人教版高中化学必修第二册第六章化学反应与能量第二节第2课时化学反应的限度化学反应条件的控制课件

(共55张PPT)
[学习目标]
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.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。
3.认识化学变化是有条件的，学习运用变量控制方法研究化学反应，了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。
1.可逆反应
(1)概念
在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应。
(2)表示方法
书写可逆反应的化学方程式时，不用“===”，用“ ”。
(3)特征
同一条件下
小于
最大
为0
减小
增大
(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)概念：在一定条件下，当可逆反应进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率____，反应物的浓度和生成物的浓度都_________，达到一种表面静止的状态，我们称之为化学平衡状态，简称化学平衡。
相等
不再改变
(2)特征
可逆反应
不变
4.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。
(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______。
(3)同一可逆反应，不同条件下，化学反应的限度不同，即改变反应条件可以在一定程度上改变一个化学反应的限度，亦即改变该反应的_____________。
转化率
化学平衡状态
提示　不能；不能判定反应是否达到平衡状态，因为消耗N2和生成NH3都表示正反应速率，不能说明正、逆反应速率相等。
(2)若反应中一个N≡N键断裂的同时，有6个N—H键断裂，能否说明反应已经达到化学平衡状态？并说明原因。
提示　能；一个NH3分子有3个N—H键，由化学方程式可知：“一个N≡N键”对应“6个N—H键”，N—H键断裂表示逆反应速率，N≡N键断裂表示正反应速率，且两个反应速率相等。
[正误判断]　(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)1 mol N2和3 mol H2在一定条件下可完全反应生成2 mol NH3( )
(2)化学反应达到化学平衡状态时，正、逆反应速率相等是指同一物质的消耗速率和生成速率相等，若用不同物质表示时，反应速率不一定相等( )
(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)在一定条件下，一个可逆反应达到的平衡状态就是该反应所能达到的最大限度( )
×
√
×
√
1.(2025·泉州高一检测)下列反应属于不可逆反应的是(　　)
A.H2和N2合成氨气
B.氨气溶于水
C.Cl2溶于水
D.CuSO4吸水形成晶体蓝矾与蓝矾加热失去水分生成CuSO4
解析　H2和N2在高温高压催化剂下合成氨气，同时NH3又分解为H2和N2，是可逆反应，A不选；氨气溶于水生成一水合氨，同时一水合氨又分解为氨气和水，是可逆反应，B不选；Cl2溶于水：Cl2与水反应生成HCl和HClO，同时，HCl和HClO反应生成Cl2与水，属于可逆反应，C不选；反应不是在同一条件下进行，不属于可逆反应，D选。
D
2.(2025·濮阳高一检测)下列关于化学反应速率和化学反应限度的说法正确的是(　　)
A.化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率均为0
B.化学平衡状态是在给定条件下可逆反应所能达到的限度
C.化学反应达到限度时，正、逆反应速率最大
D.化学反应速率表示的是化学反应进行的限度
解析　化学平衡状态是在给定条件下可逆反应所能达到的最大限度，它是一个动态平衡，正、逆反应速率相等，但不等于0，A项错误，B项正确；化学反应进行过程中，正反应速率在减小，逆反应速率在增大，C项错误；化学反应速率表示的是化学反应进行的快慢，D项错误。
B
3.一定温度下，恒容密闭容器中发生反应：2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)，达到平衡的标志是(　　)
①相同时间内，氧气的生成速率为n mol·L-1·s-1，二氧化氮的生成速率为 2n mol·L-1·s-1
②单位时间内生成n mol氧气的同时生成 2n mol一氧化氮
③混合气体的颜色不再变化
④混合气体的密度保持不变
⑤混合气体的平均相对分子质量不再改变
⑥压强不再随时间变化而变化
A.①③⑤⑥ B.②③⑤
C.①③④ D.全部
A
解析　①相同时间内，NO2的生成速率为2n mol·L-1·s-1，氧气的生成速率是 n mol·
L-1·s-1，根据已知条件，氧气的正、逆反应速率相等，所以该反应达到平衡状态，符合题意；②单位时间内生成n mol氧气的同时生成2n mol一氧化氮，反应同向，不能说明正、逆反应速率相等，不能判断反应是否达到平衡状态，不符合题意；③混合气体的颜色不再改变，说明NO2气体的浓度不变，反应达到平衡状态，符合题意；
④反应前后混合气体的质量不变且容器的体积不变，则密度始终不变，所以不能说明反应达到平衡状态，不符合题意；⑤反应前后气体的化学计量数之和不相等，当反应达到平衡时，气体的物质的量不变，则混合气体的平均相对分子质量不再改变，符合题意；⑥在恒温恒容的条件下，反应前后气体的化学计量数之和不相等，当反应达到平衡时，气体的压强不变，符合题意。符合条件的有①③⑤⑥。
1.反应条件的控制
2.反应条件控制实例——燃料的燃烧
(1)燃料燃烧的条件
①燃料与空气或氧气接触，且空气要适当过量。
②温度达到燃料的着火点。
(2)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。
②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。
3.化工生产中反应条件的调控
(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
[自我思考]
煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉且通入过量空气的目的是什么？
提示　增大与O2的接触面积，提高反应速率，使煤粉燃烧充分、减少有害气体(CO) 的排放。
1.(2025·深圳高一检测)化学反应速率的调控被广泛应用于生活、生产中。下列操作可减慢化学反应速率的是(　　)
A.用冰箱冷藏保鲜食物 B.向炉膛内鼓风可以使炉火更旺
C.工业制硫酸时采用400～500 ℃高温 D.工业合成氨使用催化剂
解析　用冰箱冷藏保鲜食物，温度降低，可减缓食物腐败的速率，A符合题意；向炉膛内鼓风，增加氧气的浓度，反应速率加快，炉火更旺，B不符合题意；工业制硫酸时采用400～500 ℃高温，使催化剂保持较高的活性，加快反应速率，C不符合题意；工业合成氨使用催化剂可加快反应速率，D不符合题意。
A
2.下列措施，能使煤炭燃烧更充分，提高热能利用率的是(　　)
A.多加煤以使炉火更旺
B.把煤炭做成大煤球
C.在煤中掺和一些黄泥做成蜂窝煤
D.把煤粉碎，放在煤粉燃烧器中燃烧
解析　A项中只会增加煤的用量，不会使煤炭燃烧更充分，也不能提高热能利用率；B项中做成大煤球，燃烧更不充分；C项中增大了表面积，燃烧较充分，但不能提高热能利用率。
D
C
解析　温度越高反应速率越快，但温度过高会消耗更多的燃料，因此实际生产中的温度不是越高越好，A错误；压强越大反应速率越快，但压强过大会增加设备的成本，因此实际生产中的压强不是越大越好，B错误；可选用适当的催化剂来提高反应速率，C正确；合成氨反应为高温条件，加入一定量的水蒸气不能使氨气溶解，并不能提高反应速率，D错误。
1.(2025·石嘴山高一检测)下列反应不属于可逆反应的是(　　)
A.SO2溶于水和H2SO3分解
B.H2和O2化合成H2O和H2O分解
C.N2和H2化合成NH3和NH3分解
D.H2和I2化合成HI和HI分解
解析　SO2溶于水和H2SO3分解在相同的条件下能够同时进行，属于可逆反应，故A不选；H2O电解生成H2和H2燃烧生成H2O的反应条件不同，不属于可逆反应，故B选；N2跟H2化合生成NH3和NH3分解在相同的条件下能够同时进行，属于可逆反应，故C不选；H2和I2化合生成HI和HI分解在相同的条件下能够同时进行，属于可逆反应，故D不选。
B
解析　升高温度，能加快化学反应速率，故A正确；合适的催化剂能加快化学反应速率，故B正确；化学平衡的标志为正反应和逆反应的速率相等，故C正确；反应为可逆反应，达到平衡时，SO2不能100%转化为SO3，故D错误。
D
3.(2025·昌平高一期末)一定温度下的密闭容器中，发生可逆反应H2(g)＋I2(g) 2HI(g)，下列说法中，能说明该反应一定达到化学平衡状态的是(　　)
A.H2、I2、HI的浓度相等
B.H2、I2、HI的浓度之比为1∶1∶2
C.H2、I2、HI在密闭容器中共存
D.消耗2 mol HI的同时消耗1 mol I2
D
解析　平衡时各物质的浓度关系取决于反应物的起始量和转化的程度，则H2、I2、HI的浓度相等不能说明正、逆反应速率相等，无法判断反应是否达到平衡，故A不符合题意；平衡时各物质的浓度关系取决于反应物的起始量和转化的程度，则H2、I2、HI的浓度之比为1∶1∶2不能说明正、逆反应速率相等，无法判断反应是否达到平衡，故B不符合题意；该反应是可逆反应，反应不可能完全反应，无论是否达到平衡状态，H2、I2、HI在密闭容器中均共存，则H2、I2、HI在密闭容器中共存不能判断反应是否达到平衡，故C不符合题意；由方程式可知，消耗2 mol HI的同时消耗1 mol I2，说明正、逆反应速率相等，反应已达到平衡，故D符合题意。
4.某温度下，在4 L密闭容器中，X、Y、Z三种气态物质的物质的量随时间变化曲线如图所示。
(1)该反应的化学方程式是___________________。
(2)该反应达到平衡状态的标志是________(填字母)。
A.Y的体积分数在混合气体中保持不变
B.X、Y的反应速率之比为3∶1
C.容器内气体压强保持不变
D.容器内气体的总质量保持不变
E.生成1 mol Y的同时消耗2 mol Z
3X(g)＋Y(g) 2Z(g)
AC
解析　(1)根据题图可知，随着反应的进行，X、Y的物质的量逐渐减少，Z的物质的量逐渐增加，则X和Y是反应物，Z是生成物，反应达到平衡时，Δn(X)＝(1.0－0.4)mol＝0.6 mol、Δn(Y)＝(1.0－0.8)mol＝0.2 mol、Δn(Z)＝(0.5－0.1)mol＝0.4 mol，同一可逆反应中，同一段时间内参加反应的各物质的物质的量的变化量之比等于其化学计量数之比，X、Y、Z的化学计量数之比＝0.6 mol∶0.2 mol∶0.4 mol＝3∶1∶2，则该反应的化学方程式为3X(g)＋Y(g) 2Z(g)。(2)Y的体积分数在混合气体中保持不变，说明各物质的量不变，反应达到平衡状态，A符合题意；X、Y的反应速率之比为3∶1时，如果反应速率都是指同一方向的反应速率，则该反应不一定达到平衡状态，B不符合题意；该反应中，反应前后气体物质的量发生变化，随着反应的进行，容器内压强减小，当容器内气体压强保持不变时，各物质的物质的量不变，反应达到平衡状态，C符合题意；各物质均为气态，反应前后容器内气体的总质量保持不变，故气体总质量不变不能说明反应达到平衡状态，D不符合题意；无论反应是否达到平衡状态，生成1 mol Y的同时都消耗2 mol Z，E不符合题意。
B
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解析　质子数相同中子数不同的核素互为同位素，18O2与16O2均为单质，A错误；该反应为可逆反应，一段时间后核素18O可能存在于SO2、O2、SO3中，B正确；该反应为可逆反应，无法完全反应，故不能全部转化为SO3，C错误；该容器为恒容密闭容器，充入氩气，压强增大，体积不变，各物质的浓度不变，故反应速率不变，D错误。
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C
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解析　合成氨反应为可逆反应，可逆反应不可能进行完全，所以氮气和氢气不可能完全转化为氨气，A错误；反应达到平衡时，氮气、氢气和氨气的浓度保持不变，但三者的浓度不一定相等，B错误；反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，氮气、氢气和氨气的浓度保持不变，C正确；化学平衡为动态平衡，所以反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，但不等于零，D错误。
3.化学反应条件的控制具有重要的现实意义。如下反应条件的控制中，不恰当的是(　　)
A.利用钠在点燃的条件下与氧气反应，制备过氧化钠
B.为防止火灾，在面粉厂、加油站等场所要严禁烟火
C.为加快KClO3的分解速率而加入MnO2
D.降温加快H2O2的分解速率
解析　钠和氧气在点燃或加热条件下反应生成过氧化钠，可以利用钠在点燃的条件下与氧气反应，制备过氧化钠，故A不符合题意；为防止火灾，在面粉厂、加油站等场所要严禁烟火，故B不符合题意；MnO2可以作为催化剂催化KClO3的分解反应，故C不符合题意；降温会减慢H2O2的分解速率，故D符合题意。
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4.(2024·安徽学业考试)一氧化碳与一氧化氮的反应可应用于汽车尾气的净化。一定条件下，在恒容密闭容器中发生反应：2CO(g)＋2NO(g) 2CO2(g)＋N2(g)。达到化学平衡状态时，下列说法正确的是(　　)
A.反应停止 B.N2的浓度保持不变 C.CO完全转化 D.CO与N2的浓度相等
解析　化学平衡是一种动态平衡，正反应速率与逆反应速率相等，但反应仍在进行，故A错误；一定条件下的可逆反应达到化学平衡状态时，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，则N2的浓度保持不变，故B正确；一定条件下的可逆反应，反应物无法完全消耗，则达到化学平衡状态时，CO不能完全转化，故C错误；达到化学平衡状态时，各物质的浓度不再发生变化，CO与N2的浓度保持不变，但不一定相等，故D错误。
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5.(2025·绵阳高一检测)工业上制取水煤气反应：C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)。在
2 L恒容的密闭容器中充入2 mol H2O(g)和足量C发生反应，2 s后测得H2O(g)为 1.2 mol。下列有关说法正确的是(　　)
A.用C表示2 s内的平均反应速率为 0.2 mol·L-1·s-1
B.当CO和H2物质的量之比为1∶1时反应达到平衡状态
C.达到平衡时，H2O(g)能100%转化
D.增大H2O(g)浓度能加快反应速率
解析　C为固体，不能用来表示化学反应速率，A错误；CO和H2为生成物，比例始终为1∶1，不能判断达到平衡状态，B错误；该反应为可逆反应，达到平衡时，H2O(g)不能100%转化，C错误；H2O(g)为反应物，增大H2O(g)浓度能加快反应速率，D正确。
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6.在一定温度下的恒容密闭容器中发生可逆反应：4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g)，已知NH3(g)、O2(g)、NO(g)、H2O(g)的初始浓度分别为 0.4 mol·L-1、0.8 mol·L-1、 0.2 mol·L-1，0.8 mol·L-1，当反应达到平衡时，各物质的浓度不可能为(　　)
A.c(NH3)＝0.5 mol·L-1 B.c(H2O)＝1.3 mol·L-1
C.c(NH3)＋c(NO)＝0.6 mol·L-1 D.c(O2)＝1.05 mol·L-1
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D
解析　假设反应正向进行到底，则 NH3(g)、O2(g)、NO(g)、H2O(g)的浓度分别为 0 mol·L-1、0.3 mol·L-1、 0.6 mol·L-1，1.4 mol·L-1，假设反应逆向进行到底，则NH3(g)、O2(g)、NO(g)、H2O(g)的浓度分别为 0.6 mol·L-1、1.05 mol·L-1、 0 mol·L-1，0.5 mol·L-1，而实际上反应为可逆反应，都是不能进行到底的，则极值都是不能取到的。根据分析可知，氨气浓度在0 mol·L-1～0.6 mol·L-1，A正确；根据分析可知，水的浓度在 0.5 mol·L-1～1.4 mol·L-1，B正确；根据氮元素守恒可知，c(NH3)＋c(NO)＝0.6 mol·L-1，C正确；根据分析可知，氧气的最大浓度为1.05 mol·L-1，但是由于是可逆反应，则这个数值不能取到，D错误。
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7.(2025·丰台高一检测)一定温度下，在恒容密闭容器中发生反应2HI(g) I2(g)＋H2(g)，当HI、I2、H2的浓度不再变化时，下列说法正确的是(　　)
A.反应已停止
B.单位时间内生成2 mol HI的同时生成 1 mol H2
C.HI全部转化为I2和H2
D.HI、I2、H2的物质的量之比为2∶1∶1
B
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解析　一定温度下，在恒容密闭容器中发生反应2HI(g) I2(g)＋H2(g)，当HI、I2、H2的浓度不再变化时，反应处于化学平衡状态；反应达到平衡状态时，反应仍在进行，并未停止，A错误；反应处于化学平衡状态，说明此时正反应和逆反应速率相等，单位时间内生成2 mol HI的同时生成1 mol H2，分别代表逆反应速率和正反应速率，且速率数值之比等于化学计量数之比，B正确；该反应是可逆反应，则HI不可能全部转化为I2和H2，C错误；HI、I2、H2的物质的量之比为2∶1∶1通常只能表示物质反应转化关系，但平衡时HI、I2、H2的物质的量之比不一定为2∶1∶1，D错误。
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8.可逆反应2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)在2 L的密闭容器中反应，达到平衡的标志是(　　)
A.单位时间内生成n mol O2的同时生成 2n mol NO
B.用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为2∶2∶1的状态
C.混合气体的颜色不再改变的状态
D.混合气体的密度不再改变的状态
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C
解析　单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO，描述的均为正反应，没有提到逆反应，不能说明v(正)＝v(逆)，因此不能判断反应达到平衡状态，故A不符合题意；对于正反应(或逆反应)来说，在任何时刻，用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率之比都为2∶2∶1，不能说明v(正)＝v(逆)，故B不符合题意；二氧化氮是红棕色气体，颜色不变时说明二氧化氮浓度保持不变，因此可以证明反应达到平衡状态，故C符合题意；恒容条件下，该反应气体的质量不变，体积也不变，所以反应过程中混合气体的密度一直不变，因此密度不变不能证明反应达到平衡状态，故D不符合题意。
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9.在一定温度下，容积为2 L的恒容密闭容器中，NO2和N2O4之间发生反应：2NO2(g)(红棕色) N2O4(g)(无色)，如图所示。

(1)曲线________(填“X”或“Y”)表示NO2的物质的量随时间的变化曲线。
(2)若上述反应在甲、乙两个相同容器内同时进行，分别测得甲中v(NO2)＝0.3 mol·L-1·s-1，乙中v(N2O4)＝6 mol·L-1·min-1，则________(填“甲”或“乙”)中反应更快。
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(3)下列叙述能说明该反应已达到化学平衡状态的是________(填字母)。
A.v(NO2)＝2v(N2O4)
B.容器内压强不再发生变化
C.X的体积分数不再发生变化
D.容器内气体原子总数不再发生变化
E.相同时间内消耗n mol N2O4的同时生成2n mol NO2
F.相同时间内消耗n mol N2O4的同时消耗2n mol NO2
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D
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解析　达到反应限度时，生成的SO3小于2 mol，A错误；该反应不能进行到底，达到反应限度时反应放出的热量小于197 kJ，B错误；达到反应限度时SO2、O2、SO3的分子数之比不一定为2∶1∶2，C错误；达到反应限度时，正、逆反应速率相等，即SO2的消耗速率等于SO2的生成速率，又化学反应速率与化学计量数成正比，则SO3的消耗速率与SO2的生成速率相等，所以SO2的消耗速率等于SO3的消耗速率，D正确。
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解析　化学反应遵循质量守恒，任何时刻，容器内气体的总质量保持不变，选项A错误；断裂1 mol N≡N键的同时断裂3 mol H—H键，反应都是向正反应方向进行，选项B错误；根据化学平衡的定义，当组分的浓度不再改变，说明反应达到平衡，选项C正确；反应速率等于各反应物的计量数之比，故 v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2不能判断反应是否达到平衡，选项D错误。
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12.(2025·广州高一检测)在化学反应的研究和实际应用中，人们除了选择合适的化学反应以实现物质转化或能量转化，还要关注化学反应进行的快慢和程度，以提高生产效率。
(1)如图是在一定温度下，某固定容积的密闭容器中充入一定量的NO2气体后，发生反应2NO2 N2O4，已知NO2是红棕色气体，N2O4是无色气体。反应速率(v)与时间(t)的关系曲线。
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下列叙述正确的是________。
a.t1时，反应未达到平衡，NO2浓度在减小 b.t2时，反应达到平衡，反应不再进行
c.t2～t3各物质浓度不再变化 d.t2～t3各物质浓度相等
e.O～t2，N2O4浓度增大 f.反应过程中气体的颜色不变
(2)在压强为0.1 MPa条件下，a mol CO与3a mol H2的混合气体在催化剂作用下能自发放热反应生成甲醇：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(l)。为了寻得合成甲醇的适宜温度与压强，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面的实验设计表中。表中剩余的实验数据：n＝________，m＝________。
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ace
180
2∶3
(3)在四个不同的容器中，在不同的条件下进行合成氨反应：N2＋3H2
2NH3根据在相同时间内测定的结果判断，生成氨气的反应速率由大到小排列__________。
A.v(H2)＝0.6 mol·L-1·min-1 B.v(N2)＝0.3 mol·L-1·min-1
C.v(NH3)＝0.15 mol·L-1·min-1 D.v(H2)＝0.3 mol·L-1·min-1
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B>A>D>C
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