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0第八章

化学反应速率与化学平衡第2讲化学反应的方向化学平衡1.知道化学反应是有方向的,知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。2.认识化学反应的可逆性及化学平衡的建立。3.掌握化学平衡状态的特征及判定方法。4.了解化学平衡常数的含义及影响因素,能利用化学平衡常数进行相关的计算。考点一01课时作业06目录CONTENTS考点二02真题演练05微专题04考点三03考点一化学反应的方向1.自发过程2.熵和熵变(1)熵是度量体系____________的物理量,符号为S。(2)影响熵大小的因素①相同条件下,物质不同,熵不同。②同一物质:S(g)____S(l)____S(s)。(3)熵变(ΔS)=生成物的总熵-反应物的总熵。含义在一定条件下,不需要借助光、电等外力作用就能自动进行的过程特点放热过程可能自发进行混乱度小转变为混乱度大的过程可能自发进行混乱程度>>重点强调常见的熵增反应(ΔS>0)(1)固态反应物生成液态或气态生成物的反应:C(s)+H2O(g)

CO(g)+H2(g)。(2)液态反应物生成气态生成物的反应:2Na(s)+2H2O(l)===2NaOH(aq)+H2(g)。(3)化学计量数(气体)增大的反应:2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)。3.化学反应方向的判断(1)判断依据<><=>(2)一般规律①ΔH__0,ΔS__0的反应任何温度下都能自发进行。②ΔH__0,ΔS__0的反应任何温度下都不能自发进行。③ΔH和ΔS的作用相反,且相差不大时,______对反应的方向起决定性作用。当ΔH<0,ΔS<0时,______下反应能自发进行;当ΔH>0,ΔS>0时,______下反应能自发进行。<>><温度低温高温判断正误。正确的打“√”,错误的打“×”并指明错因。(1)NH4HCO3(s)===NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)

ΔH=+185.57kJ·mol-1,该反应一定不能自发进行。()错因:______________________________________________________________(2)因为焓变和熵变都与反应的自发性有关,因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据。()错因:__________________________________________________________________________×该反应的ΔS>0、ΔH>0,在高温下能自发进行。焓变或熵变单独判断反应自发性存在不全面性,因此应用ΔH-TΔS复合判据。×(3)在其他外界条件不变的情况下,使用催化剂可以改变化学反应进行的方向。()错因:_______________________________________________________________________________(4)-10℃的水结冰,可用熵判据来解释其自发性。()错因:______________________________________________________________在其他外界条件不变的情况下,使用催化剂,只改变反应速率,而不改变反应方向。×水结冰是熵减的过程,根据熵判据则应是非自发过程。×题组分析与推测化学反应的方向1.下列判断错误的是(

)①反应NH3(g)+HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的ΔH>0

②CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH<0③高温下,反应MgCl2(l)===Mg(l)+Cl2(g)能自发进行,则该反应的ΔH>0、ΔS>0④ΔH<0、ΔS>0的反应在任何温度下都能自发进行A.①③ B.②③

C.②④ D.①②物质S/(J·K-1·mol-1)ΔH/(kJ·mol-1)ρ/(kg·m-3)C(金刚石)2.4-395.403513C(石墨)5.7-393.5122602.在298K和100kPa压力下,已知金刚石和石墨的熵、燃烧热和密度分别为:此条件下,对于反应C(石墨)===C(金刚石),下列说法正确的是(

)A.该反应的ΔH<0,ΔS<0B.由公式ΔG=ΔH-TΔS可知,该反应ΔG=985.29kJ·mol-1C.金刚石比石墨稳定D.超高压条件下,石墨有可能变为金刚石解析:根据燃烧热的定义可知:C(金刚石,s)+O2(g)===CO2(g)ΔH=-395.40kJ·mol-1,C(石墨,s)+O2(g)===CO2(g)

ΔH=-393.51kJ·mol-1,反应C(石墨)===C(金刚石)的ΔH=(-393.51kJ·mol-1)-(-395.40kJ·mol-1)=1.89kJ·mol-1>0,ΔS=S(金刚石)-S(石墨)=2.4J·K-1·mol-1-5.7J·K-1·mol-1=-3.3J·K-1·mol-1<0,A错误;由公式ΔG=ΔH-TΔS可知,该反应ΔG=1.89kJ·mol-1-298K×(-3.3×10-3kJ·K-1·mol-1)=2.8734kJ·mol-1,B错误;由A项分析可知,反应C(石墨)===C(金刚石)是吸热反应,说明质量相同时,石墨的能量较低,则石墨比金刚石稳定,C错误;由于金刚石的密度比石墨大,故质量相同时,金刚石的体积小,则反应C(石墨)===C(金刚石)是体积减小的过程,故超高压条件下,石墨有可能变为金刚石,D正确。考点二化学平衡状态1.可逆反应(1)定义在____________下既可以向______反应方向进行,同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。(2)特点①三同:a.相同条件下;b.正、逆反应______进行;c.反应物与生成物______存在。②一小:任一组分的转化率都________100%。③表示方法:在化学方程式中用“_____”表示。同一条件正逆同时小于2.化学平衡状态(1)概念在一定条件下的可逆反应中,正反应速率和逆反应速率______,反应物和生成物的浓度均____________,即体系的______不随时间的改变而改变的状态,简称化学平衡。相等保持不变组成(2)建立过程对于只加入反应物从正向建立的平衡:图示:(3)特征可逆v正=v逆≠0动态平衡保持一定可能发生改变判断正误。正确的打“√”,错误的打“×”并指明错因。(1)2H2O2H2↑+O2↑为可逆反应。()错因:______________________________________________________________(2)在一恒温恒容的密闭容器中充入2molSO2、1molO2,一定条件下发生反应,在相同的容器中充入2molSO3,在相同条件下发生反应,二者最终达到平衡时,对应各组分的百分含量不同。()错因:______________________________________________________________(3)可逆反应都具有一定的限度,化学反应的限度可以通过改变反应条件而改变。()条件不同,不是可逆反应。对应各组分的百分含量相同。×√×(4)平衡状态指的是反应静止了,不再发生反应了。()错因:______________________________________________________________(5)由2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

ΔH=-196.6kJ·mol-1知,2molSO2与1molO2在恒压密闭容器中充分反应,可放出196.6kJ的热量。()错因:______________________________________________________________化学平衡是一种动态平衡。××2molSO2与1molO2并不能完全反应,放出的热量小于196.6kJ。(6)对于反应NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g),若每消耗1molSO3的同时生成1molNO2,说明反应达平衡状态。()错因:______________________________________________________________________________________________(7)在恒温恒容密闭容器中发生反应A(s)+3B(g)2C(g)+D(g),当压强不随时间而改变,说明反应已达平衡。()错因:______________________________________________________________________________________________________消耗1molSO3的同时生成1molNO2均表示逆反应方向,故无法判断反应是否达到平衡状态。此反应为反应前后气体体积不变的反应,故压强始终不发生改变,因此压强不变时,无法说明反应已达平衡。××题组一理解与归纳化学平衡状态的特征1.在一个密闭容器中发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),反应过程中某一时刻测得SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2mol·L-1、0.2mol·L-1、0.2mol·L-1,当反应达到平衡时,可能出现的数据是(

)A.c(SO3)=0.4mol·L-1B.c(SO2)=c(SO3)=0.15mol·L-1C.c(SO2)=0.25mol·L-1D.c(SO2)+c(SO3)=0.5mol·L-12.一定条件下,对于可逆反应X(g)+3Y(g)2Z(g),若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零),达到平衡时,X、Y、Z的浓度分别为0.1mol·L-1、0.3mol·L-1、0.08mol·L-1,则下列判断正确的是(

)A.c1∶c2=3∶1B.平衡时,Y和Z的生成速率之比为2∶3C.X、Y的转化率不相等D.c1的取值范围为0<c1<0.14mol·L-1题组二辨识与探析化学平衡状态3.在一定温度下的恒容容器中,当下列物理量不再发生变化时:①混合气体的压强;②混合气体的密度;③混合气体的总物质的量;④混合气体的平均相对分子质量;⑤混合气体的颜色;⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比;⑦某种气体的百分含量。(1)能说明2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是__________(填序号,下同)。(2)能说明I2(g)+H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是________。(3)能说明2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是____________。(4)能说明C(s)+CO2(g)2CO(g)达到平衡状态的是____________。(5)能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)达到平衡状态的是________。(6)能说明5CO(g)+I2O5(s)5CO2(g)+I2(s)达到平衡状态的是________。①③④⑦⑤⑦①③④⑤⑦①②③④⑦①②③②④⑦②④⑤解析:①达到平衡时,v正应保持不变。②由于是放热反应,又是绝热容器,体系温度升高,平衡左移,K减小,当K不变时,温度不变,达到平衡状态。③图中达到平衡时,CO、CO2的改变量不是1∶1。④w(NO)逐渐减小,达到平衡时保持不变。⑤因正反应放热,容器绝热,故反应开始后体系温度升高,达到平衡状态时,体系温度不再发生变化。⑥ΔH是一个定值,不能用于判断可逆反应是否达到平衡状态。

(3)间接标志①有气体参加的体积改变的反应,气体的总压强、总体积、总物质的量不变时,达到平衡状态。②如果平衡体系中的物质有颜色,则平衡体系的颜色不变时,达到平衡状态。③气体的密度、气体的平均相对分子质量不变时,要具体分析各表达式中的分子或分母变化情况,判断是否平衡(若体系中各组分均为气体,气体质量守恒;若体系中不全是气体,要注意气体质量变化)。考点三化学平衡常数转化率1.化学平衡常数(1)概念在一定______下,一个可逆反应达到化学平衡时,生成物_____________与反应物_______________的比值是一个常数,用符号K表示。(2)表达式对于一般的可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),在一定温度下达到平衡时:平衡常数K=__________________。温度浓度幂之积浓度幂之积意义K值越大正反应进行的程度越____反应物的转化率越____影响因素内因反应物本身的性质外因温度升高ΔH<0,K值______ΔH>0,K值_____大(3)意义及影响因素重点强调(1)K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。(2)K值的大小只能预示某可逆反应向某方向进行的最大限度,不能预示反应达到平衡所需要的时间。大减小增大(4)平衡常数与反应方程式的关系①在相同温度下,对于给定的可逆反应,正、逆反应的平衡常数互为倒数,即_____________。②方程式乘以某个化学计量数x,则平衡常数变为原来的x次方。③两方程式相加得总方程式,则总方程式的平衡常数等于两分方程式平衡常数的乘积,即_____________。(5)主要应用①判断化学反应进行的方向对于化学反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)的任意状态,浓度商_____________。K总=K1·K2Q<K,反应向_____反应方向进行;Q=K,反应处于_____状态;Q>K,反应向_____反应方向进行。②判断可逆反应的热效应正平衡逆吸热放热放热吸热2.平衡转化率平衡转化率是指平衡时已转化了的某反应物的量与转化前该反应物的量之比,用来表示反应限度。对于反应:aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),反应物A的转化率可以表示为α(A)=__________________________________。判断正误。正确的打“√”,错误的打“×”并指明错因。(1)恒温、恒容条件下,反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)达到平衡,向容器中再充入1molSO2,平衡正向移动,化学平衡常数增大。()错因:______________________________________________________________(2)化学平衡常数只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关;温度越高,化学平衡常数越大。()错因:_______________________________________________________________________________________________________×化学平衡常数仅受温度影响,与浓度无关。×化学平衡常数受温度影响,与可逆反应吸放热有关,如可逆反应正向放热,则升高温度,平衡逆向移动,K值减小。(3)改变条件,使反应物的平衡转化率都增大,该可逆反应的平衡常数一定增大。()错因:__________________________________________________________________________________________(4)平衡常数发生变化,化学平衡一定发生移动。()(5)一定温度下,2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)与2SO3(g)O2(g)+2SO2(g)的平衡常数互为相反数。()错因:______________________________________________________________×√平衡常数仅受温度影响,如从反应体系中移除生成物,反应物平衡转化率均增大,但平衡常数不变。×正、逆反应的平衡常数互为倒数。t/℃70080083010001200K0.60.91.01.72.62.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的关系如表所示: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________(填“吸热”或“放热”)反应。吸热(3)某温度下,各物质的平衡浓度符合下式:3c(CO2)·c(H2)=5c(CO)·c(H2O),试判断此时的温度为______℃。(4)若830℃时,向容器中充入1molCO、5molH2O,反应达到平衡后,其化学平衡常数K________(填“大于”“小于”或“等于”)1.0。(5)830℃时,容器中的化学反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下,扩大容器的体积。平衡________(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。700等于不题组二分析与计算化学平衡常数和转化率3.H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)。在610K时,将0.10molCO2与0.40molH2S充入2.5L的空钢瓶中,反应平衡后水的物质的量分数为0.02。(1)H2S的平衡转化率α1=________%,反应平衡常数K=____________。(2)在620K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.03,H2S的转化率α2____α1,该反应的ΔH____0(填“>”“<”或“=”)。(3)向反应器中再分别充入下列气体,能使H2S转化率增大的是______(填标号)。A.H2S B.CO2

C.COS D.N22.5

2.8×10-3>>B(2)某温度下(高于100℃),将2molNO和3.5molH2充入体积为2L的密闭容器中,体系总压强p随时间的变化如下表所示。①N2的分压随时间变化如图所示,则从开始至平衡时,v(N2)=________kPa·min-1(保留两位有效数字)。②该温度下,反应Ⅱ用浓度表示的平衡常数Kc=________。t/min020406080100120140p/kPa5550.747.644.843.241.841410.0452.88

微专题压强平衡常数的计算1.气体的分压p(B)相同温度下,当某组分气体B单独存在且具有与混合气体总体积相同的体积时,该气体B所具有的压强,称为气体B的分压强,简称气体B的分压,符号为p(B),单位为Pa或kPa或MPa。气体B的分压p(B)=气体总压p×B的体积分数=气体总压p×B的物质的量分数。BaC2+2H2O―→Ba(OH)2+HC≡CH↑10161051052.(2023·全国乙卷节选)硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途,如可用作农药防治小麦黑穗病,制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题:(1)将FeSO4置入抽空的刚性容器中,升高温度发生分解反应:2FeSO4(s)Fe2O3(s)+SO2(g)+SO3(g)(Ⅰ)。平衡时pSO3­T的关系如下图所示。660K时,该反应的平衡总压p总=_____kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)=_____(kPa)2。Kp(Ⅰ)随反应温度升高而________(填“增大”“减小”或“不变”)。32.25增大(2)提高温度,上述容器中进一步发生反应2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)(Ⅱ),平衡时pO2=____________(用pSO3、pSO2表示)。在929K时,p总=84.6kPa,pSO3=35.7kPa,则pSO2=________kPa,Kp(Ⅱ)=______________kPa(列出计算式)。46.263.(2022·全国乙卷节选)在1470K、100kPa反应条件下,将n(H2S)∶n(Ar)=1∶4的混合气进行H2S热分解反应[2H2S(g)===S2(g)+2H2(g)

ΔH=170kJ·mol-1]。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等,H2S平衡转化率为________,平衡常数Kp=________kPa。50%4.76真题演练1.(2024·海南卷)已知298K、101kPa时,CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH=-49.5kJ·mol-1。该反应在密闭的刚性容器中分别于T1、T2温度下进行,CO2的初始浓度为0.4mol·L-1,c(CO2)­t关系如图所示。下列说法错误的是(

)A.T1>T2B.T1下反应达到平衡时c(CH3OH)=0.15mol·L-1C.使用催化剂1的反应活化能比催化剂2的大D.使用催化剂2和催化剂3的反应历程相同2.(2024·辽宁卷)异山梨醇是一种由生物质制备的高附加值化学品,150℃时其制备过程及相关物质浓度随时间变化如图所示,15h后异山梨醇浓度不再变化。下列说法错误的是(

)A.3h时,反应②正、逆反应速率相等B.该温度下的平衡常数:①>②C.0~3h平均速率v(异山梨醇)=0.014mol·kg-1·h-1D.反应②加入催化剂不改变其平衡转化率3.(2023·海南卷改编)工业上苯乙烯的生产主要采用乙苯脱氢工艺:C6H5CH2CH3(g)C6H5CH===CH2(g)+H2(g)。某条件下无催化剂存在时,该反应的正、逆反应速率v随时间t的变化关系如图所示。下列说法正确的是(

)A.曲线①表示的是逆反应的v­t关系B.t2时刻体系处于非平衡状态C.反应进行到t1时,Q>K(Q为浓度商)D.催化剂存在时,v1、v2都增大解析:反应为乙苯制备苯乙烯的过程,开始反应物浓度最大,生成物浓度为0,所以曲线①表示的是正反应的v­t关系,曲线②表示的是逆反应的v­t关系,A错误;反应进行到t1时,反应正向进行,故Q<K,C错误。5.(2024·贵州卷)在无氧环境下,CH4经催化脱氢芳构化可以直接转化为高附加值的芳烃产品。一定温度下,CH4芳构化时同时存在如下反应:ⅰ.CH4(g)―→C(s)+2H2(g)ΔH1=+74.6kJ·mol-1ΔS=+80.84J·mol-1·K-1ⅱ.6CH4(g)―→C6H6(l)+9H2(g)

ΔH2回答下列问题:(1)反应ⅰ在1000K时________(选填“能”或“不能”)自发进行。(2)已知25℃时有关物质的燃烧热数据如表,则反应ⅱ的ΔH2=______________kJ·mol-1(用含a、b、c的代数式表示)。能6a-b-9c物质CH4(g)C6H6(l)H2(g)ΔH/(kJ·mol-1)abc(3)受反应ⅰ影响,随着反应进行,单位时间内甲烷转化率和芳烃产率逐渐降低,原因是____________________________________________________________________________________________________________________。(4)对催化剂在不同的pH条件下进行处理,能够改变催化剂的活性。将催化剂在5种不同pH条件下处理后分别用于催化CH4芳构化,相同反应时间内测定相关数据如下表,其中最佳pH为________,理由是_____________________________________________________________________________。反应ⅰ有积碳生成,随着反应的进行,生成的积碳逐渐增多,覆盖在催化剂表面,使催化剂催化性能逐渐降低,化学反应速率减小10.0pH=10.0时,产物中积碳平均含量最低,CH4平均转化率最大,芳烃平均产率最高pHCH4平均转化率/%芳烃平均产率/%产物中积碳平均含量/%2.49.605.3540.754.09.804.6045.857.09.254.0546.8010.010.456.4533.1012.09.954.1049.45(5)973K、100kPa下,在某密闭容器中按n(C6H6)∶n(CH4)=1∶5充入气体,发生反应C6H6(g)+CH4(g)―→C7H8(g)+H2(g),平衡时C6H6与C7H8的分压比为4∶1,则C6H6的平衡转化率为_____,平衡常数Kp=_________________________________(列出计算式即可)。20%适当降低温度,加入合适的催化剂(合理即可)6.(2023·海南卷节选)磷酸二氢钾在工农业生产及国防工业等领域都有广泛的应用。某研究小组用质量分数为85%的磷酸与KCl(s)反应制备KH2PO4(s),反应方程式为H3PO4(aq)+KCl(s)KH2PO4(s)+HCl(g)一定条件下的实验结果如图所示。回答问题:(1)该条件下,反应至1h时KCl的转化率为______。(2)298K时,H3PO4(aq)+KCl(aq)KH2PO4(aq)+HCl(aq)的平衡常数K=____________。(已知H3PO4的Ka1=6.9×10-3)70%6.9×10-37.(2022·湖南高考节选)已知ΔG=ΔH-TΔS,ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态,忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG<0,则该反应可以自发进行。根据下图判断:600℃时,下列反应不能自发进行的是____。A.C(s)+O2(g)===CO2(g)B.2C(s)+O2(g)===2CO(g)C.TiO2(s)+2Cl2(g)===TiCl4(g)+O2(g)D.TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)===TiCl4(g)+CO2(g)C解析:将A、B、C、D项中反应依次编号为①、②、③、④。A项,由图可知,600℃时反应①的ΔG<0,反应能自发进行;B项,由图可知,600℃时反应②的ΔG<0,反应能自发进行;C项,由图可知,600℃时反应③的ΔG>0,反应不能自发进行;D项,根据盖斯定律知,反应④可由反应①+反应③得到,则600℃时其ΔG<0,反应能自发进行。

课时作业[建议用时:40分钟]3.恒温恒压下,下列过程一定不能自发进行的是(

)A.2H2O(l)+O2(g)===2H2O2(aq)B.CaO(s)+CO2(g)===CaCO3(s)C.2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)D.2Cl2(g)+2H2O(g)===4HCl(g)+O2(g)解析:平衡常数很大,表示该反应所能进行的程度大,由于NO与CO反应速率较小,则在排入大气之前没有反应完全,故A错误;平衡常数只与温度有关,增大压强,K不变,故B错误;正反应放热,升高温度,速率加快,平衡逆向移动,K减小,故C错误。7.在T

℃时,向一个3L的密闭容器中通入4molNH3、amolO2,发生反应:4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)。此时NH3的平衡转化率为60%。下列说法错误的是(

)A.当混合气体的平均摩尔质量不变时,反应达到平衡B.当v正(NO)∶v逆(H2O)=4∶6时,反应达到平衡C.反应过程中分离出H2O(g),正反应速率增大D.平衡时,若O2的转化率为60%,则a=5解析:反应过程中分离出水蒸气,生成物的浓度减小,逆反应速率减小,正反应速率随之减小,故C错误。8.某温度下在2L密闭容器中,X、Y、Z三种气态物质的物质的量随时间变化如图所示。下列说法正确的是(

)A.该反应的化学方程式为2X(g)+3Y(g)2Z(g)B.容器内气体的密度保持不变不能说明该反应达到平衡状态C.1min时,正反应速率小于逆反应速率D.0~2min内X的转化率为60%解析:根据该反应ΔH>0,可知a点所在的曲线为343K时SiHCl3的转化率-时间曲线,b点所在的曲线为323K时SiHCl3的转化率-时间曲线,A错误;由图可知,a、b两点的转化率相等,可认为各物质的浓度对应相等,而a点的温度更高,所以速率更快,即a点的反应速率大于b点的反应速率,B错误;由图可知,343K时SiHCl3的转化率为22%,设起始时SiHCl3的浓度为1mol/L,列三段式:2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)起始浓度(mol/L)100转化浓度(mol/L)0.220.110.11平衡浓度(mol/L)0.780.110.11二、非选择题

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