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1、第二单元化学反应的方向和限度,考点1:化学反应的方向及化学平衡状态的判断一、化学反应的方向(a、c)1.自发过程(1)含义:在一定温度和压强下,无需外界帮助就能自动进行的过程。,(2)特点。体系趋向于从_状态转变为_状态(体系对外部做功或_热量)。体系趋于混乱度增大的倾向性(无序体系更加稳定)。,高能,低能,释放,2.化学反应方向的判据,二、化学平衡状态(a、b)1.化学平衡研究的对象可逆反应(1)定义:在_条件下既可以向_反应方向进行,同时又可以向_反应方向进行的化学反应。,同一,逆,正,(2)特点“三同一小”。三同:a.相同条件下;b.正逆反应_进行;c.反应物与生成物同时存在。一小:任一
2、组分的转化率都_(填“大于”或“小于”)100%。(3)表示方法:在化学方程式中用“_”表示。,同时,小于,2.化学平衡状态(1)建立过程。在一定条件下,把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下:,以上过程可用如图表示:,(2)特点。,【典例精析】【典例】(2018浙江4月学考真题)反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H0,若在恒压绝热容器中发生,下列选项表明反应一定已达平衡状态的是()世纪金榜导学号A.容器内的温度不再变化B.容器内的压强不再变化,C.相同时间内,断开HH键的数目和生成NH键的数目相等D.容器内气体的浓度c(N2)c(H2)c(NH3)=132,【解
3、题思路】判断化学平衡状态需注意以下方面(1)注意题目中所给条件,如本题中的“在恒压绝热容器中”。(2)v(正)=v(逆)0。对于达到平衡状态的某一可逆反应来说,正反应消耗掉某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率。,(3)体系中各组分的物质的量浓度、体积分数、物质的量(或质量)分数保持不变。(4)对同一物质而言,断裂的化学键的物质的量与形成的化学键的物质的量相等。(5)绝热体系的温度不变,说明反应处于平衡状态。,【解析】选A。该反应在绝热容器中进行为放热反应,当放出的热量不再变化时则可以判断反应为平衡状态,A正确;反应在恒压中进行,压强一直不变,B错误;断开HH键和生成NH键指反应在向正反应
4、进行,C错误;在反应过程中各物质的浓度均为c(N2)c(H2)c(NH3)=132,但浓度无法判断反应平衡,D错误。,【考题变式】(1)对于恒容条件下的反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H0则该反应是一个吸热反应,A错误;S0表明该反应是一个熵增加的反应,B正确;H0,S0,该反应在高温下自发,C、D错误。,4.氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。在T时,将0.6molH2和0.4molN2置于容积为2L的密闭容器中(压强为mPa)发生反应:3H2+N22NH3H0。若保持温度不变,某兴趣小组同学测得反应过程中容器内压强随时间变化如图所示:世纪金榜导学号,(1)8min内NH
5、3的平均生成速率为_molL-1min-1。(2)仍在T时,将0.6molH2和0.4molN2置于一容积可变的密闭容器中。下列各项能说明该反应已达到平衡状态的是_(填序号)。a.容器内N2、H2、NH3的浓度之比为132,b.3v正(N2)=v逆(H2)c.3v正(H2)=2v逆(NH3)d.混合气体的密度保持不变e.容器中气体的平均相对分子质量不随时间变化而变化,该条件下达到平衡时,NH3的体积分数与题(1)条件下NH3的体积分数相比_(填“变大”“变小”或“不变”)。,【解析】(1)气体的总物质的量是1mol,压强由mPa变为0.8mPa,故气体的物质的量减少0.2mol,结合方程式可知
6、,8min内生成NH3的物质的量为0.2mol,故v(NH3)=0.2mol/(2L8min)=0.0125molL-1min-1。,(2)平衡时,气体的浓度与方程式的化学计量数没有必然的联系,a错误;3v正(N2)=v逆(H2),根据化学计量数之比可以换算为v正(H2)=v逆(H2),则说明达到平衡状态,b正确,同理c错误;在可变容积的密闭容器中进行的气体体积减小的反应,根据密度=m/V,气体质量不变,当密度不变时气体的总体积不再发生变化,说明达到平衡,状态,d正确;平均相对分子质量=m(总)/n(总),m(总)不变,当平均相对分子质量不变时说明n(总)不变,能够说明反应达到平衡状态,e正确
7、。,因该反应正向气体体积减小,故反应后容器体积减小(相当于对题(1)平衡的加压过程),平衡正向移动,转化率提高,NH3的体积分数变大。答案:(1)0.0125(2)bde变大,【加固训练】已知存在可逆反应:CH3CH2OH(g)+3H2O(g)2CO2(g)+6H2(g)。关于此反应的叙述正确的是()A.当v(H2O)=3v(CH3CH2OH)时,反应一定达到平衡状态B.当反应达到平衡状态时,CO2和H2的浓度比一定为13C.CH3CH2OH的浓度和H2O的浓度比为13时,说明反应达到了平衡状态D.反应达到平衡状态时,各物质的浓度一定保持不变,【解析】选D。当v(H2O)=3v(CH3CH2O
8、H)时,没有说明方向问题,无法判断是否达到平衡状态,A错误。化学平衡状态与体系中各物质的平衡浓度的比例无必然联系,B、C项错误。,【归纳总结】化学平衡状态的判断“两审”和“两标志”(1)“两审”:一审题干条件,是恒温恒容还是恒温恒压;二审反应特点。全部是气体参与的等体积反应还是非等体积反应。有固体参与的等体积反应还是非等体积反应。,(2)“两标志”。本质标志:v(正)=v(逆)0。对于某一可逆反应来说,正反应消耗掉某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率。,等价标志:以mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)为例:,考点2:化学平衡常数及其应用一、化学平衡常数(b)1.概念在一定温度下,
9、一个可逆反应达到_,生成物_与反应物_的比值是一个常数,用符号K表示。,化学平衡时,浓度幂之积,浓度幂之积,2.表达式对于一般的可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),在一定温度下达到平衡时,K=_,3.意义及影响因素,越大,越大,二、平衡转化率(b)1.定义物质在反应中已转化的量与该物质总量的比值。2.表达式平衡转化率=_,对于反应aA+bBcC+dD,反应物A的平衡转,化率为(A)=100%,式中c0(A)和c(A)分别表示A的初始浓度和A的平衡浓度。3.意义反应物的平衡转化率能表示在一定温度和一定起始浓度下反应进行的限度。,【典例精析】【典例】在一定体积的密闭容器中,进行如
10、下化学反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度t的关系如表:,回答下列问题:世纪金榜导学号(1)该反应的化学平衡常数表达式为K=_。(2)该反应为_反应(选填“吸热”或“放热”)。(3)某温度下,各物质的平衡浓度符合下式:3c(CO2)c(H2)=5c(CO)c(H2O),试判断此时的温度为_。,(4)若830时,向容器中充入1molCO、5molH2O,反应达到平衡后,其化学平衡常数K_1.0(选填“大于”“小于”或“等于”)。(5)830时,容器中的反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下,扩大容器的体积,平衡_移动(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或
11、“不”)。,(6)若1200时,在某时刻平衡体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2molL-1、2molL-1、4molL-1、4molL-1,则此时上述反应的平衡移动方向为_移动(填“正反应方向”“逆反应方向”或“不”)。,【解题思路】(1)根据K随温度的变化可判断正反应为吸热反应还是放热反应。(2)计算平衡常数,然后与表中所给数据对比可判断反应的温度。,【解析】(1)根据反应方程式CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)可知,该反应的平衡常数表达式为K=。(2)根据已知题干中的表格可知,随着温度的升高,平衡常数逐渐增大,说明正反应为吸热反应。,(3)某温度下,各物质的平衡浓
12、度有如下关系3c(CO2)c(H2)=5c(CO)c(H2O),根据平衡常数表达式K=可知,K=3/5=0.6,平衡常数只与温度有关,温度一定,平衡常数为定值,所以此时对应的温度为700。,(4)化学平衡常数只与温度有关,与反应物和生成物的浓度无关,所以只要在830条件下,平衡常数的数值都为1.0。(5)830达到平衡,扩大容器的体积的瞬间,反应物和生成物的浓度都减小相同的倍数,由于此反应前后气体的化学计量数相等,因此平衡不发生移动。,(6)1200时将各物质的浓度代入=4,而此温度下的平衡常数为2.6,所以平衡向逆反应方向移动。答案:(1)(2)吸热(3)700(4)等于(5)不(6)逆反应
13、方向,【强化训练】1.思维诊断(正确的打“”,错的打“”)(1)需要加热的反应,一定不能自发进行。()提示:。反应自发性和焓变以及熵变有关系,需要加热的化学反应也可能是自发进行的。,(2)-10的水结成冰,可用熵变的判据来解释反应的自发性。()提示:。水结成冰是熵减小的过程,依据熵判据应该是非自发的。(3)2H2O2H2+O2为可逆反应。()提示:。可逆反应为相同条件下正逆反应方向同时进行,此反应中反应条件不同。,(4)对反应NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g),当每消耗1molSO3的同时生成1molNO2时,说明反应达到平衡状态。()提示:。表示的都是逆反应速率,无法判断正逆
14、反应速率相等,无法判断各组分浓度是否不变。,(5)对于反应A(g)+B(g)2C(g)+D(g),当密度保持不变,在恒温恒容或恒温恒压条件下,均不能作为达到化学平衡状态的标志。()提示:。由于反应前后,气体的质量不变,在恒温恒容条件下,混合气体的密度始终不变,则密度不能判断是否达到了平衡状态;而恒温恒压条件下,混合气体的密度保持不变时,反应达到平衡。,(6)对于反应2A(g)+B(s)3C(g),在恒温恒容密闭容器中反应,当混合气体的密度或压强保持不变时,都说明反应已达到平衡状态。()提示:。反应前后气态物质的体积不相等,故恒温恒容密闭容器中混合气体的密度或压强不再发生变化都能作为判断是否达到
15、化学平衡状态的依据。,(7)平衡常数表达式中,可以是物质的任一浓度。()提示:。在进行平衡常数K的计算时,要将固体和液体物质的浓度看成“1”,且不在表达式中体现。,(8)催化剂能改变化学反应速率,也能改变平衡常数。()提示:。化学平衡常数只受温度的影响,催化剂不能改变平衡常数。,2.化工生产中经常需要研究不同温度下平衡常数、投料比及产率等问题。世纪金榜导学号已知CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的平衡常数随温度的变化如下表:,试回答下列问题:(1)上述反应的正反应是_反应(填“放热”或“吸热”)。(2)某温度下,上述反应达到平衡后,保持容器体积不变,升高温度,正反应速率_(填“增
16、大”“减小”或“不变”),容器内混合气体的压强_(填“增大”“减小”或“不变”)。,(3)830时,在恒容反应器中发生上述反应,按下表中的物质的量投入反应混合物,其中向正反应方向进行的有_(选填字母)。,(4)在830时,在2L的密闭容器中加入4molCO(g)和6molH2O(g)达到平衡时,CO的转化率是_。,【解析】(1)由表格数据可知,升温,化学平衡常数减小,故正反应为放热反应。(2)升高温度,正、逆反应速率均增大;容器体积不变的情况下,升高温度,则容器内混合气体的压强增大。(3)830时,化学平衡常数为1,即若n(CO2)n(H2)105时,就认为反应基本进行完全了,当K10-5时,
17、认为反应很难进行。,(2)判断反应的热效应。(3)计算反应物的转化率。,3.化学平衡常数使用时的注意事项(1)稀水溶液中进行的反应,虽然H2O参与反应,但是H2O只作为溶剂,不能代入平衡常数表达式。如NH4Cl+H2ONH3H2O+HCl的平衡常数表达式为K=。,(2)化学平衡发生移动,反应物的转化率发生变化,但是平衡常数不一定发生变化。但是若平衡常数发生变化,则平衡一定发生移动。(3)同一化学反应,可以用不同的化学方程式表示,每个化学方程式都有自己的平衡常数表达式及相应的平衡常数。因此,要注意使用与反应方程式相对应的平衡常数。,考点3:化学平衡计算法三段式法(b、c)【典例精析】【典例】活性
18、炭可处理大气污染物NO,反应原理:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)H0。T时,在2L密闭容器中加入0.100molNO和2.030mol活性炭(无杂质),平衡时活性炭物质的量是2.000mol。下列说法不合理的是世纪金榜导学号(),A.该温度下的平衡常数:K=B.达到平衡时,NO的转化率是60%C.3min末达到平衡,则v(NO)=0.01molL-1min-1D.升高温度有利于活性炭处理更多的污染物NO,【解析】选D。利用三段式分析:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)起始物质的量(mol)2.0300.10000转化物质的量(mol)0.0300.0600.0300
19、.030平衡物质的量(mol)2.0000.0400.0300.030,平衡时各物质的浓度:c(NO)=0.02molL-1,c(N2)=0.015molL-1,c(CO2)=0.015molL-1。A项,该温度下的平衡常数:K=,正确;B项,达到平衡时,NO的转化率:100%=60%,正确;C项,3min末达到平衡,则v(NO)=0.01molL-1min-1,正确;D项,该反应是放热反应,升高温度使反应平衡左移,错误。,【强化训练】1.一定条件下,对于可逆反应X(g)+3Y(g)2Z(g),若X、Y、Z的起始浓度分别为c0(X)、c0(Y)、c0(Z)(均不为零),达到平衡时,X、Y、Z的
20、浓度分别为0.1molL-1、0.3molL-1、0.08molL-1,则下列判断正确的是(),A.c0(X)c0(Y)=31B.平衡时,Y和Z的生成速率之比为23C.X、Y的转化率不相等D.c0(X)的取值范围为0molL-10。(3)恒容容器充入N2体积不变,不影响平衡移动,D错误;增大生成物浓度,平衡逆向移动,C错误;对于方程式左边气体不唯一的反应,增大一种反应物浓度,该物质转化率下降,另一种反应物转化率增大,所以A错误,B正确。答案:(1)2.52.810-3(2)(3)B,【归纳总结】1.“三段式”计算的步骤,2.“三段式”计算的方法具体方法:可按下列模式进行计算:如mA(g)+nB
21、(g)pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量浓度分别为amolL-1、bmolL-1,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mxmolL-1。,mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)起始(molL-1)ab00变化(molL-1)mxnxpxqx平衡(molL-1)a-mxb-nxpxqx,相关计算:平衡常数:K=。A的平衡转化率:(A)平=100%。A的物质的量分数:w(A)=100%。混合气体的平均密度:。混合气体的平均摩尔质量:。,3.有关化学平衡计算的注意事项(1)注意反应物和生成物的浓度关系:反应物:c(平)=c(始)-c(变);生成物:c(平)=c(始)+c(变)。(2)利用和计算时要注意m总应为气体的质量,V应为反应容器的体积,n总应为气体的物质的量。,(3)起始浓度、平衡浓度不一定呈现化学计量数比,但物质之间是按化学计量数反应和生成的,故各物质的浓度变化之比一定等于化学计量数比,这是计算的关键。,