《化学反应的方向和限度》学案2(苏教版选修4).docx

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1、化学反响的方向及判据1.反响焓变与反响方向1多数能自发进行的化学反响是放热反响。如氢氧化亚铁的水溶液在空气中被氧化为氢氧化铁的反响是自发的，其H298K=444.3kJmol12局部吸热反响也能自发进行。如NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CH3COONH4(aq)+CO2(g)+H2O(l)，其H298K= +37.30kJmol1。3有一些吸热反响在常温下不能自发进行，在较高温度下那么能自发进行。如碳酸钙的分解。因此，反响焓变不是决定反响能否自发进行的唯一依据。2.反响熵变与反响方向1熵：描述大量粒子混乱度的物理量，符号为S，单位Jmol1K1，熵值越大，体系的混乱度越大。2化

2、学反响的熵变S：反响产物的总熵与反响物总熵之差。3反响熵变与反响方向的关系多数熵增加的反响在常温常压下均可自发进行。产生气体的反响、气体物质的量增加的反响，熵变都是正值，为熵增加反响。有些熵增加的反响在常温下不能自发进行，但在较高温度下那么可自发进行。如碳酸钙的分解。个别熵减少的反响，在一定条件下也可自发进行。如铝热反响的S= 133.8 Jmol1K1，在点燃的条件下即可自发进行。4.焓变和熵变对反响方向的共同影响“四象限法判断化学反响的方向。在温度、压强一定的条件下，化学反响的方向的判据为：HTS0反响能自发进行HTS=0反响到达平衡状态HTS0反响不能自发进行反响放热和熵增加都有利于反响

3、自发进行。该判据指出的是化学反响自发进行的趋势。S0H0所有温度下反响均不能自发进行S0H0所有温度下均可自发进行S0H0高温下反响自发进行S0H0低温下反响自发进行yx、典型例题.第象限符号为“、S0、H0时化学反响的方向高温下反响自发进行【例】石灰石的分解反响为：CaCO3(s)=CaO(s) +CO2(g)其H298K=178.2kJmol，S298K=169.6Jmol1K1试根据以上数据判断该反响在常温下是否自发进行其分解温度是多少【解析】HS178.2kJmol103169.6kJmol1K1 =128kJmol10298K时，反响不能自发进行。即常温下该反响不能自发进行。由于该反

4、响是吸热的熵增加反响，升高温度可使HS0，假设反响焓变和熵变不随温度变化而变化，据HS0可知，H/S =178.2kJmol/103169.6kJmol1K1=1051K，即温度高于时反响可自发进行。.第象限符号为“、S0、H0时化学反响的方向所有温度下反响均能自发进行【例】双氧水、水在、kPa时的标准摩尔生成焓的数据如下：物 质fH/kJmolH2O(l).H2O2(l).O2g0试由以上数据计算双氧水发生分解反响的热效应。假设双氧水发生分解反响生成液态水和氧气时，其S=57.16Jmol1K1试判断该反响在常温下能否自发进行。假设温度到达时，反响能否自发进行。【解析】根据H =H产物H反响

5、物得，H =.kJmol+02.kJmol=.kJmol。2在时，HS.kJmol(298K10357.16kJmol1K1) =152.23 kJmol0该反响在常温下可自发进行。温度到达，且假定焓变和熵变不随温度变化而变化，HS.kJmol(K10357.16kJmol1K1)=.kJmol0故S0、H0时，仅从符号上进行分析，无论温度如何变化，恒有HS0，故化学反响的方向所有温度下反响均能自发进行。.第象限符号为“、S0、H0时化学反响的方向低温下反响可以自发进行【例】常温下氢氧化亚铁与空气中的氧气及水有可能发生反响，即：Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3

6、(s)，该反响在时的H= 444.3 kJmol，S=.1 Jmol1K1试问该反响在常温下是否自发进行【解析】根据HS444.3 kJmol103.1 kJmol1K1= 360.83 kJmol0，故时反响可自发进行。由于焓变和熵变的作用相反，且二者相差悬殊，焓变对反响的方向起决定性作用，故反响可自发进行。假定温度到达，那么HS444.3 kJmol103.1 kJmol1K1.9 kJmol0，反响不能自发行。即高温下反响不能自发进行。.第象限符号为“、S0、H0时化学反响的方向所有温度下反响均不能自发进行【例】(g)s，石墨/g，其H.5 kJmolS=.Jmol1K1，试判断该反响在

7、和时反响是否自发进行【解析】时，HS.5 kJmol103.kJmol1K1) =137.13 kJmol0，故时反响不能自发进行。时，HS.5 kJmol103.kJmol1K1) =. kJmol0，故时，反响也不能自发进行。事实上，S0、H0时，仅从符号上进行分析，无论温度如何变化，恒有HS，故化学反响的方向所有温度下反响均不能自发进行。从以上四个象限的情况来看，交叉象限的情况相反相成，第象限高温下反响自发进行和第象限低温下反响自发进行相反相成，第象限所有温度下均可自发进行和第象限所有温度下反响均不能自发进行相反相成。分析化学反响的方向的热力学判据是HTS0，而这个判据是温度、压强一定的

8、条件下反响自发进行的趋势，并不能说明反响能否实际发生，因为反响能否实际发生还涉及动力学问题。根底过关化学反响的限度1.可逆反响：在相同条件下同时向正、反两个方向进行的反响称为可逆反响。在可逆反响中使用“。2.化学平衡状态：1概念：在一定条件下可逆反响进行到一定程度时，正反响速率和逆反响速率相等，反响物和生成物的浓度不再发生变化，这种状态称为化学平衡状态，简称化学平衡。2特征：逆：化学平衡研究的对象是可逆反响。等：V正=V逆0动：化学平衡是动态平衡。虽然V正=V逆，但正、逆反响仍在进行。定：反响物和生成物的浓度保持一定。变：外界条件改变，平衡也随之改变。3.化学平衡常数：1概念：对于一定条件下的

9、可逆反响aA+bB cC+dD，到达化学平衡时，生成物浓度的乘幂的乘积与反响物浓度的乘幂的乘积之比为一常数，记作Kc，称为化学平衡常数(浓度平衡常数)。AaBbCcDdKc=2数学表达式：pa(A)pb(B)pc(C)pd(D)Kp=如果反响物和生成物均为气体，当到达化学平衡时，将由各物质平衡分压算得的平衡常数称为压强平衡常数。即浓度平衡常数和压强平衡常数均称为化学平衡常数。3意义：平衡常数的大小化学反响可能进行的程度即反响限度；平衡常数的数值越大，说明反响进行得越完全。4影响因素：只与温度有关，而与浓度无关。4.平衡转化率：对于可逆反响aA+bB cC+dD，反响物A的平衡转化率可以表示为：

10、A=c0(A) A/c0(A)100%5. 反响条件对化学平衡的影响(1)化学平衡移动：一定条件下的可逆反响到达平衡状态以后，反响条件改变，平衡混合物中各组分的浓度也随之发生改变而到达新的平衡状态，这种由一个平衡到达新的平衡的过程称为化学平衡移动。2反响条件对化学平衡的影响改变温度：升高温度，化学平衡向吸热反响方向移动。降低温度，化学平衡向放热反响方向移动。改变浓度：假设QcKc，化学平衡正向向右移动。假设QcKc，化学平衡逆向向左移动。改变压强：假设QpKp，化学平衡正向向右移动。假设QpKp，化学平衡逆向向左移动。3勒夏特列原理：在封闭体系中，如果只改变平衡体系中的一个条件时，平衡将向减弱

11、这个条件改变的方向移动。典型例题【例1】2022天津卷，1014分二甲醚是一种重要的清洁燃料，也可替代氟利昂作制冷剂等，对臭氧层无破坏作用。工业上可利用煤的气化产物水煤气合成二甲醚。请答复以下问题： 煤的气化的主要化学反响方程式为：_。 煤的气化过程中产生的有害气体H2S用Na2CO3溶液吸收，生成两种酸式盐，该反响的化学方程式为：_。 利用水煤气合成二甲醚的三步反响如下： 2H2(g) + CO(g) CH3OH(g)；H 90.8 kJmol1 2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)；H 23.5 kJmol1 CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)

12、；H 41.3 kJmol1总反响：3H2(g) + 3CO(g) CH3OCH3(g) + CO2 (g)的H _；一定条件下的密闭容器中，该总反响到达平衡，要提高CO的转化率，可以采取的措施是_填字母代号。a高温高压 b参加催化剂 c减少CO2的浓度d增加CO的浓度 e别离出二甲醚 反响2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)某温度下的平衡常数为400 。此温度下，在密闭容器中参加CH3OH ，反响到某时刻测得各组分的浓度如下：物质CH3OHCH3OCH3H2O浓度/molL10.440.60.6 比较此时正、逆反响速率的大小：v正 _ v逆 填“、“或“)。 假设参加C

13、H3OH后，经10 min反响到达平衡，此时c(CH3OH) _；该时间内反响速率v(CH3OH) _。解析：(1)煤生成水煤气的反响为C+H2OCO+H2。(2)既然生成两种酸式盐，应是NaHCO3和NaHS，故方程式为：Na2CO3+H2S=NaHCO3+NaHS。(3)观察目标方程式，应是2+，故H=2H1+H2+H3=-246.4kJ mol -1。正反响是放热反响，升高温度平衡左移，CO转化率减小；参加催化剂，平衡不移动，转化率不变；减少CO2的浓度、别离出二甲醚，平衡右移，CO转化率增大；增大CO浓度，平衡右移，但CO转化率降低；应选c、e。(4)此时的浓度商Q=1.86400，反

14、响未到达平衡状态，向正反响方向移动，故正逆；设平衡时生成物的浓度为0.6+x，那么甲醇的浓度为0.44-2x有：400=，解得x=0.2 molL-1，故0.44 molL-1-2x=0.04 molL-1。由表可知，甲醇的起始浓度度为(0.44+1.2) molL-1=1.64 molL-1，其平衡浓度为0.04 molL-1，10min变化的浓度为1.6 molL-1，故(CH3OH)=0.16 molL-1min-1。答案：(1) C+H2OCO+H2。(2) Na2CO3+H2S=NaHCO3+NaHS(3) -246.4kJ mol-1 c、e(4) 0.04 molL-1 0.16

15、 molL-1min-1命题立意：此题是化学反响原理的综合性试题，考查了化学方程式的书写、盖斯定律的应用、化学平衡移动原理，和利用浓度商和平衡常数的关系判断平衡移动的方向、平衡常数和速率的计算等。【例2】2022四川理综卷，13反响aM(g)+bN(g)cP(g)+dQ(g)到达平衡时。M的体积分数y(M)与反响条件的关系如下列图。其中：Z表示反响开始时N的物质的量与M的物质的量之比。以下说法正确的选项是A.同温同压Z时，参加催化剂，平衡时Q的体积分数增加B.同压同Z时，升高温度，平衡时Q的体积分数增加C.同温同Z时，增加压强，平衡时Q的体积分数增加D.同温同压时，增加Z，平衡时Q的体积分数增

16、加。答案：B解析：此题考查了平衡移动原理的应用。A项参加催化剂只能改变反响速率，不会使平衡移动。B项由图像1知随着温度的升高M的体积分数降低，说明正反响吸热，所以温度升高平衡正向移动，Q的体积分数增加。C项比照12可以看出相同温度条件，压强增大M的体积分数增大，所以正反响是体积缩小的反响，增大压强Q的体积分数减小。D项由C项可以判断D也不对。【稳固练习1】(福建省泉州一中2022届高三上学期期中考试)在1 L密闭容器中，把1 mol A和1 mol B混合发生如下反响：3A(g)+B(g)xC(g)+2D(g)，当反响到达平衡时，生成0.4 mol D，并测得C的平衡浓度为0.4 molL1，

17、以下表达中不正确的选项是 Ax的值为2 BA的转化率为40% CB的平衡浓度为0.8 molL1 DD的体积分数为20%答案 B【稳固练习2】贵州省巴结中学2022届高三10月月考某体积可变的密闭容器，盛有适量的A和B的混合气体，在一定条件下发生反响： ，假设维持温度和压强不变，当到达平衡时，容器的体积为VL，其中C气体的体积占10，以下推断正确 原混合气体体积为1.2VL； 原混合气体的体积为1.1VL； 反响达平衡时气体A消耗0.05VL； 反响达平衡时气体B消耗掉0.05VL。 ABCD答案 A【稳固练习3】重庆西南师大附中2022年上学期期末考试T时，A气体与B气体反响生成C气体。反响

18、过程中A、B、C物质的量变化如图所示；假设保持其他条件不变，温度分别为T1和T2时，B的体积分数与时间的关系如图所示，那么以下结论正确的选项是 0.90.60.40.34BCA物质的量mol时间t10()A在t1+1min时，保持其他条件不变，增大压强，平衡向逆反响方向移动B在t1+1min时，保持容器总压强不变，通入稀有气体，平衡向正反响方向移动C不再增减物质，只改变压强或温度时，A的体积分数V(A)%变化范围为25%V(A)%40%D其他条件不变，升高温度，正、逆反响速率均增大，且A的转化率增大答案 C根底过关反响速率与限度理论在化工生产上的应用1.合成氨的反响原理：N2g+3H2g 2N

19、H3g298K时，H=92.2kJmol1特点：合成氨是一个气体体积缩小的放热的可逆反响。2.合成氨适宜条件的选择1选择依据：从提高反响速率的角度分析，提高反响温度、使用催化剂、适当提高氮氢比；从平衡移动的角度分析，降低温度、提高压强和适时别离反响产物氨；从实际生产的角度分析，温度和压强要与生产实际相适应。2选择原那么：能加快反响速率；提高原料的利用率；提高单位时间内的产量；对设备条件要求不能太高。3合成氨的适宜条件：使用催化剂；适宜的压强：21075107Pa；适宜的温度：500左右；及时别离出氨和及时补充氮气和氢气。原料气的制备净化压缩合成别离液氨氮气、氢气的循环使用4合成氨的简要流程：典

20、型例题【例1】2022安徽卷低脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物，发生的化学反响为：2NH2gNOgNH2g2H3g3H2Og H0在恒容的密闭容器中，以下有关说法正确的选项是A.平衡时，其他条件不变，升高温度可使该反响的平衡常数增大B.平衡时，其他条件不变，增加NH3的浓度，废气中氮氧化物的转化率减小C.单位时间内消耗NO和N2的物质的量比为12时，反响到达平衡D.其他条件不变，使用高效催化剂，废气中氮氧化物的转化率增大答案：C解析：A选项，放热反响升温平衡常数减小，错误；增大一个反响物浓度另一反响物转化率增大，B错；使用催化剂平衡不移动，D错。【例2】2022重庆卷15分某兴趣小组用题27

21、图装置探究氨的催化氧化1氨催化氧化的化学方程式为_2加热玻璃管2一段时间后，挤压1中打气球鼓入空气，观察到2中物质呈红热状态；停止加热后仍能保持红热，该反响是_反响填“吸热或“放热3为保证在装置4中观察到红棕色气体，装置3应装入_；假设取消3，在4中仅观察到大量白烟，原因是_4为实现氨催化氧化，也可用装置5替换装置_填装置代号；化合物X为_只写一种，Na2O2的作用是_答案15分14NH3+5O24NO+6H2O2放热3浓H2SO4；生成的NO与O2反响生成NO2,NO2与水反响生成HNO3，NH3与HNO3反响生成了 (4)I;与HCL反响生成氧气合理答案均给分【解析】此题考查氨的催化氧化。

22、1和氧化生成。2该反响为放热，故不加热后仍能保持红热状态。3产物中有和，会被氧化生成，在于空气中的水蒸气反响生成,而与会产生白烟。4装置5与1均产生科产生。加热分解可得和HCL,而HCL与可生成。【例3】2022广东24科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮的新方法。曾有实验报道：在常温、常压、光照条件下，N2在催化剂掺有少量Fe2O3的TiO2外表与水发生反响，生成的主要产物为NH3。进一步研究NH3生成量与温度的关系，局部实验数据见下表光照、N2压力1.0105 Pa、反响时间3 h:T/K303313323353NH3生成量/10-6 mol4.85.96.02.0相应的热化学方程式

23、如下：N2(g)+3H2O(l) 2NH3(g)+O2(g)H=+765.2 kJmol-1答复以下问题：1请画出上述反响在有催化剂与无催化剂两种情况下反响过程中体系能量变化示意图，并进行必要标注。2与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反响速率慢。请提出可提高其反响速率且增大NH3生成量的建议：。3工业合成氨的反响为N2g+3H2(g) 2NH3(g)。设在容积为2.0 L的密闭容器中充入0.60 mol N2(g)和1.60 mol H2(g),反响在一定条件下到达平衡时，NH3的物质的量分数NH3的物质的量与反响体系中总的物质的量之比为。计算：该条件下N2的平衡转化率；该条件下

24、反响2NH3g N2(g)+3H2(g)的平衡常数。答案 1 (2)升温、增大N2浓度、不断移出生成物366.7% 5.010-3mol2L-2解析 1催化剂能降低反响的活化能，改变反响的历程，使一个高能变过程变为几个能量相对低的过程，使反响易发生。要点是有催化剂时能量低而过程阶段多了。图见答案。2加快反响速率且增大NH3生成量的方法是升温、增大N2浓度、不断移出生成物。3解：设反响过程消耗xmolN2(g)。N2g+3H2(g) 2NH3(g)起始物质的量/mol 0.60 1.60 0平衡物质的量/mol 0.60-x 1.60-3x 2x平衡时反响体系总物质的量=0.60-x+(1.60-3x)+2xmol=(2.20-2x) molNH3(g)的物质的量分数=2x(2.20-2x)=x=0.40N2的平衡转化率=100%=66.7%设反响2NH3g N2(g)+3H2(g)的平衡常数为K。平衡时，c(NH3)=20.40 mol2.0 L=0.40 molL-1c(N2)=(0.60-0.40) mol2.0 L=0.10 molL-1c(H2)=(1.60-30.40) mol2.0 L=0.20 molL-1K=(0.10 molL-1)0.20 molL-13(0.40 molL-1)2=5.010-3mol2L-2