辅导21 化学反应平衡 课件教师版.docx

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辅导21化学反应平衡课件教师版

四、化学反应的限度

课时1　化学反应的方向与限度

最新考纲

1．了解化学反应的可逆性。

2.了解化学平衡建立的过程。

3.理解化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行简单的计算。

考点一　化学反应进行的方向

1．自发反应

（1）含义

在温度和压强一定的条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。

（2）特点

①体系趋向于从高能状态转变为低能状态（体系对外部做功或释放热量）。

②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性（无序体系更加稳定）。

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，绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全；有少数吸热反应也能自发进行。

可见，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。

（2）熵变与反应方向

①熵和熵变的含义

a．熵的含义

熵是衡量一个体系混乱度的物理量。

用符号S表示。

注意：

①同一条件下，不同物质有不同的熵值，②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熵的变化，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。

②研究表明，除了热效应外，影响化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度。

大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。

（3）综合判断反应方向的依据

①ΔH－TΔS<0，反应能自发进行。

②ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态。

③ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。

探究思考

1．能自发进行的反应一定能实际发生吗？

答案　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，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．判断正误

①凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的（　　）

②自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小（　　）

③反应2Mg（s）＋CO2（g）===C（s）＋2MgO（s）能自发进行，则该反应的ΔH>0（　　）

④所有的放热反应都是自发进行的（　　）

⑤焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素（　　）

⑥焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据（　　）

答案　①×　②×　③×　④×　⑤　⑥×

【示例1】（高考题组合）判断正误：

（1）反应NH3（g）＋HCl（g）===NH4Cl（s）在室温下可自发进行则该反应的ΔH<0（2013·江苏化学，11A）（　　）

（2）CaCO3（s）===CaO（s）＋CO2（g）室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0（2012·江苏化学，10A）（　　）

（3）一定温度下，反应MgCl2（l）===Mg（l）＋Cl2（g）的ΔH>0，ΔS>0（2011·江苏化学，12A）（　　）

（4）常温下，反应C（s）＋CO2（g）===2CO（g）不能自发进行，则该反应的ΔH>0（2010·江苏化学，8B）（　　）

思维启迪焓变和熵变只是影响化学反应方向的因素，而由焓变和熵变组成的复合判据才是判断反应是否能自发进行的根本依据，反应是否自发与温度有关，一般低温时焓变影响为主；高温时熵变影响为主。

根据ΔH－TΔS可准确判断反应进行的方向。

解析　

（1）反应的ΔS<0，在室温下反应能自发进行，根据ΔH－TΔS<0，则该反应的ΔH<0。

（2）CaCO3分解是吸热反应，ΔH>0且ΔS>0，由此可知该反应高温下能自发进行。

（3）此反应为高温下MgCl2的分解反应，ΔH>0，ΔS>0，正确。

（4）该反应ΔS>0，常温下不能自发进行，则有ΔH－TΔS>0故ΔH>0。

答案　

（1）　

（2）×　（3）　（4）

1．（2013·菏泽一中一轮复习巩固练习）知道了某反应有自发性之后，则（　　）。

A．可判断出反应的方向

B．可确定反应是否一定会发生

C．可预测反应速率的大小

D．可判断反应的热效应

解析　已知某反应可自发进行，只能判断反应的方向，不能判断反应是否会发生、反应速率的大小、反应的热效应。

答案　A

2．下列关于ΔH－TΔS说法中正确的是（　　）。

A．ΔH－TΔS可用于判断所有条件下的反应能否自发进行

B．ΔH－TΔS只用于判断温度、体积一定的反应能否自发进行

C．ΔH－TΔS只用于判断温度、压强一定的反应能否自发进行

D．ΔH－TΔS＜0的反应，在该条件下一定剧烈反应

解析　ΔH－TΔS判据只适用判断一定温度和压强下的反应能否自发进行，A、B错误，C正确；ΔH－TΔS＜0的反应可以自发进行，但不一定是剧烈反应，D错误。

答案　C

3．（2013·重庆模拟）下列说法正确的是（　　）。

A．能自发进行的反应一定能迅速发生

B．反应NH4HCO3（s）===NH3（g）＋H2O（g）＋CO2（g）　ΔH＝＋185.57kJ·mol－1能自发进行，是因为体系有自发地向混乱度增大的方向转变的倾向

C．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为判断反应能否自发进行的判据

D．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向

解析　能自发进行的反应并不一定能迅速发生，A项错误；应将焓变和熵变二者综合起来即利用复合判据进行反应自发性的判断，C项错误；D项中使用催化剂能改变反应的活化能，但不能改变反应进行的方向，错误。

答案　B

考点二　可逆反应与化学平衡状态

1．可逆反应

（1）定义

在同一条件下既可以向正反应方向进行，同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。

（2）特点

①二同：

a.相同条件下；b.正逆反应同时进行。

②一小：

反应物与生成物同时存在，任一组分的转化率都小于（填“大于”或“小于”）100%。

（3）表示

在方程式中用“”表示。

2．化学平衡状态

（1）概念

在一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持不变的状态。

（2）化学平衡的建立

（3）平衡特点

探究思考

1．向含有2mol的SO2的容器中通入过量氧气发生2SO2＋O2

2SO3，充分反应后生成SO3的物质的量________2mol（填“<”、“>”或“＝”，下同），SO2的物质的量________0mol，转化率________100%。

答案　<　>　<

2．对于可逆反应：

2NO2（g）

2NO（g）＋O2（g）

（1）在一恒容的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是________。

（2）在恒压容器中进行，达到平衡状态的标志是________。

①单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2　②单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO　③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态　④混合气体的颜色不再改变的状态　⑤混合气体的密度不再改变的状态　⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态　⑦混合气体的压强不再改变的状态

答案　

（1）①④⑥⑦　

（2）①④⑤⑥

【示例2】（2012·山东，29节选）偏二甲肼与N2O4是常用的火箭推进剂，二者发生如下化学反应：

（CH3）2NNH2（l）＋2N2O4（l）===2CO2（g）＋3N2（g）＋4H2O（g）（Ⅰ）

（1）火箭残骸中常现红棕色气体，原因为：

N2O4（g）2NO2（g）（Ⅱ），当温度升高时，气体颜色变深，则反应（Ⅱ）为________（填“吸热”或“放热”）反应。

（2）一定温度下，反应（Ⅱ）的焓变为ΔH。

现将1molN2O4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衡状态的是________。

解析　

（1）温度升高，气体颜色变深，说明平衡正向移动，则正反应为吸热反应。

（2）该反应由正方向开始进行，且是气体体积增大的反应，恒压时，容器的体积增大，气体的密度随容积的增大而减小，达到平衡时则不变，故a对；该反应的焓变始终保持不变，与是否到达平衡状态无关，b错；n（N2O4）逐渐减小，容器容积不断变大，故v正逐渐减小，达平衡时不变，c错；该反应由正向进行，N2O4转化率逐渐增大，达平衡时保持不变，d对。

答案　

（1）吸热　

（2）ad

【示例3】（2012·上海化学，六节选）用氮化硅（Si3N4）陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件，能大幅度提高发动机的热效率。

工业上用化学气相沉积法制备氮化硅，其反应如下：

3SiCl4（g）＋2N2（g）＋6H2（g）

Si3N4（s）＋12HCl（g）　ΔH<0

完成下列填空：

（1）在一定温度下进行上述反应，若反应容器的容积为2L，3min后达到平衡，测得固体的质量增加了2.80g，则H2的平均反应速率为________mol·L－1·min－1。

（2）一定条件下，在密闭恒容的容器中，能表示上述反应达到化学平衡状态的是________。

a．3v逆（N2）＝v正（H2）

b．v正（HCl）＝4v正（SiCl4）

c．混合气体密度保持不变

d．c（N2）∶c（H2）∶c（HCl）＝1∶3∶6

思维启迪判断化学平衡状态的根本标志：

（1）化学反应速率经换算之后，同一物质的正逆反应速率相等；

（2）对于一个随反应进行而改变的量不再改变时则反应达到平衡状态。

解析　

（1）反应达到平衡后，Δn（Si3N4）＝

＝0.02mol，故v（H2）＝

＝

＝0.02mol·L－1·min－1。

（2）a项，表示v正＝v逆，故正确；b项，均为v正，故错误；c项，由于容器密闭恒容，且该反应前后气体的物质的量发生改变，当混合气体的密度不变时，则各气体的物质的量不再变化，说明反应已经达到平衡状态，故正确；d项，当各物质的物质的量浓度比等于系数之比时，不能表示反应已达到平衡状态，故错误。

答案　

（1）0.02　

（2）ac

“两审”“两标志”突破化学平衡状态的判断

1．“两审”

一审题干条件，是恒温恒容还是恒温恒压；二审反应特点：

①全部是气体参与的等体积反应还是非等体积反应；②有固体或液体参与的等体积反应还是非等体积反应。

2．“两标志”

（1）本质标志

v正＝v逆≠0。

对于某一可逆反应来说，正反应消耗掉某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率。

（2）等价标志

①全部是气体参加的非等体积反应，体系的压强、平均相对分子质量不再随时间而变化。

例如，N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）。

②体系中各组分的物质的量浓度、体积分数、物质的量（或质量）分数保持不变。

③对同一物质而言，断裂的化学键的物质的量与形成的化学键的物质的量相等。

④对于有有色物质参加或生成的可逆反应，体系的颜色不再随时间而变化。

例如，2NO2（g）N2O4（g）。

⑤体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化。

1．一定条件下，对于可逆反应X（g）＋3Y（g）2Z（g），若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3（均不为零），达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1mol·L－1、0.3mol·L－1、0.08mol·L－1，则下列判断正确的是（　　）。

A．c1∶c2＝3∶1

B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3

C．X、Y的转化率不相等

D．c1的取值范围为0mol·L－1

解析　平衡浓度之比为1∶3，转化浓度亦为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，A、C不正确；平衡时Y生成表示逆反应，Z生成表示正反应且vY（生成）∶vZ（生成）应为3∶2，B不正确；由可逆反应的特点可知0

答案　D

2．在密闭容器中进行反应：

X2（g）＋Y2（g）2Z（g），已知X2、Y2、Z的