到化学平衡状态的标志
C．气体的密度不再改变不能判断该反应已达到平衡状态
D．将该气体置于绝热容器中，体系温度不再改变能说明反应达到了限度
解析：NO2为红棕色气体，当气体颜色不再变化，说明NO2浓度不再变化，反应达到平衡状态，A正确； 反应过程中，NO2与N2O4的浓度之比为2∶1，不能说明正、逆反应速率相等，故不能说明反应达到化学平衡，B错误；容器容积和气体质量始终不变，则混合气体的密度始终不变，因此密度不变不能说明反应已达平衡，C正确；该反应在恒容绝热容器中进行，反应过程中温度不断变化，当体系温度不再变化，说明反应达到平衡状态，D正确。
3．一定温度下，在容积为1.5 L的密闭容器内发生反应，气体X、Y物质的量随时间变化如图所示。下列说法正确的是(　D　)
A．3 min时，X、Y反应速率相等，反应达到平衡
B．该反应的化学方程式可以表示为3Y(g)═══2X(g)
C．6 min时，X、Y浓度不再改变，反应停止
D．前2 min内，Y的平均反应速率v(Y)＝1 mol/(L·min)
解析：根据图像，3 min时，X、Y的物质的量相等，但反应速率不相等，没有达到平衡状态，A错误；反应物是Y、生成物是X，相同时间内Δn(X)＝(6－2)mol＝4 mol、Δn(Y)＝(10－4)mol＝6 mol，相同时间内各物质的物质的量改变量之比等于其计量数之比，则X、Y的计量数之比为4 mol∶6 mol＝2∶3，最终达到化学平衡状态，则该反应的化学方程式可表示为3Y(g)(g) 2X(g)(g)，B错误；6 min时，X、Y的物质的量不再变化，反应达到平衡状态，但反应没有停止，C错误；前2 min内，v(Y)＝ mol/(L·min)，D正确。

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