化学届《步步高》高考总复习大一轮第九章 化学反应速率和化学平衡 学案42 化学反应的方向和限度.docx

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化学届《步步高》高考总复习大一轮第九章化学反应速率和化学平衡学案42化学反应的方向和限度

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）熵变与反应方向

①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。

②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ΔS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，①如果反应的__________，则该反应一定能自发进行；②如果反应的____________，则该反应一定不能自发进行；③如果反应的________________或____________，反应是否能自发进行与反应的________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

2H2↑＋O2↑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0.3molCO和0.2molH2O（g）通入2L密闭容器中，进行反应：

CO（g）＋H2O（g）

CO2（g）＋H2（g）。

①反应刚开始时，________浓度最大，正反应速率最大；________浓度为0，____反应速率为0。

②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____________。

③依据以上叙述画出反应的v－t图象：

④由v－t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

①各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定

②各物质的质量或各物质的质量分数一定

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、总浓度一定

正反应速

率与逆反

应速率的

关系

①在单位时间内消耗了mmolA，同时生成mmolA，即v正＝v逆

②在单位时间内消耗了nmolB，同时消耗了pmolC，则v正＝v逆

③vA∶vB∶vC∶vD＝m∶n∶p∶q，v正不一定等于v逆

④在单位时间内生成nmolB，同时消耗qmolD，均指v逆，v正不一定等于v逆

压强

①若m＋n≠p＋q，总压强一定（其他条件不变）

②若m＋n＝p＋q，总压强一定（其他条件不变）

混合气体相

对平均分子

质量（

）

①

一定，m＋n≠p＋q

②

一定，m＋n＝p＋q

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（ρ）

密度一定

典例导悟1

　下列方法可以证明H2（g）＋I2（g）

2HI（g），已达平衡状态的是____________（填序号）。

①单位时间内生成nmolH2的同时，生成nmolHI　②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂　③百分含量w（HI）＝w（I2）　④反应速率v（H2）＝v（I2）＝

v（HI）　⑤c（HI）∶c（H2）∶c（I2）＝2∶1∶1　⑥温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化　⑦温度和体积一定时，容器内压强不再变化　⑧条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化　⑨温度和体积一定时，混合气体颜色不再变化　⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化

讨论：

在上述⑥～⑩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），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Δn＝0、Δn≠0的反应）、两种状态（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H2＋I2

2HI，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）

①1mol1mol0mol

②2mol2mol1mol

③amolbmolcmol

（1）试判断②和①是否是等效平衡？

（2）①和②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③和①成为等效平衡，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6NO2＋8NH3

7N2＋12H2O也可处理NO2。

当转移1.2mol电子时，消耗的NO2在标准状况下是________L。

（2）已知：

2SO2（g）＋O2（g）

2SO3（g）

ΔH＝－196.6kJ·mol－1

2NO（g）＋O2（g）

2NO2（g）

ΔH＝－113.0kJ·mol－1

则反应NO2（g）＋SO2（g）

SO3（g）＋NO（g）的ΔH＝________kJ·mol－1。

一定条件下，将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生上述反应，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

c．SO3和NO的体积比保持不变

d．每消耗1molSO3的同时生成1molNO2

测得上述反应平衡时NO2与SO2体积比为1∶6，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ΔH________0（填“>”或“<”）。

实际生产条件控制在250℃、1.3×104kPa左右，选择此压强的理由是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

2．（2011·浙江理综，27）某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵（NH2COONH4）分解反应平衡常数和水解反应速率的测定。

（1）将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于特制的密闭真空容器中（假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计），在恒定温度下使其达到分解平衡：

NH2COONH4（s）

2NH3（g）＋CO2（g）

实验测得不同温度下的平衡数据列于下表：

温度/℃

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0