高三复习专题2-5-化学反应的方向和化学平衡的判据、平衡常数

高三复习浙江省镇海中学化学组张明[e-mail]考纲要求（1）了解化学反应的可逆性。（2）了解焓变和熵变是与反应方向有关的两种因素。（3）了解化学平衡建立的过程。理解化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行简单的计算。一、化学反应进行的方向1.自发反应在一定条件下，无需外界帮助就能自动进行的反应。(1)一定条件指的是一定温度和一定压强，外界帮助可以是如通电光照等。(2)自发反应在恰当条件下才能实现。说明：2.焓变与反应方向化学反应方向的能量判据：(1)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。(2)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。体系趋向于从高能状态转变为低能状态（△H＜0）。说明：3.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）。熵：衡量一个体系混乱度的物理量叫做熵，用符号S表示。对一定量的某物质而言：S（g）＞S（l）＞S（s）S（高温）＞S（低温）S（低压）＞S(高压)熵变：反应前后体系的熵的变化叫做反应的熵变.用△S表示。熵变(△S)=产物总熵-反应物总熵说明：△S0说明反应的混乱度增大。反应的△S越大,越有利于反应正向自发进行，这个判据叫熵判据-----熵增原理①H2O(s)→H2O(l)→H2O(g)②CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)③NaOH(s)=Na+(aq)＋OH-(aq)④N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)⑤2HgO(s)=2Hg(l)+O2(g)⑥Ag+(aq)+Cl-(aq)=AgCl(s)△S＞0△S＞0△S＜0△S＜0△S＞0△S＞0判断下列过程是熵增还是熵减？判断化学反应方向的依据影响化学反应方向的因素反应的焓变：△HkJ/mol反应的熵变：△SkJ/mol·k反应的温度：Tk综合考虑：△H－T△S△G＝△G：自由能变进行；反应是自发的，能正向0G处于平衡状态。反应0G向进行反应是非自发的，能逆0G在温度、压强一定的条件下，化学反应自发进行是由焓变和熵变两个因素共同决定的，当反应的焓变和熵变的作用相反且相差不大时，温度有可能对反应的方向起决定作用△H－T△S△G＝高温时，△G＜O，反应正向自发进行低温时，△G＞O，反应正向不能自发进行①△H＜0，△S0，△G＜0在所有温度下，反应都能正向自发进行②△H＞0，△S＞0，例：C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(g)例：CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)低温时，△G＜O，反应正向自发进行高温时，△G＞O，反应正向不能自发进行③△H＜0，△S＜0，例：NH3(g)+HCl(g)＝NH4Cl(s)④△H＞0，△S＜0，△G＞0在所有温度下，反应不能正向自发进行例：2N2(g)+O2(g)=2N2O(g)吸收热量熵变增大吸收热量熵变减小放出热量熵变增大熵变减小放出热量化学反应的方向及其判断依据ΔH一定不能自发进行一定能自发进行高温下能自发进行低温下能自发进行ΔS复合判据：例：CaCO3(s)＝CaO(s)+CO2(g)例：CO2(g)+H2O(l)+CaCl2(l)=CaCO3(s)+2HCl(l)例：NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)例：Mg(s)+2HCl(aq)=MgCl2(aq)+H2(g)0二、判断化学反应方向的依据2.大多数吸热反应在常温下不能自发进行。高温仍吸热，但可以自发进行。例：CuSO4·5H2O(s)=CuSO4(s)+5H2O(l)△H＞0NH4HCO3(s)=NH3(g)+H2O(l)+CO2(g)△H＞0CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)△H＞03.并不是所有吸热反应在常温下都不自发进行，如：Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s)=BaCl2(s)+2NH3(g)+10H2O(l)常温下可自发进行的吸热反应4.并不是所有反应，高温下都发生逆转1.绝大多数放热反应在常温下能够自发进行。如：2N2(g)+O2(g)=2N2O(g)△H＞0吸热反应，常温下不自发进行；高温下仍不自发进行。1.下列过程是非自发的是（）A.水由高处向低处流B.天然气的燃烧C.铁在潮湿空气中生锈D.室温下水结成冰D2.下列说法正确的是（）A.放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的B.自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减少或不变C.自发反应在恰当条件下才能实现D.自发反应在任何条件下都能实现C高考题型归类3.25℃和1.01×105Pa时，反应:2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)△H=+56.76kJ·mol-1，能自发进行的原因是（）A.是吸热反应B.是放热反应C.是熵减少的反应D.熵增大效应大于能量效应D例4．恒温、恒压的变化过程在高温下不能自发进行，而在低温下可自发进行的条件是（）A．△H＜0，△S＜0B．△H＞0，△S＜0C．△H＜0，△S＞0D．△H＞0，△S＞0A指在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。注意对象条件状态结果可逆反应一定v正=v逆C(B)不变化学平衡的概念化学平衡的特点(1)动：动态平衡（正逆反应仍在进行）(2)等：正反应速率=逆反应速率(3)定：反应混合物中各组分的浓度保持不变，各组分的含量一定。(5)变：条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡。(对同一物质而言)（各种物质）(4)同：一定条件下平衡的建立与途径无关，在一定条件下可建立相同的平衡（等效平衡）化学平衡建立的标志④若有1molN≡N键断裂,则有6molN-H键断裂……1.等速标志2.恒浓标志①各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积（气体）、物质的量浓度均保持不变。②各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数均保持不变。对于一个可逆反应，混合物中各组成成分的含量保持不变③若反应前后的物质都是气体，且总体积不等，则气体的总物质的量、总压强（恒温、恒容）、平均摩尔质量、混合气体的密度（恒温、恒压）均保持不变。④反应物的转化率、产物的产率保持不变。是否平衡混合体系中各组分的含量各物质的物质的量或物质的量的分数一定各物质的质量或质量分数一定各气体的体积或体积分数一定总压强、总体积、总物质的量一定mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)平衡平衡平衡不一定化学平衡建立的标志是否平衡正、逆反应速率关系在单位时间内消耗了mmolA的同时生成了mmolA在单位时间内消耗了nmolB的同时消耗了pmolC在单位时间内生成了nmolB的同时消耗了qmolDひ(A)׃ひ(B)׃ひ(C)׃ひ(D)==m׃n׃p׃qひ正不一定等于ひ逆mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)不一定不一定平衡平衡是否平衡压强当m+n≠p+q时，总压力一定（其它条件一定）当m+n=p+q时，总压力一定（其它条件一定）混合气体的平均M当m+n≠p+q时，M一定当m+n=p+q时，M一定组成成分有颜色时体系颜色不再变化mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)不一定不一定平衡平衡平衡注意化学反应的特点密度ρC(s)+CO2(g)2CO(g)(ρ一定)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)(ρ一定)H2(g)+I2(g)2HI(g)(ρ一定)不一定不一定平衡V如何变化?等v等p?强调：“反应过程中有变化，而后不再变化”的数据或现象，才能作为判据。1.下列各项中，可以说明2HI(g)H2(g)+I2(g)已经达到平衡状态的是（）②单位时间内，生成nmolH2的同时生成nmolHI。④1个H－H键断裂的同时，有2个H－I键断裂。⑤温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化。⑥温度和体积一定时，容器内气体的总质量不变。①单位时间内，消耗nmolH2的同时生成nmolH2。⑦温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化。①④⑤⑦⑧温度和体积一定时，混合气体的压强不再变化。③单位时间内，生成nmolH2的同时消耗2nmolHI。典型例题2.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()A.混合气体的压强B.混合气体的密度C.B的物质的量浓度D.混合气体的平均相对分子质量BCD2.数学表达式：化学平衡常数1.定义：在一定温度下，可逆反应达到化学平衡时，各生成物浓度的系数次方的乘积与反应物浓度的系数次方的乘积之比为一个常数，这个常数叫化学平衡常数对于一般的可逆反应：aA+bBcC+dDK=c(C)·c(D)cdc(A)·c(B)ab化学平衡常数的书写注意事项K=c(CO2)K=c(CO)·c(H2)c(H2O)②稀溶液中有水参加反应时，不写水的浓度Cl2+H2OHCl+HClO③同一可逆反应，可以用不同的化学方程式表示，例：N2O4(g)2NO2(g)2NO2(g)N2O4(g)K=｛c(NO2)｝c(N2O4)2K′=c(N2O4)｛c(NO2)｝2K=1/K′K=c(HCl)·c(HClO)c(Cl2)①如果反应中有固体或纯液体参加时，不写它们的浓度例如：CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)3.影响平衡常数的因素①与反应物的浓度无关；②与压强的大小无关；③与反应有无催化剂无关；④只与温度有关。注意：使用平衡常数时必须指明是在哪一温度下进行的可逆反应升高温度，放热反应K减小，吸热反应K增大4.平衡常数意义K值越大，反应进行的程度越大（越完全）。当K＞105时，可以认为反应完全，反应为不可逆反应K值越小，反应进行的程度越小（越不完全）。当K＜10-5时，可以认为未发生反应，反应不能进行表示可逆反应进行的程度(即反应的限度)表2-7卤化氢生成反应的平衡常数(25℃)8.67×102H2＋I22HI1.91×1019H2＋Br22HBr2.57×1033H2＋Cl22HCl6.5×1095H2＋F22HF平衡常数K化学方程式QK，Q＝K，QK，（Q：浓度商）反应向正反应方向进行反应处于平衡状态反应向逆反应方向进行Q＝cp（C）·cq（D）cm（A）·cn（B）若温度升高，K值增大，则正反应为吸热反应；若温度升高，K值减小，则正反应为放热反应；对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)5.平衡常数的应用--利用K值可判断反应的热效应5.反应物的平衡转化率某反应物的转化率(α)=该反应物已转化的量该反应物的起始总量×100%＝该反应物的起始浓度－该反应物的平衡浓度该反应物的起始浓度×100%反应的平衡转化率能表示在一定温度、一定起始浓度下反应进行的限度。反应的化学平衡常数则表示在一定温度、各种起始浓度下反应进行的限度。有关化学平衡计算的解题模式●思路和方法：建立模式、确定关系、依照题意、列出方程对于可逆反应：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)n起始(mol)n变化(mol)n平衡(mol)ab00mxnxpxqxa-mxb-nxpxqx①若已知A的转化率为α，则有：mxa×100%=α②若已知D的体积分数为β%，则有：qxa-mx+b-nx+px+qx×100%=β%③若已知起始和平衡时的压強，则有：a+ba-mx+b-nx+px+qxP起P平=④若已知平衡时混合气体的平均相对分子质量，则有：aMA+bMBa-mx+b-nx+px+qxM=平衡三步曲三行式法【例1】下列反应在210℃达到平衡：PCl5(气)PCl3(气)+Cl2(气)；△H0K=1①CO(气)+Cl2(气)COCl2(气)；△H0K=5×104②COCl2(气)CO(气)+Cl2(气)；△H0③(1)根据反应①的平衡常数K表达式,下列等式必定成立的是(a)C(PCl5)=C(PCl3)=C(Cl2)=1(b)C(PCl5)=C(PCl3)C(Cl2)=1(c)C(PCl5)=C(PCl3)C(Cl2)反应②和反应③的K值表达式(填“相同”或“不同”)(2)降低Cl