1、学案42化学反应的方向和限度考纲要求1.了解化学反应的方向与化学反应的焓变和熵变之间的关系。2.掌握化学反应在一定条件下能否自发进行的判断依据。3.能够利用化学反应的焓变和熵变判断化学反应的方向。4.了解可逆反应的定义。5.理解化学平衡的定义。6.理解影响化学平衡的因素。7.理解化学平衡常数的定义并能进行简单计算。知识点一化学反应进行的方向及判断依据1自发反应在一定条件下_就能自发进行的反应称为自发反应。2判断化学反应方向的依据(1)焓变与反应方向研究表明，对于化学反应而言，绝大多数_都能自发进行，且反应放出的热量_，体系能量_得也_，反应越_。可见，_是制约化学反应能否自发进行的因素之一。(
2、2)熵变与反应方向研究表明，除了热效应外，决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的_。大多数自发反应有趋向于体系_增大的倾向。熵和熵变的含义a熵的含义熵是衡量一个体系_的物理量。用符号_表示。同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是：S(g)S(l)S(s)。b熵变的含义熵变是反应前后体系_，用_表示，化学反应的S越大，越有利于反应_。(3)综合判断反应方向的依据要正确判断一个化学反应是否能自发进行，必须综合考虑反应的_与_。在恒温、恒压时，如果反应的_，则该反应一定能自发进行；如果反应的_，则该反应一定不能自发进行；如果反应的_或_，反应是否能自发进行
3、与反应的_有关。问题思考1能自发进行的反应一定能实际发生吗？2为什么有时可用能量判据或熵判据判断反应进行的方向？知识点二可逆反应和化学平衡1可逆反应_条件下，既能向_方向进行，又能向_方向进行的化学反应。问题思考3反应2H2O通电点燃2H2O2是否为可逆反应？2化学平衡状态(1)概念一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率_，反应体系中所有参加反应的物质的_保持不变的状态。(2)建立过程在一定条件下，将0.3 mol CO和0.2 mol H2O(g)通入2 L密闭容器中，进行反应：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)。反应刚开始时，_浓度最大，正反应速率最大；_浓度为0，_反应
4、速率为0。随着反应的进行，反应物浓度逐渐_，正反应速率逐渐_；生成物浓度逐渐_，逆反应速率逐渐_，最终正、逆反应速率_，达到平衡状态，此时反应体系中各物质的浓度均_。依据以上叙述画出反应的vt图象：由vt图象_看出化学平衡是动态平衡，因为_，即反应仍在进行着。(3)平衡特点问题思考4化学平衡概念中，正反应速率和逆反应速率相等的含义是什么？知识点三化学平衡常数1概念在一定温度下，当一个可逆反应达到_时，生成物_与反应物_的比值是一个常数，用符号_表示。2表达式对于反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，K_(固体和纯液体的浓度为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。3意义(1)K值越大，反应
5、物的转化率_，正反应进行的程度_。(2)K只受_影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变。若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。一、化学平衡状态的判断1化学平衡状态的标志(1)v正v逆反应体系中_的消耗速率和生成速率相等(2)平衡混合物中各组成成分的含量保持不变各组分的_、_、_、_(有气体参加的可逆反应)、_等保持不变。2实例分析例举反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)是否平衡状态混合物体系中各成分的量各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定各物质的质量或各物质的质量分数一定
6、各气体的体积或体积分数一定总体积、总压强、总物质的量、总浓度一定正反应速率与逆反应速率的关系在单位时间内消耗了m mol A，同时生成m mol A，即v正v逆在单位时间内消耗了n mol B，同时消耗了p mol C，则v正v逆vAvBvCvDmnpq，v正不一定等于v逆在单位时间内生成n mol B，同时消耗q mol D，均指v逆，v正不一定等于v逆压强若mnpq，总压强一定(其他条件不变)若mnpq，总压强一定(其他条件不变)混合气体相对平均分子质量()一定，mnpq一定，mnpq温度任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定（其他条件不变）体系的密度()密度一定典例导悟1下列方法可
7、以证明H2(g)I2(g)2HI(g)，已达平衡状态的是_(填序号)。单位时间内生成n mol H2的同时，生成n mol HI一个HH 键断裂的同时有两个HI键断裂百分含量w(HI)w(I2)反应速率v(H2)v(I2)v(HI)c(HI)c(H2)c(I2)211温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化温度和体积一定时，容器内压强不再变化条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化温度和体积一定时，混合气体颜色不再变化温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化讨论：在上述的说法中能说明2NO2(g)2O4(g)达到平衡状态的是_(填序号)。二、等效平衡1含义在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压)
8、，对同一可逆反应体系，_时加入物质的物质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质的百分含量_。2原理同一可逆反应，当外界条件一定时，反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，最后都能达到平衡状态。其中平衡混合物中各物质的含量_。由于化学平衡状态与_有关，而与建立平衡的_无关。因而，同一可逆反应，从不同的状态开始，只要达到平衡时条件(温度、浓度、压强等)完全相同，则可形成等效平衡。3分析方法按照化学方程式的化学计量数关系，把起始物转化为方程式_的物质，通过对比两种情况下对应组分的起始量是相等，还是等比，来判断化学平衡是否等效(即“一边倒”)。4分类及判断方法等效平衡有两类反应(即n0、n0的反应)、两
9、种状态(即恒温恒容、恒温恒压)(1)恒温恒容条件下的体积可变反应判断方法：_即等效(2)恒温恒压条件下的体积可变反应判断方法：_即等效(3)恒温条件下体积不变的反应判断方法：无论是恒温恒容，还是恒温恒压，只要_即等效，因为压强改变对该类反应的化学平衡_。典例导悟2在一定温度下进行反应H2I22HI，有以下3种不同的起始投料方式(初始容器容积相同)：H2(g)I2(g)2HI(g) 1 mol 1 mol 0 mol 2 mol 2 mol 1 mol a mol b mol c mol(1)试判断和是否是等效平衡？(2)和均达平衡时，H2的物质的量是否相同？物质的量浓度是否相同？(3)若使和成
10、为等效平衡，则a、b、c应满足什么关系？题组一化学平衡状态的判断及平衡特征1(2011山东理综，28)研究NO2、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。(1)NO2可用水吸收，相应的化学反应方程式为_。利用反应6NO28NH3催化剂7N212H2O也可处理NO2。当转移1.2 mol电子时，消耗的NO2在标准状况下是_L。(2)已知：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H196.6 kJmol12NO(g)O2(g)2NO2(g)H113.0 kJmol1则反应NO2(g)SO2(g)SO3(g)NO(g)的H_kJmol1。一定条件下，将NO2与SO2以体积比12置于密闭容器中发生
11、上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是_。a体系压强保持不变b混合气体颜色保持不变cSO3和NO的体积比保持不变d每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2测得上述反应平衡时NO2与SO2体积比为16，则平衡常数K_。(3)CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如右图所示。该反应H_0(填“”或“”、“”或“”、“”或“”)。(2)已知：NH2COONH42H2ONH4HCO3NH3H2O，该研究小组分别用三份不同初始浓度的氨基甲酸铵溶液测定水解反应速率，得到c(NH2COO)随时间的变化趋势如下图所示。计算
12、25.0 时，06 min氨基甲酸铵水解反应的平均速率：_。根据图中信息，如何说明该水解反应速率随温度升高而增大：_。题组二化学平衡常数及应用3(2011上海，25)自然界的矿物、岩石的成因和变化受到许多条件的影响。地壳内每加深1 km，压强增大约25 00030 000 kPa。在地壳内SiO2和HF存在以下平衡：SiO2(s)4HF(g)SiF4(g)2H2O(g)148.9 kJ根据题意完成下列填空：(1)在地壳深处容易有_气体逸出，在地壳浅处容易有_沉积。(2)如果上述反应的平衡常数K值变大，该反应_(选填编号)。a一定向正反应方向移动b在平衡移动时正反应速率先增大后减小c一定向逆反应
13、方向移动d在平衡移动时逆反应速率先减小后增大(3)如果上述反应在体积不变的密闭容器中发生，当反应达到平衡时，_(选填编号)。a2v正(HF)v逆(H2O)bv(H2O)2v(SiF4)cSiO2的质量保持不变d反应物不再转化为生成物(4)若反应的容器容积为2.0 L，反应时间为8.0 min，容器内气体的密度增大了0.12 gL1，在这段时间内HF的平均反应速率为_。4(2010北京理综，12)某温度下，H2(g)CO2(g)H2O(g)CO(g)的平衡常数K。该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，投入H2(g)和CO2(g)，其起始浓度如下表所示。起始浓度甲乙丙c(H2)/(molL1)0
14、.0100.0200.020c(CO2)/(molL1)0.0100.0100.020下列判断不正确的是()A平衡时，乙中CO2的转化率大于60%B平衡时，甲中和丙中H2的转化率均是60%C平衡时，丙中c(CO2)是甲中的2倍，是0.012 molL1D反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢题组一化学反应进行的方向1下列说法错误的是()ANH4NO3溶于水是自发过程B同一种物质气态时熵值最大，液态时次之，而固态时最小C借助于外力能自发进行的过程，其体系的能量趋向于从高能状态转变为低能状态D由能量判据(以焓变为基础)和熵判据组合而成的复合判据，更适合于所有的过程2(2011长春质检)
15、有A、B、C、D 4个反应：反应ABCDH/kJmol110.51.8012611.7S/Jmol1K130.0113.084.0105.0则在任何温度都能自发进行的反应是_；任何温度都不能自发进行的反应是_；另两个反应中，在温度高于_时可自发进行的反应是_，在温度低于_时可自发进行的反应是_。题组二化学平衡状态及其判断3对于固定体积的密闭容器中进行的气体反应A(g)B(g)C(s)2D(g)，可以说明在恒温下已达到平衡状态的是()反应容器中压强不随时间变化而变化A气体和B气体的生成速率相等混合气体的平均摩尔质量不随时间变化而变化反应混合气体的密度不随时间变化而变化A B C D4(2011盐
16、城中学模拟)在容积不同的密闭容器内，分别充入等量的N2和H2，在不同温度下，任其发生反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)，并分别在t秒时测定其中NH3的体积分数，绘图如右图所示：(1)A，B，C，D，E五点中，尚未达到化学平衡状态的点是_。(2)此可逆反应的正反应是_反应(填“放热”或“吸热”)。(3)AC段的曲线是增函数，CE段曲线是减函数，试从反应速率和平衡角度说明理由：_。题组三化学平衡常数及其计算5设反应Fe(s)CO2(g)FeO(s)CO(g)HQ1的平衡常数为K1，反应Fe(s)H2O(g)FeO(s)H2(g)HQ2的平衡常数为K2，在不同温度下，K1、K2的值如下：T/K
17、K1K29731.472.381 1732.151.67.从上表可推断，反应是_(填“放”或“吸”)热反应；.现有反应H2(g)CO2(g)CO(g)H2O(g)HQ3，平衡常数为K3。(1)根据反应与推导出K1、K2、K3的关系式K3_；可推断反应是_(填“放”或“吸”)热反应。要使反应在一定条件下建立的平衡右移，可采取的措施有_(填字母序号)。A缩小容器体积 B降低温度C使用合适的催化剂 D设法减少CO的量E升高温度(2)根据反应、推导出Q1、Q2、Q3的关系式：_。(3)现在恒容密闭容器中通入一定量CO2，再慢慢通入H2，使发生上述反应，在其他条件不变时，若改变H2的起始量，容器中CO的
18、体积分数也随之改变，在右图中画出CO的体积分数随n(H2)变化的示意图。学案42化学反应的方向和限度【课前准备区】知识点一1无需外界帮助2(1)放热反应越多降低越多完全反应的焓变(2)混乱度混乱度a.混乱度Sb熵的变化S自发进行(3)焓变熵变H0H0，S0H0，S0，S0温度知识点二1相同正反应逆反应2(1)相等质量或浓度(2)反应物生成物逆减小减小增大增大相等保持不变可以v正v逆0(3)正反应速率逆反应速率质量(或浓度)知识点三1化学平衡浓度计量数次方的乘积浓度计量数次方的乘积K2.3(1)越大越大(2)温度问题思考1不一定，化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应自发进行的趋势，
19、并不能说明在该条件下反应一定能实际发生，还要考虑化学反应的快慢问题。2当能量判据与熵判据的差别较大时，可用能量判据或熵判据判断反应的方向。3不是可逆反应，因为条件不同。4这里的v正与v逆相等是对同一种物质而言的，不同的两种物质则必须是一个为正反应速率，另一个为逆反应速率且二者之比等于化学计量数之比。【课堂活动区】一、1.(1)同一物质(2)物质的量浓度质量分数物质的量分数体积分数反应物的转化率2是是是不一定是是不一定不一定是不一定是不一定是不一定二、1.起始相同2相同条件途径3同一半边4(1)极值等量(2)极值等比(3)极值等比无影响典例导悟1解析(1)对于反应前后气体分子总数不等的可逆反应，
20、可从化学反应速率、化学键断裂、物质的量、物质的量浓度、转化率、颜色、温度、相对原子质量、压强、密度等来判断。(2)对于反应前后气体分子总数相等的可逆反应，可从化学反应速率、化学键断裂、物质的量、物质的量浓度、转化率、颜色、温度等来判断(此时相对分子质量、压强、密度不能作为判断依据)。2(1)将中HI转化到左半边反应物中，则n(H2)n(I2)(20.5) mol(20.5) mol11，与中比值相同，故二者是等效平衡。(2)和都达平衡状态时，中H2的物质的量应是中的2.5倍。物质的量浓度亦是的2.5倍。(3)若使等效，a、b、c三者关系应满足：(1a)(1b)11或ab11，c0。【课后练习区
21、】高考集训1(1)3NO2H2O=2HNO3NO6.72(2)41.8b2.67或(3)在1.3104 kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，同时生产成本增加，得不偿失解析(1)根据题给化学方程式可知当6 mol NO2全部参加反应时，转移电子6 mol(40)24 mol，故转移1.2 mol电子时，消耗NO2 0.3 mol，即6.72 L。(2)设所给的两个反应方程式分别标注为2SO2(g)O2(g)SO3(g)H1196.6 kJmol1、2NO(g)O2(g)2NO2(g)H2113.0 kJmol1，所求总反应方程式的H为H3，H341.8 kJmol1。第2
22、问，由于该反应为前后气体体积相等的反应，故体系的压强始终保持不变，故不能以压强不变作为判断标志，故a错误；SO3与NO的体积比始终保持11，故c错；根据“异方向，量相当”的原理可知d错。设NO2和SO2的起始加入量分别为1 mol和2 mol，容器体积为V。则有：(设NO的转化量为x)NO2(g)SO2(g)SO3(g)NO(g)起始量(mol) 1 2 0 0转化量(mol) x x x x平衡量(mol) 1x 2x x x据题意有则x0.8 mol平衡常数K或2.67。(3)从图像来看，随着温度的升高，CO的转化率变小，故H(2)0.05 molL1min125 时反应物的起始浓度较小，
23、但06 min的平均反应速率(曲线的斜率)仍比15.0 时的大解析(1)根据化学平衡状态判断标志是v正v逆，各组分浓度不再发生变化，由NH2COONH4(s)2NH3(g)CO2(g)可见该反应为不等体积变化(即反应物和生成物气体分子数不相同)，可以得恒容状态下压强不变或混合气体密度不变时，反应即达到平衡状态，但上述反应中反应物无气体参加，因此生成物中各组分气体体积分数恒定不变。根据Kc2(NH3)c(CO2)21.6108(molL1)3。由NH2COONH4(s)2NH3(g)CO2(g)正反应气体分子数增加，增大压强平衡向逆反应方向移动。由表中数据可以得出温度升高，压强增大，即随着温度的
24、升高，平衡向正反应方向移动，因此正反应是吸热反应，所以H0；根据NH2COONH4(s)2NH3(g)CO2(g)，正反应是生成物气体分子数增多的反应，所以S0。(2)根据v得到v0.05 molL1min1。由图像数据可以得出，用不同初始浓度，不同温度下的平均反应速率的大小来说明：如25 时反应物的起始浓度较小，但06 min的平均反应速率(曲线的斜率)仍比15.0 时的大。3(1)SiF4、H2OSiO2(2)ad(3)bc(4)0.001 0 molL1min1解析(1)气体的溶解度随压强的增大而升高，固体溶解度不受压强的影响，地壳深处，压强大，有SiF4、H2O气体逸出，而SiO2易在
25、地壳浅处沉积。(2)平衡常数K值增大，必使生成物浓度增大，平衡正向移动，故a正确，c错误；平衡正向移动，所以逆反应速率先减小，随着平衡的移动，生成物浓度增大，所以逆反应速率也随之增大，故d正确，b错误。(3)用不同物质表示化学反应速率时，其速率之比等于化学计量数之比，故a错误，b正确；反应达到平衡时，各组分质量保持不变，正、逆反应速率相等，反应物和生成物之间并非不转化，故c正确，d错误。(4)根据密度的改变量，先求得质量的改变量，可计算出参加反应的HF的物质的量，进一步计算平均反应速率，设参加反应的HF质量为m(HF)，m0.12 gL12.0 L0.24 gSiO2(s)4HF(g)SiF4
26、(g)2H2O(g)m 420 g 104 218 60 g m(HF) 0.24 g m(HF)0.32 g则参加反应的HF的物质的量为0.016 mol，(HF)0.001 0 molL1min1。又因乙组中H2的起始浓度大于甲组，故乙组中的反应相当于在甲组平衡的基础上再加入0.010 molL1的H2，使平衡又继续正向移动，导致乙中CO2的转化率大于60%，因此A正确；丙可看作是2个甲合并而成的，又因H2(g)CO2(g)H2O(g)CO(g)是平衡不受压强影响的反应，故丙组达到平衡时，物质的转化率不变，仅各物质的浓度是甲组达到平衡时各物质的浓度的2倍，所以B正确，C错误；由于甲、乙、丙组中，丙的浓度最大，甲的浓度最小，所以丙反应速率最快，甲反应速率最慢，故D正确。考点集训1C2CB77 A161.6 D3A4(1)AB(2)放热(3)AC段：反应开始v正v逆，反应向右进行生成NH3；CE段：已达平衡，升温使平衡左移，NH3的体积分数减小解析由图判断可知，C点是第一个平衡点，则A、B两点尚未达到平衡状态。C点以后，随温度升高，NH3百分含量降低，说明平衡向逆反应方向移动，所以正反应是放热反应。5.吸.(1)K1/K2吸DE(2)Q3Q1Q2(3)