（江苏专用）2020版高考化学 专题五 第2讲 化学反应的方向和限度学案

第2讲化学反应的方向和限度【2020·备考】最新考纲：1.认识化学反应的可逆性。2.能用焓变和熵变说明常见简单化学反应的方向。3.理解化学平衡和化学平衡常数的含义，能用化学平衡常数进行简单计算。新课标要求：知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量，知道化学平衡常数的含义。了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向间的联系。通过实验探究，了解浓度、压强、温度对化学平衡状态的影响。最新考情：关于化学反应进行的方向和限度一般考查形式有：一是在选择题中某个选项考查可逆反应焓变和熵变的大小，如2018年T10B、2017年T12A；二是考查化学平衡状态的判断，如2015年T11D；三是与化学平衡相结合考查化学平衡常数的应用，如2018年T15、2017年T15等。预测2020年高考延续这一命题特点，一是在选择题某一选项中出现，考查难度中等，二是在填空题第20题中结合化学平衡的考查。考点一化学反应进行的方向[知识梳理]1.自发过程(1)含义在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。(2)特点①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。2.化学反应方向(1)判据(2)一般规律：①ΔH0，ΔS0的反应任何温度下都能自发进行；②ΔH0，ΔS0的反应任何温度下都不能自发进行；③ΔH和ΔS的作用相反，且相差不大时，温度对反应的方向起决定性作用。当ΔH0，ΔS0时低温下反应能自发进行；当ΔH0，ΔS0时，高温下反应能自发进行。说明：对于一个特定的气相反应，熵变的大小取决于反应前后的气体物质的化学计量数大小。名师助学：①反应能否自发进行，需要综合考虑焓变和熵变对反应的影响。②复合判据ΔH－TΔS0的反应不一定能够实际发生。③自发反应的熵不一定增大，非自发反应的熵也不一定减小。[题组诊断]化学反应进行的方向1.下列说法正确的是()A.所有能自发进行的化学反应都是放热反应B.同一物质固、液、气三种状态的熵值相同C.ΔH0、ΔS0的反应可自发进行D.在其他条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应进行的方向解析只要ΔG0的化学反应都能自发进行。而ΔG＝ΔH－TΔS，当ΔH0、ΔS0时，反应也是有可能自发进行的，故A项错误。同一物质固、液、气三种状态的熵值递增，故B项错误。ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG0则反应可自发进行，所以ΔH0、ΔS0的反应可自发进行，故C项正确。使用催化剂只会改变化学反应的速率，不会改变化学反应进行的方向，故D项错误。答案C2.下列说法正确的是()A.反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的ΔH0，ΔS0(2017·江苏化学，12A)B.反应2CO＋2NO===N2＋2CO2在常温下能自发进行，则反应的ΔH＞0，ΔS＜0(2018·江苏南京、盐城一模)C.反应TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)ΔH0能自发进行，其原因是ΔS0(2018·江苏南通第一次调研)D.反应4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)常温下可自发进行，该反应为吸热反应(2018·江苏化学，10C)解析该反应的正反应为气体分子数减少的反应，ΔS0，A项错误；从反应方程式中气体物质化学计量系数来看，物质的量在减小，即熵减小，但反应能自发，则该反应是放热反应，ΔH0，B项错误；一个吸热反应如果能自发进行，则该反应一定是熵增大反应，C项正确；该反应的气体分子数减小，即熵减小，但反应能自发，说明反应一定为放热反应，D项错误。答案C3.已知吸热反应2CO(g)===2C(s)＋O2(g)，设ΔH和ΔS不随温度而变，下列说法中正确的是()A.低温下能自发进行B.高温下能自发进行C.任何温度下都能自发进行D.任何温度下都不能自发进行解析已知反应2CO(g)===2C(s)＋O2(g)的ΔH＞0，ΔS＜0，所以ΔH－TΔS＞0，反应任何温度下都是不能自发进行，D项正确。答案D【归纳总结】焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响ΔHΔSΔH－TΔS反应情况－＋永远是负值在任何温度下过程均自发进行＋－永远是正值在任何温度下过程均非自发进行＋＋低温为正高温为负低温时非自发，高温时自发－－低温为负高温为正低温时自发，高温时非自发考点二化学平衡常数转化率[知识梳理]1.化学平衡常数(1)概念：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，用符号K表示。(2)表达式：对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，K＝cp（C）·cq（D）cm（A）·cn（B）。实例：化学方程式平衡常数关系式N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)K1＝c2（NH3）c（N2）·c3（H2）K2＝K1(或K121)K3＝1K112N2(g)＋32H2(g)NH3(g)K2＝c（NH3）c12（N2）·c32（H2）2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)K3＝c（N2）·c3（H2）c2（NH3）(3)意义：①K值越大，正反应进行的程度越大，反应物的转化率越大。②K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关，吸热反应，升高温度，K增大，放热反应，升高温度，K减小。名师助学：①计算化学平衡常数利用的是物质的平衡浓度，而不是任意时刻浓度，也不能用物质的量。②对于有纯固体和纯液体参加的反应，它们在K的表达式中不出现。③催化剂能加快化学反应速率，但对化学平衡无影响，也不会改变平衡常数的大小。④化学反应方向改变或化学计量数改变，化学平衡常数均发生改变。2.平衡转化率对于上例反应中A(g)的平衡转化率可表示为：α(A)＝c0（A）－c平（A）c0（A）×100%{c0(A)代表A的初始浓度，c平(A)代表A的平衡浓度}。[题组诊断]化学平衡常数的理解1.甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：化学反应平衡常数温度/℃500800①2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)K12.50.15②H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)K21.02.50③3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)K3(1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝________(用K1、K2表示)。(2)反应③的ΔH________0(填“”或“＜”)。解析(1)K1＝c（CH3OH）c2（H2）·c（CO），K2＝c（CO）·c（H2O）c（H2）·c（CO2），K3＝c（H2O）·c（CH3OH）c3（H2）·c（CO2），K3＝K1·K2。(2)根据K3＝K1·K2，500℃、800℃时，反应③的平衡常数分别为2.5，0.375；升温，K减小，平衡左移，正反应为放热反应，所以ΔH＜0。答案(1)K1·K2(2)＜2.某温度下气体反应达到化学平衡，平衡常数K＝c（A）·c2（B）c2（E）·c（F），恒容时，若温度适当降低，F的浓度增加，下列说法正确的是()A.增大c(A)、c(B)，K增大B.降低温度，正反应速率增大C.该反应的焓变为负值D.该反应的化学方程式为2E(g)＋F(g)A(g)＋2B(g)解析某温度下气体反应达到化学平衡，平衡常数K＝c（A）c2（B）c2（E）c（F），则该反应为2E(g)＋F(g)A(g)＋2B(g)，恒容时，若温度适当降低，F的浓度增加，平衡向逆反应方向移动，正反应为吸热反应，故C错误，D正确；平衡常数只受温度影响，与浓度无关，温度不变，平衡常数不变，故A错误；降低温度，正、逆反应速率都降低，正反应速率降低更多，平衡向逆反应方向移动，故B错误。答案D化学平衡常数的应用3.在一定温度下，1L的密闭容器中发生反应：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，平衡时测得C、H2O、CO、H2的物质的量都为0.1mol。(1)该反应的平衡常数K＝________。(2)若升高平衡体系的温度，该反应的平衡常数会增大，则该反应的ΔH________0(填“”或“”)。(3)相同条件下，向该密闭容器中充入各物质的起始量如下：①均为0.2mol②C(s)、H2O为0.2mol，CO、H2为0.1mol，判断该反应进行的方向：①________，②________。解析(1)容积为1L，则H2O、CO、H2的浓度均为0.1mol·L－1，K＝c（CO）·c（H2）c（H2O）＝0.1×0.10.1＝0.1。(2)升高温度平衡常数增大，说明平衡向右移动，正反应为吸热反应，ΔH0。(3)①Qc＝0.2×0.20.2＝0.2K＝0.1，反应向逆反应方向进行；②Qc＝0.1×0.10.2＝0.05K＝0.1，反应向正反应方向进行。答案(1)0.1(2)(3)①向逆反应方向②向正反应方向4.在一个体积为2L的真空密闭容器中加入0.5molCaCO3，发生反应CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)，测得二氧化碳的物质的量浓度随温度的变化关系如下图所示，图中A表示CO2的平衡浓度与温度的关系曲线，B表示不同温度下反应经过相同时间时CO2的物质的量浓度的变化曲线。请按要求回答下列问题：(1)该反应正反应为________(填“吸”或“放”)热反应；温度为T5时，该反应耗时40s达到平衡，则此温度下，该反应的平衡常数数值为________。(2)如果该反应的平衡常数K值变大，该反应________(填编号)。a.一定向逆反应方向移动b.在平衡移动时正反应速率先增大后减小c.一定向正反应方向移动d.在平衡移动时逆反应速率先减小后增大(3)请说明随温度的升高，曲线B向曲线A逼近的原因：____________________________________________________________________。(4)保持温度、体积不变，充入CO2气体，则CaCO3的质量________，CaO的质量________，CO2的浓度________(填“增大”“减小”或“不变”)。解析(1)T5时，c(CO2)＝0.20mol·L－1，K＝c(CO2)＝0.20。(2)K值增大，平衡正向移动，正反应速率大于逆反应速率。(4)体积不变，增大c(CO2)，平衡左移，CaCO3质量增大，CaO质量减小，由于温度不变，K不变，所以c(CO2)不变。答案(1)吸0.20(2)bc(3)随着温度升高，反应速率加快，达到平衡所需要的时间变短(4)增大减小不变【归纳总结】化学平衡常数三点理解两点应用1.三点理解(1)对于同类型的反应，K值越大，反应物转化率越大，表示反应进行的程度越大；K值越小，反应物转化率越小，表示反应进行的程度越小。(2)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若化学方程式中的化学计量数变化，相应地化学平衡常数也要发生变化。2.两点应用(1)利用化学平衡常数判断化学平衡移动的方向对于可逆反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：cc（C）·cd（D）ca（A）·cb（B）＝Qc，称为浓度商。QcK反应向正反应方向进行，v正v逆＝K反应处于化学平衡状态，v正＝v逆K反应向逆反应方向进行，v正v逆(2)利用化学平衡常数判断可逆反应的热效应有关化学平衡“三段式”计算5.已知反应X(g)＋Y(g)R(g)＋Q(g)的平衡常数与温度的关系如表所示。830℃时，向一个2L的密闭容器中充入0.2molX和0.8molY，反应初始4s内v(X)＝0.005mol/(L·s)。下列说法正确的是()温度/℃70080083010001200平衡常数1.71.11.00.60.4A.4s时容器内c(Y)＝0.76mol/LB.830℃