第二单元 化学反应的方向和限度ppt专用说课稿内容

化学平衡常数

化学反应进行的方向

教学目标：

1.理解化学平衡常数

2.了解自发过程和化学反应的自发性。

3.通过“有序”和“无序”的对比，了解熵和熵变的概念。

4.了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓变和熵变说明化学反应的方向。

教学内容：

一、化学平衡常数

1.定义

在一定温度下,当一个可逆反应达到平衡时,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,该常数就是该反应的化学平衡常数。

2.表达式

对于可逆反应:mA(g)+nB(g)C、D的浓度均为平衡浓度。

如在一定温度时,4 mol A在2 L的密闭容器中分解:A(g)2B(g)+C(g),达到平衡时测pC(g)+qD(g),化学平衡常数K=①

。式中A、B、得已有50%的A分解成B和C,此温度下,该反应的平衡常数为②

。

3.意义

(1)K值越大(一定温度下),说明反应进行的程度③

,反应物的转化率也④

。

(2)一般认为,K>10时,反应就基本进行完全了。

4.影响因素

K值的大小与物质的浓度、压强等无关,只随⑤

变化而变化。

注意：

1.化学平衡常数是指某一具体反应化学方程式的平衡常数,若化学方程式中各物质的化学计量数等倍增大或减小,平衡常数也会改变。

2.正、逆反应的平衡常数互为倒数。

3.反应物或生成物中有固体和纯液体存在时,因其浓度可看作“常数”而不代入公式,H2O的状态不是液态而是气态时,则需要代入平衡常数表达式。

4.代入平衡常数表达式的是平衡浓度,而不是任意时刻的浓度,更不能将物质的量代入。

5

二、化学反应的方向

1.自发反应

在给定的条件下,无须外界帮助,一经引发即自发进行的反应。

2.焓变与反应方向

多数能自发进行的化学反应是⑥

反应,但也有不少吸热反应能自发进行。

3.熵变与反应方向

ΔS为反应产物总熵与反应物总熵之差。熵⑦

有利于反应自发进行,而有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行。

4.反应方向的判断

在恒温、恒压条件下,焓变和熵变共同决定反应的方向: ΔG=ΔH-TΔS

注意：

1.自发反应、非自发反应是指该反应过程中是否有自发进行的倾向,而这个过程是否一定会发生则不能确定。如C的燃烧是一个自发反应,但需借助外界条件点燃才能发生。

2.同一物质在三态时的熵值大小顺序一般为气态>液态>固态。

核心速记

1.化学平衡常数的表达式及注意事项

(1)表达式

对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),K=。

(2)三注意:①平衡常数表达式中的浓度必须为平衡浓度;②固体和纯液体的浓度视为常数1,通常不代入平衡常数表达式;③化学平衡常数只受温度的影响。

2.化学平衡常数的3个应用

(1)判断反应进行程度的大小; (2)判断反应进行的方向;

(3)计算物质的含量、转化率、平衡浓度等。

3.判断化学反应自发性的复合判据

ΔG=ΔH-TΔS随堂练：

1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。

(1)平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度。(

) (2)对某一可逆反应,升高温度则化学平衡常数一定变大。(

) (3)其他条件不变,使用不同催化剂,反应的平衡常数不变。(

) (4)平衡常数发生变化,化学平衡必定发生移动。(

) (5)反应A(g)+3B(g)数增大。(

) (6)改变条件,使反应物的平衡转化率都增大,该可逆反应的平衡常数一定增大。(

) (7)一个可逆反应的正反应K正与逆反应K逆相等。(

) 答案

(1)√

(2)×

(3)√

(4)√

(5)×

(6)×

(7)×

2.在密闭容器中进行反应2SO2(g)+O2(g)示回答问题:

温度200 300 400 /℃

平衡常K1

数

(1)此反应的平衡常数表达式为K=

。

(2)表中最大的平衡常数是

。

(3)当反应在200 ℃达到平衡时,若增加氧气的量,则平衡

(填“正向”“逆向”或“不”)移动,K1

(填“增大”“减小”或“不变”)。

K2

K3

2SO3(g)(正反应为放热反应),请按下表所2C(g)达到平衡后,温度不变,增大压强,平衡正向移动,平衡常

答案

(1)(2)K1

(3)正向;不变

心得体会

一、应用化学平衡常数时应注意的四个问题

1.化学平衡常数是在一定温度下,一个反应本身固有的内在性质的定量体现。

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.反应物或生成物中有固体和纯液体存在时,其浓度可看作一个常数,而不计入平衡常数表达式中。

4.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;若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小,尽管是同一反应,平衡常数也会改变。

二、化学平衡常数书写形式与关系

1.平衡常数表达式中各物质的浓度为平衡时的浓度,其书写形式与化学方程式的书写有关。如:N2+3H22NH3,K=a,则有2NH3N2+3H2,K'=;N2+H2NH3,K″=。

2.多个可逆反应的平衡常数关系。两个可逆反应化学方程式叠加所得反应的平衡常数为两个平衡常数之积;两个可逆反应化学方程式相减所得的平衡常数为两个平衡常数之比。

三、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,反应物与生成物的浓度有如下关系:=Qc,Qc称为浓度商。

Qc

四、利用化学平衡常数判断可逆反应的热效应

随堂练1

1.已知在600 ℃时,有如下三个反应: 反应①:CO(g)+CuO(s)反应②:H2(g)+CuO(s)反应③:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+Cu(s) K1

Cu(s)+H2O(g) K2

CO2(g)+H2(g) K3

(1)反应①的平衡常数表达式为

,反应2CO(g)+2CuO(s)2CO2(g)+2Cu(s)的平衡常数K4与K1的关系为

。

(2)反应②的K值随着温度升高而增大,则反应②的反应热ΔH

(填“<”或“>”)0。

(3)反应③的K3与K1、K2的关系是

。

(4)若其他条件不变,向反应③所在的密闭容器(平衡体系)中充入H2O(g),则平衡向

移动,该反应的平衡常数

(填“变大”“变小”或“不变”)。

解析

(1)固体不能写入平衡常数表达式中,故反应①的平衡常数K1=;K4=,故K4=。

(2)反应②的K值随着温度升高而增大,升高温度,平衡向正反应方向移动,则正反应为吸热反应。

(3)K3=,K2=,结合K1=,可知K3=。

(4)增大反应物H2O的浓度,平衡正向移动,但平衡常数只受温度影响,平衡常数不发生变化。

答案

(1)K1=(2)> ;K4=

(3)K3=

(4)正反应方向;不变

2.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的物质的量为10 mol,平衡后CO的物质的量为8 mol。下列说法正确的是(

)。

A.升高温度,H2S的浓度增大,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的物质的量为7 mol D.CO的平衡转化率为80% 解析

A项,升高温度,H2S的浓度增大,说明平衡向逆反应方向移动,逆反应吸热,正反应放热,错误;B项,通入CO气体的瞬间正反应速率增大,达到最大值,向正反应方向建立新的平衡,正反应速率逐渐减小,错误;C项,设反应前H2S的物质的量为n mol,容器的容积为V L,则

CO(g)+H2S(g)COS(g)+H2(g) n(始)/mol 10

n

0

0 n(转)/mol 2

2

2

2 n(平)/mol 8

n-2

2

2 K=答案

C =0.1,解得n=7,正确;D项,CO的转化率为×100%=20%,错误。

3.高炉炼铁时发生反应:FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g) ΔH>0。

(1)此反应的平衡常数表达式为K=

。

(2)温度降低,则平衡常数K值

(填“增大”“减小”或“不变”)。

(3)已知1100 ℃时,K=0.263,此时测得高炉中c(CO2)=0.025 mol·L,c(CO)=0.1 mol·L,在这种情况下,该反应

(填“是”或“不是”)处于化学平衡状态,此时正反应速率

(填“>”“<”或“=”)逆反应速率,其原因是

。

解析

(1)固体FeO和Fe不写入平衡常数表达式中。

(2)温度降低,平衡逆向移动,K减小。

-1-1(3)Qc===0.25v(逆)。

答案

(1)(2)减小

(3)不是;>;=0.25v(逆) 2CO(g) 4.一定量的CO2与足量的C在恒压密闭容器中发生反应:C(s)+CO2(g)-1ΔH=+173 kJ·mol。若压强为p kPa,平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图所示。

回答下列问题: (1)650 ℃时CO2的平衡转化率为

。

(2)t1

℃时平衡常数Kp=

(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数);该温度下达平衡后若再充入等物质的量的CO和CO2气体,则平衡

(填“正向”“逆向”或“不”)移动,原因是

。

解析

(1)650 ℃时,平衡时CO2的体积分数为60%,设其物质的量为0.6 mol,则平衡时CO的物质的量为0.4 mol,起始时CO2的物质的量为0.6 mol+×0.4 mol=0.8 mol,故CO2的平衡转化率为×100%=25%。(2)t1

℃时,平衡时CO与CO2的体积分数相等,其平衡分压均为0.5p kPa,则此时的平衡常数Kp=答案

(1)25% (2)0.5p;不;Qp=Kp

随堂练2

1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。

(1)ΔH<0、ΔS>0的反应,一定是自发反应。(

) =0.5p。

(2)吸热且熵增加的反应,当温度升高时,反应一定能自发进行。(

)

(3)凡是放热反应都是自发的,吸热反应都是非自发的。(

) (4)某吸热反应能自发进行,因此该反应是熵增加的反应。(

) (5)反应的自发性不仅能用于判断过程的方向,还能确定过程是否一定能发生。(

) 答案

(1)√

(2)×

(3)×

(4)√

(5)×

2.(1)ΔH和ΔS的作用相反,且相差不大时,

对反应的方向起决定性作用。当ΔH<0,ΔS<0时,

下反应能自发进行;当ΔH>0,ΔS>0时,

下反应能自发进行。

(2)NH3(g)+HCl(g)是

,CaCO3(s)NH4Cl(s)在室温下可自发进行的理由CaO(s)+CO2(g)在高温下可自发进行的理由是

。

(3)已知汽车尾气的净化反应: 2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) -1-1-1ΔH=-113.0 kJ·mol

ΔS=-145.3 J·mol·K在298 K、101 kPa下,假定反应焓变与熵变不随温度变化,通过计算说明该反应在室温下能否自发进行,并求此反应能自发进行的温度范围。

解析

(3)298 K、101 kPa下,该反应的ΔH=-113.0 kJ·mol,ΔS=-145.3 J·mol·K,因ΔG=ΔH-TΔS≈-69.70 kJ·mol<0,故该反应在室温下能自发进行。反应能自发进行,则-1-1-1-1应ΔG=ΔH-TΔS<0,T<=≈778 K。

答案

(1)温度;低温;高温

(2)ΔH<0;ΔS>0 (3)室温下能自发进行;在小于778 K时反应可自发进行。

心得体会

化学反应进行的方向判据

随堂练3

1.下列反应中,一定不能自发进行的是(

)。

．．A.2KClO3(s)2KCl(s)+3O2(g) ΔH=-78.03 kJ·mol,ΔS=+1110 J·mol·K

-1-1-1B.CO(g)C(石墨,s)+O2(g) ΔH=+110.5 kJ·mol,ΔS=-89.36 J·mol·K

-1-1-1C.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)4Fe(OH)3(s) ΔH=-444.3 kJ·mol,ΔS=-280.1 J·mol·K

-1-1-1D.NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)-1CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) -1-1ΔH=+37.301 kJ·mol,ΔS=+184.05 J·mol·K

解析

根据ΔG=ΔH-TΔS,当ΔH<0,ΔS>0时,ΔG<0,反应肯定能自发进行;当ΔH>0,ΔS<0时,ΔG>0,反应一定不能自发进行。

答案

B 2.下列有关化学反应方向及其判据的说法中正确的是(

)。

A.非自发反应就是不可能发生的反应,自发反应就是能较快进行的反应 B.高温、高压下可以使石墨转化为金刚石是自发的化学反应

C.由能量判据和熵判据组合而成的复合判据适合于所有的反应

D.反应NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)在低温下能自发进行,说明该反应的ΔH>0 解析

A项,非自发反应在一定条件下也能发生,自发反应进行的也不一定较快,错误;B项,石墨转化为金刚石,ΔH>0,该反应是非自发进行的化学反应,错误;C项,能量判据和熵判据组合而成的复合判据,只要ΔG=ΔH-TΔS<0,反应就可以自发进行,若ΔG>0,反应就不能

自发进行,正确;D项,反应NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)在低温下能自发进行,ΔG=ΔH-TΔS<0,从化学方程式知TΔS<0,说明ΔH<0,错误。

答案

C 3.下列说法正确的是(

)。

A.反应产物的总能量大于反应物的总能量时,ΔH<0 B.已知反应H2(g)+I2(g)常数为2K C.ΔH<0、ΔS>0的反应在低温时不能自发进行

D.在其他外界条件不变的情况下,使用催化剂不能改变化学反应进行的方向

解析

ΔH=生成物能量和-反应物能量和,当反应产物的总能量大于反应物的总能量时,ΔH>0,A项错误;相同温度下,化学计量数变为原来的n倍,则化学平衡常数为原来的n次方,所以反应2H2(g)+2I2(g)4HI(g)的平衡常数为K,B项错误;根据ΔG=ΔH-TΔS判22HI(g)的平衡常数为K,则2H2(g)+2I2(g)4HI(g)的平衡断,ΔH<0、ΔS>0,则ΔG<0,反应在低温时也能自发进行,C项错误;催化剂只改变反应速率,不改变化学反应进行的方向,D项正确。

答案

D