浙江省2020版高考化学专题七第二单元化学反应的方向与限度课件.pptx

1、第二单元化学反应的方向与限度,一 化学反应方向的综合判据和化学平衡状态,二 化学平衡常数,教材研读,突破一化学平衡状态的判断与分析,突破二化学平衡常数的综合应用,重难突破,一、化学反应方向的综合判据和化学平衡状态 (一)化学反应方向的综合判据 影响反应自发性的因素有焓变(H)、熵变(S)和温度(T)。要正确判断一个化学反应能否自发进行,必须综合考虑H、S和T这三个因素。在恒温恒压时,有如下判据:,教材研读,这个判据用文字可表述为:在温度、压强一定的条件下,自发反应总是向H-TS0的方向进行,直到达到平衡状态。 注意用H-TS0来判断反应的自发性,只能用于判断反应的方向, 不能确定反应是否一定会

2、发生,也不能确定反应发生的速率。,(二)化学平衡状态 1.可逆反应与不可逆反应 (1)可逆反应 相同条件下,既能向正反应方向(向右)进行,同时又能向逆反应方向(向左)进行的反应,叫可逆反应。 (2)不可逆反应 有些反应的逆反应程度很小,可忽略,这类反应叫不可逆反应。在化学方程式中通常用“ ”。例如:Ba2+S BaSO4、H+OH-,H2O等。,反应开始时,体系中反应物的浓度最大,生成物的浓度最小,所以v(正)v(逆)。 反应过程中,反应物浓度逐渐减小v(正)逐渐减小;生成物浓度逐渐增大v(逆)逐渐增大。 达到平衡时,v(正)=v(逆),从反应开始至达到平衡所需的时间为t1。,(3)特征 等:

3、即v(正)=v(逆)0。 动:即动态平衡,反应仍在进行。 定:即反应混合物中各组分的质量(或浓度)保持不变。 变:外界条件改变,平衡也随之改变。 同:外界条件一定时,一定量的反应物和生成物,不论是从正反应开始,还是从逆反应开始,达到的平衡状态是相同的。,二、化学平衡常数 1.化学平衡常数表达式及定义 对于一般的可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),在一定温度下,有: K=,K即平衡常数。 上述内容可用语言描述为:在一定温度下,当一个可逆反应达到化学平衡时,生成物的浓度幂之积与反应物的浓度幂之积的比值是一个常数,这个常数就是该反应的化学平衡常数(简称平衡常数),用符号K表示。

4、在外界条件中,化学平衡常数只受温度影响,与浓度等无关。,2.化学平衡常数的应用 (1)利用K可推测可逆反应进行的限度 K值的大小可以反映反应进行的最大程度(反应的限度):K值越大,说明平衡体系中生成物所占的比例越大,向正反应进行的程度越 大,反应物的平衡转化率越大。(当K105时,一般就认为 反应完全了) (2)利用K可以判断化学反应是否达到化学平衡 对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),在一定温度下的任意时刻,Qc=,其中Qc叫做该反应的浓度商。,QcK,反应向逆反应方向进行。 (3)利用K可判断反应的热效应 因升温平衡向吸热反应方向移动,所以有: 若升高温度,K值增大,则

5、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。,1.对于化学反应方向的判断,下列说法中正确的是(B) A.温度、压强一定时,放热的熵减小的反应一定能自发进行 B.温度、压强一定时,焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向 C.反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素 D.反应熵变是决定反应能否自发进行的唯一因素,2.在密闭容器中充入0.5 mol N2和1.5 mol H2发生反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)H=-92.4 kJmol-1,充分反应后放出的热量(D) A.等于92.4 kJB.等于46.2 kJ C.大于46.2 kJD.小于46.2 kJ,3.对

6、于达到平衡状态的可逆反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),下列有关叙 述正确的是(D) A.N2和NH3的质量分数相等 B.N2、H2、NH3的浓度之比为132 C.断裂1 mol氮氮叁键的同时,有3 mol氢氢键断裂 D.氮气的体积分数保持不变,4.已知热化学方程式:aX(g)+3Y(g)bZ(g)H0。现向2 L的密闭 容器中加入0.9 mol X和1 mol Y,当Y的物质的量减少0.75 mol时,达到平衡状态,此时X、Z的物质的量浓度分别是0.2 mol/L和0.5 mol/L,该温度下的平衡常数为(A) A.800B. C.35 D.20,突破一化学平衡状态的判断与分析,重

7、难突破,1.判断化学平衡状态的常用方法,注:体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化,则反应达到平衡。,2.分析化学平衡移动时需要注意的问题 (1)不要把v正增大与平衡向正反应方向移动等同起来,只有v正v逆时,才使平衡向正反应方向移动。 (2)不要把平衡向正反应方向移动与原料转化率的提高等同起来,当反应物总量不变时,平衡向正反应方向移动,该反应物的转化率提高。,3.化学平衡移动与气体平均摩尔质量的关系 混合气体的平均摩尔质量()= 规律一:平衡体系中只有气体参与,则平衡移动前后混合气体的总质量不变,由=可知,n增大,减小;n减小,增大;n不变,也不变。 规律二:平衡体

8、系中有固体或液体参与,平衡移动后,若气体的分子总数不变,由=可知,随m而变化,m增大,增大;m减小,减小;m不变, 也不变。,规律三:平衡体系中有固体或液体参与,平衡移动后,若气体的分子总数发生变化,的变化由m、n共同决定。如果原平衡混合气体中各组分 的体积分数能确定,则的变化也能确定。,典例1(2018浙江4月选考,14,2分)反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)H 0,若在恒压绝热容器中发生,下列选项表明反应一定已达平衡状态的是(A) A.容器内的温度不再变化 B.容器内的压强不再变化 C.相同时间内,断开HH键的数目和形成NH键的数目相等 D.容器内气体的浓度c(N2)c(H2)

9、c(NH3)=132,解析题述反应在恒压绝热容器中发生且反应放热,容器内的温度不再变化则表明反应达到平衡状态,故A正确;反应在恒压容器中发生,容器内的压强一直不变,故B错误;断开HH键和形成NH键都表示向正反应方向进行,故C错误;容器内气体的浓度c(N2)c(H2)c(NH3)=132,无法判断反应是否达到平衡,故D错误。,1-1(2017浙江11月选考,16,2分)已知:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)H= -92.4 kJmol-1。起始反应物为N2和H2,物质的量之比为13,且总物质的量不变,在不同压强和温度下,反应达到平衡时,体系中NH3 的物质的量分数如下表:,物质的量分数,

10、压强,下列说法正确的是(B ) A.体系中NH3的物质的量分数越大,则正反应速率越大 B.反应达到平衡时,N2和H2的转化率之比均为1 C.反应达到平衡时,放出的热量均为92.4 kJ D.600 、30 MPa下反应达到平衡时,生成NH3的物质的量最多,解析分析表中数据不难发现,在其他条件相同时,NH3的物质的量分数随温度升高而减小,随压强增大而增大,而反应速率随温度升高而增大,随压强增大而增大,故体系中NH3的物质的量分数最大时,正反应速率不是最大,A错误;因起始时反应物N2和H2的物质的量之比为13,而反应时消耗的N2和H2的物质的量之比也为13,故反应达到平衡时,N2和H2的转化率相等

11、,B正确;由热化学方程式可知,1 mol N2(g)与3 mol H2(g)完全转化为2 mol NH3(g)时放出的热量才为92.4 kJ,不同条件下生成的NH3物质的量不等,则放出的热量不相同,C错误;表中数据显示,400 、30,MPa下反应达到平衡时,生成NH3的物质的量最多,D错误。,1-2一定条件下,将1 mol A和3 mol B充入恒容密闭容器中,发生反应:A(g)+3B(g)2C(g),下列不能说明该反应已经达到平衡状态的是 (A) A.气体的密度不再改变 B.混合气体中A的体积分数不再变化 C.混合气体的总压不再变化 D.单位时间内生成a mol A,同时生成2a mol

12、C,解析反应前后气体质量不变,容器体积不变,气体密度不变,密度不变不能说明反应达到平衡状态,A符合题意;A的体积分数不变,说明反应达到平衡状态,B不符合题意;反应前后气体体积减小,压强不变,说明反应达到平衡状态,C不符合题意;单位时间内生成a mol A,同时生成2a mol C,说明正、逆反应速率相等,能说明反应达到平衡状态,D不符合题意。,突破二化学平衡常数的综合应用 (1)平衡常数只与温度有关,与其他因素无关。即在一定温度下,不论反应物的初始浓度如何,也不管反应从哪一个方向进行,化学平衡常数是一定值。 (2)若可逆反应的正反应为吸热反应,升高温度,平衡正移,K值增大;降低温度,平衡逆移,

13、K值减小。若可逆反应的正反应为放热反应,升高温度,平衡逆移,K值减小;降低温度,平衡正移,K值增大。,(3)对一定温度下的可逆反应而言,在建立平衡的整个过程中,反应物在平衡状态时的转化率最大。 (4)在写平衡常数的数学表达式时要特别注意:如果反应中有固体或纯液体参加,它们的浓度不应写在平衡常数的表达式中,因为它们的浓度是定值,化学平衡常数表达式中只包含气态物质和溶液中各溶质的浓度。如: CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g)K=c(CO2) Cl2+H2O H+Cl-+HClO,K= 稀溶液中进行的反应,如有水参加,水的浓度不必写在平衡常数表达式中。如: Cr2+H2O 2Cr+2H+K

14、= 非水溶液中的反应,如有水生成或有水参加的反应,此时的水的浓度不可视为常数,必须表示在平衡常数表达式中。如乙醇和乙酸的反应: C2H5OH+CH3COOH CH3COOC2H5+H2O,K= 在平衡常数的表达式中一定是反应物和生成物的平衡浓度,不能是物质的量。 (5)同一化学反应,可以用不同的化学方程式表示,每个化学方程式都有自己的平衡常数表达式及相应的平衡常数。例如,373 K(100 )时,N2O4和NO2的平衡体系: N2O4 2NO2K1=,N2O4 NO2K2= 2NO2 N2O4K3= 显然,K1=。因此,要注意使用与反应方程式相对应的平衡常数表 达式。,典例2已知下列反应的平衡

15、常数:H2(g)+S(s) H2S(g)K1;S(s) +O2(g) SO2(g)K2,则反应H2(g)+SO2(g) O2(g)+H2S(g)的平衡 常数是(D) A.K1+K2B.K1-K2C.K1K2D.,解析反应的平衡常数K1=,反应的平衡常数K2=,反应 的平衡常数K3=,故K3=。,2-1一定条件下,化学反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)的化学平衡 常数K=1,相同条件下,向容器中通入一定量的CO2、H2进行反应,当c(CO2)=0.5 molL-1、c(H2)=0.5 molL-1、c(CO)=1 molL-1、c(H2O)=1 molL-1时,下列说法正确的是

16、(B) A.处于平衡状态,正、逆反应速率相等 B.反应逆向进行,正反应速率小于逆反应速率 C.CO2的转化率为50% D.该条件下,化学平衡常数K=4,解析一定条件下,CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)的化学平衡常数K= 1,相同条件下,当c(CO2)=0.5 molL-1、c(H2)=0.5 molL-1、c(CO)=1 molL-1、 c(H2O)=1 molL-1时,浓度商Qc=4K=1,反应逆向进行,正、逆 反应速率不同,故A错误;依据A中计算可知反应逆向进行,正反应速率小于逆反应速率,故B正确; CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) 起始量(molL-1)1

17、.51.500 变化量(molL-1)11 11,某时刻(molL-1)0.50.511,二氧化碳的转化率=100%66.7%,故C错误;温度不变,平衡 常数不变,故D错误。,2-2近几年,利用CO2合成二甲醚已成为人们所关注的热点。其反应原理如下: 反应CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(l)H1=-49.01 kJ/mol 反应2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(l)H2=-24.52 kJ/mol 反应CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(l)H3 请回答: (1)CO2转化为二甲醚的反应原理为:反应2CO2(g)+6H2(g) CH3 OCH3(

18、g)+3H2O(l)H4=。,(2)下列不能说明反应在298 K、恒容条件下达到化学平衡状态的是。 A.v正(H2)=v逆(H2O) B.n(CO2)n(H2)n(CO)n(H2O)=1111 C.混合气体的密度不变 D.混合气体的平均相对分子质量不变 E.容器内的压强不变 (3)写出反应在500 K时平衡常数的表达式:。,(4)下图表示起始投料量H2/CO2=4时,反应、中CO2的平衡转化率随反应温度的变化关系图,根据图示回答下列问题:,H30(填写“”“” 或“=”)。 (填写“高温”或“低温”) 有利于提高反应二甲醚的产率,请简 述理由:。,若起始投料量H2/CO2=4,起始温度为298 K,反应在503 K时达到平衡,请在下图画出CO2的转化率随温度升高的变化曲线。,答案(1)-122.54 kJ/mol (2)ABD (3)K= (4) 低温较低温度下,反应中CO2的平衡转化率较小而反应较大,所以低温对反应有利,二甲醚的产率较高,解析(1)根据盖斯定律,2+可得:2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g) +3H2O(l)H4=(-49.01 kJ/mol)2+(-24.52 kJ/m