1、第二單元化學反應的方向與限度第二單元化學反應的方向與限度一 化學反應方向的綜合判據和化學平衡狀態化學反應方向的綜合判據和化學平衡狀態二 化學平衡常數化學平衡常數教教材材研研讀讀突破一化學平衡狀態的判斷與分析突破一化學平衡狀態的判斷與分析突破二化學平衡常數的綜合應用突破二化學平衡常數的綜合應用重重難難突突破破一、化學反應方向的綜合判據和化學平衡狀態一、化學反應方向的綜合判據和化學平衡狀態(一)化學反應方向的綜合判據影響反應自發性的因素有焓變(H)、熵變(S)和溫度(T)。要正確判斷一個化學反應能否自發進行,必須綜合考慮H、S和T這三個因素。在恒溫恒壓時,有如下判據:教材研讀 這個判據用文字可表述

2、為:在溫度、壓強一定的條件下,自發反應總是向H-TS0的方向進行,直到達到平衡狀態。注意注意 用H-TS v(逆)。反應過程中,反應物濃度逐漸 減小 v(正)逐漸 減小 ;生成物濃度逐漸 增大 v(逆)逐漸 增大 。達到平衡時,v(正) = v(逆),從反應開始至達到平衡所需的時間為 t1 。(3)特征等:即v(正)=v(逆)0。動:即動態平衡,反應仍在進行。定:即反應混合物中各組分的質量(或濃度)保持不變。變:外界條件改變,平衡也隨之改變。同:外界條件一定時,一定量的反應物和生成物,不論是從正反應開始,還是從逆反應開始,達到的平衡狀態是相同的。二、化學平衡常數二、化學平衡常數1.化學平衡常數

3、表達式及定義化學平衡常數表達式及定義對于一般的可逆反應mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),在一定溫度下,有:K=,K即平衡常數。上述內容可用語言描述為:在一定溫度下,當一個可逆反應達到 化學平衡 時,生成物的 濃度冪之積 與反應物的 濃度冪之積 的比值是一個常數,這個常數就是該反應的化學平衡常數(簡稱 平衡常數 ),用符號 K 表示。在外界條件中,化學平衡常數只受 溫度 影響,與濃度等無關。(C)(D)(A)(B)pqmncccc2.化學平衡常數的應用化學平衡常數的應用(1)利用K可推測可逆反應進行的限度K值的大小可以反映反應進行的最大程度(反應的限度):K值越大,說明平衡體系中生

4、成物所占的比例越 大 ,向正反應進行的程度越 大 ,反應物的平衡轉化率越 大 。(當K105時,一般就認為反應完全了)(2)利用K可以判斷化學反應是否達到化學平衡對于反應mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),在一定溫度下的任意時刻,Qc=,其中Qc叫做該反應的濃度商。(C)(D)(A)(B)pqmnccccQcK,反應向 逆 反應方向進行。(3)利用K可判斷反應的熱效應因升溫平衡向吸熱反應方向移動,所以有:若升高溫度,K值增大,則正反應為 吸 熱反應;若升高溫度,K值減小,則正反應為 放 熱反應。1.對于化學反應方向的判斷,下列說法中正確的是(B)A.溫度、壓強一定時,放熱的熵減小的

5、反應一定能自發進行B.溫度、壓強一定時,焓因素和熵因素共同決定一個化學反應的方向C.反應焓變是決定反應能否自發進行的唯一因素D.反應熵變是決定反應能否自發進行的唯一因素 2.在密閉容器中充入0.5 mol N2和1.5 mol H2發生反應:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H=-92.4 kJmol-1,充分反應后放出的熱量(D)A.等于92.4 kJB.等于46.2 kJC.大于46.2 kJD.小于46.2 kJ 3.對于達到平衡狀態的可逆反應:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),下列有關敘述正確的是(D)A.N2和NH3的質量分數相等B.N2、H2、NH3的濃度之比為1 3

6、2C.斷裂1 mol氮氮叁鍵的同時,有3 mol氫氫鍵斷裂D.氮氣的體積分數保持不變 4.已知熱化學方程式:aX(g)+3Y(g)bZ(g) Hv逆時,才使平衡向正反應方向移動。(2)不要把平衡向正反應方向移動與原料轉化率的提高等同起來,當反應物總量不變時,平衡向正反應方向移動,該反應物的轉化率提高。3.化學平衡移動與氣體平均摩爾質量的關系化學平衡移動與氣體平均摩爾質量的關系混合氣體的平均摩爾質量()=規律一:平衡體系中只有氣體參與,則平衡移動前后混合氣體的總質量不變,由=可知,n增大,減小;n減小,增大;n不變,也不變。規律二:平衡體系中有固體或液體參與,平衡移動后,若氣體的分子總數不變,由

7、=可知,隨m而變化,m增大,增大;m減小,減小;m不變,也不變。M( )( )mn混合氣體的總質量混合氣體總物質的量MmnMMMMmnMMMM規律三規律三:平衡體系中有固體或液體參與,平衡移動后,若氣體的分子總數發生變化,的變化由m、n共同決定。如果原平衡混合氣體中各組分的體積分數能確定,則的變化也能確定。 MM典例典例1 (2018浙江4月選考,14,2分)反應N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) HK=1,反應逆向進行,正、逆反應速率不同,故A錯誤;依據A中計算可知反應逆向進行,正反應速率小于逆反應速率,故B正確; CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)起始量(molL-1)

8、1.51.500變化量(molL-1)11 111 10.5 0.5某時刻(molL-1)0.50.511二氧化碳的轉化率=100%66.7%,故C錯誤;溫度不變,平衡常數不變,故D錯誤。111mol L1.5mol L2-2近幾年,利用CO2合成二甲醚已成為人們所關注的熱點。其反應原理如下:反應CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(l) H1=-49.01 kJ/mol反應2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(l) H2=-24.52 kJ/mol反應CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(l) H3請回答請回答:(1)CO2轉化為二甲醚的反應原理為:反應2

9、CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(l) H4= 。(2)下列不能說明反應在298 K、恒容條件下達到化學平衡狀態的是 。A.v正(H2)=v逆(H2O)B.n(CO2) n(H2) n(CO) n(H2O)=1 1 1 1C.混合氣體的密度不變D.混合氣體的平均相對分子質量不變E.容器內的壓強不變(3)寫出反應在500 K時平衡常數的表達式: 。(4)下圖表示起始投料量H2/CO2=4時,反應、中CO2的平衡轉化率隨反應溫度的變化關系圖,根據圖示回答下列問題:H3 0(填寫“”“低溫較低溫度下,反應中CO2的平衡轉化率較小而反應較大,所以低溫對反應有利,二甲醚的產率較

10、高23323(H)(CHH )( H)cOcOCc COH 解析解析(1)根據蓋斯定律,2+可得:2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(l) H4=(-49.01 kJ/mol)2+(-24.52 kJ/mol)=-122.54 kJ/mol。(2)水是純液體,濃度始終不變,v正(H2)=v逆(H2O)不能說明反應達到了平衡狀態,故A錯誤;n(CO2) n(H2) n(CO) n(H2O)=1 1 1 1,不能說明各組分的濃度不再變化,無法判斷是否達到平衡狀態,故B錯誤;該反應屬于氣體質量減小的反應,而容器的容積不變,在恒容條件下,反應過程中混合氣體的密度始終發生變化,所以混合氣體的密度不變說明各組分濃度不再變化,已經達到平衡狀態,故C正確;該反應屬于氣體質量減小的反應,氣體的總物質的量也減小,反應前后混合氣體的平均相對分子質量可能變化,可能不變,不能說明達到平衡狀態,故D錯誤;該反應是氣體體積縮小的反應,若容器的壓強不變,說明正、逆反應速率相等,已經達到平衡狀態,故E正確。(3)500 K時水呈氣態,2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)的平衡常數表達式為:K=。(4)根據圖像可知,升高溫度后二氧化碳的轉化率增大,說明升高溫度平衡正向移動,則正反應為吸熱反應,所以H30;23323(H)(CHH )( H)cOcOCc C