1、1第二单元 化学反应的方向与限度1了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。 2.能正确计算化学反应的转化率( )。3掌握化学平衡的特征。了解化学平衡常数( K)的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。化学反应的方向知识梳理1自发过程(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(体系对外部做功或放出热量)；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)。2化学反应方向的判据自我检测1判断正误，正确的打“”，错误的打“”。(1)凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的。( )(2)自发反应的熵一定增大，非自发反应
2、的熵一定减小。( )(3)反应 2Mg(s)CO 2(g)=C(s)2MgO(s)能自发进行，则该反应的 H0。( )2(4)焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素。( )(5)熵变是决定反应是否具有自发性的唯一判据。( )答案：(1) (2) (3) (4) (5)2(教材改编)下列过程的熵变的判断不正确的是( )A溶解少量食盐于水中， S0B纯碳和氧气反应生成 CO(g)， S0CH 2O(g)变成液态水， S0DCaCO 3(s)加热分解为 CaO(s)和 CO2(g)， S0解析：选 C。C 项，H 2O(g)变成液态水，熵值减小，故 S0B反应 NH3(g)HCl(g)= =NH
3、4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的 H0， S0D常温下，反应 C(s)CO 2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的 H0解析 A 项，该反应是熵减的反应，常温下能自发进行说明 H0， S0；D 项，该反应 S0，常温下不能自发进行，则有 H T S0，故 H0。答案 A(1)反应 CaCO3(s)=CaO(s)CO 2(g)的 H_0， S_0。(2)反应 NH3(g)HCl(g)= =NH4Cl(s)的 S (2)该反应的焓变效应大于熵变效应化学反应方向的判断3化学反应方向的判断1碳铵(NH 4)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碳铵分解是因
4、为生成易挥发的气体，使体系的熵增大B碳铵分解是因为外界给予了能量C碳铵分解是吸热反应，根据能量判断能自发分解D碳酸盐都不稳定，都能自发分解答案：A2(2018保定高三检测)下列反应中，一定不能自发进行的是( )A2KClO 3(s)=2KCl(s)3O 2(g) H78.03 kJ/mol S1 110 J/(molK)BCO(g)= =C(石墨，s)1/2O 2(g) H110.5 kJ/mol S89.36 J/(molK)C4Fe(OH) 2(s)2H 2O(l)O 2(g)=4Fe(OH)3(s) H444.3 kJ/mol S280.1 J/(molK)DNH 4HCO3(s)CH
5、3COOH(aq)=CO2(g)CH 3COONH4(aq)H 2O(l) H37.301 kJ/mol S184.05 J/(molK)解析：选 B。根据 H T S，当 H0 时， H T S0， S0，反应一定不能自发进行。焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响 H S H T S 反应情况 永远是负值在任何温度下均能自发进行 永远是正值在任何温度下均不能自发进行 低温为正；高温为负低温时不能自发进行；高温时能自发进行 低温为负；高温为正低温时能自发进行；高温时不能自发进行可逆反应与化学平衡状态4知识梳理一、可逆反应1定义在同一条件下既可以向正反应方向进行，同时又可以向逆反应方向进行的化学
6、反应。2特点(1)二同：相同条件下；正、逆反应同时进行。(2)一小：反应物与生成物同时存在，任一组分的转化率都小于 100%。3表示在方程式中反应符号用“” 表示。二、化学平衡状态1定义一定条件下的可逆反应，当反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度不再改变，我们称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。2建立过程3特征自我检测1判断正误，正确的打“”，错误的打“”。(1)2H2O 2H2O 2为可逆反应。( ) 通 电 点 燃(2)二次电池的充、放电为可逆反应。( )(3)可逆反应不等同于可逆过程。可逆过程包括物理变化和化学变化，而可逆反应属于化学变化。( )(
7、4)化学反应达到化学平衡状态的正、逆反应速率相等，是指同一物质的消耗速率和生成速率相等，若用不同物质表示时，反应速率不一定相等。( )(5)一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度。( )5(6)化学反应的限度可以通过改变反应条件而改变。( )解析：(1)两个反应的条件不同，所以不是可逆反应；(2)充电、放电不是同一条件下、同时完成的，不是可逆反应。答案：(1) (2) (3) (4) (5) (6)2向含有 2 mol 的 SO2的容器中通入过量氧气发生 2SO2(g)O 2(g)2SO 3(g) H Q kJmol1 (Q0) ，充分反应后生成 SO3的物质的量_2
8、mol(填“”或“”，下同)，SO 2的物质的量_0 mol，转化率_100%，反应放出的热量_ Q kJ。答案： v逆 K 反 应 处 于 化 学 平 衡 状 态 ， v正 v逆K 反 应 向 逆 反 应 方 向 进 行 ， v正 H2OCO2D以上说法都不正确解析：选 C。 K1的表达式应为 K1 ；常温下，水分解产生 O2，是 H2c（ N2） c（ O2）c2（ NO）和 O2化合生成 H2O 的逆反应，因此其平衡常数的数值应为 K2的倒数，数值为 51082 ；由于三个反应都在常温下进行，根据 K 值的大小可以得出三种化合物分解放出 O2的倾向由大到小的顺序为 NOH2OCO2。2(
9、1)2015高考全国卷，28(4)Bodensteins 研究了下列反应：2HI(g)H 2(g)I 2(g) H0在 716 K 时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数 x(HI)与反应时间 t 的关系如下表：t/min 0 20 40 60 80 120x(HI) 1 0.91 0.85 0.815 0.795 0.784x(HI) 0 0.60 0.73 0.773 0.780 0.784根据上述实验结果，该反应的平衡常数 K 的计算式为_。上述反应中，正反应速率为 v 正 k 正 x2(HI)，逆反应速率为 v 逆 k 逆 x(H2)x(I2)，其中 k 正 、 k 逆 为速率常数，则
10、k 逆 为_(以 K 和 k 正 表示)。若 k 正 0.002 7 min1 ，在 t40 min 时， v 正 _min 1 。由上述实验数据计算得到 v 正 x(HI)和 v 逆 x(H2)的关系可用如图表示。当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为_(填字母)。15(2)2015高考全国卷，27(2)已知反应 CO(g)2H 2(g)CH 3OH(g) H0，请回答下列问题：(1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为 c(M)1 molL1 ， c(N)2.4 molL1 ；达到平衡后，M 的转化率为 60%，此时 N 的转化率为_。(2)若反应温度升高，M 的转化率_(填“
11、增大”“减小”或“不变”)。(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为 c(M)4 molL1 ， c(N) a molL1 ；达到平衡后， c(P)2 molL 1 ，则 a_。(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为 c(M) c(N) b molL1 ，达到平衡后，M的转化率为_。解析：(1)由化学方程式知反应消耗的 N 与 M 物质的量相等，则 N 的转化率为100%25%。1 molL 160%2.4 molL 1(2)由于该反应正反应吸热，温度升高，平衡右移，则 M 的转化率增大。(3)若反应温度不变，则平衡常数不变。K ，0.60.6（ 1 0.6） （ 2.4 0.6） 12
12、则 ，解得 a6。22（ 4 2） （ a 2） 12(4)温度不变， K 不变，设 M 的转化率为 x，则K ，bxbxb（ 1 x） b（ 1 x） 12解得 x41%。答案：(1)25% (2)增大 (3)6 (4)41%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 混 和 Mr 计算时要注意 m 总 应为气体的质量， V 应为反应容器的m总V m总n总体积， n 总 应为气体的物质的量。(3)起始浓度、平衡浓度不一定符合化学计量数之比，但物质之间是按化学计量数之比反应和生成的，故
13、各物质的浓度变化之比一定等于化学计量数之比，这是计算的关键。(4)凡是气体的压强变化、密度变化均必须转化为物质的量的变化或气体的体积变化才能进行相关计算。 课后达标检测18一、选择题1下列反应在任何温度下均能自发进行的是( )A2N 2(g)O 2(g)=2N2O(g) H163 kJmol 1BAg(s) Cl2(g)=AgCl(s)12 H127 kJmol 1CHgO(s)= =Hg(l) O2(g) H91 kJmol 112DH 2O2(l)= O2(g)H 2O(l)12 H98 kJmol 1解析：选 D。对于 A 项， H0， S0，即任何温度下反应都不能自发进行；对于 B 项
14、， H0， S0，若使反应自发进行，即 H T S0，在任何温度下， H T Sv 逆D80 达到平衡时，测得 n(CO)0.3 mol，则 Ni(CO4)的平衡浓度为 2 molL1解析：选 C。温度升高，平衡常数减小，说明平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，A 正确；Ni(CO) 4(g)Ni(s) 4CO(g)为题给反应的逆反应，温度相同时，两个反应的平衡常数互为倒数关系，B 正确；C 项中该时刻 Qc 8 K，反应逆向进cNi（ CO） 4c4（ CO）行， v 逆 v 正 ，C 错误；D 项中 CO 的平衡浓度为 1 molL1 ，由 K2 可计算出 Ni(CO)4的平衡浓度为
15、2 molL1 ，D 正确。二、非选择题10甲醇来源丰富、价格低廉、运输贮存方便，是一种重要的化工原料，有着重要的用途和应用前景。(1)若在恒温恒容的容器内进行反应 CO(g)2H 2(g)CH 3OH(g)，则可用来判断该反应达到平衡状态的标志有_(填字母)。ACO 百分含量保持不变B容器中 H2浓度与 CO 浓度相等C容器中混合气体的密度保持不变DCO 的生成速率与 CH3OH 的生成速率相等(2)工业上利用甲醇制备氢气的常用方法有两种：甲醇蒸汽重整法。该法中的一个主要反应为 CH3OH(g)CO(g) 2H 2(g)，此反应能自发进行的原因是_。 甲醇部分氧化法。在一定温度下以 Ag/C
16、eO2ZnO 为催化剂时原料气比例与反应的选22择性(选择性越大，表示生成的该物质越多)关系如图所示。则当 n(O2)/n(CH3OH)0.25 时，CH3OH 与 O2发生的主要反应方程式为_；在制备 H2时最好控制 n(O2)/n(CH3OH)_。解析：(1)浓度成比例不能说明反应达到平衡，B 错误。气体总质量一定，容器体积一定，密度始终不变，C 错误。(2)无法判断该反应的焓变化，但该反应是一个熵增的反应，若是放热反应一定能自发；若是吸热反应，高温下能自发。 n(O2)/n(CH3OH)0.25 时，主要生成甲醛。制备 H2则要求 H2的选择性好，由图可知在 n(O2)/n(CH3OH)
17、0.5 时，H 2的选择性接近 100%。答案：(1)AD(2)该反应是一个熵增的反应( S0)2CH 3OHO 2 2HCHO2H 2O 0.5 催 化 剂 11(2016高考海南卷)顺1，2二甲基环丙烷和反1，2二甲基环丙烷可发生如下转化：该反应的速率方程可表示为 v(正) k(正) c(顺)和 v(逆) k(逆) c(反)， k(正)和 k(逆)在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题：(1)已知： t1温度下， k(正)0.006 s1 ， k(逆)0.002 s1 。该温度下反应的平衡常数值 K1_；该反应的活化能 Ea(正)小于 Ea(逆)，则 H_0(填“小于
18、”“等于”或“大于”)。(2)t2温度下，图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是_(填曲线编号)，平衡常数值 K2_；温度 t2_t1(填“小于”“等于”或“大于”)，判断理由是_。23解析：(1) t1温度下，达到平衡时， v(正) v(逆)，即k(正) c(顺) k(逆) c(反)，则 3，而平衡常数 K1 ，故c（ 反 ）c（ 顺 ） k（ 正 ）k（ 逆 ） c（ 反 ）c（ 顺 ）K13。该反应的反应热 H Ea(正) Ea(逆)t1。答案：(1)3 小于 (2)B 大于 放热反应升高温度时平衡向逆反应方向移动7312(2016高考全国卷)丙烯腈(CH 2=CHCN)是一种
19、重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH 2=CHCHO)和乙腈(CH 3CN)等。回答下列问题：(1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C 3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：C 3H6(g)NH 3(g) O2(g)=C3H3N(g)3H 2O(g) H515 kJ/mol32C 3H6(g)O 2(g)=C3H4O(g)H 2O(g) H353 kJ/mol两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是_；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是_；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是_。(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线
20、，最高产率对应的温度为 460 。低于460 时，丙烯腈的产率_(填“是”或“不是”) 对应温度下的平衡产率，判断理由是_；高于 460 时，丙烯腈产率降低的可能原因是_(双选，填标号)。A催化剂活性降低 B平衡常数变大C副反应增多 D反应活化能增大24(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与 n(氨)/ n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知，最佳n(氨)/ n(丙烯)约为_，理由是_。进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为_。解析：(1)由于反应和均为放出热量较多的反应，产物的能量较低，故两个反应在热力学上趋势很大；由于反应为放热反应，且该反应为气体分子数增大的反应，故降低温度和减小压强均有利于反应正
21、向进行，从而提高丙烯腈的平衡产率；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是使用合适的催化剂。(2)反应为放热反应，升高温度，丙烯腈的平衡产率应降低，故低于 460 时，丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡产率；高于 460 时，催化剂的活性降低、副反应增多均可能导致丙烯腈的产率降低，A、C 项正确；该反应为放热反应，升高温度，平衡常数减小，B 项错误；升高温度可以提高活化分子的百分数，但不能改变反应所需的活化能，D 项错误。(3)从题图(b)中可看出当 n(氨)/ n(丙烯)1.0 时，丙烯腈的产率最高，此时几乎没有丙烯醛；只发生反应时 NH3、O 2、C 3H6的物质的量之比为 11.51，结合空气中 O2的体积分数约为 20%，可确定进料气 NH3、空气、C 3H6的理论体积之比约为 17.51。答案：(1)两个反应均为放热量大的反应 降低温度、减小压强 催化剂(2)不是 该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低 AC(3)1.0 该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低 17.51
