第四、五讲化学反应的方向和限度

第二章化学反应的方向、限度与速率第一节化学反应的方向【学习目标】1、理解焓变与反应方向的关系。2、了解“熵”和“熵变”的概念，知道化学反应中存在熵变。3、理解熵变与反应方向的关系。4、能综合运用焓变与熵变，判断化学反应进行的方向。研究化学反应化学反应进行的快慢问题化学反应进行的程度问题化学反应速率化学平衡化学反应的方向焓变与熵变第一节

化学反应的方向水总是自发地由高处往低处流自然界中有许多自然而然发生的现象，请同学们联系生活知识，列举一些能自动发生的例子？①自然界中水总是从高处往低处流；②电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动；③室温下冰块自动融化；④墨水扩散；⑤食盐溶解于水；⑥火柴棒散落等。镁条燃烧；酸碱中和；铁器暴露在潮湿空气中会生锈；甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧，锌与CuSO4溶液会自动反应生成Cu和ZnSO4等，这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的。1、自发过程：在一定条件下，不借助外部力量就能自动进行的过程。2、自发反应：在给定的一组条件下，可以自发进行反应，就称为自发反应。如何判断一个反应能否自发进行？寻找反应能否自发进行的判据(1)钠与水反应：2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g)△H=－368kJ/mol(2)铁生锈：3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)△H=-824kJ/mol(3)氢气和氧气反应：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=－571.6kJ/mol共同点——放热反应△H＜0以下这些一定条件下能自发进行的反应有何共同特点？【思考与交流】酸碱中和、镁条燃烧等这些一定条件下能自发发生的反应有何共同特点？【思考与交流】共同特点：

△H<O即放热反应放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定，△H<O有利于反应自发进行从能量角度分析它们为什么可以自发？一般情况下：△H<O即放热反应易发生自发反应。

体系趋向于从高能状态转变为低能状态（这时体系会对外做功或者释放热量——△H﹤0）。一、能量判据（焓判据）一般情况下：

△H<O，即放热反应利于反应自发进行。NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)△H=＋37.30kJ/mol自发反应一定要△H<O？

结论：△H<O有利于反应自发进行，自发反应不一定要△H<O

焓变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一因素。【思考与交流】△H=＋56.7kJ/mol△H=＋74.9kJ/mol

还有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行，如在室温下吸热反应的碳酸钙分解反应不能自发进行，但同样是这个吸热反应在较高温度（1200K）下则能自发进行。概念：熵：衡量一个体系混乱度的物理量叫做熵，用符号S表示在一个有大量微粒构成的体系中，微粒之间无规则排列的程度越大，体系的熵越大。反应前后体系熵的变化叫做反应的熵变.用△S表示反应的△S越大,越有利于反应自发进行举例:水在不同聚集状态的混乱度一般来说,混乱度:气态＞液态＞固态火柴棒散落墨水扩散

硝酸铵溶于水要吸热，但它能自发向水中扩散

为了解释这样一类与能量状态的高低无关的过程的自发性，提出了在自然界还存在着另一种能够推动体系变化的因素→熵由有序转变为无序

火柴散落、墨水扩散过程混乱度如何变化？

混乱度越大越稳定，△S>0有利于反应自发进行。【思考与交流】

自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理，也就是反应方向判断的熵判据二、熵判据1、熵定义：体系混乱度的量度，即熵是用来描述体系的混乱度的物理量。

符号：S

单位：J•mol-1•K-1

体系混乱度越大，熵值越大；

体系混乱度越小，熵值越小。影响物质熵值大小的因素：体系混乱度越大，熵值越大。(1)物质的聚集状态：同种物质S(g)>S(l)>S(s)(2)物质(或体系)的温度和压力：

S（高温）>S(低温)S（低压）>S(高压)2、熵变与反应熵变（1）熵变（△S）∶化学反应中要发生物质的变化或物质状态的变化，因此存在着熵变。

（2）反应熵变：△S=S反应产物－S反应物熵增加的过程：固体的溶解，液体的气化，墨水的扩散，气体的扩散熵增加的反应：产生气体的反应△S＞0或气体物质的物质的量增大的反应

1.H2O(s)→H2O(l)→H2O(g)

2.CaCO3==CaO(s)+CO2(g)3.NaOH(s)=Na+(aq)+OH-(aq)4.N2(g)+3H2(g)==2NH3(g)思考：判断下列过程的熵变是大于零还是小于零？△S＞0△S＞0△S<0△S＞0自发反应一定是熵增加的反应吗？2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s)△S=－39.35J•mol-1•K-1

结论：△S>O有利于反应自发进行，自发反应不一定要△S>O【思考与交流】熵变是反应能否自发进行一个因素,但不是惟一因素。△H—T△S三、复合判据（自由能变化）△H—T△S<0

时，反应自发进行△H—T△S

=0时，平衡状态△H—T△S

>0时，反应不自发进行ΔH-TΔS＜0反应能自发进行ΔH-TΔS=0反应达到平衡状态ΔH-TΔS＞0反应不能自发进行注意：1、反应方向与条件有关，不能随意将常温、常压下的结论用于其他温度、压强下。2、∆H—T∆S这个判据只能用于一定温度，压强条件下的反应3、∆H—T∆S这个判据指出的是在温度、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。NH3(g)+HCl(g)＝NH4Cl(s)△H＜0△S<0CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)△H>0△S>0判断这两个反应什么条件下自发进行低温可自发高温可自发【思考与交流】化学反应的方向反应焓变反应熵变共同影响吸热放热熵增熵减焓减小有利于反应自发，熵增大有利于反应自发结总识知思考：ΔH－TΔS＜0的反应一定能自发发生吗？

ΔH－TΔS＜0只是说明在一定条件下该反应有自发发生的趋势，即反应发生的可能性，并不能说明能实际发生，反应能否实际发生还涉及反应速率问题。如——汽车尾气处理反应：2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)

DAC随堂练习1.下列说法完全正确的是（）

A.放热反应均是自发反应

B.ΔS为正值的反应均是自发反应

C.物质的量增加的反应，ΔS为正值

D.自发反应也需要一定条件2.下列过程中熵增加的是（）A.食盐晶体溶于水B.氢气在氧气中燃烧生成液态水C.碳酸氢铵分解D.水蒸气冷凝为水3、下列反应中，熵减小的是D.2CO(g)＝2C(s)＋O2(g)B.2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g)A.(NH4)2CO3(s)＝NH4HCO3(s)+NH3(g)C.MgCO3(s)＝MgO(s)＋CO2(g)D4、碳酸铵〔（NH4）2CO3〕在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是∶（）A、其分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大；B、其分解是因为外界给予了能量；C、其分解是吸热反应，据能量判据不能自发分解；D、碳酸盐都不稳定，都能自发分解。ACompanyLogo

5、某化学反应其△H==—122kJ·mol-1，∆S==231J·mol-1·K-1，则此反应在下列哪种情况下可自发进行()A．在任何温度下都能自发进行B．在任何温度下都不能自发进行C．仅在高温下自发进行D．仅在低温下自发进行A4、下列说法正确的是∶（）A、凡是放热反应都是自发的，由于吸热反应都是非自发的；B、自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减少或不变；C、自发反应在恰当条件下才能实现；D、自发反应在任何条件下都能实现。5、一定是自发进行的反应的是A、吸热反应；B、放热反应；C、熵增加反应；D、熵增加的放热反应。CD6、250C和1.01×105Pa时，反应2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）；△H=＋56.76kJ/mol，自发进行的原因是A、是吸热反应；B、是放热反应；C、是熵减少的反应；D、熵增大效应大于能量效应。D第二节化学反应的限度第1课时化学平衡常数及平衡转化率的计算课本42页I2(g)+H2(g)2HI(g)54.554.654.4554.33根据表中数据计算平衡时的值，并分析其中规律。结论：(1)温度不变时，K为常数；(2)常数K与反应的起始浓度大小无关；(3)常数K与正向建立还是逆向建立平衡无关即与平衡建立的过程无关。对于反应:aA（g）+bB（g）

cC（g）+dD（g）在一定温度时，当一个可逆反应达到平衡状态时，生成物平衡浓度的幂之积与反应物平衡浓度的幂之积的比值是一个常数，这个常数称为化学平衡常数,简称平衡常数。衡量可逆反应进行程度的物理量1、平衡常数课本43页写出所给反应的平衡常数表达式：注意：反应中的固体或纯溶剂不列入平衡常数的表达式中！练习：试写出下列反应的平衡常数的数学表达式：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)

2C(s)+2H2O(g)2CO(g)+2H2(g)催化剂化学平衡常数(可逆反应总是不能进行到底，得到的总是反应物与生成物的混合物)思考：如何证明SO2和O2反应生成SO3是

可逆反应？同位素示踪原子法～18O2反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达平衡后，再向容器中通入含氧的同位素18O的氧气，经过一段时间后，18O原子位于_______________中。SO2、O2和SO3分析：不同温度时，反应:H2(g)+I2(g)2HI(g)

△H<0的平衡常数与温度的关系如下：△当△H<0时，升高温度，K

（填“增大”或“减小”）；

△H>0时，升高温度，K

。（填“增大”或“减小”）(2)平衡常数K值的大小，可推断反应进行的程度。

K值越大，表示反应进行的程度越大，反应物的转化率越大；K值越小，表示反应进行的程度越小，反应物的转化率越小。(1)平衡常数K与温度有关，与浓度无关，由K随温度的变化可推断正反应是吸热反应还是放热。若正反应是吸热反应,升高温度,K增大;若正反应是放热反应,升高温度,K减小;注意：(3)反应的平衡常数和反应可能进行与否的关系。一般来说，反应的平衡常数KC≥105，认为正反应进行得较完全；KC≤10-5则认为这个反应的正反应很难进行(逆反应较完全）。(4)K的表达式、数值和单位与方程式的具体写法有关。①Q>K,反应向左进行②Q<K,反应向右进行③Q=K,反应处于平衡状态

=

对于反应:aA+bBcC+dD对于可逆反应达到平衡后各物质的浓度变化关系，在计算中注意：（2）生成物：平衡浓度=初始浓度+转化浓度；生成物D:[D]=c0(D)+△c(D)（3）各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中相应的化学计量数之比。△c(A):△c(D)=a:d（1）反应物：平衡浓度=初始浓度-转化浓度；反应物A:[A]=c0(A)-△c(A)与平衡常数有关的计算练习：

对于反应2SO3(g)2SO2(g)+O2(g),若在一定温度下，将2mol的SO3(g)放入一体积为2L的密闭容器中，当达到平衡状态时，测得O2(g)的物质的量为0.6mol,试求此反应的平衡常数。0.6752、转化率—更直观的表示反应限度α=已转化的n(B)总的n(B)×100%例1、对于反应2SO2(g)+O2(g)SO3(g)若在一定温度下，将0.1mol的SO2(g)和0.06molO2(g)注入一体积为2L的密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中有0.088mol的SO3(g)试求在该温度下求SO2(g)和O2(g)的平衡转化率。注：温度一定时，对于一个化学反应，平衡常数虽然一定，但不同的反应物的平衡转化率可能不同。不能脱离具体的反应物谈平衡转化率。练习：在2L的容器中充入1molCO和1molH2O(g),发生反应：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)800℃时反应达平衡,若k=1。求：（1）CO的平衡浓度和转化率。（2）若温度不变，上容器中充入的是1molCO和2molH2O(g)，CO和H2O(g),的平衡浓度和转化率是多少。（3）若温度不变，要使CO的转化率达到90%，在题干的条件下还要充入H2O(g)物质的量为多少？例2、在密闭容器中进行如下反应：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1mol/L、0.3mol/L、0.2mol/L，在一定条件下当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是()A、Z为0.3mol/LB、Y2为0.35mol/LC、X2为0.2mol/LD、Z为0.4mol/L第二节第二课时

化学平衡的标志和特征Q：化学平衡研究的对象是什么？可逆反应Q：如何证明SO2和O2反应生成SO3是可逆反应？同位素示踪原子法～18O2反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达平衡后，再向容器中通入含氧的同位素18O的氧气，经过一段时间后，18O原子位于_________________中。SO2、O2和SO3化学平衡研究的对象：可逆反应概念：

在相同条件下既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的化学反应。思考：如何判定一反应已达化学平衡状态？一、化学平衡的建立化学平衡状态，就是指在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。

(是可逆反应过程中的一种特殊状态)

（1）“等”：即v正(X)＝v逆(X)（2）“动”：化学平衡是一种动态平衡，平衡时反应仍在进行。v正(X)＝v逆(X)≠0二、化学平衡的特征

(同种物质)～本质(3)“定”：外界条件(如：浓度、温度和压强)不改变时，化学平衡状态不变(4)

☆“变”：当外界条件发生改变时，化学平衡可能被破坏，一定时间后，在新条件下可重新建立新的平衡

反应混合物中各组分的浓度保持不变，各组分的含量一定。如：分子数、质量、体积百分含量等

可能二、化学平衡的特征【例1】可逆反应N2＋3H22NH3的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是()3v正（N2）＝v正（H2）B.v正（N2）＝v逆（NH3）C.2v正（H2）＝3v逆（NH3）D.v正（N2）＝3v逆（H2）C例2、下列说法可以证明反应N2+3H22NH3已达平衡状态的是()A．1个N≡N键断裂的同时,有3个H－H键形成B．1个N≡N键断裂的同时,有3个H－H键断裂C．1个N≡N键断裂的同时,有6个N－H键断裂D．1个N≡N键断裂的同时,有6个N－H键形成

AC三、化学平衡的标志的讨论

1、“等”速标志：

v正(X)＝v逆(X)≠0(同种物质)

1)、比较同一种物质的消耗和生成速率。∵反应过程中始终满足：物质的量之比＝系数对应比∴不一定处于化学平衡状态*注意：若v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2呢？化学平衡的标志的讨论

2、百分含量一“定”标志：物质的量(n)物质的量浓度(C)质量(m)体积(V)百分含量(w或V%)反应物转化率(α)体系中各组分的一定

(注：此时转化率(α)最大。)

讨论：3、对于有气体参加的可逆反应1)、从体系内部压强考虑：

Q：在一定温度下的定容密闭容器中发生反应：2SO2(气)＋O2(气)2SO3(气)，从左侧起始，随着反应的进行P如何变化？Δn(g)＝0，则P(总)为恒值，→不能做平衡标志；Δn(g)≠0，则P(总)一定时，→可作平衡标志。若为H2(气)＋I2(气)2HI(气)呢？讨论：对于有气体参加的可逆反应2)、从气体密度考虑：Q：在何种情况下，气体平均相对分子质量不变可作为化学平衡的标志？3)、从反应混合气的平均相对分子质量(Mr)考虑：ρ＝Mr＝讨论：4、其他标志：如体系颜色不再变化等。2NO2N2O4

【小结】：可逆反应达到化学平衡状态的标志：①正、逆反应速率相等②各组分浓度保持不变。③相关物理量恒定不变(压强、密度、体系颜色、混合气体的平均相对分子质量等)

？？？!注意（1）对于反应前后的气体物质的分子总数不相等的可逆反应（如2SO2+O22SO3）来说，可利用混合气体的总压、总体积、总物质的量是否随着时间的改变而改变来判断是否达到平衡。（2）对于反应前后气体物质的分子数相等的可逆反应：（如H2+I2(g)2HI），不能用此标志判断平衡是否到达，因为在此反应过程中，气体的总压、总体积、总物质的量都不随时间的改变而改变。注意：

对于不同类型的可逆反应，某一物理量不变是否可作为平衡已到达的标志，取决于该物理量在平衡到达前（反应过程中）是否发生变化。若是则可；否则，不行。练习1：一定条件下的密闭容器中，可逆反应2A(g)B(g)＋3C(g)在下列四种状态中处于平衡状态的是()CD2、

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

A．C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nmolA，同时生成3nmolB

D．A、B、C的分子数之比为1∶3∶2

AB3、在体积不变的恒温密闭容器中放入反应物A发生反应：A(g)2B(g)；ΔH＞0直到达平衡，下图横坐标t表示时间，对于这一反应，纵坐标不能表示的意义是()A、容器内的压强B、A物质表示的正反应速率C、容器内气体的密度D、A物质的物质的量浓度AC【反思与提升】：2、如何理解化学平衡中正逆反应速率相等？是指“平衡时用反应物来表示的速率值等于用生成物来表示的速率的值”么？

3、对气体而言，如整个体系n(总)、m(总)、V(总)或P(总)一定，能否判定某可逆反应已达到平衡状态？4、在何种情况下，气体平均相对分子质量不变可作为化学平衡的标志？☆平衡标志（如何判断）2.间接标志:1.直接标志:①V(正)=V(逆)②各组分百分浓度不随时间变而变①各物质浓度不随时间改变而改变②各物质的物质的量不随时间改变而改变③各气体的压强不随时间改变而改变④气体的颜色不随时间改变而改变⑤气体的密度不随时间改变而改变⑥气体平均式量不随时间改变而改变①温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化②温度和体积一定时，容器内压强不再变化，

③条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化

④温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化

⑤温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化(2)在上述的说法中能说明2NO2N2O4

达到平衡状态的是________________。随堂练习：1、(1)下列方法中可以证明2HIH2＋I2(g)已达平衡状态的是

①④①②③④⑤3、在一定温度下的定容密闭容器中，当下列物理量不再变化时，表明反应：A(固)＋2B(气)C(气)＋D(气)已达平衡的是（）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E、混合气体的平均相对分子质量B、C、E若A为气体呢？ACDE【知识回顾】

当△H<0时，升高温度，K

，降低温度，K

；

当△H>0时，升高温度，K

，降低温度，K

。（填“增大”或“减小”）减小增大增大减小寒冷的季节来临，很多关节炎病人的病情就会加重？如果发现有人一氧化碳中毒，要马上切断一氧化碳源并将病人移至空气流通处，必要时放入高压氧仓中，为什么要采取这样的措施？第3课时反应条件对化学平衡的影响第二章化学反应的方向.限度与速率第2节化学反应的限度

1、了解温度、浓度对化学平衡的影响，并能够判断化学平衡移动的方向。

2、掌握利用Q与K的关系来判断浓度、温度对平衡移动的影响。

3、提高设计实验方案的能力，以及分析实验现象并获取有用信息的能力。

4、提高分析处理实验数据的能力，从中获取信息、总结规律的能力。【学习目标】【实验探究一】温度对化学平衡的影响2NO2(g)N2O4(g)

△H＝－56.9kJ/mol(红棕色)(无色)【观察·思考】1、改变温度，混和气体颜色如何变化？说明NO2气体的浓度怎样变化？2、实验现象说明化学平衡如何移动？温度对2NO2N2O4

△H<0

的影响逆向移动增大正向移动

减小变深变浅【交流·研讨】结合课本47页表2-2-31、写出Q和K的表达式。2、升高或降低温度，Q和K如何变化？3、从Q和K的关系角度分析温度对化学平衡的影响？4、反应

N2O4(g)2NO2

(g)△H>0，从Q和K的关系角度分析，改变温度，化学平衡如何移动？

2NO2

（g）

N2O4

（g）△H<0

【实验结论】：在其它条件不变的情况下：升高温度，会使化学平衡向着吸热

反应的方向移动；降低温度，会使化学平衡向着放热

反应的方向移动。寒冷的季节来临，很多关节炎病人的病情就会加重？

关节炎病因是在关节滑液中形成尿酸钠晶体（化学式NaUr），尤其在寒冷季节易诱发关节疼痛。其化学机理为：

Ur-(aq)+Na+(aq)

NaUr(s)△H<0学以致用【实验探究二】浓度对化学平衡的影响FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl【交流·研讨】1、分析上述反应的实质(写出离子方程式)？2、写出该反应Q和K的表达式？3、增大反应物的浓度,Q和K如何变化?4、从Q和K的关系角度分析，增大反应物浓度对化学平衡的影响？实验药品：0.01mol/L的FeCl3溶1mol/L的FeCl3溶液，0.03mol/L的KSCN溶液，1mol/L的KSCN溶液1mol/L的KCl溶液。【观察·思考】1、二组实验中溶液颜色如何变化？2、硫氰化铁的浓度如何变化？3、实验现象说明化学平衡如何移动？加深加深右思考：当稀氯化铁和稀硫氰化钾溶液混合后，1、再滴加少量KCl浓溶液，溶液颜色有何变化？2、再滴加少量KOH浓溶液，溶液颜色有何变化？有红褐色沉淀生成，溶液红色变浅溶液颜色无明显变化【实验探究二】FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl【实验结论】：在其他条件不变时，

增大反应物或减小生成物的浓度

化学平衡向正反应方向移动

减小反应物或增大生成物的浓度

化学平衡向逆反应方向移动

如果发现有人一氧化碳中毒，要马上切断一氧化碳源并将病人移至空气流通处，必要时放入高压氧仓中，为什么必须采取这样的措施？Hb+O2(g)Hb(O2)Hb+CO(g)Hb(CO)（Hb为血红蛋白分子）学以致用结小堂课化学平衡改变温度改变浓度K

.

Q

.K

.改变改变不变在其他条件不变时，1、升高温度，化学平衡向吸热方向移动；

降低温度，化学平衡向放热方向移动。2、增大反应物或减小生成物的浓度，化学平衡向正反应方向移动；

减小反应物或增大生成物的浓度，化学平衡向逆反应方向移动。第二节第4课时

反应条件化学平衡的影响

——化学平衡的移动