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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知识点一 化学反应进行的方向及判断依据1.自发反应在一定条件下______________________就能自发进行的反应称为自发反应2.判断化学反应方向的依据1焓变与反应方向研究表明,对于化学反应而言,绝大多数____________都能自发进行,且反应放出的热量________,体系能量________得也________,反应越________可见,__________是制约化学反应能否自发进行的因素之一2熵变与反应方向
①研究表明,除了热效应外,决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的________大多数自发反应有趋向于体系________增大的倾向
②熵和熵变的含义a.熵的含义熵是衡量一个体系________的物理量用符号________表示同一条件下,不同物质有不同的熵值,同一物质在不同状态下熵值也不同,一般规律是SgSlSsb.熵变的含义熵变是反应前后体系__________,用________表示,化学反应的ΔS越大,越有利于反应____________3综合判断反应方向的依据要正确判断一个化学反应是否能自发进行,必须综合考虑反应的________与________在恒温、恒压时,
①如果反应的__________,则该反应一定能自发进行;
②如果反应的____________,则该反应一定不能自发进行;
③如果反应的________________或____________,反应是否能自发进行与反应的________有关问题思考1.能自发进行的反应一定能实际发生吗? 2.为什么有时可用能量判据或熵判据判断反应进行的方向? 知识点二 可逆反应和化学平衡1.可逆反应________条件下,既能向________方向进行,又能向________方向进行的化学反应问题思考3.反应2H2O2H2↑+O2↑是否为可逆反应? 2.化学平衡状态1概念一定条件下的可逆反应中,正反应速率与逆反应速率________,反应体系中所有参加反应的物质的________保持不变的状态2建立过程在一定条件下,将
0.3molCO和
0.2molH2Og通入2L密闭容器中,进行反应COg+H2OgCO2g+H2g
①反应刚开始时,________浓度最大,正反应速率最大;________浓度为0,____反应速率为0
②随着反应的进行,反应物浓度逐渐________,正反应速率逐渐________;生成物浓度逐渐________,逆反应速率逐渐________,最终正、逆反应速率________,达到平衡状态,此时反应体系中各物质的浓度均____________
③依据以上叙述画出反应的v-t图象
④由v-t图象________看出化学平衡是动态平衡,因为______________,即反应仍在进行着3平衡特点问题思考4.化学平衡概念中,正反应速率和逆反应速率相等的含义是什么? 知识点三 化学平衡常数1.概念在一定温度下,当一个可逆反应达到____________时,生成物______________________与反应物______________________的比值是一个常数,用符号________表示2.表达式对于反应mAg+nBgpCg+qDg,K=________________固体和纯液体的浓度为常数,通常不计入平衡常数表达式中3.意义1K值越大,反应物的转化率________,正反应进行的程度________2K只受________影响,与反应物或生成物的浓度变化无关3化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数若反应方向改变,则平衡常数改变若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小,尽管是同一反应,平衡常数也会改变
一、化学平衡状态的判断1.化学平衡状态的标志1v正=v逆——反应体系中____________的消耗速率和生成速率相等2平衡混合物中各组成成分的含量保持不变——各组分的______________、________、____________、____________有气体参加的可逆反应、________________等保持不变2.实例分析例举反应mAg+nBgpCg+qDg是否平衡状态混合物体系中各成分的量
①各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定
②各物质的质量或各物质的质量分数一定
③各气体的体积或体积分数一定
④总体积、总压强、总物质的量、总浓度一定正反应速率与逆反应速率的关系
①在单位时间内消耗了mmolA,同时生成mmolA,即v正=v逆
②在单位时间内消耗了nmolB,同时消耗了pmolC,则v正=v逆
③vA∶vB∶vC∶vD=m∶n∶p∶q,v正不一定等于v逆
④在单位时间内生成nmolB,同时消耗qmolD,均指v逆,v正不一定等于v逆压强
①若m+n≠p+q,总压强一定其他条件不变
②若m+n=p+q,总压强一定其他条件不变混合气体相对平均分子质量
①一定,m+n≠p+q
②一定,m+n=p+q温度任何化学反应都伴随着能量变化,当体系温度一定其他条件不变体系的密度ρ 密度一定典例导悟1 下列方法可以证明H2g+I2g2HIg,已达平衡状态的是____________填序号
①单位时间内生成nmolH2的同时,生成nmolHI
②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂
③百分含量wHI=wI2
④反应速率vH2=vI2=vHI
⑤cHI∶cH2∶cI2=2∶1∶1
⑥温度和体积一定时,某一生成物浓度不再变化
⑦温度和体积一定时,容器内压强不再变化
⑧条件一定,混合气体的平均相对分子质量不再变化
⑨温度和体积一定时,混合气体颜色不再变化 ⑩温度和压强一定时,混合气体的密度不再变化讨论在上述
⑥~⑩的说法中能说明2NO2gN2O4g达到平衡状态的是______________填序号
二、等效平衡1.含义在一定条件下恒温恒容或恒温恒压,对同一可逆反应体系,________时加入物质的物质的量不同,而达到化学平衡时,同种物质的百分含量________2.原理同一可逆反应,当外界条件一定时,反应无论从正反应开始,还是从逆反应开始,最后都能达到平衡状态其中平衡混合物中各物质的含量________由于化学平衡状态与________有关,而与建立平衡的________无关因而,同一可逆反应,从不同的状态开始,只要达到平衡时条件温度、浓度、压强等完全相同,则可形成等效平衡3.分析方法按照化学方程式的化学计量数关系,把起始物转化为方程式__________的物质,通过对比两种情况下对应组分的起始量是相等,还是等比,来判断化学平衡是否等效即“一边倒”4.分类及判断方法等效平衡有两类反应即Δn=
0、Δn≠0的反应、两种状态即恒温恒容、恒温恒压1恒温恒容条件下的体积可变反应判断方法____________即等效2恒温恒压条件下的体积可变反应判断方法____________即等效3恒温条件下体积不变的反应判断方法无论是恒温恒容,还是恒温恒压,只要____________即等效,因为压强改变对该类反应的化学平衡__________典例导悟2 在一定温度下进行反应H2+I22HI,有以下3种不同的起始投料方式初始容器容积相同 H2g + I2g 2HIg
①1mol1mol0mol
②2mol2mol1mol
③amolbmolcmol1试判断
②和
①是否是等效平衡?2
①和
②均达平衡时,H2的物质的量是否相同?物质的量浓度是否相同?3若使
③和
①成为等效平衡,则a、b、c应满足什么关系?题组一 化学平衡状态的判断及平衡特征1.2013·山东理综,28研究NO
2、SO
2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义1NO2可用水吸收,相应的化学反应方程式为____________________________________________________________________________________________________利用反应6NO2+8NH37N2+12H2O也可处理NO2当转移
1.2mol电子时,消耗的NO2在标准状况下是________L2已知2SO2g+O2g2SO3gΔH=-
196.6kJ·mol-12NOg+O2g2NO2gΔH=-
113.0kJ·mol-1则反应NO2g+SO2gSO3g+NOg的ΔH=________kJ·mol-1一定条件下,将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生上述反应,下列能说明反应达到平衡状态的是________a.体系压强保持不变b.混合气体颜色保持不变c.SO3和NO的体积比保持不变d.每消耗1molSO3的同时生成1molNO2测得上述反应平衡时NO2与SO2体积比为1∶6,则平衡常数K=________3CO可用于合成甲醇,反应方程式为COg+2H2gCH3OHgCO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如右图所示该反应ΔH________0填“”或“”实际生产条件控制在250℃、
1.3×104kPa左右,选择此压强的理由是________________________________________________________________________________________________________________________________2.2013·浙江理综,27某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵NH2COONH4分解反应平衡常数和水解反应速率的测定1将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于特制的密闭真空容器中假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计,在恒定温度下使其达到分解平衡NH2COONH4s2NH3g+CO2g实验测得不同温度下的平衡数据列于下表温度/℃
15.
020.
025.
030.
035.0平衡总压强/kPa
5.
78.
312.
017.
124.0平衡气体总浓度/mol·L-
12.4×10-
33.4×10-
34.8×10-
36.8×10-
39.4×10-3
①可以判断该分解反应已经达到平衡的是________A.2vNH3=vCO2B.密闭容器中总压强不变C.密闭容器中混合气体的密度不变D.密闭容器中氨气的体积分数不变
②根据表中数据,列式计算
25.0℃时的分解平衡常数____________________________________________________________________________________________
③取一定量的氨基甲酸铵固体放在一个带活塞的密闭真空容器中,在
25.0℃下达到分解平衡若在恒温下压缩容器体积,氨基甲酸铵固体的质量将________填“增加”、“减少”或“不变”
④氨基甲酸铵分解反应的焓变ΔH____0填“”、“=”或“”,熵变ΔS____0填“”、“=”或“”2已知NH2COONH4+2H2ONH4HCO3+NH3·H2O,该研究小组分别用三份不同初始浓度的氨基甲酸铵溶液测定水解反应速率,得到cNH2COO-随时间的变化趋势如下图所示
⑤计算
25.0℃时,0~6min氨基甲酸铵水解反应的平均速率______________________
⑥根据图中信息,如何说明该水解反应速率随温度升高而增大______________题组二 化学平衡常数及应用3.2013·上海,25自然界的矿物、岩石的成因和变化受到许多条件的影响地壳内每加深1km,压强增大约25000~30000kPa在地壳内SiO2和HF存在以下平衡SiO2s+4HFgSiF4g+2H2Og+
148.9kJ根据题意完成下列填空1在地壳深处容易有________气体逸出,在地壳浅处容易有__________沉积2如果上述反应的平衡常数K值变大,该反应________选填编号a.一定向正反应方向移动b.在平衡移动时正反应速率先增大后减小c.一定向逆反应方向移动d.在平衡移动时逆反应速率先减小后增大3如果上述反应在体积不变的密闭容器中发生,当反应达到平衡时,________选填编号a.2v正HF=v逆H2Ob.vH2O=2vSiF4c.SiO2的质量保持不变d.反应物不再转化为生成物4若反应的容器容积为
2.0L,反应时间为
8.0min,容器内气体的密度增大了
0.12g·L-1,在这段时间内HF的平均反应速率为__________________4.2013·北京理综,12某温度下,H2g+CO2gH2Og+COg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H2g和CO2g,其起始浓度如下表所示起始浓度甲乙丙cH2/mol·L-
10.
0100.
0200.020cCO2/mol·L-
10.
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cCO2是甲中的2倍,是
0.012mol·L-1D.反应开始时,丙中的反应速率最快,甲中的反应速率最慢题组一 化学反应进行的方向1.下列说法错误的是 A.NH4NO3溶于水是自发过程B.同一种物质气态时熵值最大,液态时次之,而固态时最小C.借助于外力能自发进行的过程,其体系的能量趋向于从高能状态转变为低能状态D.由能量判据以焓变为基础和熵判据组合而成的复合判据,更适合于所有的过程2.2013·长春质检有A、B、C、D4个反应反应ABCDΔH/kJ·mol-
110.
51.80-126-
11.7ΔS/J·mol-1·K-
130.0-
113.
084.0-
105.0则在任何温度都能自发进行的反应是__________;任何温度都不能自发进行的反应是__________;另两个反应中,在温度高于__________时可自发进行的反应是_________,在温度低于____________时可自发进行的反应是_____________________________题组二 化学平衡状态及其判断3.对于固定体积的密闭容器中进行的气体反应Ag+BgCs+2Dg,可以说明在恒温下已达到平衡状态的是 A.反应容器中压强不随时间变化而变化B.A气体和B气体的生成速率相等C.混合气体的平均摩尔质量不随时间变化而变化D.反应混合气体的密度不随时间变化而变化4.2013·盐城中学模拟在容积不同的密闭容器内,分别充入等量的N2和H2,在不同温度下,任其发生反应N2g+3H2g2NH3g,并分别在t秒时测定其中NH3的体积分数,绘图如右图所示1A,B,C,D,E五点中,尚未达到化学平衡状态的点是______________2此可逆反应的正反应是________反应填“放热”或“吸热”3AC段的曲线是增函数,CE段曲线是减函数,试从反应速率和平衡角度说明理由________________________________________________________________________题组三 化学平衡常数及其计算5.设反应
①Fes+CO2gFeOs+COg ΔH=Q1的平衡常数为K1,反应
②Fes+H2OgFeOs+H2g ΔH=Q2的平衡常数为K2,在不同温度下,K
1、K2的值如下T/KK1K
29731.
472.
3811732.
151.67Ⅰ.从上表可推断,反应
①是________填“放”或“吸”热反应;Ⅱ.现有反应
③H2g+CO2gCOg+H2Og ΔH=Q3,平衡常数为K31根据反应
①与
②推导出K
1、K
2、K3的关系式K3=________;可推断反应
③是________填“放”或“吸”热反应要使反应
③在一定条件下建立的平衡右移,可采取的措施有________填字母序号A.缩小容器体积B.降低温度C.使用合适的催化剂D.设法减少CO的量E.升高温度2根据反应
①、
②、
③推导出Q
1、Q
2、Q3的关系式____________________3现在恒容密闭容器中通入一定量CO2,再慢慢通入H2,使发生上述反应
③,在其他条件不变时,若改变H2的起始量,容器中CO的体积分数也随之改变,在右图中画出CO的体积分数随nH2变化的示意图学案36 化学反应的方向和限度【课前准备区】知识点一1.无需外界帮助2.1放热反应 越多 降低 越多 完全 反应的焓变2
①混乱度 混乱度
②a.混乱度 S b.熵的变化 ΔS 自发进行3焓变 熵变 ΔH0,ΔS0 ΔH0,ΔS0 ΔH0,ΔS0 ΔH0,ΔS0 温度知识点二1.相同 正反应 逆反应2.1相等 质量或浓度2
①反应物 生成物 逆
②减小 减小 增大 增大 相等 保持不变
③④可以 v正=v逆≠03正反应速率=逆反应速率 质量或浓度知识点三1.化学平衡 浓度计量数次方的乘积 浓度计量数次方的乘积 K
2.3.1越大 越大2温度问题思考1.不一定,化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应自发进行的趋势,并不能说明在该条件下反应一定能实际发生,还要考虑化学反应的快慢问题2.当能量判据与熵判据的差别较大时,可用能量判据或熵判据判断反应的方向3.不是可逆反应,因为条件不同4.这里的v正与v逆相等是对同一种物质而言的,不同的两种物质则必须是一个为正反应速率,另一个为逆反应速率且二者之比等于化学计量数之比【课堂活动区】
一、
1.1同一物质 2物质的量浓度 质量分数 物质的量分数 体积分数 反应物的转化率2.
①是
②是
③是
④不一定
①是
②是
③不一定
④不一定
①是
②不一定
①是
②不一定是不一定
二、
1.起始 相同2.相同 条件 途径3.同一半边4.1极值等量2极值等比3极值等比 无影响典例导悟1.
②⑥⑨
⑥⑦⑧⑨⑩解析 1对于反应前后气体分子总数不等的可逆反应,可从化学反应速率、化学键断裂、物质的量、物质的量浓度、转化率、颜色、温度、相对原子质量、压强、密度等来判断2对于反应前后气体分子总数相等的可逆反应,可从化学反应速率、化学键断裂、物质的量、物质的量浓度、转化率、颜色、温度等来判断此时相对分子质量、压强、密度不能作为判断依据2.1将
②中HI转化到左半边反应物中,则nH2∶nI2=2+
0.5mol∶2+
0.5mol=1∶1,与
①中比值相同,故二者是等效平衡2
①和
②都达平衡状态时,
②中H2的物质的量应是
①中的
2.5倍物质的量浓度亦是
①的
2.5倍3若使
①③等效,
③a、b、c三者关系应满足×1+a∶×1+b=1∶1或a∶b=1∶1,c≥0【课后练习区】高考集训1.13NO2+H2O===2HNO3+NO
6.722-
41.8 b
2.67或3 在
1.3×104kPa下,CO的转化率已较高,再增大压强CO转化率提高不大,同时生产成本增加,得不偿失解析 1根据题给化学方程式可知当6molNO2全部参加反应时,转移电子6mol×4-0=24mol,故转移
1.2mol电子时,消耗NO
20.3mol,即
6.72L2设所给的两个反应方程式分别标注为2SO2g+O2g2SO3g ΔH1=-
196.6kJ·mol-
1、2NOg+O2g2NO2g ΔH2=-
113.0kJ·mol-1,所求总反应方程式的ΔH为ΔH3,ΔH3===-
41.8kJ·mol-1第2问,由于该反应为前后气体体积相等的反应,故体系的压强始终保持不变,故不能以压强不变作为判断标志,故a错误;SO3与NO的体积比始终保持1∶1,故c错;根据“异方向,量相当”的原理可知d错设NO2和SO2的起始加入量分别为1mol和2mol,容器体积为V则有设NO的转化量为x NO2g+SO2gSO3g+NOg起始量mol1200转化量molxxxx平衡量mol1-x2-xxx据题意有= 则x=
0.8mol平衡常数K==或
2.673从图像来看,随着温度的升高,CO的转化率变小,故ΔH0,综合温度、压强对CO转化率的影响来看,在题给压强下,CO的转化率已经很大,不必再增大压强2.1
①BC
②K=c2NH3·cCO2=2=×
4.8×10-3mol·L-13≈
1.6×10-8mol·L-13
③增加
④ 2
⑤
0.05mol·L-1·min-1
⑥25℃时反应物的起始浓度较小,但0~6min的平均反应速率曲线的斜率仍比
15.0℃时的大解析 1
①根据化学平衡状态判断标志是v正=v逆,各组分浓度不再发生变化,由NH2COONH4s2NH3g+CO2g可见该反应为不等体积变化即反应物和生成物气体分子数不相同,可以得恒容状态下压强不变或混合气体密度不变时,反应即达到平衡状态,但上述反应中反应物无气体参加,因此生成物中各组分气体体积分数恒定不变
②根据K=c2NH3·cCO2=2·≈
1.6×10-8mol·L-13
③由NH2COONH4s2NH3g+CO2g正反应气体分子数增加,增大压强平衡向逆反应方向移动
④由表中数据可以得出温度升高,压强增大,即随着温度的升高,平衡向正反应方向移动,因此正反应是吸热反应,所以ΔH0;根据NH2COONH4s2NH3g+CO2g,正反应是生成物气体分子数增多的反应,所以ΔS02
⑤根据v=得到v==
0.05mol·L-1·min-1
⑥由图像数据可以得出,用不同初始浓度,不同温度下的平均反应速率的大小来说明如25℃时反应物的起始浓度较小,但0~6min的平均反应速率曲线的斜率仍比
15.0℃时的大3.1SiF
4、H2O SiO2 2ad3bc
40.0010mol·L-1·min-1解析 1气体的溶解度随压强的增大而升高,固体溶解度不受压强的影响,地壳深处,压强大,有SiF
4、H2O气体逸出,而SiO2易在地壳浅处沉积2平衡常数K值增大,必使生成物浓度增大,平衡正向移动,故a正确,c错误;平衡正向移动,所以逆反应速率先减小,随着平衡的移动,生成物浓度增大,所以逆反应速率也随之增大,故d正确,b错误3用不同物质表示化学反应速率时,其速率之比等于化学计量数之比,故a错误,b正确;反应达到平衡时,各组分质量保持不变,正、逆反应速率相等,反应物和生成物之间并非不转化,故c正确,d错误4根据密度的改变量,先求得质量的改变量,可计算出参加反应的HF的物质的量,进一步计算平均反应速率,设参加反应的HF质量为mHF,Δm=
0.12g·L-1×
2.0L=
0.24gSiO2s+4HFgSiF4g+2H2Og Δm4×20g1042×1860gmHF
0.24g= mHF=
0.32g则参加反应的HF的物质的量为=
0.016mol,HF===
0.0010mol·L-1·min-14.C [ 甲 H2g+ CO2gH2Og+COg
0.
0100.01000xxxx
0.010-x
0.010-xxxK== 解得x=
0.0060mol·L-1cH2=cCO2=
0.010-x=
0.0040mol·L-1cH2O=cCO=
0.0060mol·L-1αH2=×100%=60%又因乙组中H2的起始浓度大于甲组,故乙组中的反应相当于在甲组平衡的基础上再加入
0.010mol·L-1的H2,使平衡又继续正向移动,导致乙中CO2的转化率大于60%,因此A正确;丙可看作是2个甲合并而成的,又因H2g+CO2gH2Og+COg是平衡不受压强影响的反应,故丙组达到平衡时,物质的转化率不变,仅各物质的浓度是甲组达到平衡时各物质的浓度的2倍,所以B正确,C错误;由于甲、乙、丙组中,丙的浓度最大,甲的浓度最小,所以丙反应速率最快,甲反应速率最慢,故D正确]考点集训1.C2.C B 77℃ A -
161.6℃ D3.CD4.1AB 2放热 3AC段反应开始v正v逆,反应向右进行生成NH3;CE段已达平衡,升温使平衡左移,NH3的体积分数减小解析 由图判断可知,C点是第一个平衡点,则A、B两点尚未达到平衡状态C点以后,随温度升高,NH3百分含量降低,说明平衡向逆反应方向移动,所以正反应是放热反应5.Ⅰ.吸Ⅱ.1K1/K2 吸 DE 2Q3=Q1-Q23通电点燃催化剂△。