1、第 2 课时 化学反应的限度目标导航 1.认识可逆反应、化学反应限度的含义。2.初步学会根据反应速率判断化学反应所能达到的限度及化学平衡状态的建立。1.化学平衡状态的建立。2.化学平衡状态的判断。激趣诱思预习导引一、可逆反应很多化学反应都具有可逆性,正向进行的反应叫正反应,即由反应物到生成物的方向;反向进行的反应叫逆反应,即由生成物到反应物的方向。可逆反应:同一条件下正反应方向和逆反应方向均能同时进行的反应。可逆反应定义解读预习交流 1反应 2H2O2H2+O2和 2H2+O22H2O 是可逆反应吗?答案:不是;可逆反应强调“两同”,即“同条件”和“同时”,上述两个反应的条件不相同,故不为可逆
2、反应。二、化学反应的限度1.化学平衡状态定义:是指在一定条件下的可逆反应里,正反应和逆反应的速率相等,反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态(即各组成成分的百分含量保持不变的状态)。2.化学平衡状态的建立图示:3.化学反应的限度化学平衡状态是可逆反应达到的一种特殊状态,是在给定条件下所能达到的最大限度,任何可逆反应在给定条件下的进行程度都有一定的限度。预习交流 2为什么说化学平衡是一种动态平衡?答案:可逆反应达到化学平衡时,无论是正反应还是逆反应都还在进行着,因此化学平衡是一种动态平衡。三、化学反应条件的控制1.意义生产和生活中,化学反应条件的控制主要是促进有利反应和控制有害反应两个方面。表现
3、为促进有利反应 提高原料利用率加快反应速率控制有害反应 减慢有害反应速率减少甚至消除有害物质的产生控制副反应的发生2.实例燃料的燃烧(1)燃料燃烧的条件。燃料与空气充分接触,且空气要适当过量。温度达到燃料的着火点以上。(2)提高燃烧效率的措施。尽可能使燃料充分燃烧,提高能量的转化率。尽可能地充分利用燃料燃烧所释放出的热能,提高热能的利用率。一、化学平衡状态知识精要1.化学平衡的特征2.化学平衡状态的判断(1)v(正)=v(逆)。(2)体系中各组分的物质的量浓度或体积分数、物质的量分数保持不变。(3)全是气体参加的前后化学计量数改变的可逆反应,压强保持不变。(4)全是气体参加的前后化学计量数改变
4、的可逆反应,平均相对分子质量保持不变。(5)对于有颜色的气体参加或生成的可逆反应,颜色不随时间发生变化。(6)对同一物质而言,断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。特别提醒化学反应达平衡时各组分的浓度保持不变,不能理解为浓度相等,也不能理解为浓度之比等于化学计量数之比。换言之,若反应一段时间后,各组分的浓度相等或正好等于化学计量数之比,则反应不一定达到平衡状态。典题例解【例 1】对于可逆反应:4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g),下列叙述正确的是()A.达到化学平衡时,4v 正(O2)=5v 逆(NO)B.若单位时间内生成 x mol NO 的同时,消耗 x mo
5、l NH3,则反应达到平衡状态C.若有 5 mol OO 键断裂,同时有 12 mol HO 键形成,此时必为化学平衡状态D.化学平衡时,化学反应速率关系是 2v 正(NH3)=3v 逆(H2O)解析:B、C 项只有对正反应的描述,不能确定是否平衡。D 项,平衡时正(NH3)2=逆(H2O)3,所以 D 项错。答案:A迁移应用1.一定温度下,反应 N2(g)+3H2(g)2NH3(g)达到化学平衡状态的标志是()A.N2、H2 和 NH3 的质量分数不再改变B.c(N2)c(H2)c(NH3)=132C.N2 与 H2 的物质的量之和是 NH3 的物质的量的 2 倍D.单位时间里每生成 1 m
6、ol N2,同时消耗 2 mol NH3解析:化学平衡状态的标志是 v(正)=v(逆)0,体现在各组分的浓度(或质量分数)不再改变,而与各组分的浓度比例无关。D 中,单位时间里每生成 1 mol N2,同时生成 2 mol NH3,就达到平衡状态。答案:A2.一定温度下,在某恒容的密闭容器中,建立化学平衡:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)。下列叙述中不能说明该反应已达到化学平衡状态的是()A.体系的压强不再发生变化B.v 正(CO)=v 逆(H2O)C.生成 n mol CO 的同时生成 n mol H2D.1 mol HH 键断裂的同时断裂 2 mol HO 键解析:A 项,由于
7、该反应是一个反应前后气体分子总数不相等的反应,当体系的压强不再发生变化时,说明反应已达到化学平衡状态;B 项,根据 v 正(CO)=v 逆(H2O),可知 CO 的正反应速率等于其逆反应速率,说明反应已达到化学平衡状态;C 项,生成 CO、H2 均表示反应向正反应方向进行,没有表示出正、逆反应速率的关系,不能说明反应已达到化学平衡状态;D 项,HH 键断裂和 HO 键断裂是两个相反的反应方向,1 mol HH 键断裂的同时断裂 2 mol HO 键,即消耗 1 mol H2 的同时消耗了 1 mol H2O,可知 H2 的消耗量等于其生成量,说明反应已达到化学平衡状态。答案:C二、有关化学平衡
8、的计算知识精要化学平衡计算的方法“三段式”法 mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)起始ab00转化mxnxpxqx平衡a-mxb-nxpxqx注意变化量之比=化学方程式中相应物质的化学计量数之比。a、b 可指物质的量、浓度、气体的体积等。对反应物:平衡量=起始量-变化量。对生成物:平衡量=起始量+变化量。1.转化率的计算A 的转化率=已转化量转化前总量100%量指物质的量、浓度、体积、质量等。2.产率的计算C 的产率=C 的实际产量C 的理论产量100%3.各组分的体积分数()(A)=混合物中 A 物质的量混合物总物质的量 100%=-+-+100%典题例解【例 2】恒温下,将 a m
9、ol N2 与 b mol H2 的混合气体通入一个固定容积的密闭容器中,发生如下反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)(1)若反应进行到某时刻 t 时,n(N2)=13 mol,n(NH3)=6 mol,计算a 的值。(2)反应达到平衡时,混合气体的体积为 716.8 L(标准状况下),其中 NH3 的含量(体积分数)为 25%。计算平衡时 NH3 的物质的量。(3)原混合气体与平衡混合气体的总物质的量之比 n(始)n(平)=。(写出最简整数比,下同)(4)原混合气体中,ab=。(5)达到平衡时,N2 和 H2 的转化率之比(N2)(H2)=。(6)平衡混合气体中,n(N2)n(H2)
10、n(NH3)=。解析:(1)由反应方程式得:N2+3H22NH3开始/molab0t 时刻/mol136在 t 时刻生成 6 mol NH3,消耗了 3 mol N2,所以 a=13+3=16。(2)分析题意知:n(NH3)平=716.8 L22.4 Lmol-125%=32 mol25%=8 mol。(3)平衡混合气体的物质的量为:n 平=n(N2)平+n(H2)平+n(NH3)平=716.8 L22.4 Lmol-1=32 mol。N2+3H22NH3开始/molab0转化/mol4128平衡/mola-4b-128分析题意,a-4+b-12+8=32,a+b=40,因 a=16,故 b=
11、24,n(始)n(平)=54。(4)原混合气体中,ab=1624=23。(5)平衡时,N2 的转化率为4mol16mol100%=25%,H2 的转化率为12mol24mol100%=50%,故(N2)(H2)=12。(6)平衡时,n(N2)n(H2)n(NH3)=12128=332。答案:(1)a=16(2)n(NH3)平=8 mol(3)54(4)23(5)12(6)332迁移应用1.在容积可变的密闭容器中,2 mol N2 和 8 mol H2 在一定条件下发生反应,达到平衡时,H2 的转化率为 25%,则平衡时氮气的体积分数接近于()A.5%B.10%C.15%D.20%解析:H2 转
12、化量为 8 mol25%=2 mol,则有:N2+3H22NH3起始量/mol280转化量/mol23243平衡量/mol43643所以平衡时氮气的体积分数=436+83100%15.4%。答案:C2.在一定条件下,将 3 mol A 和 1 mol B 两种气体混合于固定容积为 2 L 的密闭容器中,发生如下反应:3A(g)+B(g)xC(g)+2D(s)。2 min 时该反应达到平衡,生成了 0.8 mol D,并测得 C的浓度为 0.2 molL-1。下列判断错误的是()A.x=1B.平衡时 B 与 C 的浓度之比为 32C.平衡时 A 与 B 的转化率相等,均为 40%D.平衡时加入少
13、量 D 可提高该反应的反应速率解析:生成 C 的物质的量为 0.2 molL-12 L=0.4 mol,物质的量的变化量与化学计量数成正比,故 x=1,A 项正确;B 减少的量为 0.4mol,平衡时浓度为(1 mol-0.4 mol)2 L=0.3 molL-1,B 项正确;B 的转化率为0.4mol1mol 100%=40%,同样可计算出 A 的转化率也为 40%,C 项正确;因 D 为固体,平衡时加入少量 D,各物质的浓度没有改变,故反应速率不变,D 项错误。答案:D寻找“变量”法判断化学平衡案例探究在一体积不变的密闭容器中充入一定量的 HI 气体,在一定条件下进行反应:2HI(g)I2
14、(g)+H2(g)。达到平衡状态的标志是()A.容器内压强不再变化B.单位时间内断裂 HI 键的条数等于形成 HH 和 HI 的条数之和C.容器内气体的密度不变D.混合气体的颜色不变解析:该反应为反应前后气体分子数不变的反应,而容器的体积不变,故压强为恒量,容器内压强不变与反应是否达到平衡无关,A 项错误;B 项中说的是同一反应方向的变化,错误;根据气体密度公式=,气体质量 m 和体积 V 都是恒量,故密度 为恒量,即密度不变与反应是否达到平衡状态无关,C 项错误;混合气体中只有 I2 有颜色,为变量,当颜色不变时,反应已达平衡状态,D 项正确。答案:D思悟升华利用寻找变量法判断化学平衡的关键是选定反应中的“变量”,当变量不变时,说明反应已达平衡状态。常见的变量有:1.混合气体的颜色。2.对于反应前后气体的物质的量变化的反应来说,混合气体的总物质的量、混合气体的平均相对分子质量以及当体积不变时的压强均为变量。3.对于在体积不变的容器中进行的反应来说,若反应物和生成物全部是气体,根据气体密度公式=,质量 m 和体积 V 都是恒量,故密度 为恒量,即不论反应是否达到平衡,密度不变,故密度不变不能作为判断反应是否平衡的标志。