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(全程复*方略)(浙江专用)2013版高考化学 72 化学反应的方向和限度课件

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第二单元 化学反应的方向和限度

………三年17考 高考指数:★★★★ 1.了解焓变和熵变是与反应方向有关的两种因素。 2.了解化学反应的可逆性。 3.了解化学*衡建立的过程。 4.理解化学*衡常数的含义,能够利用化学*衡常数进行简单 的计算。

一、化学反应进行的方向 1.自发反应 (1)含义:在一定温度和压强下,无需外界帮助就能自动进行 的反应。

(2)特点。 体系趋向于由高能状态向低能状态转变,有从有序自发地转 变为无序的倾向。

高能 有序

低能 无序

2.化学反应方向的判据
Δ H<0的反应,有自发进 行倾向,但Δ H>0的反 应,有些也能自发进行。 该判据不全面
焓判据(Δ H)

Δ S>0的反应,有自发进 行倾向,但Δ S <0的反 应,有些也能自发进行。 该判据不全面
熵判据(Δ S)

当Δ H≤0,Δ S≥0时,反应一定自发进行。 当Δ H≥0,Δ S≤0时,反应一定不能自发进行。 当Δ H≤0,Δ S≤0时,低温下自发进行。 当Δ H≥0,Δ S≥0时,高温下自发进行。

二、化学*衡 1.可逆反应——“两同一不能” (1)“两同”:①_同__一__条__件__下___;②__正__、__逆__反__应__同__时__进__行__。 (2)“一不能”:不__能__进__行__到__底__。 2.化学*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_相__等__,反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持 不变的状态。

(2)建立过程。

(3)*衡特点“五字诀”。 可逆反应c(*) _>_0 化学*衡是一种动态*衡
v(正) _=__v(逆) _≠__0 反应物和生成物的__浓__度__(_或__质__量__)保持不变
条件改变,*衡状态_可__能__改__变__,__新__条__件__下__建__ _立__新__的__*__衡__状__态_____

三、化学*衡常数

表达式

对于可逆反应:mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g)

cp (C) cq (D) K=_____c_m_(_A_)_c_n_(_B_)____

影响因素 K仅是_温__度___的函数,与反应物、生成物的浓度无关

意义

K值越大,正反应进行的程度越_大___,反应物的转化 率越_大__

1.放热反应都能自发进行,吸热反应都不能自发进行。( × ) 【分析】放热反应不一定都能自发进行,如C的燃烧;吸热反 应也可能自发进行,如NH4Cl晶体与Ba(OH)2·8H2O的反应。 2.气体物质的量增加的反应熵增大。( √ ) 【分析】气体物质的量增加的反应,气体分子数增多,混乱 度增加,熵增大。

催化剂
3.对于反应N2+3H2 高温、高压 2NH3达到*衡时,v正(N2)= v逆(NH3)。( × ) 【分析】该可逆反应达到*衡时,其反应速率关系应为
2v正(N2)=v逆(NH3)。 4.可逆反应达到*衡时,反应物和生成物的浓度不再发生变
化,说明反应已经停止,v(正)=v(逆)=0。( × )
【分析】可逆反应达到*衡时,反应仍然进行,v(正)=v(逆)≠0。

5.可逆反应N2+3H2

2NH3,达到*衡后,增大NH3的浓度

则该反应的*衡常数增大。( × )

【分析】*衡常数只与温度有关,与反应物和生成物的浓度

无关。

化学*衡状态的判断 1.直接判断依据——“一相等一不变” (1)根据v(正)=v(逆)≠0判断。 ①同种物质v(生成)=v(消耗)或者v(正)=v(逆) ②不同物质表示的正、逆反应速率,正、逆反应速率数值之 比等于其化学计量数之比。 (2)根据各组分的浓度保持不变判断。 某一组分的物质的量、浓度、质量、体积分数等不变时即达 到*衡状态。

2.间接判断依据 以mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g)为例

类型

判断依据

状态混合物体 系中各成分的 含量

①各物质的物质的量或各物质的物 质的量分数一定 ②各物质的质量或各物质的质量分 数一定
③各气体的体积或体积分数一定

*衡 状态 *衡
*衡
*衡

类型

判断依据

*衡状态

①在单位时间内消耗了m mol A,同时生 成m mol A,即v(正)=v(逆)

*衡

②在单位时间内消耗了n mol B同时生成

正、逆反应 速率的关系

p mol C,则v(正)不一定等于v(逆) ③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q, v(正)不一定等于v(逆)

不一定 不一定

④在单位时间内生成n mol B,同时消耗 q mol D,因二者变化均表示v(逆),所 以v(正)不一定等于v(逆)

不一定

类型 压强

判断依据

*衡状态

①m+n≠p+q时,总压强一定(其他条件一定) *衡

②m+n=p+q时,总压强一定(其他条件一定) 不一定

*均相对分

①m+n≠p+q时,M

一定
r

子质量( M

)
r

②m+n=p+q时,M r 一定

气体

①m+n≠p+q,恒温恒压时,密度保持不变

密度

②m+n=p+q时,密度保持不变

*衡 不一定
*衡 不一定

温度

体系温度一定(其他不变)

*衡

颜色

反应体系内有色物质的颜色一定

*衡

【高考警示钟】(1)根据正、逆反应速率来判断可逆反应是否 达到*衡时,要注意是用同一种物质还是不同种物质。同一 种物质正、逆反应速率相等,不同种物质正、逆反应速率之 比等于化学计量数之比。 (2)根据压强是否变化来判断可逆反应是否达到*衡时,要注 意两点:一是容器的容积是否可变。二是反应前后气体的体 积是否变化。 (3)注意分析反应。对于不同的反应,用相同物理量判断时, 结果可能不同。如压强不再变化时,对于气体体积变化的反 应是*衡状态,但气体体积不变的反应不一定是*衡状态。

【典例1】在一定温度下的固定容积的密闭容器中,当下列物

理量不再变化时,表明反应:A(s)+2B(g)

C(g)+D(g)

已达*衡的是( )

A.混合气体的压强

B.混合气体的密度

C.A的物质的量浓度

D.气体的总物质的量

【解题指南】解答该题要注意以下三点: (1)外界条件:恒温恒容。 (2)方程式特点:气体体积不变,质量可变。 (3)气体的密度 ? ? 中m m、V分别指气体的质量、容器的体积。
V

【解析】选B。该反应中反应物A为固体,气体的体积不发生
改变,故气体的总物质的量不发生改变,总压强不变,A、C、 D错;混合气体的密度 ? ? m,容器的体积不变,但气体的质
V
量是可变的,当ρ不变时,表明气体的质量不再变化,即反
应达到*衡,B正确。

化学*衡常数及应用

1.决定化学*衡常数表达式的因素

(1)与化学方程式书写形式的关系。

对于同一可逆反应,正反应的*衡常数等于逆反应的*衡常

数的倒数,即:

K 正=

1 K逆

。若方程式中的化学计量数等倍扩

大或缩小,尽管是同一反应,*衡常数也会发生改变。

(2)与物质的状态的关系。

由于固体或纯液体浓度视为一常数,所以在*衡常数表达式

中不再写出。

①稀溶液中进行的反应,如有水参加反应,由于水的浓度视

为常数而不必出现在表达式中;

②非水溶液中进行的反应,若有水参加或生成,则应出现在

表达式中。如:

CH3COOH(l)+CH3CH2OH(l)

CH3COOCH2CH3(l)+H2O(l)

K?c(C H 3C O O C H 2C H 3)c(H 2O ) c(C H 3C O O H )c(C H 3C H 2O H )

2.化学*衡常数的“四大”应用 (1)判断、比较可逆反应进行的程度。 一般来说,一定温度下的一个具体的可逆反应:

(2)判断正在进行的可逆反应是否达到*衡,若不*衡时向何

方向进行。

对于可逆反应:mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g),若浓度



Qc

?

cp(C) cm(A)

cq(D) , cn(B)

则将浓度商和*衡常数作比较可得可逆

反应所处的状态。

(3)判断可逆反应的反应热。
(4)利用化学*衡常数计算反应物或生成物的浓度及反应物的 转化率。

【拓展延伸】*衡常数的其他应用 (1)利用化学*衡常数可以判断反应进行的程度。一般K>105时 认为该反应基本进行完全;K<10-5一般认为该反应难以进行; 而K在10-5~105之间的反应被认为是典型的可逆反应。 (2)利用*衡常数可以判断达到*衡后的瞬间改变体系内各物质 的物质的量和容器的体积而造成的*衡移动的方向。如某温度 下,在一容积可变的容器中,反应2A(g)+B(g) 2C(g)达到 *衡时,A、B、C的物质的量分别为4 mol、2 mol、4 mol。

保持温度和压强不变,对*衡混合物中三者的物质的量作均

减半或均加倍处理,*衡移动方向的判断可以利用K与Qc的关

系来判断。设未改变前容器的体积为V,则此时

K?

(4 V

)

2

。?若V都/ 2减半,瞬间容器的体积减半,设此

( 4 )2 2 VV
时的体积为V1,V1=V/2,此时Q

c?

(

( 2 )2

V1 2 )2

1 因?为V 1,

V1 V1

V1=V/2,所以Qc=K,*衡不发生移动。同理可得都加倍时,

*衡也不移动。

【高考警示钟】(1)化学*衡常数与温度有关。但是温度升高, 化学*衡常数不一定增大,只有正反应为吸热的可逆反应, 升高温度*衡常数才增大。 (2)在表示化学*衡常数时一定要注意物质的状态。固态物质 不能代入,H2O要看清是液态还是气态,以及是否作溶剂。 (3)书写同一反应的化学*衡常数的表达式时要注意化学方程 式中的化学计量数的变化。 (4)计算*衡常数时代入表达式的一定是物质的*衡浓度,而 不是任意时刻的浓度。

【典例2】(2012·金华五校联考)在一定体积的密闭容器中,进

行如下化学反应:CO2(g)+H2(g) *衡常数K和温度t的关系为:

CO(g)+H2O(g),其化学

t℃

700

800

830

1 000

1 200

K

0.6

0.9

1.0

1.7

2.6

回答下列问题: (1)该反应的化学*衡常数表达式为K=_______________。 (2)该反应为_________反应 (选填“吸热”、“放热”)。 (3)某温度下,各物质的*衡浓度符合下式: 3c(CO2)·c(H2)=5c(CO)·c(H2O),试判断此时的温度为_____。 (4)若830 ℃时,向容器中充入1 mol CO、5 mol H2O,反应达到
*衡后,其化学*衡常数K_____1.0(选填“大于”、“小于”
或“等于”)。

(5)若1 200 ℃时,在某时刻*衡体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度 分别为2 mol·L-1、2 mol·L-1、4 mol·L-1、4 mol·L-1,则此 时上述反应的*衡移动方向为_________(填“正反应方向”、 “逆反应方向”或“不移动”)。

【解题指南】解答本题时要注意以下三点: (1)根据K随温度的变化可判断正反应为吸热反应还是放热反应。 (2)计算*衡常数,然后与表中所给数据对比可判断反应的温度。 (3)根据Qc与K的关系可以确定*衡移动的方向。

【解析】(1)根据反应方程式CO2(g)+H2(g) CO(g)+
H2O(g)可知,该反应的*衡常数表达式为K?cc((CCO O)2)c(cH(H2O2))。 (2)根据已知题干中的表格可知,随着温度的升高,*衡常数

逐渐增大,说明正反应为吸热反应。

(3)某温度下,各物质的*衡浓度有如下关系3c(CO2)·c(H2)

=5c(CO)·c(H2O),根据*衡常数表达式

K?c(CO) c(H2O) c(CO2) c(H2)

可知,K=3/5=0.6,*衡常数只与温度有关,温度一定,*衡

常数为定值,所以此时对应的温度为700 ℃。

(4)化学*衡常数只与温度有关,与反应物和生成物的浓度无

关,所以只要在830 ℃条件下,*衡常数的数值都为1.0。

(5)1 200 ℃时 Qc?cc((CCO O)2将)c(cH 各(H2物O2))质, 的浓度代入可得 Qc=4,而此温度下的*衡常数为2.6,因为Qc>K,所以*衡向

逆反应方向移动。
答案:(1) c(CO) c?H2(O2?)吸热
c(CO2) c(H2)
(4)等于 (5)逆反应方向

(3)700 ℃

【解题技巧5】——极值法解决数据不足类计算问题
1.优点 极值法是一种重要的数学思想和分析方法。化学上所谓“极 值法”就是对数据不足而感到无从下手的计算或判断混合物 组成的题目,采用极端假设(即假设全为某一成分或者恰好完 全反应)的方法以确定混合体系中各物质的名称、质量分数、 体积分数,这样使一些抽象的复杂的问题具体化、简单化, 可达到事半功倍的效果。

2.解题关键 极值法解题的关键是紧扣题设的可能趋势,选好极端假设的 落点,将问题合理假设成某种“极值状态”。即根据题目给 定的条件和化学反应原理,确定不确定条件的范围,计算相 应条件下的最大值或最小值,综合分析得出正确答案。 3.常见类型 (1)用极值法确定混合气体的*均相对分子质量。 混合气体的*均相对分子质量肯定介于各组分气体相对分子 质量的最大值和最小值之间,但这个范围太大,依据题目内 在关系和极值法可使范围更加准确。

(2)用极值法确定物质的质量。 在物质组成明确、列方程缺少关系式无法解题时,可以根据 物质组成进行极端假设得到有关极值,再结合*均值原则确 定正确答案。 (3)用极值法确定物质的成分。 根据物质的性质及组成进行极端假设得到有关的极值,再结 合*均值(*均相对分子质量、*均物质的量等)原则得到正 确的答案。

(4)用极值法确定可逆反应中反应物、生成物的取值范围。 由于可逆反应总是不能完全进行到底,故在可逆反应中,分 析反应物、生成物的量的取值范围时利用极值法能达到目标 明确、方法简便、范围正确的目的。 (5)用极值法确定杂质的成分。 在分析混合物杂质成分时,可以将主要成分与杂质成分极值 化考虑,然后与实际情况比较,那么就能迅速判断出杂质的 成分。

1.在一容积固定的密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)。已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的
浓度分别为0.2 mol·L-1、0.1 mol·L-1、0.2 mol·L-1。当 反应达到*衡时,各物质的浓度可能存在的数据是( ) A.SO2为0.4 mol·L-1,O2为0.2 mol·L-1 B.SO2为0.25 mol·L-1 C.SO2和SO3均为0.15 mol·L-1 D.SO3为0.4 mol·L-1

【解析】选B。本题可根据极值法进行分析。假设*衡向正反应 方向移动使反应完全进行,此时SO3的浓度最大为0.4 mol·L-1,而 SO2和O2的浓度最小为0;假设*衡向逆反应方向移动使反应完 全进行,此时SO3的浓度最小为0,而SO2和O2的最大浓度分别 为0.4 mol·L-1、0.2 mol·L-1。因该反应为可逆反应,反应不能 向任何一个方向进行到底,因此*衡时SO3、O2、SO2的浓度 范围应分别为0<c(SO3)<0.4 mol·L-1,0<c(O2)<0.2 mol·L-1, 0<c(SO2)<0.4 mol·L-1。SO2反应转化成SO3,而SO3分解则 生成SO2,那么c(SO3)+c(SO2)=0.2 mol·L-1+0.2 mol·L-1= 0.4 mol·L-1。对照各选项,只有B项符合题意。

2.在含有a g HNO3的稀硝酸溶液中,加入b g铁粉充分反

应,铁全部溶解并生成NO,有 a
4

g HNO3被还原,则a∶b

不可能为( )

A.2∶1

B.3∶1

C.4∶1

D.9∶2

【解析】选A。Fe与HNO3反应时,根据铁的用量不同,反应 可分为两种极端情况。

(1)若Fe过量,发生反应:

3Fe+8HNO3(稀)====3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O

则有: b ∶ =a 3∶8,解得: =a 3

56 63

b

此为a∶b的最小值。

(2)若HNO3过量,发生反应:

Fe+4HNO3(稀)====Fe(NO3)3+NO↑+2H2O

则有: b ∶ =a 1∶4,解得: a = 9

56 63

b2

此为a∶b的最大值。

所以a∶b的取值范围为:3≤ a ≤ 即9 , a∶b的比值在此范围
b2
内均合理。

1.(2012·嘉兴模拟)下列有利于反应自发进行的是( ) ①反应吸热 ②反应放热 ③反应后熵增加 ④反应 后熵减小 A.①③ B.②③ C.②④ D.①④ 【解析】选B。从焓判据知大多数放热反应能自发进行,大多 数熵增加的反应能自发进行,故选B。

2.在容器中进行如下反应:X2(g)+Y2(g)

2Z(g),已知

X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1、

0.2 mol·L-1,在一定条件下,当反应达到*衡时,各物质的

浓度有可能是( )

A.Z为0.3 mol·L-1 C.X2为0.2 mol·L-1

B.Y2为0.4 mol·L-1 D.Z为0.4 mol·L-1

【解析】选A。根据反应X2(g)+Y2(g) 2Z(g)可知,若反应 正向进行到底,X2、Y2、Z的浓度分别为0 mol·L-1、 0.2 mol·L-1、0.4 mol·L-1;若反应逆向进行到底,则X2、 Y2、Z的浓度分别为0.2 mol·L-1、0.4 mol·L-1、0 mol·L-1。 因为反应为可逆反应,不可能进行到底,所以X2、Y2、Z的浓度 不可能为上述值,A项正确。

3.一定条件下反应2AB(g) 标志是( )

A2(g)+B2(g)达到*衡状态的

A.单位时间内生成n mol A2,同时消耗2n mol AB B.容器内,3种气体AB、A2、B2共存 C.AB的消耗速率等于A2的消耗速率 D.容器中各组分的物质的量分数不随时间变化

【解析】选D。A项均表示正反应方向;B项是可逆反应的特

点,无法判断反应是否达到*衡;C项表示的正、逆反应速率

的大小不符合化学计量数之比;D项,反应达到*衡时,各组

分的百分含量(物质的量分数)保持不变,故只有D项正确。

4.关于化学*衡常数K的叙述正确的是( ) A.K越大,表示化学反应速率越大 B.对任一可逆反应,温度升高,则K值增大 C.对任一可逆反应,K 越大,表示反应物的转化率越大 D.加入催化剂或增大反应物的浓度时,K值就增大 【解析】选C。K值大,反应速率不一定大,对于放热反应, 温度越低K值越大,反应速率越小,A错;对于正反应为放热 反应的可逆反应,升高温度,K值减小,B错;K值越大,表 示反应正向进行的程度越大,反应物的转化率越大,C对;催 化剂及反应物的浓度对*衡常数没有影响,D错。

5.对于反应2X(g)+Y(g)

2Z(g),下列说法正确的是( )

A.由于K=c2(Z)/[c2(X)c(Y)],随着反应的进行,Z的浓度

不断增大,X,Y的浓度不断减小,*衡常数不断增大

B.当温度不变时,增大反应物的浓度,使K变小;增大生成物

的浓度,使K增大

C.可逆反应达到*衡时,逆反应便立即停止了

D.温度发生变化,上述的K值也发生变化

【解析】选D。化学*衡常数只与温度有关,与反应物和生成

物的浓度无关,A错,B错,D对;可逆反应达到*衡时,反应没

有停止,而是正、逆反应速率相等,C错。

6.二甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的清洁、高效能源。

合成二甲醚反应二:2CH3OH(g)

CH3OCH3(g)+H2O(g)。在

某温度下,在1 L密闭容器中加入CH3OH,反应到10分钟时达

到*衡,此时测得各组分的浓度如下:

物质

CH3OH

CH3OCH3

H2O

浓度/mol?L-1

0.01

0.2

0.2

(1)该温度的*衡常数为______。 (2)10 min内*均反应速率v(CH3OH)=__________; (3)CH3OH的起始浓度为______,CH3OH的转化率为_______。

【解析】(1)因为达到*衡时各物质的*衡浓度已知,则该反 应的*衡常数为 K ? c ( H 2 c O 2 ) ( C c ( H C 3 H O 3 H O ) C H 3 )? 0 .2 ? 0 .2 /0 .0 1 2 ? 4 0 0 。 (2)根据浓度的变化之比等于化学计量数之比可知CH3OH转
化 的浓度为0.4 mol·L-1,所以CH3OH的*均反应速率为 0.4 mol·L-1/10 min=0.04 mol·L-1·min-1。

(3)CH3OH的起始浓度为*衡浓度与转化浓度之和,所以起 始浓度为0.01 mol·L-1+0.4 mol·L-1=0.41 mol·L-1,所以 CH3OH的转化率为0.4 mol·L-1/0.41 mol·L-1 ×100% = 97.56%。 答案:(1)400 (2)0.04 mol·L-1·min-1 (3)0.41 mol·L-1 97.56%

7.设反应①Fe(s)+CO2(g)

FeO(s)+CO(g) Δ H1=Q1的

*衡常数为K1,反应②Fe(s)+H2O(g)

FeO(s)+H2(g)

Δ H2=Q2的*衡常数为K2,在不同温度下,K1、K2的值如下:

T/K

K1

K2

973

1.47

2.38

1173

2.15

1.67

(1)从上表可推断,反应①是_____(填“放”或“吸”)热反

应。

(2)反应②的*衡常数表达式为______________________。

(3)现有反应③H2(g)+CO2(g)

CO(g)+H2O(g) Δ H3=Q3的

*衡常数为K3。根据反应①与②推导出K1、K2、K3的关系式为

K3=_______。根据①与②可推断反应③是_____(填“放”或

“吸”)热反应。

(4)根据反应①与②推导出Q1、Q2、Q3的关系式Q3=_______。

【解析】(1)因为K1随温度的升高而增大,所以反应①是吸热 反应。 (2)Fe(s)+H2O(g) FeO(s)+H2(g)中,Fe和FeO为固体不能 代入表达式,*衡常数表达式为K=c(H2)/c(H2O)。

(3)反应③H2(g)+CO2(g) CO(g)+H2O(g)的*衡常数表达 式是 K3 ?cc((CHO2))cc反((C HO 应2O2))①。Fe(s)+CO2(g) FeO(s)+ CO(g)的*衡常数表达式为K1=c(CO)/c(CO2),反应② Fe(s)+H2O(g) FeO(s)+H2(g)的*衡常数表达式为 K2=c(H2)/c(H2O),根据K3和K1、K2的表达式可知,K3=K1/K2。 从反应物和生成物的角度看反应①-反应②即得反应③,因

为反应①的*衡常数随着温度的升高而增大,反应①的

ΔH1>0,即Q1>0;反应②的*衡常数随着温度的升高而降低,

反应②的ΔH2<0,即Q2<0,根据盖斯定律可知,反应③的

ΔH3=ΔH1-ΔH2=Q1-Q2>0,所以反应③为吸热反应。

(4)根据(3)可得Q3=Q1-Q2。

答案:(1)吸

(2)K=c(H2)/c(H2O)

(3)K1/K2 吸

(4)Q1-Q2




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