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第2课时
化学反应的限度　化学反应条件的控制
课前 基础认知
一、化学反应的限度
1.可逆反应。
(1)定义:在同一条件下　正反应　和　逆反应　均能进行的化学反应。
(2)特点:
①正反应和逆反应　同时　进行。
②一定条件下,反应物不可能　全部　转化为生成物,即反应物的转化率不可能达到　100%　。
(3)表示:书写可逆反应的化学方程式时用“ ”。
微训练1下列不属于可逆反应的是(　　)。
A.氯气与水反应生成盐酸与次氯酸
B.N2与H2在一定条件下可以生成NH3,同时NH3又可以分解为N2和H2
C.电解水生成H2和O2,氢气与氧气转化为H2O
D.SO2溶于水和水溶液中H2SO3分解
答案:C
解析:可逆反应指在同一条件下,既能向正反应进行,同时又能向逆反应进行的化学反应,电解水生成氢气和氧气,氢气与氧气点燃生成水,反应条件不同,不是可逆反应。
2.化学平衡状态。
(1)化学平衡的建立。
(2)化学平衡状态。
在一定条件下,可逆反应进行到一定程度时,正反应速率和逆反应速率相等,反应物的浓度和生成物的浓度都不再改变的状态,简称化学平衡。
3.化学反应的限度。
(1)化学平衡状态是可逆反应在一定条件下所能达到的或完成的　最大程度　,即该反应进行的限度。任何可逆反应在给定条件下的进程都有一定的限度。
(2)化学反应的限度决定了反应物在该条件下转化为生成物的最大转化率。
(3)不同条件下,同一可逆反应的限度不同;相同条件下,不同可逆反应的限度也不同。
微判断(1)化学反应达到平衡状态时,该反应就停止了。
(　　)
(2)可逆反应达平衡状态时,反应物与生成物的浓度相等。
(　　)
(3)一个化学反应只有一个限度。(　　)
(4)当一个化学反应在一定条件下达到最大限度时,反应速率也最大。(　　)
×
×
×
×
二、化学反应条件的控制
1.化学反应条件的控制。
(1)目的。
(2)化工生产中反应条件的控制。
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实例——合成氨生产条件的选择:
2.燃料燃烧的条件。
(1)燃料与空气或氧气尽可能接触。
(2)温度达到燃料的　着火点　。
3.提高燃料燃烧效率的措施。
(1)尽可能使燃料充分燃烧,提高能量的转化率。关键是燃料与空气或氧气尽可能接触,且空气要　适当过量　。
(2)尽可能充分地利用燃料燃烧所释放出的热能,提高热能利用率。
微训练2下列措施可以提高燃料燃烧效率的是(　　)。
①提高燃料的着火点　②降低燃料的着火点　
③将固体燃料粉碎　④将液体燃料雾化处理　
⑤将煤进行气化处理　⑥通入适当过量的空气
A.①③④⑤ B.②③⑤⑥
C.③④⑤⑥ D.①②④⑥
答案:C
解析:着火点是燃料的固有性质,不能改变,①②错误;③④⑤⑥都可以使燃料与氧气充分接触,正确。
课堂 重难突破
问题探究
化学平衡状态的判断
云南省作为我国西南地区重要的化工产业基地,依托丰富的磷矿资源和成熟的化肥工业体系,已形成若干氨基甲酸铵专业生产企业,主要分布在昆明、曲靖、玉溪等工业集聚区。
将一定量纯净的氨基甲酸铵(NH2COONH4)固体置于特制的密闭真空容器中(假设容器容积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)。
(2)密闭容器中混合气体的密度不变,能说明反应达到平衡状态吗
(1)密闭容器中总压强不变,能说明该反应达到平衡状态吗
提示:能。反应正向进行则压强增大,总压强不变时,说明反应达到平衡状态。
(3)容器内NH3与CO2分子数之比为2∶1,能说明反应达到化学平衡状态吗
提示:不能。NH3与CO2的分子数之比始终为2∶1。
(4)混合气体的平均相对分子质量不变能说明反应达到平衡吗
提示:不能。因为混合气体中NH3与CO2的体积比始终为2∶1,故混合气体的平均相对分子质量始终不变。
重难归纳
1.两个直接判据。
(1)正反应速率和逆反应速率相等。
(2)反应物和生成物的浓度不再变化。
2.判断的依据。
特别提醒
(1)判断化学平衡状态的“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,是否有固体参加或生成,或是否为固体的分解反应。
(2)化学平衡状态判断的“一等一不变”。
典型例题
【例1】在一个固定容积的密闭容器中,可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),当a、b、c、d为任意整数时,下列说法一定能说明反应已达到平衡的是(　　)。
①体系的压强不再改变　②体系的密度不再改变　
③各组分的浓度不再改变　④各组分的质量分数不再改变
⑤反应速率v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=a∶b∶c∶d　⑥单位时间内a mol A发生断键反应,同时c mol C也发生断键反应
A.④⑤⑥ B.③④⑥ C.①③④ D.②③⑥
答案:B
解析:由于反应前后气体的化学计量数关系未知,若该反应为a+b=c+d,则体系的压强始终为一定值,体系的压强不再改变,不能说明反应达到平衡,①错误;由于体系的体积一定,而气体的总质量不变,则密度始终为一定值,因此体系的密度不再改变,不能说明反应达到平衡,②错误;反应速率之比始终等于化学计量数之比,因此⑤错误。
【例1】炭在火炉中燃烧很旺时,在往炉膛底内的热灰上喷洒少量水的瞬间,炉子内火会更旺,这是因为发生了反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g),在某恒温恒容反应器中模拟该反应,下列不能作为达到平衡状态的标志的为(　　)。
A.压强不变
B.v正(H2O)=v正(CO)
C.混合气体的密度不变
D.CO的体积分数不变
答案:B
解析:恒温恒容条件下,气体压强与气体的物质的量成正比,反应后气体的物质的量增大,则压强增大,当容器内压强不变时,反应达到平衡状态,A项不符合题意。无论反应是否达到平衡状态都存在“v正(H2O)=v正(CO)”,不能据此判断达到平衡状态,B项符合题意。反应前后气体质量增大、容器容积不变,则反应后气体密度增大,当混合气体密度不变时,正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,C项不符合题意。随着反应的进行,CO体积分数增大,当CO体积分数不变时,正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,D项不符合题意。
成果验收站
1.工业制硫酸的一步重要反应是2SO2+O2 2SO3,若用18O标记O2,下列说法错误的是(　　)。
A.反应过程中,SO2、O2和SO3始终共存
B.达到化学平衡状态时,SO2、O2和SO3中均存在18O
C.SO3的浓度不再改变,说明该反应达到化学平衡状态
D.SO2和O2的物质的量之比为2∶1,说明该反应达到化学平衡状态
答案:D
解析:反应是可逆反应,故反应过程中SO2、O2和SO3始终共存,A项正确。反应是可逆反应,正、逆反应方向同时进行,达到化学平衡状态时,SO2、O2和SO3中均存在18O,B项正确。SO3的浓度不再改变,则正、逆反应速率相等,说明该反应达到化学平衡状态,C项正确。SO2和O2的物质的量之比为2∶1,但是下一秒是否会变化无法确定,所以不能说明反应达到平衡,D项错误。
2.反应H2S(g)+CO2(g) COS(g)+H2O(g)若在恒温恒容容器中发生,下列情况下反应一定达到平衡状态的是(　　)。
A.容器内的压强不再改变
B.容器内气体密度不再改变
C.容器内c(H2S)∶c(CO2)∶c(COS)∶c(H2O)=1∶1∶1∶1
D.单位时间内,断开H—S的数目和断开H—O的数目相同
答案:D
解析:该反应是气体体积不变的反应,反应中容器内的压强始终不变,所以容器内的压强不再改变不能判断反应达到平衡,A项错误。由质量守恒定律可知,反应前后气体的质量相等,在恒容密闭容器中混合气体的密度始终不变,则混合气体的密度保持不变不能判断反应达到平衡,B项错误。容器内c(H2S)∶c(CO2)∶c(COS)∶c(H2O)=1∶1∶1∶1不能判断反应达到平衡,C项错误。单位时间内,断开H—S的数目和断开H—O的数目相同,说明正、逆反应速率相等,反应已达到平衡,D项正确。
3.(2025云南师范大学附属中学月考)T ℃时,向恒容密闭容器中加入2 mol SO2(g)和1 mol O2,发生反应生成SO3(g),下列说法正确的是(　　)。
A.当容器内的压强不再改变时,反应达到平衡状态
B.使用合适的催化剂,可以使SO2全部转化为SO3
C.某时刻,容器内可能含有1 mol SO2(g)和0.5 mol SO3(g)
D.反应达到平衡时,v正=v逆=0
答案:A
解析:向恒容密闭容器中加入2 mol SO2(g)和1 mol O2,发生反应2SO2+O2 2SO3。该反应为气体物质的量减小的反应,容器内的压强不再改变时,反应达到平衡状态,A项正确。使用合适的催化剂,可以加快反应速率,但是不可以使SO2全部转化为SO3,B项错误。容器内含有1 mol SO2(g),则有1 mol SO3生成,不可能只有0.5 mol SO3(g),C项错误。化学平衡为动态平衡,反应达到平衡时,v正=v逆≠0,D项错误。
4.已知可逆反应:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)。
(1)若反应在一容积可变的密闭容器中进行,在其他条件不变的情况下,下列条件的改变对其反应速率无影响的是_______ (填字母,下同)。
A.保持容积不变,增加CO的物质的量
B.将容器的容积缩小一半
C.保持压强不变,充入N2使容器容积增大
D.保持容积不变,充入N2使体系压强增大
D
(2)若反应在一容积恒定的密闭容器内进行,能说明该反应一定达到化学平衡状态的是　　　。
①v正(H2O)=v逆(H2)　②容器内气体的密度不随时间而变化　③容器内气体总质量不随时间而变化
④消耗a mol H2的同时消耗a mol CO
A.①②③ B.①②③④
C.②③④ D.①④
A
解析:(1)A项,增加CO的物质的量,由于容积不变,会使c(CO)增大,则反应速率增大。B项,容器容积缩小一半,各气体的浓度都增大,反应速率增大。C项,N2不参与反应,充入N2使容器的容积增大,从而使参与反应的各组分的浓度变小,反应速率减小。D项,充入N2,体系压强虽增大,但由于容积不变,参与反应的各组分的浓度不变,对反应速率无影响。(2)由于C是固体,只要反应未达到平衡状态,气体的质量、密度就是不断变化的,它们不变时说明反应已达平衡状态,故②③正确;用不同物质的反应速率表示化学平衡状态时必须一正一逆且速率数值之比等于化学计量数之比,故①正确;任何时刻,消耗a mol H2的同时都消耗a mol CO,④错误。
5.将等物质的量的氢气和碘蒸气放入密闭容器中进行反应: H2(g)+I2(g) 2HI(g)(正反应放热),反应经过5 min测得碘化氢的浓度为0.5 mol·L-1,碘蒸气的浓度为0.25 mol·L-1。请回答下列问题。
(1)v(HI)=　　　　　　　　　;v(H2)=　　　　　　　　　;氢气的起始浓度=　　　　　　　。
(2)若上述反应达到平衡,则平衡浓度c(HI)、c(I2)、c(H2)的关系是　　　　　　(填“相等”“2∶1∶1”或“均为恒量”)。
答案:(1)0.1 mol·L-1·min-1　0.05 mol·L-1·min-1 0.5 mol·L-1
(2)均为恒量

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