化学反应的方向和限度导学案.docx

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化学反应的方向和限度导学案

第二单元化学反应的方向和限度

【学习目标】

1.能初步根据反应的焓变、熵变判断化学反应的方向。

认识可逆反应的限度，建立化学平衡的观点。

2.知道化学平衡常数，会判断化学平衡状态。

3.形成实事求是的科学态度，掌握宏观到微观、现象到本质的科学研究方法。

化学反应的方向

【基础知识梳理】

一自发反应

1、完成课本P42“交流与讨论”

2、概念：

在一定和下，无需就能进行的反应，我们称之为自发反应。

思考：

定义中的外界帮助指的是什么？

二判断化学反应方向的依据

1、完成课本P43“你知道吗”

［小结1］反应方向的判断依据之焓变（△H）

H0的反应有自发进行的倾向。

且ΔH越，越有利于反应的自发进行。

2、思考：

放热反应可以自发进行，吸热反应不能自发进行”，你同意这种观点吗？

为什么？

3、阅读课本P43“阅读与思考”与P44并判断下列过程中能量的变化情况，这些物质的状态有没有改变呢？

如何改变？

CaCO3（s）==CaO（s）+CO2（g）

NH4Cl（s）+Ba（OH）2.8H2O（s）==2NH3（g）+BaCl2（s）+10H2O（l）

硝酸氨溶于水NH4NO3（s）==NH4+（aq）+NO3-（aq）

［小结2］反应方向的判断依据之熵变（△S）：

熵：

衡量一个体系混乱度的物理量，符号：

熵变：

反应前后体系熵的变化。

符号：

△S=－

ΔS>0：

体系的混乱度；ΔS<0：

体系的混乱度

自发反应有趋向于使体系的混乱度的倾向。

且ΔS越，越有利于反应的自发进行。

［课堂练习］根据你已有的知识经验，判断下列过程的熵变大于零还是小于零。

①H2O（s）→H2O（l）→H2O（g）ΔS0

②2NaHCO3（S）==Na2CO3（S）+CO2（g）↑+H2O（l）ΔS0

③NaOH（s）==Na+（aq）+OH-（aq）ΔS0

④N2（g）+3H2（g）

2NH3（g）ΔS0

［有关体系熵值的规律］

①同一物质，S（g）S（l）S（s）；

②产生气体的反应和气体的物质的量增加的反应

③固体溶解过程、墨水扩散过程、气体扩散过程，熵变均为正值，即△S0，为熵增过程；

4、思考：

自发反应一定是熵增加的反应吗？

［小结3］体系能量降低和混乱度增大都有促使反应自发进行的倾向。

所以要正确判断一个反应是否能自发进行，必须综合考虑反应的焓变△H即能量判据和熵变△S即熵判据.

（1）△H<0，△S>0该反应自发进行；

（2）△H>0，△S<0该反应自发进行；

（3）△H<0，△S<0该反应在较温度下能自发进行

（4）△H>0，△S>0该反应在较温度下能自发进行

［课堂练习］1、下列过程是非自发的是（）

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、实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。

对此说法的理解的叙述中，正确的是…………………………………………………………………………………………（）

A、所有的放热反应都是自发进行的

B、所有的自发反应都是放热的

C、焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素

D、焓变是决定反应是否具有自发性的判据

3、碳酸铵〔（NH4）2CO3〕在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法正确的是（）

A.碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大

B.碳酸铵分解是因为外界给予了能量

C.碳酸铵分解是吸热反应，根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

4、以下自发反应能用△H判据来解释的是…………………………………………〔　　〕

A硝酸铵自发地溶于水

B　2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）△H=+156.7kJ/mol

C（NH4）2CO3（s）=NH4HCO3（s）+NH3（g）△H=+74.9kJ/mol

D2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H=-285.8kJ/mol

5、下列反应的自发性，能用熵判据来解释的是……………………………………〔　　〕

A　4Fe（OH）2（s）+2H2O（l）+O2（g）=4Fe（OH）3（s）

B　NH4HCO3（s）+CH3COOH（aq）=CO2（g）+CH3COONH4（aq）+H2O（l）

CCaCO3（s）=CaO3（s）+CO2（g）

D2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）

6、下列反应中，一定不能自发进行的是……………………………………………〔　　〕

　A2KClO3（s）=2KCl（s）+3O2（g）　△H＝-78.03kJ·mol-1△S=1110J·mol-1·K-1

BCO（g）=C（石墨　s）+

O2（g）△H＝110.5kJ·mol-1△S=-89.36J·mol-1·K-1

C4Fe（OH）2（s）+2H2O（l）+O2（g）=4Fe（OH）3（s）△H＝-444.3kJ·mol-1△S=-280.1J·mol-1·K-1

DNH4HCO3（s）+CH3COOH（aq）=CO2（g）+CH3COONH4（aq）+H2O（l）

△H＝37.301kJ·mol-1△S=184.05J·mol-1·K-1

化学平衡状态

【基础知识梳理】

一、化学平衡的研究对象

可逆反应：

，同时进行着两个方向的反应，即正反应和逆反应。

【注】任何一个可逆反应都不会进行到底的，最终达到平衡状态时，一定是每一反应物和生成物都存在。

只有在同时进行的才互为可逆反应。

［课堂练习］1.下列为可逆反应的是…………………………………………………………（）

A氢气与氧气点燃可化合成水,水电解可生成氢气和氧气,因此氢气与氧气的反应是可逆反应。

B在催化剂的作用下，二氧化硫与氧气反应生成三氧化硫的同时，三氧化硫又有分解。

C碳酸钙在高温下分解生成氧化钙和二氧化碳，氧化钙和二氧化碳在常温下生成碳酸钙，因此这二个反应互为可逆反应。

2.当可逆反应2SO2+O22SO3达到平衡后，通入18O2，再次达到平衡时，18O存在于哪些分子中

A、SO3、O2B、SO2、SO3C、SO2、SO3、O2D、SO2、O2

3.在一定条件下，向一固定容积的容器中投入2molNO2进行反应：

2NO22NO+O2，一段时间后测得NO2、NO、O2的物质的量可能是（）

A.2molNO、0.75molO2B.1molNO2、1.2molNO

C.2molNOD.0.7molO2

二、化学平衡的建立

在一固定容积的密闭容器里，充入一定量的氮气和氢气，请分析合成氨反应中正、逆反应的反应速率、反应物和生成物的浓度随时间的变化情况，并用图像表示。

完成课本P47页的交流与讨论

三、化学平衡状态的定义：

指在的里，正反应和逆反应的相等，反应混合物中各组分的浓度的状态。

化学平衡状态是在一定条件下可逆反应进行的最大限度。

注意三点

1.前提（适用范围）：

2.内在本质

3.外在标志

四、化学平衡状态的特征

逆：

化学平衡的研究对象是可逆反应动：

动态平衡：

v（正）≠0；v（逆）≠0

等：

v（正）＝v（逆）≠0定：

c（B）或n（B）或ω（B）一定变：

条件改变→平衡改变

五、化学平衡状态的标志

［课堂练习］4.在一定的温度下，可逆反应：

A（g）+3B（g）2C（g）达到平衡的标志是（）

A.C的生成速率与C的分解速率相等B.单位时间生成nmolA，同时生成3nmolB

C.A、B、C的物质的量浓度保持不变D.A、B、C的分子数之比为1：

3：

2

E.容器中气体的密度保持不变F.混合气体的平均摩尔质量保持不变

G.容器中气体的总压强保持不变

5．（双选）可逆反应N2+3H22NH3的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示，下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是

A、3v正（N2）=v正（H2）B、v正（N2）=v逆（NH3）C、2v正（H2）=3v逆（NH3）D、v正（N2）=3v逆（H2）

6.下列说法中可以充分说明反应:

P（气）+Q（气）R（气）+S（气）,在恒温下已达平衡状态的是（）

A.反应容器内压强不随时间变化B.P和S的生成速率相等

C.反应容器内P、Q、R、S四者共存D.反应容器内总物质的量不随时间而变化

7.在一定温度下的恒容容器中，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（）

A.混合气体的压强B.混合气体的密度C.B的物质的量浓度D.气体的总物质的量

［小结］化学平衡状态的标志

（1）v正=v逆（本质特征）

①同一种物质：

该物质的生成速率等于它的消耗速率。

②不同的物质：

速率之比等于方程式中各物质的计量数之比，但必须是不同方向的速率。

（2）反应混合物中各组成成分的含量保持不变（浓度标志）：

①各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积（气体）、物质的量浓度均保持不变。

②各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数均保持不变。

③若反应前后的物质都是气体，且总体积不等，则气体的总物质的量、总压强（恒温、恒容）、平均摩尔质量、混合气体的密度（恒温、恒压）均保持不变。

④反应物的转化率、产物的产率保持不变。

六、化学平衡状态的判断

以可逆反应“mA（g）+nB（g）pC（g）+qD（g）”为例，判断下列各种情况下反应是否达到平衡状态。

是否平衡

混合体系中各组分的含量

①各组分的物质的量或物质的量分数一定

②各组分的质量或质量分数一定

③各气体的体积或体积分数一定

④总体积、总压强、总物质的量一定

正逆反应速率

的关系

①在单位时间内消耗了nmolA，同时也生成了nmolA

②在单位时间内消耗了nmolB，同时也消耗了pmolC

③在单位时间内生成了nmolB，同时也消耗了qmolD

④v（A）=v（B）=v（C）=v（D）=m∶n∶p∶q

压强

①当m+n≠p+q时，总压强一定（其他条件不变）

②当m+n＝p+q时，总压强一定（其他条件不变）

混合气体的平均相对分子质量（Mr）

①当m+n≠p+q时，Mr一定

②当m+n＝p+q时，Mr一定

温度

任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时（其他条件不变）

颜色

反应体系内有色物质的颜色稳定不变（其他条件不变）

气体的密度

密度一定

［课堂练习］8.（双选）下列说法可以证明反应N2+3H2

2NH3已达平衡状态的是（）

A.1个N≡N键断裂的同时,有3个H－H键形成

B.1个N≡N键断裂的同时,有3个H－H键断裂

C.1个N≡N键断裂的同时,有6个N－H键断裂

D.1个N≡N键断裂的同时,有6个N－H键形成

9．在一定温度下，容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图，下列表述中正确的是

A．反应的化学方程式为：

2M

NB．t2时，正逆反应速率相等，达到平衡

C．t3时，正反应速率大于逆反应速率D．t1时，N的浓度是M浓度的2倍

［总结］化学平衡状态的判断方法

直接判断法

①正反应速率等于逆反应速率v（正）=v（逆）（注：

用同种物质表示）

②各成分的浓度保持不变

间接判断法

①化学键的断裂与形成

②各成分的质量、物质的量、质量分数、物质的量分数、转化率等不随时间变化而变化

③各气体的体积不随时间变化而变化

特殊标志判断法

反应体系的总压强、总物质的量、总质量、混合气体的平均分子量、密度等都是有条件的特殊规律，视具体反应、具体条件决定是否可作为平衡的标志。

【课后训练】

1．化学平衡主要研究下列哪一类反应的规律

A.可逆反应B.任何反应C.部分反应D.气体反应

2．14CO2与碳在高温条件下发生反应：

14CO2＋C

2CO，达到化学平衡后，平衡混合物中含14C的微粒有

A．14CO2B．14CO2，14COC．14CO2，14CO，14CD．14CO

3．在一定条件下，可逆反应2A

B＋3C在下列4种状态中，处于平衡状态的是

A.正反应速率vA=2mol/（L·min）逆反应速率vB=2mol/（L·min）

B.正反应速率vA=2mol/（L·min）逆反应速率vC=2mol/（L·min）

C.正反应速率vA=1mol/（L·min）逆反应速率vB=1.5mol/（L·min）

D.正反应速率vA=1mol/（L·min）逆反应速率vC=1.5mol/（L·min）

4．（双选）在一定温度下，向aL密闭容器中加入1molX气体和2molY气体，发生如下反应：

X（g）+2Y（g）

2Z（g）此反应达到平衡的标志是

A．容器内压强不随时间变化B．容器内各物质的浓度不随时间变化

C.容器内X、Y、Z的浓度之比为l:

2:

2

D．单位时间消耗0.1molX同时生成0.2molZ

5．（双选）在一定温度下的定容密闭容器中，当下列物理量不再变化时，表明反应：

A（s）+2B（g）

C（g）+D（g）已达平衡的是

A．混合气体的压强B．混合气体的密度

C．B的物质的量浓度D．气体的总物质的量

6．可逆反应2NO2

2NO+O2在恒容密闭容器中反应，可以作为达到平衡状态的标志是

①单位时问内生成nmo1O2的同时生成2nmolNO2

②单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO

③混合气体的颜色不再改变④混合气体的密度不再改变的状态

⑤混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态

A．①③⑤B．②④⑤C．①③④D．①②③④⑤

7．（双选）一定条件下，密闭容器中能表示反应X（g）+2Y（g）

2Z（g）一定达到化学平衡状态的是

A、X、Y、Z的物质的量之比为1∶2∶2B、X、Y、Z的浓度不再发生变化

C、容器中的压强不再发生变化D、单位时间内生成2nmolZ同时消耗2nmolY

8．（双选）下列说法能说明反应P（g）+Q（g）

S（g）+R（g）在恒温恒容的密闭容器中已达平衡的是

A、容器里P、Q、R、S四种物质共存B、容器里Q、R的体积分数不再改变

C、容器内气体压强、密度不随时间变化D、单位时间内生成nmolP同时生成nmolS

9．在密闭容器中进行如下的反应：

X2（g）+Y2（g）

2Z（g）。

已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1mol·L—1，0.2mol·L—1，0.2mol·L—1，在一定条件下，当反应达平衡时，各物质的浓度有可能是

A、Z为0.3mol·L—1B、Y2为0.35mol·L—1

C、X2为0.3mol·L—1D、Z为0.4mol·L—1

10．在一定容积的密闭容器中放入3L气体R和5L气体Q，在一定条件下发生反应：

2R（g）+5Q（g）

4X（g）+nY（g）。

反应完全后，容器温度不变，混合气体的压强是原来的87.5%，则化学方程式中的n值是

A、2B、3C、4D、5

★11．恒温下，将amolN2与bmolH2的混合气体通入一个容积固定的密闭容器中发生如下反应：

N2（g）+3H2（g）

2NH3（g）

（1）若反应进行到某一时刻t时，n（N2）=13mol，n（NH3）=6mol，则a=

（2）反应达平衡时，混合气体的体积为716.8L（标准状况下），其中NH3的体积分数为25%，计算平衡时NH3的物质的量

（3）原混合气体与平衡混合气体的总物质的量之比n（始）∶n（平）=

（4）原混合气体中，a∶b=

（5）平衡混合气体中，n（N2）∶n（H2）∶n（NH3）=

第3课时化学平衡常数

【学习目标】

1、掌握化学平衡常数、平衡转化率的定义。

2、了解平衡常数表示的意义，使用时的注意事项。

3、掌握有关平衡常数的简单计算

【基础知识梳理】

一、化学平衡常数的概念

［思考］完成课本P48“交流与讨论”其中浓度的指数与化学方程式有何关系？

1化学平衡常数的概念

对某一可逆反应，在下，无论反应物的起始浓度如何，反应达到后，反应物与生成物浓度系数次方的比是一个常数，称为，用表示

2K的表达式：

对于下列可逆反应：

aA+bB

cC+dD，则有K=

其中c为各组分的

二、平衡常数K的书写注意事项：

阅读课本P49“交流与讨论”表2-9填空

①如果反应中有固体和纯液体参加，它们的浓度写在平衡关系式中，因为它们的浓度是

的，化学平衡关系式中只包括态物质和溶液中各的浓度。

［课堂练习］1．对于可逆反应C（s）+H2O（g）

CO（g）+H2（g），在一定温度下达到平衡时，其平衡常数表达式正确的是（）

A.K=[c（C）·c（H2O）]/[c（CO）·c（H2）]B.K=[c（CO）·c（H2）]/[c（C）·c（H2O）]

C.K=[c（H2O）]/[c（CO）·c（H2）]D.K=[c（CO）·c（H2）/[c（H2O）]]

2.根据平衡常数的定义，请大家写出下列可逆反应的平衡常数表达式

1）N2（g）+3H2（g）

2NH3（g）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.

2）2NH3（g）　

N2（g）+3H2（g）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.

3）N2（g）+3H2（g）

2NH3（g）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.

4）Fe3O4（s）+4H2（g）

3Fe（s）+4H2O（g）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.

5）Cr2O72-+H2O

2CrO42-+2H+　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

②平衡常数的表达式与方程式的书写有关

K1=；

K2=；

K3=；且三者关系为K1==

③平衡常数只表现反应进行的程度，即可能性问题，而不表现到达平衡所需的时间，即现实性问题；

K越大，反应越，反应倾向性

[课堂练习]3．下列数据是一些反应的平衡常数，试判断那个反应进行的最接近完全…………（）

A．K=1B．K=1010C．K=10ˉ1D．K=10ˉ7

4．某温度时，N2+3H2

2NH3的平衡常数K=a,则此温度下，NH3

3/2H2+1/2N2的平衡常数为…………………………………………………………………………（）

A．aˉ1/2B．a1/2C．a2D．aˉ2

三、平衡常数K的影响因素：

阅读课本P49表2-8，得出结论：

常数K只和有关；

[课堂练习]7.（双选）某温度下，反应mA（g）+nB（g）

pC（g）+qD（g）的平衡常数为Ｋ，下列说法正确的是

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随反应物浓度改变而改变．Ｄ.Ｋ随温度改变而改变．

四、平衡常数K的意义：

⒈平衡常数的数值大小可以判断反应进行的程度，估计反应的可能性。

（判断是否处于平衡状态）

如某温度下，可逆反应aA+bB

cC+dD平衡常数为K，若某时刻时，反应物和生成物的浓度关系如下：

浓度商Qc=

则：

Qc＝K，v正＝v逆，反应处于状态

Qc＜K，v正＞v逆，反应向方向进行

Qc＞K，v正＜v逆，反应向方向进行

[课堂练习]5．判断下列说法是否正确：

1）根据反应式2P+5Cl2

2PCl5可知，如果2mol的P和5mol的Cl2混合，必然生成2mol的PCl5。

（）

2）任何可逆反应在一定温度下，不论参加反应的物质浓度如何不同，反应达到平衡时，各物质的平衡浓度相同。

（）

3）可逆反应达到平衡后，增加反应物浓度会引起K改变。

（）

4）一个反应体系达到平衡时的条件是正逆反应速度相等。

（）

6.高炉炼铁中发生的基本反应之一如下：

FeO（s）+CO（g）

Fe（s）+CO2（g）△H<0。

已知1100℃时平衡常数K=0.263。

（1）温度升高，化学平衡移动后达到新的平衡，高炉内CO2和CO的体积比值，平衡常数K值（本小题空格均备选：

增大、减小或不变）

（2）1100℃时测得高炉中c（CO2）=0.025mol·Lˉ1，c（CO）=0.1mol·Lˉ1，在这种情况下，该反应是否处于化学平衡状态（选填“是”或“否”），此时，化学反应速率是υ（正）υ（逆）（选填大于、小于或等于），其原因是。

五、平衡常数的计算

完成课本P49例1

[课堂练习]7.合成氨的反应N2+3H2

2NH3在某温度下各物质的浓度平衡是:

[N2]=3mol·L-1,[H2]=9mol·L-1,[NH3]=4mol·L-1求该反应的平衡常数和N2、H2的初始浓度。

六、平衡转化率

1.概念：

平衡转化率是指平衡时已转化了的某反应物的量与转化前该反应物的量之比。

2.表达式：

完成课本P50例2

七、平衡常数的应用

例：

在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：

CO2（g）+H2（g）

CO（g）+H2O（g）其平衡常数K与温度t的关系如下表：

t

700

800

830

1000

1200

K

0.6

0.9

1.0

1.7

2.6

1、该反应的平衡常数表达式为：

2、某温度下，平衡浓度符合下式：

c（CO2）·c（H2）=c（CO）·c（H2O），试判断该温度为____

在此温度下，若该容器中含有1molCO2、1.2molH2、0.75molCO、1.5molH2O，这状态是否平衡状态？

若不是，反应向哪个方向进行？

［小结：

］

1、书写平衡常数表达式的注意事项：

①平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关。

②对于同一反应，正反应和逆反应的平衡常数互为倒数。

③平衡常数的单位与化学方程式的表示形式一一对应。

④对于有纯固体或溶剂参加的反应，它们的浓度不列入平衡常数的表达式中。

平衡常数的使用条件

①平衡常数与温度有关。

温度一定，确定的反应具有确定的平衡常数；温度改变，平衡常数改变。

②平衡常数与初始浓度无关。

3、K值与转化率的关系：

①K值越大，反应程度增大，转化率越高；反之则转化率越低。

转化率越大，反应越完全！

②分析反应在CO2（g）+H2（g）

CO（g）+H2O（g）的不同反应物浓度及相应的平衡转化率

结论：

提高氢气在原料所中的比例，可使二氧化碳的平衡转化率，反之亦然。

课后练习

1．下列关于化学平衡常数