【步步高】（广西专用）2014届高考化学一轮复习 第九章 化学反应的方向和限度学案

1 学案学案 4242 化学反应的方向和限度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 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 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 S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 如果反应的 则该反应一定能自发进行 如果反应的 则该反应一定不能自发进行 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 2H2O2H2 O2 是否为可逆反应 通电 点燃 2 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 3 mol CO 和 0 2 mol H2O g 通入 2 L 密闭容器中 进行反应 CO g H2O g CO2 g H2 g 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 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 依据以上叙述画出反应的v t图象 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 3 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 各物质的物质的量或各物质的物质的 量分数一定 各物质的质量或各物质的质量分数 一定 各气体的体积或体积分数一定 混合物体系中各成 分的量 总体积 总压强 总物质的量 总浓 度一定 在单位时间内消耗了m mol A 同时 生成m mol A 即v正 v逆 在单位时间内消耗了n mol B 同时 消耗了p mol C 则v正 v逆 vA vB vC vD m n p q v正不 一定等于v逆 正反应速 率与逆反 应速率的 关系 在单位时间内生成n mol B 同时消 耗q mol D 均指v逆 v正不一定等于 v逆 若m n p q 总压强一定 其他条 件不变 压强 若m n p q 总压强一定 其他条 件不变 一定 m n p q M 混合气体相 对平均分子 质量 M 一定 m n p q M 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 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 单位时间内生成n mol H2的同时 生成n mol HI 一个 H H 键断裂的同时有两 个 H I 键断裂 百分含量w HI w I2 反应速率v H2 v I2 v HI c HI 1 2 c H2 c I2 2 1 1 温度和体积一定时 某一生成物浓度不再变化 温度和体积 一定时 容器内压强不再变化 条件一定 混合气体的平均相对分子质量不再变化 温 度和体积一定时 混合气体颜色不再变化 温度和压强一定时 混合气体的密度不再变化 4 讨论 在上述 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 n 0 n 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 I22HI 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 1 mol 1 mol 0 mol 2 mol 2 mol 1 mol a mol b mol c mol 1 试判断 和 是否是等效平衡 2 和 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 和 成为等效平衡 则a b c应满足什么关系 5 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 8NH37N2 12H2O 也可处理 NO2 当转移 1 2 mol 电子时 消耗 催化剂 的 NO2在标准状况下是 L 2 已知 2SO2 g O2 g 2SO3 g H 196 6 kJ mol 1 2NO g O2 g 2NO2 g H 113 0 kJ mol 1 则反应 NO2 g SO2 g SO3 g NO g 的 H 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 1 mol SO3的同时生成 1 mol NO2 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 H 0 填 或 或 或 2 已知 NH2COONH4 2H2ONH4HCO3 NH3 H2O 该研究小组分别用三份不同初始浓度 的氨基甲酸铵溶液测定水解反应速率 得到c NH2COO 随时间的变化趋势如下图所示 计算 25 0 时 0 6 min 氨基甲酸铵水解反应的平均速率 根据图中信息 如何说明该水解反应速率随温度升高而增大 题组二 化学平衡常数及应用 3 2011 上海 25 自然界的矿物 岩石的成因和变化受到许多条件的影响 地壳内 每加深 1 km 压强增大约 25 000 30 000 kPa 在地壳内 SiO2和 HF 存在以下平衡 SiO2 s 4HF g SiF4 g 2H2O g 148 9 kJ 根据题意完成下列填空 1 在地壳深处容易有 气体逸出 在地壳浅处容易有 沉积 2 如果上述反应的平衡常数K值变大 该反应 选填编号 a 一定向正反应方向移动 b 在平衡移动时正反应速率先增大后减小 c 一定向逆反应方向移动 d 在平衡移动时逆反应速率先减小后增大 3 如果上述反应在体积不变的密闭容器中发生 当反应达到平衡时 选填编 号 a 2v正 HF v逆 H2O 7 b v H2O 2v SiF4 c SiO2的质量保持不变 d 反应物不再转化为生成物 4 若反应的容器容积为 2 0 L 反应时间为 8 0 min 容器内气体的密度增大了 0 12 g L 1 在这段时间内 HF 的平均反应速率为 4 2010 北京理综 12 某温度下 H2 g CO2 g H2O g CO g 的平衡常数 K 该温度下在甲 乙 丙三个恒容密闭容器中 投入 H2 g 和 CO2 g 其起始浓度如下 9 4 表所示 起始浓度甲乙丙 c H2 mol L 1 0 0100 0200 020 c CO2 mol L 1 0 0100 0100 020 下列判断不正确的是 A 平衡时 乙中 CO2的转化率大于 60 B 平衡时 甲中和丙中 H2的转化率均是 60 C 平衡时 丙中c CO2 是甲中的 2 倍 是 0 012 mol L 1 D 反应开始时 丙中的反应速率最快 甲中的反应速率最慢 题组一 化学反应进行的方向 1 下列说法错误的是 A NH4NO3溶于水是自发过程 B 同一种物质气态时熵值最大 液态时次之 而固态时最小 C 借助于外力能自发进行的过程 其体系的能量趋向于从高能状态转变为低能状态 D 由能量判据 以焓变为基础 和熵判据组合而成的复合判据 更适合于所有的过程 2 2011 长春质检 有 A B C D 4 个反应 反应 ABCD H kJ mol 1 10 51 80 126 11 7 S J mol 1 K 1 30 0 113 0 84 0 105 0 则在任何温度都能自发进行的反应是 任何温度都不能自发进行的反应是 另两个反应中 在温度高于 时可自发进行的反应是 在温度低于 时可自发进行的反应是 题组二 化学平衡状态及其判断 3 对于固定体积的密闭容器中进行的气体反应 A g B g C s 2D g 可以说明 在恒温下已达到平衡状态的是 反应容器中压强不随时间变化而变化 A 气体和 B 气体的生成速率相等 混合气 体的平均摩尔质量 不随时间变化而变化 反应混合气体的密度不随时间变化而变化 A B C D 4 2011 盐城中学模拟 8 在容积不同的密闭容器内 分别充入等量的 N2和 H2 在不同温度下 任其发生反应 N2 g 3H2 g 2NH3 g 并分别在t秒时测定其中 NH3的体积分数 绘图如右图所示 1 A B C D E 五点中 尚未达到化学平衡状态的点是 2 此可逆反应的正反应是 反应 填 放热 或 吸热 3 AC 段的曲线是增函数 CE 段曲线是减函数 试从反应速率和平衡角度说明理由 题组三 化学平衡常数及其计算 5 设反应 Fe s CO2 g FeO s CO g H Q1的平衡常数为K1 反应 Fe s H2O g FeO s H2 g H Q2的平衡常数为K2 在不同温度下 K1 K2的值如下 T KK1K2 9731 472 38 1 1732 151 67 从上表可推断 反应 是 填 放 或 吸 热反应 现有反应 H2 g CO2 g CO g H2O g H Q3 平衡常数为K3 1 根据反应 与 推导出K1 K2 K3的关系式K3 可推断反应 是 填 放 或 吸 热反应 要使反应 在一定条件下建立的平衡右移 可采取的 措施有 填字母序号 A 缩小容器体积 B 降低温度 C 使用合适的催化剂 D 设法减少 CO 的量 E 升高温度 2 根据反应 推导出Q1 Q2 Q3的关系式 3 现在恒容密闭容器中通入一定量 CO2 再慢慢通入 H2 使发生上述 反应 在其他条件不变时 若改变 H2的起始量 容器中 CO 的体积分数也随之改变 在右图中画出 CO 的体积分数随n H2 变化的示意图 学案学案 4242 化学反应的方向和限度化学反应的方向和限度 课前准备区 知识点一 1 无需外界帮助 2 1 放热反应 越多 降低 越多 完全 反应的焓变 2 混乱度 混乱度 a 混乱度 S b 熵的变化 S 自发进行 3 焓变 熵变 H0 H 0 S 0 H 0 S0 S 0 温度 知识点二 1 相同 正反应 逆反应 2 1 相等 质量或浓度 9 2 反应物 生成物 逆 减小 减小 增大 增大 相等 保持不变 可以 v正 v逆 0 3 正反应速率 逆反应速率 质量 或浓度 知识点三 1 化学平衡 浓度计量数次方的乘积 浓度计量数次方的乘积 K 2 cp C cq D cm A cn B 3 1 越大 越大 2 温度 问题思考 1 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 当能量判据与熵判据的差别较大时 可用能量判据或熵判据判断反应的方向 3 不是可逆反应 因为条件不同 4 这里的v正与v逆相等是对同一种物质而言的 不同的两种物质则必须是一个为正反 应速率 另一个为逆反应速率且二者之比等于化学计量数之比 课堂活动区 一 1 1 同一物质 2 物质的量浓度 质量分数 物质的量分数 体积分数 反应物 的转化率 2 是 是 是 不一定 是 是 不一定 不一定 是 不一定 是 不一定 是 不一定 二 1 起始 相同 2 相同 条件 途径 3 同一半边 4 1 极值等量 2 极值等比 3 极值等比 无影响 典例导悟 1 解析 1 对于反应前后气体分子总数不等的可逆反应 可从化学反应速率 化学键断 裂 物质的量 物质的量浓度 转化率 颜色 温度 相对原子质量 压强 密度等来判断 2 对于反应前后气体分子总数相等的可逆反应 可从化学反应速率 化学键断裂 物 质的量 物质的量浓度 转化率 颜色 温度等来判断 此时相对分子质量 压强 密度不 能作为判断依据 2 1 将 中 HI 转化到左半边反应物中 则n H2 n I2 2 0 5 mol 2 0 5 mol 1 1 与 中比值相同 故二者是等效平衡 2 和 都达平衡状态时 中 H2的物质的量应是 中的 2 5 倍 物质的量浓度亦是 的 2 5 倍 3 若使 等效 a b c三者关系应满足 1 a 1 b 1 1 或 c 2 c 2 10 a b 1 1 c 0 课后练习区 高考集训 1 1 3NO2 H2O 2HNO3 NO 6 72 2 41 8 b 2 67 或 8 3 3 在 1 3 104 kPa 下 CO 的转化率已较高 再增大压强 CO 转化率提高不大 同 时生产成本增加 得不偿失 解析 1 根据题给化学方程式可知当 6 mol NO2全部参加反应时 转移电子 6 mol 4 0 24 mol 故转移 1 2 mol 电子时 消耗 NO2 0 3 mol 即 6 72 L 2 设所给的两个反应方程式分别标注为 2SO2 g O2 g SO3 g H1 196 6 kJ mol 1 2NO g O2 g 2NO2 g H2 113 0 kJ mol 1 所求总反应方程式的 H为 H3 H3 H1 H2 2 196 6 kJ mol 1 113 0 kJ mol 1 2 41 8 kJ mol 1 第 2 问 由于该反应为前后气体体积相等的反应 故体系的压强始终保持不变 故不能 以压强不变作为判断标志 故 a 错误 SO3与 NO 的体积比始终保持 1 1 故 c 错 根据 异方向 量相当 的原理可知 d 错 设 NO2和 SO2的起始加入量分别为 1 mol 和 2 mol 容器体积为V 则有 设 NO 的转化 量为x NO2 g SO2 g SO3 g NO g 起始量 mol 1 2 0 0 转化量 mol x x x x 平衡量 mol 1 x 2 x x x 据题意有 则x 0 8 mol 1 x 2 x 1 6 平衡常数K 或 2 67 0 8 V 0 8 V 0 2 V 1 2 V 8 3 3 从图像来看 随着温度的升高 CO 的转化率变小 故 H 2 0 05 mol L 1 min 1 25 时反应物的起始浓度较小 但 0 6 min 的平均反应速率 曲线的斜率 仍比 15 0 时的大 解析 1 根据化学平衡状态判断标志是v正 v逆 各组分浓度不再发生变化 由 NH2COONH4 s 2NH3 g CO2 g 可见该反应为不等体积变化 即反应物和生成物气体分子 数不相同 可以得恒容状态下压强不变或混合气体密度不变时 反应即达到平衡状态 但 上述反应中反应物无气体参加 因此生成物中各组分气体体积分数恒定不变 根据K c2 NH3 c CO2 2 2 4 8 10 3 mol L 1 3 4 8 10 3 mol L 1 3 1 6 10 8 mol L 1 3 由 NH2COONH4 s 2NH3 g CO2 g 正反应气体分子数增加 增大压强平衡向逆反 11 应方向移动 由表中数据可以得出温度升高 压强增大 即随着温度的升高 平衡向正反应方向移 动 因此正反应是吸热反应 所以 H 0 根据 NH2COONH4 s 2NH3 g CO2 g 正反应 是生成物气体分子数增多的反应 所以 S 0 2 根据v 得到v 0 05 mol L 1 min 1 c t 2 2 mol L 1 1 9 mol L 1 6 min 由图像数据可以得出 用不同初始浓度 不同温度下的平均反应速率的大小来说明 如 25 时反应物的起始浓度较小 但 0 6 min 的平均反应速率 曲线的斜率 仍比 15 0 时的大 3 1 SiF4 H2O SiO2 2 ad 3 bc 4 0 001 0 mol L 1 min 1 解析 1 气体的溶解度随压强的增大而升高 固体溶解度不受压强的影响 地壳深处 压强大 有 SiF4 H2O 气体逸出 而 SiO2易在地壳浅处沉积 2 平衡常数K值增大 必使生成物浓度增大 平衡正向移动 故 a 正确 c 错误 平 衡正向移动 所以逆反应速率先减小 随着平衡的移动 生成物浓度增大 所以逆反应速率 也随之增