2012届高考化学专题复习 专题八 第二单元化学反应的方向与限度课件 新人教版

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 第二单元化学反应的方向与限度 1 自发过程是指在一定的条件下 不借助光 电等外部力量就能自动进行的过程 例如 水由高处流向低处 热由高温物体传向低温物体都是自发过程 2 反应焓变是反应能否自发进行的主要因素之一 大部分反应能自发进行 也有一部分反应能自发进行 温度和压强 放热 吸热 3 熵是描述体系的物理量 熵值越 体系混乱度越大 而同一物质的熵与其聚集状态有关 如对同一物质来说 常见的熵增大过程有 以及气体扩散的过程都是熵增加过程 而在化学反应中气体物质的量增加的反应也是熵增加的过程 实验证明 熵增加过程有利于自发进行 4 判断反应能否自发进行的判据是 H T S0 反应能自发进行 H T S0 反应达到平衡状态 H T S0 反应不能自发进行 混乱度 大 S g S l S s 固体的溶解 水的汽化 墨水的扩散 H T S 想一想 化学反应能够自发进行就是能够发生吗 答 不一定 利用 H T S这个判据指的是在温度 压强一定的条件下反应自动发生的趋势 即反应发生的可能性 它并不能说明在该条件下 可能自发进行的反应能否实际发生 因为反应能否实际发生还涉及反应速率问题 1 可逆反应是指在条件下 既能向进行同时又能向进行的反应 其特点是能平衡 平衡时各物质的浓度不为 反应物完全转化为产物 2 化学平衡是指在一定条件下的可逆反应 与相等 反应混合物中各组分的保持不变的状态 相同 正反应方向 逆反应方向 零 不可能 正反应速率 逆反应速率 浓度 达到 3 化学平衡的特征是动 等 化学平衡是平衡 达到平衡时 各组分的浓度 或百分含量 保持 条件改变引起 平衡移动 4 化学平衡常数是指 在一定温度下 当一个可逆反应达到平衡状态时 生成物与反应物的比值是一个常数 用符号表示 对于反应mA g nB g pC g qD g 表达式为 K 定 变 动态 v正 v逆 不变 v正 v逆 浓度计量数次方的乘积 浓度计量数次方的乘积 K 平衡常数的应用和注意事项有 K值越大 反应物的转化率 正反应进行的程度 利用浓度商与K判断平衡移动方向 平衡常数只与有关 与其他因素无关 和的浓度通常看作常数 1 不计入平衡常数表达式中 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 越大 越高 温度 固体 纯液体 想一想 在一定条件下的可逆反应 为什么说达到平衡时反应物的利用率最高 而不可能达到100 呢 答 由于可逆反应是在相同条件下既能正向进行 同时又能逆向进行的反应 所以反应物的转化率不可能达到100 只要达到平衡 平衡混合物中各组分浓度就保持不变 所以达到化学平衡状态时 反应物的利用率就最高 例1 对于化学反应方向的确定不仅与焓变 H 有关 也与温度 T 熵变 S 有关 实验证明 化学反应的方向应由 H T S确定 若 H T S 0则自发进行 否则不能自发进行 下列说法中 正确的是 A 在温度 压力一定的条件下 焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向B 温度 压力一定时 放热的熵增加的反应一定能自发进行C 反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素D 固体的溶解过程只与焓变有关 解析 H T S 0时反应能自发进行 所以焓变和熵变是一定温度下化学反应能否自发进行的复合判据 选项A正确 选项C不正确 放热反应的焓变小于零 熵增加反应熵变大于零 都对 H T S 0做出贡献 显然 放热的熵增加的反应一定能自发进行 所以选项B正确 固体的溶解过程 体系的混乱度增大 它是熵增加的过程 所以选项D不正确 答案 AB 1 自发过程是不借助外力就能自动进行的过程 但并不是没有任何条件的 而是必须在一定温度和压强的前提下不借助外力 例如 H2在O2中燃烧是自发过程 但需要点燃这个条件才能引发反应 2 并非所有自发进行的化学反应都是放热的 1 有不少吸热反应在室温下也能自发进行 例如 2NH4Cl s Ca OH 2 g 2NH3 CaCl2 2H2O 2 也有一些吸热反应在室温下不能自发进行 但在高温下 能自发进行 如CaCO3CaO CO2 3 H T S只能应用于温度 压强一定的条件下的化学反应的判据 4 过程的自发性只能用于判断过程的方向 不能确定过程是否一定会发生和过程发生时的反应速率 1 下列关于判断变化过程的方向的说法正确的是 A 所有自发进行的化学反应都是放热反应B 高温高压下可以使石墨转化为金刚石是自发的化学反应C H T S 0 反应可能会自发进行D 同一物质的固 液 气三种状态的熵相同 解析 有些吸热反应也可以自发进行 如2N2O5 g 4NO2 g O2 g 是吸热反应 又是熵增加的反应 所以A不正确 高温高压使石墨转化为金刚石 要向体系中输入能量 是非自发的反应 所以B不正确 同一物质 气态时的熵最大 固态时熵最小 所以D不正确 答案 C 2 夏天 鸡因没有汗腺只能依赖 喘息 调节体温 鸡过度地呼出CO2 使下列平衡向左移动 导致蛋壳变薄 使农场主和超市经营者遭受经济损失 CO2 g CO2 aq CO2 aq H2O l H2CO3 aq H2CO3 aq H aq aq aq H aq aq Ca2 aq aq CaCO3 s 蛋壳 澳大利亚科学研究者发现 夏季给鸡适当喂食下列某种饮料会使蛋壳变厚 这种饮料是 A 淡盐水B 黄酒C 蔗糖D 澄清石灰水 解析 平衡向生成碳酸钙的方向移动 蛋壳就会变厚 适当喂石灰水 一方面可以增加钙离子的浓度 另一方面可以调节pH 使平衡向着生成碳酸钙的方向移动 答案 D 3 下列关于自发反应的叙述中 正确的是 A 自发反应是无需外界帮助就能自发进行的反应B 在自然界中不需要任何条件就能进行的自发反应是不存在的C 在通常状况下 冰能自行融化 所以它是自发反应D 所有能发生的化学反应都是自发反应 解析 自发是有条件的 通常所说的自发反应是指在一定条件下能自发进行的反应 如物质的燃烧是自发反应 但需要点燃等条件 所以A是错误的 B是正确的 自发反应讨论的是化学反应 像冰融化等能自发进行 但不是本单元讨论的自发反应 能发生化学反应 说明在反应发生的条件下 该反应是自发的 但在其他条件下却不一定是自发的 如在高温下 石灰石能自发分解 生成二氧化碳和生石灰 但在常温下该反应就不是自发反应 答案 B 例2 在一定温度下的定容容器中 当下列哪些物理量不再发生变化时 表明反应A g 2B g C g D g 已达到平衡状态的是 混合气体的压强 混合气体的密度 B的物质的量浓度 混合气体总物质的量 混合气体的平均相对分子质量 v C 与v D 的比值 混合气体总质量 混合气体总体积A B C D 解析 由于是定容容器 反应前后气体的质量不变 故反应中气体的密度保持不变 故不能作为判断是否达到平衡状态的依据 同理 不正确 反应速率之比等于反应方程式中的计量数之比 故不论是否达到平衡 它们的速率比值总是计量数之比 故不正确 由于反应物生成物全部是气体 根据质量守恒 不论是否达到平衡 气体总质量保持不变 故不正确 综上所述 选项B符合题意 答案 B 1 化学平衡研究的对象 封闭体系的可逆反应 只有可逆反应才有可能存在化学平衡状态 2 v 正 v 逆 是化学平衡状态微观本质 其含义可简单地理解为 对反应物或生成物中同一物质而言 其生成速率等于消耗速率 反应混合物中各组分的浓度不变 是平衡状态的宏观表现 是v 正 v 逆 的必然结果 3 平衡状态直接决定了在一定条件下可逆反应进行的程度大小 也是可逆反应进行到最大限度的结果 4 从化学平衡的特征判断可逆反应是否达到化学平衡时 要特别注意外界条件的限制及反应本身的特点 如 恒温 恒容 体积可变 体积不变 全是气体参加 等 5 可逆反应达到平衡状态的标志 4 一定条件下 在恒容密闭容器中 能表示反应X g 2Y g 2Z g 一定达到化学平衡状态的是 X Y Z的物质的量之比为1 2 2 X Y Z的浓度不再发生变化 容器中的压强不再发生变化 单位时间内生成nmolZ 同时生成2nmolYA B C D 解析 根据化学平衡状态的概念可知 可逆反应达平衡时 正 逆反应速率相等 对于反应前后气体总体积不等的反应 其压强不再发生变化 各组分的浓度不再变化 但它们的物质的量之比不一定等于其化学计量数之比 答案 C 5 下列方法可以证明H2 g I2 g 2HI g 已达平衡状态的是 单位时间内生成nmolH2的同时 生成nmolHI 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 c H2 c I2 2 1 1 温度和体积一定时 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讨论 在上述 的说法中能说明2NO2 g N2O4 g 达到平衡状态的是 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 密度不能用来判断 答案 6 在一定温度 一定体积的密闭容器中 对于N2 g 3H2 g 2NH3 g 的反应 达到平衡的标志是 A 生成氨的速率与NH3的分解速率相等B 断开一个N N键的同时有6个N H键生成C N2 H2 NH3百分含量不再变化D 总压强不变E N2 H2 NH3分子数之比为1 3 2的状态 F N2 H2 NH3的浓度相等G N2 H2不再起反应H v N2 v H2 I 混合气体的密度不变J 混合气体的平均式量不变 解析 判断一个可逆反应是否达到平衡状态 要从两个方面来考虑 v正 v逆 0 混合物各成分浓度不变 只要符合其一 则达平衡状态 B选项只知正反应速率 不知逆反应速率 无法判断是否平衡 E F也无法判断是否平衡 因分子数之比为1 3 2及浓度相等 不能说明各成分浓度不变 G选项违背了平衡的特征 H选项正反应速率 逆反应速率都满足这种关系 不能说明v正 v逆 I选项气体总质量不变 若体积不变时密度始终不变 不能说明是否达到了平衡状态 A选项体现了v正 v逆 0 C D J体现了混合物各成分浓度不变 因此正确选项为A C D J 答案 ACDJ 例3 已知某产品工业合成的基本反应为A g B g 2C g 在某温度时 该反应的平衡常数是64 如果反应开始时 A g 与B g 的浓度都是0 050mol L 1 计算A在此反应条件下的平衡转化率 解析 已知A的起始浓度欲求其平衡转化率 需要知道A的转化浓度 如果假设一个转化浓度x 则可以根据给定的化学方程式从A g 与B g 的起始浓度求出各物质的平衡浓度 然后根据题目给出的平衡常数列方程进行求解 设A的转化浓度为xmol L 1 则 A g B g 2C g 初始浓度 mol L 10 0500 0500转化浓度 mol L 1xx2x平衡浓度 mol L 10 050 x0 050 x2xK 64 求解方程 舍去不合理的x值 则x 0 040 A 100 80 答案 80 1 化学平衡常数的应用 1 化学平衡常数值的大小是可逆反应进行程度的标志 它能够表示出可逆反应进行的完全程度 一个反应的K值越大 说明平衡时生成物的浓度越大 反应物的浓度越小 反应物转化率也越大 可以说 化学平衡常数是一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现 2 可以利用平衡常数的值作标准 判断正在进行的可逆反应是否平衡及不平衡时向何方进行建立平衡 如 对于可逆反应 mA g nB g pC g qD g 在一定温度的任意时刻 反应物与生成物的浓度有如下关系 Qc Qc叫该反应的浓度商 2 利用K可判断反应的热效应若升高温度 K值增大 则正反应为吸热反应 若升高温度 K值减小 则正反应为放热反应 7 一定温度下 在一个容积为1L的密闭容器中 充入1molH2 g 和1molI2 g 发生反应H2 g I2 g 2HI g 经充分反应达到平衡后 生成的HI g 占气体体积的50 在该温度下 在另一个容积为2L的密闭容器中充入1molHI g 发生反应HI g H2 g I2 g 则下列判断正确的是 A 后一反应的平衡常数为1B 后一反应的平衡常数为0 5C 后一反应达到平衡时 H2的平衡浓度为0 25mol L 1D 后一反应达到平衡时 HI g 的平衡浓度为0 5mol L 1解析 同一个化学反应的化学平衡常数与方程式的书写方式有关 答案 B 8 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 反应 选填 吸热 放热 3 能判断该反应是否已达到化学平衡状态的依据是 a 容器中压强不变b 混合气体中c CO 不变c v正 H2 v逆 H2O d c CO2 c CO 4 某温度下 平衡浓度符合下式 c CO2 c H2 c CO c H2O 试判断此时的温度为 解析 根据化学平衡常数的定义和影响因素可以作出正确判断 答案 1 2 吸热 3 bc 4 830 例4 2008 全国理综 13 在相同温度和压强下 对反应CO2 g H2 g CO g H2O g 进行甲 乙 丙 丁四组实验 实验开始时放入容器内各组分的物质的量见下表 物质 的量 实验 物质 上述四种情况达到平衡后 n CO 的大小顺序是 A 乙 丁 丙 甲B 乙 丁 甲 丙C 丁 乙 丙 甲D 丁 丙 乙 甲解析 根据可逆反应的特征 甲和丙 乙和丁分别为相同的平衡状态 达到平衡后n CO 相同 甲和乙相比较 乙中增加了CO2的物质的量 平衡正向移动 n CO 增加 所以乙 丁 丙 甲 答案 A 1 同一可逆反应 在相同条件下 如气体可逆反应在恒温 恒容或恒温 恒压时 初始加入的物质的量不同而达到平衡状态时 如果两个或多个平衡中各组分的百分含量对应相同 则这样的两个或多个平衡我们称为等效平衡 由于化学平衡状态与条件有关 而与建立平衡的途径无关 因而 同一可逆反应 从不同的状态开始 只要达到平衡时各组分的百分含量完全相同 则可形成等效平衡 2 含义等效平衡中的等效指的是平衡混合物中各组分的质量分数等效 即两个等效平衡中同种物质的质量分数相同 3 等效平衡规律 1 恒温 恒容条件下体积变化的反应如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一边的物质 其物质的量与对应组分的起始加入量相同 则建立的化学平衡状态是等效的 如合成氨反应 初始充入1molN2和3molH2 N2 g 3H2 g 2NH3 g 起始量 1mol3mol0 从正反应开始 等效于 002mol 从逆反应开始 起始量 amolbmolcmol则a 1且b 3时与原平衡是等效平衡 2 恒温 恒容条件下体积不变的反应如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一边的物质 其物质的量比与对应组分的起始加入量比相同 则建立的化学平衡状态是等效的 例如H2 g I2 g 2HI g 1mol1mol0mol 2mol2mol1mol上述两种配比 按方程式中化学计量关系均转化为反应物 两种情况下H2与I2 g 的物质的量比均为1 1 因此上述两种情况下建立的化学平衡状态是等效的 3 对于恒温 恒压条件下的可逆反应 体积变化的反应或体积不变的反应 如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一边的物质 其物质的量比与对应组分的起始加入量比相同 则建立的化学平衡状态是等效的 注意 三种情况下的等效均指的是平衡混合物中各组分的百分含量保持不变 实际上三种等效是有差别的 第1种情况是绝对等效 包括浓度 密度 相对分子质量等都相等 而第2 第3种情况下 物质的量等存在倍数关系 解答有关等效平衡问题首先应弄清楚外界条件 是恒温恒容还是恒温恒压 然后再利用有关结论 解答有关这类问题关键在于根据题目的条件建立等效平衡模型 利用等效假设进行有关问题的分析 如转化率 压强 平均分子质量等等 9 在一个固定容积的密闭容器中 加入mmolA nmolB 发生mA g nB g pC g 的反应 平衡时C的浓度为Wmol L 若容器体积和温度不变 起始时放入amolA bmolB cmolC 要使平衡后C的浓度为Wmol L 则a b c必须满足的关系是 A a b c m n pB a b m n c pC D 解析 T V一定 遵循物料转化守恒即 将状态完全转化为反应物时必定是状态 然后列式求算 答案 BC 10 向某密闭容器中充入1molCO和2molH2O g 发生反应 CO H2O g CO2 H2 当反应达到平衡时 CO的体积分数为x 若维持容器的体积和温度不变 起始物质按下列四种配比充入该容器中 达到平衡时CO的体积分数大于x的是 A 0 5molCO 2molH2O g 1molCO2 1molH2B 1molCO 1molH2O g 1molCO2 1molH2C 0 5molCO 1 5molH2O g 0 4molCO2 0 4molH2D 0 5molCO 1 5molH2O g 0 5molCO2 0 5molH2 解析 在等温等体积反应前后气体体积相等的可逆反应 只需投料比例相等 则两平衡等效 A项逆推后为1 5molCO 3molH2 g 与原平衡等效 B项逆推后 为2molCO 2molH2O g CO比例偏高 则平衡后CO体积分数也偏高 C项逆推后为0 9molCO 1 9molH2O g CO比例偏低 则平衡后CO体积分数也偏低 D项逆推后为1molCO 2molH2O g 与原平衡等效 答案 B 11 在一定温度下 把2molSO2和1molO2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 现在该容器维持温度不变 令a b c分别代表初始加入的SO2 O2和SO3的物质的量 如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体积分数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 c 3 a b c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 解析 设反应在题设条件 2molSO2和1molO2为起始反应物 达平衡时生成的SO3的物质的量为x 则2SO2 g O2 g 2SO3 g 起始时210平衡时2 x1 0 5xx设SO2 O2和SO3为起始反应物 其物质的量分别为amol bmol和cmol 达化学平衡时生成的SO3的物质的量为ymol 则 2SO2 g O2 g 2SO3 g 起始时abc平衡时a yb 0 5yy c由于上述两个化学平衡是等价的 下列关系应当成立 联立上述方程可以得到 a c 2 2b c 2以上是第三问的结论 如将相应数据代入 可得到第一 二问的解 答案 1 2 2 0 251 5 3 a c 22b c 2 例题 2009 北京理综 9 已知 H2 g I2 g 2HI g H 0 有相同容积的定容密闭容器甲和乙 甲中加入H2和I2各0 1mol 乙中加入HI0 2mol 相同温度下分别达到平衡 欲使甲中HI的平衡浓度大于乙中HI的平衡浓度 应采取的措施是 A 甲 乙提高相同温度B 甲中加入0 1molHe 乙不变C 甲降低温度 乙不变D 甲增加0 1molH2 乙增加0 1molI2 审题视点 1 甲乙两平衡建立的条件是同温同体积 2 反应的特点是气体体积不变的放热反应 3 改变不同的条件达到题目比较的目的 思路点拨 0 2molHI相当于H2 I2各0 1mol 所以甲 乙在题述情况下达到的平衡是等效的 A项 甲 乙提高相同温度 仍等效 B项 甲中加入0 1molHe对反应无影响 C项 甲降低温度 平衡右移 HI的浓度增大 D项 甲增加0 1molH2 乙增加0 1molI2 平衡都向右移动 HI的浓度都增大 具体结果不能断定 正确答案 C 错因分析1 不能正确理解外界条件改变使平衡移动的方向 2 在容器中充入稀有气体时 虽然体系的压强增大 但各组分的浓度不变 反应速率不变 平衡不移动 例题 15分 2009 浙江理综 超音速飞机在平流层飞行时 尾气中的NO会破坏臭氧层 科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2 化学方程式如下 2NO 2CO2CO2 N2为了测定在某种催化剂作用下的反应速率 在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表 请回答下列问题 均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响 1 在上述条件下反应能够自发进行 则反应的 H 0 填写 2 前2s内的平均反应速率v N2 3 在该温度下 反应的平衡常数K 4 假设在密闭容器中发生上述反应 达到平衡时下列措施能提高NO转化率的是 A 选用更有效的催化剂B 升高反应体系的温度C 降低反应体系的温度D 缩小容器的体积 5 研究表明 在使用等质量催化剂时 增大催化剂比表面积可提高化学反应速率 为了分别验证温度 催化剂比表面积对化