第二单元化学反应的方向和限度 (2)

1、,化学反应进行的快慢,化学反应的限度,化学反应进行的方向,化学反应速率,化学平衡,能量判据和熵判据,化学反应原理的组成部分：,化学反应的方向：,生活中的自发过程,(1)自然界中水由高处往低处流，而不会自动从低处往高处流；,(2) 铁器暴露在潮湿空气中会生锈；这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的。,这些生活中的现象将向何方发展，我们非常清楚，因为它们有明显的自发性。,一、自发反应,自发反应：在一定条件(温度)下，无需外界 帮助就能自动进行的反应,（P43 交流与讨论）,化学反应中的自发过程,（P43你知道吗？）,共同特点：H0，即体系趋向于从高能状态转变 为低能状态,能量判据：体系趋向于从高

2、能状态转变为低能状态（H 0）。 对于化学反应而言，绝大多数的放热反应能自发进行，且放出的热量越多，体系能量降低越多，反应越完全 焓变（H）是决定反应能否自发进行的因素之一，但不是唯一因素。,二、焓变与反应方向,（1）多数能自发进行的化学反应是放热反应,（2）有不少吸热过程也能自发进行,（3）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,说明,如：硝酸铵溶于水：NH4NO3(s)=NH4+(aq)+NO3(aq),（P43 观察与思考？）,如：,三、熵变与反应方向,研究表明，除热效应外，决定反应能否自发进行的另一因素体系的混乱度（熵S） 由大量粒子组成的体系中，用熵来描

3、述体系的混乱度，符号用S表示。熵值越大，体系混乱度越大。 对于同一物质：S（g）S（l）S（s） 熵变：S=S生成物总熵S反应物总熵 熵判据：体系趋向于由有序状态转变为无序状态，即混乱度增加（ S0）。且S越大，越有利于反应自发进行。,（P45 问题解决）,三、焓变和熵变对反应方向的共同影响,1. H 0 该反应一定能自发进行； 如：Mg(s) + 2HCl(aq) = MgCl2(aq) + H2(g) 2. H 0，S0，S0 该反应在较高温度下能自发进行 如：CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g),判断依据：HT S 0 反应能自发进行,（P45 问题解决）,1反应的自发性只能用于判

4、断反应的方向，不能确定反应是否一定会发生和过程发生的速率。例如金刚石有向石墨转化的倾向，但是能否发生，什么时候发生，多快才能完成，就不是能量判据和熵判据能解决的问题了。,注意,2在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。例如石墨经高温高压还是可以变为金刚石的。,练习:,下列说法不正确的是 A. 焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素，多数的能自发进行的反应是放热反应。 B. 在同一条件下不同物质有不同的熵值，其体系的混乱程度越大，熵值越大。 C. 一个反应能否自发进行取决于该反应放热还是吸热 D. 一个反应能否自发进行，与焓变和熵

5、变的共同影响有关,C,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),D,练习:,可逆反应：,1、如果V正V逆，则反应向正反应方向进行。 2、如果V正V逆，则反应向逆反应方向进行。 3、如果V正=V逆，则反应达到平衡状态。,4、任何一个可逆反应都不会进行到底的，即任一反应物不可能完全转化为生成物，生成物不可能完全转化为反应物。最终达到平衡状态时，一定是每一反应物和生成物都存在。,化学平衡状态,一、化学平衡的研究对象,

6、在同等条件下，同时进行着两个方向的反应，即正反应和逆反应。,例N2+3H2 2NH3,思考：,（1）开始阶段有什么特征？,（2）瞬间过后有什么特征？,（3）一定时间段后有什么特征？,c(SO2) 、c(O2)大，c(SO3) =0， v(正) 0 ，v(逆)=0,c(SO2) 、c(O2)逐渐变小，c(SO3) 逐渐增大, v(正)减小， v(逆)增大， v(正) v(逆),c(SO2) 、c(O2)、c(SO3) 均浓度不再变化，v(正)= v(逆) 0,二、化学平衡的建立,在一固定容积的密闭容器里，加1molSO2和 1molO2，发生反应,2SO2+O2 2SO3,V正,V逆,t1,t（

7、s）,V（molL-1S-1）,0,化学平衡状态,V正= V逆 0,二、化学平衡的建立,2SO2+O2 2SO3,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。,注意三点,前提（适用范围）：可逆反应,内在本质：v(正)= v(逆) 0,外在标志：反应混合物中各组分 的浓度保持不变,三、化学平衡状态的涵义,四、化学平衡状态的特征,(4)动：动态平衡（v(正)= v(逆) 0）,(2)等：v(正)= v(逆),(3)定：反应混合物中各组分的含量保持不变，各 组分的浓度保持一定。,(5)变：条件改变，原平衡可能被破坏，在新的条 件下

8、建立新的平衡。,(1)逆：研究对象为可逆反应,（等、定）,五、化学平衡状态的标志,直接判断法, 正反应速率等于逆反应速率v(正)= v(逆) 各成分的浓度保持不变,间接判断法, 化学键的断裂与形成 各成分的质量、物质的量、质量分数、物质的量分数、转化率等不随时间变化而变化 各气体的分压、各气体的体积不随时间变化而变化,特殊标志判断法,反应体系的总压强、总物质的量、总质量、颜色、混合 气体的平均分子量、密度等都是有条件的特殊规律，视具体 反应、具体条件决定是否可作为平衡的标志。,在一定温度下,可逆反应 A(g)+3B(g) 2C(g) 达到平衡的标志是（ ） A.C的生成速率与C分解的速率相等

9、B.单位时间生成nmolA,同时生成3nmolB C.单位时间生成B的速率,与生成C的速率相等 D.单位时间生成nmolA,同时生成2nmolC,A D,练习,下列说法中可以充分说明反应: P(气) + Q(气) R(气)+S(气) , 在恒温下已达平衡状态的是（） (A) P、Q、R、S的浓度不再变化 (B) P、Q、R、S的分子数比为1:1:1:1 (C)反应容器内P、Q、R、S共存 (D)反应容器内总物质的量不随时间而变化,练习,A,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,表明反应: A(固)+3B(气) 2C(气)+D(气)已达平衡状态的是（其中只有B气体有颜色） ( )

10、 A.混合气体的压强 B.混合气体的密度 C.气体的平均分子量 D.气体的颜色,BCD,练习,ACD,在一定温度下，可逆反应A2(气)+B2(气)2AB(气)达到平衡的标志是 A、A2、B2、AB的浓度不再变化 B、容器中的压强不再随时间变化 C、单位时间内生成n mol的A2同时生成2n mol的AB D、 A2、B2、AB的浓度之比为1:1:2 E、单位时间内消耗nmolA2同时消耗nmolB2 F、单位时间内消耗nmol A2同时生成了nmolB2 G、单位时间打断nmol AA共价键同时打断2nmol AB共价键。,ACFG,练习,练习,可逆反应2NO2 2NOO2在密闭容器中反应，达

11、到平衡状态的标志是（ ） 单位时间内生成nmol O2 的同时生成2 nmol NO2 单位时间内生成nmol O2 的同时生成2 nmol NO 用NO2 、NO 、O2 的物质的量浓度变化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 混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 A B C D ,A,化学平衡的相关计算,基本模式“三段式”,转化： mx nx px qx,平衡：a - mx b - nx px qx,基本关系,生成物：平衡浓度起始浓度转化浓度,反应物：平衡浓度起始浓度转化浓度,转化率,化学平衡的相关计算,气体的平均分子量,化学平衡

12、的相关计算, 几点定律,a、如果保持P、T不变： 则气体的体积比等于物质的量之比，即 则气体的密度比等于摩尔质量之比，即 b、如果保持V、T不变： 则气体的压强比等于气体物质的量之比，即,在一定温度下,容积为20L的容器中充入2molSO2和1molO2发生反应： 2SO2 +O2 2SO3 ，达到平衡时，容器内气体压强为开始时的70%。试求： SO2的转化率 平衡时的O2浓度 SO3的体积分数 混合气体的平均相对分子量 平衡时混合气体的密度,例题常规计算,90%,0.005mol/L,85.7%,76.2,8g/L,1 mol X气体跟a molY气体在体积可变的密闭容器中发生如下反应：X(

13、g) a Y(g) b Z(g)，反应达到平衡后，测得X的转化率为50%。而且，在同温同压下还测得反应前混合气体的密度是反应后混合气体密度3/4 ，试求a、b的关系。,例题,2b-a=1,在一定温度和压强下，将平均分子相对质量为8.5的N2和H2的混合气体，充入密闭容器中反应，达到平衡后，混合气体的平均分子量为10.0，则N2的转化率为_。,练习,30%,在一定条件下发生反应： 3A（g）+ 2B（g） xC（g）+2D（g），在 2L 的密闭容器中，把 4molA 和 2molB 混合，2min后达到平衡时生成 1.6molC,又测得反应速率 v(D)= 0.2mol(Lmin)-1， 下列

14、说法正确的是( ) A. B 的转化率是20% B. x= 4 C. A 的平衡浓度是 1.4molL-1 D. 平衡时气体压强是原来的 0.94倍,练习,B C,1体积SO2和3体积空气混合后在450以上通过V2O5催化剂发生反应。若同温同压下测得反应前后混合气体的密度比为0.9：1，则SO2的转化率为,例 题,A. 90 B. 80 C. 45 D. 10,B,差量法,例题极端假设法,在一定条件下，可逆反应 A2(g) + B2(g) 2C(g) 达平衡时，各物质的平衡浓度分别为c(A2) =0.5mol/L，c(B2) = 0.1mol/L，c(C) = 1.6mol/L 。若用a、b、

15、c分别表示A2、B2、C的起始浓度，则： （1）a、b应满足的关系 （2）a、b的取值范围,a=b+0.4,0.4mol/La1.3mol/L 0mol/Lb0.9mol/L,练习,一定条件下，在2SO2+O22SO3的化学平衡体系中，各 物质的浓度分别是2.0mol/L、0.8mol/L、2.4mol/L，则 氧气在反应起始时的浓度可能是 （A）0.82mol/L (B) 02mol/L (C) 00.8mol/L (D) 无法确定,B,在密闭容器中进行如下反应： X2（气）+Y2（气） 2Z2（气），已知X2、Y2、Z2的起始浓度0.1mol/L、0.3mol/L、0.2mol/L在一定条

16、件下达到达平衡后,各物质的浓度可能为 A、Z2为0.3 mol/L B、Y2为0.35mol/L C、X2为0.2mol/L D、Z2为0.4mol/L,A B,练习,练习,2H3F3(g) 3H2F2(g) , H2F2(g) 2HF(g) 平衡时，平均分子量为 42 ，则H3F3在平衡体系中的体积分数为 ( ),大于10 B. 等于10 C. 小于10 D. 无法确定,A,将固体NH4I置于密闭容器中，在某温度下发生下列反应 NH4I(s) NH3(g)+HI(g) 2HI(g) H2(g)+I2(g) 当反应达到平衡时，c(H2)=0.5mol/L，c(HI)=4mol/L，则NH3的浓

17、度为（ ） A. 3.5mol/L B. 4mol/L C. 4.5mol/L D. 5mol/L,D,例题连续平衡,一定条件下,在容积为2L的密闭容器里加入一定物质的量A,发生如下反应并建立平衡:A(g) 2B(g) , 2B(g) C(g) + 2D(g) 测得平衡时各物质的量浓度是: A=0.3mol/L, B=0.2mol/L, C= 0.05mol/L.最初向容器里加入A的物质的量是 ( )A.0.5mol B.0.8mol C.0.9mol D.1.2mol,练习,C, K,化学平衡常数,实验测得，同一反应（如：aA+bB cC+dD）在某温度下达到的化学平衡状态，平衡体系中各物质

18、的浓度满足下面关系：,其中c为各组分的平衡浓度，温度一定，K为定值。,（P44 问题解决）,一、表达式,结论：生成物浓度的系数次方的乘积与反应物浓度系数次方的乘积之比为一常数,K值的大小，表示在一定温度下，反应达到平衡时该反应进行的程度（反应的限度）。,（1）K值越大，反应程度增大，转化率越高；反之则转化率越低。,（2）K值与浓度无关，随温度变化而变化,二、意义,化学平衡常数,三、使用平衡常数应注意的问题,化学平衡常数,（1）必须指明温度，反应必须达到平衡状态,（2）平衡常数表示反应进行的程度，不表示反 应的快慢，即速率大，K值不一定大,（3）在进行K值的计算时，固体不作考虑，表达 式中不需表达,一定温度下,三、使用平衡常数应注意的问题,（4）在进行K值的计算时，稀溶液中的H2O的浓 度可不表达,一定温度下,（5）平衡常数的表达式与方程式的书写有关,N2+3H2 2NH3,2NH3 N2+3H2,1/2N2+3/2H2 NH3,K1 = 1/K2 = K32,三、使用平衡常数应注意的问题,某温度下,（6）利用