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第3課時　化學反應的限度
1．通過探究SO2與O2的反應，知道可逆反應的基本特點。
2．通過探究FeCl3與KI溶液的反應，認識化學反應存在一定的限度。
素材　問題導入——如何探究化學反應存在一定的限度？
化學反應是按照化學方程式中的化學計量關系進行的，我們正是據(jù)此進行有關化學方程式的計算。然而一個化學反應在實際進行時(如化學實驗、化工生產(chǎn)等)，反應物是否會按化學方程式中的計量關系完全轉變成產(chǎn)物？如果能，是在什么條件下？如果不能，原因是什么？現(xiàn)通過下列實驗進行說明。
步驟① 取5mL 0.1mol·L－1 KI溶液，滴加5～6滴0.1mol·L－1 FeCl3溶液
現(xiàn)象 溶液呈黃褐色
化學方程式 2FeCl3＋2KI===2FeCl2＋I2＋2KCl
離子方程式 2Fe3+＋2I－===2Fe2+＋I2
步驟② 在步驟①中繼續(xù)滴加2mL CCl4，充分振蕩
現(xiàn)象 上層顏色變淺，下層呈紫紅色
步驟③ 取步驟②的上層溶液，滴加KSCN溶液
現(xiàn)象 溶液呈血紅色
離子方程式 Fe3+＋3SCN－===Fe(SCN)3
結論 溶液中存在Fe3+, FeCl3未反應完全
在上述實驗中，少量FeCl3溶液與過量KI溶液反應。從充分反應的溶液中分離出I2單質(zhì)后，加入KSCN溶液仍然能檢測到Fe3+的存在，說明Fe3+并未完全轉化為Fe2+。由此可見，F(xiàn)eCl3和KI的反應沒有完全進行到底，該反應有一定的限度。
事實上，像這樣有一定限度的化學反應還有很多，它們都是可逆反應，反應物不能完全轉化為生成物。如SO2與O2在一定條件下合成SO3的反應、N2與H2在一定條件下合成NH3的反應等，都是可逆反應。
問題一　可逆反應有哪些特點？
1．可逆反應中，正、逆兩個反應在“同”一條件下“同時”進行。
反例：CaCO3CaO＋CO2↑與CaO＋CO2===CaCO3
2H2O2H2↑＋O2↑與2H2＋O22H2O
2．可逆反應中反應物不能完全轉化為生成物，反應物與生成物共存。如反應2SO2＋O22SO3中，無論怎樣改變反應條件都不能使SO2全部轉化成SO3。這是因為在SO2與O2發(fā)生化合反應生成SO3的同時，SO3也在發(fā)生分解反應生成SO2與O2。
問題二　“三段式”計算法。
1．基本步驟
(1) 確定反應物或生成物起始加入的物質(zhì)的量或物質(zhì)的量濃度。
(2) 確定反應過程中各物質(zhì)發(fā)生變化的物質(zhì)的量或物質(zhì)的量濃度。
(3) 確定反應進行到某一時刻反應物或生成物的物質(zhì)的量或物質(zhì)的量濃度。
(4) 在同一個化學反應中，用不同物質(zhì)表示反應速率時，如aA＋bB cC＋dD (A、B、C、D均為氣體)，有
v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)∶Δc(D)
＝Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)
＝a∶b∶c∶d
2．建構模型
若存在反應mA＋nB===pC＋qD(A、B、C、D均為氣體)。設反應物A、B的起始濃度分別為 amol·L－1、bmol·L－1, A的轉化濃度為mxmol·L－1，則有：
　　　　　　　　　　　　mA　＋　nB　===　pC　＋　qD
起始濃度/(mol·L－1) 　 　 　a　　　 b 0　　　 0
轉化濃度/(mol·L－1) 　 　 　mx　　　nx px qx
終態(tài)濃度/(mol·L－1) 　 　a－mx　　b－nx px qx
　下列對化學反應限度的敘述，錯誤的是(　D　)
A．任何可逆反應都有一定的限度
B．可逆反應中的反應物不能全部轉化為生成物
C．化學反應的限度與反應時間的長短無關
D．化學反應的限度是不可改變的
【解析】　化學反應的限度是在一定條件下建立的，當條件改變時，其限度也可能改變。
【素養(yǎng)要求】　認識化學反應有一定限度，可以通過改變外界條件調(diào)控化學反應的限度。
　下列關于反應N2＋3H22NH3的說法，正確的是(　A　)
A．升高體系溫度能增大反應速率
B．降低N2的濃度能增大反應速率
C．使用催化劑不影響反應速率
D．反應若在密閉容器中進行，N2和H2能100%轉化為NH3
【解析】　通常情況下，升高溫度、增大反應物的濃度、使用合適的催化劑，都可以增大化學反應速率。可逆反應中，反應物不能完全轉化為生成物。
【素養(yǎng)要求】　能從化學反應限度的角度解釋生產(chǎn)、生活中的簡單化學現(xiàn)象。
　在一容積固定的密閉容器中充入N2和H2，發(fā)生反應N2＋3H22NH3，反應2min后N2的濃度從開始時的1.0mol·L－1降到0.8mol·L－1。已知反應開始時H2的濃度是2.0mol·L－1。
求：(1)2min末，H2、NH3的物質(zhì)的量濃度。(2)2min末，H2的轉化率。
【答案】　(1) H2: 1.4mol·L－1　NH3: 0.4mol·L－1　(2) 30%
【解析】　解決與可逆反應有關的問題時，經(jīng)常用“三段式”計算法，即起始濃度(或物質(zhì)的量)、轉化濃度(或物質(zhì)的量)和某時刻的濃度(或物質(zhì)的量)。
　　　　　　　　　　　　　N2　＋　3H2 2NH3
起始濃度/(mol·L－1) 　 　 　1.0　　　2.0 　　　　　 0
轉化濃度/(mol·L－1) 　 　 　0.2　　　0.6　　　　　0.4
2min末濃度/(mol·L－1) 　 　0.8　　　1.4 0.4
2min末，H2的轉化率＝×100%＝30%。
【素養(yǎng)要求】　能夠進行關于可逆反應的簡單計算。
*選做強化題　將等物質(zhì)的量的A、B混合于2L密閉容器中，發(fā)生反應：3A＋B pC＋2D(A、B、C、D均為氣體)。經(jīng)2min后測得D的濃度為0.5mol·L－1, c(A)∶c(B)＝3∶5，以C表示的化學反應速率v(C)＝0.25mol·L－1·min－1。下列說法正確的是(　C　)
A．反應速率v(B)＝0.25mol·L－1·min－1
B．該化學方程式中p＝1
C．2min時，A的物質(zhì)的量為1.5mol
D．2min時，A的轉化率為60%
【解析】　設A、B的起始的物質(zhì)的量濃度為x。c(C)＝v(C)×Δt＝0.25mol·L－1·min－1×2min＝0.5mol·L－1。
　　　　　　　　　　　　　　3A　＋　B　 　pC　＋　2D
起始濃度/(mol·L－1) 　 　 　 　x x 　　 0 　　 0
轉化濃度/(mol·L－1) 　 　 　 　0.75 0.25 0.5　　 0.5
2min時的濃度/(mol·L－1) 　 　x－0.75 x－0.25 0.5　 0.5
c(A)∶c(B)＝(x－0.75)∶(x－0.25)＝3∶5, x＝1.5mol·L－1。v(B)＝＝＝0.125mol·L－1·min－1。由于C與D的轉化濃度相等，所以它們的化學計量數(shù)相等，p＝2。2min時，A的物質(zhì)的量濃度為1.5mol·L－1－0.75mol·L－1＝0.75mol·L－1。2min時，A的物質(zhì)的量為0.75mol·L－1×2L＝1.5mol。2min時，A的轉化率＝×100%＝50%。
【素養(yǎng)要求】　認識化學反應有一定的限度。

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