第二单元 化学反应的方向和限度教学内容分析

化学反应的方向和限度

【引入】：

自然界中有许多现象是可以自发进行的，请结合自己的生活经验举例说明. 自然界中水总是从高处往低处流

电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动

室温下冰块自动融化

墨水扩散

食盐溶解于水

火柴棒散落

化学反应中镁条燃烧、酸碱中和、铁器暴露在潮湿空气中生锈、甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧、锌与CuSO4溶液反应生成Cu和ZnSO4等，这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的. 一、

化学反应的方向. 1.自发过程：在一定条件下，不借助外部力量就能自动进行的过程. 2.自发反应：在一定的条件下无需外界帮助就能自动进行的反应. 【过渡】：

如何判断一个过程，一个反应能否自发进行？

二、判断化学反应方向的依据. 【交流与讨论】：

酸碱中和、镁条燃烧等这些一定条件下能自发发生的反应有何共同特点？

△H < O即放热反应

放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定，

△H < O有利于反应自发进行. 1.焓判据(能量判据). 体系趋向于从高能状态转变为低能状态

（这时体系会对外做功或者释放热量～△H ﹤0）

【设问】：

自发反应一定要△H < O ？

NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) △

H= ＋37.30kJ/mol 【结论】：

△H < O有利于反应自发进行，但自发反应不一定要△H < O.

焓变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一

因素. 为了解释这样一类与能量状态的高低无关的过程的自发性，科学家们提出了在自然界还存在着另一种能够推动体系变化的因素→熵. 2.熵判据. (1).熵：体系混乱度的量度，即熵是用来描述体系的混乱度. 符号：S 单位：

J•mol-1•K-1 . 体系混乱度越大，熵值越大；体系混乱度越小，熵值越小. (2).熵变：反应前后体系熵的变化. 同一物质，S（g）﹥S（l）﹥S（s）

产生气体的反应、气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值

（

△S ＞0），为熵增加反应. 【设问】：

火柴散落、墨水扩散过程混乱度如何变化？从混乱度变化角度分析它们为什么可以自发？

自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理，也就是反应方向判断的熵判据. (3).熵判据: 混乱度越大越稳定，△S > 0

有利于反应自发进行

【设问】：

CaCO3(s) == CaO (s) +CO2 (g)这个反应能否自发进行？

已知： △H(298K)=+178.2KJ•mol ,

△S(298K)=169.6J•mol-1•K-1 【结论】：

△S > O有利于反应自发进行,自发反应不一定要△S > O.

熵变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一

因素. 3.复合判据（自由能变化）. △ G=△H—T △S

当△ G<0时，反应自发进行

当△ G>0时，反应不自发进行

当△ G=0时，平衡状态

温度对反应自发性的情况: 类型

1 △H

- △S

+ △H—T△S

永远是—

反应的自发性

任何温度都是

自发反应

2 + - 永远是+ 任何温度下都是

非自发反应

高温是非自发反应

低温是自发反应

高温是自发反应

低温是非自发反应

3 - - 高温+ 低温—

4

【注意点】：

+ + 高温—低温+

(1).反应的自发性只能用于判断反应发生的方向，不能确定反应是否一定会发生和反应发生

的速率.

如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，其发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现.

(2).在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰时体系的性质.如果允许外界对体系施加某种

作用，就可能出现相反的结果.

如水泵可以把水从低水位升至高水位；高温高压石墨转化为金刚石的例子，实现后者的先决

条件是要向体系中输入能量，该过程的本质仍然是非自发性的.

完成P42表2－5.

【课堂练习】：

1.下列过程是非自发的是 D

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

2.碳酸铵〔（NH4）2CO3〕在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是 A

A.其分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大

B.其分解是因为外界给予了能量

C.其分解是吸热反应，据能量判据不能自发分解

D.碳酸盐都不稳定，都能自发分解

3.下列说法正确的是 C

A.凡是放热反应都是自发的，由于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

4.自发进行的反应一定是 D A.吸热反应 B.放热反应

C.熵增加反应 D.熵增加或者放热反应

第二课时 化学平衡状态

化学平衡常数

一、化学平衡的建立

1．可逆反应：在相同条件下同时能向正反应方向和逆反应方向进行的反应。

注：①．相同条件下的反应。

点燃

电解

如：2 H2 + O2 === 2 H2O，2 H2 + O2 === 2 H2O（非可逆）

②．有气体参加的必须在密闭容器中

△

如：敞口容器：CaCO3 == CaO + CO2

↑不可逆

△

密闭容器：CaCO3 CaO + CO2

可逆

③．同时具有正反应速率、逆反应速率。

2．化学平衡

引言：初中溶解平衡

催化剂高温

书P43 CO + H2O CO2 + H2

分析：①．反应刚开始时，反应物和生成物的浓度如何变化？V正、V逆变化？

②．随反应的进行，反应物和生成物的浓度如何变化？V正、V逆变化？

v mol

生成物

V正

V正=V逆

③．当V正 = V逆时，反应物的浓度和生成物的浓度是否再变化？

1．定义：化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。

注：化学平衡的特征：动、等、定、变

A．反应平衡时，V正 = V逆≠0，是动态平衡。V正 = V逆是指同一个特定的物质的正、反速率。

V逆

达到平衡

反应物

t t

B．反应混合物中，各物质的浓度不再改变，百分含量保持不变。但平衡时，各物质的浓度不一定相等。

C．外界条件变化时，原有平衡被破坏，出现新的平衡。

提问：1．某化学反应达到平衡时反应物的浓度等于生成物的浓度，是否正确？

2．化学反应达到平衡时，反应停止了，所以各物质的百分含量保持不变。这句话 对吗？

例1：二氧化氮在加热条件下能够分解成一氧化氮和氧气。该反应进行到35 s时，达到平衡（NO2浓度约为0.010mol）。图中曲线表示二氧化氮分解反应在前20 s内的反应进程。

L①、若反应延续至60 s，请在图中用实线接着画出20 s～60 s的反应进程曲线。

②、若在反应开始时加入催化剂（其他条件都不变），请在图上用虚线画出加入催化剂后的反应进程曲线。

0.030 0.020 0.010 浓度mol

L0.030 0.020 0.010 10 20 30 40 50 60 时间/s 10 20 30 40 50 60 时间/s 浓度mol

L

2．化学平衡的判断

直接标志：A．V正 = V逆

B．各组分的m、n不变。

C．通过含量：各组分的质量分数、物质的量分数、（恒温、衡压下）气体的体积分数不变。

D．通过浓度：各组分的浓度不变。

间接标志：A．通过总量：前提：气体反应Δ≠0时。体系的n（总）、p（总）、v（总）不变。

B．通过复合量：M、ρ不变。

C．其他：如平衡体系颜色不变（实际是有色物浓度不变）

－

例：

1．在一定温度下，可逆反应4A(气)＋5B(气) 4C(气)＋6D(气)达到平衡的标志是（ D ）

A．单位时间内消耗n mol的A，同时生成

n mol的C B．单位时间内消耗4n mol的A，同时生成 5n mol的B C．A、B、C、D的分子数之比为4∶5∶4∶6

D．容器的总压强不随时间而变化

2．在一定温度下，可逆反应A2（g）+ B2（g） 2AB（g）达到平衡的标志是（ C ）

3．下列哪种说法可以证明反应N2 + 3 H2 2 NH3

已达平衡状态（ AD ）

4．H2 (气)+ I2 (气) 2HI(气)已经达到平衡状态的标志是（

③④⑦⑨ ）

① c(H2)＝c(I2) ＝c(HI) ② c(H2)∶c(I2) ∶c(HI)＝1∶1∶2

③ c(H2)、c(I2)、c(HI)不再随时间而改变

④ 单位时间内生成n molH2的同时生成2n mol HI ⑤ 单位时间内生成n molH2的同时生成n mol I2

⑥ 反应速率v(H2)=v(I2)=1v(HI) 2A．容器的总压强不随时间而变化。

B．单位时间内有n mol A2生成同时就有n mol B2生成。

C．单位时间内有n mol A2生成同时就有2n mol AB生成。

D．单位时间内有n mol B2发生反应同时就有n mol AB分解。

A．一个N N健断裂的同时，有三个H H健形成。

B．一个N N健断裂的同时，有三个H H健断裂。

C．一个N N健断裂的同时，有六个N H健形成。

D．一个N N健断裂的同时，有三个H H健断裂。

⑦ 一个H－H键断裂的同时有两个H－I键断裂

⑧ 温度和体积一定时，容器内压强不再变化

⑨ 温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化

⑩ 温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化

(11) 条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化

5．常温下，将A molNO2置于一体积可变的密闭容器中，保持压强恒定，发生反应2NO2(气)

N2O4(气)，达到平衡后，测得混合气体对氢气的相对密度为28.75，求NO2的转化率。

解析：巧解，差量法 设原有NO21mol 2NO2

＝N2O4

△n

2 mol 1 mol x 1 mol－46g28.252g

mol x＝0.4 mol ∴40％

二、化学平衡常数

数据分析：书P44表2－6 定义：对反应m A + n B p C + q D

平衡常数K = c(C)pc(D)qc(A)c(B)mn

注：1．任一可逆反应K仅与温度有关，与浓度无关。即温度不变则K定值。

2．K意义：表示反应的程度，K越大,反应进行的程度越大。即原料转化率越大。

3．K与反应的起始方向无关，通过反应常数K′与平衡常数的比较，可判定反应

方向。

反应状态

K′＝K 平衡状态

K′> K 向逆反应方向进行

K′< K 向正反应方向进行

4．反应中有固体和纯液体的，其浓度不随反应而变化，因此其浓度不计算在表达式中。

如：CaCO3（s） CaO（s） + CO2（g） K = c(CO2 ) CO2（g）+ H2（g） CO（g）+ H2O（l） K = 5．稀溶液中反应物有水参加，水的浓度也不计算在内。

如：Cr2O7 + H2O 2 CrO4 + 2 H K = 2－2－＋c(CO)

c(CO2)c(H2)22c(CrO4)c(H)22c(Cr2O7)

6．对同一个化学反应，不同的化学方程式对应不同的平衡常数关系及平衡常数。

c(NO2)2 如：N2O4（g） 2 NO2（g） K =

c(N2O4)

c(NO2)1N2O4（g） NO2（g） K =

12c(N2O4)27．对于气体反应，可以用平衡时物质的量浓度表示，也可以用平衡时气体的分压表示。

p(NO2)2 N2O4（g） 2 NO2（g） K =

p(N2O4)例：

1．在某温度下，可逆反应m A + n B p C + q D的平衡常数为K，下列说法正确

的是（ AD ）

2．现由可逆反应CO(气)+H2O (气) CO2(气) +H2(气)－△H，在850℃时，K＝1。

① 若温度升高至950℃，反应达到平衡时，K_<___1（<、>、＝）

解析：K值越大表示反应越易向正反应方向进行，升温反应逆反应方向移动即不易向正反应方向进行。

② 850℃时在固定容积的密闭容器中放入混合物，起始浓度c(CO)=0.01mol/L，c(H2O) (气) =0.03mol/L， c(CO2) =0.01mol/L， c(H2) =0.05mol/L。则反应开始时，H2O (气)的消耗速率比生成速率___小____（大、小、不确定）

解析：反应常数K′＝c(CO2)c(H2)0.010.05＝>1，即反应要向K＝1的方向进行只能使c(CO)c(H2O)0.010.03A．K越大，达到平衡时，反应进行的程度越大。

B．K越小，达到平衡时，反应物的转化率越大。

C．K随反应物浓度的改变而改变。

D．K随温度的改变而改变。

E．K越大，反应的速率越大。

分子减小、分母增大即向逆反应进行。

③ 850℃时，若将②中H2O起始浓度增加到0.1mol/L，则反应向（填正反应、逆反应）______方向进行；达到平衡时α(CO)＝______。

解析：反应常数K′＝

温度不变即K不变 CO(气) + H2O (气) = CO2(气) + H2(气) 起始浓度 0.01 0.1 0.01 0.05 变化浓度 x x x x

平衡浓度(0.01－x) (0.1－x) (0.01＋x) (0.05＋x) c(CO2)c(H2)0.010.05＝<1正反应方向进行

c(CO)c(H2O)0.010.1

K=1=c(CO2)c(H2)(0.01x)(0.05x)＝

得α(CO) c(CO)c(H2O)(0.01x)(0.1x)④ 保持容器温度、体积不变，若在容器中充入适量的H2，则重新达到平衡时，CO的反应速率比充H2之前___增大___（大、小、不确定）理由是什么？

解析：增大任一反应物或生成物的浓度，化学反应速率都增大。

3．在一定条件下，氨气和氮氧化物（NOn）能发生氧化还原反应。将一定量的氨气和氮氧化物充入一真空的恒容密闭容器中，保持温度不变，使反应达到平衡。

① 配平化学方程式NH3(气)＋NOn(气) N2(气)＋H2O(气) 解析：4nNH3(气)＋6NOn(气) (2n+3)N2(气)＋6nH2O(气) ② 分析氨气的反应速率v与时间t的关系如图所示，已知：m＝0.22mol/(L·min)，p＝250。反应中氨气的瞬时速率与氨气的存留浓度的关系为v∶c(NH3)=1∶6(数据)。在下表①～⑤中填入v和c(NH3)。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 t

m v(NH3) v－m＝－12t(p为常数) 2pt min v(NH3) mol/(L·min)

c(NH3) mol/L 0 5 平衡时

0.22 ②

④

①

③

⑤

解析：由图可知，该反应在t＝9 min时达到平衡。另外由 1212速率－时间关系v－m=－t知v = m－t；又氨气的瞬时速率与氨气的存留浓度2p2p的关系为v∶c(NH3)=1∶6。联立求解。

t min v(NH3) mol/(L·min)

c(NH3) mol/L 0 5 平衡时

③ 若起始时混合气体总浓度为2.5mol/L，在恒温恒容条件下达到平衡时，测得压强是反应前的1.28倍，则NOn中的n是多少？

解析：由②可知：t＝0，c(NH3)= 1.32 mol/L；达到平衡时，t＝9min，c(NH3)= 0.34 mol/L。若取定容器体积为1L，则参加反应的氨气的物质的量是0.98mol。

又根据反应4nNH3(气)＋6NOn(气)＝(2n+3)N2(气)＋6nH2O(气) △n＝4n－3，知每有4n 0.22 0.17 0.058 1.32 1.02 0.34

molNH3参加反应，混合气体的物质的量就减少（4n－3）mol，

因此，得4n∶(4n－3)＝0.98mol∶(0.28×2.5mol) n＝2.625 （△n也可由定义求出

0.7mol）

p1n1p12.5mol

n2=3.2 mol △n＝3.2mol－2.5mol＝p2n21.28p1n2