化学反应的限度高考总复习

化学反应的限度
课前引入:
高炉尾气之谜
钢铁生产是十七世纪从英国开始的第一次产业革命的两大产业之一。

高炉炼铁的主要反应是：
Fe2O3+3CO 高温
2Fe+3CO2
其中CO的反应是
C+O2点燃
CO2①
CO2+C 高温
2CO ②
炼制1吨生铁所需焦炭的实际用量，远高于按照化学方程式计算所需的量，且从高炉炉顶出来的气体中含有没有利用的CO气体。

开始，炼铁工程师们认为是CO与铁矿石接触不充分之故，于是设法增加高炉的高度。

然而，令人吃惊的是，高炉增高后，高炉尾气中的比例竟然没有改变。

这成了炼铁技术中的科学悬念。

有关人士一直在探究其中的原因，直到十九世纪下半叶，法国科学家勒夏特列经过深入的研究，才将这一迷底解开。

原来，产生上述现象的原因是反应②是一个可逆反应，并且至上而下发生在高炉中有焦炭的地方。

后来的研究说明，在高炉中Fe2O3和CO反应也不能全部转化为Fe和CO2。

1．可逆反应
(1)概念：在同一条件下正反应方向和逆反应方向均能进行的化学反应。

(2)特征：反应不能进行到底，或者在一定条件下反应物与生成物同时存在。

2．化学平衡状态
(1)建立过程：
如对于可逆反应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。

其化学平衡建立的过程如图所示。

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)概念：对于可逆反应，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，化学平衡状态是化学反应所能进行的最大限度。

(3)特征：
①等：v正＝v逆≠0。

②动：化学平衡状态是一种动态平衡。

达到平衡状态时，反应并没有停止，这时正反应和逆反应都依然在进行。

③定：反应物的浓度和生成物的浓度不再改变。

④变：外界条件(温度、浓度、压强等)一旦改变，化学平衡状态就会被破坏，并在新的条件下建立新的化学平衡。

点拨化学反应速率改变，平衡不一定发生移动，如反应前后气体体积不变的反应增大压强或使用催化剂，正逆反应速率变化程度相同，v正＝v逆，平衡不移动；平衡发生移动，化学反应速率一定发生改变，移动的根本原因是外界条件改变，使v正≠v逆。

例1．下列说法中不正确的是( )
A．当一个可逆反应达到平衡状态时，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，这个反应的正反应速率和逆反应速率相等
C．可以通过控制反应条件，使2 mol SO2与1 mol O2反应生成2 mol SO3
D．化学反应的限度可以通过改变条件来改变
答案 C
解析对于可逆反应，达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，反应物的转化率最大，A、B 正确；2SO2＋O2⇌2SO3是可逆反应，无论怎样控制条件，反应物的转化率不可能达到100%，即2 mol SO2与1 mol O2反应不会生成2 mol SO3，C错；化学反应的限度可通过改变条件，如温度、压强等来改变，D正确。

例2．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．保持体积不变，增加CO的物质的量
B．将容器的体积缩小一半
C．保持压强不变，充入N2使容器体积增大
D．保持体积不变，充入N2使体系压强增大
(2)若反应在一容积恒定的密闭容器内进行，能判断该反应一定达到化学平衡状态的是
________。

①容器内气体的平均相对分子质量不随时间而变化
②v正(H2O)＝v逆(H2) ③容器内气体的密度不随时间而变化④容器内气体总质量不随时间而变化⑤消耗n mol H2的同时消耗n mol CO
A．①②③ B．①②③④ C．② D．①④⑤
答案(1)D (2)B
3.
化学平衡状态的判断
(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。

例3.
可逆反应：2NO2⇌2NO＋O2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．①④⑥⑦B．②③⑤⑦
C．①③④⑤D．全部
解析①中单位时间内生成n mol O2的同时必消耗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。

答案 A
例4. 在一定温度下，反应H2(g)＋I2(g)⇌2HI(g)达到化学平衡状态的标志是( ) A．单位时间内生成n mol H2，同时就有n mol HI生成
B．单位时间内有n mol H2生成，同时就有n mol I2生成
C．容器内气体的总压强不随时间的变化而变化
D．1个H—H键断裂的同时，有2个H—I键断裂
答案 D
例5．在一定温度下的恒容密闭容器中，能说明反应X2(g)＋Y2(g)⇌2XY(g)已达到平衡的是( )
A．容器内的总压强不随时间变化
B．容器中气体的平均相对分子质量不随时间变化
C．XY气体的物质的量分数不变
D．X2和Y2的消耗速率相等
答案 C
解析该反应的特点：一是可逆反应；二是反应前后气体体积相等。

根据气体压强之比等于气体物质的量之比推断，该反应在整个反应过程中总压强是不变的，A不能说明该反应已经达到平衡；同理推断，容器中气体的平均相对分子质量始终不随时间变化而变化，B不能说明该反应已经达到平衡；X2和Y2的化学计量数相等且均为反应物，其消耗速率始终相等。

4.
有关化学反应速率和化学平衡的计算
三段法: 解答有关化学反应速率和化学平衡的计算题时，一般需要写出化学方程式，列出起始量、变化量及平衡量，再根据题设其他条件和定律列方程求解。

如： m A(g)＋n B(g)⇌p C(g)＋q D(g) 起始/mol a b 0 0 转化/mol mx nx px qx 平衡/mol a －mx b －nx px qx (1)关于反应物转化率的计算
A 的转化率＝A 的转化量
A 的起始量×100%(计算式中A 的量可以指反应物的物质的量、质量、浓度、体
积等)
(2)关于某组分的体积分数的计算
A 的体积分数＝体系中A 的物质的量
体系中总的物质的量
×100%
注意: (1)转化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例；
(2)这里a 、b 可指物质的量、浓度、体积等；
(3)对反应物：平衡时的量＝起始的量－转化的量；对生成物：平衡时的量＝起始的量＋转化的量。

同时要注意差量法、守恒法等简单计算方法在化学平衡中的应用。

例6.
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.a ＋b 5×100% B.2(a ＋b)5b ×100%
C.2(a ＋b)5×100%
D.a ＋b 5a
×100%
答案 B
例7. 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
例8．如下图，向A 、B 中均充入1 mol X 、1 moI Y ，起始时A 、B 的体积相等都等于a L 。

在相同温度、压强和催化剂存在的条件下，关闭活塞K，使两容器中各自发生下述反应：X(g)＋Y(g)⇌2Z(g)＋W(g) ΔH<0。

达平衡时，A的体积为1.4a L。

下列说法错误的是( )
A．反应速率：v B>v A
B．A容器中X的转化率为80%
C．平衡时的压强：p B＝p A
D．平衡时向A容器中充入与反应无关的气体M，能减慢A容器内化学反应的速率
答案 C
1．化学反应条件的控制
(1)目的：促进有利的化学反应，抑制有害的化学反应。

(2)基本措施
①改变化学反应速率：改变反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强、固体的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、物质的浓度、气体的压强等。

2．提高煤的燃烧效率
(1)煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉目的是增大与空气中O2的接触面积，煤粉燃烧更充分，反应速率快；通入适当过量的空气可以使煤粉充分燃烧，生成CO2，放出更多的热量；若空气不足，会造成煤燃烧不完全，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热交换装置，供其他方面使用。

1.下列反应中可判断为可逆反应的是( )
A.氢气在氯气中燃烧生成氯化氢,氯化氢受热分解生成氢气和氯气
B.氮气与氢气在高温、高压、催化剂作用下可以生成氨气,同时氨气又分解为氮气和氢气
C.单质溴可以置换出碘,氯气又可以置换出溴
D.氯气和水反应生成盐酸和次氯酸,次氯酸在光照条件下可分解为盐酸和氧气
2.对于可逆反应:M+N Q达到平衡时,下列说法中正确的是( )
A.M、N、Q三种物质的浓度一定相等
B.M、N全部变成了Q
C.反应混合物中各成分的百分组成不再变化
D.反应已经停止
3.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+SO2NO+SO3,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
4.在一密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol·L-1、0.1 mol·L-1、0.2 mol·L-1,当反应达到平衡时,可能存在的数据是( )
A.SO2为0.4 mol·L-1、O2为0.2 mol·L-1
B.SO2为0.25 mol·L-1
C.SO2、SO3均为0.15 mol·L-1
D.SO3为0.4 mol·L-1
5.硫酸是一种重要的化工产品,硫酸的消耗量常被视为一个工业发展水平的一种标志。

目前硫酸的重要生产方法是“接触法”,有关接触氧化反应2SO2+O22SO3的说法不正确
的是( )
A.该反应为可逆反应,故在一定条件下二氧化硫和氧气不可能全部转化为三氧化硫
B.达到平衡后,反应就停止了,故此时正、逆反应速率相等且均为0
C.一定条件下,向某密闭容器中加入2 mol SO2和1 mol O2,则从反应开始到达平衡的过程中,正反应速率不断减小,逆反应速率不断增大,某一时刻,正、逆反应速率相等
D.在利用上述反应生产三氧化硫时,要同时考虑反应所能达到的限度和化学反应速率两方面的问题
6.一定温度下,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 H2
D.1 mol H—H键断裂的同时断裂2 mol H—O键
7.一定温度下,在容积恒定的密闭容器中进行反应A(s)+2B(g)C(g)+D(g),下列叙述能表明该反应已达到平衡状态的是( )
①混合气体的密度不变②容器内气体的压强不变③混合气体的总物质的量不变④B 的物质的量浓度不变⑤v正(C)=v逆(D) ⑥v正(B)=2v逆(C)
A.①④⑤⑥
B.②③⑥
C.②④⑤⑥
D.只有④
8.在合成氨反应中,下列说法可以确定反应达到化学平衡状态的是( )
A.当有1 mol 键断裂的同时,有3 mol H—H键断裂
B.当有1 mol 键断裂的同时,有6 mol N—H键形成
C.当有1 mol 键断裂的同时,有6 mol H—H键形成
D.当有1 mol 键断裂的同时,有6 mol N—H键断裂
9.一定温度下,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a=________。

(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________ (填字母)。

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.单位时间内每消耗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
10. 往2 L密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2,在一定条件下发生合成氨反应,2 min时达到平衡。

测得平衡混合气体中NH3的体积分数为25%,则:
(1)0~2 min内,v(NH3)= ________
(2)H2在平衡混合气中的体积分数=________
(3)平衡时容器的压强与起始时的压强之比为________
1．煤本身是可燃物质，但是块状的煤用明火靠近都不燃烧，而当煤变为粉末状态时，在空气中达到一定的浓度遇明火即迅速爆炸，其原因是( )
A．粉末状态的煤比块状煤的着火点低
B．粉末状态的煤比块状煤放出的热量多
C．粉末状态的煤比块状煤的总表面积大
D．粉末状态的煤呈气态，属于可燃性气体
2．下列反应中可判断为可逆反应的是( )
A．氢气在氯气中燃烧生成氯化氢，氯化氢受热分解生成氢气和氯气
B．氮气与氢气在高温、高压、催化剂作用下可以生成氨气，同时氨气又分解为氮气和氢气C．单质溴可以置换出碘，氯气又可以置换出溴
D．氯气和水反应生成盐酸和次氯酸，次氯酸在光照条件下可分解为盐酸和氧气
3．在一密闭容器中进行反应：2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g)，已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol·L－1、0.1 mol·L－1、0.2 mol·L－1，当反应达到平衡时，可能存在的数据是( )
A．SO2为0.4 mol·L－1，O2为0.2 mol·L－1
B．SO2为0.25 mol·L－1
C．SO2、SO3均为0.15 mol·L－1
D．SO3为0.4 mol·L－1
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，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
5．在一定温度下，可逆反应2A(g)＋3B(g)⇌2C(g)达到平衡的标志是( )
A．A的生成速率与C的分解速率相等
B．单位时间生成2n mol A，同时生成3n mol B
C．A、B、C的浓度不再变化
D．A、B、C的分子数之比为2∶3∶2
6．向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，一定条件下使反应SO2(g)＋NO2(g) ⇌SO3(g)＋NO(g)达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如下所示。

由图可得出正确的结论是( )
A ．反应在c 点达到平衡状态
B ．反应物浓度：a 点小于b 点
C ．反应物的总能量低于生成物的总能量
D ．Δt 1＝Δt 2时，SO 2的转化率：a ～b 段小于b ～c 段
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
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c 1、c 2、
c 3(均不为零)。

达平衡时，X 、Y 、Z 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( )
①c 1∶c 2＝1∶3 ②平衡时，Y 和Z 的生成速率之比2∶3
③X 和Y 的转化率不相等 ④c 1的取值范围为0＜c 1＜0.14 mol ·L －1
A ．①②
B ．③④
C ．①④
D ．②③
9．在一定温度下，发生如下反应：N 2(g)＋3H 2(g)⇌2NH 3(g)，起始时，充入的N 2和H 2的物质的量分别是3.0 mol 和6.0 mol ，平衡时生成NH 3的物质的量是2.4 mol 。

已知容器的容积为5.0 L ，试求： (1)H 2的转化率是________。

(2)平衡时混合气体中N 2的体积分数是________。

10．一定温度下，在容积为V L 的密闭容器中进行反应：a N(g)⇌b M(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a b
＝________。

(2)t 1到t 2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______(填字母)。

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 ．单位时间内每消耗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
11．在某一容积为5 L的密闭容器内，加入0.2 mol的CO和0.2 mol的H2O(g)，在催化剂存在的条件下高温加热，发生如下反应：CO(g)＋H2O(g) ⇌CO2(g)＋H2(g)，反应放出热量。

反应中CO2的浓度随时间变化的情况如图所示：
(1)根据图中数据，从反应开始至达到平衡时，CO的化学反应速率为________；反应平衡时c(H2)＝________。

(2)判断该反应达到平衡的依据是________(填序号)。

A．CO减小的化学反应速率和CO2减小的化学反应速率相等
B．CO、H2O、CO2、H2的浓度都相等
C．CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化
D．正、逆反应速率都为零
12．在2 L密闭容器内，800 ℃时反应2NO(g)＋O2(g)⇌2NO2(g)体系中，n(NO)随时间
时间/s 0 1 2 3 4 5
n(NO)/mol 0.020 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007
(1)下图表示NO2的变化的曲线是________。

用O2表示从0～2 s内该反应的平均速率v＝________。

(2)能说明该反应已达到平衡状态的是________(填字母，下同)。

a．v(NO2)＝2v(O2) b．容器内压强保持不变
c．v逆(NO)＝2v正(O2) d．容器内密度保持不变
(3)为使该反应的反应速率增大，下列措施正确的是________。

a．及时分离出NO2气体 b．适当升高温度
c．增大O2的浓度 d．选择高效催化剂。