第七单元化学反应的方向、限度与速率
第1讲化学反应的方向和限度
(时间:45分钟,满分:100分)
一、选择题(本题包括10小题,每小题5分,共50分,每小题只有一个正确答案)
1.下列关于平衡常数的说法正确的是( )
A.一定温度下的可逆反应,只有达到平衡状态时才具有平衡常数
B.化学平衡移动时,平衡常数一定改变
C.对于一个确定的反应来说,平衡常数的数值越大,反应限度越大
D.化学平衡常数大的可逆反应,所有反应物的转化率一定大
解析:一定温度下,对于已确定的可逆反应,不论其是否达到化学平衡状态,其化学平衡常数都存在且为定值;如果通过改变反应物的浓度引起化学平衡移动,其化学平衡常数不变;平衡常数的大小与反应物的转化率大小无必然联系。
答案:C
2.(2014·江西师大附中开学模拟考试)某温度下,在一个2 L的密闭容器中,加入4 mol A和2 mol B进行如下反应:3A(g)+2B(g)4C(s)+2D(g),反应一段时间后达到平衡,测得生成 1.6 mol C,则下列说法正确的是( )
A.该反应的化学平衡常数表达式是K=
B.此时,B的平衡转化率是40%
C.增大该体系的压强,平衡向右移动,化学平衡常数增大
D.增加B,平衡向右移动,B的平衡转化率增大
解析:化学平衡常数中不出现固体物质,A项错误;生成1.6 mol C时,有0.8 mol B参加反应,其转化率为40%,B项正确;化学平衡常数只受温度影响,C项错误;增大反应物B的浓度,平衡右移,但B的转化率降低。
答案:B
3.测得某反应A(g)+B(g)2C(g)在不同温度下的平衡常数:
温度
50 80
/℃
K
10
400
又测得温度T 时,反应2C(g)A(g)+B(g)的平衡常数为0.06,可推知T 的范围是( )
A.T<50 ℃
B.T>80 ℃
C.50 ℃ D.无法确定 解析:A(g)+B(g) 2C(g)的平衡常数与2C(g) A(g)+B(g)的平衡常数互为倒数。由题给数 据可知随温度的升高,K 值增大,说明正反应为吸热反应。则反应2C(g) A(g)+B(g)为放热反 应,其在50 ℃、80 ℃的平衡常数值分别为=0.01、=0.002 5。随温度的升高,K 值逐渐减小,而0.01<0.06,故此时的温度T<50 ℃。 答案:A 4.汽车尾气中的NO 和CO 可发生反应:2NO(g)+2CO(g) 2CO 2(g)+N 2(g) ΔH<0,已知该反应在 300 ℃时平衡常数为1×1059 。下列说法正确的是( ) A.该反应在300 ℃时的平衡常数很大,因此排出的气体中几乎没有NO 和CO B.该反应在300 ℃时的平衡常数很大,说明该反应的反应速率很大 C.升高温度利于该反应向右进行 D.提高尾气净化效率的最佳途径是研制高效催化剂 解析:该反应在300 ℃时的平衡常数很大,但反应速率不一定快,排出气体时也不一定达到平衡状态,因此排出的气体中仍有大量NO 和 CO,A 、B 错;该反应为放热反应,升高温度,反应速率加快,但加快的程度不如使用合适的催化剂效果好,且升温平衡逆向移动,C 错,D 对。 答案:D 5. 在容积不变的密闭容器中,一定条件下进行如下反应:2NO(g)+2CO(g) N 2(g)+2CO 2(g) ΔH=-373.2 kJ·mol -1 。如图曲线a 表示该反应过程中,NO 的转化率与反应时间的关系。若改变起始条件,使反应过程按照曲线b 进行,可采取的措施是( ) A.降低温度 B.向密闭容器中通入氩气 C.加催化剂 D.增大反应物中NO的浓度 解析:由题意知要使反应过程按曲线b进行,需要延长达到平衡时间,同时提高转化率,平衡向正反应方向移动;B项、C项平衡不移动;D项增大反应物中NO的浓度,NO的转化率下降。 答案:A 6.一定温度下的恒容容器中,发生反应A(s)+2B(g)C(g)+D(g),下列能表示该反应已达平衡状态的是( ) A.2v(B)正=v(D)逆 B.混合气体的密度保持不变 C.气体的总物质的量不随时间变化而变化 D.混合气体的压强不随时间变化而变化 解析:A项中用不同物质表示的正、逆反应速率之比不等于化学计量数之比,错误;随着反应的进行,气体的总质量发生变化,而体积没有变化,故密度一直在变化,当密度不变时即达平衡,B 项正确;A为固体,气体的总物质的量反应前后不变,故C项不能作为平衡标志;气体的总物质的量不变,压强也始终不变,D项错误。 答案:B 7.实验室用4 mol SO2与2 mol O2进行下列反应: 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196.64 kJ·mol-1,当放出314.624 kJ热量时,SO2的转化率为( ) A.40% B.50% C.80% D.90% 解析:根据放出314.624 kJ的热量可知参加反应的SO2的物质的量为×2=3.2 mol,故SO2的转化率为×100%=80%。 答案:C 8.可逆反应mA(s)+nB(g)eC(g) +fD(g),反应过程中,当其他条件不变时,C的百分含量(C%) 第四节化学反应进行的方向 教学目标 1、知识与技能： （1）理解化学反应方向判断的焓判据及熵判据； （2）能用焓变和熵变说明化学反应的方向。 2、过程与方法： 通过学生已有知识及日常生活中的见闻，使学生构建化学反应方向的判据。学会运用比较、归纳、概括等方法对信息进行加工，构建新知识。 3、情感态度与价值观： 通过本节内容的学习，使学生体会事物的发展、变化常常受多种因素的制约，要全面分析问题。教学的重点和难点 焓减和熵增与化学反应方向的关系 教学方法 1、应用讨论交流的方法调动学生的积极性，充分发挥学生的想象力； 2、启发学生学会归纳、概括，对信息进行加工，得出结论； 3、注重从学生已有知识及日常生活的经验上构建新知识。 -10℃的液态水会自动结冰成为固态，就是熵减的过程（但它是放热的）； 2Al（s）+ Fe 2O 3 （s）= Al 2 O 3 （s）+ 2Fe（s）△S = -39.35J·mol-1·K-1。 因此，反应熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素，但也不是唯一因素。 [板书]三、焓变与熵变对反应方向的共同影响。 [讲述]在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既与反应焓变有关，又与反应熵变有关。研究表明，在恒温、恒压下，判断化学反应自发性的判据是： [板书]体系自由能变化（△G、单位：KJ/mol）：△G = △H - T△S [指出] 体系自由能变化综合考虑了焓变和熵变对体系的影响。 [板书] △H - T△S < 0 反应能自发进行； △H - T△S = 0 反应达到平衡状态； △H - T△S > 0 反应不能自发进行。 [展示] [举例]对反应CaCO 3（s）= CaO（s）+ CO 2 （g） △H = + 178.2 KJ·mol-1△S = +169.6 J·mol-1·K-1 室温下，△G =△H-T△S =178.2KJ·mol-1–298K×169.6×10-3KJ·mol-1·K-1 = 128 KJ·mol-1>0 因此，室温下反应不能自发进行； 如要使反应自发进行，则应使△H - T△S < 0， 则T>△H/△S=178.2 KJ·mol-1/0.1696 KJ·mol-1·K-1 = 1051K。 [知识应用]本节课一开始提出处理汽车尾气的反应： 2NO（g） + 2CO（g） = N 2（g） + 2CO 2 （g）， 已知，298K、101KPa下，该反应△H = - 113.0 KJ·mol-1，△S = -143.5 J·mol-1·K-1 则△G =△H-T△S = - 69.68 KJ·mol-1 < 0 因此，室温下反应能自发进行。 [指出]但该反应速率极慢，需要使用催化剂来加速反应。 [总结]能量判据和熵判据的应用： 1、由能量判据知∶放热过程（△H﹤0）常常是容易自发进行； 2、由熵判据知∶许多熵增加（△S﹥0）的过程是自发的； 3、很多情况下，简单地只用其中一个判据去判断同一个反应，可能会出现相反的判断结 第2章化学反应的方向、限度和速率 一、在温度、压强一定的条件下，化学反应方向的判据为： ，反应能自发进行；，反应达到平衡状态；，反应不能自发进行。 二、化学平衡 1．化学平衡常数 （1）对于化学反应：aA＋bB cC＋dD，化学平衡常数K＝，浓度商Q＝。 （2）Q＞K，；Q＝K，；Q＜K，。 2．对于化学反应：aA＋bB cC＋dD，反应物A的平衡转化率α（A）＝。 3．反应条件对化学平衡的影响（温度、浓度、压强） 三、化学反应速率 1．化学反应速率v＝。 对于反应aA＋bB === dD＋eE：v＝＝＝＝ 2．影响因素（浓度、温度、催化剂） 考点一：化学反应的方向 1．已知反应3O2（g）===2O3（g）的ΔH<0,ΔS>0，下列对此反应的叙述正确的是（）A．该反应在任何情况下均能自发进行B．该反应在任何情况下均不能自发进行 C．该反应在一定条件下能自发进行D．条件不足，无法判断 考点二：化学平衡的移动 1．对某一可逆反应来说，使用催化剂的作用是（） A．提高反应物的平衡转化率B．以同等程度改变正逆反应的速率 C．改变平衡混合物的组成D．增大正反应速率，减小逆反应速率 2．增大压强，对已达到平衡的反应3P（g）+ Q（g）2R（g）+ 2G（s）产生的影响是（） A．正反应速率增大，逆反应速率减小，平衡向正反应方向移动 B．正反应速率减小，逆反应速率增大，平衡向逆反应方向移动 C．正、逆反应速率都不变，平衡不发生移动 D．正逆反应速率都增大，平衡向正反应方向移动 3．下列各反应达到平衡后，加压或降温都能使化学平衡向逆反应方向移动的是（）A．2NO N2O4（正反应为放热反应）B．C（s）+ CO22CO（正反应为吸热反应） + 3H22NH3（正反应为放热反应）D．H2S H2 + S（s）（正反应为吸热反应） C．N 4．在一定条件下，在体积可变的容器中建立以下平衡：2NO 2（g）N2O4（g）（正反应为放热反应）保持其它条件不变，只改变下列中的一个条件时，混合气体的颜色肯定加深的是（） A．降低温度B．使用适当催化剂C．容器体积扩大至原来的2倍D．容器体积缩小至原来的1/2 5．可逆反应a X（g）+ b Y（g） c Z（g）在一定条件下达到化学平衡，c（Z）＝2 mol/L。保持其它条件不变，将容器体积扩大至原来的2倍，重新平衡后，测得c（Z）＝1.2 mol/L。下列关于a、b、c的关系式中，正确的是（） A．a + b ＜c B．a + b ＝c C．a + b ＞c D．无法判断 6．已知：4NH3（g）+5O2（g）=== 4NO（g）+6H2O（g）. △H=－1 025 kJ·mol－1该反应是一个可逆反应。若反应物起始物质的量相同，下列关于该反应的示意图不正确的是（） A B C D 考点41 化学反应进行的方向 1．自发过程 （1）含义 在一定条件下，不需要借助外力就可以自动进行的过程。 （2）特点 ①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)； ②在密闭条件下，体系有从有序自发地转变为无序的倾向(无序体系更加稳定)。 2．化学反应方向的判据 （1）焓判据 放热反应过程中体系能量降低，ΔH<0，具有自发进行的倾向。 但有些吸热反应也可以自发进行，故只用焓变判断反应进行的方向有一定的局限性。 （2）熵判据 ①熵：衡量体系混乱程度的物理量，符号为S，单位为J·mol?1·K?1。 ②熵的大小：同种物质，三种聚集状态下，熵值由大到小的顺序为S(g)>S(l)>S(s)。 ③熵判据：体系的混乱度增加，ΔS>0，反应有自发进行的倾向。但有些熵减的过程也能自发进行，故 只用熵变来判断反应进行的方向也不全面。 （3）复合判据——自由能变化判据 在温度、压强一定的条件下，化学反应进行的方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果，因此，把焓变和熵变判据结合起来组成的复合判据即自由能变化ΔG，更适合于所有过程的判断。ΔG=ΔH?TΔS（T 为开尔文温度），ΔG的正、负决定着反应的自发与否。 ①ΔH－TΔS<0，反应能自发进行。 ②ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态。 ③ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。 考向化学反应方向的判定 典例1下列过程一定不能自发进行的是 A．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)ΔH＞0 B．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)ΔH＜0 C．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)ΔH＞0 D．2CO(g)===2C(s)＋O2(g)ΔH＞0 【解析】A.ΔH＞0，ΔS＞0，在较高温度下可满足ΔH－T·ΔS＜0，即在较高温度下反应能自发进行，故A不选；B.ΔH＜0，ΔS＜0，温度较低时即可满足ΔH－T·ΔS＜0，能自发进行，故B不选；C.ΔH＞0，ΔS＞0，在较高温度下可满足ΔH－T·ΔS＜0，即在较高温度下反应能自发进行，故C不选；D.ΔH＞0，ΔS＜0，一般情况下ΔG＝ΔH－T·ΔS＞0，不能自发进行，故选D。 【答案】D 1．已知反应2CO(g)2C(s)+O2(g)的ΔH为正值，ΔS为负值，设ΔH和ΔS不随温度的改变而改变。则下列说法中，正确的是 A．低温下是自发变化 B．高温下是自发变化 C．低温下是非自发变化，高温下是自发变化 D．任何温度下是非自发变化 焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响 专题化学反应的方向和限度 一、可逆反应与化学平衡状态 1．在密闭容器中进行反应：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，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是() A．Z为0.3 mol·L－1B．Y2为0.4 mol·L－1 C．X2为0.2 mol·L－1D．Z为0.4 mol·L－1 2．在一定温度下的定容容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强，②混合气体的密度，③混合气体的总物质的量，④混合气体的平均相对分子质量，⑤混合气体的颜色，⑥各反应物或生成物的浓度之比等于系数之比，⑦某种气体的百分含量 (1)能说明2SO2(g)＋O2(g)?2SO3(g)达到平衡状态的是________。 (2)能说明I2(g)＋H2(g)?2HI(g)达到平衡状态的是________。 (3)能说明2NO2(g)?N2O4(g)达到平衡状态的是________。 (4)能说明C(s)＋CO2(g)?2CO(g)达到平衡状态的是________。 (5)能说明A(s)＋2B(g)?C(g)＋D(g)达到平衡状态的是________。 (6)能说明NH2COONH4(s)?2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是________。 (7)能说明5CO(g)＋I2O5(s)?5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是________。 3．若上述题目改成一定温度下的恒压密闭容器，结果又如何？ 二、化学平衡常数 5．书写下列化学平衡的平衡常数表达式。 (1)Cl2＋H2O?HCl＋HClO (2)C(s)＋H2O(g)?CO(g)＋H2(g) (3)CH3COOH＋C2H5OH?CH3COOC2H5＋H2O (4)CO2－3＋H2O?HCO－3＋OH－ (5)CaCO3(s)?CaO(s)＋CO2(g) 题组一多个反应中平衡常数关系判断 1．研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应： 2NO2(g)＋NaCl(s)?NaNO3(s)＋ClNO(g)K1 2NO(g)＋Cl2(g)?2ClNO(g)K2 则4NO2(g)＋2NaCl(s)?2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常数K＝________(用K1、K2表示)。 2．已知：①CO(g)＋2H2(g)?CH3OH(g) ②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)＋H2O(g) ③CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g) 某温度下三个反应的平衡常数的值依次为K1、K2、K3，则该温度下反应3CO(g)＋3H2(g)?CH3OCH3(g)＋CO2(g)的化学平衡常数K为________________(用K1、K2、K3表示)。 题组二平衡常数的影响因素及其应用 3．甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制 第二章第一节化学反应的方向 知识与技能： 1.了解焓变、熵变与反应方向的关系； 2.能通过△H-T△S及给定的△S数据定量判断反应的方向 过程与方法： 分别通过分析反应焓变与反应熵变与反应的方向，从而进一步了解影响因素以及各因素间的相互关联。 情感态度与价值观： 在分析问题中能够体会到研究的乐趣，学会如何看待事物的多面性，并最终了解热力学理论研究的重要意义。 教学重难点：理解焓变与熵变对反应方向的共同影响，根据定量关系△H-T△S及给定数据判断反应方向。 课型：新课及练习讲评课 课时安排：1课时新课2课时练习讲评 教学过程： 【导入】为了减轻汽车尾气造成的大气污染，人们提出通过2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)来处理，这一方案是否可行，反应物之间是否可以发生反应？你的依据是什么？【板书】第一节化学反应的方向 自发反应： 【教师】大家预习P35—P39，看看反应的自发性与哪些因素有关？ 【学生】预习P35—P39（10分钟） 【教师】科学家根据自然界中能量有由高到低的自发性和混乱的程度有由有序到无序的规律来研究化学反应…… 【板书】一、反应焓变与反应方向 反应焓变是反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一因素。 一般的讲，放热反应容易自发进行。 【讲解】阅读P36并思考：NH4NO3(s) 、NaOH(s)、NaC1(s)和蔗糖都能溶于水，它们的溶解过程与焓变有关吗？是什么因素决定它们的溶解能自发进行？固体溶解过程中 的共同特点是： 【板书】二、反应熵变与反应方向 1.熵：描述体系混乱度的物理量 2.符号：S 单位：J?mol-1?K-1 3.大小判据： （1）物质的混乱度：体系混乱度越大，熵值越大； （2）同一条件：不同物质的熵值不同； （3）物质的存在状态：S(g) > S(l) > S(s)。 2.2 化学反应的方向和限度 第 2 课时 每课一练（苏教版选修 4） 基础达标 1.改变反应条件使化学平衡向正反应方向移动时，下列变化中正确的是（ ） A.生成物浓度一定增大 B.生成物的物质的量分数一定增大 C.反应物的转化率一定提高 D.某生成物的产率可能提高 解析：如增大体积平衡向正方向移动，则生成物浓度减小，选项 A 错；如加入反应物平衡 向正方向移动，生成物的质量分数不一定增大，转化率有增大、有减小，故选项 B 、C 错； 不论取什么措施，生成物产率有可能提高，故选项 D 正确。 答案：D 2.如图所示，φ(X)为气态反应物在平衡混合物中的体积分数，T 为温度。符合该曲线的反应 是（ ） A.2NH 3(g) N 2(g)+3H 2(g)(正反应为吸热反应) B.H 2(g)+I 2(g) 2HI(g)(正反应为放热反应) C.4NH 3(g)+5O 2(g) 4NO(g)+6H 2O(g)(正反应为放热反应) D .2SO 2（g ）+O 2(g) 2SO 3(正反应为放热反应) 解析：随温度升高 φ（X ）含量减小，则正反应一定是吸热反应，随压强增大 φ（X ）含量 升高，则正方向一定是体积增大的方向即 ΔV （g ）＞0，故选项 A 正确。 答案：A 3.在密闭容器中，进行反应 X （g ）+3Y(g) 2Z(g)，达到平衡后，其他条件不变，只增 加 X 的量，下列叙述中不正确的是（ ） A.正反应速率增大，逆反应速率减小 B.X 的转化率变大 C.Y 的转化率变大 D.正、逆反应速率都增大 解析：对于反应 X （g ）+3Y （g ） 2Z （g ）达到平衡只增加 X ，则平衡向右移动，正 反应速率增大，逆反应速率也随之逐渐增大，Y 转化率增大，X 的转化率却减小，故选 C 。 答案：C 4.可逆反应 3H 2（g ）+N 2(g) 2NH 3(g) ΔH ＜0,达到平衡后，为了使 H 2 的转化率增大， 下列选项中采用的三种方法都正确的是（ ） A.升高温度，降低压强，增加氮气 B.降低温度，增大压强，加入催化剂 C.升高温度，增大压强，增加氮气 D.降低温度，增大压强，分离出部分氨 解析：由于 ΔH ＜0，降低温度平衡向正方向移动，故 A 、C 错误；催化剂对化学平衡无影响， 故 B 错误；增大压强和分离出部分氨，都能增大 H 2 的转化率，故选 D 。 化学反应的方向 第1节化学反应的方向学习目标 1．理解熵及熵变的意义 2．能用焓变和熵变说明化学反应进行的方向。知识梳理 1．焓变 ?______(是，不是)决定反应能否自发进行的唯一因素。 2．熵，符号为____，单位______，是描述_____________的物理量，熵值越大，___________。在同一条件下，不同的物质熵值______，同一物质 S(g)___S(l) ____ S(s) (＜,＞,＝)。 3．熵变为 ___________________________，用符号_______表示。产生气体的反应，气体的物质的量增大的反应，为熵值______(增大，减小，不变)的反应，熵变为______(正，负)值。 4．在___________一定的条件下，化学反应的方向是____________共同影响的结果，反应方向的判据为_______________。当其值：大于零时，反应________________ 小于零时，反应_______________ 等于零时，反应________________ 即在__________一定的条件下，反应_____(放热，吸热)和熵 ______(增大，减小，不变)都有利于反应自发进行。 5．恒压下温度对反应自发性的影响种类ΔH ΔS ΔH―TΔS 反应的自发性例 1 ― + 2H2O2(g)→2H2O(g)+O2(g) 2 + ― 2CO(g)→2C(s)+O2(g) 3 + + 在低温在高温CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g) 4 ― ― 在低温在高温HCl(g)+NH3(g)→NH4Cl(s) 当ΔH，ΔS符号相同时，反应方向与温度T______(有关，无关) 当ΔH，ΔS符号相反时，反应方向与温度T______(有关，无关) 学习导航 1．方法导引（1）通过计算或分析能确定ΔH ?CTΔS的符号，进而确定反应自发进行的方向是本节的重点。（2）熵是体系微观粒子混乱程度的量度。体系混乱度越大，其熵值越大。一般情况下气态物质的熵大于液态物质的熵，液态物质的熵大于固态物质的熵；相同物态的不同物质，摩尔质量越大，或结构越复杂，熵值越大。（3）对某化学反应，其熵变ΔS为反应产物总熵与反应物总熵之差。在化学反应过程中，如果从固态物质或液态物质生成气态物质，体系的混乱度增大；如果从少数的气态物质生成多数的气态物质，体系的混乱度也变大。这时体系的熵值将增加。根据这些现象可以判断出过程的ΔS＞0。（4）利用ΔH -TΔS 的符号可判断恒温恒压条件下反应 课题：化学反应进行的方向及判断依据 设计者：浙江省磐安中学周岚岚 2010年6月1日 设计意图：让学生先从生活中的自发过程实例出发，展示有关情境图片，指出自发过程是“在一定条件下无需外界帮助就能自动进行的过程。”从中得出自发过程能发生的规律：1、能量趋于“最低”的趋势2、“有序”变为“无序”的规律。然后请学生找能自发进行的反应，同时介绍几个吸热反应，从所举的例子中找到影响化学反应自发进行因素：1、能量降低- 放热反应（焓变△H<0）2、混乱度增大（熵变△S 高考化学一轮复习测试卷及解析（36）： 化学反应的方向和限度 题组一 化学平衡状态的判断及平衡特征 1．(2011·山东理综，28)研究NO 2、SO 2、CO 等大气污染气体的处理具有重要意义。 (1)NO 2可用水吸收，相应的化学反应方程式为________________________________。 利用反应6NO 2＋8NH 37N 2＋12H 2O 也可处理NO 2。当转移1.2 mol 电子时，消耗的NO 2在标准状况下是________L 。 (2)已知：2SO 2(g)＋O 2(g)2SO 3(g)；ΔH ＝－196.6 kJ·mol －1 2NO(g)＋O 2(g)2NO 2(g)；ΔH ＝－113.0 kJ·mol －1 则反应NO 2(g)＋SO 2(g) SO 3(g)＋NO(g)的ΔH ＝________kJ·mol －1。 一定条件下，将NO 2与SO 2以体积比1∶2置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是________。 a ．体系压强保持不变 b ．混合气体颜色保持不变 c ．SO 3和NO 的体积比保持不变 d ．每消耗1 mol SO 3的同时生成1 mol NO 2 测得上述反应平衡时NO 2与SO 2体积比为1∶6，则平衡常数K ＝________。 (3)CO 可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)＋2H 2(g)CH 3OH(g)。CO 在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如右图所示。 该反应ΔH ________0(填“>”或“<”)。实际生产条件控制在250 ℃、1.3×104 kPa 左右， 选择此压强的理由是__________________________________________________________。 2．(2011·浙江理综，27)某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵(NH 2COONH 4)分解反应平衡常数和水解反应速率的测定。 (1)将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡： NH 2COONH 4(s)2NH 3(g)＋CO 2(g) 实验测得不同温度下的平衡数据列于下表： 温度/℃ 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 平衡总压强/kPa 5.7 8.3 12.0 17.1 24.0 平衡气体总浓度/mol·L －1 2.4×10－3 3.4×10－3 4.8×10－3 6.8×10－3 9.4×10－3 ①可以判断该分解反应已经达到平衡的是________。 A ．2v (NH 3)＝v (CO 2) B ．密闭容器中总压强不变 C ．密闭容器中混合气体的密度不变 D ．密闭容器中氨气的体积分数不变 催化剂 △ 2011-2012学年高二化学选修4（人教版）同步练习第二章 第四节化学反应进行的方向 一.教学内容： 化学反应进行的方向 二.重点、难点： 1.能利用焓变和熵变说明反应进行的方向 2.熵判据既是本节的重点，也是难点 三.具体内容： （一）自发过程和自发反应 1.自发过程 2.自发反应 3.举例 （二）反应熵变与反应方向 1.熵 2.熵变 3.反应的自发过程与熵变 （三）焓变与熵变对反应方向的共同影响 1.焓和熵的关系 2.焓变和熵变的影响 3.化学反应方向的判据 4.对反应方向判据的讨论 【典型例题】 [例1]试判断用于汽车净化的一个反应2NO（g）+2CO（g）=N2（g）+2CO2（g）在298K、100kPa下能否自发进行？ 已知：在298K、100kPa下该反应的△H＝－113.0kJ·mol-1， △S＝－145.3J·mol-1·K－1 答案：可以自发进行。 解析：考察利用公式计算判断自发反应过程。 [例2]已知在298.15K、100kPa下石灰石分解反应： CaCO3（s）=CaO（s）+CO2（g）△H＝+178.3kJ·mol-1△S＝+160.4J·mol-1·K－1，试判断反应的自发性及自发进行的最低温度。 答案：非自发反应；1112K。 解析：考察基本公式的转化应用。 [例3]碳铵「（NH4）2CO3」在室温下就能自发的分解产生氨气，对其说法中正确的是（） A.碳铵分解是因为生成易挥发的气体，使体系的熵增大 B.碳铵分解是因为外界给予了能量 C.碳铵分解是吸热反应，根据能量判断不能自发分解 D.碳酸盐都不稳定，都能自发分解 答案：A 解析：考察反应方向的基本判断。 [例4]下列过程属于熵增加的是（） A.一定条件下，水由气态变成液态 B.高温高压条件下使石墨转变成金刚石 C.2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g） D.散落的火柴的无序排列 答案：CD 解析：有关熵的判断。 [例5]下列反应是自发进行的吸热反应的是（） A.NaOH+HCl=NaCl+H2O B.（NH4）2CO3（s）=NH4HCO3（s）+NH3（g） C.2CO+O2点燃 2CO2 D.C（s）+H2O（g）高温 CO（g）+H2（g） 化学反应的方向和限度 主讲：程为民 一周强化 一、一周内容概述 本周学习了化学反应的方向和限度，重点介绍了：化学反应的方向、判断化学反应方向的依据、化学平衡的建立、化学平衡常数、平衡转化率等。 二、重难点知识剖析 （一）化学反应的方向 自发反应：在一定条件下无需要外界帮助就能自动进行的反应。 化学反应具有方向性。许多化学反应能自发进行，而其逆反应无法进行。如： Zn＋CuSO 4＝ZnSO 4 ＋Cu （二）判断化学反应方向的依据 1、判断反应能否自发进行的因素之一：焓变（△H） （1）若△H＜0 ，一般正反应能自发进行。 （2）若△H＞0 ，一般正反应不能自发进行；而逆反应能自发进行。 绝大多数放热反应都能自发进行，而且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。因此，反应体系有趋向最低能量状态的倾向。 2、判断反应能否自发进行的因素之二：熵变（△S） 决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度。衡量一个体系混乱度的物理量叫做熵，用符号S表示。体系中微粒之间无规则排列的程度越大，体系的熵越大。 熵变（△S）：反应前后体系熵的变化叫做熵变，可用△S表示。如果发生变化后体系的混乱度增大，该过程的△S＞0 ；反之△S＜0 。 自发反应趋向于最大混乱度方向进行，即熵变△S＞0的方向。 （1）若△S＞0 ，一般正反应能自发进行。 （2）若△S＜0 ，一般正反应不能自发进行；而逆反应能自发进行。 3、判断反应能否自发进行的综合因素：吉布斯自由能（△G） 在恒温压条件下，封闭系统的吉布斯自由能变：△G＝△H－T△S。这一公式称为吉布斯等温方程式，是化学上最重要和最有用的公式之一。△G可作为反应或过程自发性的衡量标准：△G＜0时，过程为自发过程；△G＞0时，过程为非自发过程；△G＝0时，处于平衡状态。 △G的符号和大小不但取决于△H和△S的符号和大小，也与温度密切相关，可能出现表所示的四种情况。 表△H、△S及T对反应自发性的影响 类型 △H △S △G(△H－T△S) 正反应的自发性 实例 I － ＋ 永远是负 △H △S △G(△H－T△S) 正反应的自发性 实例 I － ＋ 永远是负 任何温 (g)＝3O2(g) Ⅱ ＋ － 永远是正 任何温度均不自发 CO(g)＝C(s)＋度均自发 2O 3 O2(g) Ⅲ ＋ ＋ 低温为正， △S △G(△H－T△S) 正反应的自发性 实例 I － ＋ 永远是负 任何温度均自 (g)＝3O2(g) Ⅱ ＋ － 永远是正 任何温度均不自发 CO(g)＝C(s)＋ 发 2O 3 O2(g) Ⅲ ＋ ＋ 低温为正， △G(△H－T△S) 正反应的自发性 实例 I － ＋ 永远是负 任何温度均自发 2O3(g)＝3O2(g) Ⅱ ＋ － 永远是正 任何温度均不自发 CO(g)＝C(s)＋ O2(g) Ⅲ ＋ ＋ 低温为正， 正反应的自发性 实例 I － ＋ 永远是负 任何温度均自发 2O (g)＝3O2(g) 3 (g)＝3O2(g) Ⅱ ＋ － 永远是实例 I － ＋ 永远是负 任何温度均自发 2O 3 (g) Ⅲ ＋ ＋ 低温为正， 正 任何温度均不自发 CO(g)＝C(s)＋O 2 I － ＋ 永远是负 任何温度均自发 2O3(g)＝3O2(g) Ⅱ ＋ － 永远是正 任何 温度均不自发 CO(g)＝C(s)＋O (g) Ⅲ ＋ ＋ 低温为正， 2 I － ＋ 永远是负 任何温度均自发 2O3(g)＝3O2(g) Ⅱ ＋ － 永远是正 任何温 (g) Ⅲ ＋ ＋ 低温为正， 度均不自发 CO(g)＝C(s)＋O 2 (g)＝3O2(g) Ⅱ ＋ － 永远是正 任何温度－ ＋ 永远是负 任何温度均自发 2O 3 《化学反应进行的方向》教学设计 一、教材分析与学情分析 本节课内容介绍了“焓判据、熵判据及自由能判据（△G=△H-T△S）”知识，有一定难度。人教版教材将本节内容安排在学生学习了化学反应及其能量变化、化学反应速率、化学平衡之后以知识介绍的方式呈现出来，让学生了解焓变只与初末状态有关而与途径无关，决定反应进行方向的因素不是单一的焓变，熵变也是决定因素之一。 教材从学生已有的知识和生活经验出发，分四个层次就化学反应的方向进行了介绍。第一，以学生熟悉的爬山方式，介绍焓变与途径无关，再以自发进行的放热反应为例，介绍化学反应有向能量降低的方向自发进行的倾向——焓判据；以生活现象为例，说明混乱度（熵）增加是自然界的普遍规律，也是化学反应自发进行的一种倾向——熵判据。第二，用实例说明单独运用上述判据中的任一种，都可能出现错误，都不是全面的。第三，要正确的判断化学反应的方向，需要综合考虑焓变和熵变的复合判据。第四，简单介绍了自由能判据的结论性内容。 二、教学目标 1、知识与技能： （1）理解判断化学反应方向的焓判据及熵判据； （2）能用焓变和熵变说明化学反应的方向； 2、过程与方法： 通过学生已有知识及日常生活中的见闻，构建化学反应方向的判据。学会运用比较、归纳、概括等方法对信息进行加工，构建新知识。 3、情感态度与价值观： （1）激发学生的学习兴趣，培养学生从微观的角度理解化学反应，培养学生尊重科学、严谨求学、勤于思考的态度，树立透过现象看本质的唯物主义观点。 （2）通过本节内容的学习，体会事物的发展、变化常常受多种因素的制约，要全面分析问题。 三、教学的重点和难点 焓判据、熵判据、自由能判据与化学反应方向的关系 四、教学方法 1、应用讨论交流的方法调动学生的积极性，充分发挥学生的想象力； 2、启发学生学会归纳、概括，对信息进行加工，得出结论； 3、注重从学生已有知识及日常生活的经验上构建新知识。 五、教学过程 化学反应的方向、限度和速率（一） 1.在恒温下的密闭容器中,有可逆反应:2NO 2N2O4,下列不能说明反应达到了平衡状态的是( C ) A.N2O4生成速率与N2O4分解速率相等时 B.混合气体平均相对分子质量保持不变时 C.NO2的分子数与N2O4分子数比为2∶1时 D.体系颜色不再发生改变时 解析:v 正(N2O4)=v逆(N2O4)说明反应达到了平衡,故A能说明;由=, m 总为定值,n总为变量,当n总一定时,反应达平衡,即此时不再变化,B 能说明反应达平衡;NO2有颜色,反应达平衡时其浓度不再变化,体系的颜色不再变化,故D能说明反应达平衡。 2.在一恒温、恒容的密闭容器中发生反应A(s)+2B(g)C(g)+D(g),当下列物理量不再变化时,能够表明该反应已达平衡状态的是 ( B ) A.混合气体的压强 B.混合气体的平均相对分子质量 C.A的物质的量浓度 D.气体的总物质的量 解析:因反应前后气体分子数不变,故无论反应是否平衡,混合气体的压强和气体的总物质的量都不改变;A为固态,其物质的量浓度为常数;若反应正向移动,混合气体的质量增加,则混合气体的平均相对分 子质量变大,反之变小,故混合气体的平均相对分子质量不变时表明反应达到平衡状态。 (g) ΔH =+746.8 kJ/mol, 3. 利用反应:2NO(g)+2CO(g)2CO 可净化汽车尾气,如果要同时提高该反应的速率和NO的转化率,采取的措施是 ( B ) A.降低温度 B.增大压强同时加催化剂 C.升高温度同时充入N2 D.及时将CO2和N2从反应体系中移走 解析:降低温度,反应速率减慢,且平衡左移,NO转化率降低,A错;由平衡移动原理知,增大压强平衡右移,NO转化率增大,反应速率加快,加催化剂反应速率也加快,B选项正确;升高温度平衡右移,但是同时充入N2平衡左移,无法确定最终平衡向哪个方向移动;及时将CO2和N2从反应体系中移走,平衡右移,NO的转化率增大,但是反应的速率 减小。 4.在一密闭容器中发生如下反应aX(g)+bY(g)cZ(g) ΔH>0,下列 说法中正确的是( B ) A.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小,平衡向正反应方向 移动 B.若通入稀有气体使容器体积增大,平衡不移动,则a+b=c C.若容器中气体的密度不再改变,则反应一定达到平衡 （鲁科版）化学 4《化学反应原理（选修）》 第2章化学反应的方向、限度与速率 第1节化学反应的方向（第1课时） 教学目标： 1. 通过分析反应的焓变与反应的方向，使学生了解反应焓变与反应方向有关，但 不是惟一的影响因素。 2. 通过介绍熵变的概念，使学生知道化学反应存在熵变。 3. 通过分析反应的熵变与反应的方向，使学生了解反应熵变与反应方向有关，但也 不是惟一的影响因素。 教学重点： 理解焓变与熵变对反应方向的影响 教学过程 【师导入】播放城市公路上，成群结队的汽车图片，讲解并提出问题。 随着人们生活水平的不断提高，汽车逐渐进入家庭。汽车的大量使用，造成了城市中的大气污染。汽车尾气中的主要污染物是NO和燃料不完全燃烧所产生的CO，它们是现代城市中大气污染物的重要来源。为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来进行尾气处理：2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) 。这一方案是否可行？理论依据是什么？通过本节内容的学习，同学们对这个问题会有一个更清晰的认识。 【师】说明研究化学反应方向的意义 【师】一个化学反应在某种条件下能否自发进行，在什么条件下有可能按预期方向进行，我们可以寻求一种客观的依据来判断。那么，在一定条件下决定化学反应能否自发进行的因素有哪些呢？这是我们这节课要学习的内容。 【师讲解】在一定条件下，不用借助外部力量就能自动进行的过程称为自发过程。 例如：水的流向高处低处 热的传递高温低温 室温下冰会熔化，常温下铁生锈等。 【师】我们知道化学反应有的放热、有的吸热，有些反应向着体系能量增加的方向进行，有些反应向着降低反应体系能量的方向进行。化学变化是否和自然界的许多变化一样，能自发地向着减少反应体系能量的方向进行？吸热反应是否都不是自发的？ 【师】19世纪的化学家曾认为决定化学反应能否自发进行的因素是反应热（反应焓变），放热反应可以自发进行，而吸热反应则不能。你同意这种观点吗？能否举例说明？ 【师生交流】与同学讨论下列反应在室温下能否自发进行。如能自发进行，请写出相应的化学方程式。 《化学反应进行的方向》教学设计 \一、课程分析： 1 .教材的地位与作用 本节为人教版化学选修4第二章第四节《化学反应进行的方向》。主要介绍了“焓判据、熵判据及自由能变化（△G=△H-T△S）”知识，有一定难度。教材从学生已有的知识和生活经验出发，分四个层次就化学反应的方向进行了介绍。第一，以学生熟悉的自发进行的放热反应为例，介绍化学反应有向能量降低的方向自发进行的倾向——焓判据；以生活现象为例，说明混乱度（熵）增加是自然界的普遍规律，也是化学反应自发进行的一种倾向——熵判据。第二，用实例说明单独运用上述判据中的任一种，都可能出现错误，都不是全面的。第三，要正确的判断化学反应的方向，需要综合考虑焓变和熵变的复合判据。第四，简单介绍了自由能判据的结论性内容。 2. 教学目标 知识与技能: （1）通过学生日常生活中所见所闻以及常见的化学反应，让学生了解放热反应的自发性和某些吸热过程的自发性 (2)通过“有序”和“无序”的对比，引出熵的概念 (3)通过日常生活中的见闻引导学生，使学生明确根据反应的焓变和熵变的大小，只能判 断反应自发进行的可能性，不能决定反应是否一定发生或反应速率的大小。 过程与方法: 通过学生已有知识及日常生活中的见闻，使学生构建化学反应方向的判据。学会运用比较、归纳、概括等方法对信息进行加式，构建新知识 情感态度价值观: 通过日常生活中的焓变和熵变的具体实例，让学生明确化学与日常生活是息息相关的3．教学重难点 重点：熵判据难点：焓减与熵增与化学反应方向的关系 二、教学方法： 教师教法：创设情境、问题引导、重点讲解 学生学法：思考交流、分析讨论、习题检测 三、学生学情： 本节内容是在学生学习了化学反应及其能量变化、化学反应速率、化学平衡等知识之后，以知识介绍的方式呈现出来，让学生了解决定反应进行方向的因素不是单一的焓变，熵变也是决定因素之一。 四、教学过程： 【一、情景创设，导入新课】 提问：同学们知道二十一世纪的第三金属是指哪种金属吗？你知道它的用途吗？钛这种金属是如何被发现，又是怎样制备出来的呢？科学家们遇到了怎样的困难呢？ （TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(g) TiCl4＋2Mg＝2MgC12＋Ti）第一步科学家们就被难住了。这个反应在任何温度下都不反应，但是其逆向反应，四氯化钛与氧气却能在一定温度下反应生成二氧化钛，这是工业生产二氧化钛的一种方法。也就是说，这个反应根本不能按照科学家欲设的方向进行。这在科学研究中是很常见的，在同学们的学习中是否也遇到过类似的情况呢？ 例如：CaCl2+Na2CO3=CaCO3+2NaCl、Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu以上两个反应的正向在常温常压下都能自动发生，而逆向反应在相同条件下却不能自动进行。也就说化学反应存在方向性。【设计意图】通过金红石无法直接制取钛，激发学生的学习兴趣，引出反应进行方向。 化学反应的方向和限度 ————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期： 化学反应的方向和限度编号 22 【学习目标】 １、理解化学平衡常数的含义，并掌握判断化学平衡状态的标志。 2、小组积极讨论,合作探究有关化学平衡常数进行简单计算以及影响平衡的因素。 3、以极度的热情投入课堂，全力以赴,体验学习的快乐 【使用说明】利用一节课,认真阅读课本完成学案,下课收齐。下节课修改１0 分钟后结合错题统计讨论1０分钟,师生探究、学生展示20分钟,巩固落实５分钟。标有★★的Ｂ层可不做， 标有★或★★的C层可不做。 【课前导学】 一、化学平衡状态 【练习1】（1)下列方法可以证明2ＨI(g)H2（g)+Ｉ2(g)已达平衡状态的是__＿_＿____＿_＿__ ①单位时间内生成n ｍｏl H2的同时生成n molHI； ②一个H—H键断裂的同时有两个Ｈ—I键断裂； ③百分组成ｗ（HI)=w(Ｉ２)时； ④反应速率v(H2)=ｖ（I2)=1/2v（HＩ）; ⑤c(HI)︰c(H2)︰c(Ｉ2）=2︰１︰１; ⑥温度和体积一定时,容器内压强不再变化; ⑦温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化； ⑧条件一定,混合气体的平均相对分子质量不再变化; ⑨温度和体积一定时，混合气体的密度不再变化； ⑩温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化 （2)在上述⑥—⑩的说法中能说明2ＮO2(g)Ｎ2O4(ｇ)达到平衡状态的是＿___＿_＿____＿__＿ (3)在上述⑥—⑨的说法中能说明C(s）+ H2O(g)H2（ｇ) +CO(ｇ)达到平衡状态的是_____ 二、化学平衡常数 1、化学平衡常数及其应用 (1)对于反应 aＡ(g）+bB(g)cC（g)+dD（ｇ) △H<０平衡常数K=＿＿________＿_＿_＿＿__＿_ 化学反应进行的方向和限度 （能源学院，热能工程1202xxx班，学号：1120200xxx） 摘要：自然界发生的宏观过程（指不靠外力自然发生的过程——自发过程）都有明确的方向和进度，如水从高处往低处流，热从高温体传向低温体等。对于化学反应也是如此，总有这样的趋势：反应系统趋向于最低能量状态，或系统趋向于最大混乱度。那么热量的改变程度焓变或混乱度的改变熵变能单一的确定化学反应进行的方向和限度吗？这里需要将两者有机联系起来，用一个新的概念吉布斯函数变来表示反应的方向和限度。 关键词：自发反应，焓变，熵变，吉布斯函数变。 一，引言 化学——人类进步的关键（西博格） 二，自发反应 在给定的条件下，无需外界帮助，一经引发即能自动进行的过程或反应，称为自发反应。如铁器在潮湿空气中生锈；铁从硫酸铜溶液中置换出铜；常温常压下氢氧混合气在高分散的钯的表面生成水；水由高处流向低处的过程；墨水在水中的扩散等。为什么我们要研究自发反应，我觉得在一定程度上这会让我们从更深层次探讨反应的实质，在这里我们不光可以认知和判断一个反应是否自发反应，我们还可以从化学动力学的角度解析它。 三，焓变 焓是一个热力学系统中的能量参数。规定由字母H（单位：焦耳，J）表示，H 来自于英语Heat Capacity（热容）一词。焓是内能和体积的勒让德变换。它是SpN总合的热势能。 焓的定义式为：H=U+PV即一个体系的内能与体系的体积和外界施加于体系的压强的乘积之和，但要注意这里压力与体积的乘积PV不是体积功。 系统的状态一定，则系统的U,P,V均确定，系统的H也就确定，故焓H是状态函数，其单位为J。因为一定状态下系统的热力学能不知道，所以状态下的焓也不知道。U是广度量，PV是广度量，由：H=U+PV可知焓是广度量。 对于常压下，焓的定义式子又可以写成：Q=ΔU+pΔV 所以常压下焓的变化量就是热量的变化。 这里要提及标准摩尔生成焓，在温度T（若为298.15K时则可不标出）下，由标准状态的最稳定的单质生成物质B(νB=+1)反应的标准摩尔焓变。即在标准状态下（反应物和产物都是处于100KPa，通常温度选定298.15K），由指定单质生成单位物质的量（1mol）的化合物的化学反应热（即恒压反应热），称为该物质的标准摩尔生成焓或标准生成热。标准摩尔生成焓的单位：kJ/mol。 焓变不能做化学反应方向的焓变判据，事实证明有的反应放热但是在常温下还是 不自发反应的，如以下例子： 这个反应为什么不会自发反应，来考虑下，单从焓变的角度来看，焓变是热势 能，这个反应需要足够的化学推动能来推动其自发反应，但是热势能不够，好比化学反应进行的方向教案
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