化学反应方向讲义Word文档格式.docx
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体系混乱度越小，熵值越小.
（2）.熵变：
反应前后体系熵的变化.
同一物质，S（g）﹥S（l）﹥S（s）
产生气体的反应、气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值
（△S＞0），为熵增加反应.
火柴散落、墨水扩散过程混乱度如何变化？
从混乱度变化角度分析它们为什么可以自发？
自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理，也就是反应方向判断的熵判据.
（3）.熵判据:
混乱度越大越稳定，△S>
0有利于反应自发进行
CaCO3（s）==CaO（s）+CO2（g）这个反应能否自发进行？
已知：
△H（298K）=+178.2KJ•mol,
△S（298K）=169.6J•mol-1•K-1
△S>
O有利于反应自发进行,自发反应不一定要△S>
熵变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素.
3.复合判据（自由能变化）.
△G=△H—T△S
当△G<
0时，反应自发进行
当△G>
0时，反应不自发进行
当△G=0时，平衡状态
温度对反应自发性的情况:
类型
△H
△S
△H—T△S
反应的自发性
1
-
+
永远是—
任何温度都是
自发反应
2
永远是+
任何温度下都是
非自发反应
3
高温+低温—
高温是非自发反应
低温是自发反应
4
高温—
低温+
高温是自发反应
低温是非自发反应
【注意点】：
（1）.反应的自发性只能用于判断反应发生的方向，不能确定反应是否一定会发生和反应发生的速率.
如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，其发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现.
（2）.在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰时体系的性质.如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果.
如水泵可以把水从低水位升至高水位；
高温高压石墨转化为金刚石的例子，实现后者的先决条件是要向体系中输入能量，该过程的本质仍然是非自发性的.
完成P42表2－5.
【课堂练习】：
1.下列过程是非自发的是D
A.水由高处向低处流B.天然气的燃烧
C.铁在潮湿空气中生锈D.室温下水结成冰
2.碳酸铵〔（NH4）2CO3〕在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是A
A.其分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大
B.其分解是因为外界给予了能量
C.其分解是吸热反应，据能量判据不能自发分解
D.碳酸盐都不稳定，都能自发分解
3.下列说法正确的是C
A.凡是放热反应都是自发的，由于吸热反应都是非自发的
B.自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减少或不变
C.自发反应在恰当条件下才能实现
D.自发反应在任何条件下都能实现
4.自发进行的反应一定是D
A.吸热反应B.放热反应
C.熵增加反应D.熵增加或者放热反应
第二课时化学平衡状态化学平衡常数
一、化学平衡的建立
1．可逆反应：
在相同条件下同时能向正反应方向和逆反应方向进行的反应。
电解
点燃
注：
①．相同条件下的反应。
如：
2H2+O2===2H2O，2H2+O2===2H2O（非可逆）
△
②．有气体参加的必须在密闭容器中
敞口容器：
CaCO3==CaO+CO2↑不可逆
密闭容器：
CaCO3CaO+CO2可逆
③．同时具有正反应速率、逆反应速率。
2．化学平衡
引言：
初中溶解平衡
书P43CO+H2OCO2+H2
分析：
①．反应刚开始时，反应物和生成物的浓度如何变化？
V正、V逆变化？
②．随反应的进行，反应物和生成物的浓度如何变化？
③．当V正=V逆时，反应物的浓度和生成物的浓度是否再变化？
1．定义：
化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
注：
化学平衡的特征：
动、等、定、变
A．反应平衡时，V正=V逆≠0，是动态平衡。
V正=V逆是指同一个特定的物质的正、反速率。
B．反应混合物中，各物质的浓度不再改变，百分含量保持不变。
但平衡时，各物质的浓度不一定相等。
C．外界条件变化时，原有平衡被破坏，出现新的平衡。
提问：
1．某化学反应达到平衡时反应物的浓度等于生成物的浓度，是否正确？
2．化学反应达到平衡时，反应停止了，所以各物质的百分含量保持不变。
这句话
对吗？
例1：
二氧化氮在加热条件下能够分解成一氧化氮和氧气。
该反应进行到35s时，达到平衡（NO2浓度约为0.010
）。
图中曲线表示二氧化氮分解反应在前20s内的反应进程。
①、若反应延续至60s，请在图中用实线接着画出20s～60s的反应进程曲线。
②、若在反应开始时加入催化剂（其他条件都不变），请在图上用虚线画出加入催化剂后的反应进程曲线。
2．化学平衡的判断
直接标志：
A．V正=V逆
B．各组分的m、n不变。
C．通过含量：
各组分的质量分数、物质的量分数、（恒温、衡压下）气体的体积分数不变。
D．通过浓度：
各组分的浓度不变。
间接标志：
A．通过总量：
前提：
气体反应Δ≠0时。
体系的n（总）、p（总）、v（总）不变。
B．通过复合量：
、ρ不变。
C．其他：
如平衡体系颜色不变（实际是有色物浓度不变）
例：
1．在一定温度下，可逆反应4A（气）＋5B（气）4C（气）＋6D（气）达到平衡的标志是（D）
A．单位时间内消耗nmol的A，同时生成nmol的C
B．单位时间内消耗4nmol的A，同时生成5nmol的B
C．A、B、C、D的分子数之比为4∶5∶4∶6
D．容器的总压强不随时间而变化
2．在一定温度下，可逆反应A2（g）+B2（g）2AB（g）达到平衡的标志是（C）
A．容器的总压强不随时间而变化。
B．单位时间内有nmolA2生成同时就有nmolB2生成。
C．单位时间内有nmolA2生成同时就有2nmolAB生成。
D．单位时间内有nmolB2发生反应同时就有nmolAB分解。
3．下列哪种说法可以证明反应N2+3H22NH3已达平衡状态（AD）
A．一个NN健断裂的同时，有三个HH健形成。
B．一个NN健断裂的同时，有三个HH健断裂。
C．一个NN健断裂的同时，有六个NH健形成。
D．一个NN健断裂的同时，有三个HH健断裂。
4．H2（气）+I2（气）2HI（气）已经达到平衡状态的标志是（③④⑦⑨）
①c（H2）＝c（I2）＝c（HI）
②c（H2）∶c（I2）∶c（HI）＝1∶1∶2
③c（H2）、c（I2）、c（HI）不再随时间而改变
④单位时间内生成nmolH2的同时生成2nmolHI
⑤单位时间内生成nmolH2的同时生成nmolI2
⑥反应速率v（H2）=v（I2）=
v（HI）
⑦一个H－H键断裂的同时有两个H－I键断裂
⑧温度和体积一定时，容器内压强不再变化
⑨温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化
⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化
（11）条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化
5．常温下，将AmolNO2置于一体积可变的密闭容器中，保持压强恒定，发生反应2NO2（气）N2O4（气），达到平衡后，测得混合气体对氢气的相对密度为28.75，求NO2的转化率。
解析：
巧解，差量法设原有NO21mol
2NO2＝N2O4△n
2mol1mol
x1mol－
x＝0.4mol∴40％
二、化学平衡常数
数据分析：
书P44表2－6
定义：
对反应mA+nBpC+qD
平衡常数K=
1．任一可逆反应K仅与温度有关，与浓度无关。
即温度不变则K定值。
2．K意义：
表示反应的程度，K越大,反应进行的程度越大。
即原料转化率越大。
3．K与反应的起始方向无关，通过反应常数K′与平衡常数的比较，可判定反应
方向。
反应状态
K′＝K平衡状态
K′>
K向逆反应方向进行
K′<
K向正反应方向进行
4．反应中有固体和纯液体的，其浓度不随反应而变化，因此其浓度不计算在表达式中。
如：
CaCO3（s）CaO（s）+CO2（g）K=c（CO2）
CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（l）K=
5．稀溶液中反应物有水参加，水的浓度也不计算在内。
Cr2O72－+H2O2CrO42－+2H＋K=
6．对同一个化学反应，不同的化学方程式对应不同的平衡常数关系及平衡常数。
N2O4（g）2NO2（g）K=
N2O4（g）NO2（g）K=
7．对于气体反应，可以用平衡时物质的量浓度表示，也可以用平衡时气体的分压表示。
N2O4（g）2NO2（g）K=
1．在某温度下，可逆反应mA+nBpC+qD的平衡常数为K，下列说法正确
的是（AD）
A．K越大，达到平衡时，反应进行的程度越大。
B．K越小，达到平衡时，反应物的转化率越大。
C．K随反应物浓度的改变而改变。
D．K随温度的改变而改变。
E．K越大，反应的速率越大。
2．现由可逆反应CO（气）+H2O（气）CO2（气）+H2（气）－△H，在850℃时，K＝1。
①若温度升高至950℃，反应达到平衡时，K_<
___1（<
、>
、＝）
K值越大表示反应越易向正反应方向进行，升温反应逆反应方向移动即不易向正反应方向进行。
②850℃时在固定容积的密闭容器中放入混合物，起始浓度c（CO）=0.01mol/L，c（H2O）（气）=0.03mol/L，c（CO2）=0.01mol/L，c（H2）=0.05mol/L。
则反应开始时，H2O（气）的消耗速率比生成速率___小____（大、小、不确定）
反应常数K′＝
＝
>
1，即反应要向K＝1的方向进行只能使分子减小、分母增大即向逆反应进行。
③850℃时，若将②中H2O起始浓度增加到0.1mol/L，则反应向（填正反应、逆反应）______方向进行；
达到平衡时α（CO）＝______。
<
1正反应方向进行
温度不变即K不变CO（气）+H2O（气）=CO2（气）+H2（气）
起始浓度0.010.10.010.05
变化浓度xxxx
平衡浓度（0.01－x）（0.1－x）（0.01＋x）（0.05＋x）
K=1=
得α（CO）
④保持容器温度、体积不变，若在容器中充入适量的H2，则重新达到平衡时，CO的反应速率比充H2之前___增大___（大、小、不确定）理由是什么？
增大任一反应物或生成物的浓度，化学反应速率都增大。
3．在一定条件下，氨气和氮氧化物（NOn）能发生氧化还原反应。
将一定量的氨气和氮氧化物充入一真空的恒容密闭容器中，保持温度不变，使反应达到平衡。
①配平化学方程式NH3（气）＋NOn（气）N2（气）＋H2O（气）
4nNH3（气）＋6NOn（气）（2n+3）N2（气）＋6nH2O（气）
②分析氨气的反应速率v与时间t的关系如图所示，已知：
m＝0.22mol/（L·
min），p＝250。
反应中氨气的瞬时速率与氨气的存留浓度的关系为v∶c（NH3）=1∶6（数据）。
在下表①～⑤中填入v和c（NH3）。
tmin
v（NH3）mol/（L·
min）
c（NH3）mol/L
0.22
①
5
②
③
平衡时
④
⑤
由图可知，该反应在t＝9min时达到平衡。
另外由
速率－时间关系v－m=－
知v=m－
；
又氨气的瞬时速率与氨气的存留浓度的关系为v∶c（NH3）=1∶6。
联立求解。
1.32
0.17
1.02
0.058
0.34
③若起始时混合气体总浓度为2.5mol/L，在恒温恒容条件下达到平衡时，测得压强是反应前的1.28倍，则NOn中的n是多少？
由②可知：
t＝0，c（NH3）=1.32mol/L；
达到平衡时，t＝9min，c（NH3）=0.34mol/L。
若取定容器体积为1L，则参加反应的氨气的物质的量是0.98mol。
又根据反应4nNH3（气）＋6NOn（气）＝（2n+3）N2（气）＋6nH2O（气）△n＝4n－3，知每有4nmolNH3参加反应，混合气体的物质的量就减少（4n－3）mol，
因此，得4n∶（4n－3）＝0.98mol∶（0.28×
2.5mol）n＝2.625
（△n也可由定义求出
n2=3.2mol△n＝3.2mol－2.5mol＝0.7mol）
重难点一能量变化和熵变与化学反应的关系
任何反应体系都有趋向于从高能状态转变为低能状态和从有序自发地转变为无序的倾向。
因此影响和决定化学反应进行方向的因素是能量变化（即焓变）和熵变。
1．化学反应的方向与能量的关系
能量变化是一个与反应能否自发进行有关的因素，但不是决定反应能否自发进行
的惟一因素。
（1）多数能自发进行的化学反应是放热反应。
例如：
在常温、常压下，氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应是自发的，反应放热：
4Fe（OH）2（s）＋2H2O
（1）＋O2（g）===4Fe（OH）3（s）
ΔH（298K）＝－444.3kJ/mol
（2）有不少吸热反应也能自发进行。
NH4HCO3（s）＋CH3COOH（aq）===CO2（g）＋CH3COONH4（aq）＋H2O
（1）
ΔH（298K）＝＋37.30kJ/mol
（3）有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行。
[来源:
Z_xx_k.Com]
在室温下和较高温度下均为吸热过程的CaCO3的分解反应。
CaCO3（s）===CaO（s）＋CO2（g）
ΔH（298K）＝＋178.2kJ/mol
ΔH（1200K）＝＋176.5kJ/mol
所以反应能量判据不是决定反应能否自发进行的惟一因素。
2．化学反应的方向与熵变的关系
化学反应中要发生物质的变化或物质状态的变化，因此存在着熵变。
反应的熵变ΔS为反应产物总熵与反应物总熵之差。
对于确定的化学反应，在一定条件下具有确定的熵变。
（1）许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发进行。
产生气体的反应，
气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值，为熵增加反应。
2H2O2（aq）===2H2O（l）＋O2（g）；
NH4HCO3（s）＋CH3COOH（aq）===CO2（g）＋CH3COONH4（aq）＋H2O（l）；
（2）有些熵增加的反应在
常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行。
CaCO3（s）===CaO（s）＋CO2（g）；
C（石墨，s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）；
（3）铝热反应是熵减小的反应，它在一定条件下也可以自发进行。
2Al（s）＋Fe2O3（s）===Al2O3（s）＋2Fe（s）；
事实证明，熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素。
Zxxk.Com]
重难点二化学反应方向判断方法
1．传统的判断方法
（1）由不稳定物质向稳定物质转变
2NaHCO3
Na2CO3＋CO2↑＋H2O，稳定性：
NaCO3＞NaHCO3。
（2）离子反应中，对于复分解反应，一般是由易电离的物质向难电离的物质转变，或向离子浓度减小的方向转变。
①由溶解度大的物质向溶解度小的物质转变。
如Na2SO4＋CaCl2===CaSO4↓（微溶）＋2NaCl，CaSO4＋Na2CO3===CaCO3↓＋Na2SO4，所以溶解性：
CaCl2＞CaSO4＞CaCO3。
②由相对强酸（碱）向相对弱酸（碱）转变。
如2CH3COOH＋Na2CO3===2CH3COONa＋CO2↑＋H2O，NaSiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，所以酸性强弱：
CH3COOH＞H2CO3＞H2SiO3。
（3）由难挥发（高沸点）性物质向易挥发（低沸点）性物质转变。
①由难挥发性酸向挥发性酸转变。
如NaCl＋H2SO4（浓）
NaHSO4＋HCl↑，
所以沸点：
H2SO4（浓）＞HCl。
②由难挥发性酸酐向挥发性酸酐转变。
如CaCO3＋SiO2
CaSiO3＋CO2↑，
SiO2＞CO2。
③由难挥发性金属向挥发性金属转变。
如2RbCl＋Mg
MgCl2＋2Rb，所以沸点：
Mg＞Rb。
（4）由氧化性（还原性）强的物质向氧化性（还原性）弱的物质的转变。
如2FeCl3＋2KI===2FeCl2＋2KCl＋I2,2FeCl2＋Cl2===2FeCl3，所以氧化性Cl2＞FeCl3＞I2。
2．用焓变和熵变判断反应的方向
体系的自由能变化（符号为ΔG，单位为kJ/mol）综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行的方向的判断，ΔG＝ΔH－TΔS。
（1）当ΔH＜0，ΔS＞0时，ΔG＜0，反应自发进行。
（2）当ΔH＞0，ΔS＜0时，ΔG＞0，反应不能自发进行。
（3）当ΔH＞0，ΔS＞0或ΔH＜0，ΔS＜0时，反应是否自发进行与温度有关，在一定温度下可使ΔG＝0，即反应达平衡状态。
特
别提醒 ①根据ΔH－TΔS＜0判断的只是反应能否自发进行的可能性，具体的反应能否实际发生，还涉及到化学反应速率的问题。
1判断一个化学反应能否自发进行，若无任何外加条件，可以认为我们所学过的化学
反应（电解反应除外）都是能够自发进行的。
例1
下列说法中正确的是（ ）
A．凡是放热反应都是自发的，凡是吸热反应都是非自发的
B．自发反应一定是熵增大的反应，非自发反应一定是熵减小或不变的反应[来源:
学.科.网Z.X.X.K]
C．自发反应在恰当条件下才能实现
D．自发反应在任何条件下都能实现
答案 C
解析 放热反应常常是容易进行的过程，吸热反应有些也是自发的；
自发反应的熵不一定增大，可能减小，也可能不变。
过程的自发性只能用于判断过程的方向，是否能实现还要看具体的条件。
利用能量判
据和熵判据要综合考虑利用，不能简单的单一使用。
能量判据和熵判据，共同影响化学反应的方向，要结合二者进行综合判断，不能只看一种判据。
例2
研究表明，在温度、压力一定的条件下，化学反应的方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果，反应方向的判据为ΔH－TΔS。
若ΔH－TΔS<
0 反应能自发地进行；
若ΔH－TΔS＝0 反应达到平衡状态；
若ΔH－TΔS>
0 反应不能自发进行；
（其中ΔS表示熵变，为生成物总熵与反应物总熵之差）。
在电子工业中清洗硅片上的SiO2（s）的反应是：
SiO2（s）＋4HF（aq）===SiF4（g）＋2H2O（g）
ΔH（298.15K）＝－9
4.0kJ/mol
ΔS（298.15K）＝－75.8J/（mol·
K）。
设ΔH和ΔS不随温度而变化，试求此反应自发进行的温度条件。
答案 根据题意，要使反应能自发进行，须有ΔG＝ΔH－TΔS<
即有ΔG＝ΔH－TΔS
＝－94.0kJ/mol－T×
[－75.8J/（mol·
K）][来源:
<
则T<
≈1.24×
103K
发生离子反应的条件之一是生成气体，试利用上面讲的熵判据加以解释，由此你对于理论的指导作用是否有新的体会？
点拨 由于反应中生成气体是熵增大的过程，所以增大了反应的自发性。
与之类似的如用浓磷酸与食盐固体反应制取HCl，对复分解反应来说看似矛盾，但生成了HCl气体，是熵增大的过程，HCl脱离反应体系，使得反应得以继续进行。
在熔融状态下，用金属钠与氯化钾反应制取钾，把反应温度控制在金属钾的沸点以上，使钾以气体形式产生，既是熵增大的过程，又是减少生成物浓度，平衡向正反应方向移动的过程，都利用了理论知识使看似不能发生的反应得以进行。
1．墨水倒入水中，自发地散开。
把两种或两种以上彼此不发生反应的气体依次通入到同一个密闭容器中，它们能自发地混合均匀。
铵盐溶解常常是吸热的，但它们能在水中自发地溶解。
2．ΔH－TΔS＜0，反应能自发进行。
1．过程的自发性的作用是（ ）
A．判断过程的方向B．确定过程是否一定会发生
C．判断过程发生的速率D．判断过程的热效应
答案 A
解析 过程的自发性只能用于判断反应的方向，而不能判断过程是否发生和反应速率。
2．能用能量判据判断下列过程的方向的是（ ）
A．水总是自发地由高处往低处流
B．放热反应容易自发进行，吸热反应不能自发进行
C．有
序排列的火柴散落时成为无序排列
D．多次洗牌以后，扑克牌毫无规律的
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