《高三化学复习》化学反应的方向和限度

化学反应的方向和限度.能源与环境问题正日益收到人们的关注，有人设想“研制一种新型催化剂，在常温常压下使水分解产生氢气，得到廉价的氢能源”。从化学反应的方法你认为可行吗？制备氢能源.化学反应的方向——自发反应与非自发反应研究一个化学反应需要思考该反应有无发生的可能性。有些反应是在一定条件下（温度、压强），是有可能发生的、这样的反应称为自发反应。自发反应在该条件下反应速率可能极慢，无明显变化，即实际反应未发生。我们就可以通过改变条件提高反应的速率而使该反应明显发生或迅速发生。有些反应在一定条件下（温度、压强）没有外力的帮助（比如通电、光照等），是不可能发生的，这样的反应称为非自发反应，如果仅仅是希望通过改变其反应速率使它发生，这样的研究就是徒劳，研究方向错误。.问题解决一从反应条件角度分析常温常压下列反应是否属于自发反应？①6CO2(g)+12H2O(l)=6O2(g)+6H2O(l)+C6H12O6(s)②CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)③H2(g)+F2(g)=2HF(g)④2NaCl(aq)+2H2O(l)=H2(g)+Cl2(g)+2NaOH(aq)⑤2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)光照点燃通电.化学反应的方向的判断恒温恒压条件下焓变：化学反应过程中吸收或释放的热量，符号：△H熵变：反应前后体系混乱度的变化，符号：△S判断下列过程的熵变①H2O(s)→H2O(l)→H2O(g)②NaOH(s)=Na+(aq)+OH-(aq)③H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)④CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)⑤N2(g)+3H2(g)

2NH3(g)高温常见的熵增变化：同一物质从固体→液体→气体；固体溶解；气体扩散；生成气体；微粒的种类增多；微粒的数目增多（气体的物质的量增加）等等反应自发性的判据：焓变判据：绝大多数放热反应（△H<0）都能自发进行。且放热越多，体系能量越低越稳定，反应越完全。反应自发的判据之一。熵变判据：大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大（△S>0）的倾向。综合判据：吉布斯自由能变，△G<0，反应自发进行。.问题解决二判断下列变化过程的焓变与熵变及是否有利于反应自发进行：①6CO2(g)+12H2O(l)→6O2(g)+6H2O(l)+C6H12O6(s)②2NaCl(aq)+2H2O(l)=H2(g)+Cl2(g)+2NaOH(aq)③2H2O(l)=2H2(g)+O2(g)④2H2O2(l)=2H2O(l)+O2(g)⑤N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)△H>0△S<0△H>0△S>0△H>0△S>0△H<0△S>0△H<0△S<0一定非自发高温自发高温自发一定自发低温自发△G=△H-T△S△G<0一定自发通电光照.合成氨N2+3H2

2NH3△H<0为了提高农作物的产量，多年来科学家一直设法将游离态的氮转化为化合态，后经德国化学家哈伯等不懈努力，成功地开发了合成氨的生产工艺。但是哈伯也遇到一个难题，一段时间生产出的氨气总是远远小于他的预期。你知道这是什么原因吗？哈伯在解释合成氨工艺.平衡状态的判断N2+3H2

2NH3△H<0在恒温恒容的条件下进行合成氨反应，下列情况一定能说明反应已达到平衡的是_________（选填序号）①单位时间内生成nmolN2同时生成2nmolNH3②单位时间内每消耗2molNH3，同时有1molN2生成③v(N2)正=v(H2)逆④N2、H2、NH3的分子数之比1：3：2⑤混合气体中各组成成分的含量不再改变⑥混合气体总压强维持恒定⑦混合气体密度保持恒定.化学平衡常数N2（g）+3H2

（g）2NH3

（g）△H<0T/K373473573673773K3.35×1081.00×1072.45×1061.88×1043.00×103【问题】1、合成氨反应中，化学平衡常数K的表达式？K随温度的升高下降的原因。2、从反应限度的角度分析合成氨反应温度如何选择？.化学平衡常数写出下列反应的化学平衡常数表达式（1）Fe3O4(s)+4H2(g)3Fe(s)+4H2O(g)（2）Cr2O72-+H2O

2CrO42-+2H+（3）CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)（4）NH2COONH4(s)

2NH3(g)+CO2(g)固体或纯液体不出现在K的表达式中，因为它们都可看做常数。高温.思考：写出下列反应的平衡常数表达式，从中你发现有什么规律？①N2+3H2

2NH3②2NH3

N2+3H2③1/2N2+3/2H2

NH3

K1=1/K2=K32△H1=-△H2=2△H3指数关系倍数关系.化学平衡常数N2（g）+3H2

（g）2NH3

（g）△H<0T/K373473573673773K3.35×1081.00×1072.45×1061.88×1043.00×103【计算】1、在773K，下列状态是否处于平衡状态：各容器在某时刻各物质的浓度/mol·L-1N2H2NH30.040.030.050.030.020.072、在773，c(N2)始=2mol·L-1，c(H2)始=6mol·L-1，求平衡时N2、H2转化率？.综合应用1、工业制硫酸存在反应：2SO2+O2

2SO3，判断该反应的焓变与熵变是否有利于反应自发进行。2、已知550℃其中平衡常数K≈19.现在密闭容器中，c(SO2)始=0.4mol·L-1，c(O2)始=1mol·L-1在催化剂作用下发生反应，下列情况一定能说明反应已达到限度的是A.某时刻SO2和SO3的浓度相等B.某时刻SO2百分含量保持不变C.某时刻容器中气体的压强不变D.某时刻SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等E.某时刻SO2的转化率为50%.汽车尾气处理为了减轻汽车尾气造成的大气污染，有人提出通过2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)△H=-113.0kJ·mol-1，△S=-145.3J·mol-1·K-1，来处理尾气。这个方案可行吗？.练习1、可逆反应N2+3H22NH3的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应易达到平衡状态的是（）A.3v正（N2）=v正（H2）B.v正（N2）=v逆（NH3）C.2v正（H2）=3v逆（NH3）D.v正（N2）=3v逆（H2）C.判断反应达到平衡的标志1、速率：①两个方向②同一物质正逆反应速率相等，不同物质速率之比等于方程式系数比。2、浓度和百分含量：各物质的浓度、物质的量、物质的量分数，转化率保持不变。（但总物质的量不变不一定平衡）3、压强：气体前后系数不等的反应，压强一定4、气体平均式量：气体前后系数不等的反应，式量一定5、温度：其它条件不变，体系温度一定即平衡6、其它：密度、颜色、化学键数目等.练习2、298K时，合成氨反应的热化学方程式为N2(g)+3H2

2NH3(g)；△H=-92.5kJ.mol-1，在该温度下，取1molN2和3molH2放在一密闭容器中，达到平衡时放出热量数值为Q1，向另一相同的容器中加入0.5molN2、1.5molH2和1molNH3，得到平衡时放热数值为Q2，则下列关系正确的是（）A.2Q2=Q1=92.4kJB.Q2<Q1<92.4kJC.Q1<Q2<92.3kJD.Q1=Q2<92.4kJB.练习3、在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)其平衡常数K与温度t的关系如下表：t70080083010001200K0.60.91.01.72.61、该反应的平衡常数表达式为：2、该反应的正反应为____热反应3、某温度下，平衡常数符合下式：C(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O)，试判断该温度为（）。在此温度下，若该容器中含有1molCO2、1.2molH2、0.75molCO、1.5molH2O，这状态是否平衡状态？若不是，反应向哪个方向进行？.练习4、在一定温度下，10L密闭容器中加入5molSO2、4.5molO2，经10min后反应达平衡时有3molSO2发生了反应，试计算：（1）O2的转化率为多少？（2）用SO2表示该反应的反应速率为多少？（3）平衡时容器内气体压强与反应前的压强之比为多少？（最简整数比）（4）平衡时体系中SO3的百分含量（体积分数）为多少？（5）平衡常数K为多少？.练习5、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NO(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60%,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，则它的转化率变为多少？练习6、超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变为CO2和N2的化学方程式如下：2NO+2CO2CO2+N2该反应能够自发进行，则反应的△H____0.练习7、某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵(NH2COONH4)分解反应的平衡常数的测定，将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭容器真空中（假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计），在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g).实验测得不同温度下的平衡常数数据列于下表：温度(℃)