化学-《化学反应方向和限度》专题复习

,化学反应方向和限度复习专题,一、化学反应的方向,1.自发过程:在一定条件下不需外力作用就能自动进行的过程.2.非自发过程 ：在一定条件下，需要外界做功才能进行的过程。3.自发过程的特征：有明确的方向性，要逆转必须借助外界做功；具有做功的本领。4.自发反应:在一定条件下无需外界帮助就能自动进行的反应.,练习：判断自发与非自发（室温下）（1）打开活塞，分液漏斗中的水流进烧杯 （2）镁带燃烧 （3）氢气燃烧 （4）水分解成H2和O2过程,自发,自发,自发,非自发,1.水分解生成氢气和氧气的反应2.氯气与溴化钾溶液的反应3.乙烯与溴单质的反应4.氮气和氧气生成一氧化氮的反应,不能,能,不能,能,Cl2+2KBr=Br2+2KCl,C2H4+Br2 CH2BrCH2Br,自发过程可被利用来完成有用功。例如向下流动的水可推动机器，甲烷燃烧可在内燃机中被利用来做功，锌与硫酸铜溶液的反应被设计成原电池,下列反应在一定条件下都能自发进行，你知道这些反应能自发进行的主要原因吗？C3H8(g) + 5O2(g) = 3CO2(g) + 4H2O(l) H = -2217.5 kJmol-12Na(s) + Cl2(g) = 2NaCl(s) H = -822 kJmol-14Fe(s) + 3O2(g) = Fe2O3(s) H = -1648.4 kJmol-1H2(g) + F2(g) = 2HF(g) H = -546.6 kJmol-1,1、能量判据（焓判据）,反应物的总能量高,生成物的总能量低,放热反应,H0,火柴散落过程混乱度如何变化？,从混乱度角度分析它们为什么可以自发？,2、熵判据,H,S,一定不能自发进行,一定能自发进行,高温下能自发进行,低温下能自发进行,0,2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g),H = -78.03 kJmol-1,S =+494.4 Jmol-1K-1,CO(g)=C(s,石墨)+1/2O2(g),H =+110.5 kJmol-1,S = -89.36 Jmol-1K-1,一定能自发进行,一定不能自发进行,4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s),H = -444.3kJmol-1,S = -280.1 Jmol-1K-1,H (298K)=+178.2 kJmol-1,S (298K)=+169.6 Jmol-1K-1,CaCO3(s) = CaO(s)+CO2(g),低温下能自发进行,高温下能自发进行,1. H 0 该反应一定能自发进行；如：Mg(s) + 2HCl(aq) = MgCl2(aq) + H2(g)2. H 0，S0，S0 该反应在较高温度下能自发进行如：CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g),判断依据： G= HT S 0 反应能自发进行,1.可逆反应,（1）定义：在同一反应条件下，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反应。,可逆反应用 表示,二、化学平衡,拔河比赛与我们现在所学的“可逆反应”两者有无相通之处呢？,（）可逆反应的特点：,正反应和逆反应既对立又统一；正反应和逆反应发生的条件相同；反应物、生成物共同存在；可逆反应有一定的限度,2SO2 + O2 2SO3,2CO + O2 = 2CO2,物质的量（mol）,2,1,0,时间（min）,SO2,O2,SO3,物质的量（mol）,2,1,0,时间（min）,CO,O2,CO2,0.6,1.4,一定条件下，在两个密闭容器中分别发生下列反应：,2mol,1mol,2mol,1mol,起始,起始,0mol,0mol,观察下列数据表，思考：反应进行到什么时候“停止”了？说明你的理由。,2SO2+O2 2SO3,催化剂,建立化学平衡,提出问题：反应真的停止了吗？（设问）,课本P3031分析合成氨反应中正、逆反应的反应速率、反应物和生成物浓度随时间变化的情况。,交流与讨论,（）反应开始时：,V(正) 很大，V(逆)为零,（）反应进行中：,反应物减少，导致V(正) 逐渐减小；生成物由无到有逐渐增多，导致V(逆) 从零逐渐增大。,（）反应达到平衡时：,V(正) V(逆)反应混合物各组分的浓度不再发生变化,研究素材,在恒温压的条件下，有人将一定质量的蔗糖粒放入它的饱和水溶液中，过了一天之后再来看时，发现许多小的颗粒不见了，而大的颗粒变得更大，取出干燥后称量，发现质量却与原来一样。,1、这里有二个过程，溶解和结晶，在饱和溶液中 这二个过程停止了吗？2、为什么固体的总质量没变？,固体溶质,溶液中的溶质,溶解,结晶,溶解平衡是动态平衡,2 、化学平衡是动态平衡,交流与讨论,时间,速率,O,时间,浓度,O,3、化学平衡的特征：,化学平衡只存在于可逆反应中；化学平衡是一个动态平衡；平衡时正反应和逆反应的速率相等且大于0；平衡时反应物和生成物的浓度保持不变；改变外界条件时，使V(正) 、V(逆)发生变化且V(正) V(逆)，化学平衡就会被打破，并在新的条件下建立新的平衡。,“逆”、“动”、“等”、“定”、“变”,判断是否达到化学平衡的两个重要标志,4.化学平衡状态的标志,(1)正 = 逆 （本质特征） 同一种物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率。 不同的物质：速率之比等于方程式中各物质的计量数之比，但必须是不同方向的速率。,(2)反应混合物中各组成成分的含量保持不变（外部表现）：, 各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积（气体）、物质的量浓度均保持不变。 各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数均保持不变。 若反应前后的物质都是气体，且总体积不等，则气体的总物质的量、总压强（恒温、恒容）、平均摩尔质量、混合气体的密度（恒温、恒压）均保持不变。 反应物的转化率、产物的产率保持不变。,24,例1： 在一定的温度下，可逆反应：A（g）+ 3B（g）= 2C（g）达到平衡的标志是（ ） AC的生成速率与C的分解速率相等。 B单位时间生成n molA，同时生成3n molB。 CA、B、C的物质的量浓度保持不变。 DA、B、C的分子数之比为1 ：3 ：2 。 E容器中气体的密度保持不变。 F混合气体的平均摩尔质量保持不变。 G容器中气体的总压强保持不变。,A、C、F,【例2】 下列说法中可以充分说明反应: P(气)+Q(气) R(气)+S(气) , 在恒温下已达平衡状态的是（ ） 反应容器内压强不随时间变化P和S的生成速率相等C. 反应容器内P、Q、R、S四者共存 D.反应容器内总物质的量不随时间而变化,B,【例3】下列说法可以证明反应N2+3H2 2NH3 已达平衡状态的是( )A.1个NN键断裂的同时,有3个HH键形成B.1个NN键断裂的同时,有3个HH键断裂C.1个NN键断裂的同时,有6个NH键断裂D.1个NN键断裂的同时,有6个NH键形成,AC,【例4】在一定温度下的恒容容器中,当下列物理量不再发生变化时,表明反应: A(固)+3B(气) 2C(气)+D(气)已达平衡状态的是 ( )A.混合气体的压强 B.混合气体的密度C.B的物质的量浓度 D.气体的总物质的量,BC,【例5】 在一定温度下,下列叙述不是可逆反应A(气)+3B(气) 2C(气)+2D(固)达到平衡的标志的是 ( )C的生成 速率与C的分解速率相等 单位时间内生成amolA,同时生成3amolB A、B、C的浓度不再变化A、B、C的分压强不再变化混合气体的总压强不再变化混合气体的物质的量不再变化单位时间内消耗amolA,同时生成 3amolBA、B、C、D的分子数之比为1:3:2:2A. B. C. D.,B,练习、在一定温度下，可逆反应：A(g)+3B(g) 2C(g)达到平衡的标志是( )A.A生成的速率与C分解的速率相等B.A、B、C的浓度不再变化C.单位时间生成n molA同时消耗3n molBD.A、B、C的分子数之比为1：3：2,BC,总结：,对于反应：mA（g）+nB（g） pC（g）+qD（g）可以根据什么情况来判断是否达到平衡。,混合物体系中各成分的含量？正逆反应速率的关系？压强？混合物的平均分子量？温度？密度？颜色？,作为一个可逆反应，则反应无论从正方向开始进行还是从逆反应方向开始进行，外界条件相同时，只要外界条件不变，途径虽然不同，只要起始浓度相当，都可以达到相同的平衡状态。,这叫做等效平衡。,三、等效平衡,概念：化学平衡的建立只与条件、起始量有关，与反应开始的方向无关，只要可逆反应在相同状况（等温等压或等温等容）下，无论从正反应开始还是从逆反应开始，只要初始时有关物质的量“相当”，它们可达到相同的平衡状态，称为“等效平衡”，此时平衡混合物中各物质的百分含量（体积分数、物质的量分数、质量分数）相等。,注意：是组分的百分数相同（体积分数、物质的量分数、质量分数），而不仅仅是指浓度相同，因为同一组分百分数相同时其浓度不一定相同。,2SO2O2 2SO3,例如：等体积条件下：,第一次： 2 1 0,第二次： 0 0 2,第三次： 1 0.5 X,第四次： a b c,求出:a与c、b与c的关系？,在一固定容积的密闭容器内，2mol A和1mol B发生反应2A(g)+B(g) 3C（g）+D（g），达平衡时，C(C)=w mol/L 。若在同一容器，保持上述温度，按下列配比进行反应，仍可使平衡时c（C）=w mol/L的是 （ ） A4molA+2mol B B 3molC + 1mol D C1mol+0.5molB+1.5molC+0.5molD D 1molA+0.5 molB,等效平衡分为二种情况：,1、等温等容时（1）当 m + n p + q 时：只改变起始加入量，只要通过可逆反应的化学计量数比换算成平衡式左右两边同一边物质的量与原平衡相等，则二平衡等效。（两平衡状态，各组分的浓度、百分含量一样）,（2）当 m + n = p + q 时：只要反应物（或生成物）的物质的量的比例与原平衡相同，则二平衡等效。（两平衡状态中，各组分的百分含量一样，但浓度不一定相同）,2、等温等压时改变起始加入情况，只要按化学计量数换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量之比与原平衡相等，则达平衡后与原平衡等效。,对于2SO2+O2 2SO3若按下列三种配比分别加入起始物质：2molSO2 1mol O2 2molSO3 4molSO2 2mol O2 在恒温恒容时： 达平衡时互为等效在恒温恒压时： 达平衡时互为等效,在一定温度下，把2molSO2和1mol O2通入一个一定容积的密闭容器里，发生如下反应： 2SO2(g)+O2(g) 2SO3 (g)，当此反应进行到一定程度时，反应混合物就处于化学平衡状态。维持温度不变，令a、b、c分别代表初始加入的SO2、O2和SO3的物质的量（mol）。如果a、b、c取不同的数值，它们必须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡时，反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡时的完全相同，请填写下列空白： （1）若a=0，b=0，则c= ； （2）若a=0.5，则b= ，则c= ； （3） a、b、c取值必须满足的一般条件是（请用两个方程式表示，其中一个只含a和c，另一个只含b和 c）： 、 。,三、化学平衡常数,实验测得，同一反应（如：aA+bB cC+dD）在某温度下达到的化学平衡状态，平衡体系中各物质的浓度满足下面关系：,其中c为各组分的平衡浓度，温度一定，K为定值。,1、表达式,K值的大小，表示在一定温度下，反应达到平衡时该反应进行的程度（反应的限度）。,（1）K值越大，反应程度增大，转化率越高；反之则转化率越低。,（2）K值与浓度无关，随温度变化而变化,2、意义,（3）平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度（即反应限度）。（4）一般地说，K105时，该反应进行得就基本完全了；K在10-5左右，则认为反应很难进行。（5）对于有纯固体或溶剂参加的反应，其浓度不列入平衡常数K的表达式中。,3、使用平衡常数应注意的问题,（1）必须指明温度，反应必须达到平衡状态,（2）平衡常数表示反应进行的程度，不表示反应的快慢，即速率大，K值不一定大,（3）在进行K值的计算时，固体不作考虑，表达式中不需表达,一定温度下,（4）在进行K值的计算时，稀溶液中的H2O的浓度可不表达,Cr2O72- + H2O,2CrO42- + 2H+,如：,一定温度下:,（5）平衡常数的表达式与方程式的书写有关,N2+3H2 2NH3,2NH3 N2+3H2,1/2N2+3/2H2 NH3,K1 = 1/K2 = K32,某温度下：,（6）利用K值可判断某状态是否处于平衡状态,如某温度下，可逆反应mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)的平衡常数为K，若某时刻时，反应物和生成物的浓度关系如下：,Qc K ，V正V逆，反应向正方向进行,Qc K ，V正V逆，反应处于平衡状态,Qc K ，V正V逆，反应向逆方向进行,则：,例：高炉炼铁中发生的基本反应如下: FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)Q。其平衡常数可表达为: K=c(CO2)/c(CO)，已知1100，K=0.263 (1)若平衡向右进行，高炉内CO2和CO的体积比值_，平衡常数K值_(填“增大”“减小”或“不变”),不变,增大,(2)1100时，测得高炉中c(CO2)=0.025mol/L，c(CO)=0.1mol/L，在这种情况下该反应是否处于平衡状态_(填“是”或“否”)，此时化学反应速率是V正_V逆(填“大于”、“小于”或“等于”)，其原因是 。,否,大于,c(CO2)/c(CO)0.250.263，说明不是平衡状态，且向正反应方向进行,例：现有一定温度下的密闭容器中存在如下反应：,2SO2+O2 2SO3,知C(SO2)始=0.4mol/L，C(O2)始=1mol/L经测定该反应在该温度下的平衡常数K19，试判断，（1）当SO2转化率为50时，该反应是否达到平衡状态，若未达到，哪个方向进行？（2）达平衡状态时， SO2的转化率应为多少？,此时各物质的浓度分别为：0.2molL-1、0.9molL-1、0.2molL-1，得Qc=1.1K，反应向正方向进行。,4、平衡常数的应用,（1）判断反应进行的方向,平衡常数的表达式中，各物质的浓度是指平衡状态时的浓度，若某个时刻不知化学反应是否平衡，这时用各物质的浓度代入平衡常数的表达式中，也可计算出一个数值（用Qc表示），这个数值与平衡常数相比，数值不一定相同。,4、平衡常数的应用,若QcK时，化学反应还要向逆方向进行才能平衡，即逆反应自发进行。,所以，要判断一个化学反应是向正方向进行还是向逆方向进行，只需把某时刻各物质的浓度代入平衡常数表达式中，求得Qc，把Qc与此温度下该反应的平衡常数K相比即可。,QcK，向逆方向进行。,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)其平衡常数K与温度t的关系如下表：,1、该反应的平衡常数表达式为：,2、某温度下，平衡浓度符合下式：c(CO2)c(H2)= c(CO)c(H2O)，试判断该温度为 ，在此温度下，若该容器中含有1molCO2、 1.2molH2、 0.75molCO、 1.5molH2O，这状态是否平衡状态？若不是，反应向哪个方向进行？,830,不平衡， Qc=0.94K,（2）计算平衡转化率,反应物的转化率越大，反应进行的程度越大,影响转化率的因素:1、当不改变反应物用量，平衡受温度或压强改变影响，向正反应方向移动，反应物转化率增大；平衡向逆反应方向移动，反应物的转化率降低。,若只增加A的量，平衡向正反应方向移动，B的转化率增大，A的转化率减小。,已知C(SO2)始=0.4mol/L，C(O2)始=1mol/L，当SO2的转化率为80%时，反应达到平衡状态。（1）求反应的平衡常数（2）若平衡后混合物的压强增大一倍，反应将向哪方向进行？（3）若平衡后混合物的压强减小一倍，反应将向哪方向进行？（4）若平衡保持体积不变，充入稀有气体Ar使压强增大为原来的3倍，反应将向哪方向进行？,练习：现有一定温度下的密闭容器中存在如下反应：,2SO2+O2 2SO3,19,浓度都增大一倍！,反应向正方向进行,反应向逆方向进行,浓度不变，平衡不移动,已知在某密闭容器中发生下列反应：2SO2 + O2 2SO3,600 1.01105 Pa,500 1.01105 Pa,物质的量,时间(分),物质的量,时间(分),500 5.05105 Pa,物质的量,时间(分),实验：,温度改变时，反应 的化学平衡状态会改变吗？,2NO2 N2O4,（红棕色）,（无色）,化学平衡的移动,冷水,常温,热水,在这张图片中，你看到了什么？你知道了什么？你得到了什么结论？,1.下列关于化学平衡的说法中，正确的是（ ）A.当反应达到化学平衡时，反应物已完全转化为生成物B当反应达到化学平衡时,正逆反应均已停止C.当反应达到化学平衡时，反应混合物中各成分的浓度保持不变D.化学平衡是一定条件下的平衡，当条件改变时，平衡不会被破坏,C,课堂练习,2能说明反应已达到平衡的是（ ）A 容器内CO、H2O、CO2、H2四者共存B 总的质量保持不变C 总的物质的量保持不变D 正反应速率和逆反应速率相等,D,3、N2+3H2 2NH3反应达到平衡时，下列说法正确的是（ ） A、N2和H2不再化合了 B、N2、H2、NH3的浓度相等 C、平衡建立前体系的总质量在不断变化而平衡建立后体系的总质量就不再变了 D、N2、H2、NH3的浓度保持不变,D,练习,4、在一定温度下，可逆反应：A(g)+3B(g) 2C(g)达到平衡的标志是( )A.A生成的