化学反应的方向和限度教案.pdf
第 1 页（共 11 页）学科 化学 年级 高二 教材版本 苏教版 课题名称 化学反应的方向和限度 课时计划 第（）课时共（）课时 教学目标 1、学会用焓变和熵变说明化学反应的方向 2、学会判断化学反应的方向 3、化学的平衡状态的判断 4、化学平衡常数的公式及其应用 教学 重点难点 化学反应方向的判断，化学平衡判断，平衡常数的应用 【知识再现】一、化学反应的方向 思考：自然界中有许多自然而然发生的现象，物质间的化学反应是否也能自然发生呢？请联系已学知识举例。（1）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应生成盐酸和氢氧化钠。(2)铁器暴露在潮湿空气中会生锈；这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的。（一）、自发反应 1、定义：在一定条件下，无需外界帮助就能自动进行的反应。（二）、判断化学反应方向的依据 1、能量判据：体系趋向于从高能状态转变为低能状态（H 0）。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，反应越完全 焓变（H）是决定反应能否自发进行的因素之一，但不是唯一因素。教材 43页观察与思考【思考】该反应是吸热还是放热反应？该反应能自发进行的可能原因是什么？反应现象及结论:硝酸铵的溶解过程是吸热过程却能自发进行；碳酸钙常温下不能自发进行，但高温下也能自发进行。2、结论：（1）大多数能自发进行的化学反应是放热反应（2）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发进行（3）有不少吸热过程也能自发进行 第 2 页（共 11 页）【思考】为什么有些吸热反应或吸热过程也能自发进行呢？CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)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混乱度增大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。3、熵的判据 研究表明，除热效应外，决定反应能否自发进行的另一因素体系的混乱度（熵S）熵：衡量一个体系混乱度的物理量 符号：S 对于同一物质：S(g)S(l)S(s)熵变：反应前后体系的熵的变化叫做反应的熵变，用S 表示。S=S生成物总熵 S 反应物总熵 S0 说明反应的混乱度增大。反应的S 越大,越有利于反应自发进行，这个判据叫熵判据。【课堂练习】根据已有的知识和经验，判断下列过程的熵变大于零还是小于零。（1）H2O（s）H2O（l）H2O（g）（2）2NaHCO3（s）Na2CO3(S)+CO2(g)+H2O（g）（3）NaOH(s)=Na+（aq）+OH-（aq）（4）N2(g)+3H2 (g)2NH3(g)4、反应自发进行的判断 体系能量降低和混乱度增大都有促使反应自发进行的倾向。所以要正确判断一个反应是否能自发进行，必须综合考虑反应的焓变H 即能量判据和熵变S 即熵判据.)(2)()(2)()()(222324lOHsCaClgNHsOHCasClNH 第 3 页（共 11 页）焓变与熵变对反应方向的共同影响（复合判据）H T S 0 则反应自发进行，H T S=0 反应到达平衡状态，H T S 0 反应不能自发进行。【课堂练习】1、下列过程是非自发的是（）A.水由高处向低处流 B.天然气的燃烧；C.铁在潮湿空气中生锈 D.室温下水结成冰 2、碳酸铵（NH4）2CO3在室温下就能自发地分解产生氨气，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，使体系的熵增大 B.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分解；D.碳酸盐都不稳定，都能自发分解。【补充】1、反应的自发性只能用于判断反应的方向，不能确定反应是否一定会发生和过程发生的速率。如钢制器件腐蚀。2、在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰时体系的性质。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。如石灰石分解，常温下是非自发的，但在1273K时是自发的反应。【课堂练习】1、下列说法正确的是（）A.凡是放热反应都是自发的，凡是吸热反应都是非自发的；B.自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减少或不变；C.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。2、自发进行的反应一定是（）A.吸热反应 B.放热反应 C.熵增加反应 D.熵增加或者放热反应 3、下列说法正确的是（）A、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 第 4 页（共 11 页）C、自发进行的反应一定容易发生 D、有些吸热反应也能自发进行 4、25和 1.01105Pa时，反应 2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）；H=56.76kJ/mol，自发进行的原因是（）A.是吸热反应 B.是放热反应 C.是熵减少的反应 D.熵增大效应大于能量效应 二、化学平衡状态【思考】高炉炼铁的主要反应为：Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2，从炼铁炉口排出的尾气中含有一定量的 CO。100多年前，人们曾认为这是由于 CO与铁矿石接触时间不够的缘故。为使反应进行的完全，当时曾耗巨资改建高炉，以延长 CO和 Fe2O3的接触时间，结果尾气中CO 的含量并未减少。为什么？（一）、可逆反应 1、定义：在相同条件下同时向正、反两个方向进行的反应【课堂练习】下列说法是否正确：1、氢气在氧气中燃烧生成水，水在电解时生成氢气和氧气，H2+O2=H2O 是可逆反应。2、硫酸铜晶体加热变成白色粉末，冷却又变成蓝色，所以无水硫酸铜结合结晶水的反应是可逆反应。3、氯化铵加热变成氨气和氯化氢气体，两种气体又自发变成氯化铵，氯化铵的分解是可逆反应。2、可逆反应的特点 相同条件下，正反应和逆反应同时发生 可逆反应有一定的限度(反应不能进行到底)即反应物、生成物共同存在 【例题】1、（双项）下列为可逆反应的是 （）A、氢气与氧气点燃可化合成水,水电解可生成氢气和氧气,因此氢气与氧气的反应是可逆反应。B、在催化剂的作用下，二氧化硫与氧气反应生成三氧化硫的同时，三氧化硫又有分解。C、合成氨的反应，在现有技术条件下，其转化率总是达不到百分百。D、碳酸钙在高温下分解生成氧化钙和二氧化碳，氧化钙和二氧化碳在常温下生成碳酸钙，第 5 页（共 11 页）因此这二个反应是可逆反应。2、在一定条件下，向一固定容积的容器中投入2molNO2进行反应：2NO22NO+O2，一段时间后测得 NO2、NO、O2的物质的量可能是 （）A、2 mol NO、0.75 mol O2 B、1 mol NO2、1.2 mol NO C、2 mol NO D、0.7 mol O2 （二）、化学平衡 CO+H2OCO2+H2 【思考】1、随着反应的进行，反应物和生成物的浓度如何变化？正、逆反应速率如何变化?2、当反应进行足够长时间后，反应物和生成物的浓度是否发生变化？正、逆反应的速率是否发生变化？3、当反应进行足够长时间后，是否意味着反应就停止了？1、化学平衡状态 定义：指在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。化学平衡状态的特征：逆：化学平衡的研究对象是可逆反应 等：v(正)v(逆)0 动：动态平衡，v(正)=v(逆)0 定：c(B)或 n(B)或 (B)一定 变：条件改变平衡改变 【例】在一定的温度下，固定容器中发生可逆反应：A(g)+3B(g)2C(g)达到平衡的标志是（）第 6 页（共 11 页）A.C的生成速率与 C 的分解速率相等 B.单位时间生成 n molA，同时生成 3n molB C.A、B、C 的物质的量浓度保持不变 D.A、B、C 的分子数之比为 1：3：2 E.容器中气体的密度保持不变 F.混合气体的平均摩尔质量保持不变 G.容器中气体的总压强保持不变 化学平衡状态的标志(1)等速标志 v正=v逆（本质特征）同一种物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率。不同的物质：速率之比等于方程式中各物质的计量数之比，但必须是不同方向的速率。(2)恒浓标志 反应混合物中各组成成分的含量保持不变（浓度标志）：各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积（气体）、物质的量浓度均保持不变。各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数均保持不变。若反应前后的物质都是气体，且总体积不等，则气体的总物质的量、总压强（恒温、恒容）、平均摩尔质量、混合气体的密度（恒温、恒压）均保持不变。反应物的转化率、产物的产率保持不变。【例题】1、下列说法中可以充分说明反应:P(气)+Q(气)R(气)+S(气)，在恒温下已达平衡状态的是 （）A.反应容器内压强不随时间变化 B.P和 S 的生成速率相等 C.反应容器内 P、Q、R、S 四者共存 D.反应容器内总物质的量不随时间而变化 2、（双项）下列说法可以证明反应 N2+3H22NH3 已达平衡状态的是 （)A.1 个 N N 键断裂的同时,有 3 个 H H 键形成 B.1个 N N 键断裂的同时,有 3 个 H H 键断裂 C.1 个 N N 键断裂的同时,有 6 个 N H 键断裂 D.1个 N N 键断裂的同时,有 6 个 N H 键形成 3、（双项）在一定温度下的恒容容器中，当下列物理量不再发生变化时，表明反应:A(s)+3B(g)2C(g)+D(g)已达平衡状态的是 ()A.混合气体的压强 B.混合气体的密度 C.B 的物质的量浓度 D.气体的总物质的量 第 7 页（共 11 页）化学平衡的标志判断可逆反应达到平衡状态的方法和依据 列举反应 mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)混合物体系中各成分的含量 1、各物质的物质的量或物质的量分数一定 平衡 2、各物质的质量或质量分数一定 平衡 3、各气体的体积或体积分数一定 平衡 4、总体积、总压强、总物质的量一定 不一定平衡 正、逆反应速率的关系 1、在单位时间内消耗了m mol A，同时生成了 m molA，即 v(正)=v(逆)平衡 2、在单位时间内消耗了n mol B，同时消耗了 p molC，即 v(正)=v(逆)平衡 3、v(A):v(B):v(C):v(D)=m:n:p:q,v(正)v(逆)不一定平衡 4、在单位时间内生成了a molB,同时消耗了q mol D,v(正)v(逆)不一定平衡 5、单位时间内同一物质断裂的化学键与生成的化学键的物质的量相等 平衡 压强 1、m+n p+q时，总压强一定（其他条件一定）平衡 2、若 m+n=p+q，总压强一定（其他条件一定）不一定平衡 混合气体的平均相对分子质量（Mr）Mr一定，m+n p+q时 平衡 Mr一定，但 m+n=p+q时 不一定平衡 温度 任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时（其他条件不变）平衡 体系的 密度 密度一定 不一定平衡 颜色 含有有色物质的体系颜色不再变化 平衡 第 8 页（共 11 页）【强化训练】1、已知 100 kPa、298.15 K 时氢氟酸的电离过程 HF（aq）=H+(aq)+F-（aq H=-12.5 kJ mol-1,S=-102.5 Jmol-1K-1，试判断该过程的自发性。2、对于温度与反应方向的关系，下列判断不正确的是（）A.H 0,S 0，所有温度下反应自发进行 B.H 0,S 0，所有温度下反应自发进行 C.H 0,S 0，低温下反应自发进行 D.H 0,S 0，所有温度下反应不能自发进行 3、（1）(4 分)某温度时，在 2 L容器中，X、Y、Z 三种物质的物质的 量随时间变化曲线图2 3 所示。由图中数据分析，该反应的 化学方程式为：_。反应开始至 2 min，Z 的平均反应速率为 _。（2）(6 分)取 a mol A和 b mol B置于 V L容器中，发生可逆反应：A（g）B（g）C（g）D（g），1 min后，测得容器内 A 的浓度为 x mol1，这时 B 的浓度为：；C的浓度为：。在这段时间内反应速率若以物质 A的浓度变化来表示，应为_。4、(8 分)1918年，Lewis提出反应速率的碰撞理论：反应物分子间的相互碰撞是反应进行的必要条件，但并不是每次碰撞都能引起反应，只有少数碰撞才能发生化学反应。能引发化学反应的碰撞称之为有效碰撞。图 B A C 图 I 第 9 页（共 11 页）(1)图 I 是 HI 分解反应中 HI 分子之间的几种碰撞示意图，其中属于有效碰撞的是 （选填“A”、“B”或“C”）；(2)20世纪 30 年代，Eyring和 Pelzer在碰撞理论的基础上提出化学反应的过渡态理论：化学反应并不是通过简单的碰撞就能完成的，而是在反应物到生成物的过程中经过一个高能量的过渡态。图是 NO2和 CO 反应生成 CO2和 NO 过程中能量变化示意图，请写出 NO2和 CO 反应的热化学方程式：；(3)进一步研究表明，化学反应的能量变化(H)与反应物和生成物的键能有关。键能可以简单的理解为断开 1 mol 化学键时所需吸收的能量。下表是部分化学键的键能数据：已知：反应 CH4(g)+Cl2(g)=CH3Cl(g)+HCl(g)；H=-106kJ/mol，则上表中 X 。【课后作业】1、在一定温度下，可逆反应 4A(g)+5B(g)4C(g)+6D(g)达到平衡的标志是()A.单位时间内消耗 nmol的 A，同时生成 nmol的 C B.单位时间内消耗 4nmol的 A，同时消耗 5nmol的 B C.A、B、C、D 的分子数之比为 4 5 4 6 D.容器内的总压不随时间变化 2、在密闭容器中进行如下反应：N2+3H22NH3，若将平衡系中各物质的浓度都增大到原来的 2 倍，则产生的结果是()A.平衡不移动 B.平衡向正反应方向移动 C.平衡向逆反应方向移动 D.正反应速率增大，逆反应速率减小 化学键 C H ClCl C Cl H Cl 键能/kJmol1 X 243 330 432 第 10 页（共 11 页）3、在一个固定容积的密闭容器中，可逆反应：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)中，当 m、n、p、q 为任意正整数时，达到平衡的标志是()A.体系压强不再发生变化 B.各组分的物质的量浓度不再改变 C.各组分的质量分数不再改变 D.反应速率 vAvBvCvD=mm p q 4、在相同条件下(T500K)，有相同体积的甲、乙两容器，甲容器中充入1gSO2和 1gO2，乙容器充入 2gSO2和 2gO2.下列叙述错误的是()A.化学反应速率：乙甲 B.平衡后 O2的浓度：乙甲 C.平衡后 SO2的转化率：乙甲 D.平衡后 SO2的体积分数：乙甲 5、在 1 只固定容积的密闭容器中，放入 3L 气体 X 和 2L 气体 Y，在一定条件下发生了下列反应：4X(g)+3Y(g)2Q(g)+nR(g)达平衡后，容器内温度不变，混合气体的压强比原来增大了 5%，X 的浓度减小 1/3.则此反应中的 n 值是()A.3 B.4 C.5 D.6 6、某温度下，反应 N2O4(g)2NO2(g)-Q在密闭容器中达到平衡。下列说法不正确的是()A.加压时(体积变小)，将使正反应速率增大 B.保持体积不变，加入少许NO2，将使正反应速率减小 C.保持体积不变，加入少许N2O4，再达平衡时，颜色变深 D.保持体积不变，升高温度，再达平衡时颜色变深 7、将固体 NH4I 置于密闭容器中，在某温度下发生下列反应：NH4I(s)NH3(g)+HI(g),2HI(g)H2(g)+I2(g)，当反应达到平衡时，H2=0.5mol/L HI=4mol/L，则 NH3的浓度为()A.3.5mol/L B.4.0mol/L C.4.5mol/L D.5.0mol/L 第 11 页（共 11 页）注：此表用作每次课的教学设计方案
