05专题2 化学反应速率与化学平衡 第二单元 化学反应的方向和限度

第一节化学反应的方向义乌市私立群星学校褚开朗专题2化学反应速率与化学平衡第二单元化学反应的方向和限度冰融化一、自发反应和非自发反应：1、自发反应：在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自发进行的化学反应。2、非自发反应：不能自发地进行，必须借助某种外力才能进行的反应。●自然界的自发过程：在一定条件下，不需要外力作用就能自发进行的过程。冰融化水往低处流【交流与讨论】下列反应在室温下能否自发进行。如能自发进行，请写出相应的化学方程式。1、水分解成氢气和氧气的反应。不能自发进行，需借助通电的外力。2、氯气与溴化钾溶液的反应。能自发进行，2KBr+Cl2=2KCl+Br2。3、乙烯与溴单质的四氯化碳溶液的反应。能自发进行，CH2=CH2+Br2→CH2BrCH2Br。4、氮气和氧气生成的一氧化碳。不能自发进行，需借助放电的外力。【注意事项】①一般来说，如果一个过程是自发的，则其逆过程往往是非自发的，非自发过程想要发生，则必须对它做功，如利用水泵将水从低处抽向高处，通电使水分解成氢气和氧气等。②不能这样认为，需要在一定条件下才能发生的反应就不是自发反应，例如酒精的燃烧需要点燃，高温下CaCO3自发分解等，但它们都是自发反应。③某反应能自发不是说该反应一定能发生，还需要一些必要条件，譬如酒精达到着火点，还需氧气才会燃烧，生铁在潮湿的环境会生锈，但涂上油漆则不会。【例题1】知道了某过程有自发性之后，则（）A．可判断出过程的方向B．可确定过程是否一定会发生C．可预测过程发生完成的快慢D．可判断过程的热效应A【想一想】下列反应在一定条件下都能自发进行，想想这些反应自发进行的主要原因。C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l)ΔH=﹣2217.5kJ·mol-12Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s)ΔH=﹣822kJ·mol-14Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s)ΔH=﹣1648.4kJ·mol-1H2(g)+F2(g)=2HF(g)ΔH=﹣546.6kJ·mol-1以上反应之所以发生，是因为均为放热反应（焓变ΔH＜0）。二、化学反应方向的判断依据：1、焓判据：化学反应趋向于焓值减小的方向（ΔH＜0），即放热反应的方向。【想一想】虽然有焓判据，但是不少吸热过程和吸热反应也能自发进行，这是为什么？NH4NO3=NH4++NO3-（吸热过程）CaCO3=CaO＋CO2↑（吸热反应）2NH4Cl+Ba(OH)2=BaCl2+2NH3↑+10H2O（吸热反应）【注意事项】焓变是一个与反应能否发生有关的因素，但不是唯一因素。只根据焓变来判断反应进行的方向是不全面的。（所以焓判据有局限性）【例题2】以下自发反应可用焓判据来解释的是（）A．硝酸铵自发地溶于水B．2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)ΔH=+56.7kJ·mol-1C．(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)ΔH=+74.9kJ·mol-1D．2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)ΔH=﹣571.6kJ·mol-1D【熵】熵是衡量一个体系混乱程度的物理量，符号为S。体系越混乱，熵值越高，反之越低。同一物质，在气态时熵值最大，液态时次之，固态时最小，即S（g）＞S（l）＞S（s）。【例题3】下列过程属于熵增加的是（）A．一定条件下，水由气态变液态B．高温高压条件下使石墨转化为金刚石C．2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）D．散落的火柴的无序排列C、D、熵判据：化学反应趋向于熵值增大（即ΔS＞0）的方向，即趋向于体系越来越混乱。熵增大的情况：①产生气体；②气体的物质的量增大；③固体溶解。【想一想】根据能量判断吸热反应一般不能自发进行，那么一下几个反应能自发进行的原因是什么？NH4NO3=NH4++NO3-（吸热过程）CaCO3=CaO＋CO2↑（吸热反应）2NH4Cl+Ba(OH)2=BaCl2+2NH3↑+10H2O（吸热反应）2N2O5=4NO2+O2（吸热反应）(s)→CO2(g)ΔH＞0ΔS＞0能自发进行2Mg+O2=2MgOΔH＜0ΔS＜0能自发进行2K+2H2O=2KOH+H2↑ΔH＜0ΔS＞0能自发进行Ag++Cl-=AgCl↓ΔH＜0ΔS＜0能自发进行【注意事项】熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素，但只是根据熵变来判断反应进行的方向也是不全面的。（所以熵判据也有局限性）【总结】需要综合考虑焓变和熵变，才能得出反应能否自发进行的正确结论。反应放热和熵值增大（ΔH＜0，ΔS＞0）的反应一定能够自发进行。【例题4】碳铵[(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．碳铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大B．碳铵分解是因为外界给予了能量C．碳铵分解是吸热反应，根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A、C三、自由能变化是根本判据：ΔH-TΔS称为体系的自由能变化，符号为ΔG，即ΔG=ΔH-TΔS，单位为kJ·mol-1。ΔG=ΔH-TΔS＜0的反应能自发进行，ΔG=ΔH-TΔS＞0不能自发进行。类型ΔHΔS反应的自发性1＜0＞0ΔH-TΔS＜0，一定能自发进行2＞0＜0ΔH-TΔS＞0，一定不能自发进行3＜0＜0前者在低温下能自发进行，后者在高温下能自发进行。4＞0＞0【总结】综合判据：①放热、熵增大的反应，一定能自发进行（ΔH＜0,ΔS＞0）；②吸热、熵减小的反应，一定不能自发进行（ΔH＞0,ΔS＜0）；③放热、熵减小或吸热、熵增加的反应，视温度来判断反应的自发性，可能自发，也可能非自发。第二节化学平衡状态义乌市私立群星学校褚开朗专题2化学反应速率与化学平衡第二单元化学反应的方向和限度化学平衡的形成【想一想】以下两组反应，属于可逆反应的是?①N2+3H22NH3属于。②2H2+O22H2O和2H2O2H2↑+O2↑不属于。一、可逆反应：在同一条件下，可以同时向正、逆反应方向进行的反应，称为可逆反应。【注意事项】①可逆反应用“”号表示，而不用“=”号表示；②从左往右进行的反应称为正反应，从右往左进行的反应称为逆反应；③可逆反应指的是，在同一条件下，同时向正、逆两个方向进行。④可逆反应不能进行到底，各时刻反应物、生成物同时存在。催化剂高温高压【思考】已知在一个固定容器中充入一定量N2和H2，一定条件下反应一段时间后，各物质浓度不再发生变化。N2+3H22NH3起始时浓度/mol·L-10.20.20一段时间后浓度/mol·L-10.150.050.1▲此时处于化学平衡状态催化剂高温高压二、化学平衡状态：1、定义：在一定条件下，当一个可逆反应进行到正、逆反应速率相等时，以致反应体系中各组分的浓度不再发生变化，达到一种表面静止的“平衡状态”，称为化学平衡状态。【注意事项】①只有可逆反应才存在化学平衡状态，不可逆反应不存在平衡状态；②可逆反应达到了平衡状态后，每一种参加反应的物质，它的正反应速率均等于逆反应速率；③当一个化学反应达到了化学平衡状态，我们就说它达到了该条件下化学反应的限度。【例题1】化学平衡主要研究下列哪一类反应的规律（）A.可逆反应B.任何反应C.部分反应D.气体反应【例题2】14CO2与碳在高温条件下发生反应：14CO2＋C2CO，达到化学平衡后，平衡混合物中含14C的微粒有（）A．14CO2B．14CO2，14COC．14CO2，14CO，14CD．14COAC、化学平衡的特征：①逆：只有可逆反应才存在化学平衡；②等：化学平衡达到时，每一种参加反应的物质v正=v逆≠0；③动：化学平衡是动态平衡。处于化学平衡状态时，化学反应并没有停止，而只是正、逆反应速率相等罢了；④定：达到化学平衡状态时，每种反应物的正反应速率等于逆反应速率，导致反应体系中各组分的浓度保持不变，而不是相互相等；⑤变：化学平衡建立后，温度、浓度、压强等发生变化，化学平衡会被破坏，过了一段时间，建立新的平衡。【例题3】在一定条件下，可逆反应2AB＋3C在下列4种状态中，处于平衡状态的是（）A.v(A)正=2mol·L-1·min-1，v(B)逆=2mol·L-1·min-1B.v(A)正=2mol·L-1·min-1，v(C)逆=2mol·L-1·min-1C.v(A)正=1mol·L-1·min-1，v(B)逆=1.5mol·L-1·min-1D.v(A)正=1mol·L-1·min-1，v(C)逆=1.5mol·L-1·min-1【例题4】下列哪种说法可以证明反应N2＋3H22NH3已达到平衡状态（）A.1个N≡N键断裂的同时，有3个H—H键形成B.1个N≡N键断裂的同时，有3个H—H键断裂C.1个N≡N键断裂的同时，有6个N—H键断裂D.1个N≡N键断裂的同时，有6个N—H键形成AA、C三、化学平衡状态的判断：1、若某一参加反应的物质的v正=v逆≠0，则该化学反应处于平衡状态。●N2+3H22NH3反应，每分钟有2molN2参加反应被消耗，同时逆反应又使得2molN2生成。已达到化学平衡状态。2、从某一时刻开始，反应体系中各物质的浓度保持不变，则化学反应处于平衡状态。该浓度可以是物质的量浓度、质量分数浓度、气体体积分数等。●整个反应体系的温度不变。已达到化学平衡状态。●N2O4(无色)2NO2(红棕色)，气体的颜色不变。已达到化学平衡状态。●对于气体反应2NO2(g)2NO(g)+O2(g),反应体系的总压强不再发生变化。已达化学平衡状态。●对于气体反应2HI(g)H2(g)+I2(g)，反应体系的总压强不再发生变化。不能判断是否达化学平衡状态。催化剂高温高压、①对于纯气体反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)，若a+b≠c+d，当反应体系的总压强不再发生变化时，说明已达到化学平衡状态。②对于纯气体反应aA(g)+bB(g)C(g)+dD(g)，若a+b=c+d，当反应体系的总压强不再发生变化时，不能判断是否达到化学平衡状态。③对于有固、液体参加的反应aA(s)+bB(g)cC(g)+dD(g)：若b≠c+d，反应体系的总压强不再发生变化时，说明已达到化学平衡状态。【例题5】在一定温度下，可逆反应A(g)＋3B(g)2C(g)达到平衡的标志是()A．C的生成速率是A分解速率的2倍B．单位时间内生成nmolA的同时生成3nmolBC．A、B、C的浓度不再发生变化D．A、B、C的物质的量之比为1∶3∶2【例题6】对于固定体积的密闭容器中进行的气体反应A(g)＋B(g)C(s)＋2D(g)，可以说明在恒温下已达到平衡状态的是()①反应容器中压强不随时间变化而变化②A气体和B气体的生成速率相等③混合气体的平均摩尔质量不随时间变化而变化④反应混合气体的密度不随时间变化而变化A．③④B．②③C．①③D．①④CA第三节化学平衡常数义乌市私立群星学校褚开朗专题2化学反应速率与化学平衡第二单元化学反应的方向和限度【观察和思考】已知可逆反应2NO2N2O4，现在用不同起始浓度的NO2、N2O4进行反应，平衡后得到以下实验数据（25℃）。起始浓度/mol·L-1平衡浓度/mol·L-1平衡浓度