第九章学案42化学反应的方向和限度

学案42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：S(g)S(l)S(s)。b．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？通电点燃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0.2molH2O(g)通入2L密闭容器中，进行反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)。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mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，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(1)K值越大，反应物的转化率________，正反应进行的程度________。(2)K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(1)v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mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)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(M)①M一定，m＋n≠p＋q②M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H2(g)＋I2(g)2HI(g)，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nmolHI②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂③百分含量w(HI)＝w(I2)④反应速率v(H2)＝v(I2)＝12v(HI)⑤c(HI)∶c(H2)∶c(I2)＝2∶1∶1⑥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2NO2(g)2O4(g)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)：H2(g)＋I2(g)2HI(g)①1mol1mol0mol②2mol2mol1mol③amolbmolcmol(1)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．(2011·山东理综，28)研究NO2、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。(1)NO2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________L。(2)已知：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－196.6kJ·mol－12NO(g)＋O2(g)2NO2(g)ΔH＝－113.0kJ·mol－1则反应NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)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＝________。(3)CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。CO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．(2011·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：NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)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/kPa5.78.312.017.124.0平衡气体总浓度/mol·L－12.4×10－33.4×10－34.8×10－36.8×10－39.4×10－3①可以判断该分解反应已经达到平衡的是________。A．2v(NH3)＝v(CO2)B．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：催化剂△________________________________________________________________________________________________________________________________________________。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