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1、第二单元化学反应的方向和限度2-1-1 化学反应的方向化学反应的方向1选修4-2.2化学反应的方向和限度水往低处流水往低处流冰雪融化冰雪融化自然界中的自发过程体现了自然界中的自发过程体现了自然界变化的方向性自然界变化的方向性2选修4-2.2化学反应的方向和限度自发反应：自发反应： 在在一定温度和压强一定温度和压强下，下，无需外界帮助无需外界帮助就能自就能自动进行的反应动进行的反应自发过程：在一定条件下不需外界帮助就能进行的过自发过程：在一定条件下不需外界帮助就能进行的过程程(1)在常温下盐酸能与氢氧化钠溶液反应生成氯化钠和水；在常温下盐酸能与氢氧化钠溶液反应生成氯化钠和水；而氯化钠和水却不能反
2、应生成盐酸和氢氧化钠。而氯化钠和水却不能反应生成盐酸和氢氧化钠。( (2)2)铁器暴露在潮湿空气中会生锈；铁器暴露在潮湿空气中会生锈；一、化学反应的方向一、化学反应的方向自发反应自发反应这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的。这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的。3选修4-2.2化学反应的方向和限度二、判断化学反应方向的依据v体系趋向于从高能状态转变为低能状态（体系趋向于从高能状态转变为低能状态（H0）。）。对于化学反应而言，对于化学反应而言，绝大多数的放热反应能自发进行，且放出的热量越多，体系能量降低越多，反应，且放出的热量越多，体系能量降低越多，反应越完全越完全v焓变（H）是决定反应
3、能否自发进行的因素之一。有不少吸热过程也能自发进行。有一些吸热反应在有不少吸热过程也能自发进行。有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行发进行1.焓焓判据：判据：4选修4-2.2化学反应的方向和限度问题：问题：问题：问题：为什么有些吸热反应或吸热过程也能自发进行？为什么有些吸热反应或吸热过程也能自发进行？CaCO3 (s) CaO(s) + CO2 (g) 高高 温温 消石灰与氯化铵的反应有氨气生成，碳酸钙分解生消石灰与氯化铵的反应有氨气生成，碳酸钙分解生成二氧化碳气体，可能有气体生成使体系的成二氧化碳气体，可能有气体生成使
4、体系的混乱度增大是反应能自发的原因之一。是反应能自发的原因之一。NH4NO3(S) NH4+(aq) + NO3-(aq) 硝酸铵溶于水后，硝酸根离子和铵根离子由规则的硝酸铵溶于水后，硝酸根离子和铵根离子由规则的排列转化为能在水中自由地运动，即由排列转化为能在水中自由地运动，即由有序转变为无序，体系的混乱度增大。体系的混乱度增大。5选修4-2.2化学反应的方向和限度有序有序混乱6选修4-2.2化学反应的方向和限度2. 2. 熵判据熵判据熵：熵：在密闭条件下，体系由有序自发地转变为无序的倾向，在密闭条件下，体系由有序自发地转变为无序的倾向，在密闭条件下，体系由有序自发地转变为无序的倾向，在密闭条
5、件下，体系由有序自发地转变为无序的倾向，这种推动体系变化的因素称作熵。这种推动体系变化的因素称作熵。这种推动体系变化的因素称作熵。这种推动体系变化的因素称作熵。实质实质：衡量一个体系：衡量一个体系混乱度混乱度的物理量叫做熵，用的物理量叫做熵，用S 表示。表示。单位单位：J/molK影响熵的因素：相同条件，不同物质影响熵的因素：相同条件，不同物质S值不同值不同 对于同一物质：对于同一物质：S(g) S(l) S(s)熵变：熵变：反应前后体系的反应前后体系的熵的变化熵的变化叫做反应的熵变叫做反应的熵变S。 S = S生成物总熵生成物总熵 S反应物总熵反应物总熵熵增加原理熵增加原理：自发反应自发反应
6、体系趋向有序变为无序，导致体系熵体系趋向有序变为无序，导致体系熵增加增加S0，这个判据叫，这个判据叫熵判据。熵判据。 7选修4-2.2化学反应的方向和限度熵增加过程：固体溶解 气体扩散 水的汽化熵增加反应：气体分子数增加 气体分子数不变时考虑气体种类注意：熵变熵变（S）是决定反应能否自发进行的）是决定反应能否自发进行的又一又一因素因素。有些熵减小的反应在一定条件下可以自发进行8选修4-2.2化学反应的方向和限度3、焓变与熵变对反应方向的共同影响（复合判据）恒温恒压：恒温恒压：HT S0 则反应自发进行，则反应自发进行，HT S = 0 反应到达平衡状态反应到达平衡状态HT S 反应不能自发进行
7、。反应不能自发进行。焓变熵变均只与始态终态有关，与路径无关。焓变熵变均只与始态终态有关，与路径无关。只影响自发与否，与反应速率无关只影响自发与否，与反应速率无关9选修4-2.2化学反应的方向和限度 1 1反应的自发性只能用于判断反应的反应的自发性只能用于判断反应的方向方向，不能不能确定反应确定反应是否一定会发生是否一定会发生和过程发生的速和过程发生的速率。率。如如钢制器件腐蚀钢制器件腐蚀。注意：注意： 2 2在讨论过程的方向时，在讨论过程的方向时，指的是没有外界干指的是没有外界干扰时体系的性质扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某。如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。种作用
8、，就可能出现相反的结果。如石灰石分解，常温下是非自发的，但在如石灰石分解，常温下是非自发的，但在1273K1273K时是自发的反应。时是自发的反应。10选修4-2.2化学反应的方向和限度 例例1 下列过程是非自发的是下列过程是非自发的是 （ ） A、水由高处向低处流；、水由高处向低处流； B、天然气的燃烧；、天然气的燃烧； C、铁在潮湿空气中生锈；、铁在潮湿空气中生锈；D、室温下水结成冰、室温下水结成冰 例例2 碳酸铵碳酸铵（NH4）2CO3在室温下就能自在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是发地分解产生氨气，对其说法中正确的是 A、其分解是因为生成了易挥发的气体，使体、其分解是因
9、为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大；系的熵增大； B、其分解是因为外界给予了能量；、其分解是因为外界给予了能量； C、其分解是吸热反应，据能量判据不能自发、其分解是吸热反应，据能量判据不能自发分解；分解； D、碳酸盐都不稳定，都能自发分解。、碳酸盐都不稳定，都能自发分解。DA11选修4-2.2化学反应的方向和限度1、下列说法正确的是、下列说法正确的是 （ ） A、凡是放热反应都是自发的，凡是吸热反应都、凡是放热反应都是自发的，凡是吸热反应都是非自发的；是非自发的；B、自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是、自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减少或不变；熵减少或不变；C、自发反应在恰当条
10、件下才能实现；、自发反应在恰当条件下才能实现；D、自发反应在任何条件下都能实现。、自发反应在任何条件下都能实现。2、自发进行的反应一定是、自发进行的反应一定是 （ ）A、吸热反应；、吸热反应； B、放热反应；、放热反应；C、熵增加反应；、熵增加反应；D、熵增加或者放热反应。、熵增加或者放热反应。CD12选修4-2.2化学反应的方向和限度 3、下列说法正确的是、下列说法正确的是 （ ） A、放热反应一定是自发进行的反应；、放热反应一定是自发进行的反应； B、吸热反应一定是非自发进行的；、吸热反应一定是非自发进行的； C、自发进行的反应一定容易发生；、自发进行的反应一定容易发生； D、有些吸热反应
11、也能自发进行。、有些吸热反应也能自发进行。 4、250C和和1.01105Pa时，反应时，反应 2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）；）； H=56.76kJ/mol，自发进行的原因是，自发进行的原因是 A、是吸热反应、是吸热反应 B、是放热反应、是放热反应 C、是熵减少的反应、是熵减少的反应 D、熵增大效应大于能量效、熵增大效应大于能量效应应DD13选修4-2.2化学反应的方向和限度化学反应的限度14选修4-2.2化学反应的方向和限度一、什么是可逆反应 在在同一条件同一条件下下, ,既能向正反应方既能向正反应方向进行向进行, ,同时又能向逆反应方向进行的同时又能向逆反应方向进行的反应
12、反应注意：1：可逆反应有一定的限度总是不会停止2:反应物与生成物共存正向逆向反应同时进行3：理论认为，所有反应均是可逆反应，对于转化率100%的反应，视为近似处理15选修4-2.2化学反应的方向和限度正反应速率=逆反应速率正反应速率逆反应速率相等时间速率 反应仍在进行，但是各种物质的浓度均保持不变，达到动态平衡，这就是重要概念化学平衡状态16选修4-2.2化学反应的方向和限度二、化学平衡状态：化学平衡状态：在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变强调标志：反应混合物中各组分的标志：反应混合物中各组分的 浓度保持不变的状态浓度保持不变的状态前提（适用
13、范围）前提（适用范围）：可逆反应可逆反应内在本质内在本质：v(正正)= v(逆逆) 017选修4-2.2化学反应的方向和限度化学平衡状态的特征(4)定：反应混合物中各组分的浓度保持不变，各组分的含量一定。(5)变：条件改变，原平衡被破坏，在新 的条件下建立新的平衡。(3)动：动态平衡（正逆反应仍在进行）(2)等：平衡时v正=v逆0(1)逆：只适用于可逆反应18选修4-2.2化学反应的方向和限度速率：v正=v逆0(同种物质） 看方向，看比例（即任何一种物质的生成速率等于 其消耗速率）不同种物质速率反向且比值等于系数比各成分的百分含量保持不变物质的量或物质的量分数物质的量或物质的量分数质量或质量分
14、数质量或质量分数体积或体积分数（气体）体积或体积分数（气体）浓度不变浓度不变1、直接三、达平衡标志：变量不变 建立平衡19选修4-2.2化学反应的方向和限度反应物转化率不变 产物产率不变温度不变（其他条件一定）颜色不变（有颜色气体）；化学键：看方向，看比例（反应前后气体分子数不等）总压强 体积 总气体物质的量 气体质量 平均相对分子质量 不变密度不变（有固体或液体参与）2、间接标志：20选修4-2.2化学反应的方向和限度 请大家完成 P48页的“交流与讨论”，并根据所得结果总结归纳平衡时反应物、生成物浓度之间的关系。结论：在一定的温度下，无论反应物的起始浓度，反应达到平衡状态后，反应物与生成物
15、的系数次方的比是一常数。该如何定量描述化学平衡？21选修4-2.2化学反应的方向和限度四、化学平衡常数1 1、 概念概念 对某一可逆反应，在一定温度下，无论反应物的起始浓度如何，反应达到平衡状态后，反应物与生成物浓度系数次方的比是一个常数，称为化学平衡常数，用K表示。2 2、K K的表达式的表达式对于下列可逆反应：aA + bB cC + dD，则有：其中c为各组分的平衡浓度22选修4-2.2化学反应的方向和限度学习化学平衡常数有什么重要意义？3 3、化学平衡常数的意义、化学平衡常数的意义、化学平衡常数的意义、化学平衡常数的意义aA + bB cC + dDK值的大小，表示该温度下达到平衡时，
16、反应进行的程度（反应的限度）K值越大，表明生成物所占比例越大，正向反应进行的程度越大；反之则越小。K105该反应就进行的基本完全23选修4-2.2化学反应的方向和限度4.平衡常数的注意事项aA + bB cC + dD（2）K值值表达式中表达式中，固体固体、纯液体、纯液体不不写；写； 水：溶液中不写，非水溶液中写水：溶液中不写，非水溶液中写（4）平衡常数的表达式与方程式的书写方式有关）平衡常数的表达式与方程式的书写方式有关； 同一反应正逆方向的同一反应正逆方向的K互为倒数互为倒数（1）K只与温度有关与温度有关，所以使用时应注明温度；，所以使用时应注明温度；（3）平衡常数表示反应进行的程度，不表
17、示反应速率）平衡常数表示反应进行的程度，不表示反应速率24选修4-2.2化学反应的方向和限度Cr2O72- + H2O 2CrO42- + 2H+Fe3O4(s) + 4H2(g) 高温3Fe(s) + 4H2O(g) N2+3H2 2NH32NH3 N2+ 3H2 N2 + H2 NH31232练习练习1：根据平衡常数的定义，请大家写出下列可逆反根据平衡常数的定义，请大家写出下列可逆反应的平衡常数表达式。应的平衡常数表达式。25选修4-2.2化学反应的方向和限度5.化学平衡常数的应用利用K 值可判断是否处于平衡状态及如何建立平衡Qc K ：Qc K ：QcK ：)()()()(B.cAcD.
18、 cCcQcbadc=aA + bB cC + dD浓度商平衡时：平衡时：未知状态时：未知状态时：反应处于平衡状态， 即v正 v逆反应向逆方向进行， 即v正 v逆反应向正方向进行， 即v正 v逆26选修4-2.2化学反应的方向和限度 利用利用K判断反应的热效应判断反应的热效应升高温度，升高温度，K增大，正反应吸热增大，正反应吸热升高温度，升高温度，K减小，正反应放热减小，正反应放热化学平衡常数27选修4-2.2化学反应的方向和限度五、平衡转化率五、平衡转化率( )100% =该反应物的起始浓度该反应物的平衡浓度该反应物的起始浓度1、定义：2、表达式：3、理解注意：(1)、转化率是对反应物而言的
19、；(2)、在一定温度下可逆反应中，K值越大，反应物的转化率就越高；(3)、对于一给定可逆反应，K值只与温度有关，而a不仅与温度有关也与反应物起始浓度有关。28选修4-2.2化学反应的方向和限度六、化学平衡的相关计算六、化学平衡的相关计算基本模式“三部曲解法”转化浓度：mx nx px qx 平衡浓度：a-mx b-nx px qx 基本关系生成物：平衡浓度起始浓度转化浓度 反应物：平衡浓度起始浓度转化浓度 例： mA + nB pC + qD 起始浓度：a b 0 0(mol/L)(mol/L)(mol/L)29选修4-2.2化学反应的方向和限度 练习练习2、在某温度下，可逆反应：在某温度下，
20、可逆反应：mA(g)+nB(g) pC(g) + qD(g)的平衡常数为，下列的平衡常数为，下列说法正确的是说法正确的是 （ ）.越大，达到平衡时，反应进行的程度越大越大，达到平衡时，反应进行的程度越大.越小，达到平衡时，反应物的转化率越大越小，达到平衡时，反应物的转化率越大.随反应物浓度改变而改变随反应物浓度改变而改变.随温度改变而改变随温度改变而改变30选修4-2.2化学反应的方向和限度例1：某温度下，向10L真空容器中注入1.00 mol H2(g) 和1.00 mol I2(g)，反应平衡后I2(g)的浓度为0.0200 molL-1试求该温度下 H2(g)+I2(g) 2HI(g)的
21、平衡常数。解：解：据题意可知，起始时据题意可知，起始时c(H2)=c(I2)=0.100molL-1，平衡，平衡时时c(H2)=c(I2)=0.0200molL-1，生成的，生成的c(HI) = 0.160molL-1H2(g) + I2(g) 2HI(g)起始时各物质的浓度/molL-1 0.100 0.100 0变化的各物质的浓度/molL-1平衡时各物质的浓度/molL-10.0800 0.0800 0.160 0.0200 0.0200 0.160 K =(0.160)2(0.0200)2= 64.0 c2(HI) c(H2) c(I2)=答：平衡常数为64.0。 31选修4-2.2化
22、学反应的方向和限度c(CO) c(H2O)【例2】在一密闭容器中，CO与H2O混合加热到800达到下列平衡：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) K=1.00，若反应开始时CO和H2O的浓度均为0.200 molL-1 ，求达到平衡时CO转化为CO2转化率是多少？ c(平)/molL-1 0.200x 0.200x x x 解得: x = 0.1解：设平衡时CO2和H2的浓度为x molL-1K =x2(0.200x)(0.200x)CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)c(始) /molL-1 0.200 0.200 0 0c(变)/molL-1 x x x
23、 x= 1.00c(CO2) c(H2) = = 100%= 50.0% 0.1000.20032选修4-2.2化学反应的方向和限度练习1、850K时，在一密闭容器中充入一定量的SO2和O2，当反应达到平衡后测得：SO2、O2和SO3的浓度分别为6.010-3 molL-1 、8.010-3 molL-1 和 4.410-2 molL-1。计算：（1）该温度下反应 的平衡常数。（2）达平衡状态时 SO2的转化率。2SO2+O2 2SO3练习2：X、Y、Z为3种气体，把amolX和bmolY充入一密闭容器中，发生反应X+2Y 2Z，达到平衡时，若它们的物质的量满足：n（x）+n（y）=n（z），
24、则Y的转化率为 （ ）K=6.7*105a(SO2)=88%B33选修4-2.2化学反应的方向和限度练习3：高炉炼铁中发生的基本反应如下: FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)正反应吸吸热热。其平衡常数可表达为: K=c(CO2)/c(CO)，已知1100，K=0.263 (1)升高温度，化学平衡移动后，高炉内CO2和CO的体积比值_，平衡常数K值_(填“增大”“减小”或“不变”) (2)1100时，测得高炉中c(CO2)=0.025molL-1，c(CO)=0.1molL-1，在这种情况下该反应是否处于平衡状态_(填“是”或“否”)，此时化学反应速率是V正_V逆(填“大于”、“小于”或“等于”)，其原因是 。增大增大否大于c(CO2)/c(CO)0.250.263，说明不是平衡状态，为了平衡，向正反应方向进行 平衡常数和转化率的计算34选修4-2.2化学反应的方向和限度35选修4-2.2化学反应的方向和限度练习5、在温度和压强不变时，将1体积N2O4分解：N2O4 2NO2 并达到平衡，混合气体变为1.4体积，求： N2O4的分解率。40%36选修4-2.2化学反应的方向和限度
