高考化学一轮复习专题8.2化学反应的方向和限度(讲)(含解析).pdf

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1、 1 专题 8.2 化学反应的方向和限度 1、了解可逆反应的定义。2、理解化学平衡的定义，掌握判断达到化学平衡状态的标志。3、掌握化学反应在一定条件下能否自发进行的判断依据，能够利用化学反应的焓变和熵变判断化学反应的方向。一、化学反应进行的方向 1、自发过程与自发反应（1）含义 在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。（2）特点 体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。（3）自发反应 在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。2、焓判据（1）多数能自发进行的化学反应是放热反应。如

2、氢氧化亚铁的水溶液在空气中被氧化为氢氧化铁的反应是自发的，其H（298K）=444.3kJmol1（2）部分吸热反应也能自发进行。如NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CH3COONH4(aq)+CO2(g)+H2O(l)，其 H（298K）=+37.30kJmol1。（3）有一些吸热反应在常温下不能自发进行，在较高温度下则能自发进行。如碳酸钙的分解。研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越进行得越完全。可见，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。但是，反应焓变不是决定反应能否自发进行的唯一依据。3、熵判据

3、（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。S(g)S(l)S(s)。2 y x、（2）化学反应的熵变（S）：反应产物的总熵与反应物总熵之差。（3）反应熵变与反应方向的关系 多数熵增加的反应在常温常压下均可自发进行。产生气体的反应、气体物质的量增加的反应，熵变都是正值，为熵增加反应。有些熵增加的反应在常温下不能自发进行，但在较高温度下则可自发进行。如碳酸钙的分解。个别熵减少的反应，在一定条件下也可自发进行。如铝热反应的S=133.8 Jmol1K1，在点燃的条件下即可自发进行。化学反应的 S 越大，越有利于反应自发进行。但不是唯一判据。4

4、、综合判据吉布斯自由能判据（1）在温度、压强一定的条件下，化学反应的方向的判据为：G=HTS0 反应能自发进行 G=HTS=0 反应达到平衡状态 G=HTS0 反应不能自发进行（2）“四象限法”判断化学反应的方向。在二维平面内建立坐标系，第象限的符号为“、”，第象限的符号为“、”，第象限的符号为“、”，第象限的符号为“、”。借肋于数学坐标系四个象限的符号，联系焓变与熵变对反应方向的共同影响，可以从热力学的角度快速判断化学反应的方向。反应放热和熵增加都有利于反应自发进行。该判据指出的是化学反应自发进行的趋势。5、应用（1）第象限符号为“、”（S0、H0）时化学反应的方向高温下反应自发进行【典型例

5、题 1】某反应：AB+C 在低温下不能自发进行，在高温下能自发进行，对该反应过程H、S 的判断正确的是（）S0 H0 所有温度下反应均不能自发进行 S0 H0 所有温度下均可自发进行 S0 H0 高温下反应自发进行 S0 H0 低温下反应自发进行 3 AH0、S0 BH0、S0 CH0、S0 DH0、S0【答案】D 考点：化学反应方向的判断（2）第象限符号为“、”（S0、H0）时化学反应的方向所有温度下反应均能自发进行【典型例题 2】分析下列反应在任何温度下均能自发进行的是()A2N2(g)O2(g)=2N2O(g)H163 kJmol1 BAg(s)21Cl2(g)=AgCl(s)H127

6、kJmol1 CHgO(s)=Hg(l)21O2(g)H91 kJmol1 DH2O2(l)=21O2(g)H2O(l)H98 kJmol1【答案】D【解析】试题分析：A、反应是吸热反应H0，S0，任何温度下都不能自发进行，故 A 错误；B、反应是放热反应H0，S0，高温下不能自发进行，故 B 错误；C、反应是吸热反应H0，S0，低温下不能自发进行，故 C 错误；D、反应是放热反应H0，S0，任何温度下都能自发进行，故 D 正确；故选 D。考点：考查焓变和熵变（3）第象限符号为“、”（S0、H0）时化学反应的方向低温下反应可以自发进行【典型例题 3】常温下氢氧化亚铁与空气中的氧气及水有可能发生

7、反应，即：4 4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)，已知该反应在 298K 时的H=-444.3 kJmol，S=-280.1 Jmol1K1 试问该反应在常温下是否自发进行？（4）第象限符号为“、”（S0、H0）时化学反应的方向所有温度下反应均不能自发进行【典 型 例 题4】CO(g)C(s，石 墨)12 O2(g)，其 H 110.5 kJmol S=-89.36Jmol1K1，试判断该反应在 298和 2000时反应是否自发进行？【解析】298时，HS110.5 kJmol298103（89.36kJmol1K1)=137.13 kJmol0，故时反

8、应不能自发进行。2000时，H-S110.5 kJmol-12000103（89.36kJmol1K1)=289.22kJmol0，故 2000时，反应也不能自发进行。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，故化学反应的方向所有温度下反应均不能自发进行。【点评】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（高温下反应自发进行）和第象限（低温下反应自发进行）相反相成，第象限（所有温度下均可自发进行）和第象限（所有温度下反应均不能自发进行）相反相成。分析化学反应的方向的热力学判据是HTS0，而这个判据是温度、压强一定的条件下反应自发进行的趋势，并不能说明

9、反应能否实际发生，因为反应能否实际发生还涉及动力学问题。二、化学平衡状态的建立 1、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称为可逆反应。（2）特点 二同：a.相同条件下；b.正、逆反应同时进行。一小：反应物与生成物同时存在；任一组分的转化率都小于(填“大于”或“小于”)100%。（3）表示 可逆反应化学方程式中用“”表示。5 2、化学平衡状态 （1）概念：在一定条件下可逆反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应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应。等：V（正）=V（逆）0 动：

10、化学平衡是动态平衡。虽然 V（正）=V（逆），但正、逆反应仍在进行。定：反应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、化学平衡状态的判断（标志）（1）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。（2）等价标志 全是气体参加的体积可变反应，体系的压强不随时间而变化。例如：N23H22NH3。体系中各组分的物质的量浓度或体积分数、物质的量分数保持不变。全是气体参加的体积可变反应，体系的平均相对分子质量不随时间变化。例如：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)。对同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质

11、的量相等。对于有颜色物质参加或生成的可逆反应，体系的颜色不再随时间而变化，如 2NO2(g)N2O4(g)。体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化。【典型例题 5】【百强校2016 届西安市铁一中 12 月月考】可以证明可逆反应 N2+3H22NH3已达到平衡状态的是 （）6 一个 NN 断裂的同时，有 3 个 HH 键断裂；一个 NN 键断裂的同时，有 6 个 NH键断裂；其它条件不变时，混合气体平均相对分子质量不再改变；恒温恒容时，体系压强不再改变；NH3、N2、H2的体积分数都不再改变；恒温恒容时，混合气体的密度保持不变；正反应速率 v(H2)=0 6 mol

12、/(Lmin)，逆反应速率 v(NH3)=0 4 mol/(Lmin)A全部 B C D【答案】C【考点定位】本题主要是考查化学平衡状态的判断【点评】判断化学平衡状态的关键明确平衡状态的含义和判断依据，在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为 0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态，简单说就是变量不再发生变化即可说明达到平衡状态。该题需要注意方程式中气体的化学计量数关系，注意平衡时的浓度关系、物质的量关系不能作为判断是否平衡的依据。【迁移训练 1】【山东滕州一中 2016 届 10 月月考】在恒温恒容的密闭体系中，可逆反应：A(s)2B(

13、g)2C(g)；H0 它是非自发反应 B W(s)xG(g)=2Q(g)H0【答案】B 10 【考点定位】本题考查了反应自发进行的判断 【点评】熟悉熵变与焓变与反应自发进行关系是解题关键，在等温、等压条件下，化学反应的方向是由反应的焓变和熵变共同决定的 化学反应自发进行的最终判据是吉布斯自由能变，自由能一般用G 来表示，且G=H-TS，当G=H-TS0 时，反应向正反应方向能自发进行；当G=H-TS=0 时，反应达到平衡状态；当G=H-TS0 时，反应不能向正反应方向自发进行，答题时注意灵活应用。【迁 移 训 练3】分 析 下 列 反 应 在 任 何 温 度 下 均 能 自 发 进 行 的 是 （）A2N2(g)O2(g)=2N2O(g)H163 kJmol1 BH2O2(l)=12O2(g)H2O(l)H98 kJmol1 CHgO(s)=Hg(l)12O2(g)H91 kJmol1 DAg(s)12Cl2(g)=AgCl(s)H127 kJmol1【答案】B【解析】试题分析：A、2N2(g)O2(g)=2N2O(g)H163 kJmol1，该反应是体系混乱程度减小的吸热反应，11 考点：考查反应可以自发性进行的判断的知识。