1、第二单元化学反应的方向和限度一、化学反应进行的方向1.自发反应(1)含义：在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自动进行的反应。(2)特点：能量较高能量较低混乱度较小混乱度较大2.化学反应方向的判据二、化学平衡状态1.可逆反应(1)定义：_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)特点：反应物和生成物同时存在。任一反应物的转化率_100%。在一定条件下可达平衡状态。相同小于2.化学平衡状态(1)建立过程：反应刚开始时，反应物浓度最大，_反应速率最大；生成物浓度为0，_反应速率为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
2、终正、逆反应速率_，达到平衡状态，反应体系中各物质的浓度不再随时间的改变而发生变化。逆减小减小增大增大相等正(2)特点：浓度或百分含量三、化学平衡常数1.定义在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，该常数就是该反应的化学平衡常数。2.表达式对于可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，化学平衡常数K=，式中A、B、C、D的浓度均为平衡浓度。如在一定温度时，4 mol A在2 L的密闭容器中分解：A(g)2B(g)+C(g)，达到平衡时测得已有50%的A分解成B和C，此温度下，该反应的平衡常数为_。43.意义(1)K的大小能说明反应
3、进行的程度。K值越大(一定温度下)，说明反应进行得越完全，反应物转化率也越大。(2)利用K可预测一定温度和起始浓度下反应进行的限度。4.特点K的大小与物质的浓度、压强等无关，只随温度变化而变化。四、平衡转化率=100%。该反应物的起始浓度-该反应物的平衡浓度该反应物的起始浓度【思考辨析】1.焓变和熵变都可以独立的作为判断化学反应进行的方向的判据。()【分析】焓变和熵变都可以作为判断反应方向的依据，但是都不能独立的作为判断反应方向的依据。因为吸热反应和熵减反应也有许多能够自发进行的。应该综合考虑焓变和熵变来判断一个化学反应进行的方向。2.既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应，称为可逆
4、反应。()【分析】必须是同一条件下能同时向正逆反应方向进行才可以。3.对某一可逆反应，升高温度则化学平衡常数一定变大。()【分析】对于正反应吸热的反应，升高温度平衡正向移动，K增大；对于正反应放热的反应，升高温度平衡逆向移动，K变小。4.增大反应物的浓度，平衡正向移动，化学平衡常数增大。()【分析】增大反应物的浓度，平衡向正反应方向移动，但K不变化，因为K只受温度的影响，温度不变，K不变。5.可根据K随温度的变化情况判断反应的热效应。()【分析】若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。6.化学平衡常数和转化率都能体现反应进行的程度。()【分析】化学反
5、应达平衡时，各反应物的转化率达最大。化学平衡常数本身就是化学平衡时各物质浓度的关系。故平衡常数和转化率是从两个不同的角度来反映化学反应进行的程度。考点 1化学平衡状态的判断1.判断平衡状态的方法“逆向相等，变量不变”(1)“逆向相等”：反应速率必须一个是正反应的速率，一个是逆反应的速率，且经过换算后同一种物质的减少速率和生成速率相等。(2)“变量不变”：如果一个量是随反应进行而改变的，当不变时为平衡状态；一个随反应的进行保持不变的量，不能作为是否是平衡状态的判断依据。注意：用不同物质表示的反应速率之比等于化学计量数之比，不一定是平衡状态，因为不论是否达到平衡，该关系一定存在。各物质的物质的量之
6、比等于方程式的化学计量数比，不一定是平衡状态，因为此条件并不能说明各组分的物质的量不再变化了。用不同物质表示的正、逆反应速率之比等于方程式的化学计量数比，一定是平衡状态。2.不同条件下的平衡状态的判断装置及反应特征下列量不变，才一定是平衡状态N2(g)+3H2(g)2NH3(g)恒温恒容n(总)、w、c、p、N2(g)+3H2(g)2NH3(g)恒温恒压n(总)、w、c、I2(g)+H2(g)2HI(g)恒温恒容w、cI2(g)+H2(g)2HI(g)恒温恒压w、c说明：n(总)：混合气体的总的物质的量w：组分的百分含量c：气体的浓度：混合气体的密度p：容器内的压强：混合气体的平均相对分子质量
7、【误区警示】(1)根据正、逆反应速率来判断可逆反应是否达到平衡时，要注意用同一种物质正、逆反应速率相等，不同种物质正、逆反应速率之比等于化学计量数之比。(2)根据压强是否变化来判断可逆反应是否达到平衡时，要注意两点：一是容器的容积是否可变；二是反应前后气体的体积是否变化。(3)注意分析反应。对于不同的反应，用相同物理量判断时，结果可能不同。如压强不再变化时，对于气体体积变化的反应是平衡状态，但气体体积不变的反应不一定是平衡状态。【典例1】(2013郑州模拟)在体积固定的密闭容器中进行可逆反应：2NO2 2NO+O2，下列情况中能作为反应达到平衡状态标志的是()单位时间内生成n mol O2 的
8、同时生成2n mol NO2单位时间内生成n mol O2 的同时生成2n mol NO用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为221混合气体的颜色不再改变混合气体的密度不再改变混合气体的压强不再改变混合气体的平均相对分子质量不再改变A.B.C.D.全部【解题指南】解答本题时应注意以下3点：(1)利用相同时间内不同物质的变化量判断是否达到平衡时，注意是表示同方向还是不同方向。(2)该反应为在恒容容器中进行的反应前后气体体积不相等的反应。(3)反应物NO2为有色气体。【解析】选A。生成O2为正反应，生成NO2为逆反应，两者的速率之比等于12，证明反应达到平衡，对；生成O2和NO都是正反应，错；N
9、O2、NO、O2 的反应速率在任何时刻都为221，错；混合气体的颜色不再发生变化，说明NO2的浓度不再发生变化，说明反应达到了平衡状态，对；因为反应前后都是气体，气体的密度在恒容容器中始终不变，错；因为反应前后气体的体积不等，当容器内气体的压强不再发生变化时，说明容器内气体的物质的量不再发生变化，则反应达到平衡状态，对；该反应是气体物质的量变化的反应，混合气体的平均相对分子质量不发生变化，反应达到了平衡状态，对。因此A项正确。【变式训练】(2013温州模拟)在一定温度下的恒容密闭容器中，当下列物理量不再发生变化时，表明反应：A(s)+3B(g)2C(g)+D(g)已达平衡状态的是()混合气体的
10、压强；混合气体的密度；B的物质的量浓度；气体的总物质的量；混合气体的平均相对分子质量A BC D【解析】选B。首先要确定该可逆反应的特点：反应前后气体体积不变，反应物A为固体，再确认外界条件为恒温恒容条件。因此，压强、气体的总物质的量均为不变量，而混合气体的密度、B的物质的量浓度、混合气体的平均相对分子质量均为可变量，故选B。考点 2化学平衡常数及其应用1.化学平衡常数表达式(1)计算化学平衡常数时，分子、分母中的浓度指平衡浓度。(2)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。如N23H2 2NH3 Ka，则有2NH3 N23H2K1/a；NH3K(3)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，由于
11、其浓度可看作“1”而不代入公式。2.化学平衡常数的应用(1)判断反应进行的程度：化学平衡常数能够表示可逆反应进行的程度。一个反应的K值越大，表明平衡时生成物的浓度越大，反应物的浓度越小，反应物的转化率也越大。一般地说，当K105时，就认为反应基本进行完全了，当K0，因为反应后有气体生成，反应前为固体，所以混乱度增加，熵变大于0，A正确；吸热反应不一定不能自发进行，B错；熵增加的反应不一定能自发进行，C错；判断反应能否自发进行要根据H与S综合分析,D错。2.现在一容器中加入一定量的A和B，发生化学反应：A+2B3C。如果在反应中用v(A)、v(B)、v(C)表示正反应速率，用v(A)、v(B)、
12、v(C)表示逆反应速率，下列描述中正确的是()A在容器中，任何时候v(A)=v(B)=v(C)B在任何时候容器中都必然存在着：v(A)v(B)v(C)v(A)v(B)v(C)123C当v(A)=v(B)v(A)=v(B)时，表示反应已达到平衡状态D当v(A)v(B)时，表示反应已达平衡【解析】选B。在可逆反应中实际上存在两个反应，即正反应和逆反应，两个反应中的反应速率之比总是等于其化学计量数之比，所以v(A)v(B)v(C)v(A)v(B)v(C)123，故A错误，B正确。当v(A)v(A)或v(B)=v(B)时反应达到平衡状态，不会存在v(A)=v(B)v(A)=v(B)，故C错；v(A)、
13、v(B)都是逆反应速率，故D错。3某温度下反应H2(g)I2(g)2HI(g)的平衡常数K57.0，现向此温度下的真空容器中充入0.2 molL-1H2(g)、0.5 molL-1I2(g)及0.3 molL-1HI(g)，则下列说法中正确的是()A反应正好达平衡B反应向左进行C反应向某方向进行一段时间后K57.0D反应向某方向进行一段时间后c(H2)v(逆)D80 达到平衡时，测得n(CO)=0.3 mol，则Ni(CO)4的平衡浓度为2 molL-1【解析】选D。升高温度，平衡常数减小，说明正反应是放热反应，A错误；25 时，Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)的平衡常数为5104
14、，则其逆反应的平衡常数为210-5，B错误；在80 时测得某时刻Ni(CO)4、CO浓度均为0.5 molL-1，则大于平衡常数2，故反应逆向进行，所以v(逆)v(正)，C错误；80 达到平衡时，测得n(CO)=0.3 mol，根据平衡常数K=2，则Ni(CO)4的平衡浓度为2 molL-1，D正确。5.(1)下列叙述中，不正确的是_(填序号)某特定反应的平衡常数仅是温度的函数催化剂不能改变平衡常数的大小平衡常数发生变化，化学平衡必定发生移动达到新的平衡化学平衡发生移动，平衡常数必发生变化(2)将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：NH4I(s)NH3(g)HI(g)；2HI
15、(g)H2(g)I2(g)达到平衡时，c(H2)0.5 molL-1，c(HI)4 molL-1，则此温度下反应的平衡常数为_，反应的平衡常数为_，相同温度下H2(g)I2(g)2HI(g)的平衡常数为_。【解析】(1)化学平衡常数只受温度影响，与是否使用催化剂无关，均正确；平衡常数改变，则意味着温度必然改变，平衡必定移动，正确；通过改变除温度之外的其他条件使平衡移动，则平衡常数不变，不正确。(2)根据题干信息，可知平衡时：c(NH3)c(HI)2c(H2)4 molL-10.5 molL-125 molL-1。由化学平衡常数的定义，则反应的平衡常数Kc(NH3)c(HI)5420。反应的平衡
16、常数K其逆反应的平衡常数为64。答案：(1)(2)20 641(2012安徽高考)一定条件下，通过下列反应可实现燃煤烟气中硫的回收：SO2(g)+2CO(g)2CO2(g)+S(l)Ht1):反应时间/minn(CO)/moln(H2O)/mol01.200.60t10.80t20.20下列说法正确的是()A.反应在t1 min内的平均速率为v(H2)=0.40/t1 molL-1min-1B.保持其他条件不变，起始时向容器中充入0.60 mol CO和1.20 mol H2O，达到平衡时n(CO2)=0.40 molC.保持其他条件不变，向平衡体系中再通入0.20 mol H2O，与原平衡相
17、比，达到新平衡时CO转化率增大，H2O的体积分数增大D.温度升高至800，上述反应平衡常数为0.64,则正反应为吸热反应【解析】选B、C。A项，表中所给数据的单位为mol，反应在t1 min内的平均速率为v(H2)=(0.20/t1)molL-1min-1,A项错误；B项，由方程式可知CO和H2O(g)的量对该反应的影响相同，所以“起始时向容器中充入0.60 mol CO和1.20 mol H2O(g)”与“起始时向容器中充入1.20 mol CO和0.60 mol H2O(g)”将达到相同的平衡状态，对比表中反应时间为0、t1、t2三个时间的数据0t1，CO减少0.40 mol，根据方程式计
18、算H2O(g)也应减少0.40 mol，而到t2时H2O(g)的减少量仍然为0.40 mol，说明t1时已经达平衡，根据t1时的数据可求得n(CO2)=0.40 mol,B项正确；C项，增大反应物水蒸气的浓度，平衡正向移动，CO转化率增大，水蒸气的转化率降低，水蒸气的体积分数增大，C项正确；D项，t1时为平衡状态，根据表中数据可求得t1时的平衡常数为1，温度升高，平衡常数减小，说明温度升高平衡逆向移动，说明正反应为放热反应，D项错误。3.(2012山东高考节选)一定温度下，反应N2O4(g)2NO2(g)的焓变为H。现将1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平
19、衡状态的是_。若在相同温度下，上述反应改在体积为1 L的恒容密闭容器中进行，平衡常数_(填“增大”“不变”或“减小”)，反应3 s后NO2的物质的量为0.6 mol，则03 s 内的平均反应速率v(N2O4)=_ molL-1s-1。【解析】作为化学平衡状态的标志，须由原来的“变量”变到“不变量”，方可说明，在恒压条件下，随着反应的进行，气体的总的物质的量不断增加，容器的体积增大，故密度变小，当密度不变时，可说明化学反应达到平衡状态，a正确；b图，作为反应热，H只与这个化学方程式有关，是一个不变量，它不会随着反应“量”的变化而变化，b错误；c图，用化学反应速率判断可逆反应是否达到平衡状态时，一
20、定是“异向”，且它们的反应速率之比等于化学计量数之比，故c错误。d图，当NO2的转化率不变时，说明v(正)=v(逆)，反应达到了平衡状态，d正确。平衡常数是温度的函数，只受温度的影响，故温度不变，化学平衡常数不变。由题意可知，NO2的化学反应速率，v(NO2)=0.2 molL-1s-1，由化学反应速率之比等于化学计量数之比，得出v(N2O4)=0.1 molL-1s-1。答案：a、d 不变0.14.(1)(2012福建高考节选)在恒容绝热(不与外界交换能量)条件下进行2A(g)+B(g)2C(g)+D(s)反应，按下表数据投料，反应达到平衡状态，测得体系压强升高。简述该反应的平衡常数与温度的
21、变化关系：_。物质ABCD起始投料/mol2120(2)(2012福建高考节选)除去杂质的化学方程式可表示为过滤后母液的pH=2.0,c(Fe3+)=a molL-1,c()=b molL-1,c()=d molL-1，该反应的平衡常数K=_(用含a、b、d的代数式表示)。(3)(2012浙江高考节选)对于气相反应，用某组分（B）的平衡压强（pB）代替物质的量浓度（cB）也可表示平衡常数（记作Kp），则反应CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)H=206.2 kJmol-1，Kp=_;随着温度的升高，该平衡常数_（填“增大”“减小”或“不变”）。【解析】(1)开始时没有加入D，所
22、以反应正向进行，该反应是气体分子数减小的反应(注意D为固态)，而反应达到平衡状态时，测得体系压强升高，则只能由温度升高导致，故反应一定是放热反应，因此平衡常数随着温度的升高而减小。(2)c(H+)10-2 molL-1，固体不能带入平衡常数表达式中，故K(3)根据信息可知，Kp=由于该反应H 0，是吸热反应，所以升温平衡正向移动，平衡常数增大。答案：(1)平衡常数随着温度的升高而减小(或其他合理答案)(2)(3)增大【反思提升】1.书写平衡常数表达式时：一定要按照平衡常数的定义去书写，注意纯固体或液体不能出现在表达式中。2.利用“三段式”进行平衡常数的计算时：通常的思路是写出平衡方程式，列出相关量(起始量、变化量、平衡量)，确定各量之间的关系，列出比例式或等式或依据平衡常数求解。
