江苏省连云港市赣榆县赣榆县海头高级中学2015高中化学 专题2 第2单元 化学反应的方向和限度检测题 苏教版选修4.doc
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1、化学反应的方向和限度新知预习一、化学反应的方向1.多数能自发进行的化学反应是_,但是,有不少_也能自发进行,还有一些_在室温条件下_自发进行,但在_温度下则_自发进行。2.固体硝酸铵的溶解是_热过程,氢氧化钠的溶解是_热过程,而氯化钠和蔗糖溶解过程的_变微乎其微,这些过程都是_进行的,显然,_不是这些过程自发进行的决定因素。3.固体溶解过程的一个共同特点,是固体中_排列的离子或分子进入到溶液体系中,整个体系由_变为_,即体系的_程度_或说体系的_增大。4.对于一个由大量粒子组成的体系,人们定义一个物理量熵来描述体系的_,符号为_,_越大,体系_越大。在同一条件下不同的物质有_的熵值,而同一物质
2、的熵值与_有关。例如,对同一物质来说,_。物质的量为1 mol的物质的熵通常用_表示。对于水的三态的Sm关系:_。5.反应的熵变S=_。对于确定的化学反应,在一定条件下具有确定的_。产生_的反应,气体物质的_增大的反应,_通常都是_,为_反应。许多_的反应在常温、常压下可以_进行,有些_的反应在常温、常压下_自发进行,但在_温度下可以_进行。6.铝热反应是熵_的反应,它在一定条件下_自发进行。7.在_、_一定的条件下,化学反应的方向是反应的_和_共同影响的结果,反应方向的判据为_:H-TS_0 反应_自发进行H-TS_0 反应达到_H-TS_0 反应_自发进行这个判据用文字表述为:在温度、压力
3、一定的条件下,自发反应总是向H-TS_的方向进行,直至达到_。二、化学反应的限度1.一定条件下的可逆反应,进行一段时间后,一定会达到_状态,此时_速率和_速率相等,反应体系的_不再随时间而变化,反应达到一定的_,在研究大量实验基础上,人们发现可以用_来定量描述化学的应的限度。2.化学平衡常数的定义是在一定_下,当一个_达到_时,生成物_幂之积与反应物_幂之积的_是一个常数,这个常数就是该反应的化学平衡常数(简称平衡常数),用符号_表示。对于化学反应:aA+bBcC+dD平衡常数的表达式为K=如果反应物和生产物均为气体,平衡常数的表达式为_。说明:(1)K越大,说明平衡体系中_所占的比例越大,它
4、的正向反应进行的程度越大,即该反应进行得越_,反应物_越_;反之,就越不完全,转化率就越小。一般地说,K_时,该反应进行得就基本完全了,K只受_影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。(2)平衡常数表达式与_的书写方式有关。对于同一化学反应,由于_不同,各_、生成物的_不同,平衡常数的表达式就_。对于给定的化学反应,正、逆反应的平衡常数互为_。对于反应:N2(g)+H2(g)NH3(g)的化学平衡常数的表达式为Kc=,对于反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的化学平衡常数的表达式为_,对于反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的化学平衡常数的表达式为_,则KcKc=_。对于反应FeO
5、(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)的化学平衡常数的表达式为_。3.借助平衡常数,可以判别一个化学反应是否达到化学平衡状态。对于化学反应aA+bBcC+dD的任意状态,称为浓度商(Qc),若_,说明可逆反应逆向进行v(逆)v(正)。若Qc=Kc,则说明该反应已经达到_,v(正)=v(逆)。若_,则说明该反应正向进行,v(正)v(逆)。4.对于化学反应:aA+bBcC+dD反应物A的转化率可表示为_反应物B的转化率可表示为_知识回顾背景链接生活中的自发过程(1)自然界中水由高处往低处流,而不自动从低处往高处流。(2)生活中电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动,其反方向也不会自动进行。
6、(3)生活中一般在室温下,冰块会融化;铁器暴露在潮湿空气中会生锈;甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧,这些过程都是自发的,其逆反应就是非自发的。知识链接(1)放热的自发反应甲烷燃烧:CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) H=-802.3 kJmol-1铁生锈:2Fe(s)+O2(g)=Fe2O3(s) H=-824 kJmol-1氢气和氧气反应:H2(g)+O2(g) =H2O(l) H=-285.8 kJmol-1氢气和氯气反应:H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) H=-185 kJmol-1(2)吸热的自发过程室温下冰块的融化、硝酸盐类的溶解等都是自发的吸热过程。25
7、和1.01105 Pa时a.N2O5分解:2N2O5(g) =4NO2(g)+O2(g) H=+56.7 kJmol-1b.碳酸铵的分解:(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) H=+74.9 kJmol-1(3)既不吸热也不放热的自发过程 如下图,A、B两瓶分别装有不同的惰性理想气体,两瓶口以活塞相连接。把活塞打开,则两种气体分别向对方瓶子中运动,最终达到两种气体的均匀混合物占据两个瓶子。此自发过程既不吸热也不放热。两种理想气体互相混合的示意图(4)自发过程和自发反应自发过程:在一定条件下不需要外力作用就能自动进行的过程。自发反应:在给定的一组条件下,一个反应可以自发地
8、进行到显著程度,就称为自发反应。互动课堂疏导引导知识点1:化学反应进行方向的判据探究1.自发过程和自发反应(1)自发过程是指不加外力而自动进行的过程。例如:水总是从高处流向低处;热总能从高温物质传向低温物质;高压气体总是向低压处流动。这些都是自发过程。(2)自发过程的特点。从(1)中可看出自发过程都有一定的方向性,并且发生后不能自动恢复到原状。如:水不可能自动流回高处,热传递也不能再恢复,必须借助外力才能恢复。(3)自发反应:在一定条件下自动进行的化学反应,也是一个自发的过程。(4)自发反应的特点完全符合自发过程特点。只能在借助外力作用下,才能进行的反应属于非自发反应。如:H2O只能在电解时才
9、转化成H2和O2,若停止通电,则反应停止。2.反应焓变与反应方向 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,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?分析了大量化学反应及其焓变后人们得知,焓变的确是一个与反应能否自发进行有关的因素。(1)多数能自发进行的化学反应是放热反应。例如:在常温、常压下,氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应是自发的,反应放热:4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)H(298K)=-444.3 kJmol-1(2)有不少吸热反应也能自发进行,如:NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq) =CO2(g)
10、+CH3COONH4(aq)+H2O(l) H(298 K)=+37.30 kJmol-1(3)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。如在室温下和较高温度下均为吸热过程的CaCO3分解反应。CaCO3(s) =CaO(s)+CO2(g) H(298 K)=+178.2 kJmol-1,H(1 200 K)=+176.5 kJmol-1所以反应焓变不是决定反应能否自发进行的唯一因素。3.反应熵变与反应方向(1)你已知道,固体硝酸铵、氢氧化钠、氯化钠和蔗糖都能溶于水,它们溶解的过程与焓变有关吗?是什么因素决定它们的溶解过程能自发进行? 固体硝酸铵的溶解是吸热过程,氢氧
11、化钠的溶解是放热过程,而氯化钠和蔗糖溶解过程的焓变微乎其微,这些过程都是自发进行的。显然,热效应不是这些过程自发进行的决定因素。 由分析可知,固体溶解过程的一个共同特点是固体中整齐排列的离子(如氯化钠晶体中的Na+和Cl-)或分子(如蔗糖固体中的蔗糖分子)进入到溶液体系中,整个体系由有序变为无序,即体系的有序程度降低,或者说体系的混乱度增大。 对于一个由大量粒子组成的体系,人们定义一个物理量熵来描述体系的混乱度,符号为S。熵值越大,体系混乱度越大。在同一条件下不同的物质有不同的熵值,而同一物质的熵值与条件有关。例如,对同一物质来说,S(g)S(l)S(s)。 固体的溶解过程,以及墨水扩散过程和
12、气体扩散过程,都是体系混乱度增大的过程,即熵增加的过程。(2)水的三态的熵的大小比较物质的量为1 mol的物质的熵通常用Sm表示。在冰中,水分子的排列很有序,混乱度很小,所以Sm(s)很小。在液态水中,水分子的运动范围增大,混乱度增大,因此Sm(l)较大。在气态中,水分子可以完全自由地运动,混乱度最大,所以Sm(g)最大。通过比较固态冰、液态水、气态水的Sm,可以体会到物质的存在状态与它们的熵之间的关系。所以,对同一物质来说,Sm(g)Sm(l)Sm(s)。(3)反应熵变与反应方向的关系化学反应中要发生物质的变化或物质状态的变化,因此存在着熵变。反应的熵变S为反应产物总熵与反应物总熵之差。对于
13、确定的化学反应,在一定条件下具有确定的熵变。(1)许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发进行。产生气体的反应,气体物质的物质的量增大的反应,熵变通常都是正值,为熵增加反应。例如:2H2O2(aq)=2H2O(l)+O2(g)S=467.4 Jmol-1K-1NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)CO2(g)+CH3COON=H4(aq)+H2O(l)S=184.05 Jmol-1K-1(2)有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行,但在较高温度下可以自发进行。例如:CaCO3(s) =CaO(s)+CO2(g)S=169.6 Jmol-1K-1C(石墨,s)+H2O(g) =CO(g)
14、H2(g)S=133.8 Jmol-1k-1(3)铝热反应是熵减小的反应,它在一定条件下也可以自发进行。2Al(s)+Fe2O3(s) =Al2O3(s)+2Fe(s)S=-39.35 Jmol-1K-1 事实证明,熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素。4.焓变与熵变对反应方向的共同影响(1)焓变与熵变对反应方向的共同影响研究表明,在温度、压力一定的条件下,化学反应的方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果,反应方向的判据为H-TS;H-TS0 反应能自发进行H-TS=0 反应达到平衡状态H-TS0 反应不能自发进行 这个判据用文字表述为:在温度、压力一定的条件下,自发反应总是向H-TS0的方
15、向进行,直至达到平衡状态。 在温度、压力一定的条件下,焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向。放热反应的焓变小于零,熵增加反应的熵变大于零,都对H-TS0做出贡献,因此放热和熵增加有利于反应自发进行。(1)放热的熵增加反应一定能自发进行,如:2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g);H=-78.03 kJmol-1S=1 110 Jmol-1K-1(2)吸热的熵减小反应一定不能自发进行,如:CO(g)C= (s,石墨)+ O2(g);H=110.5 kJmol-1S=-89.36 Jmol-1K-1(3)当焓变和熵变的作用相反时,如果二者大小相差悬殊,可能某一因素占主导地位。例如,常
16、温下的放热反应:4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) =4Fe(OH)3(s);H=-444.3 kJmol-1S=-280.1 Jmol-1K-1焓变对反应的方向起决定性作用,H-TS0,常温、常压下反应能自发进行。(4)常温下的吸热反应如:NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq) =CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l);H=+37.301 kJmol-1S=184.05 Jmol-1K-1 熵变对反应的方向起决定性作用,H-TS0,常温、常压下反应能自发进行。(5)此外,如果焓变和熵变的作用相反且相差不大时,温度有可能对反应的方向起决定性作用。 总之,在
17、判断反应的方向时,应该同时考虑焓变与熵变这两个因素,用H-TS作为判据。知识点2:化学平衡状态1.溶解平衡(1)溶解平衡状态的建立当溶解速率与结晶速率相等时,达到溶解平衡状态 在一定温度下,当把适量蔗糖晶体溶解在水里时,一方面,蔗糖分子不断离开蔗糖表面扩散到水里去;另一方面,溶解在水里的蔗糖分子不断地在未溶解的蔗糖表面聚集成为晶体,当这两个相反的过程速率相等时,蔗糖的溶解达到最大限度,形成蔗糖的饱和溶液。在溶解平衡状态,溶解和结晶的过程并没有停止,只是速率相等罢了。因此,溶解平衡状态是一种动态平衡状态。(2)可逆反应与不可逆反应 像溶解平衡这类过程称作可逆过程,约定用“”表示。从左到右的过程称
18、为正向反应;从右向左的过程称为逆向反应。如溶解、结晶过程可以表示如下:固体溶质溶液中的溶质2.化学平衡状态(1)化学平衡状态的建立 在一定条件下的某个可逆反应,在向一定体积的密闭容器中投入一定量反应物时,反应物的浓度最大。反应开始后,反应物的浓度逐渐减小,生成物的浓度则由零开始逐渐增大。因此,反应开始时,v(正)最大,v(逆)为零。随着反应的进行,v(正)逐渐减小,v(逆)逐渐增大。反应进行到某一时刻,v(正)=v(逆),此时,该可逆反应达到了化学平衡状态。上述可逆反应中,v(正)、v(逆)随反应进行的时间(t)的变化情况,可表示为下图。(2)化学平衡状态的含义 A.构成化学平衡体系的基本要求
19、是:反应物和所有产物均处于同一反应体系中,反应条件(温度、压强等)保持不变。 B.达到化学平衡状态时,体系中所有反应物和生成物的质量(或浓度)保持不变。但是这个体系中的反应并没有停止,只是正、逆反应的速率相等。C.化学平衡状态的特征a.等:正反应速率和逆反应速率相等,即同一物质的消耗速率与生成速率相等。注意:不同物质的反应速率不一定相等。b.动:化学平衡从表面上、宏观上看好像反应停止了,但从本质上、微观上看反应并未停止,只不过正反应速率与逆反应速率相等罢了,即v(正)=v(逆)0,所以化学平衡是一种动态平衡。c.定:在平衡混合物中,各组成成分的含量保持一定,不再随时间的改变而改变。d.变:化学
20、平衡是在一定条件下暂时的平衡,若影响化学平衡的外界条件改变,化学平衡状态就会发生改变。D.判断可逆反应是否达到化学平衡状态的依据和方法 可逆反应达到化学平衡状态时有两个主要的特征:一是正反应速率和逆反应速率相等;二是反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变。这两个特征就是判断可逆反应是否达到化学平衡状态的核心性依据。可逆反应具备这两个特征中的任何一个,它就达到化学平衡状态,可逆反应不具备两个特征中的任何一个,它就未达到化学平衡状态。当对一个具体的可逆反应判断其是否达到化学平衡状态时,还会遇到一些与两个主要特征相关的新问题。现把一些具体方法以表的形式做以阐述。化学反应模型mA(g)+nB(g)
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