第二单元化学反应的方向和限度报告

第二单元化学反应的方向和限度水往低处流生活中到自发过程这些生活中的现象将向何方发展(方向性)，我们非常清楚，因为它们有明显的自发性。T2T1P2P1h2h1墨滴Q气体液体扩散一、化学反应的方向注：①一定条件指：一定的温度T和压强P，外界帮助指:通电、光照等。②一定条件(如加热，高压)下目的:引发反应③自发反应在恰当条件下才能实现.⑵特征：有方向性，且不能自动恢复原状，若要恢复必须借助外力。•（1）自发反应定义（k-39)：•在一定条件下，无需外界帮助就能自动进行的反应如铁器暴露在潮湿空气中会生锈，燃烧1、自发反应(2)实例N2+O22NO2H20=通电=2H2↑+O2↑•（1）非自发反应定义：•在一定条件下，无外界帮助不能自动进行的反应2、非自发反应3、自发过程⑴定义：在一定条件下，无需外界帮助就能自动进行的过程（K_P39交流与讨论）(2)实例水由高处向低处流；冰融化固体溶解（3）特点：①物理变化②体系趋向于从高能状态转变为低能状态二、判断化学反应方向的依据（P40你知道吗？）（1）绝大多数的放热反应(△H＜0)能自发进行（3）吸热过程也能自发进行O(l)2H(s)CaCl(g)2NH(s)2232)()(24OHCasClNH如：硝酸铵溶于水（K-41)(g)COCaO(s)(s)CaCO23高温（2）放出的热量越多，体系能量降低越多，反应越完全（K-40第1，2段)•1、焓变△H与反应方向放热反应和吸热反应自发原因？有序混乱K-41页图2-152、熵变(△S)与反应方向•研究表明，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。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）•(1)熵：（K-41)•衡量一个体系混乱度的物理量叫做熵，符号S•注意：•A.熵增原理:体系混乱度(微粒间无规则排列程度)越大，则熵S越大•k41页图2-16•B.对于同一物质：•S（g）﹥S（l）﹥S（s）(2)熵变•A.熵变定义：（K-41)•反应前后体系熵的变化•符号：△S•B.表达式•△S=S（生成物总熵）－S（反应物总熵）•C.熵判据:•①变化后混乱度增加（即体系趋向于由有序状态转变为无序状态），则体系熵变△S＞0。•②△S越大，越有利于反应自发进行。•K42页问题解决放热反应和吸热反应自发原因？3.化学反应方向的判据：必须综合考虑反应的①焓变△H和②熵变△S正确判断一个化学反应是否能够自发进行:恒温恒压时判断反应是否能够自发进行△H＜0△S0△H0△S＜0△H＜0△S＜0△H0△S0一定自发一定不能自发在低温是自发反应,在高温是非自发低温非自发反应,在高温是自发反应（k42交流与讨论x-37-5,6）三、化学平衡状态（化学平衡状态研究对象）1、可逆反应①定义：•在同一条件下，正反应和逆反应同时进行的化学反应④特征：•可逆反应不能进行到底（存在限度），平衡状态时反应物和生成物同时存在（你有我有大家有）即：任一方向都不可能进行完全，任一组分转化率100%③符号：“”NH3＋H2ONH3·H2O2SO2＋O2催化剂2SO3②条件；两同交流·研讨下列说法是否正确：1、氢气在氧气中燃烧生成水，水在电解时生成氢气和氧气，H2+O2=H2O是可逆反应。2、硫酸铜晶体加热变成白色粉末，冷却又变成蓝色，所以无水硫酸铜结合结晶水的反应是可逆反应。3、氯化铵加热变成氨气和氯化氢气体，两种气体又自发变成氯化铵，氯化铵的分解是可逆反应。思考例1：在1升容器内，发生2SO2+O22SO32体积SO21体积O2500℃，101KPa,V2O55min后SO2—6％O2—3％SO3—91％10min后如前几小时后如前？反应停止了吗思考：⑴开始瞬间各种物质的浓度，正、逆反应速率各有什么特征？⑵随着反应进行又有什么特征？⑶一段时间后有什么特征？c(SO2)、c(O2)最大，c(SO3)=0c(SO2)↓c(O2)↓c(SO3)↑；v(正)↓v(逆)↑c(SO2)c(O2)c(SO3)均不再变化2、化学平衡状态的建立v(正)=v(逆)且v(正)v(逆)v(正)最大,v(逆)=0P43交流与讨论2SO2+O22SO3这时，SO2、O2的消耗量等于SO3转化生成SO2、O2的量。化学平衡状态（动态平衡）2SO2+O22SO3v(正)相等时间速率v(逆)2SO2+O22SO3不平衡状态2、化学平衡状态（x38)①定义：在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应物和生成物各组分浓度保持不变的状态。注意三点前提（研究对象）：可逆反应内在本质：v(正)=v(逆)≠0外在标志：反应混合物中各组分的浓度保持不变（2）、化学平衡的特征A.逆——研究对象(前提)：可逆反应E.变——当浓度、压强、温度等外界条件改变时，原化学平衡可能被破坏（υ正≠υ逆），平衡移动重新建立新的平衡（v正，＝v逆，）若υ正υ逆平衡向正反应方向移动；若υ正υ逆平衡向逆反应方向移动。B.等——同一种物质ひ正（B）=ひ逆（B）≠0C.动——动态平衡即V不等于零。D.定——平衡状态时，反应混合物中各组分的浓度或其百分含量保持一定（不变）补充：平衡的建立与途径无关！只要在相同的条件下，按一定的比例投料，就可以达到相同的平衡！•Ⅰ.直接标志：{任何情况均适用}•（1）等——同一种物质ひ正（B）=ひ逆（B）•（2）反应混合物中反应物和生成物各组分的浓度或其百分含量保持不变•注意陷阱：•（1）同一反应中不同的物质的速率之比等于方程式中各物质的计量数之比。•（2）若反应前后总质量一直不变，则化学反应达到平衡状态。•（3）密闭容器中的气体反应如，若密度不变，则化学反应达到平衡状态。3.化学平衡状态的标志:（难点）非标志（错）（错）N2+3H22NH3（错）Ⅱ.间接标志：{任何情况均适用}•（1）同一种物质：该物质的生成速率等于它的分解速率。ひ生成（B）=ひ分解（B）•（2）同一种物质：该物质的断键速率等于它的成键速率。ひ断键（B）=ひ成键（B）•（3）各组成的物质的量n（或物质的量分数）不随时间的改变而改变。•（4）各组成的质量m（或质量分数）不变。•(5)各气体的体积V（或体积分数）不变。•(6)各反应物的转化率或各产物的产率保持不变。重要题型判断可逆反应达到平衡状态？能够说明N2+3H22NH3反应在密闭容器中已达到平衡状态的是：①容器内N2、H2、NH3三者共存②容器内N2、H2、NH3三者浓度相等③容器内N2、H2、NH3的浓度比恰为1:3:2④tmin内生成1molNH3同时消耗0.5molN2⑤tmin内生成1molN2同时消耗3molH2√⑧容器内压强不随时间的变化而变化⑨容器内密度不再发生变化⑩容器内的平均摩尔质量不再发生变化判断化学平衡状态的方法⑥某时间内断裂3molH-H键的同时，断裂6molN-H键⑦容器内质量不随时间的变化而变化√√能够说明N2+3H22NH3反应在密闭容器中已达到平衡状态的是：项目mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)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、总物质的量一定平衡平衡平衡不一定mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)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（均指ひ逆）ひ(A)׃ひ(B)׃ひ(C)׃ひ(D)=m׃n׃p׃q，ひ正不一定等于ひ逆平衡平衡不一定不一定mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)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一定不一定不一定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（g2HI（g）（ρ一定）平衡不一定不一定6、化学平衡的相关计算⑴基本模式——“三行式解法”转化浓度：mxnxpxqx平衡浓度：a-mxb-nxpxqx⑵基本关系②生成物：平衡浓度＝起始浓度＋转化浓度①反应物：平衡浓度＝起始浓度－转化浓度例：mA+nBpC+qD起始浓度：ab00(mol/L)(mol/L)(mol/L)③转化率α100%起始浓转化浓度)(α转化率度＝④气体的平均分子量mVρM总总nmM⑤几点定律恒温恒压下：气体的体积比等于物质的量之比，即气体的密度比等于摩尔质量之比，即恒温恒容下：气体的压强比等于物质的量之比，即2121nnVV2121MM2121nnPP1体积SO2和3体积空气混合后在450℃以上通过V2O5催化剂发生反应。若同温同压下测得反应前和反应后混合气体的密度比为0.9，则SO2的转化率为例1：A.90％B.80％C.45％D.10％（差量法）√例2:在一定条件下，可逆反应A2(g)+B2(g)2C(g)达平衡时，各物质的平衡浓度分别为c(A2)=0.5mol/L,c(B2)=0.1mol/L,c(C)=1.6mol/L若用a、b、c分别表示A2、B2、C的起始浓度，则：a、b的取值范围0.4mol/L≤a≤1.3mol/L0mol/L≤b≤0.9mol/L(极端假设法)4、化学平衡常数•K44页【问题解决】•（1）定义：•在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度以系数为指数的幂的乘积与反应物浓度以系数为指数的幂的乘积的比值是一个常数，这个常数是该反应的化学平衡常数，符号K。•（2）表达式:aA+bBcC+dD•平衡常数)()()()(BcAcDcCcKbadc32223][H][N][NHK例如：合成氨反应：N2+3H22NH3的浓度平衡常数可表示为：高温高压催化剂①平衡常数的书写规则•固、純液体浓度(为常数)不必写出例:(a)CaCO3（s）CaO（s）+CO2（g）K=[CO2](b)CO2（g）+C（s）2CO（g）K=[CO]2/[CO2](c)Cr2O72-+H2O2CrO42-+2H+K=[CrO42-]2[H+]2/[Cr2O72-]练习：试写出下列反应的浓度平衡常数的数学表达式：2SO2(g)+O2(g)2SO3C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)催化剂][][][22223OSOSOKCO][H][H[CO]K22上两浓度平衡常数的单位分别是？•第1个化学平衡常数KC的单位是：L/mol;•第2个化学平衡常数KC的单位是：mol/L;•KC的单位与反应的化学方程式有关，由化学方程式决定，无固定的单位。•②常数K为比值（数值）无单位(3)、意义:(k-45)•K值的大小说明反应进行的限度(程度)，•A.K值越大反应进行的越完全,反应物的转化率越大；反应的平衡常数K≥105，认为正反应进行得较完全；•B.K值越小反应进行越不完全,反应物转化率越小。K≤10-5则认为这个反应的正反应很难进行•注意:•平衡常数表示反应进行的程度，•不表示反应的快慢，•即速率大，K值不一定大(4)平衡常数K影响因素：A.与浓度C,压强P和催化剂均无关K44页【交流与探讨】B.只与温度T有关，a.吸热反应:温度T与K正比;(升高温度，平衡向吸热反应方向移动)b.放热反应:温度T与K反比;(降低温度，平衡向放热反应方向移动)(5)平衡常数K计算规律N2+3H22NH32NH3N2+3H2)H(c)N(c)NH(cK232321)NH(c)H(c)N(cK322322Ⅰ.规律:正反应和逆反应平衡常数K互为倒数。K1=1/K2N2+3H22NH31/2N2+3/2H2NH3)()()(232321HcNcNHcK)()()(222/322/13HcNcNHcKK1=K22Ⅱ.规律:平衡常数K与化学计量数的次幂成正比。如N2O4（g）2N