選修四第二章第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向

第三節(jié)化學(xué)平衡其中c為各組分的平衡濃度，溫度一定，K為定值。即化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，而與反應(yīng)物或生成物的濃度無(wú)關(guān)。2．表達(dá)式對(duì)于一般的可逆反應(yīng)mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)表達(dá)式為：K＝平衡常數(shù)的單位∵濃度的單位為mol·L-1∴K的單位為(mol·L-1)n；一、化學(xué)平衡常數(shù)1.定義：在一定溫度下，當(dāng)一個(gè)可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值是一個(gè)常數(shù)，這個(gè)常數(shù)就是該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)。通常用符號(hào)K表示。4．平衡常數(shù)表達(dá)式(1)書(shū)寫(xiě)平衡常數(shù)表達(dá)式時(shí)，固體、純液體的濃度可視為1，不寫(xiě)。例：Cr2O72-＋H2O

2CrO42-＋2H+平衡常數(shù)K＝Fe3O4(s)＋4H2(g)

3Fe(s)＋4H2O(g)平衡常數(shù)K＝化學(xué)平衡常數(shù)是指某一具體反應(yīng)的平衡常數(shù)。若反應(yīng)方向改變，則平衡常數(shù)改變。若方程式中各物質(zhì)的系數(shù)等倍擴(kuò)大或縮小，盡管是同一個(gè)反應(yīng)，平衡常數(shù)也會(huì)改變。(2)方程式與平衡常數(shù)的表達(dá)式關(guān)系①N2+3H22NH3②2NH3N2+3H2③1/2N2+3/2H2NH3(3)多重平衡規(guī)則：若干方程式相加(減)，則總反應(yīng)的平衡常數(shù)等于分步平衡常數(shù)之乘積(商)例如:2NO(g)+O2(g)2NO2(g)K12NO2(g)

N2O4(g)K22NO(g)+O2(g)

N2O4(g)K35.利用K值可判斷某狀態(tài)是否處于平衡狀態(tài)如某溫度下，可逆反應(yīng)mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)平衡常數(shù)為K，若某時(shí)刻時(shí)，反應(yīng)物和生成物的濃度關(guān)系如下：Qc＝K，V正＝V逆，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)Qc＜K，V正＞V逆，反應(yīng)向正方向進(jìn)行Qc＞K，V正＜V逆，反應(yīng)向逆方向進(jìn)行【例1】現(xiàn)有一定溫度下的密閉容器中存在如下反應(yīng)：2SO2+O22SO3知c(SO2)始=0.4mol/L，c(O2)始=1mol/L經(jīng)測(cè)定該反應(yīng)在該溫度下的平衡常數(shù)K≈19，試判斷，(1)當(dāng)SO2轉(zhuǎn)化率為50％時(shí)，該反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，若未達(dá)到，哪個(gè)方向進(jìn)行？(2)達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)，SO2的轉(zhuǎn)化率應(yīng)為多少？6．平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系(1)化學(xué)平衡常數(shù)只是溫度的函數(shù)，只隨著溫度的改變而改變。當(dāng)溫度一定時(shí)，可逆反應(yīng)無(wú)論從正反應(yīng)開(kāi)始，還是從逆反應(yīng)開(kāi)始，又無(wú)論反應(yīng)物起始濃度的大小，K都是一個(gè)常數(shù)。(2)平衡常數(shù)隨溫度變化的規(guī)律和應(yīng)用①規(guī)律：對(duì)于吸熱反應(yīng)：T增大，K增大；對(duì)于放熱反應(yīng)：T減小，K增大。②應(yīng)用：利用溫度改變時(shí)K的變化來(lái)判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)：若升高溫度，K值增大，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；若升高溫度，K值減小，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。(1)將2.0molSO2和1.0molO2置于10L密閉容器中，反應(yīng)達(dá)到平衡后，體系總壓強(qiáng)為0.10MPa。該反應(yīng)的平衡常數(shù)等于___。(2)平衡狀態(tài)由A變到B時(shí)，平衡常數(shù)K(A)_______K(B)【例2】硫酸生產(chǎn)中，SO2催化氧化生成SO3：2SO2(g)＋O2(g)

2SO3(g)

某溫度下，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與體系總壓強(qiáng)(p)的關(guān)系如右圖所示。類(lèi)型ⅠⅡⅢ條件恒溫、恒容恒溫、恒容恒溫、恒壓起始投料換算為方程式同一邊物質(zhì)，其“量”相同換算為方程式同一邊物質(zhì)，其“量”符合同一比例換算為方程式同一邊物質(zhì)，其“量”符合同一比例對(duì)反應(yīng)的要求任何可逆反應(yīng)反應(yīng)前、后氣體體積相等任何可逆反應(yīng)二、等效平衡1．等效平衡原理一定條件下(恒溫、恒容或恒溫、恒壓)，對(duì)同一可逆反應(yīng)，只要起始時(shí)加入的物質(zhì)的物質(zhì)的量不同，而達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，各物質(zhì)的百分含量(體積分?jǐn)?shù)或物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))均相同，這樣的平衡互稱(chēng)為等效平衡。平衡特點(diǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w%)相同相同相同濃度(c)相同成比例相同(氣體)物質(zhì)的量(n)相同成比例成比例質(zhì)量(m)相同成比例成比例分子數(shù)(N)相同成比例成比例等效情況完全等效不完全等效不完全等效【小結(jié)】“等效平衡”的規(guī)律比較繁瑣,準(zhǔn)確掌握的關(guān)鍵是:(1)看可逆反應(yīng)建立平衡的條件,如:恒溫恒容、恒溫恒壓等;(2)看該條件下的可逆反應(yīng)特點(diǎn)，如：反應(yīng)前后氣體分子數(shù)有無(wú)變化、正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)等；(3)看等效平衡的要求，如：平衡濃度相等，還是平衡混合物中某物質(zhì)的體積、物質(zhì)的量的百分含量不變等；(4)看投料方式與化學(xué)計(jì)量數(shù)是否一致，是投料相同，還是投料比相同?！纠?】Ⅰ.恒溫、恒壓下，在一個(gè)容積可變的容器中發(fā)生如下反應(yīng)：A(g)＋B(g)

C(g)。(1)若開(kāi)始時(shí)放入1molA和1molB，達(dá)到平衡后，生成amolC。這時(shí)A的物質(zhì)的量為_(kāi)_______mol。(2)若開(kāi)始時(shí)放入3molA和3molB，達(dá)到平衡后，生成C的物質(zhì)的量為_(kāi)_______mol。(3)若開(kāi)始時(shí)放入xmolA、2molB和1molC，達(dá)到平衡后，A和C的物質(zhì)的量分別是ymol和3amol，則x＝________mol，y＝________mol。平衡時(shí)，B的物質(zhì)的量________(填一個(gè)編號(hào))。

(甲)大于2mol(乙)等于2mol(丙)小于2mol(丁)可能大于、等于或小于2molⅡ.若維持溫度不變，在一個(gè)與(1)反應(yīng)前起始體積相同且容積固定的容器中發(fā)生上述反應(yīng)。(5)開(kāi)始時(shí)放入1molA和1molB，達(dá)到平衡后生成bmolC，將b與(1)小題的a進(jìn)行比較則___(填一個(gè)編號(hào))(甲)a＜b

(乙)a＞b(丙)a＝b

(丁)不能比較a和b的大小作出此判斷的理由是________。作出此判斷的理由是____________________。(4)若在(3)的平衡混合物中再加入3molC，待再次達(dá)到平衡后，C的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)是________。答案(1)(1－a)(2)3a(3)2(3－3a)(丁)若3a＞1，B的物質(zhì)的量小于2mol；若3a＝1，B的物質(zhì)的量等于2mol；若3a＜1，B的物質(zhì)的量大于2mol(4)2－a(a)(5)(乙)因?yàn)?5)小題中容積不變，而(1)小題中容器的容積縮小，所以(5)小題的容器中的壓強(qiáng)小于(1)小題容器中的壓強(qiáng)，有利于逆向反應(yīng)，故反應(yīng)達(dá)到平衡后a＞b【例4】有A、B兩只密閉容器，A容器有1個(gè)可以移動(dòng)的活塞，能使容器內(nèi)保持恒壓，B容器能保持恒容。起始時(shí)向A容器中充入2molSO2、1molO2，向B容器充入4molSO2、2molO2，并使A、B容積都為1L，保持在400℃的條件下，發(fā)生2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，平衡時(shí)，A容器的體積為0.8L。(1)A容器中SO2的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_______；(2)A、B兩容器中SO2轉(zhuǎn)化率是A___B(3)當(dāng)A、B兩容器連接后，打開(kāi)開(kāi)關(guān)使互通一段時(shí)間后又重新達(dá)到平衡時(shí)，A容器的體積為_(kāi)____L(4)若開(kāi)始時(shí)B中充入2molSO2、1molO2，則連通A、B后，A容器的容積為_(kāi)_______L。(1)模式mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始濃度mol/L

a

b

0

0變化濃度mol/L

mx

nx

px

qx平衡濃度mol/La－mx

b－nx

px

qx(2)常用計(jì)算關(guān)系①反應(yīng)物：c(平)＝c(始)－c(變)；生成物：c(平)＝c(始)＋c(變)．可逆反應(yīng)mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，假定反應(yīng)物A、B的起始加入量分別為amol、bmol，達(dá)到平衡時(shí)，設(shè)A物質(zhì)轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為mxmol.【專(zhuān)題三】化學(xué)平衡的計(jì)算②各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化濃度之比等于化學(xué)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)之比．③轉(zhuǎn)化率＝×100%.④平衡混合物中A的體積分?jǐn)?shù)＝×100%.⑤在恒溫恒容下，反應(yīng)前后的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，即＝.(1)移動(dòng)方向判斷法:適用于溫度變化和壓強(qiáng)變化時(shí).若向正反應(yīng)方向移動(dòng),轉(zhuǎn)化率增大;若向逆反應(yīng)方向移動(dòng),轉(zhuǎn)化率減小.小結(jié):轉(zhuǎn)化率與濃度變化的關(guān)系(2)等效平衡法：①當(dāng)有兩種反應(yīng)物時(shí),增加其中一種反應(yīng)物的量,該反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率減小,另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大.②當(dāng)有兩種反應(yīng)物時(shí),如果按比例同倍數(shù)增加反應(yīng)物的量,平衡正移,轉(zhuǎn)化率如下:方程式系數(shù)恒T恒VI2(g)+H2(g)=2HI(g)△V=0轉(zhuǎn)化率不變4NH3(g)+5O2(g)=4NO

(g)+6H2O(g)V>0轉(zhuǎn)化率減小2SO2(g)+O2(g)=

2SO3(g)△V<0轉(zhuǎn)化率增大小結(jié):大就大,小就小,相等就不變(指反應(yīng)物分子數(shù))(3)當(dāng)反應(yīng)物只有一種時(shí),加入反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率變化加入反應(yīng)物恒T恒VPCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)轉(zhuǎn)化率減小2HI(g)I2(g)+H2(g)轉(zhuǎn)化率不變2NO2(g)N2O4(g)轉(zhuǎn)化率增大【例5】已知CO(g)+H2O(g)CO2

(g)+H2

(g)800℃K=1.0；求恒溫恒容體系中，用c(CO):c(H2O)=1:1或1:4開(kāi)始，達(dá)到平衡時(shí)CO和H2O(g)的轉(zhuǎn)化率。結(jié)論：增大一種反應(yīng)物的濃度，能提高另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，而本身的轉(zhuǎn)化率減小第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向一、自發(fā)過(guò)程和自發(fā)反應(yīng)自發(fā)過(guò)程自發(fā)反應(yīng)含義在一定條件下，不用借助于外力就能自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程在給定的一組條件下，可以自發(fā)地進(jìn)行到顯著程度的化學(xué)反應(yīng)特征具有方向性

,即反應(yīng)的某個(gè)方向在一定條件下是自發(fā)的,而其逆方向在該條件下是肯定不自發(fā)

的舉例高山流水,自由落體運(yùn)動(dòng)鋼鐵生銹應(yīng)用(1)可被用來(lái)完成有用功。如H2燃燒可設(shè)計(jì)成原電池(2)非自發(fā)過(guò)程要想發(fā)生，必須對(duì)它做功。如通電將水分解為H2和O2二、化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判據(jù)1.焓判據(jù)2．熵判據(jù)(1)熵①體系傾向(密閉容器)：②含義：科學(xué)家用熵(符號(hào)為S)來(lái)量度這種混亂(或無(wú)序)的程度。③特點(diǎn):同一種物質(zhì)不同狀態(tài)時(shí)熵值大小為S(g)>S(l)>S(s)(2)熵增原理在與外界隔離的體系中，自發(fā)過(guò)程將導(dǎo)致體系的熵增大，即熵變(符號(hào)ΔS)大于零。(3)熵判據(jù)體系有自發(fā)地向混亂度增加(即熵增)的方向轉(zhuǎn)變的傾向，因此可用熵變來(lái)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。3．復(fù)合判據(jù)綜合考慮焓判據(jù)和熵判據(jù)的復(fù)合判據(jù)，將更適合于所有的過(guò)程，只根據(jù)一個(gè)方面來(lái)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向是不全面的。特點(diǎn)放熱反應(yīng)過(guò)程中體系能量降低，具有自發(fā)進(jìn)行的傾向自發(fā)反應(yīng)與焓變的關(guān)系多數(shù)放熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行(ΔH<0)NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g)很多吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行(ΔH>0)NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)一些吸熱反應(yīng)常溫下不能自發(fā)進(jìn)行,但較高溫度下則能自發(fā)進(jìn)行(ΔH>0)CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)

結(jié)論多數(shù)自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，但也有很多吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，因此，反應(yīng)焓變是與反應(yīng)進(jìn)行的方向有關(guān)的因素之一，但不是決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的唯一因素(1)與焓變的關(guān)系特點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)有趨向于最大混亂度的傾向自發(fā)反應(yīng)與熵變的關(guān)系許多熵增加的反應(yīng)在常溫、常壓下可以自發(fā)進(jìn)行。產(chǎn)生氣體的反應(yīng)，氣體物質(zhì)的量增加的反應(yīng)，熵變通常都是正值，為熵增反應(yīng)2H2O2(aq)=2H2O(l)+O2(g)有些熵增的反應(yīng)在常溫、常壓下不能自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度下可以自發(fā)進(jìn)行CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)C(s,石墨)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)少數(shù)熵減的