第三节 化学反应的速率和限度
第1课时 化学反应的速率
[学习目标定位] 1.通过实验认识化学反应速率及其影响因素。2.能进行化学反应速率的计算、转化与比较，学会控制化学反应速率的常用方法。
一、化学反应速率
1.观察下列图片，说说哪些图片表示的过程中化学反应较快？哪些表示的化学反应较慢？
答案 火箭发射、汽油的燃烧过程中化学反应较快；溶洞的形成、铁制品生锈过程中化学反应较慢。
2.如何定性判断下列化学反应进行的快慢？
(1)Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
(2)Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O
(3)Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3
答案 常通过化学反应现象变化的快慢来定性判断化学反应速率的快慢：(1)观察气泡逸出的快慢；(2)观察沉淀产生的快慢；(3)观察溶液颜色变化的快慢。
3.化学反应速率
(1)概念：化学反应速率是用来衡量化学反应过程进行快慢程度的物理量。
(2)表示方法：通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量(均取正值)来表示。
(3)计算：表达式为v＝或v＝。
式中：Δc为浓度的变化量，一般以mol·L－1为单位；Δt为时间，一般以s或min为单位。
(4)常用单位mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1。
4.在一个体积为2 L的密闭容器中发生反应2SO2＋O2??2SO3，经过5 s后，测得SO3的物质的量为0.8 mol。填写下表：
有关反应物质
SO2
O2
SO3
物质的量浓度变化
0.4 mol·L－1
0.2 mol·L－1
0.4 mol·L－1
化学反应速率
0.08 mol·L－1·s－1
0.04 mol·L－1·s－1
0.08 mol·L－1·s－1
化学反应速率之比
2∶1∶2
5.某一化学反应在第5 s时的反应速率是0.2 mol·L－1·s－1的说法正确吗？
答案 不正确。通常所说的化学反应速率是指一段时间内的平均反应速率，而不是某一时刻的瞬时速率。
6.一个化学反应的速率可以用任何一种反应物或生成物来表示吗？
答案 由于Δc表示的是物质的物质的量浓度的变化，而固态物质和纯液态物质的浓度在一定温度下是常数，所以这种表示化学反应速率的方法不适合固态物质和纯液态物质。
1.表示化学反应速率时，必须指明具体的物质，因为同一化学反应，用不同的物质表示的反应速率，其数值可能不同。例如，化学反应N2＋3H2??2NH3，用H2表示该反应的反应速率时应写成v(H2)。
2.对于有固体或纯液体参加的反应，由于固体或纯液体的浓度为一常数，即Δc＝0(无意义)，所以不用固体或纯液体表示反应速率。
3.对于一个具体的化学反应，反应物和生成物的物质的量的变化是按化学方程式中化学计量数之比进行的，所以化学反应中各物质的反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。
对于反应aA＋bB===cC＋dD(A、B、C、D均不是固体或纯液体)，v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)＝Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)∶Δc(D)＝a∶b∶c∶d。
4.在同一时间内的同一个化学反应里，虽然用不同物质表示的化学反应速率不一定相同，但它们表示的意义相同，即一种物质的化学反应速率就代表了整个化学反应的反应速率。
5.化学反应速率的计算模式
设a mol·L－1、b mol·L－1分别为A、B两物质的起始浓度，mx mol·L－1为反应物A的转化浓度，nx mol·L－1为反应物B的转化浓度，则：
mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)
起始浓度/mol·L－1 a b 0 0
变化浓度/mol·L－1 mx nx px qx
终态浓度/mol·L－1 a－mx b－nx px qx
1.下列关于化学反应速率的说法正确的是( )
A.对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显
B.化学反应速率通常表示一定时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种生成物浓度的增加
C.化学反应速率为0.8 mol·L－1·s－1是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L－1
D.根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行的快慢
答案 D
解析 A项，化学反应速率越大，反应现象不一定越明显，如盐酸与氢氧化钠溶液的反应；B项，固体或纯液体的浓度可视为常数，一般不用固体或纯液体表示化学反应速率；C项，0.8 mol·L－1·s－1表示1 s的时间内，某物质的浓度变化了0.8 mol·L－1；D项，化学反应速率就是表示化学反应进行快慢的物理量。
2.反应：3A(g)＋B(g)===2C(g)＋2D(g)，在不同条件下，用不同物质表示其反应速率，分别为
①v(A)＝0.6 mol·L－1·min－1 ②v(B)＝0.45 mol·L－1·min－1 ③v(C)＝0.015 mol·L－1·min－1 ④v(D)＝0.45 mol·L－1·min－1，则此反应在不同条件下进行最快的是( )
A.②③ B.①③ C.②④ D.②
答案 D
解析 化学反应速率之比等于化学反应方程式中的化学计量数之比，即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝3∶1∶2∶2，则用A表示的化学反应速率分别为①中v(A)＝0.6 mol·L－1·min－1；②中v(A)＝3v(B)＝0.45 mol·L－1·min－1×3＝1.35 mol·L－1·min－1；③中v(A)＝v(C)＝×0.015 mol·L－1·min－1＝0.022 5 mol·L－1·min－1；④中v(A)＝v(D)＝×0.45 mol·L－1·min－1＝0.675 mol·L－1·min－1；所以在不同条件下，进行最快的是②，D项正确。
二、影响化学反应速率的因素
1.温度对化学反应速率影响的探究
实验操作
试管中均为2～3 mL相同浓度的滴有FeCl3溶液的H2O2溶液
实验现象
①产生气泡速率最慢
②产生气泡速率较快
③产生气泡速率最快
实验结论
对于反应2H2O22H2O＋O2↑来说，温度越高，H2O2的分解速率越快
2.催化剂对化学反应速率影响的探究
实验操作
实验现象
①有少量气泡出现
②产生大量气泡
③产生大量气泡
实验结论
MnO2、FeCl3可以使H2O2分解的速率加快
3.浓度对化学反应速率影响的探究
实验操作
实验现象
装有12% H2O2溶液的试管中先产生气泡
实验结论
增大反应物浓度能使H2O2分解速率加快
4.影响化学反应速率的因素除温度、催化剂和反应物浓度外，还有反应物的状态、固体的表面积、压强、溶剂、光照等许多因素。人们可以通过这些因素来调控化学反应速率。
1.影响化学反应速率的主要因素(内因)
不同的化学反应，具有不同的反应速率，因此，参加反应的物质的性质是决定化学反应速率的主要因素。
2.影响化学反应速率的外界因素(外因)
(1)温度：当其他条件不变时，升高温度，可以增大化学反应速率；降低温度，可以减小化学反应速率。
提醒：不论是吸热反应还是放热反应，升高温度都能增大化学反应速率，故不能认为升高温度只会增大吸热反应的反应速率，如木炭燃烧是放热反应，温度越高，燃烧越快。
(2)催化剂：当其他条件不变时，使用适当的催化剂通常能极大地加快化学反应速率。
(3)溶液的浓度：当其他条件不变时，增大反应物的浓度，可以增大化学反应速率；减小反应物的浓度，可以减小化学反应速率。
(4)压强：对于有气体参加的反应，当其他条件不变时，增大气体的压强，可以增大化学反应速率；减小气体的压强，可以减小化学反应速率。
(5)固体表面积：固体颗粒越小，其单位质量的表面积越大，与其他反应物的接触面积越大，化学反应速率越大。
(6)反应物状态：一般来说，配成溶液或反应物是气体，都能增大反应物之间的接触面积，有利于增大反应速率。
(7)形成原电池，可以增大氧化还原反应的反应速率。
3.把下列四种X溶液分别加入四个盛有10 mL 2 mol·L－1盐酸的烧杯中，均加水稀释到50 mL，此时，X和盐酸缓慢地进行反应，其中反应最快的是( )
A.10 ℃ 20 mL 3 mol·L－1的X溶液
B.20 ℃ 30 mL 2 mol·L－1的X溶液
C.20 ℃ 10 mL 4 mol·L－1的X溶液
D.10 ℃ 10 mL 2 mol·L－1的X溶液
答案 B
解析 在化学反应中，当其他条件不变时，浓度越大，反应速率越快；温度越高，反应速率越快。本题中要综合考虑浓度和温度的影响。先比较浓度的大小，这里的浓度应该是混合以后的浓度，由于混合后各烧杯中盐酸的浓度相等，因此只要比较X的浓度即可，X浓度越大，反应速率越快。因为反应后溶液的体积均为50 mL，所以X的物质的量越大，浓度就越大。通过观察可知，混合后A、B选项中X的浓度相等，且比C、D两项的大，但B中温度更高，因此B的反应速率最大。
思维启迪 分析判断影响化学反应速率大小的因素时应遵循以下思路
(1)先看内因
在内因不相同的情况下(即反应物不相同)，只能根据反应事实及实验现象定性分析反应的快慢。
(2)内因相同时，再看外因
在内因相同的情况下(即反应物相同)，可根据外界条件对反应速率的影响来定量判断反应速率的大小。
4.在下列事实中，判断什么因素影响了化学反应的速率。
(1)集气瓶中有H2和Cl2的混合气体，在瓶外点燃镁条时发生爆炸： 。
(2)黄铁矿煅烧时需粉碎成细小的矿粒： 。
(3)KI晶体和HgCl2晶体混合后无明显现象，若一起投入水中，很快生成红色的HgI2： 。
(4)熔化的KClO3放出气泡很慢，撒入少量MnO2很快产生气体： 。
(5)同浓度、同体积的盐酸中放入同样大小的锌粒和镁块，产生气体有快有慢： 。
(6)同样大小的石灰石分别在0.1 mol·L－1的盐酸和1 mol·L－1的盐酸中反应速率不同： 。
(7)夏天的食品易霉变，冬天就不易发生该现象：
。
(8)葡萄糖在空气中燃烧时需要较高的温度，可是在人体内正常体温(37 ℃)下，就可以被氧化，这是因为：
。
答案 (1)光 (2)反应物的表面积
(3)水作溶剂，增大了反应物的接触面积
(4)催化剂 (5)反应物本身的性质
(6)反应物的浓度 (7)反应温度
(8)人体内的生物酶起催化作用
解析 影响化学反应速率的因素除了浓度、温度、压强、催化剂以外，光、电磁波、超声波、反应物颗粒的大小、溶剂的性质等也会对化学反应速率产生影响。
1.下列关于化学反应速率的说法中正确的是( )
A.化学反应速率可用某时刻生成物的物质的量来表示
B.在同一反应中，用反应物或生成物表示的化学反应速率的值是相等的
C.化学反应速率是指反应进行的时间内，反应物浓度的减少或生成物浓度的增加
D.可用单位时间内氢离子物质的量浓度的变化来表示氢氧化钠和硫酸的反应速率
答案 D
解析 化学反应速率是用单位时间内反应物或生成物浓度的变化值来表示的平均速率，故A、C两项错误；因化学反应速率与各反应物、生成物的化学计量系数成正比，如果方程式中反应物与生成物的计量系数不同，则反应速率的值不相同，B选项错误。
2.已知合成氨反应的浓度数据如下：
N2＋3H2??2NH3
N2
H2
NH3
起始浓度/mol·L－1
1.0
3.0
0
2 s末浓度/mol·L－1
0.6
1.8
0.8
当用氨气浓度的增加来表示该化学反应的速率时，其速率为( )
A.0.2 mol·L－1·s－1 B.0.4 mol·L－1·s－1
C.0.6 mol·L－1·s－1 D.0.8 mol·L－1·s－1
答案 B
解析 v(NH3)＝＝0.4 mol·L－1·s－1，B项正确。
3.把镁条投入盛有盐酸的敞口容器中，产生氢气的速率变化曲线如图所示。下列因素中，影响该反应速率的是( )
①盐酸的浓度 ②镁条的表面积 ③溶液的温度 ④Cl－的浓度
A.①④ B.③④
C.①③ D.②③
答案 C
解析 镁与盐酸反应的离子方程式为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，与H＋有关，与Cl－无关。在镁与盐酸的反应中，刚开始时H＋的浓度最大，反应速率应最大，但由于此反应为放热反应，温度升高，化学反应速率还会增大，随着化学反应的进行，H＋浓度逐渐减小，化学反应速率又逐渐减慢。
4.反应4A(s)＋3B(g)===2C(g)＋D(g)，2 min内B的浓度减少0.6 mol·L－1。对此化学反应速率表示正确的是( )
A.用A表示的反应速率是0.4 mol·L－1·min－1
B.分别用B、C、D表示的反应速率之比是3∶2∶1
C.在2 min末的反应速率，用B表示是0.3 mol·L－1·min－1
D.在这2 min内B和C两物质浓度都是逐渐减小的
答案 B
解析 A为固体，一般不用固体表示反应速率，因为固体的浓度一般视为常数，A项错误；同一反应用不同物质表示的反应速率，其数值与方程式中化学计量数成正比，B项正确；v(B)＝0.3 mol·L－1·min－1为平均值，并非2 min末的速率，C项错误；B为反应物，C为生成物，两者不可能同时减小，D项错误。
5.某探究性学习小组用相同质量的锌和相同浓度的足量的稀盐酸反应得到实验数据如表所示：
实验编号
锌的形态
反应温度/℃
收集100 mL氢气所需时间/s
Ⅰ
薄片
15
200
Ⅱ
薄片
25
90
Ⅲ
粉末
25
10
(1)该实验的目的是探究 、 对锌和稀盐酸反应速率的影响。
(2)实验Ⅰ和Ⅱ表明 ，化学反应速率越大。
(3)能表明固体的表面积对反应速率有影响的实验编号是 和 。
(4)请设计一个实验方案证明盐酸的浓度对该反应的速率的影响：
。
答案 (1)固体表面积 温度 (2)温度越高 (3)Ⅱ Ⅲ (4)在相同的温度下，采用相同形态的质量相同的锌片与两种体积相同但浓度不同的盐酸反应
解析 (1)影响化学反应速率的因素有固体表面积、温度、催化剂、浓度，对气体来说还有压强等。根据表格提供的信息，锌有薄片和粉末两种状态，反应温度有15 ℃和25 ℃。(2)根据表格提供的信息，实验Ⅰ和实验Ⅱ中锌片的形态相同，温度不同，温度高的收集相同体积的氢气所需时间短，说明化学反应速率大。(3)探究固体表面积对反应速率的影响，需要温度相同。(4)探究浓度对化学反应速率的影响，必须其他条件相同，故设计的实验方案为在相同的温度下，采用相同形态的质量相同的锌片与两种体积相同但浓度不同的盐酸反应。
[基础过关]
题组一 化学反应速率及计算
1.下列关于化学反应速率的说法，不正确的是( )
A.化学反应速率是衡量化学反应进行快慢程度的物理量
B.化学反应速率的大小主要取决于反应物的性质
C.化学反应速率可以用单位时间内生成某物质的质量的多少来表示
D.化学反应速率常用单位有mol·L－1·s－1和mol·L－1·min－1
答案 C
解析 化学反应速率用单位时间内反应物或生成物的浓度变化量来表示，而不采用物质的质量或物质的量。
2.已知4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)，若反应速率分别用v(NH3)、v(O2)、v(NO)、v(H2O)表示，则正确的关系式为( )
A.4v(NH3)＝5v(O2)
B.5v(O2)＝6v(H2O)
C.2v(NH3)＝3v(H2O)
D.4v(O2)＝5v(NO)
答案 D
解析 在同一化学反应里，各物质的速率之比等于各物质的化学计量数之比。A选项应为5v(NH3)＝4v(O2)；B选项应为6v(O2)＝5v(H2O)；C选项应为3v(NH3)＝2v(H2O)。
3.反应2SO2＋O2??2SO3经一段时间后，SO3的浓度增加了0.4 mol·L－1，在这段时间内用O2表示的反应速率为0.04 mol·L－1·s－1，则这段时间为( )
A.0.1 s B.2.5 s
C.5 s D.10 s
答案 C
解析 v(O2)＝0.04 mol·L－1·s－1，则v(SO3)＝0.08 mol·L－1·s－1，由Δt＝Δc(SO3)/v(SO3)，代入数据计算得Δt＝5 s。故选C。
4.已知某反应的各物质浓度数据如下：
aA(g)＋bB(g)??2C(g)
起始浓度(mol·L－1) 3.0 1.0 0
2 s末浓度(mol·L－1) 1.8 0.6 0.8
据此可推算出上述反应化学方程式中，各物质的化学计量数之比是( )
A.9∶3∶4 B.3∶1∶2
C.2∶1∶3 D.3∶2∶1
答案 B
解析 各物质的反应速率之比等于它们在化学方程式中的化学计量数之比。v(A)＝＝0.6 mol·L－1·s－1，v(B)＝＝0.2 mol·L－1·s－1，v(C)＝＝0.4 mol·L－1·s－1。化学计量数之比为0.6∶0.2∶0.4，即3∶1∶2。
5.对于反应2A(g)＋B(g)??3C(g)＋4D(g)，下列表示的反应速率最快的是( )
A.v(A)＝0.5 mol·L－1·s－1
B.v(B)＝0.3 mol·L－1·s－1
C.v(C)＝0.8 mol·L－1·s－1
D.v(D)＝1 mol·L－1·s－1
答案 B
解析 正确的思路应是根据反应速率与化学方程式中化学计量数之间的关系将各物质的反应速率转化为用同一种物质表示的速率。A项中据v(A)推知v(B)＝0.25 mol·L－1·s－1，C项中据v(C)推出v(B)≈0.27 mol·L－1·s－1，D项中据v(D)推出v(B)＝0.25 mol·L－1·s－1，故反应速率最快的是B选项。
题组二 影响化学反应速率的因素
6.在反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)中，可使反应速率增大的措施是( )
①增大压强 ②升高温度 ③通入CO2 ④增加碳的量 ⑤用等量炭粉代替焦炭
A.①②③ B.②③④⑤
C.①②③⑤ D.②③④
答案 C
解析 因为碳是固体，只增加它的量，不能加快反应速率，但是若用炭粉代替焦炭，能增大与CO2的接触面积，所以反应速率加快。
7.用锌片与1 mol·L－1稀盐酸反应制取氢气时，下列措施不能使氢气生成速率增大的是( )
A.对该反应体系加热
B.加入少量NaCl溶液
C.不用锌片，改用锌粉
D.加入少量1 mol·L－1硫酸
答案 B
解析 B项，NaCl溶液不参与反应且使盐酸浓度变小；C项，改用锌粉能增大接触面积；D项，加入H2SO4能增大H＋浓度。
8.为了探究温度对化学反应速率的影响，下列实验方案可行的是( )
答案 D
解析 没有对比实验，A错误；催化剂不同，温度不同，无法比较，B错误；前者没有催化剂，后者有催化剂，且温度不同，无法比较，C错误；只有温度不同，其他条件都相同，该方案可行，D正确。
9.硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O，下列各组实验中最先出现浑浊的是( )
实验
反应温度/℃
Na2S2O3溶液
稀H2SO4
H2O
V/mL
c/mol·L－1
V/mL
c/mol·L－1
V/mL
A
25
5
0.1
10
0.1
5
B
25
5
0.2
5
0.2
10
C
35
5
0.1
10
0.1
5
D
35
5
0.2
5
0.2
10
答案 D
解析 影响化学反应速率的因素众多，本题从浓度和温度两个因素考查，只要抓住浓度越大，温度越高，反应速率越大，D正确。
10. CaCO3与稀盐酸反应(放热反应)生成CO2的量与反应时间的关系如右图所示。下列结论不正确的是( )
A.反应开始4 min内温度对反应速率的影响比浓度大
B.一段时间后，反应速率减小的原因是c(H＋)减小
C.反应在2～4 min内平均反应速率最大
D.反应在2～4 min内生成CO2的平均反应速率为v(CO2)＝0.06 mol·L－1·s－1
答案 D
解析 随着反应的进行c(H＋)减小，而前4 min内反应速率变大，根据反应是放热反应，可推出前4 min内温度对反应速率的影响比浓度大，A、B项正确；在2～4 min内n(CO2)的变化量最大(或曲线的斜率最大)，可判断出平均反应速率最大，C项正确；由题意及图可知，该题不知道容器体积，故不能计算出反应速率。
[能力提升]
11.在密闭容器中发生下列反应：I2(g)＋H2(g)??2HI(g)(正反应为放热反应)。起始时，n(H2)＝a mol，n(I2)＝b mol。只改变表中列出的条件，其他条件不变，试将化学反应速率的改变填入相关的表格中(填“增大”“减小”或“不变”)。
编号
改变的条件
反应速率
(1)
升高温度
(2)
加入正催化剂
(3)
再充入a mol H2
(4)
将容器的容积扩大到原来的2倍
(5)
保持容积不变，通入b mol Ne
答案 (1)增大 (2)增大 (3)增大 (4)减小 (5)不变
解析 (1)不论正反应是吸热还是放热，升高温度都会使化学反应速率增大。
(2)若无特别说明，通常所说的催化剂即为“正催化剂”，加入催化剂，可加快化学反应速率。
(3)再充入a mol H2，c(H2)增大，化学反应速率增大。
(4)扩大容器的容积，容器内各物质的浓度减小，化学反应速率减小。
(5)在密闭容器中通入Ne(g)，保持容积不变，并未改变反应物浓度，化学反应速率不变。
12.(1)在反应A(g)＋3B(g)===2C(g)中，若以物质A表示的该反应的化学反应速率为0.2 mol·L－1·min－1，则以物质B表示此反应的化学反应速率为 mol·L－1·min－1。
(2)在2 L的密闭容器中，充入2 mol N2和3 mol H2，在一定条件下发生反应，3 s后测得N2的物质的量为1.9 mol，则以H2的浓度变化表示的反应速率为 。
(3)将10 mol A和5 mol B放入容积为10 L的密闭容器中，某温度下发生反应：3A(g)＋B(g)??2C(g)，在最初2 s 内，消耗A的平均速率为0.06 mol·L－1·s－1，则在2 s 时，容器中有 mol A，此时C的物质的量浓度为 。
答案 (1)0.6 (2)0.05 mol·L－1·s－1
(3)8.8 0.08 mol·L－1
解析 (1)根据化学方程式中的计量数关系：＝，v(B)＝3v(A)＝3×0.2 mol·L－1·min－1＝0.6 mol·L－1·min－1。
(2)解法一：3 s内消耗的N2的物质的量为2 mol－1.9 mol＝0.1 mol，根据化学方程式N2＋3H22NH3，可以计算出3 s内消耗的H2的物质的量为0.3 mol，根据化学反应速率的计算公式，v(H2)＝＝0.05 mol·L－1·s－1。
解法二：先计算出用N2表示的化学反应速率：v(N2)＝＝ mol·L－1·s－1，再根据化学方程式的计量数关系，计算出用H2表示的化学反应速率：v(H2)＝3v(N2)＝0.05 mol·L－1·s－1。
(3) 3A(g) ＋ B(g) ?? 2C(g)
起始浓度?mol·L－1? 1.0 0.5 0
转化浓度?mol·L－1? 0.06×2＝0.12 0.04 0.08
2 s时浓度?mol·L－1? 1.0－0.12＝0.88 0.5－0.04＝0.46 0.08
则2 s时，n(A)＝0.88 mol·L－1×10 L＝8.8 mol，c(C)＝0.08 mol·L－1。
13.某学生为了探究锌与盐酸反应过程中速率的变化，在100 mL稀盐酸中加入足量的锌，用排水集气法收集反应放出的氢气，实验记录如下：
时间/min
1
2
3
4
5
氢气体积/mL
50
120
232
290
310
(1) (填“0～1”“1～2”“2～3”“3～4”或“4～5”)min时间段反应速率最大，原因是
(填“反应物浓度增大”或“溶液温度升高”)。
(2) (填“0～1”“1～2”“2～3”“3～4”或“4～5”)min时间段反应速率最小，原因是
(填“反应物浓度减小”或“溶液温度降低”)。
(3)如果要减缓反应速率而又不减少产生氢气的量，下列措施你认为可行的是 。
A.加入蒸馏水
B.通入HCl气体
C.加入NaOH固体
答案 (1)2～3 溶液温度升高 (2)4～5 反应物浓度减小 (3)A
解析 锌是足量的，随着反应的进行，盐酸的浓度逐渐降低，温度逐渐升高，化学反应速率逐渐增大，反应到一段时间以后，随着盐酸浓度的降低，反应速率又逐渐减小。计算反应速率的大小，可以根据单位时间内生成氢气的体积的多少来进行简便的计算。
14.H2O2不稳定、易分解，Fe3＋、Cu2＋等对其分解起催化作用，为比较Fe3＋和Cu2＋对H2O2分解的催化效果，某化学研究小组同学分别设计了如图甲、乙两种实验装置。
(1)若利用图甲装置，可通过观察
现象，从而定性比较得出结论。
(2)有同学提出将FeCl3改为Fe2(SO4)3更为合理，其理由是 。
写出H2O2在二氧化锰催化作用下发生反应的化学方程式： 。
(3)若利用乙实验可进行定量分析，图乙中仪器A的名称为 ，实验时均以生成40 mL气体为准，其他可能影响实验的因素均已忽略，实验中还需要测量的数据是 。
(4)将0.1 mol MnO2粉末加入50 mL H2O2溶液中，在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图丙所示，解释反应速率变化的原因： 。
H2O2初始物质的量浓度为 (保留两位小数)。
丙
答案 (1)产生气泡的快慢 (2)可以消除阴离子不同对实验的干扰 2H2O22H2O＋O2↑ (3)分液漏斗 产生40 mL气体所需的时间 (4)随着反应的进行，反应物的浓度减小，反应速率减小 0.11 mol·L－1
解析 (1)通过产生气泡的快慢即可比较Fe3＋和Cu2＋对H2O2分解的催化效果(保持其他条件相同，只改变催化剂)。(2)FeCl3和CuSO4中阴阳离子都不相同，无法判断是阴离子起作用还是阳离子起作用，Fe2(SO4)3和CuSO4的阴离子相同，可以消除阴离子不同对实验的
干扰。(3)通过计算分别用Fe3＋、Cu2＋催化时生成O2的速率，来定量比较Fe3＋和Cu2＋对H2O2分解的催化效果，因此需要测量的数据是产生40 mL气体所需要的时间。(4)由于随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，反应速率减慢，最终生成氧气的体积是60 mL，即0.002 7 mol。根据2H2O2～O2，c(H2O2)＝0.005 4 mol÷0.05 L≈0.11 mol·L－1。
第2课时 化学反应的限度 化学反应条件的控制
[学习目标定位] 1.通过实验认识化学反应的限度、可逆反应和化学平衡的含义，知道当一定的外界条件改变时化学反应限度可能发生改变。2.了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。
一、化学反应限度
1.在一定条件下，将1 mol N2和3 mol H2置于密闭容器中充分反应，能否得到2 mol NH3?
答案 不能。原因是N2和H2合成氨的反应属于可逆反应，反应物转化率达不到100%。
2.可逆反应
(1)定义：在同一条件下，正反应方向和逆反应方向均能同时进行的化学反应称为可逆反应。
(2)特征
①可逆反应在一定条件下不能进行到底，只能进行到一定程度，反应有一定限度，即达到平衡状态，此时各物质的量都大于零；
②在可逆反应的化学方程式中，用“??”号代替“===”号。
3.化学平衡的建立
(1)对于可逆反应2SO2＋O22SO3，在一定温度下，将 2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)通入一定体积的密闭容器中，其化学反应速率与时间关系如图所示。分析回答下列问题：
①反应开始时，正反应速率最大，原因是反应物浓度最大；逆反应速率为0，原因是生成物浓度为0；
②反应进行中，正反应速率的变化是逐渐减小，原因是反应物浓度逐渐减小；逆反应速率的变化是逐渐增大，原因是生成物浓度逐渐增大；
③反应一段时间(t1)后，正反应速率和逆反应速率的关系是大小相等，反应物的浓度不再改变，生成物的浓度不再改变。
(2)化学平衡状态也可从逆反应开始建立。如图：
4.化学平衡状态
(1)化学平衡状态的概念：如果外界条件(温度、浓度、压强等)不发生改变，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，反应物的浓度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。化学平衡研究的对象是可逆反应。
(2)化学平衡状态的特征：
5.影响化学反应的限度的因素
(1)决定因素：化学反应的限度首先决定于反应物的化学性质。不同的可逆反应在给定条件下的化学反应限度不同，反应物的最大转化率不同。
(2)外界因素：化学反应的限度受温度、浓度、压强等条件的影响。改变其中的一个条件，可以在一定程度上改变一个化学反应的限度。要注意的是，压强只影响有气体物质参与或生成的可逆反应的限度。
化学平衡状态的判断方法
可逆反应达到平衡状态时主要有以下两个特征：①v正＝v逆；②混合物中各组分的百分含量不变(除百分含量外其他在反应过程中变化的量，达到平衡后均不再发生变化，即“变化量”达“定量”)。
以上两个特征可作为判断可逆反应达平衡的标志。归纳如下：
(1)直接标志
①v正＝v逆
a.同一种物质的生成速率等于消耗速率；
b.在化学方程式同一边的不同物质的生成速率与消耗速率之比等于化学计量数之比；
c.在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于化学计量数之比。
②各组分的浓度保持一定
a.各组分的浓度不随时间的改变而改变；
b.各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变。
(2)间接标志
①反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体体积不等的反应)。
②对于反应混合物中存在有颜色变化的物质的可逆反应，若体系中颜色不再改变，则反应达到平衡状态。
③全是气体参加的反应前后化学计量数改变的可逆反应，平均相对分子质量保持不变。
④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。
1.某可逆反应达到平衡状态时，下列说法正确的是( )
①正反应和逆反应同时进行，两者的速率完全相等 ②反应物和生成物同时存在，两者的浓度相同 ③混合物的组成比例不会因时间而改变
A.① B.①③ C.② D.①②③
答案 B
解析 可逆反应达到平衡状态时，v正＝v逆≠0，且各组分的含量保持不变，故①③正确；而反应物和生成物浓度相同，只是反应达到的某一特殊状态，并不一定达到平衡。
2.可逆反应2NO2(g)??2NO(g)＋O2(g)在体积固定的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是( )
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混合气体的密度不再改变的状态
⑥混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A.①④⑥⑦ B.②③⑤⑦
C.①③④⑤ D.全部
答案 A
解析 ①中单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2，知v正＝v逆，所以①能说明达到平衡状态；②所描述的都是指正反应方向的速率，无法判断；③无论达到平衡与否，物质的反应速率之比等于化学方程式中物质的化学计量数之比；④有色气体的颜色不变能够说明达到了化学平衡；因容器体积固定，密度是一个常数，所以⑤不能说明；该反应是一个反应前后气体体积不等的反应，容器的体积又固定，所以⑥⑦均能说明达到平衡。
二、化学反应条件的控制
1.化学反应条件的控制
(1)目的：①促进有利的化学反应，提高原料的利用率，加快反应速率。
②控制有害的化学反应，减小甚至消除有害物质的产生，控制副反应的发生。
(2)基本措施
①改变化学反应速率：改变反应物的温度、溶液中溶质的浓度、气体压强(或浓度)、固体表面积以及催化剂的合理使用等；
②改变可逆反应进行的限度：改变可逆反应体系的温度、溶液中溶质的浓度、气体压强(或浓度)等。
2.提高煤的燃烧效率问题探究
(1)煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉的依据是与空气中O2的接触面积增大，煤粉燃烧更充分，反应速率加快；通入过量空气的依据是空气充足，煤粉燃烧充分，生成CO2，放出热量多，若空气不足，煤燃烧不完全，生成CO，产生热量减少，且会造成污染。
(2)选择保温隔热且耐热的炉(灶)膛材料的主要目的是防止热量散失。
(3)充分利用煤燃烧后的废气中的热量可采取的措施是将燃烧后的废气通过交换装置，供其他方面使用。
1.提高燃料的燃烧效率的措施
(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要尽可能充分接触，且空气要适当过量。
(2)尽可能充分利用燃料燃烧所释放出的热能，提高热能的利用率。
2.提高燃料的燃烧效率的意义在于节约能源、节省资源、减少污染。
3.将煤块粉碎、经脱硫处理、在适当过量的空气中燃烧，这样处理的目的是( )
①使煤充分燃烧，提高煤的利用率 ②减少SO2的产生，避免造成“酸雨” ③减少有毒的CO产生，避免污染空气 ④减少CO2的产生，避免“温室效应”
A.①②③ B.②③④
C.①③④ D.①②③④
答案 A
解析 煤块粉碎是为了提高煤的利用率；脱硫是为了减少SO2的产生；过量空气是为了减少CO的产生。
4.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将煤进行汽化处理 ⑥通入适当过量的空气
A.①③④⑤ B.②③⑤⑥
C.③④⑤⑥ D.①②③④
答案 C
解析 理论上，提高燃料燃烧效率的常用方法是增大燃料与空气的接触面积，并通入适当过量的空气。对于①和②，由于燃料的着火点是其固有的性质，不可改变，故这两项措施不可行。③、④、⑤所采取的措施均是为了增大燃料与空气的接触面积。
1.下列不属于可逆反应的是( )
A.N2＋3H22NH3
B.CO2＋H2O??H2CO3
C.2NO2??N2O4
D.Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O
答案 D
解析 可逆反应必须在同一条件下同时进行，D中两个方向反应条件不同且不是同时进行，故不属于可逆反应。
2.下列关于化学反应限度的说法中正确的是( )
A.一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度
B.当一个可逆反应达到平衡状态时，正向反应速率和逆向反应速率相等且等于零
C.平衡状态时，各物质的浓度保持相等
D.化学反应的限度不可以通过改变条件而改变
答案 A
解析 平衡状态就是一个可逆反应在该条件下所能达到的最大限度，A正确；反应达到平衡时v正＝v逆≠0，各物质浓度保持不变但不一定相等，且当外界条件发生改变时，这种状态可能会发生改变，B、C、D错误。
3.对可逆反应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 mol NH3，则反应达到平衡状态
C.达到化学平衡时，若增加容器体积，则正反应速率减小，逆反应速率增大
D.化学反应速率关系是2v正(NH3)＝3v正(H2O)
答案 A
解析 NO的生成与NH3的消耗同时表示正反应，在任意时刻都相等，B项不正确。达到平衡时，增加容器体积，反应物、生成物浓度同时减小，正、逆反应速率同时减小，C项不正确。在反应的任意状态总有v正(NH3)∶v正(H2O)＝4∶6，即3v正(NH3)＝2v正(H2O)，D项不正确。
4.X、Y、Z为三种气体，把a mol X和b mol Y充入一密闭容器中，发生反应X＋2Y??2Z。达到平衡时，若它们的物质的量满足：n(X)＋n(Y)＝n(Z)，则Y的转化率为( )
A.×100% B.×100%
C.×100% D.×100%
答案 B
解析 设反应达平衡时消耗Y的物质的量为x。则：
X ＋ 2Y??2Z
起始量/mol a b 0
转化量/mol x x
平衡量/mol a－ b－x x
依题意可得：＋(b－x)＝x
x＝ mol
Y的转化率为×100%＝×100%，选B。
5.一定温度下，在容积为V L的密闭容器中进行反应：aN(g)??bM(g)，M、N的物质的量随时间的变化曲线如下图所示：
(1)此反应的化学方程式中＝ 。
(2)t1到t2时刻，以M的浓度变化表示的平均反应速率为 。
(3)下列叙述能说明上述反应达到平衡状态的是 。
A.反应中M与N的物质的量之比为1∶1
B.混合气体的总质量不随时间的变化而变化
C.混合气体的总物质的量不随时间的变化而变化
D.单位时间内消耗a mol N，同时生成b mol M
E.混合气体的压强不随时间的变化而变化
答案 (1)2 (2) mol·L－1·min－1
(3)CE
解析 (1)化学计量数之比等于物质的物质的量的变化量之比，所以a∶b＝(8 mol－2 mol)∶(5 mol－2 mol)＝2∶1，该反应的化学方程式为2N(g)??M(g)。
(2)v(M)＝＝ mol·L－1·min－1。
(3)达到平衡状态时，各组分的浓度不再发生变化，M与N的物质的量之比为1∶1时，不能说明达到平衡状态，A选项错误；该反应的反应物和生成物都是气体，根据质量守恒定律，反应前后混合气体的质量始终不变，B选项错误；该反应为气体体积减小的反应，若反应没有达到平衡状态，反应过程中气体的总物质的量和压强始终在减小，当该量不再发生变化时，则说明反应达到了平衡状态，C和E选项正确；消耗a mol N和生成b mol M都表示的是正反应速率，没有体现逆反应速率的大小，不能说明反应达到了平衡状态，D选项错误。
[基础过关]
题组一 可逆反应的特点及其判断
1.下列各组反应中，不属于可逆反应的是( )
A.N2＋3H22NH3和2NH3N2＋3H2
B.H2＋I22HI和2HIH2＋I2
C.2H2＋O22H2O和2H2O2H2↑＋O2↑
D.2SO2＋O22SO3和2SO32SO2＋O2
答案 C
解析 根据可逆反应的定义，在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叫做可逆反应，所以C中的反应不属于可逆反应，故选C。
2.当可逆反应：2SO2＋O2??2SO3达到平衡后，通入18O2，再次达到平衡时，18O存在于( )
A.SO3和O2中 B.SO2和SO3中
C.SO2、O2和SO3中 D.SO2和O2中
答案 C
解析 本题考查了化学平衡的特征——化学平衡是动态平衡，SO2和18O2反应生成了S18O3，S18O3又分解生成S18O2和18O2，故平衡混合物中含18O的粒子有S18O2、18O2、S18O3，故选C。
题组二 化学平衡状态的特征
3.一定温度下，可逆反应A(g)＋3B(g)??2C(g)未达到平衡的是( )
A.C的生成速率与C的分解速率相等
B.单位时间内生成n mol A的同时消耗4n mol B
C.A、B、C的浓度不再变化
D.C的百分含量达到最大值
答案 B
解析 化学平衡的标志是正反应速率与逆反应速率相等。C的生成速率是正反应速率，C的分解速率是逆反应速率，A项达到平衡；A、B、C各物质的浓度不变化，是平衡状态的宏观表现，C项达到平衡；逆反应生成n mol A，同时生成 3n mol B，对于正反应却消耗了4n mol B，说明v正>v逆，反应向正反应方向进行，B项未达到平衡；C的百分含量达到最大值，说明反应达到限度，即D项达到平衡。
4.在一定温度下，向密闭容器中充入一定量的NO2和SO2，发生反应：NO2＋SO2??NO＋SO3(g)，当化学反应达到平衡时，下列叙述正确的是( )
A.SO2和SO3的物质的量一定相等
B.NO2和SO3的物质的量一定相等
C.反应后混合物的总物质的量一定等于反应开始时NO2和SO2的总物质的量
D.SO2、NO2、NO、SO3的物质的量一定相等
答案 C
解析 题中没有给出各物质的投料情况，NO2、SO2、NO和SO3的量之间没有必然的关系，可能相等，也可能不等，A、B、D项错；该反应反应前后气体分子数不变，故反应后混合物的总物质的量一定等于反应开始时NO2和SO2的总物质的量，C项正确。
5.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，各物质的浓度有可能是( )
A.Z为0.3 mol·L－1 B.Y2为0.4 mol·L－1
C.X2为0.2 mol·L－1 D.Z为0.4 mol·L－1
答案 A
题组三 化学平衡状态的判断
6.一定条件下，可逆反应2A(g)??B(g)＋3C(g)，在下列四种状态中，处于平衡状态的是( )
正反应速率 逆反应速率
A.vA＝2 mol·L－1·min－1 vB＝2 mol·L－1·min－1
B.vA＝2 mol·L－1·min－1 vC＝2 mol·L－1·min－1
C.vA＝1 mol·L－1·min－1 vB＝2 mol·L－1·min－1
D.vA＝1 mol·L－1·min－1 vC＝1.5 mol·L－1·min－1
答案 D
解析 将逆反应速率根据化学方程式统一折算成A表达的速率即A的生成速率，正反应速率表示A的消耗速率，二者相等，则说明达到了平衡状态。
7.一定温度下在一定体积的密闭容器中，下列叙述不能作为可逆反应A(g)＋3B(g)??2C(g)达到平衡状态标志的是( )
①C的生成速率与C的消耗速率相等 ②单位时间内生成a mol A，同时生成3a mol B ③A、B、C的浓度不再变化 ④C的物质的量不再变化 ⑤混合气体的总压强不再变化 ⑥混合气体的总物质的量不再变化 ⑦单位时间消耗a mol A，同时生成3a mol B ⑧A、B、C的分子数之比为1∶3∶2
A.②⑧ B.④⑦ C.①③ D.⑤⑥
答案 A
解析 关于平衡状态的判断，一定要根据实际反应分析选项，判断是否达到平衡状态，只有在平衡状态下具备的性质才能作为“标志”。本题中的反应是一个反应前后气体物质的量不等的可逆反应。②在反应过程中的任意时刻都符合；⑧可能是平衡状态，也可能不是平衡状态。
题组四 有关化学平衡的计算
8.一定条件下，对于反应X(g)＋3Y(g)??2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)。达平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1和0.08 mol·L－1，则下列判断不合理的是( )
①c1∶c2＝1∶3 ②平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3
③X和Y的转化率不相等 ④c1的取值范围为0＜c1＜0.14 mol·L－1
A.①② B.③④ C.①④ D.②③
答案 D
解析 分析浓度变化关系：X(g)＋3Y(g)??2Z(g)
c起始/mol·L－1 c1 c2 c3
c平衡/mol·L－1 0.1 0.3 0.08
反应的化学方程式中反应物X和Y的化学计量数之比为1∶3，所以反应中X和Y必然以1∶3消耗，因为达平衡时X和Y浓度之比为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，①正确；平衡时Y和Z的生成速率之比应该和化学方程式中对应的化学计量数之比相等，故Y和Z的生成速率之比为3∶2，②错误；由于起始时反应物是按化学方程式中的化学计量数之比配料，故X和Y转化率相等，③错误；运用极限法，假设起始状态只有X和Y，c1的极限值为0.14 mol·L－1，而题设c1＞0，反应又是可逆的，④正确。
9.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%
答案 C
解析 达到平衡时，H2转化的物质的量为8 mol×25%＝2 mol。在一定条件下，N2与H2发生反应：
N2＋3H22NH3
起始物质的量/mol 2 8 0
转化物质的量/mol 2
平衡物质的量/mol 6
同温同压下，气体的体积比等于其物质的量之比，故平衡时氮气的体积分数为×100%≈15%。
题组五 化学反应条件的控制
10.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.煤中掺和一些黄泥做成蜂窝煤
D.把煤粉碎，在煤粉燃烧器中燃烧
答案 D
解析 A项中只会增加煤的用量，不会使煤炭燃烧充分，也不能提高热能的利用率；B、C项无论从煤的粉碎程度，还是空气用量上都比不上D项。
[能力提升]
11.以下是反应：2SO2＋O22SO3在不同条件下达到平衡状态时SO2的转化率。
压强
转化率
温度
0.1 MPa
0.5 MPa
1 MPa
10 MPa
400 ℃
99.2%
99.6%
99.7%
99.9%
500 ℃
93.5%
96.9%
97.8%
99.3%
600 ℃
73.7%
85.8%
89.5%
96.4%
试回答下列问题：
(1)关于可逆反应的限度，你能得出什么启示？
。
(2)提高该化学反应限度的途径：
。
(3)要实现SO2的转化率为93.5%，需控制的反应条件是 。
答案 (1)可逆反应中的反应物不能全部转化为生成物；可逆反应中某物质的逆反应速率与其正反应速率相等时，生成物和反应物的浓度不再变化，该反应就达到了限度；改变反应条件可以改变化学反应的限度(合理即可)
(2)由表可知，要提高反应限度，可以采取增大压强或在一定范围内降低温度的方法等
(3)500 ℃、0.1 MPa
解析 在化工生产中，往往需要考虑反应的快慢和反应后所得产物的产率。前者研究的是化学反应速率，后者研究的是化学平衡即化学反应的限度，对于一个特定的化学反应来说，外部条件对化学反应速率和化学反应限度都存在一定的影响。因此，选择适宜的反应条件，既可以增大反应速率，缩短生产周期，又可以达到较大的反应限度，从而获得较大的产率。
12.在一定条件下，A气体与B气体反应生成C气体。反应过程中，反应物与生成物的浓度随时间变化的曲线如图。回答下列问题：
(1)该反应的化学方程式为 。
(2)0～t1 s内A的反应速率为 。
(3)反应后与反应前的压强之比为 。
(4)(t1＋10)s时，A气体的体积分数为 ，此时v正(A) (填“＞”“＜”或“＝”)v逆(B)。
(5)关于该反应的说法正确的是 (填字母)。
a.到达t1 s时刻反应已停止
b.在t1 s之前B气体的消耗速率大于它的生成速率
c.在t1 s时C气体的正反应速率等于逆反应速率
答案 (1)3A＋B??2C
(2) mol·L－1·s－1
(3)9∶13
(4)22.2% ＞
(5)bc
解析 (1)从0到t1 s时，Δc(A)＝0.8 mol·L－1－0.2 mol·L－1＝0.6 mol·L－1，Δc(B)＝0.5 mol·L－1－0.3 mol·L－1＝0.2 mol·L－1，Δc(C)＝0.4 mol·L－1，三者之比为Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)＝0.6 mol·L－1∶0.2 mol·L－1∶0.4 mol·L－1＝3∶1∶2，所以化学方程式为3A＋B??2C。
(2)0～t1 s内A的反应速率为＝ mol·L－1·s－1。
(3)压强之比等于物质的量之比，为9∶13。
(4)A气体的体积分数为＝≈22.2%；在t1～(t1＋10)s之间反应处于平衡状态，v正(A)＝3v逆(B)，故v正(A)＞v逆(B)。
(5)a项，可逆反应不可能停止，错误；b项，在t1 s之前，反应未达平衡，仍然向正反应方向进行，故B气体的消耗速率大于它的生成速率，正确；c项，在t1 s时，反应达到平衡，故C气体的正反应速率等于逆反应速率，正确。
13.Ⅰ.某实验小组对H2O2的分解做了如下探究：将质量相同但状态不同的MnO2分别加入盛有15 mL 5%的H2O2溶液的大试管中，并用带火星的木条测试。下表是该实验小组研究影响H2O2分解速率的因素时记录的一组数据：
MnO2
触摸试管情况
观察结果
反应完成所需的时间
粉末状
很烫
剧烈反应，带火星的木条复燃
3.5 min
块状
微热
反应较慢，火星红亮但木条未复燃
30 min
(1)写出大试管中发生反应的化学方程式：
，
该反应是 (填“放热”或“吸热”)反应。
(2)实验结果表明，催化剂的催化效果与 有关。
Ⅱ.某可逆反应在体积为5 L的密闭容器中进行，0～3 min 内各物质的物质的量的变化情况如图所示(A、B、C均为气体)。
(3)该反应的化学方程式为
。
(4)反应开始至2 min时，B的平均反应速率为 。
(5)能说明该反应已达到平衡状态的是 (填字母)。
a.v(A)＝2v(B)
b.容器内压强保持不变
c.2v逆(A)＝v正(B)
d.容器内混合气体的密度保持不变
(6)在密闭容器里，通入a mol A(g)、b mol B(g)、c mol C(g)，发生上述反应，当改变下列条件时，反应速率会减小的是 (填序号)。
①降低温度
②加入催化剂
③增大容器体积
答案 (1)2H2O22H2O＋O2↑ 放热
(2)催化剂接触面积的大小
(3)2A＋B??2C
(4)0.1 mol·L－1·min－1
(5)b
(6)①③
解析 (1)大试管中的反应是过氧化氢在二氧化锰作催化剂的条件下分解生成水和氧气，化学方程式为2H2O22H2O＋O2↑；试管很烫，说明反应放热。
(2)催化剂的形状不同，催化效果不同，说明催化剂的催化效果和催化剂接触面积的大小有关。
(3)从图像分析，在相同时间内，A减少了2 mol，B减少了1 mol，C增加了2 mol，所以该反应的化学方程式为2A＋B??2C。
(4)2 min内B减少了1 mol，所以v(B)＝1 mol÷5 L÷2 min＝0.1 mol·L－1·min－1。
(5)a.没有说明正、逆反应方向，不能说明反应已达平衡；b.压强不变说明反应达到平衡状态；c.反应达到平衡状态时，A的逆反应速率应该是B的正反应速率的2倍，表示为v逆(A)＝2v正(B)，所以错误；d.容器内的密度始终不变。
(6)①降温，反应速率减小；②加入催化剂，反应速率加快；③增大容器的体积，物质的浓度减小，反应速率减慢，所以选①③。
14.恒温下，将a mol 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，nt(N2)＝13 mol，nt(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(写最简整数比，下同)n(始)∶n(平)＝ 。
(4)原混合气体中，a∶b＝ 。
(5)达到平衡时，N2和H2的转化率之比α(N2)∶α(H2)＝ 。
答案 (1)16 (2)8 mol (3)5∶4 (4)2∶3 (5)1∶2
解析 反应方程式：
N2＋3H2??2NH3
开始/mol a b 0
t时刻/mol 13 6
(1)在t时刻生成了6 mol NH3，消耗了3 mol N2，
所以a＝13＋3＝16。
(2)分析题意知，n(NH3)平＝×25%＝8 mol。
(3)平衡混合气体的总物质的量为n平＝n(N2)平＋n(H2)平＋n(NH3)平＝＝32 mol。
由方程式知 N2 ＋ 3H2 ?? 2NH3
开始/mol a b 0
转化/mol 4 12 8
平衡/mol a－4 b－12 8
分析题意：a－4＋b－12＋8＝32，a＋b＝40。
因a＝16，故b＝24。n(始)∶n(平)＝5∶4。
(4)原混合气体中，a∶b＝16∶24＝2∶3。
(5)平衡时，N2的转化率为×100%＝25%，H2的转化率为×100%＝50%，故α(N2)∶α(H2)＝1∶2。
课件32张PPT。第2课时 化学反应的限度 化学反应条件的控制第二章 第三节 化学反应的速率和限度学习目标定位
1.通过实验认识化学反应的限度、可逆反应和化学平衡的含义，知道当一定的外界条件改变时化学反应限度可能发生改变。
2.了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。内容索引新知导学 —— 新知探究 点点落实达标检测 —— 当堂检测 巩固反馈新知导学1.在一定条件下，将1 mol N2和3 mol H2置于密闭容器中充分反应，能否得到2 mol NH3?一、化学反应限度答案 不能。原因是N2和H2合成氨的反应属于可逆反应，反应物转化率达不到100%。答案2.可逆反应
(1)定义：在同一条件下， 和 均能同时进行的化学反应称为可逆反应。
(2)特征
①可逆反应在一定条件下不能进行到底，只能进行到一定程度，反应有一定限度，即达到 ，此时各物质的量都 零；
②在可逆反应的化学方程式中，用“??”号代替“ ”号。正反应方向逆反应方向平衡状态大于===①反应开始时，正反应速率 ，原因是 ；逆反应速率为 ，原因是 ；
②反应进行中,正反应速率的变化是 ,原因是 ；逆反应速率的变化是 ，原因是 ；3.化学平衡的建立
(1)对于可逆反应2SO2＋O2 2SO3，在一定
温度下，将 2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)通入一定
体积的密闭容器中，其化学反应速率与时间关系
如图所示。分析回答下列问题： 最大反应物浓度最大0生成物浓度为0逐渐减小反应物浓度逐渐减小逐渐增大生成物浓度逐渐增大③反应一段时间(t1)后，正反应速率和逆反应速率的关系是 ，反应物的浓度 ，生成物的浓度 。
(2)化学平衡状态也可从逆反应开始建立。如图：大小相等不再改变不再改变4.化学平衡状态
(1)化学平衡状态的概念：如果外界条件( 、 、 等)不发生改变，当 反应进行到一定程度时， 与 相等，反应物的 与生成物的 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。化学平衡研究的对象是 。温度压强浓度可逆正反应速率浓度逆反应速率浓度可逆反应(2)化学平衡状态的特征：可逆=≠动态保持一定化学平衡的移动5.影响化学反应的限度的因素
(1)决定因素：化学反应的限度首先决定于 。不同的可逆反应在给定条件下的化学反应限度不同，反应物的最大转化率不同。
(2)外界因素：化学反应的限度受 、 、 等条件的影响。改变其中的一个条件，可以在一定程度上改变一个 。要注意的是，压强只影响 的可逆反应的限度。反应物的化学性质压强浓度温度化学反应的限度有气体物质参与或生成化学平衡状态的判断方法
可逆反应达到平衡状态时主要有以下两个特征：①v正＝v逆；②混合物中各组分的百分含量不变(除百分含量外其他在反应过程中变化的量，达到平衡后均不再发生变化，即“变化量”达“定量”)。
以上两个特征可作为判断可逆反应达平衡的标志。归纳如下：
(1)直接标志
①v正＝v逆
a.同一种物质的生成速率等于消耗速率；
b.在化学方程式同一边的不同物质的生成速率与消耗速率之比等于化学计量数之比；
c.在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于化学计量数之比。 ②各组分的浓度保持一定
a.各组分的浓度不随时间的改变而改变；
b.各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变。
(2)间接标志
①反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体体积不等的反应)。
②对于反应混合物中存在有颜色变化的物质的可逆反应，若体系中颜色不再改变，则反应达到平衡状态。
③全是气体参加的反应前后化学计量数改变的可逆反应，平均相对分子质量保持不变。
④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。1.某可逆反应达到平衡状态时，下列说法正确的是
①正反应和逆反应同时进行，两者的速率完全相等 ②反应物和生成物同时存在，两者的浓度相同 ③混合物的组成比例不会因时间而改变
A.① B.①③
C.② D.①②③解析√答案解析 可逆反应达到平衡状态时，v正＝v逆≠0，且各组分的含量保持不变，故①③正确；而反应物和生成物浓度相同，只是反应达到的某一特殊状态，并不一定达到平衡。2.可逆反应2NO2(g)??2NO(g)＋O2(g)在体积固定的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是
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混合气体的密度不再改变的状态
⑥混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A.①④⑥⑦ B.②③⑤⑦ C.①③④⑤ D.全部解析√答案解析 ①中单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2，知v正＝v逆，所以①能说明达到平衡状态；
②所描述的都是指正反应方向的速率，无法判断；
③无论达到平衡与否，物质的反应速率之比等于化学方程式中物质的化学计量数之比；
④有色气体的颜色不变能够说明达到了化学平衡；
因容器体积固定，密度是一个常数，所以⑤不能说明；
该反应是一个反应前后气体体积不等的反应，容器的体积又固定，所以⑥⑦均能说明达到平衡。1.化学反应条件的控制
(1)目的：①促进 的化学反应，提高原料的利用率，加快反应速率。
②控制 的化学反应，减小甚至消除有害物质的产生，控制副反应的发生。
(2)基本措施
①改变化学反应速率：改变反应物的温度、溶液中溶质的浓度、气体压强(或浓度)、固体表面积以及催化剂的合理使用等；
②改变可逆反应进行的限度：改变可逆反应体系的温度、溶液中溶质的浓度、气体压强(或浓度)等。二、化学反应条件的控制有利有害2.提高煤的燃烧效率问题探究
(1)煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉的依据是__________________________
____________________________；通入过量空气的依据是____________
______________________________________________________________
_________________________________。
(2)选择保温隔热且耐热的炉(灶)膛材料的主要目的是______________。
(3)充分利用煤燃烧后的废气中的热量可采取的措施是________________
___________________________。与空气中O2的接触面积增大，空气充足，煤煤粉燃烧更充分，反应速率加快粉燃烧充分，生成CO2 ，放出热量多，若空气不足，煤燃烧不完全，生成CO，产生热量减少，且会造成污染防止热量散失将燃烧后的废气通过交换装置，供其他方面使用1.提高燃料的燃烧效率的措施
(1)尽可能使燃料________，提高_____________。关键是____________
_______________________________________。
(2)尽可能充分利用_______________________，提高 。
2.提高燃料的燃烧效率的意义在于 、 、 。充分燃烧能量的转化率燃料与空气或氧气要尽可能充分接触，且空气要适当过量燃料燃烧所释放出的热能热能的利用率节约能源节省资源减少污染解析 煤块粉碎是为了提高煤的利用率；脱硫是为了减少SO2的产生；过量空气是为了减少CO的产生。3.将煤块粉碎、经脱硫处理、在适当过量的空气中燃烧，这样处理的目的是
①使煤充分燃烧，提高煤的利用率 ②减少SO2的产生，避免造成“酸雨” ③减少有毒的CO产生，避免污染空气 ④减少CO2的产生，避免“温室效应”
A.①②③ B.②③④ C.①③④ D.①②③④解析答案√4.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将煤进行汽化处理 ⑥通入适当过量的空气
A.①③④⑤ B.②③⑤⑥
C.③④⑤⑥ D.①②③④解析 理论上，提高燃料燃烧效率的常用方法是增大燃料与空气的接触面积，并通入适当过量的空气。对于①和②，由于燃料的着火点是其固有的性质，不可改变，故这两项措施不可行。
③、④、⑤所采取的措施均是为了增大燃料与空气的接触面积。解析答案√达标检测12345答案√解析 可逆反应必须在同一条件下同时进行，D中两个方向反应条件不同且不是同时进行，故不属于可逆反应。解析1234答案2.下列关于化学反应限度的说法中正确的是
A.一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度
B.当一个可逆反应达到平衡状态时，正向反应速率和逆向反应速率相等且
等于零
C.平衡状态时，各物质的浓度保持相等
D.化学反应的限度不可以通过改变条件而改变√5解析 平衡状态就是一个可逆反应在该条件下所能达到的最大限度，A正确；
反应达到平衡时v正＝v逆≠0，各物质浓度保持不变但不一定相等，且当外界条件发生改变时，这种状态可能会发生改变，B、C、D错误。解析解析 NO的生成与NH3的消耗同时表示正反应，在任意时刻都相等，B项不正确。
达到平衡时，增加容器体积，反应物、生成物浓度同时减小，正、逆反应速率同时减小，C项不正确。
在反应的任意状态总有v正(NH3)∶v正(H2O)＝4∶6，即3v正(NH3)＝2v正(H2O)，D项不正确。12345答案3.对可逆反应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 mol NH3，则反应达到平衡状态
C.达到化学平衡时，若增加容器体积，则正反应速率减小，逆反应速率增大
D.化学反应速率关系是2v正(NH3)＝3v正(H2O)√解析123454.X、Y、Z为三种气体，把a mol X和b mol Y充入一密闭容器中，发生反应X＋2Y??2Z。达到平衡时，若它们的物质的量满足：n(X)＋n(Y)＝n(Z)，则Y的转化率为解析答案√12345解析 设反应达平衡时消耗Y的物质的量为x。则：
X ＋ 2Y 2Z
起始量/mol a b 0
转化量/mol x x
平衡量/mol b－x x
依题意可得：
x＝ mol5.一定温度下，在容积为V L的密闭容器中进行反应：aN(g)??bM(g)，M、N的物质的量随时间的变化曲线如下图所示：12345(1)此反应的化学方程式中 ＝ 。12342答案5解析(2)t1到t2时刻,以M的浓度变化表示的平均反应速率为 。(3)下列叙述能说明上述反应达到平衡状态的是 。
A.反应中M与N的物质的量之比为1∶1
B.混合气体的总质量不随时间的变化而变化
C.混合气体的总物质的量不随时间的变化而变化
D.单位时间内消耗a mol N，同时生成b mol M
E.混合气体的压强不随时间的变化而变化12345解析答案√√12345解析 达到平衡状态时，各组分的浓度不再发生变化，M与N的物质的量之比为1∶1时，不能说明达到平衡状态，A选项错误；
该反应的反应物和生成物都是气体，根据质量守恒定律，反应前后混合气体的质量始终不变，B选项错误；
该反应为气体体积减小的反应，若反应没有达到平衡状态，反应过程中气体的总物质的量和压强始终在减小，当该量不再发生变化时，则说明反应达到了平衡状态，C和E选项正确；
消耗a mol N和生成b mol M都表示的是正反应速率，没有体现逆反应速率的大小，不能说明反应达到了平衡状态，D选项错误。
