化学反应方向及限度.doc

《化学反应的方向和限度》
[学习目标]
1、了解熵与熵变的概念。了解熵变与焓变这两个因素对化学反应的共同影响，并掌握定量判断反应方向的关系式：△H－T△S
2、了解化学平衡的建立，了解化学平衡常数的定义，能正确书写给定反应的平衡常数表达式，并能进行相应的简单计算；
3、理解化学平衡常数的应用及意义。
4、理解外界条件对化学平衡的影响，认识其一般规律。
[课前预习区]
一、化学反应的方向
自发过程：
1、熵： ，表示符号： 。熵值越大， 越大。同一条件下，不同物质的熵 ；同一物质的不同聚集状态的熵的关系：
2、在温度、压强一定的条件下，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：

二、可逆反应和化学平衡
1.可逆反应和不可逆反应
在同一条件下，既能向 方向又能向 方向进行的反应称为可逆反应。如果反应只能向一个方向进行，则称不可逆反应
2. 化学平衡状态：
(1)定义：就是指在一定条件下的 反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
请写出化学平衡状态的特征 ：
【试一试】①对于任意可逆反应：aA（g）+bB（g）cC（g）+ dD（g），写出其化学平衡常数的表达式。

② 写出反应：2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)的化学平衡常数表达式，并判断K的单位。

注意：①平衡常数表达式中不包括 体和 浓度项(因为它们的浓度为常数)，只包括气态物质和溶液中各溶质的浓度。②对于确定的反应，K只随温度变，不因浓度压强而变。
①对于同一化学反应，由于 不同，各反应物、生成物的系数不同，平衡常数的表达式就不同。
②对于一个反应，正、逆反应的平衡常数之间关系是互为
③平衡常数的单位也与 相对应。
练习 ： 在2000K时,反应CO(g)+1/2O2(g）CO2（g） 的平衡常数为K,则相同温度下反应2CO2（g）2CO(g) + O2（g）的平衡常数为（ ）
A、 1/K B、 K2 C、 （1/K）2 D、 （K）-1/2
2、平衡常数的应用
⑴判断反应可能进行的程度，估计反应的可能性。K越 ，说明反应进行的越
⑵判断反应进行的方向、反应是否达到平衡状态
浓度商：对化学反应aA+bBcC+dD的任意状态 称为浓度商。符号
Q K时，反应已达平衡， Q K时，反应逆向进行， Q K时，反应正向进行
练习 ：已知800°C时，化学反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2（g） , K=1　　　
　　　试推导在下列浓度下反应进行的方向
序号
CO（mol./L）
H2O（mol./L）
CO2（mol./L）
H2（mol./L）
反应进行方向
1
0.3
0.5
0.4
0.4

2
1.0
0.3
0.5
0.6

3
0.8
1.6
0.7
1.7

三、反应条件对化学平衡的影响
化学平衡移动规律：
在封闭体系中，如果仅改变平衡体系的一个条件（如温度、浓度、压强），平衡将向能够
这种改变的方向移动。请大家分别总结：

【自我测试】
1.下列说法正确的是 ( )
A.凡是放热反应都是自发的，由于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.下列反应是自发进行的吸热反应的是 ( )
A.NaOH+HCl=NaCl+H2O B.NH4Br(s)=NH3(g)+HBr(g)
C.2CO+O2=CO2 D.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)
3.已知石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为C(石墨、s)+ O2(g)= CO2(g) ΔH2= —393.5kJ/mol，C(金刚石、s)+ O2(g)= CO2(g) ΔH2= —395.4kJ/mol。关于石墨和金刚石的相互转化，下列说法正确的是 ( )
A.石墨转化成金刚石是自发进行的过程
B.金刚石转化石墨成金刚石是自发进行的过程
C.相同质量时，石墨比金刚石能量低
D.相同质量时，金刚石比石墨能量低
4．在298 K时，下列反应的ΔH依次为：
C2H5OH(l) +3O2(g)→2CO2(g) + 3H2O(l)；△H1 = -1366.8 kJ. mol—1
C(石墨) + O2(g) → CO2(g)； △H2 = -393.5 kJ. mol—1
H2(g) + 1/2O2(g) →H2O(l)； △H3 = -285.8kJ. mol—1
乙醇(C2H5OH)、氢气、石墨和氧气的熵值分别为：161.0、130.6、5.74、205.3 J·mol—1·K—1，则298K时，由单质生成1 mol乙醇的ΔH、ΔS及ΔH-TΔS分别为多少？
练习1、化学反应2A+B2C达到平衡后升高温度，C增加，关于此反应说法正确的是
A、放热反应 B、没有显著热量变化
C、吸热反应 D、原平衡没有移动
2、在体积一定的密闭容器中，进行化学反应CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数和温度的关系如下表：
t/℃
700
800
830
1000
1200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
回答：(1)该反应的化学平衡常数表达式K= (2)该反应为 反应(填“吸热”或“放热”).
(3)某温度下,平衡浓度符合下式：c( CO2) c(H2) = c( CO) c(H2O)，则此时的温度为 ℃；
(4)若c( CO2) c(H2) < c( CO) c(H2O)，则反应体系的温度应控制在 。
【概括整合】若增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，Q<K，平衡 向移动；
减少反应物浓度或增大生成物浓度，Q>K，平衡 向移动。（填正、逆）

改变浓度，化学平衡发生移动，K有变化吗？α有变化吗？

【小结】增大压强，平衡向 的方向移动；
减小压强，平衡向 的方向移动。
特例：改变压强，化学平衡不移动。(对于反应前后气体体积不变的反应)

思考：向2NO2（g） N2O4（g）平衡体系中加入惰性气体也能使总压增大，这种改变是否能引起平衡的移动？

练习：密闭容器中的反应N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)，△H＜0 若仅改变影响平衡的一个条件，完成下表
条件改变
升温
降温
增加c(N2)
减小c(N2)
加压
减压
平衡移动方向

【巩固练习】
1. 298K时，向某密闭容器中充入N2、O2，发生反应N2(g)+O2(g) 2NO(g) 达到平衡。
①写出该反应的平衡常数表达式              ；
②若298K时，K=1×10-30，测得平衡时N2与O2的浓度均为1mol/L，试求NO的平衡浓度；

③保持温度不变，测得反应进行的某一时刻，N2、O2、NO浓度分别为10 mol/L、10 mol/L、1×10-5mol/L，此时该反应是否达到平衡状态？若要达到平衡，反应应向    方向进行。

2、恒温下，在容积为2 L的恒容密闭容器A中通入1 mol N2与1mol H2的混合气体，发生如下反应：N2 (g) + 3 H2(g) 2NH3(g)，△Ｈ＜0，一段时间后，达到平衡，若平衡时氨气的物质的量为0.4mol。
（1）此温度时该反应的K值为____      。
（2）若在此温度下，向另一容积为1 L的恒容容器B中按物质的量分别为2 mol 、1 mol 、1 mol充入N2、H2、NH3，此时,该反应是否处于平衡状态______(填“是”或“否”)，此时若没有达平衡，反应向      方向进行。

第二节 化学反应的限度（第2课时）

【学习目标】
1、理解平衡转化率的涵义
2、能够进行平衡转化率的计算。
二、平衡转化率(α)
1、表达式：对于化学反应aA+bB cC+dD，反应物A的平衡转化率可表示为：
α(A)=

2、平衡转化率的有关计算
关于平衡常数和平衡转化率的计算主要有以下三种类型
(1)已知初始浓度和平衡浓度求平衡常数和平衡转化率
例1：对于反应2SO2(g)+ O2(g) 2SO3(g) ,若在一定温度下，将0.1mol的SO2(g)和0.06mol O2(g)注入一体积为2L的密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中有0.088mol的SO3(g)试求在该温度下
（1）此反应的平衡常数。
（2）求SO2(g)和O2(g)的平衡转化率
解：

由例1可知，一个已标明化学方程式的化学反应，在温度一定时虽然只有一个平衡常数，但是不同反应物的平衡转化率可能不同。因此，脱离具体的反应物谈化学平衡转化率是没有意义的。
【练习】
1. 在密闭容器中，将NO2加热到某温度时，可进行如下反应：
2NO2 2NO+O2，在平衡时各物质的浓度分别是：[NO2]=0.06mol/L,[NO]=0.24mol/L,
[O2]=0.12mol/L.试求：
（1）该温度下反应的平衡常数。
（2）开始时NO2的浓度。
（3） NO2的转化率。

2. 在某温度下，已知反应H2 (g)＋I2 (g)  2HI (g)。将H2(g)和I2(g)各0.1mol混合物充入10L的密闭容器中，充分反应达到平衡时，测得[H2]=0.0080mol/L，
求：(1)反应的平衡常数
(2)其它条件不变，充入的H2(g)和I2(g)各0.2mol,求达平衡时各物质的平衡浓度。

(2) 已知平衡转化率和初始浓度求平衡常数
例2:反应SO2(g)+ NO2(g) SO3(g)+NO(g) ,若在一定温度下，将物质的量浓度均为2mol/L的SO2(g)和NO2(g)注入一密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中SO2(g)
的转化率为50%，试求：在该温度下。
（1）此反应的平衡常数。
（2）若SO2(g)的初始浓度增大到3mol/L, NO2(g)的初始浓度仍为2mol/L，
则SO2(g)、NO2(g)的转化率变为多少？
解：

(3)已知平衡常数和初始浓度求平衡浓度及转化率。
例3. 在1200℃时测得下列反应达平衡时,k=2.25. CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) 。若反应从CO2(g)和H2(g)开始，且CO2(g)和H2(g)的初始浓度分别为A、B、C三种情况。。

C0(CO2)mol/L
C0(H2)mol/L
A
0.0100
0.0100
B
0.0100
0.0120
C
0.0100
0.0080
试计算A情况下各物质的平衡浓度及CO2(g)和H2(g)平衡转化率
解：

将A、B、C组数据计算各物质的平衡浓度和平衡转化率(α)结果分析比较，得出什么结论？
（见课本46页表格）

化学平衡常数与转化率的区别和联系
由化学平衡常数K可以推断反应进行的 ，K越大，说明反应进行的越 ，反应物的转化率也越 ，但K只与 有关；转化率也可以表示某一可逆反应进行的 ，α越大，反应进行的越 ，但是α与反应物的起始浓度等因素有关，转化率变化了， K 变化。

【练习】3、 在2L的容器中充入 1mol CO和 1mol H2O(g),发生反应：
CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) 800℃时反应达平衡,若k=1.求：
（1）CO的平衡浓度和转化率。
（2）温度不变，该容器中充入 1mol CO+2mol H2O(g)，CO和H2O(g)的平衡浓度和转化率是多少？
（3）温度不变，该容器中充入 1mol CO+4mol H2O(g)，CO和H2O(g)的平衡浓度和转化率是多少？
（4）温度不变，要使CO的转化率达到90%，在题干条件下还要充入H2O(g)物质的量为多少？
解：

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