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第一单元　化学反应速率与反应限度
第2课时 化学反应的限度
专题6　化学反应与能量变化
课程标准 核心素养目标
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．能描述化学平衡状态，判断化学反应是否达到平衡。
3．能初步解释化学实验和化工生产中反应条件的选择问题。 1.(证据推理与模型认知)能用一定的理论模型理解正、逆反应速率相等指反应达到化学平衡状态，通过分析推理认识化学平衡的特征。
2．(变化观念与平衡思想)对于可逆反应，理解正、逆反应速率相等和各组分含量一定是判断化学反应达到平衡状态的依据，会根据压强、密度、相对分子质量等间接判断化学反应的平衡状态。
一、化学反应的限度
1．化学反应的限度
Cl2与H2O的反应
化学方程式
溶液中微粒 三分子
四离子
反应特点 反应 进行到底
Cl2＋H2O HCl＋HClO
H2O、Cl2、HClO
H＋、Cl－、ClO－、OH－
不能
2.可逆反应
(1)定义：在同一条件下，既能向 进行，又能向
进行的化学反应。书写可逆反应的化学方程式时，不用“===”，用“ ”。
(2)特征
正反应方向
逆反应
方向
(3)FeCl3溶液与KI溶液的反应
实验步骤
实验现象
溶液颜色由无色变为褐色
溶液分层，下层为浅绿色，上层油状液体呈紫色
溶液变为红色
实验结论 有 生成 有 生成 下层溶液中含有
离子方程式
反应特点 I－过量的条件下，反应物Fe3+ 转化为生成物，即可逆反应具有一定的
I2
Fe2+和I2
未反应的Fe3+
2Fe3+＋2I－ 2Fe2+＋I2
并未完全
限度
二、化学平衡状态
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N2和H2发生反应：N2＋3H2
2NH3。
浓度 速率变化 v正、v逆关系
开始 反应物浓度 v正 v正 v逆
生成物浓度 v逆
最大
为0
最大
为0
>
浓度 速率变化 v正、v逆关系
变化 反应物浓度 v正 v正 v逆
生成物浓度 v逆
平衡 反应物浓度 v正 v正 v逆
生成物浓度 v逆
减小
增大
不变
不变
减小
增大
不变
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、压强等)不发生改变，当可逆反应进行到一定程度时， 与 相等，反应物的浓度与生成物的浓度
正反应速率
逆反应速率
，反应达到化学平衡状态，简称化学平衡。
(2)化学平衡的特征
不再发生变化
微诊断（判断正误）
(1)1 mol N2和3 mol H2在一定条件下可完全生成2 mol NH3 (　　　　)
(3)可逆反应达到平衡状态时，各反应物、生成物的浓度相等 (　　　　)
(4)化学反应在一定条件下建立平衡状态时，化学反应将会停止(　　　　)
(5)对于反应C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)，当温度和体积一定时，如混合气体的密度不再改变，则反应达到平衡(　　　　)
×
×
×
×
√
探究　化学平衡状态
373 K时，将2.0 mol红棕色NO2通入100 mL抽空的密闭容器中，发生如下反应：2NO2 N2O4，隔一定时间对体系进行分析，得到以下数据：
时间/s 0 20 40 60 80 100
n(NO2)/mol 2.0 1.6 1.3 1.2 1.2 1.2
n(N2O4)/mol 0 0.2 0.35 0.4 0.4 0.4
[问题探究]
(1)为何NO2的物质的量不能减少为0
提示：该反应为可逆反应，反应物无法完全反应。
(2)60～100 s内用NO2表示的化学反应速率是多少？
提示：NO2物质的量不变，化学反应速率是0。
(3)100 s后反应停止了吗？
提示：没有停止，虽然用NO2表示的速率为0，但正、逆反应速率不等于0。
(4)反应过程中气体的密度如何变化？气体的密度保持不变能否作为平衡的标志？
提示：密闭容器中进行的反应，气体的质量和容器的体积不变，气体的密度保持不变；气体的密度保持不变不能作为平衡标志。
(2)间接判断依据
以mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)为例
类型 判断依据 平衡状态
混合物体系中各成分的含量 ①各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定 平衡
②各物质的质量或各物质的质量分数一定 平衡
正、逆反应速率的关系 ①在单位时间内消耗了m mol A同时生成m mol A，即v正=v逆 平衡
类型 判断依据 平衡状态
正、逆反应速率的关系 ②在单位时间内消耗了n mol B同时生成p mol C，两者变化均表示v正，则v正不一定等于v逆 不一定
③在单位时间内生成n mol B同时消耗q mol D，因两者变化均表示v逆，所以v正不一定等于v逆 不一定
温度 体系温度一定（绝热容器） 平衡
颜色 反应体系内有有色物质时，颜色稳定不变 平衡
规避两个易失分点
(1)化学平衡状态判断的“三关注”：
①关注反应条件，是在恒温恒容、恒温恒压，还是绝热恒容条件下等；
②关注反应特点，反应前后气体总物质的量是否变化；
③关注特殊情况，是否有固体参加或生成等。
(2)不能作为平衡标志的“四情况”：
①反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比；
②恒温恒容条件下的气体物质的量不变的反应，体系的压强或气体的总物质的量不随时间而变化，如2HI(g) H2(g)＋I2(g)；
③全是气体参加的物质的量不变的反应，体系的平均相对分子质量不随时间而变化，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。
[例] 一定温度下，在恒容密闭容器中进行的可逆反应：2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)。下列描述中反应处于平衡状态的是________(填标号)。
①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2
②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO
③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态
⑤密闭容器中压强不再改变的状态
⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
答案：①④⑤⑥
解析：
①中单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2，方向相反，①处于平衡状态；②中描述的都是正反应方向的速率；③中无论反应是否达到平衡状态，同向的速率之比一定为相应物质的化学计量数之比；④中混合气体的颜色不变，即c(NO2)保持不变，说明反应处于平衡状态；⑤⑥因该反应是一个反应前后气体物质的量不等的反应，容器的体积固定，故气体的压强不变，气体的平均相对分子质量不变，均能说明反应处于平衡状态。
平衡状态判断两方法：正逆相等、变量不变
(1)“正逆相等”：反应速率必须一个是正反应的速率，另一个是逆反应的速率，且经过换算后同一种物质的消耗速率和生成速率相等。
(2)“变量不变”：如果一个量是随反应进行而改变的，当该量不变时为平衡状态；一个随反应的进行保持不变的量，不能作为平衡状态的判断依据。
B
在一定条件下的密闭容器中，一定能说明反应A(g)＋3B(g) 2C(g)＋2D(g)达到平衡状态的是 (　　)
A.反应体系的总压强不变
B.2v正(B)＝3v逆(C)
C.c(A)∶c(B)＝1∶3
D.单位时间内生成2 mol C，同时生成2 mol D
解析：
该反应是反应前后气体体积相等的反应，所以无论反应是否达到平衡，体系的总压强都不变，A错误；若2v正(B)＝3v逆(C)，说明v正＝v逆，反应达到平衡状态，B正确；c(A)∶c(B)＝1∶3不能说明反应达到平衡状态，C错误；单位时间内生成2 mol C，同时生成2 mol D，均表示正反应方向，D错误。
A
1．在密闭容器中进行反应：X2(g)＋Y2(g) 2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.2 mol·L-1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度可能是 (　　)
A.c(Z)＝0.3 mol·L-1
B.c(X2)＝0.2 mol·L-1
C.c(Y2)＝0.4 mol·L-1
D.c(X2)＋c(Y2)＋c(Z)＝0.55 mol·L-1
解析：
假设反应向正反应方向进行，由于Y2(g)过量，则完全转化时，Z(g)的浓度为0.4 mol·L-1；假设反应向逆反应方向进行，则完全转化时，X2(g)、Y2(g)的浓度分别为0.2 mol·L-1、0.4 mol·L-1。由题意知，该反应为可逆反应，反应物不可能完全转化为生成物，生成物也不可能完全转化为反应物，A正确，B、C均错误；该反应前后气态物质体积不变，反应达到平衡时，不论X2、Y2、Z怎么变化，总物质的量不会改变，物质的总浓度也不会改变，即c(X2)＋c(Y2)＋c(Z)＝0.6 mol·L-1，D错误。
B
2．在T ℃，将1 mol N2和3 mol H2充入体积为1 L的密闭容器中发生反应，一段时间后达到平衡。在相同温度下，测得容器内压强是反应前的0.9倍。则N2的转化率为 (　　)
A.15% B．20% C．25% D．30%
解析：
A
3．在一密闭烧瓶中注入NO2，在25 ℃时建立下列平衡：2NO2(红棕色) N2O4(无色)，若把烧瓶置于100 ℃的沸水中，下列情况不变，能表示该反应达到平衡状态的是 (　　)
①颜色　②平均相对分子质量　③质量　④压强　⑤密度
A.①②④ B．①③④
C.③⑤ D．①③
解析：
①混合气体的颜色不变，则NO2气体的浓度不变，反应达到平衡状态；②混合气体的质量不变，但随着反应的进行，物质的量在不断改变，当平均相对分子质量不变时，气体的物质的量不变，则反应达到平衡状态；③反应物与生成物都呈气态，质量始终不变，所以质量不变时，不能表明反应达到平衡状态；④反应前后气体的分子数不等，随着反应的不断进行，压强在不断改变，当压强不变时，反应达到平衡状态；⑤混合气体的质量和体积都不发生改变，密度始终不变，所以密度不变时，反应不一定达到平衡状态。
B
4．一定温度和压强不变的条件下，发生可逆反应：A(g)＋3B(g) 4C(g)，下列叙述能作为该反应达到平衡状态标志的是 (　　)
①混合气体的平均摩尔质量不再变化 ②v(A)∶v(B)∶v(C)＝1∶3∶4
③A、B、C的浓度不再变化 ④C的体积分数不再变化
⑤A、B、C的分子数之比为1∶3∶4 ⑥混合气体的密度不再变化
⑦单位时间消耗a mol A，同时生成3a mol B
A.②③④⑤⑥⑦ B．③④⑦
C.③④⑥⑦ D．①③⑤⑥⑦
解析：
反应前后气体体积不变，气体物质的量不变，质量守恒，所以混合气体的平均摩尔质量始终不变，不能据此判断反应是否达到平衡状态，①错误；在任何情况下化学反应速率之比等于化学计量数之比，不能说明正、逆反应速率相等，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，②错误；当混合气体中各组分浓度不变时，说明反应达到平衡状态，③正确；C的体积分数不变，说明混合气体中各组分浓度不变，反应达到了平衡状态，④正确；平衡时各物质的分子数之比，取决于开始加入物质的多少和反应程度，与平衡状态无关，⑤错误；混合气体质量
解析：
守恒，体积不变，密度始终不变，所以密度不变不能说明反应达到平衡状态，⑥错误；消耗a mol A，同时生成3a mol B，说明正、逆反应速率相等，反应达到了平衡状态，⑦正确。

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