第二單元化學(xué)反應(yīng)的方向和限度 (2)

1、,化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢,化學(xué)反應(yīng)的限度,化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向,化學(xué)反應(yīng)速率,化學(xué)平衡,能量判據(jù)和熵判據(jù),化學(xué)反應(yīng)原理的組成部分：,化學(xué)反應(yīng)的方向：,生活中的自發(fā)過(guò)程,(1)自然界中水由高處往低處流，而不會(huì)自動(dòng)從低處往高處流；,(2) 鐵器暴露在潮濕空氣中會(huì)生銹；這些過(guò)程都是自發(fā)的，其逆過(guò)程就是非自發(fā)的。,這些生活中的現(xiàn)象將向何方發(fā)展，我們非常清楚，因?yàn)樗鼈冇忻黠@的自發(fā)性。,一、自發(fā)反應(yīng),自發(fā)反應(yīng)：在一定條件(溫度)下，無(wú)需外界 幫助就能自動(dòng)進(jìn)行的反應(yīng),（P43 交流與討論）,化學(xué)反應(yīng)中的自發(fā)過(guò)程,（P43你知道嗎？）,共同特點(diǎn)：H0，即體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變 為低能狀態(tài),能量判據(jù)：體系趨向于從高

2、能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)（H 0）。 對(duì)于化學(xué)反應(yīng)而言，絕大多數(shù)的放熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，且放出的熱量越多，體系能量降低越多，反應(yīng)越完全 焓變（H）是決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的因素之一，但不是唯一因素。,二、焓變與反應(yīng)方向,（1）多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng),（2）有不少吸熱過(guò)程也能自發(fā)進(jìn)行,（3）有一些吸熱反應(yīng)在室溫條件下不能自發(fā)進(jìn) 行，但在較高溫度下則能自發(fā)進(jìn)行,說(shuō)明,如：硝酸銨溶于水：NH4NO3(s)=NH4+(aq)+NO3(aq),（P43 觀察與思考？）,如：,三、熵變與反應(yīng)方向,研究表明，除熱效應(yīng)外，決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的另一因素體系的混亂度（熵S） 由大量粒子組成的體系中，用熵來(lái)描

3、述體系的混亂度，符號(hào)用S表示。熵值越大，體系混亂度越大。 對(duì)于同一物質(zhì)：S（g）S（l）S（s） 熵變：S=S生成物總熵S反應(yīng)物總熵 熵判據(jù)：體系趨向于由有序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序狀態(tài)，即混亂度增加（ S0）。且S越大，越有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。,（P45 問(wèn)題解決）,三、焓變和熵變對(duì)反應(yīng)方向的共同影響,1. H 0 該反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行； 如：Mg(s) + 2HCl(aq) = MgCl2(aq) + H2(g) 2. H 0，S0，S0 該反應(yīng)在較高溫度下能自發(fā)進(jìn)行 如：CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g),判斷依據(jù)：HT S 0 反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,（P45 問(wèn)題解決）,1反應(yīng)的自發(fā)性只能用于判

4、斷反應(yīng)的方向，不能確定反應(yīng)是否一定會(huì)發(fā)生和過(guò)程發(fā)生的速率。例如金剛石有向石墨轉(zhuǎn)化的傾向，但是能否發(fā)生，什么時(shí)候發(fā)生，多快才能完成，就不是能量判據(jù)和熵判據(jù)能解決的問(wèn)題了。,注意,2在討論過(guò)程的方向時(shí)，指的是沒(méi)有外界干擾時(shí)體系的性質(zhì)。如果允許外界對(duì)體系施加某種作用，就可能出現(xiàn)相反的結(jié)果。例如石墨經(jīng)高溫高壓還是可以變?yōu)榻饎偸摹?練習(xí):,下列說(shuō)法不正確的是 A. 焓變是一個(gè)與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的因素，多數(shù)的能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)是放熱反應(yīng)。 B. 在同一條件下不同物質(zhì)有不同的熵值，其體系的混亂程度越大，熵值越大。 C. 一個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行取決于該反應(yīng)放熱還是吸熱 D. 一個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，與焓變和熵

5、變的共同影響有關(guān),C,下列反應(yīng)中，熵減小的是,D. 2CO(g)2C(s)O2(g),B. 2N2O5(g)4NO2(g)O2(g),A. (NH4 )2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g),C. MgCO3(s)MgO(s)CO2(g),D,練習(xí):,可逆反應(yīng)：,1、如果V正V逆，則反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行。 2、如果V正V逆，則反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行。 3、如果V正=V逆，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。,4、任何一個(gè)可逆反應(yīng)都不會(huì)進(jìn)行到底的，即任一反應(yīng)物不可能完全轉(zhuǎn)化為生成物，生成物不可能完全轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物。最終達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，一定是每一反應(yīng)物和生成物都存在。,化學(xué)平衡狀態(tài),一、化學(xué)平衡的研究對(duì)象,

6、在同等條件下，同時(shí)進(jìn)行著兩個(gè)方向的反應(yīng)，即正反應(yīng)和逆反應(yīng)。,例N2+3H2 2NH3,思考：,（1）開始階段有什么特征？,（2）瞬間過(guò)后有什么特征？,（3）一定時(shí)間段后有什么特征？,c(SO2) 、c(O2)大，c(SO3) =0， v(正) 0 ，v(逆)=0,c(SO2) 、c(O2)逐漸變小，c(SO3) 逐漸增大, v(正)減小， v(逆)增大， v(正) v(逆),c(SO2) 、c(O2)、c(SO3) 均濃度不再變化，v(正)= v(逆) 0,二、化學(xué)平衡的建立,在一固定容積的密閉容器里，加1molSO2和 1molO2，發(fā)生反應(yīng),2SO2+O2 2SO3,V正,V逆,t1,t（

7、s）,V（molL-1S-1）,0,化學(xué)平衡狀態(tài),V正= V逆 0,二、化學(xué)平衡的建立,2SO2+O2 2SO3,化學(xué)平衡狀態(tài)，就是指在一定條件下的可逆反應(yīng)里，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不變的狀態(tài)。,注意三點(diǎn),前提（適用范圍）：可逆反應(yīng),內(nèi)在本質(zhì)：v(正)= v(逆) 0,外在標(biāo)志：反應(yīng)混合物中各組分 的濃度保持不變,三、化學(xué)平衡狀態(tài)的涵義,四、化學(xué)平衡狀態(tài)的特征,(4)動(dòng)：動(dòng)態(tài)平衡（v(正)= v(逆) 0）,(2)等：v(正)= v(逆),(3)定：反應(yīng)混合物中各組分的含量保持不變，各 組分的濃度保持一定。,(5)變：條件改變，原平衡可能被破壞，在新的條 件下

8、建立新的平衡。,(1)逆：研究對(duì)象為可逆反應(yīng),（等、定）,五、化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志,直接判斷法, 正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率v(正)= v(逆) 各成分的濃度保持不變,間接判斷法, 化學(xué)鍵的斷裂與形成 各成分的質(zhì)量、物質(zhì)的量、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、轉(zhuǎn)化率等不隨時(shí)間變化而變化 各氣體的分壓、各氣體的體積不隨時(shí)間變化而變化,特殊標(biāo)志判斷法,反應(yīng)體系的總壓強(qiáng)、總物質(zhì)的量、總質(zhì)量、顏色、混合 氣體的平均分子量、密度等都是有條件的特殊規(guī)律，視具體 反應(yīng)、具體條件決定是否可作為平衡的標(biāo)志。,在一定溫度下,可逆反應(yīng) A(g)+3B(g) 2C(g) 達(dá)到平衡的標(biāo)志是（ ） A.C的生成速率與C分解的速率相等

9、B.單位時(shí)間生成nmolA,同時(shí)生成3nmolB C.單位時(shí)間生成B的速率,與生成C的速率相等 D.單位時(shí)間生成nmolA,同時(shí)生成2nmolC,A D,練習(xí),下列說(shuō)法中可以充分說(shuō)明反應(yīng): P(氣) + Q(氣) R(氣)+S(氣) , 在恒溫下已達(dá)平衡狀態(tài)的是（） (A) P、Q、R、S的濃度不再變化 (B) P、Q、R、S的分子數(shù)比為1:1:1:1 (C)反應(yīng)容器內(nèi)P、Q、R、S共存 (D)反應(yīng)容器內(nèi)總物質(zhì)的量不隨時(shí)間而變化,練習(xí),A,在一定溫度下的恒容容器中,當(dāng)下列物理量不再發(fā)生變化時(shí),表明反應(yīng): A(固)+3B(氣) 2C(氣)+D(氣)已達(dá)平衡狀態(tài)的是（其中只有B氣體有顏色） ( )

10、 A.混合氣體的壓強(qiáng) B.混合氣體的密度 C.氣體的平均分子量 D.氣體的顏色,BCD,練習(xí),ACD,在一定溫度下，可逆反應(yīng)A2(氣)+B2(氣)2AB(氣)達(dá)到平衡的標(biāo)志是 A、A2、B2、AB的濃度不再變化 B、容器中的壓強(qiáng)不再隨時(shí)間變化 C、單位時(shí)間內(nèi)生成n mol的A2同時(shí)生成2n mol的AB D、 A2、B2、AB的濃度之比為1:1:2 E、單位時(shí)間內(nèi)消耗nmolA2同時(shí)消耗nmolB2 F、單位時(shí)間內(nèi)消耗nmol A2同時(shí)生成了nmolB2 G、單位時(shí)間打斷nmol AA共價(jià)鍵同時(shí)打斷2nmol AB共價(jià)鍵。,ACFG,練習(xí),練習(xí),可逆反應(yīng)2NO2 2NOO2在密閉容器中反應(yīng)，達(dá)

11、到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是（ ） 單位時(shí)間內(nèi)生成nmol O2 的同時(shí)生成2 nmol NO2 單位時(shí)間內(nèi)生成nmol O2 的同時(shí)生成2 nmol NO 用NO2 、NO 、O2 的物質(zhì)的量濃度變化表示的反應(yīng)速率的比為221的狀態(tài) 混合氣體的顏色不再改變的狀態(tài) 混合氣體的密度不再改變的狀態(tài) 混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變的狀態(tài) A B C D ,A,化學(xué)平衡的相關(guān)計(jì)算,基本模式“三段式”,轉(zhuǎn)化： mx nx px qx,平衡：a - mx b - nx px qx,基本關(guān)系,生成物：平衡濃度起始濃度轉(zhuǎn)化濃度,反應(yīng)物：平衡濃度起始濃度轉(zhuǎn)化濃度,轉(zhuǎn)化率,化學(xué)平衡的相關(guān)計(jì)算,氣體的平均分子量,化學(xué)平衡

12、的相關(guān)計(jì)算, 幾點(diǎn)定律,a、如果保持P、T不變： 則氣體的體積比等于物質(zhì)的量之比，即 則氣體的密度比等于摩爾質(zhì)量之比，即 b、如果保持V、T不變： 則氣體的壓強(qiáng)比等于氣體物質(zhì)的量之比，即,在一定溫度下,容積為20L的容器中充入2molSO2和1molO2發(fā)生反應(yīng)： 2SO2 +O2 2SO3 ，達(dá)到平衡時(shí)，容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)為開始時(shí)的70%。試求： SO2的轉(zhuǎn)化率 平衡時(shí)的O2濃度 SO3的體積分?jǐn)?shù) 混合氣體的平均相對(duì)分子量 平衡時(shí)混合氣體的密度,例題常規(guī)計(jì)算,90%,0.005mol/L,85.7%,76.2,8g/L,1 mol X氣體跟a molY氣體在體積可變的密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：X(

13、g) a Y(g) b Z(g)，反應(yīng)達(dá)到平衡后，測(cè)得X的轉(zhuǎn)化率為50%。而且，在同溫同壓下還測(cè)得反應(yīng)前混合氣體的密度是反應(yīng)后混合氣體密度3/4 ，試求a、b的關(guān)系。,例題,2b-a=1,在一定溫度和壓強(qiáng)下，將平均分子相對(duì)質(zhì)量為8.5的N2和H2的混合氣體，充入密閉容器中反應(yīng)，達(dá)到平衡后，混合氣體的平均分子量為10.0，則N2的轉(zhuǎn)化率為_。,練習(xí),30%,在一定條件下發(fā)生反應(yīng)： 3A（g）+ 2B（g） xC（g）+2D（g），在 2L 的密閉容器中，把 4molA 和 2molB 混合，2min后達(dá)到平衡時(shí)生成 1.6molC,又測(cè)得反應(yīng)速率 v(D)= 0.2mol(Lmin)-1， 下列

14、說(shuō)法正確的是( ) A. B 的轉(zhuǎn)化率是20% B. x= 4 C. A 的平衡濃度是 1.4molL-1 D. 平衡時(shí)氣體壓強(qiáng)是原來(lái)的 0.94倍,練習(xí),B C,1體積SO2和3體積空氣混合后在450以上通過(guò)V2O5催化劑發(fā)生反應(yīng)。若同溫同壓下測(cè)得反應(yīng)前后混合氣體的密度比為0.9：1，則SO2的轉(zhuǎn)化率為,例 題,A. 90 B. 80 C. 45 D. 10,B,差量法,例題極端假設(shè)法,在一定條件下，可逆反應(yīng) A2(g) + B2(g) 2C(g) 達(dá)平衡時(shí)，各物質(zhì)的平衡濃度分別為c(A2) =0.5mol/L，c(B2) = 0.1mol/L，c(C) = 1.6mol/L 。若用a、b、

15、c分別表示A2、B2、C的起始濃度，則： （1）a、b應(yīng)滿足的關(guān)系 （2）a、b的取值范圍,a=b+0.4,0.4mol/La1.3mol/L 0mol/Lb0.9mol/L,練習(xí),一定條件下，在2SO2+O22SO3的化學(xué)平衡體系中，各 物質(zhì)的濃度分別是2.0mol/L、0.8mol/L、2.4mol/L，則 氧氣在反應(yīng)起始時(shí)的濃度可能是 （A）0.82mol/L (B) 02mol/L (C) 00.8mol/L (D) 無(wú)法確定,B,在密閉容器中進(jìn)行如下反應(yīng)： X2（氣）+Y2（氣） 2Z2（氣），已知X2、Y2、Z2的起始濃度0.1mol/L、0.3mol/L、0.2mol/L在一定條

16、件下達(dá)到達(dá)平衡后,各物質(zhì)的濃度可能為 A、Z2為0.3 mol/L B、Y2為0.35mol/L C、X2為0.2mol/L D、Z2為0.4mol/L,A B,練習(xí),練習(xí),2H3F3(g) 3H2F2(g) , H2F2(g) 2HF(g) 平衡時(shí)，平均分子量為 42 ，則H3F3在平衡體系中的體積分?jǐn)?shù)為 ( ),大于10 B. 等于10 C. 小于10 D. 無(wú)法確定,A,將固體NH4I置于密閉容器中，在某溫度下發(fā)生下列反應(yīng) NH4I(s) NH3(g)+HI(g) 2HI(g) H2(g)+I2(g) 當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，c(H2)=0.5mol/L，c(HI)=4mol/L，則NH3的濃

17、度為（ ） A. 3.5mol/L B. 4mol/L C. 4.5mol/L D. 5mol/L,D,例題連續(xù)平衡,一定條件下,在容積為2L的密閉容器里加入一定物質(zhì)的量A,發(fā)生如下反應(yīng)并建立平衡:A(g) 2B(g) , 2B(g) C(g) + 2D(g) 測(cè)得平衡時(shí)各物質(zhì)的量濃度是: A=0.3mol/L, B=0.2mol/L, C= 0.05mol/L.最初向容器里加入A的物質(zhì)的量是 ( )A.0.5mol B.0.8mol C.0.9mol D.1.2mol,練習(xí),C, K,化學(xué)平衡常數(shù),實(shí)驗(yàn)測(cè)得，同一反應(yīng)（如：aA+bB cC+dD）在某溫度下達(dá)到的化學(xué)平衡狀態(tài)，平衡體系中各物質(zhì)

18、的濃度滿足下面關(guān)系：,其中c為各組分的平衡濃度，溫度一定，K為定值。,（P44 問(wèn)題解決）,一、表達(dá)式,結(jié)論：生成物濃度的系數(shù)次方的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次方的乘積之比為一常數(shù),K值的大小，表示在一定溫度下，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)該反應(yīng)進(jìn)行的程度（反應(yīng)的限度）。,（1）K值越大，反應(yīng)程度增大，轉(zhuǎn)化率越高；反之則轉(zhuǎn)化率越低。,（2）K值與濃度無(wú)關(guān)，隨溫度變化而變化,二、意義,化學(xué)平衡常數(shù),三、使用平衡常數(shù)應(yīng)注意的問(wèn)題,化學(xué)平衡常數(shù),（1）必須指明溫度，反應(yīng)必須達(dá)到平衡狀態(tài),（2）平衡常數(shù)表示反應(yīng)進(jìn)行的程度，不表示反 應(yīng)的快慢，即速率大，K值不一定大,（3）在進(jìn)行K值的計(jì)算時(shí)，固體不作考慮，表達(dá) 式中不需表達(dá),一定溫度下,三、使用平衡常數(shù)應(yīng)注意的問(wèn)題,（4）在進(jìn)行K值的計(jì)算時(shí)，稀溶液中的H2O的濃 度可不表達(dá),一定溫度下,（5）平衡常數(shù)的表達(dá)式與方程式的書寫有關(guān),N2+3H2 2NH3,2NH3 N2+3H2,1/2N2+3/2H2 NH3,K1 = 1/K2 = K32,三、使用平衡常數(shù)應(yīng)注意的問(wèn)題,某溫度下,（6）利用