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专题四 化学反应的方向 化学反应的速率第一部分 化学反应的方向一、反应焓变与反应方向1. 自发过程（1）定义：在一定条件下，不需借助光、电外部力量便能自动发生的过程叫做自发过程。（2）实例：水往低处流；在室温下冰块会融化；铁器在潮湿空气中会生锈。2. 焓变与反应的自发性（即化学反应的热效应对反应方向有影响）举例焓变自发性常温常压下：4Fe(OH)2(s)2H2O(1) O2(g) = 4Fe(OH)3(s)H0自发过程常温下：HCl+NaOH=NaClH2OH 0非自发过程高温：CaCO3(s) =CaO (s) CO2(g)H 0自发过程常温常压下：NH4HCO3(s)CH3COOH(aq)= CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(1)H0自发过程结论：常温下，放热反应容易自发进行，某些吸热反应也能自发进行，体系有从高能到低能的趋势； 某些吸热反应，在常温下不能自发进行，但在较高温度下能自发进行；（碳酸钙分解） 反应焓变影响反应的自发性，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。二、反应熵变与反应方向1. 熵（1）定义：熵是衡量体系混乱度大小的物理量。 （2）符号：S（3）单位：Jmol1.K1（4）大小判据：混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就越大；对于同一种物质：S（g） S(1) S(s) ；对于一个反应：反应前、后气体计量数大的熵值大。固体溶解、液体气化等过程熵增。2. 熵变（1）表达式： S S（产物）S（反应物）（2）正负判断的一般依据：对于有气体参与的化学反应（既可以是反应物也可以是产物），气态物质的物质的量增大的化学反应，其熵变通常是正值，是熵增大的反应；反之，熵减。3. 熵变与反应的自发性举例熵变自发性常温常压下：NH4HCO3(s)CH3COOH(aq)= CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(1)S0自发过程常温常压下：2H2O2(aq)=2H2O(l)O2(g)S0自发过程常温：CaCO3(s) =CaO (s) CO2(g)S 0非自发过程高温：2Al(s)Fe2O3(s)=Al2O3(s)2Fe(s)S 0自发过程结论：常温下，熵增反应容易自发进行，某些熵减反应也可能发生，体系有从有序到无序的趋势； 反应熵变影响反应的自发性，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。三、熵变与焓变对反应方向的共同影响 1. 化学反应自发进行的判断依据一个化学反应能否自发进行，既与反应的焓变有关，又与反应的熵变有关。在等温等压条件下，化学反应的方向是由反应的焓变和熵变共同决定的，反应方向的判断为（T为热力学温度，不会为负数）：H TS 0 ，反应不能自发进行。【思考】对于汽车尾气的净化反应：2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)，在298 K,100 kPa下，H113.0 kJ/mol，S145.3 J/(molK)，通过计算说明该反应在室温下能否自发进行？2. 化学反应的变化趋势在等温等压条件下，自发反应总是向H TS0 的方向进行，直至达到平衡状态。3. H、S的正负及温度的升降对H TS 的值产生的影响（1）H 0， 一定有 H TS 0 ，S0 ，显然这样的反应在任何温度下都不能正向自发进行。（3）H 0 ，S0或H 0 ，S0）（m、n、p、q为最简整数比）。（1）（2）（3）（1）据图1所示，反应开始至达到平衡时，用D物质表示的该反应速率为_ _；（2）根据上图可求得方程式中m：n：p：q ，该反应的化学平衡常数的表达式K= ，升高温度，反应的化学平衡常数K （填“增大”、“减小”或“不变”，下同），B的反应速率 。（3）反应达到平衡后，第7 min时： 若降低温度，D的浓度变化最可能的是_(用图2中ac的编号回答)； 若在7min时仍为原平衡，将容器的容积压缩为原来一半，请在图3中画出7 min后D浓度变化情况。考点三、有效碰撞理论1、有效碰撞：能够发生化学反应的碰撞。 化学反应发生的条件是反应物分子之间必须发生碰撞。反应物分子之间的碰撞只有少数碰撞能导致化学反应的发生。有效碰撞的频率越高，则化学反应速率就越大。研究发现，只有既具有足够的能量又有合适的碰撞取向的分子碰撞，才是有效碰撞。有效碰撞时发生化学反应的充分条件。2、活化分子和活化能 （1）活化分子：能够发生有效碰撞的分子。活化分子之间之所以能够发生有效碰撞，是由于它们的能量高，发生碰撞时，能够破坏分子内部原子之间的“结合力”，从而导致反应物分子的破坏，重新组合成生成物分子，发生化学反应。（2）活化能：活化分子所多出来的那部分能量(或普通分子转化成活化分子所需的最低能量)。如右图中的E1是反应的活化能，E1-E2是反应热（能量变化）。活化能越小，普通分子就越容易变成活化分子。活化能的大小虽然意味着一般分子成为活化分子的难易，但是却对这个化学反应前后的能量变化并不产生任何影响。（3） 活化能与化学反应速率：在一定条件下，活化分子所占的百分数是固定不变的。活化分子的百分数越大，单位体积活化分子数越多，单位时间内有效碰撞的次数越多，化学反应数率就越快。3、 活化分子理论解释外界条件对反应速率的影响：改变条件引起的改变活化分子百分数单位体积活化分子数对速率影响增大浓度单位体积分子数增加升高温度分子获得能量气体加压等效于浓度变化加催化剂降低活化能例：下列说法正确的是 A增大压强，活化分子数增多，化学反应速率增大 B升高温度，活化分子百分数增加，化学反应速率增大 C加入反应物，活化分子百分数增加，反应速率加快 D使用催化剂，降低了反应的活化能，增大了活化分子的百分数，反应速率加快练：反应A(g)+B(g)C(g)+D(g)过程中的能量变化如图所示，回答下列问题。 (1)该反应是_反应（填“吸热”“放热”）；(2)当反应达到平衡时，升高温度，A的转化率_（填“增大”“减小”“不变”），原因是_。(3)反应体系中加入催化剂对反应的能量变化是否有影响？_，原因是_。(4)在反应体系中加入催化剂，反应速率 ，E1和E2的变化是：E1_，E2_（填“增大”“减小”“不变”）。【达标练习】1下列说法正确的是 A一定条件下，增加反应物的量，必定加快反应速率 B升高温度正反应速率增大，则逆反应速率也一定增大 C可逆反应的特征是正反应速率总是和逆反应速率相等 D增大压强一定会加快反应速率2（双选）合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)（正向放热），673 K，30 MPa下n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如下图所示。下列叙述正确的是 A.点a的正反应速率比点b的大 B.点c处反应达到平衡 C.点d（t1时刻）和点e（t2时刻）处n（N2）不一样 D.其他条件不变，773 K下反应至t1时刻，n（H2）比上图中d点的值大3将1 molH2（g）和2 mol I2（g）置于某2 L密闭容器中，在一定温度下发生反应：H2（g）+I2（g）2HI（g）+Q(正向放热)，并达到平衡，HI的体积分数（HI）随时间（t）变化如图（）所示。若改变反应条件，（HI）的变化曲线如图（I）所示，则改变的条件可能是A恒温恒容条件下，加入适当催化剂 B恒温条件下，缩小反应容器体积C恒容条件下升高温度 D恒温条件下，扩大反应容器体积4将1mol SO2和1mol O2通入恒容密闭器中，一定条件下达到平衡时，SO3的物质的量为0.3mol，此时若移走0.5mol SO2和0.5mol O2，反应达到新的平衡时，SO3的物质的量是 A0.3mol B0.5mol C小于0.15mol D大于0.15mol，小于0.3mol5在容积为2 L的密闭容器中充入2 mol SO2和一定量O2。发生反应2SO2O2 2SO3，当反应进行到4 min时，测得n(SO2)0.4 mol。若反应进行到2 min时，容器中SO2的物质的量是 A等于1.6 mol B等于1.2 mol C大于1.6 mol D小于1.2 mol6一定条件下，在体积为10 L的密闭容器中，1 mol X和1 mol Y进行反应：2X(g)Y(g)Z(g)，经60 s达到平衡，生成0.3 mol Z，下列说法正确的是 A以X浓度变化表示的反应速率为0.001 mol/(Ls) B将容器体积变为20 L，Z的平衡浓度变为原来的1/2 C若增大压强，则物质Y的转化率减小 D若升高温度，X的体积分数增大，则该反应吸热7. 在一定条件下，已达平衡的可逆反应：2A(g)+B(g) 2C(g)，下列说法中正确的是 A. 平衡时，此反应的平衡常数K与各物质的浓度有如下关系：K= B. 改变条件后，该反应的平衡常数K一定不变 C. 如果改变压强并加入催化剂，平衡常数会随之变化 D. 若平衡时增加A和B的浓度，则平衡常数会减小8. 人体血液内的血红蛋白(Hb)易与O2结合生成HbO2,因此具有输氧能力，CO吸入肺中发生反应：CO+HbO2O2+HbCO ，37 时，该反应的平衡常数K=220 。HbCO的浓度达到HbO2浓度的0.02倍，会使人智力受损。据此，下列结论错误的是 A.CO与HbO2反应的平衡常数K= B.人体吸入的CO越多，与血红蛋白结合的O2越少 C.当吸入的CO与O2浓度之比大于或等于0.02时，人的智力才会受损 D.把CO中毒的病人放入高压氧仓中解毒，其原理是使上述平衡向左移动9.下列条件一定能使反应速率加快的是 增加反应物的物质的量； 升高温度； 缩小反应容器的体积； 加入生成物； 加入MnO2 A. 全部 B. C. D. 10. 10 mL 2mol/LH2SO4（aq）跟足量铁粉反应，在一定温度下，为了减缓反应进行的速率，但又不影响生成H2的总量，可向反应物中加入适量的 A. K2CO3（s） B. 水 C. H 2SO4（aq） D.（NH4）2SO4（s）11.可逆反应A（g）B（g） 2C（g）在固定容积的容器中进行，如果向容器中充入1mol A和1mol B，在某温度下达到平衡时，C的体积分数为m%；若向容器中充入1mol C，在同样的温度下达到平衡时，C的体积分数为n%，则m和n的关系正确的是 A. mnB. mnC. m=nD. 无法比较12. 可逆反应m A(s) + n B(g) p C(g) + q D(g)反应过程中，当其它条件不变时，C的质量分数与温度（T）和压强（P）的关系如图（T2T1）,根据图中曲线分析，判断下列叙述中正确的是 A到达平衡后，若使用催化剂，C的质量分数增大 B平衡后，若升高温度，平衡则向逆反应方向移动 C平衡后，增大A的量，有利于平衡向正反应方向移动 D化学方程式中一定np+q13已知可逆反应COH2O(g)CO2H2，达到平衡时，K ，K是常数，只与温度有关，与浓度无关。(1)830K时，若起始时：c(CO)2mol/L，c(H2O)3mol/L，平衡时CO的转化率为60%，水蒸气的转化率为 ；K值为 。(2)830K，若只将起始时c(H2O)改为6mol/L，则水蒸气的转化率为 。(3)若830K时，起始浓度c(CO)a mol/L，c(H2O)b mol/L，H2的平衡浓度c(H2)c mol/L，a、b、c之间的关系式是 ；当ab时，a c。14.一定条件下，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)： CO(g)2H2(g)CH3OH(g) ,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 ，升高温度，K值 (填“增大”,“减小”或“不变”)。(2)在500，从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H2) (3)在其他条件不变的情况下，对处于E点的体系体积压缩到原来的1/2，下列有关