第二单元 化学反应的方向和限度名师课堂实录

专题七 化学反应速率与化学平衡 主备人：范永华 使用时间：2016.10.28

§7-2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.能够利用化学反应的焓变和熵变判断化学反应的方向。3.认识化学反应的可逆性。4.理解化学平衡的定义。5.理解化学平衡常数的定义并能进行简单计算。

【学习内容】

考点一

化学反应进行的方向

1．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______反应都能自发进行，且反应放出的热量越_____，体系能量________得也越_______，反应越________。可见，反应的____________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_________________。

【练习】1. 正误判断，正确的划“√”，错误的划“×”

(1)凡是放热反应都是自发的，凡是吸热反应都是非自发的(

) (2)所有的自发反应都是放热的(

) (3)焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据(

) (4)自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变(

) (5)自发反应在任何条件下都能实现(

) (6)反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响(

) (7)放热过程有自发进行的倾向性，但并不一定能自发进行，吸热过程没有自发进行的倾向性，但在一定条件下也可自发进行(

) (8)常温下，反应C(s)＋CO2(g)＝2CO(g)不能自发进行，则该反应的△H >0(

) (9)一定温度下，反应MgCl2(1)＝Mg(1)＋

Cl2(g)的

△H＞0 △S＞0(

) (10)CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的△H＜0(

) (11)反应NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的△H<0(

) (12)2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的△H＞0(

) 不为失败找借口，要为成功找方法。

2．下列过程属于熵增加过程的是(

) A．一定条件下，水由气态变成液态

B．4NO2(g)＋O2(g)===2N2O5 (g) C．高温高压条件下使石墨转变成金刚石

D．固态碘升华

3．下列反应中，熵显著增加的反应是(

) A．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)

B．CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑

C．C(s)＋O2(g)===CO2(g)

D．2Hg(l)＋O2(g)===2HgO(s) 4．已知：(NH)＋NH－42CO3(s)===NH4HCO3(s)3(g)

ΔH＝74.9 kJ·mol1。下列说法中正确的是(

) A．该反应中熵变小于0，焓变大于0 B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行

C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定自发进行

D．判断反应能否自发进行需要根据ΔH与ΔS综合考虑

考点二

可逆反应与化学平衡状态

1．可逆反应

(1)定义：在同一条件下既可以向正反应方向进行，同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。

(2)特点

①“二同”：a．相同条件下；b．正、逆反应同时进行。

②“一小”：反应物与生成物同时存在；

任一组分的转化率都

100%。

(3)表示：在方程式中用“”表示。

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质量或浓度

的状态。

(2)化学平衡的建立

(3)平衡特点

【练习】1．正误判断，正确的划“√”，错误的划“×”

(1)2H2O2H2↑＋O2↑为可逆反应(

) (2)可逆反应不等同于可逆过程。可逆过程包括物理变化和化学变化，而可逆反应属于化学变化(

) (3)化学反应达到化学平衡状态的正逆反应速率相等，是指同一物质的消耗速率和生成速率相等，若用不同物质表示时，反应速率不一定相等。(

) 1

(4)一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度(

) (5)化学反应的限度可以通过改变反应条件而改变(

) 2．一定条件下，对于可逆反应X(g)＋3Y(g)

2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)，达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.08 mol·L－1，则下列判断正确的是(

) A．c1∶c2＝1∶3

B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3 C．X、Y的转化率不相等

D．c－－1的取值范围为0 mol·L1

3．在一定温度下的定容容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强，②混合气体的密度，③混合气体的总物质的量，④混合气体的颜色，⑤各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比，⑥某种气体的百分含量

(1)能说明2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是________。

(2)能说明5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是________。

1．化学平衡状态判断“三关注”

(1)关注反应条件，是恒温恒容，恒温恒压，还是绝热恒容容器；

(2)关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应；

(3)关注特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。

2．不能作为“标志”的四种情况

①反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。

②恒温恒容下的体积不变的反应，体系的压强或总物质的量不再随时间而变化，如2HI(g)H2(g)＋I2(g)。

③全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。

考点三

化学平衡常数

1．表达式：对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，

一定温度下，K＝__________________________________

(固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。

2．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。

3．K与浓度商Q的关系

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＝Q，称为浓度商。



反应向正反应方向进行，v正>vQ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

专题七 化学反应速率与化学平衡 主备人：范永华 使用时间：2016.10.28

【练习】1.判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”

(1)平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度(

) (2)催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数(

) (3)平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动(

) (4)化学平衡发生移动，平衡常数不一定发生变化(

) 2．对于N2(g)＋3H23(g)

K1

2NH3(g)

N2(g)＋3H2(g)

K2

试分别写出平衡常数表达式，并判断其关系。

3.

化学平衡常数只受温度的影响，温度升高，化学平衡常数是增大还是减小？

4．已知某化学反应的平衡常数表达式为K＝c(CO2)·c(H2)c(CO)·c(H，在不同的温度下2O)该反应的平衡常数如下表：

t℃

700 800 830 1 000 1 200 K

1.67 1.11 1.00 0.60 0.38 下列有关叙述不正确的是（

）

A．该反应的化学方程式是CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) B．上述反应的正反应是放热反应

C．若在1 L的密闭容器中通入CO2和H2各1 mol,5 min后温度升高到830 ℃，此时测得CO2为0.4 mol，该反应达到平衡状态

D．若平衡浓度符合关系式c(CO2)3c(CO)＝c(H2O)5c(H，则此时的温度为1 000 ℃

2)5．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

温度/℃

常数

500 800

①2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g) K1

2.5 0.15 ②H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g) K2

1.0 2.50 ③3H2(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“<”，下同)。

(3)500 ℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正________v逆。

考点四

有关化学平衡常数的计算

“三段式法”突破平衡计算

(1)写出有关反应的化学方程式。

(2)找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。

(3)根据已知条件列方程式计算。

例如：反应

mA

＋

nB

pC 起始浓度(mol·L－1)

a

b

c

转化浓度(mol·L－1)

x

nxpxm

m

不为失败找借口，要为成功找方法。

某时刻或平衡时浓度(mol·L－1)

a－x

b－nxm

c＋pxm

(4)根据题目要求找出对应数据求解。

K= α(A)平＝

【练习】1．羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中，将CO和H2S混合加热并达到下列平衡：

CO(g)＋H2S(g)

COS(g)＋H2(g)

K＝0.1 反应前CO物质的量为10 mol，平衡后CO物质的量为8 mol。下列说法正确的是(

) A．升高温度，H2S浓度增加，表明该反应是吸热反应

B．通入CO后，正反应速率逐渐增大

C．反应前H2S物质的量为7 mol

D．CO的平衡转化率为80% 【巩固练习】

1．在恒容密闭容器中，可以作为2NO2(g)

2NO(g)＋O2(g)达到平衡状态的标志是①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2；②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO；③混合气体的颜色不再改变；④混合气体的密度不再改变的状态；⑤混合气体中NO与O2的物质的量之比保持恒定；⑥混合气体中NO与NO2的物质的量之比保持恒定

(

) A．①③⑥

B．②④ C．①③④

D．①②③④

2．汽车净化的主要原理为2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)

ΔH<0。若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是(

)

3．下列关于平衡常数的说法正确的是(

) A．在平衡常数表达式中，反应物浓度用起始浓度，生成物浓度用平衡浓度

B．在任何条件下，化学平衡常数是一个恒定值

C．平衡常数的大小与温度、浓度、压强、催化剂等无关

D．从平衡常数的大小可以推断一个反应进行的程度

4．铁的氧化物可用于脱除煤气中的H2S，其反应为Fe3O4(s)＋3H2S(g)＋H2(g)

3FeS(s)＋4H2O(g)，其温度与平衡常数的关系如图所示。对此反应原理的理解正确的是(

) A．H2S是还原剂

B．脱除H2S的反应是放热反应

C．温度越高H2S的脱除率越大

D．压强越小H2S的脱除率越高

5．恒温下，容积均为2 L的密闭容器M、N中，分别有以下两种起始投料建立的可逆反应3A(g)＋2B(g)2C(g)＋xD(s)的化学平衡状态，数据如下：

2

分组

起始物质的量（mol）

A B C D 平衡时

M 3 2 0 0 n（D）=1.2mol N 0 0 2 y c(A)＝0.6 mol·L－1

其中M组测得从反应开始经2min到达平衡，C的速率为0.3 mol·L－1·min－1 下列结论中不正确的是(

) A．x＝3

B．平衡时M中c(A)＝0.6 mol·L－1

C．y<0.8

D．M中B的转化率与N中C的转化率之和为1 6．在一个体积为2 L的真空密闭容器中加入0.5 mol CaCO3，发生反应CaCO3(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______热反应(填“吸”或“放”)，温度为T5

℃时，该反应耗时40 s达到平衡，则T5℃时，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____________(填字母)。

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”)。

(5)在T5℃下，维持温度和容器体积不变，向上述平衡体系中再充入0.5 mol N2，则最后平衡时容器中的CaCO3的质量为__________________ g。

7．

SO2常用于制硫酸，其中一步重要的反应为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)

ΔH＜0。若向一个2 L的密闭容器中充入0.4 mol SO2、0.2 mol O2和0.4 mol SO3，发生上述反应。

请回答下列问题：

(1)当反应达到平衡时，各物质的浓度可能是____________(填字母)。

A．c(SO－＝0.15 mol·L－2)＝0.3 mol·L1、c(O2)1

B．c(SO0.4 mol·L－3)＝1

C．c(O0.2 mol·L－1、c(SO－2)＝2)＝0.4 mol·L1

D．c(SO)＝0.3 mol·L－31

(2)任选上述一种可能的情况，计算达到平衡时的平衡常数为____________。

(3)某温度时，将4 mol SO2和2 mol O2通入2 L密闭容器中，10 min时反应达到平衡，SO2的转化率为80%，

则0～10 min内的平均反应速率v(O2)＝_________________，

该温度下反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的平衡常数K＝______________。