化学反应的方向和限度

1、精选优质文档-倾情为你奉上第2节 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。 高考动向本节重要知识有化学反应进行的方向、化学平衡的概念、特征、化学平衡状态的判断、化学平衡常数的概念及计算。化学平衡常数的计算是近几年高考新增的热点，化学平衡的判断及计算一直是高考的热点，预测2014年的高考，结合化工生产，综合考查化学平衡的判断及化学平衡常数的计算

2、会有所体现。 基础知识梳理一、化学反应进行的方向1自发过程(1)含义：在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。(2)特点体系趋向于从高能量状态转变为低能量状态(体系对外部做功或放出热量)。在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。2化学反应方向的判据(1)焓判据放热过程中体系能量降低，H S(l)S(s) 。熵判据体系的混乱度增大，S 0，反应有自发进行的倾向。但有些熵减的过程也能自发进行，故只用熵变来判断反应方向也不全面。(3)复合判据自由能变化符号：G，单位：kJ/mol公式：GHTS应用恒温、恒压下，判断化学反应自发性的判据，不仅与焓变和熵变有关，还与

3、温度有关，可推出下列关系式：a当H0时，G 0，S 0，反应不可自发进行。c当H0，S0或，H0，SNaHCO3。(2)离子反应总是向着使反应体系中某些离子浓度减小的方向进行溶解度大的物质向溶解度小的物质转变，如CaSO4(微溶)Na2CO3=CaCO3Na2SO4。由相对强酸(碱)向相对弱酸(碱)转变，如CH3COOHNaHCO3=CH3COONaCO2H2O，Na2SiO2CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，所以酸性强弱：CH3COOHH2CO3H2SiO3。(3)由难挥发性物质向易挥发性物转变如NaClH2SO4(浓)NaHSO4HCl，所以沸点H2SO4(浓)HCl。(4)由氧化性

4、(还原性)强的物质向氧化性(还原性)弱的物质转变如2FeCl32KI=2FeCl2I22KCl,2FeCl2Cl2=2FeCl3，则氧化性Cl2FeCl3I2。2焓变和熵变共同判断反应的方向在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向GHTS0表明反应不能自发进行。特别提醒：(1)H0的反应在任何温度下一定能自发进行；(2)H0，S0的反应在任何温度下一定不能自发进行；(3)焓变和熵变的作用相反，且相差不大时，温度有可能对反应方向起决定性作用，当H0，S0，S0时，较高温度下反应自发进行。例1(2012长春)对于反应4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s)H444.3

5、 kJmol1，且熵减小，在常温常压下该反应能自发进行，对反应的方向起决定作用的是()A焓变 B温度 C压强 D熵变解析根据焓判据和熵判据组成的复合判据HTS0时，反应能够自发进行，由于熵减小，因此该反应能自发进行，H一定小于零。答案A互动训练1(2011浙江省金丽衢十二校联考)反应2AB(g)=C(g)3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温下能自发进行，则该反应的H、S应为()AH0 BH0，S0，S0 DH0，S0。又由于反应能自发进行的前提是：HTS0。答案C考点二 化学平衡状态的判断1.本质标志：同一种物质的消耗速率与生成速率相等。2等价标志a可逆反应的正、逆反应速率不再随时间发

6、生变化。b体系中各组分的物质的量浓度、体积分数或物质的量分数保持不变。c各反应物的转化率不变。d对于同一反应，一种物质所代表的正反应速率和另一种物质所代表的逆反应速率的比值等于它们在化学方程式中的计量数之比。3特殊标志(1)压强a对于反应前后气态物质的化学计量数有变化的可逆反应，当体系总压强不变时，则可逆反应处于化学平衡状态。如：N2(g)3H2(g)2NH3(g)、2NO2(g) N2O4(g)、2SO2(g)O2(g) 2SO3(g)、C(s)H2O(g) CO(g)H2(g)等。b对于化学反应前后气态物质的化学计量数没有变化的可逆反应，当体系总压强不变时，可逆反应可能处于化学平衡状态。如

7、：H2(g)I2(g) 2HI(g)、CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g)等。(2)气体平均摩尔质量数学表达式：g。均为气体参加的可逆反应：当n(g)0，一定时，可逆反应处于化学平衡状态。当n(g)0。一定时，可逆反应可能处于化学平衡状态。(3)气体密度数学表达式：(4)体系中气体的颜色气体的颜色不变，即某种物质的浓度不变，可以作为平衡状态的标志。注意：反应速率或反应体系中各物质的物质的量浓度之比等于反应方程式化学计量数之比不能作为平衡状态的判断依据。特别提醒：(1)判断化学平衡状态时，首先要审清反应的外界条件，抓住反应的特点(化学计量数、物质的状态等)。然后再具体分析。(2)化学平

8、衡状态的判断中无论是哪种情况，只要符合v(正)v(逆)；各组分的质量或物质的量浓度保持不变中的一个，则该反应就达到了平衡状态。例2可逆反应：2NO2(g) 2NO(g)O2(g)，体积固定的密闭容器中，达到平衡状态的标志是()单位时间内生成nmol O2的同时生成2nmol NO2单位时间内生成nmol O2的同时生成2nmol NO用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为221的状态混合气体的颜色不再改变的状态混合气体的密度不再改变的状态混合气体的压强不再改变的状态混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态ABC D全部思路点拨v正v逆，各组分百分含量不变逐项分析(颜色、密度、压强、平均相对分

9、子质量的变化与平衡根本标志的关系)解析本题不仅考查了化学平衡的直接标志，也要求对化学平衡的间接标志进行分析、判断。该反应为反应前后气体体积发生变化的反应，恒容条件下，无论是否平衡，单位时间内生成nmol O2的同时都会同时生成2 nmolNO，故正确，表明了v正v逆。不正确，无论是否平衡，用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比均为221，故不正确。混合气体的颜色不再改变，说明NO2的浓度不变，即达到平衡状态，故正确。混合气体的密度，因为m(混合气体)和V始终不变，故混合气体的密度始终不变，故不正确，r，因为m(混合气体)不变，可知当r不变时，推知n(混合气体)不再改变，说明反

10、应已达到平衡状态，故正确。反应前后气体体积不等，压强不变，说明各物质的含量不再变化，正确。答案A互动训练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的总物质的量混合气体的平均相对分子质量v(C)与v(D)的比值混合气体的总质量混合气体的总体积C、D的分子数之比为1:1ABC D解析要理解化学平衡状态的特点“等、动、定”的含义，在判断化学平衡状态时还要注意反应前后气体体积是否相等。题给反应是一个反应前后气体体积不相等的反应，因此在定容容器中，若混合气体的压强、B的

11、物质的量浓度、混合气体的总物质的量、混合气体的平均相对分子质量不再变化，均能证明该反应达到化学平衡状态。而中始终不变化，中没指明反应进行的方向，m(g)始终不变化，在定容容器中，混合气体的总体积不能作为判断依据，反应未达到平衡时，C、D气体的分子数之比也为1:1。答案B考点三 化学平衡常数应用及相关计算1.应用(1)判断、比较可逆反应进行程度的大小K值越大，反应进行的程度越大；K值越小，反应进行的程度越小。(2)判断可逆反应是否达到化学平衡状态对于可逆反应aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：浓度商QQc(3)判断可逆反应的反应热若升高

12、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。(4)计算反应物或生成物的平衡浓度及反应物的转化率。2相关计算(1)步骤写出有关化学平衡的方程式。确定各物质的起始浓度、转化浓度、平衡浓度。根据已知条件建立等式关系进行解答。(2)模式如mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为amol/L、bmol/L，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mxmol/L。m(A)(g)nB(g) pC(g)qD(g)起始(mol/L ) ab00变化(mol/L) mxnxpxqx平衡(mol/L) amxbnxpxqxK(3)转化率100%。特别提醒：

13、(1)反应物：c(平)c(始)c(变)；生成物：c(平)c(始)c(变)(2)各物质的浓度变化之比等于化学方程式中化学计量数之比。例3(2010北京理综)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)，其起始浓度如下表所示。起始浓度甲乙丙c(H2)(mol/L)0.0100.0200.020c(CO2)(mol/L)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0.012mol

14、/LD反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢解析本题考查化学平衡常数及转化率的计算，意在考查考生对数据的分析和处理能力。设平衡时甲中CO2的转化浓度为xmol/L，则平衡时H2、CO2、H2O、CO的浓度分别为(0.01x)mol/L、(0.01x)mol/L、xmol/L、xmol/L，根据平衡常数K，解得x0.006，则甲中CO2的转化率为100%60%，由于乙相对于甲增大了c(H2)，因此CO2的转化率增大，A项正确；设平衡时丙中CO2的转化浓度为ymol/L，则平衡时H2、CO2、H2O、CO的浓度分别为(0.02y)mol/L、(0.02y)mol/L、ymol/L、ym

15、ol/L，根据平衡常数K，解得y0.012，则丙中CO2的转化率为100%60%，B项正确；平衡时甲中c(CO2)0.010.0060.004(mol/L)，丙中c(CO2)0.020.0120.008(mol/L)，C项错误；反应开始时，丙中反应物浓度最大，反应速率最快，甲中反应物浓度最小，反应速率最慢，D项正确。答案C互动训练3二甲醚是一种重要的清洁燃料，可以通过CH3OH分子间脱水制得：2CH3OH(g) CH3OCH3(g)H2O(g)H23.5 kJmol1。在T1，恒容密闭容器中建立上述平衡，体系中各组分浓度随时间变化如图所示。(1)该条件下反应平衡常数表达式K_。在T1时，反应的

16、平衡常数为_；(2)相同条件下，若改变起始浓度，某时刻各组分浓度依次为c(CH3OH)0.4molL1、c(H2O)0.6molL1、c(CH3OCH3)1.2molL1，此时正、逆反应速率的大小：v(正)_v(逆)(填“”、“”或“”)。解析本题考查有关平衡常数的计算。(1)由图像知，反应在t1时达到平衡，平衡时各物质的浓度分别为c(CH3OCH3)1molL1，c(H2O)0.8molL1，c(CH3OH)0.4molL1；根据反应2CH3OH(g) CH3OCH3(g)H2O(g)可知，其平衡常数的表达式为K，在该温度下，K5。(2)根据题目所提供的数据可知，Qc4.5v(逆)。答案(1

17、)5(2) 课堂强化训练1(2011郑州市质量预测)25、101 kPa条件下，反应2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)H56.7 kJmol1能自发进行的原因()A是吸热反应B是放热反应C是熵减小的反应 D是熵增效应大于热效应2(2011吉林模拟)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：KB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3(2011南昌市模拟考试)将CO2转化成甲醇燃料是减排、环保的一种科

18、学方法，其原理为：CO2(g)3H2(g) CH3OH(g)H2O(g)H0。500时，在固定容积为1L的密闭容器中充入1mol CO2、3mol H2，测得CO2浓度与甲醇浓度随时间的变化如下图所示。从中得出的下列结论中错误的是()A曲线X表示CH3OH浓度变化，曲线Y表示CO2浓度变化B从反应开始到平衡，氢气的反应速率v(H2)0.225mol/(Lmin)C平衡时H2的转化率为75%D该反应的平衡常数K34(2011山东省烟台市调研测试)某温度下气体反应达到化学平衡，平衡常数K，恒容时，若温度适当降低，F的浓度增加。下列说法中正确的是()A增大c(A)、c(B)，K增大B降低温度，正反应

19、速率增大C该反应的焓变为负值D该反应的化学方程式为：2E(g)F(g) A(g)2B(g)5(2011北京市期末考试)氢气是一种清洁能源。用甲烷制取氢气的两步反应的能量变化如下图所示：(1)甲烷和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是_。(2)第步反应为可逆反应。在800时，若CO的起始浓度为2.0mol/L，水蒸气的起始浓度为3.0mol/L，达到化学平衡状态后，测得CO2的浓度为1.2mol/L，则此反应的平衡常数为_，CO的平衡转化率为_。1.答案D解析因放热反应、熵增加的反应有自发进行的趋向，而该反应是一个吸热反应、也是一个熵增加的反应，故A、B、C错而D对。2.答案A解析K只随温度的改变而改变。3.答案D解析根据图像中的浓度变化量可知A正确。从反应开始至平衡，v(H2)3v(CO2)