2020版高三化学总复习专题7第2讲化学反应的方向和限度课件苏教版.pptx

第2讲 化学反应的方向和限度,-2-,考纲要求:1.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。 2.掌握化学平衡的特征。 3.了解化学平衡常数(K)的含义,能利用化学平衡常数进行相关计算。 4.能正确计算化学反应的转化率()。,-3-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,导学诱思 下列自发过程: CH3COONH4(aq)+CO2(g)+H2O(l) H0 硝酸铵溶于水 冰在常温下融化 两种或两种以上互不反应的气体通入一密闭容器中,最终会混合均匀 其中通过焓判据来判断过程可以自发进行的是 ,通过熵判据来判断的是 。,化学反应进行的方向,-4-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,落实基础 1.自发过程 (1)含义:在一定条件下,不需要借助 、 等外力作用就能自动进行的过程。 (2)特点:体系趋向于从 能量状态转变为 能量状态(体系对外部 或 能量);在密闭条件下,体系有从 序转变为 序的倾向性(无序体系更加稳定)。,光,电,高,低,做功,放出,有,无,-5-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,2.熵、熵变 (1)熵是量度体系 程度的物理量,符号为 。 (2)影响熵大小的因素 相同条件下,物质不同熵不同。同一物质的熵: 气态(g) 液态(l) 固态(s)。 (3)熵变(S)= 的总熵- 的总熵,混乱,S,反应产物,反应物,-6-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,3.化学反应方向的判据,降低,增加,熵增,不能自发进行,达到平衡状态,能自发进行,-7-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,易错辨析判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)凡是放热反应都是自发的,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H0( ) (4)复合判据H-TS0的反应一定能够实际发生( ),-8-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考查角度 判断化学反应方向的依据 例下列说法正确的是( ) A.焓变和熵变都大于0的反应肯定是自发的 B.在恒温、恒压条件下,焓变小于0而熵变大于0的反应肯定是自发的 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反应自发性的判断依据 D.在其他条件不变的情况下,使用催化剂,一定可以改变化学反应进行的方向,答案,解析,-9-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,方法指导 结合反应方向的判据H-TS0的反应任何温度下都是自发反应; H0,S0,S0的反应高温下是自发反应。,-10-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,跟踪训练 1.判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)某吸热反应能自发进行,因此该反应是熵增反应 ( ),答案,解析,-11-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,2.CaSO4(s)+CO(g) CaO(s)+SO2(g)+CO2(g) H1=+218.4 kJmol-1,该反应能自发进行的条件是 。,答案,解析,-12-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,答案,解析,-13-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,化学平衡状态的判断 导学诱思 在一定温度下,向一密闭容器中充入2 mol SO2和2 mol O2发生反应:2SO2+O2 2SO3,充分反应后剩余O2的物质的量 (填“”“”或“=”,下同)1 mol,当生成的SO3的物质的量不再随时间延长而改变时SO2气体的v(正) v(逆)。,=,-14-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,落实基础 1.可逆反应 (1)定义 在 条件下既可以向 反应方向进行,同时又可以向 反应方向进行的化学反应。 (2)特点“三同一小”。 三同:a.相同条件下;b.正逆反应 进行;c.反应物与生成物同时存在。 一小:任一组分的转化率都 (填“大于”或“小于”)100%。 (3)表示方法:在化学方程式中用“ ”表示。,相同,正,逆,同时,小于,-15-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,2.化学平衡状态 (1)定义 在一定条件下的 反应中,反应物和生成物的浓度不再随时间的延长而发生变化, 和 相等的状态。 (2)建立过程 在一定条件下,把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。化学平衡的建立过程可用如下v-t图像表示:,可逆,正反应速率,逆反应速率,-16-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,图像分析,0,减小,减小,增大,增大,=,保持不变,-17-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,(3)特征,可逆,=,浓度(或物质的量、质量、质量分数、物质的量分数),-18-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,易错辨析判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)任意化学反应在适宜条件下,只要反应时间足够长,反应物一定能完全转化为生成物( ) (2)化学反应的平衡状态只能从正反应方向建立( ) (3)化学反应达到化学平衡状态时各物质的速率之比等于化学计量数之比( ) (4)化学反应达到化学平衡状态时,各物质的物质的量浓度之比等于化学计量数之比( ),-19-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考查角度一 可逆反应的特征 例1在固定容积的密闭容器中进行如下反应:2A(g)+B(g) 2C(g),已知反应过程某一时刻A、B、C浓度分别为0.2 molL-1、0.1 molL-1、0.2 molL-1,达到平衡时浓度可能正确的是( ) A.A、B分别为0.4 molL-1、0.2 molL-1 B.A为0.25 molL-1 C.A、C均为0.15 molL-1 D.A为0.24 molL-1,C为0.14 molL-1,答案,解析,-20-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,方法指导 (1)牢记可逆反应的特征“三同一小”。 (2)化学平衡正向建立的过程中反应物的浓度减小,生成物的浓度增大;平衡逆向建立的过程中反应物的浓度增大,生成物的浓度减小。平衡移动过程中,反应物和生成物的浓度不可能同时增大或减小。,-21-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考查角度二 化学平衡状态的判断 例2在一个不传热的固定容积的密闭容器中,发生可逆反应mA(g)+nB(g)p C(g)+qD(g),当m、n、p、q为任意整数时,反应达到平衡的标志是( ) 体系的压强不再改变 体系的温度不再改变 各组分的浓度不再改变 各组分质量分数不再改变 反应速率v(A)v(B)v(C)v(D)=mnpq 单位时间内m mol A断键反应,同时p mol C也断键反应 体系的密度不再变化 A. B. C. D.,答案,解析,-22-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,互动探究若m+n=p+q,同时v正(A)v正(B)v正(C)v正(D)= mnpq,v逆(A)v逆(B)v逆(C)v逆(D)=mnpq能说明上述反应已达平衡状态吗?,答案: 不论是否达到平衡状态,题述等式一定成立,故不一定是平衡状态。,-23-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,方法指导 (1)单向反应速率之比不管是否达到平衡状态,都等于化学计量数之比,不能作为平衡状态的判断依据。 (2)平衡时各物质的浓度与起始加入的反应物的比例关系及反应的转化率有关,平衡时反应混合物中各物质的浓度之比一般不等于计量数之比。当反应物的物质的量按计量数之比加入时,不管是否达到平衡,反应物的浓度之比一定等于计量数比。,-24-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,(3)判断平衡状态的方法“逆向相等,变量不变”。 “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,当二者之比等于其计量数之比时,经过换算后同一种物质的减少速率和生成速率相等。即v(正)=v(逆)达到平衡状态。 “变量不变”:如果一个物理量,如某一物质的质量、物质的量、物质的量浓度、体积分数或反应体系的压强、气体的密度、平均相对分子质量 、气体的颜色等,若随反应进行而改变,当不变时为平衡状态,一个随反应进行保持不变的物理量,不能作为平衡状态的判断依据。,-25-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,跟踪训练 1.将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器容积不变,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),不能说明该分解反应已经达到化学平衡的是 ( ) A.v(NH3)正=2v(CO2)逆 B.密闭容器中总压强不变 C.密闭容器中氨气的体积分数不变 D.密闭容器中混合气体的密度不变,答案,解析,-26-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,2.(2019广西贺州摸底)在一绝热(不与外界发生热交换)的恒容容器中,发生反应:2A(g)+B(s) C(g)+D(g),下列描述中不能表明反应已达到平衡状态的是( ) A.混合气体的密度不变 B.单位时间内生成n mol D,同时生成n mol C C.混合气体的平均相对分子质量不变 D.C(g)的物质的量浓度不变,答案,解析,-27-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,3.砷(As)是第四周期A族元素,可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物,有着广泛的用途。回答下列问题: (1)画出砷的原子结构示意图 。 (2)工业上常将含砷废渣(主要成分为As2S3)制成浆状,通入O2氧化,生成H3AsO4和单质硫。写出发生反应的化学方式 。 该反应需要在加压下进行,原因是 。 (3)已知:,-28-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,-29-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,下列可判断反应达到平衡的是 (填标号)。 a.溶液的pH不再变化,d.c(I-)=y molL-1 tm时,v正 v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。 tm时v逆 tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”),理由是 。 若平衡时溶液的pH=14,则该反应的平衡常数K为 。,-30-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,-31-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,-32-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,-33-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,化学平衡常数及其应用 导学诱思 一定温度下,1 L的密闭容器中发生反应:FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g),平衡时测得FeO、CO、Fe、CO2的物质的量均为0.1 mol。 (1)该反应的平衡常数表达式K1= ,其值为 ,若另一容器内相同温度下发生反应 则其平衡常数K2= (用K1表示)。 (2)其他条件不变向两容器中分别再充入0.1 mol CO气体, 则K1 (填“增大”“减小”或“不变”,下同),K2 。,1,不变,不变,-34-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,落实基础 1.定义 在 下,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 对于一般的可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),在一定温 度下达到平衡时,K= 。,一定温度,化学平衡状态,浓度幂之积,浓度幂之积,K,-35-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,3.意义及应用 (1)K值越大,正反应进行的程度 ,反应物的转化率 。当K 时,可以认为反应进行得较完全。 (2)K值越小,正反应进行的程度 ,反应物的转化率 。当K 时,认为反应很难进行。 4.影响因素 (1)内因: 的性质。 (2)外因:只受 影响,与 、压强、 等外界因素无关。,越大,越大,105,越小,越小,10-5,反应物本身,温度,浓度,催化剂,-36-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,易错辨析判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (2)根据化学平衡常数表达式一定能写出该反应的化学方程式 ( ) (3)化学平衡常数只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关;温度越高,化学平衡常数越大( ) (4)化学平衡常数大的可逆反应中反应物的平衡转化率一定比化学平衡常数小的可逆反应中反应物的平衡转化率高( ),-37-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,答案,解析,-38-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,方法指导 (1)纯液体、固体的浓度认为是一个常数,不列入平衡常数表达式,但水蒸气的浓度随外界条件的改变而改变,需要列入。 (2)平衡常数表达式的书写形式与化学方程式的书写有关。,-39-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考查角度二 化学平衡的计算 例2在一个容积为2 L的密闭容器中,加入0.8 mol A2气体和0.6 mol B2气体,一定条件下发生如下反应:A2(g)+B2(g) 2AB(g) H0,反应中各物质的浓度随时间的变化情况如图所示,下列判断不正确的是( ) A.图中a点的值为0.15 B.该反应的平衡常数K=0.03 C.温度升高,平衡常数K值减小 D.平衡时A2的转化率为62.5%,答案,解析,-40-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,方法指导 化学平衡计算的方法“三段式” (1)计算步骤 (2)具体方法 可按下列模式进行计算:如mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量浓度分别为a molL-1、b molL-1,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx molL-1。,-41-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,-42-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,(3)注意事项 注意反应物和生成物的浓度关系。反应物:c(平)=c(始)-c(变);生成物:c(平)=c(始)+c(变)。 利用 计算时要注意m总应为气体的质量,V应为反应容器的体积,n总应为气体的物质的量。 起始浓度、平衡浓度不一定呈现化学计量数比,但物质之间是按化学计量数之比反应和生成的,故各物质的浓度变化之比一定等于化学计量数比,这是计算的关键。,-43-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,跟踪训练 1.一定条件下,可逆反应的平衡常数可以用平衡浓度计算,也可以用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压物质的量分数。在恒温恒压条件下,总压不变,用平衡分压计算平衡常数更方便。下列说法不正确的是( ),-44-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,答案,解析,-45-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,2.在容积为1.00 L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g)2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。 回答下列问题: (1)反应的平衡常数K1为 。 (2)100 时达平衡后,改变反应温度为T,c(N2O4)以0.002 0 molL-1s-1的平均速率降低,经10 s又达到平衡。,-46-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,答案: (1)0.36 molL-1或0.36 (2)a.大于 反应正方向吸热,反应向吸热方向进行,故温度升高 b.平衡时,c(NO2)=0.120 molL-1+0.002 0 molL-1s-110 s2=0.16 molL-1 c(N2O4)=0.040 molL-1-0.002 0 molL-1s-110 s=0.020 molL-1 (3)逆反应 对气体分子数增大的反应,增大压强平衡向逆反应方向移动,-47-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,(2)a.改变温度后,N2O4浓度减小,反应正向进行,正向吸热,故温度升高。b.平衡时,c(NO2)=0.120 molL-1+0.002 0 molL-1s-110 s2=0.16 molL-1 c(N2O4)=0.040 molL-1-0.002 0 molL-1s-110 s=0.020 molL-1 (3)增大压强,平衡向气体分子数减小的方向进行,将反应容器的体积减少一半,相当于增大压强,故平衡向逆反应方向进行。,-48-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,3.(2018全国)采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术,在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。回答下列问题: (1)1840年Devil用干燥的氯气通过干燥的硝酸银,得到N2O5。该反应的氧化产物是一种气体,其分子式为 。 (2)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 时N2O5(g)分解反应:,其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示t=时,N2O5(g)完全分解:,-49-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,-50-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是 。 A.v(第一步的逆反应)v(第二步反应) B.反应的中间产物只有NO3 C.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效 D.第三步反应活化能较高,-51-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,答案 (1)O2 (2)53.1 30.0 6.010-2 大于 温度提高,体积不变,总压强提高;NO2二聚为放热反应,温度升高,平衡左移,体系物质的量增加,总压强提高 13.4 (3)AC,解析 (1)干燥的氯气与干燥的AgNO3之间发生氧化还原反应时,氯气作氧化剂,而AgNO3中Ag、N元素都处于最高价,所以被氧化的只能为氧元素,则得到的气体为氧气。,-52-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,-53-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,(3)根据第一步能“快速平衡”及第二步“慢反应”可判断A项正确;反应的中间产物有NO3及NO,B项错误;根据第二步反应: NO2+NO3NO+NO2+O2可知,部分NO2没有参加反应,C项正确;第三步为“快反应”,则该步反应的活化能较低,D项错误。,-54-,中的“常客”化学平衡常数 化学平衡常数是新增加内容,每年高考的必考考点。平衡常数表达式的书写及计算,利用平衡常数计算平衡转化率是常见的考查形式,解题的关键是要有清晰的解题思路,能熟练运用“三段式”进行运算。 一、化学平衡常数的意义、表达式及影响因素 1.与化学方程式书写形式的关系 对于同一可逆反应,正反应的平衡常数等于逆反应的平衡常数的倒数,即 。若方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小,尽管是同一反应,平衡常数也会发生改变。,-55-,2.与反应热的关系 一般情况下: 3.与物质状态的关系 由于固体或纯液体浓度视为一常数,所以在平衡常数表达式中不再写出。书写平衡常数表达式时,要注意物质的状态。,-56-,二、化学平衡常数的应用 1.判断、比较可逆反应进行的程度 一般来说,一定温度下的一个具体的可逆反应:,-57-,2.判断化学反应进行的方向,-58-,3.判断反应的热效应 4.计算反应物的起始浓度、平衡浓度及平衡转化率,-59-,4.计算反应物的起始浓度、平衡浓度及平衡转化率 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),其化学平衡常数K和温度t的关系如下表: 回答下列问题: (1)该反应的化学平衡常数表达式为K= 。 (2)该反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。 (3)某温度下,各物质的平衡浓度符合下式: 3c(CO2)c(H2)=5c(CO)c(H2O),试判断此时的温度为 。,-60-,(4)若830 时,向容器中充入1 mol CO、5 mol H2O,反应达到平衡后,其化学平衡常数K (填“大于”“小于”或“等于”)1.0。 (5)830 时,容器中的反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下,扩大容器的体积,平衡 (填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。 (6)若1 200 时,在某时刻平衡体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2 molL-1、2 molL-1、4 molL-1、4 molL-1,则此时上述反应的平衡移动方向为 (填“正反应方向”“逆反应方向”或“不移动”)。,-61-,-62-,答案,解析,-63-,2.在一定温度下,向2 L体积固定的密闭容器中加入1 mol HI,发生反应:2HI(g) H2(g)+I2(g) H0,H2的物质的量随时间的变化如图所示,下列说法正确的是( ) B.02 min内HI的平均反应速率为0.05