第二节 化学反应的方向和限度.doc

第二节 化学反应的方向和限度【学习目标】1.了解化学反应方向的判据。2.了解化学反应的可逆性。3.理解化学平衡的概念。4.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计算。5.理解外界条件（浓度、温度、压强、催化剂等）对化学平衡的影响，认识其一般规律。6.了解化学反应和化学平衡的调控在生活、生产和科研中的重要作用。一、化学反应的方向1.自发过程：在一定条件下，不借助外部力量就能 进行的过程。2.化学反应方向的判据HTS在温度、压强一定的情况下，若 ，反应不能自发进行； 若 ，反应自发进行； 若 ，反应达到平衡状态。二、化学反应的限度1.可逆反应（1）概念：在同一条件下，既能向 方向进行，又能向 方向进行的化学反应。（2）特点：二同：同一条件下，正、逆反应同时进行； 一小：反应物和生成物同时存在，任何一种物质不可能完全转化为生成物，其转化率 100. 表示：用 表示。2.化学平衡（1）概念：在同一条件下的可逆反应里，正、逆反应速率 ，反应混合物中各组分的浓度 的状态。（2）特征：逆-化学平衡研究的对象是 。 动化学平衡是一种 平衡。 等 。 定反应物和生成物的 保持不变。 变外界条件改变，平衡将发生 。 3.化学平衡常数（1）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 （2）影响因素：化学平衡常数只与 有关，与反应物或生成物的浓度无关。【注意】升高温度，若K值增大，侧正反应为 反应；K值减小，侧正反应为 反应。（3）意义：K值的大小反映了化学反应可能进行的程度，K值越大，反应物的转化率 ，正反应进行的程度 。（4）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。正、逆反应的平衡常数互为倒数。若方程式中各物质的计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，由于其浓度可看作“1”而不代入公式。三、化学平衡移动1.概念：可逆反应达到平衡后，若反应条件发生了变化，平衡混合物中各组分的浓度也会随之 ，从而在一段时间后达到 的过程。2.平衡移动的原因：条件改变，v(正)v(逆)。3.平衡移动方向与反应速率的关系：若v(正) v(逆)，平衡向正反应方向移动；若v(正) v(逆)，平衡不移动；若v(正) v(逆)平衡向逆反应方向移动。4.外界条件对化学平衡的影响：条件的改变（其他条件不变）化学平衡的移动浓度增大反应物的浓度或减小生成物的浓度向 方向移动减小反应物的浓度或增大生成物的浓度向 方向移动压强（对有气体存在的反应）反应前后气体分子数不相等增大压强向 方向移动减小压强向 方向移动反应前后气体分子数相等改变压强 温度升高温度向 方向移动降低温度向 方向移动催化剂使用催化剂 5.化学平衡移动原理勒夏特列原理： 在封闭体系中，若改变平衡体系的一个条件（浓度、温度、压强），平衡将向着 的方向移动。【思考】某一个可逆反应在一定条件下达到平衡状态，若化学反应速率你改变了，平衡一定发生移动吗？相反，若平衡发生移动了，化学反应速率一定发生改变吗？四、合成氨工业适宜条件的选择1.反应的特点N2 （g）+3H2（g）2NH3（g）H 0 S 02.合成氨适宜条件的选择（1）温度以 左右为宜；（2）压强大致可分为 （1107 Pa）、 （21073107 Pa）和 （8.51071108 Pa）三种类型；（3）用 作催化剂；（4）按N2与H2的物质的量之比为 投料并及时分离出 。【考点自测】1.(2011济南模拟)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.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2.(2011福州模拟)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( )AK越大，达到平衡时，反应进行的程度越大BK越小，达到平衡时，反应物的转化率越大CK随反应物浓度的改变而改变DK随温度和压强的改变而改变3.下列事实没有涉及到可逆反应的是( )A.工业上合成氨的原理B.工业生产硫酸C.热的纯碱溶液洗涤效果更好D.受热时，试管底部的NH4Cl部分转移至试管上端4.下列叙述中能肯定某一可逆反应达到平衡状态的是( )A.某固体物质的浓度没有改变B.正逆反应速率相等C.各物质的浓度之比等于其方程式中系数之比D.用各物质表示的反应速率之比等于其系数之比5.如图所示，三个烧瓶中分别充满NO2气体并分别放置在盛有下列物质的烧杯(烧杯内有水)中：在(1)中加入CaO，在(2)中不加其他任何物质，在(3)中加入NH4Cl晶体，发现(1)中红棕色变深，(3)中红棕色变浅。已知反应2NO2(红棕色)N2O4(无色)下列叙述正确的是( )A.2NO2 N2O4 是放热反应B.NH4Cl溶于水时放出热量C.烧瓶(1)中平衡混合气的相对分子质量增大D.烧瓶(3)中气体的压强增大6.一定条件下，在体积为3 L的密闭容器中，一氧化碳与氢气反应生成甲醇(催化剂为Cu2O/ZnO)。根据题意完成下列各题：(1)反应达到平衡时，平衡常数表达式K=_，(2)500 时，从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H2)=_用(nB、tB表示)。(3)在其他条件不变的情况下，将处于E点的体系的体积压缩到原来的1/2，下列有关该体系的说法正确的_。a.氢气的浓度减小b.正反应速率加快，逆反应速率也加快c.甲醇的物质的量增加d.重新平衡时n(H2)/n(CH3OH)增大(4)据研究，反应过程中起催化作用的为Cu2O,反应体系中含少量CO2有利于维持催化剂Cu2O的量不变，原因是:_ (用化学方程式表示)。 【例1】H2(g)+I2(g)2HI(g)已经达到平衡状态的标志是H2=I2=HIH2I2HI=112 H2、I2、HI不再随时间而改变单位时间内生成n mol H2的同时生成2n mol HI 单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol I2 反应速率v(H2)=v(I2)=1/2v(HI) 一个HH键断裂的同时有两个HI键断裂 温度和体积一定时，容器内压强不再变化温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化 温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化条件一定，混合气体的平均摩尔质量不再变化A. B. C. D.【例2】对可逆反应4NH3(g)5O2(g)4NO(g)6H2O(g)，下列叙述正确的是( )A.达到化学平衡状态时，5v正(O2)4v逆(NO )B.若单位时间内生成x mol NO的同时，消耗x mol NH3，则反应达到平衡状态C.温度和体积不变时，压强不再变化时，已达到平衡状态D.达到平衡状态时：2v正(NH3)3v正(H2O)【例3】已知反应CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)的平衡常数K与温度的关系如下表：(1)该反应的H_0(选填“”、“=”或“0, 当反应达到平衡状态时，下列措施：升温 恒容通入惰性气体 增加CO的浓度 减压 加催化剂 恒压通入惰性气体 能提高COCl2转化率的是A. B. C. D. 【例6】在一定条件下，向密闭容器中充入30 mL CO和20 mL水蒸气，使其反应，当反应CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)达到平衡状态时，水蒸气的体积分数与H2的体积分数相等，则下列叙述错误的是( )A.平衡后CO的体积分数为40%B.平衡后CO的转化率为25%C.平衡后水的转化率为50%D.平衡后混合气体的平均相对分子质量为24【例7】对于反应A(g)B(g)2C(g) H0，下列图像正确的是【例8】将一定量的SO2和含0.7 mol氧气的空气(忽略CO2)放入一定体积的密闭容器中，550 时，在催化剂作用下发生反应：2SO2+O2 2SO3(正反应放热)。反应达到平衡后，将容器中的混合气体通过过量NaOH溶液，气体体积减少了21.28 L；再将剩余气体通过焦性没食子酸的碱性溶液吸收O2，气体的体积又减少了5.6 L(以上气体体积均为标准状况下的体积，计算结果保留一位小数)。请回答下列问题：(1)判断该反应达到平衡状态的标志是_(填字母)。a.SO2和SO3浓度相等 b.SO2百分含量保持不变 c.容器中气体的压强不变d.SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等 e.容器中混合气体的密度保持不变(2)欲提高SO2的转化率，下列措施可行的是_(填字母)。a.向装置中再充入N2 b.向装置中再充入O2 c.改变反应的催化剂 d.升高温度催化剂180 (3)求该反应达到平衡时SO2的转化率(用百分数表示，结果保留三位有效数字)。【附】1.(2010安徽高考)低温脱硫技术可用于处理废气中的氮氧化物。发生的化学反应为：2NH3(g)+NO(g)+NO2(g) 2N2(g)+3H2O(g) H0，在恒容密闭容器中，下列有关说法正确的是( )A.平衡时，其他条件不变，升高温度可使该反应的平衡常数增大B.平衡时，其他条件不变，增加NH3的浓度，废气中氮的氧化物的转化率减小C.单位时间内消耗NO和N2的物质的量比为12时，反应达到平衡状态D.其他条件不变，使用高效催化剂，废气中氮的氧化物的转化率增大2.(2010四川高考)反应aM(g)+bN(g)cP(g)+dQ(g)达到平衡状态时，M的体积分数y(M)与反应条件的关系如图所示。其中：Z表示反应开始时N的物质的量与M的物质的量之比。下列说法正确的是( )A.同温同压同Z时，加入催化剂，平衡时Q的体积分数增加B.同压同Z时，升高温度，平衡时Q的体积分数增加C.同温同Z时，增加压强，平衡时Q的体积分数增加D.同温同压时，增大Z，平衡时Q的体积分数增加3.(2011长沙模拟)一定条件下，存在可逆反应X(g)+2Y(g)3Z(g)，若X、Y、Z起始浓度分别为c1,c2,c3(均不为0，单位mol/L)，当达平衡时X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol/L，0.2 mol/L，0.06 molL，则下列判断不合理的是( )A.c1c2=12 B.达平衡状态时，生成Z的速率是生成X速率的3倍C.X、Y的转化率不相等 D.c2的取值范围为0c20.244.(2011徐州模拟)tC时，某一气态平衡体系中含有X(g)、Y(g)、Z(g)、W(g)四种物质，此温度下该反应的平衡常数表达式为： ，有关该平衡体系的说法正确的是( )A.升高温度，平衡常数K一定增大 B.增大压强，W(g)质量分数增加C.该反应的化学反应方程式为X+2Y2Z+2W D.增大X(g)浓度，平衡向逆反应方向移动5.(1)(2010山东高考)一定温度下，向1 L密闭容器中加入1 mol HI(g)，发生反应2HI(g)H2(g)+I2(g)，H2物质的量随时间的变化如图所示。该温度下，H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K=_。相同温度下，若开始加入HI(g)的物质的量是原来的2倍，则_是原来的2倍。a平衡常数 bHI的平衡浓度c达到平衡的时间 d平衡时H2的体积分数(2)(2010广东高考)在其他条件相同时，反应H3BO3+3CH3OHB(OCH3)3+3H2O中，H3BO3的转化率()在不同温度下随反应时间(t)的变化如图，由此图可得出：温度对该反应的反应速率和平衡移动的影响是_。(3)(2010天津高考)一定条件下的密闭容器中，反应3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2 (g) H-246.4 kJmol-1达到平衡状态，要提高CO的转化率，可以采取的措施是_ (填字母代号)。a高温高压 b加入催化剂 c减少CO2的浓度d增加CO的浓度 e分离出二甲醚1.（2011天津）向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，在一定条件下使反应SO2(g)NO2(g)SO3(g)NO(g)达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如下所示。由图可得出的正确结论是A.反应在c点达到平衡状态 B.反应物浓度：a点小于b点C.反应物的总能量低于生成物的总能量D.t1t2时，SO2的转化率：ab段小于bc段2.（2011四川）可逆反应X(g)2Y(g )2Z(g) 、M(g)N(g)p(g)分别在密闭容器的两个反应室中进行，反应室之间有无摩擦，可滑动的密封隔板。反应开始和达到平衡状态时有关物理量的变化如图所示：下列判断正确的是( )A反应的正反应是吸热反应B达平衡(I)时体系的压强与反应开始时体系的压强之比为14:15C达平衡(I)时，X的转化率为511D在平衡(I)和平衡(II)中，M的体积分数相等3.（2011江苏）下列图示与对应的叙述相符的是A.图5表示某吸热反应分别在有、无催化剂的情况下反应过程中的能量变化B.图6表示0.1000 molL-1NaOH溶液滴定20.00mL0.1000 molL-1CH3COOH溶液所得到的滴定曲线C.图7表示KNO3的溶解度曲线，图中a点所示的溶液是80时KNO3的不饱和溶液D.图8 表示某可逆反应生成物的量随反应时间变化的曲线，由图知t时反应物转化率最大4.（2011江苏）700时，向容积为2L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O,发生反应：CO(g)H2O(g) CO2H2(g) 反应过程中测定的部分数据见下表（表中t1t2）:反应时间/minn(CO)/molH2O/ mol01.200.60t10.80t20.20下列说法正确的是 A.反应在t1min内的平均速率为v(H2)0.40/t1 molL1min-1B.保持其他条件不变，起始时向容器中充入0.60molCO和1.20 molH2O，到达平衡时，n(CO2)0.40 mol。C.保持其他条件不变，向平衡体系中再通入0. 20molH2O，与原平衡相比，达到新平衡时CO转化率增大，H2O的体积分数增大D.温度升至800，上述反应平衡常数为0.64，则正反应为吸热反应5.（2011安徽）电镀废液中Cr2O72可通过下列反应转化成铬黄(PbCrO4)：Cr2O72-（aq）+2Pb2+（aq）+H2O（l）2 PbCrO4（s）+2H+（aq） H 0该反应达平衡后，改变横坐标表示的反应条件，下列示意图正确的是6.（2011福建）25时，在含有Pb2+、Sn2+的某溶液中，加入过量金属锡（Sn），发生反应：Sn（s）+Pb(aq)Sn(aq)+Pb