专题2 化学反应速率与化学平衡 第二单元 化学反应的方向和限度

1、第一节 化学反应的方向,义乌市私立群星学校 褚开朗,专题2 化学反应速率与化学平衡 第二单元 化学反应的方向和限度,冰融化,一、自发反应和非自发反应： 1、自发反应：在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自发进行的化学反应。 2、非自发反应：不能自发地进行，必须借助某种外力才能进行的反应。, 自然界的自发过程： 在一定条件下，不需要外力作用就能自发进行的过程。,冰融化,水往低处流,【交流与讨论】下列反应在室温下能否自发进行。如能自发进行，请写出相应的化学方程式。 1、水分解成氢气和氧气的反应。不能自发进行，需借助通电的外力。 2、氯气与溴化钾溶液的反应。能自发进行，2KBr+Cl2=2KCl+B

2、r2。 3、乙烯与溴单质的四氯化碳溶液的反应。能自发进行，CH2=CH2 + Br2 CH2BrCH2Br 。 4、氮气和氧气生成的一氧化碳。不能自发进行，需借助放电的外力。,【注意事项】 一般来说，如果一个过程是自发的，则其逆过程往往是非自发的，非自发过程想要发生，则必须对它做功，如利用水泵将水从低处抽向高处，通电使水分解成氢气和氧气等。 不能这样认为，需要在一定条件下才能发生的反应就不是自发反应，例如酒精的燃烧需要点燃，高温下CaCO3自发分解等，但它们都是自发反应。 某反应能自发不是说该反应一定能发生，还需要一些必要条件，譬如酒精达到着火点，还需氧气才会燃烧，生铁在潮湿的环境会生锈，但涂

3、上油漆则不会。,【例题1】知道了某过程有自发性之后，则（ ） A可判断出过程的方向 B可确定过程是否一定会发生 C可预测过程发生完成的快慢 D可判断过程的热效应,A,【想一想】下列反应在一定条件下都能自发进行，想想这些反应自发进行的主要原因。 C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l) H=2217.5kJmol-1 2Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s) H=822kJmol-1 4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s) H=1648.4kJmol-1 H2(g)+F2(g)=2HF(g) H=546.6kJmol-1 以上反应之所以发生，是因为均为放热反应（焓

4、变H0）。,二、化学反应方向的判断依据： 1、焓判据：化学反应趋向于焓值减小的方向（H 0），即放热反应的方向。 【想一想】虽然有焓判据，但是不少吸热过程和吸热反应也能自发进行，这是为什么？ NH4NO3 = NH4+ + NO3-（吸热过程） CaCO3 = CaO CO2（吸热反应） 2NH4Cl + Ba(OH)2 = BaCl2 + 2NH3 + 10H2O（吸热反应） 【注意事项】 焓变是一个与反应能否发生有关的因素，但不是唯一因素。只根据焓变来判断反应进行的方向是不全面的。（所以焓判据有局限性）,【例题2】以下自发反应可用焓判据来解释的是（ ） A硝酸铵自发地溶于水 B2N2O5(

5、g) = 4NO2(g)+O2(g) H = +56.7 kJmol-1 C(NH4)2CO3(s) = NH4HCO3(s)+NH3(g) H = +74.9 kJmol-1 D2H2(g)+O2(g) = 2H2O(l) H=571.6 kJmol-1,D,【熵】 熵是衡量一个体系混乱程度的物理量，符号为S。体系越混乱，熵值越高，反之越低。 同一物质，在气态时熵值最大，液态时次之，固态时最小，即 S（g）S（l）S（s）。,【例题3】下列过程属于熵增加的是（ ） A一定条件下，水由气态变液态 B高温高压条件下使石墨转化为金刚石 C2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g） D散落的火柴的

6、无序排列,C、D,2、熵判据：化学反应趋向于熵值增大（即S0 ）的方向，即趋向于体系越来越混乱。 熵增大的情况： 产生气体； 气体的物质的量增大； 固体溶解。 【想一想】根据能量判断吸热反应一般不能自发进行，那么一下几个反应能自发进行的原因是什么？ NH4NO3 = NH4+ + NO3-（吸热过程） CaCO3 = CaO CO2（吸热反应） 2NH4Cl + Ba(OH)2 = BaCl2 + 2NH3 + 10H2O（吸热反应） 2N2O5 = 4NO2 + O2（吸热反应）,【注意事项】熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素，但只是根据熵变来判断反应进行的方向也是不全面的。（所以熵判

7、据也有局限性） 【总结】需要综合考虑焓变和熵变，才能得出反应能否自发进行的正确结论。反应放热和熵值增大（H0，S0）的反应一定能够自发进行。,【例题4】碳铵(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碳铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大 B碳铵分解是因为外界给予了能量 C碳铵分解是吸热反应，根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,A、C,三、自由能变化是根本判据： H-TS称为体系的自由能变化，符号为G，即G=H-TS，单位为kJmol-1。G=H-TS0的反应能自发进行， G=H-TS0不能自发进行。,【总结】综合判据： 放热、

8、熵增大的反应，一定能自发进行（H 0,S0）； 吸热、熵减小的反应，一定不能自发进行（H0,S 0）； 放热、熵减小或吸热、熵增加的反应，视温度来判断反应的自发性，可能自发，也可能非自发。,第二节 化学平衡状态,义乌市私立群星学校 褚开朗,专题2 化学反应速率与化学平衡 第二单元 化学反应的方向和限度,化学平衡的形成,【想一想】以下两组反应，属于可逆反应的是? N2 + 3H2 2NH3属于。 2H2+O22H2O 和 2H2O 2H2+ O2 不属于。 一、可逆反应：在同一条件下，可以同时向正、逆反应方向进行的反应，称为可逆反应。 【注意事项】 可逆反应用“”号表示，而不用“=”号表示； 从

9、左往右进行的反应称为正反应，从右往左进行的反应称为逆反应； 可逆反应指的是，在同一条件下，同时向正、逆两个方向进行。 可逆反应不能进行到底，各时刻反应物、生成物同时存在。,【思考】已知在一个固定容器中充入一定量 N2和H2，一定条件下反应一段时间后，各物质浓度不再发生变化。 N2 + 3H22NH3 起始时浓度/molL-10.20.2 0 一段时间后浓度/molL-10.150.05 0.1 此时处于化学平衡状态,二、化学平衡状态： 1、定义：在一定条件下，当一个可逆反应进行到正、逆反应速率相等时，以致反应体系中各组分的浓度不再发生变化，达到一种表面静止的“平衡状态”，称为化学平衡状态。 【

10、注意事项】 只有可逆反应才存在化学平衡状态，不可逆反应不存在平衡状态； 可逆反应达到了平衡状态后，每一种参加反应的物质，它的正反应速率均等于逆反应速率； 当一个化学反应达到了化学平衡状态，我们就说它达到了该条件下化学反应的限度。,【例题1】化学平衡主要研究下列哪一类反应的规律（ ） A.可逆反应B.任何反应 C.部分反应D.气体反应 【例题2】14CO2与碳在高温条件下发生反应：14CO2C2CO，达到化学平衡后，平衡混合物中含14C的微粒有（ ） A14CO2B14CO2，14CO C14CO2，14CO，14CD14CO,A,C,2、化学平衡的特征： 逆：只有可逆反应才存在化学平衡； 等：

11、化学平衡达到时，每一种参加反应的物质v正=v逆0； 动：化学平衡是动态平衡。处于化学平衡状态时，化学反应并没有停止，而只是正、逆反应速率相等罢了； 定：达到化学平衡状态时，每种反应物的正反应速率等于逆反应速率，导致反应体系中各组分的浓度保持不变，而不是相互相等； 变：化学平衡建立后，温度、浓度、压强等发生变化，化学平衡会被破坏，过了一段时间，建立新的平衡。,【例题3】在一定条件下，可逆反应2A B3C在下列4种状态中，处于平衡状态的是（ ） A. v(A)正=2molL-1min-1，v(B)逆=2 molL-1min-1 B. v(A)正=2molL-1min-1，v(C)逆=2 molL-

12、1min-1 C. v(A)正=1molL-1min-1，v(B)逆=1.5 molL-1min-1 D. v(A)正=1molL-1min-1，v(C)逆=1.5 molL-1min-1 【例题4】下列哪种说法可以证明反应N23H2 2NH3已达到平衡状态（ ） A.1个NN键断裂的同时，有3个HH键形成 B.1个NN键断裂的同时，有3个HH键断裂 C.1个NN键断裂的同时，有6个NH键断裂 D.1个NN键断裂的同时，有6个NH键形成,A,A、C,三、化学平衡状态的判断： 1、若某一参加反应的物质的v正=v逆0，则该化学反应处于平衡状态。 N2+3H22NH3反应，每分钟有2molN2参加反

13、应被消耗，同时逆反应又使得2mol N2生成。已达到化学平衡状态。 2、从某一时刻开始，反应体系中各物质的浓度保持不变，则化学反应处于平衡状态。该浓度可以是物质的量浓度、质量分数浓度、气体体积分数等。 整个反应体系的温度不变。已达到化学平衡状态。 N2O4(无色)2NO2(红棕色)，气体的颜色不变。已达到化学平衡状态。 对于气体反应2NO2(g) 2NO(g)+O2(g),反应体系的总压强不再发生变化。已达化学平衡状态。 对于气体反应2HI(g) H2(g)+I2(g)，反应体系的总压强不再发生变化。不能判断是否达化学平衡状态。,3、 对于纯气体反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)

14、， 若a+bc+d，当反应体系的总压强不再发生变化时， 说明已达到化学平衡状态。 对于纯气体反应aA(g)+bB(g) C(g)+dD(g)， 若a+b=c+d，当反应体系的总压强不再发生变化时， 不能判断是否达到化学平衡状态。 对于有固、液体参加的反应 aA(s)+bB(g)cC(g)+dD(g)： 若bc+d，反应体系的总压强不再发生变化时， 说明已达到化学平衡状态。,【例题5】在一定温度下，可逆反应A(g)3B(g) 2C(g)达到平衡的标志是() AC的生成速率是A分解速率的2倍 B单位时间内生成n mol A的同时生成3n mol B CA、B、C的浓度不再发生变化 DA、B、C的物

15、质的量之比为132 【例题6】对于固定体积的密闭容器中进行的气体反应A(g)B(g) C(s)2D(g)，可以说明在恒温下已达到平衡状态的是() 反应容器中压强不随时间变化而变化 A气体和B气体的生成速率相等 混合气体的平均摩尔质量不随时间变化而变化 反应混合气体的密度不随时间变化而变化 A B C D,C,A,第三节 化学平衡常数,义乌市私立群星学校 褚开朗,专题2 化学反应速率与化学平衡 第二单元 化学反应的方向和限度,【观察和思考】 已知可逆反应2NO2N2O4，现在用不同起始浓度的NO2、N2O4进行反应，平衡后得到以下实验数据（25）。,对于可逆反应aA(g)+bB(g)cC(g)+

16、dD(g)，代数式 为一个定值。,一、化学平衡常数： 1、定义：在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物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。 2、表达式：对于可逆反应：aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)，其平衡常数表达式为：,【注意】 固体和纯液体的浓度可视为定值，其浓度不列入平衡常数表达式中，平衡常数表达式中只列入气体和溶液的浓度。 【试一试】试着书写下列可逆反应的平衡常数表达式。 1、 N2 + 3H2 2NH3 2、H2 + I22HI 3、 C + CO2 2CO 4、2Fe3+ + Fe

17、3Fe2+ 5、Br2 + H2O H+ + Br- + HBrO,【分析图表】已知可逆反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)，达化学平衡时的平衡常数为： K值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，正反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，反应物转化率越大。反之则反。（一般来说，K105时，可认为该反应进行完全，而K值在10-5左右，则认为该反应很难进行）,【分析图表】表：N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)的平衡常数与温度的关系 平衡常数的影响因素：平衡常数K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度无关，也与反应是从正反应开始还是从逆反应开始无关。一个确定的可逆反应，在一

18、定温度下其平衡常数是一个定值，在使用平衡常数时应注明温度。,【例题1】下列说法中正确的是（ ） A、从平衡常数的大小可以推断任意反应进行的程度 B、K值越大，反应的进行得越不完全 C、K值越大，反应的进行得越完全 D、温度越高，K值越大,C,【补充思考】同一可逆反应，各物质的系数同时增大2倍，或缩小到1/2，或将反应物、生成物对换，则平衡常数与原平衡常数有什么关系。 1、 2NO2N2O4 2、 NO2N2O4 3、 4NO22N2O4 4、 N2O4 2NO2,【例题2】已知在448 时，反应H2(g)I2(g) 2HI(g)的平衡常数为49，求下列化学方程式在该温度下的平衡常数。 (1)2HI(g) H2(g)I2(g)K(1)_ (2)H2(g)I2(g) HI(g)K(2)_ (3)2H2(g)2I2(g) 4HI(g)K(3)_,(1)1/49；(2