1、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.了解化学平衡建立的过程。 4.理解化学平衡常数的含义，能够利用化学平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,低能,有序,无序,2.化学反应方向的判据,二、化学平衡 1.可逆反应“两同一不能” (1)“两同”：_；_。 (2)“一不能”：_。 2.化学平衡状态 (1)概念：一定条件下的可
2、逆反应中，正反应速率与逆反应速 率_，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。,同一条件下,正、逆反应同时进行,不能进行到底,相等,(2)建立过程。,(3)平衡特点“五字诀”。,可逆反应c(平) _0,化学平衡是一种动态平衡,v(正) _v(逆) _0,反应物和生成物的_保持不变,条件改变，平衡状态_ _,=,浓度(或质量),可能改变，新条件下建,立新的平衡状态,三、化学平衡常数,温度,大,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)28H2O的反应。 2.
3、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。,3.对于反应N23H2 2NH3达到平衡时，v正(N2)= v逆(NH3)。( ) 【分析】该可逆反应达到平衡时，其反应速率关系应为 2v正(N2)=v逆(NH3)。 4.可逆反应达到平衡时，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】可逆反应达到平衡时，反应仍然进行，v(正)=v(逆)0。,催化剂 高温、高压,5.可逆反应N23H2 2NH3，达到平衡后，增大NH3的浓度 则该反应的平衡常数增大。( ) 【分析】平衡常数只与温度有关，与
4、反应物和生成物的浓度 无关。,化学平衡状态的判断 1.直接判断依据“一相等一不变” (1)根据v(正)=v(逆)0判断。 同种物质v(生成)=v(消耗)或者v(正)=v(逆) 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平衡状态。,2.间接判断依据 以mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)为例,【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平衡时，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
5、量数之比。 (2)根据压强是否变化来判断可逆反应是否达到平衡时，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平衡状态，但气体体积不变的反应不一定是平衡状态。,【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) 已达平衡的是( ) 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
6、式特点：气体体积不变，质量可变。 (3)气体的密度 中m、V分别指气体的质量、容器的体积。,【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 ，容器的体积不变，但气体的质 量是可变的，当不变时，表明气体的质量不再变化，即反 应达到平衡，B正确。,【互动探究】(1)容器中B、C、D三种气体分子的数目之比为 211，能表示反应达到化学平衡状态吗？ 提示：不能，反应达到平衡状态时，B、C、D的分子数目不再 变化，但不一定等于化学计量数之比。 (2)混合气体的平均相对分子质量不再改变，能表明反应达到 平衡状态吗？ 提
7、示：能，因为 反应前后m(气)可变，n(气)不变，故 不变时，m(气)不再变化，表明反应达到平衡状态。,化学平衡常数及应用 1.决定化学平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，正反应的平衡常数等于逆反应的平衡常 数的倒数，即： 。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，平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，所以在平衡常数表达式中不再写出。 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； 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
8、(l)+CH3CH2OH(l) CH3COOCH2CH3(l)+H2O(l),2.化学平衡常数的“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平衡，若不平衡时向何 方向进行。 对于可逆反应：mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)，若浓度 商 则将浓度商和平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)利用化学平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】平衡常数的其他应用 (1)利用化学平衡常数可以判断反应进行的程度。一般K105时 认为该反应基本进行完全；K
9、10-5一般认为该反应难以进行； 而K在10-5105之间的反应被认为是典型的可逆反应。 (2)利用平衡常数可以判断达到平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平衡移动的方向。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 平衡时，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，对平衡混合物中三者的物质的量作均 减半或均加倍处理,平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。若都减半，瞬间容器的体积减半，设此 时的体积为V1，V1=V/2，此时 因为 V1=V/2，所以Q
10、c=K，平衡不发生移动。同理可得都加倍时， 平衡也不移动。,【高考警示钟】(1)化学平衡常数与温度有关。但是温度升高,化学平衡常数不一定增大，只有正反应为吸热的可逆反应，升高温度平衡常数才增大。 (2)在表示化学平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平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)计算平衡常数时代入表达式的一定是物质的平衡浓度，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) CO(g)H2O(g)，其化学
11、 平衡常数K和温度t的关系为：,回答下列问题： (1)该反应的化学平衡常数表达式为K=_。 (2)该反应为_反应 (选填“吸热”、“放热”)。 (3)某温度下，各物质的平衡浓度符合下式： 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,反应达到平衡后，其化学平衡常数K_1.0(选填“大于”、“小于”或“等于”)。,(5)若1 200 时,在某时刻平衡体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度 分别为2 molL-1、2 molL-1、4 molL-1、4 molL-1,则此 时上述反应的平衡移动方向为
12、_(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)计算平衡常数，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的关系可以确定平衡移动的方向。,【解析】(1)根据反应方程式CO2(g)H2(g) CO(g) H2O(g)可知，该反应的平衡常数表达式为 (2)根据已知题干中的表格可知，随着温度的升高，平衡常数 逐渐增大，说明正反应为吸热反应。 (3)某温度下，各物质的平衡浓度有如下关系3c(CO2)c(H2) 5c(CO)c(H2O)，根据平衡常数表达式 可知，K=3/5
13、=0.6，平衡常数只与温度有关，温度一定,平衡 常数为定值，所以此时对应的温度为700 。,(4)化学平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，平衡常数的数值都为1.0。 (5)1 200 时 将各物质的浓度代入可得 Qc=4，而此温度下的平衡常数为2.6，因为QcK，所以平衡向 逆反应方向移动。 答案：(1) (2)吸热 (3)700 (4)等于 (5)逆反应方向,【互动探究】(1)800 时反应2CO2(g)+2H2(g) 2CO(g) +2H2O(g)的平衡常数是0.9吗？为什么？ 提示:不是，因为该反应的平衡常数为 (2)若第(5)中某时刻CO2、H
14、2、CO、H2O的浓度分别为 4 molL-1、4 molL-1、2 molL-1、2 molL-1，是否达 平衡？若不平衡，反应向哪个方向进行？ 提示：未达平衡，因为此时的Qc=1/4K，反应向正反应方向 进行。,【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
15、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平均相对分子质量。 混合气体的平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，再结合平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
16、值，再结合平均值(平均相对分子质量、平均物质的量等)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 molL-1、0.1 molL-1、0.2 m
17、olL-1。当 反应达到平衡时，各物质的浓度可能存在的数据是( ) ASO2为0.4 molL-1，O2为0.2 molL-1 BSO2为0.25 molL-1 CSO2和SO3均为0.15 molL-1 DSO3为0.4 molL-1,【解析】选B。本题可根据极值法进行分析。假设平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 molL-1,而SO2和O2的浓度最小为0；假设平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 molL-1、0.2 molL-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，因此平衡时SO3
18、、O2、SO2的浓度范围应分别为0c(SO3)0.4 molL-1,0c(O2)0.2 molL-1，0c(SO2)0.4 molL-1。SO2反应转化成SO3，而SO3分解则生成SO2，那么c(SO3)c(SO2)0.2 molL-10.2 molL-1 0.4 molL-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 g HNO3被还原，则ab 不可能为( ) A21 B31 C41 D92,【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： 3Fe8H
19、NO3(稀)=3Fe(NO3)22NO4H2O 则有： 38，解得： 3 此为ab的最小值。,(2)若HNO3过量，发生反应： Fe4HNO3(稀)=Fe(NO3)3NO2H2O 则有： 14，解得： 此为ab的最大值。 所以ab的取值范围为：3 即ab的比值在此范围 内均合理。,1.(2012嘉兴模拟)下列有利于反应自发进行的是( ) 反应吸热 反应放热 反应后熵增加 反应后熵减小 A. B. C. D. 【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
20、0.1 molL-1、0.3 molL-1、 0.2 molL-1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的 浓度有可能是( ) A.Z为0.3 molL-1 B.Y2为0.4 molL-1 C.X2为0.2 molL-1 D.Z为0.4 molL-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 molL-1、 0.2 molL-1、0.4 molL-1；若反应逆向进行到底，则X2、 Y2、Z的浓度分别为0.2 molL-1、0.4 molL-1、0 molL-1。 因为反应为可逆反应，不可能进行到底，所以X2、Y2、Z的浓
21、度 不可能为上述值，A项正确。,3.一定条件下反应2AB(g) A2(g)+B2(g)达到平衡状态的标志是( ) 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平衡；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，反应达到平衡时，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.关于化学平衡常数K的叙述正确的是( ) A.K越大，表示化学反应速率越大 B
22、.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平衡常数没有影响，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，平衡常数不断增大 B.当
23、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.可逆反应达到平衡时，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。化学平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；可逆反应达到平衡时，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 到平衡，此时测得各组分的浓度如下：(1)该温度的平衡常数为_。 (2)10 min内平
24、均反应速率v(CH3OH)=_； (3)CH3OH的起始浓度为_，CH3OH的转化率为_。,【解析】(1)因为达到平衡时各物质的平衡浓度已知，则该反 应的平衡常数为 (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 molL-1，所以CH3OH的平均反应速率为 0.4 molL-1/10 min=0.04 molL-1min-1。,(3)CH3OH的起始浓度为平衡浓度与转化浓度之和，所以起始浓度为0.01 molL-1+0.4 molL-1=0.41 molL-1，所以CH3OH的转化率为0.4 molL-1/0.41 molL-1 100% = 97.56%。 答
25、案：(1)400 (2)0.04 molL-1min-1 (3)0.41 molL-1 97.56%,7.设反应Fe(s)+CO2(g) FeO(s)+CO(g) H1=Q1的 平衡常数为K1，反应Fe(s)+H2O(g) FeO(s)+H2(g) H2=Q2的平衡常数为K2，在不同温度下，K1、K2的值如下：,(1)从上表可推断，反应是_(填“放”或“吸”)热反 应。 (2)反应的平衡常数表达式为_。 (3)现有反应H2(g)+CO2(g) CO(g)+H2O(g) H3=Q3的 平衡常数为K3。根据反应与推导出K1、K2、K3的关系式为 K3=_。根据与可推断反应是_(填“放”或 “吸”)
26、热反应。 (4)根据反应与推导出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，平衡常数表达式为K=c(H2)/c(H2O)。,(3)反应H2(g)+CO2(g) CO(g)+H2O(g)的平衡常数表达 式是 反应Fe(s)+CO2(g) FeO(s)+ CO(g)的平衡常数表达式为K1=c(CO)/c(CO2),反应 Fe(s)+H2O(g) FeO(s)+H2(g)的平衡常数表达式为 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反应即得反应，因,为反应的平衡常数随着温度的升高而增大，反应的H10，即Q10；反应的平衡常数随着温度的升高而降低，反应的H20，所以反应为吸热反应。 (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,
