1、江苏专用201X版高考化学一轮复习 专题7 化学反应速率与化学平衡 2 第二单元 化学反应的方向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
2、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，非自发反应的熵一定减小。()(3)反应2Mg(s)CO2(g)=C(s)2MgO(s)能自发进行，则该反应的H0。()(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)，S0CH2O(g)变成液态水，S0DCaCO3(s)加热分解为CaO(s)和CO2(g)，S0解析：选C。C项，H2O(g)变成液态水，熵值减小，故S0B反应N
3、H3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的H0，S0D常温下，反应C(s)CO2(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；B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HTS0，故H0。答案A(1)反应CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)的H_0，S_0。(2)反应NH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)的S0，H(2)该反应的焓变效应大于熵变效应化学反应方向的判断 化学反应方向的判断1碳铵(NH4)2CO3在室温下就能自发地分解产生氨气，对其
4、说法中正确的是()A碳铵分解是因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()A2KClO3(s)=2KCl(s)3O2(g)H78.03 kJ/molS1 110 J/(molK)BCO(g)=C(石墨，s)1/2O2(g)H110.5 kJ/molS89.36 J/(molK)C4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s)H444.3 kJ/molS280.1 J/(molK)DNH4HCO3(s)CH3
5、COOH(aq)=CO2(g)CH3COONH4(aq)H2O(l)H37.301 kJ/molS184.05 J/(molK)解析：选B。根据HTS，当H0时，HTS0，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HSHTS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 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反应。2特点(1)二同：相同条件下；正、逆反应同
6、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)2H2O2H2O2为可逆反应。()(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。()(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
7、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。()(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)O2(g) 2SO3(g)HQ kJmol1(Q0)，充分反应后生成SO3的物质的量_2 mol(填“”或“”，下同)，SO2的物质的量_0 mol，转化率_100%，反应放出的热量_ Q kJ。答案：(
8、1)可逆反应的判断强调“两同”：同一条件、同时进行。(2)化学平衡状态的判断依据是正反应速率逆反应速率；各组分的浓度或百分含量保持不变。用氮化硅(Si3N4)陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件，能大幅度提高发动机的热效率。工业上用化学气相沉积法制备氮化硅，其反应如下：3SiCl4(g)2N2(g)6H2(g)Si3N4(s)12HCl(g)H0。完成下列填空：(1)在一定温度下进行上述反应，若反应容器的容积为2 L，3 min后达到平衡，测得固体的质量增加了2.80 g，则H2的平均反应速率_mol/(Lmin)。(2)一定条件下，在密闭恒容的容器中，能表示上述反应达到化学平衡状态的是_。a3v
9、逆(N2)v正(H2)bv正(HCl)4v正(SiCl4) c混合气体密度保持不变dc(N2)c(H2)c(HCl)136解析(1)反应达到平衡时，n(Si3N4)0.02 mol，则v(H2)0.02 mol/(Lmin)。(2)判断反应达到平衡状态的标志是v正v逆，反应中N2与H2的化学计量数之比为13，达到平衡状态时，3v逆(N2)v逆(H2)，即v逆(H2)v正(H2)，a正确；b项反应方向一致，无法判断反应是否达到平衡，b错误；该反应的正反应方向是气体密度减小的反应，因此，当混合气体密度保持不变时，可以判断反应达到平衡状态，c正确；c(N2)c(H2)c(HCl)136，与化学反应是
10、否达到平衡无关，d错误。答案(1)0.02(2)ac对于可逆反应：2NO2(g)2NO(g)O2(g)，用选项序号回答下列问题：(1)在恒容容器中进行，达到平衡状态的标志是_。(2)在恒压容器中进行，达到平衡状态的标志是_。单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比值为221的状态混合气体的颜色不再改变的状态混合气体的密度不再改变的状态混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态混合气体的压强不再改变的状态答案：(1)(2)“两审”“两标志”突破化学平衡状态的判断(1
11、)“两审”一审题干条件，是恒温恒容还是恒温恒压。二审反应特点：全部是气体参与的等体积反应还是非等体积反应；有固体或液体参与的等体积反应还是非等体积反应。(2)“两标志”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。等价标志a全部是气体参加的非等体积反应如N2(g)3H2(g) 2NH3(g)，体系的压强(恒温恒容时)、平均相对分子质量不再随时间而变化。b体系中各组分的物质的量浓度、体积分数、物质的量(或质量)分数保持不变。c对同一物质而言，断裂的化学键的物质的量与形成的化学键的物质的量相等。d对于有有色物质参加或生成的可逆反应如2NO2(g)
12、 N2O4(g)，体系的颜色不再随时间而变化。e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。 从定性、定量两个角度考查可逆反应的特点1在已达到平衡的可逆反应：2SO2O2 2SO3中，充入由18O组成的氧气一段时间后，18O存在于下列物质中的()A多余的氧气中B生成的三氧化硫中C氧气和二氧化硫中D二氧化硫、氧气和三氧化硫中解析：选D。化学平衡是动态平衡，加入的18O2定会与SO2结合生成含18O的SO3，同时含18O的SO3又会分解得到SO2和O2，使SO2中也含有18O，因此18O存在于SO2、O2、SO3这三种物质中。2一定条件下，对于可逆反应：X(g)3Y(g)
13、2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)，达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1 molL1、0.3 molL1、0.08 molL1，则下列判断正确的是()Ac1c231B平衡时，Y和Z的生成速率之比为23CX、Y的转化率不相等Dc1的取值范围为0 molL1c10.14 molL1解析：选D。X、Y的平衡浓度之比为13，转化浓度亦为13，故c1c213，转化率相等，A、C不正确；平衡时Y生成表示逆反应，Z生成表示正反应，且vY(生成)vZ(生成)应为32，B不正确；由可逆反应的特点可知0 molL1c10.14 molL1，D正确。极端假设法确定各物质浓度范围
14、可逆反应各物质浓度范围可根据极端假设法判断，假设反应正向或逆向进行到底，求出各物质浓度的最大值和最小值，从而确定它们的浓度范围。例如：可逆反应X2(g)Y2(g) 2Z(g)，各物质的起始浓度分别为c(X2)0.1 molL1，c(Y2)0.3 molL1，c(Z)0.2 molL1。假设反应正向进行到底：X2(g)Y2(g) 2Z(g)起始浓度(molL1) 0.1 0.3 0.2改变浓度(molL1) 0.1 0.1 0.2终态浓度(molL1) 0 0.2 0.4假设反应逆向进行到底：X2(g)Y2(g) 2Z(g)起始浓度(molL1) 0.1 0.3 0.2改变浓度(molL1) 0
15、.1 0.1 0.2终态浓度(molL1) 0.2 0.4 0平衡体系中各物质的浓度范围为X2(0，0.2)，Y2(0.2，0.4)，Z(0，0.4)。 化学平衡状态的判断3(2018邯郸一模)一定条件下，NO2与SO2反应生成SO3和NO两种气体。将体积比为12的NO2、SO2气体置于密闭容器中发生上述反应，下列不能说明反应达到平衡状态的是()A混合气体颜色保持不变B体系的平均相对分子质量保持不变CNO2和SO2的体积比保持不变D每消耗1 mol SO2的同时生成1 mol NO2解析：选B。发生反应：NO2(g)SO2(g) NO(g)SO3(g)。A说明c(NO2)不变，可以作为达到平衡
16、的标志，A正确。平均相对分子质量M，气体的总质量不变，气体的总物质的量不变，则平均相对分子质量始终不变，B错误。NO2和SO2的起始体积比为12，反应过程中二者变化量(设为x)相同，则平衡时体积比为(1x)(2x)，当体积比保持不变时表示反应达到平衡，C正确。D项中消耗SO2表示正反应，生成NO2表示逆反应，D正确。4(1)在一定条件下，可逆反应达到平衡状态的本质特征是_。下列关系中能说明反应N2(g)3H2(g) 2NH3(g)已经达到平衡状态的是_。A3v正(N2)v正(H2) Bv正(N2)v逆(NH3)C2v正(H2)3v逆(NH3) Dv正(N2)3v逆(H2)(2)在一定温度下的恒
17、容密闭容器中，可逆反应达到平衡状态时，一些宏观物理量恒定不变：a.各物质的浓度不变，b.平衡混合物中各组分的物质的量分数或质量分数不变，c.容器内气体压强不变，d.容器内气体密度不变，e.容器内气体颜色不变。能说明反应：N2(g)3H2(g) 2NH3(g)达到平衡状态的有_；能说明反应：H2(g)I2(g) 2HI(g)达到平衡状态的有_；能说明反应：2NO2(g) N2O4(g)达到平衡状态的有_；能说明反应：C(s)H2O(g) CO(g)H2(g)达到平衡状态的有_。解析：(2)中判断时首先要注意本题中反应的条件是恒温恒容，其次要注意反应物和生成物中是否有固体物质存在，以及反应前后气体
18、物质的量的变化。在反应过程中气体的质量不变，因此在恒容状态下不能用密度判断反应是否达到平衡状态，由于反应物和生成物均为无色气体，因此也不能用气体颜色来判定。是一个反应前后气体体积不变的反应，反应过程中气体的质量不变，物质的量也不变，所以不能用压强和密度判定反应是否达到平衡状态。在反应过程中气体的质量保持不变，因此不能用密度来判定反应是否达到平衡状态。中反应过程中气体的质量和气体的物质的量均发生改变，因此a、b、c、d均可用来判定反应是否达到平衡状态，由于反应物和生成物中的气体均为无色气体，因此不能用气体颜色来判定反应是否达到平衡状态。答案：(1)正反应速率与逆反应速率相等C(2)abcabea
19、bceabcd判断化学平衡状态常用的方法举例反应 mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)正、逆反应速率的关系在单位时间内消耗了m mol A，同时生成m mol A 平衡在单位时间内消耗了n mol B，同时生成p mol C 不一定平衡v(A)v(B)v(C)v(D)mnpq 不一定平衡在单位时间内消耗了n mol B，同时消耗q mol D 平衡混合物体系中各组分的含量各物质的物质的量或物质的量分数一定 平衡各物质的质量或质量分数一定 平衡总压强或总体积或总物质的量一定 不一定平衡压强 mnpq时，总压强一定(其他条件不变) 平衡 mnpq时，总压强一定(其他条件不变) 不一定平衡 温
20、度 在其他条件不变的条件下，体系温度一定 平衡 颜色 体系的颜色(反应物或生成物有颜色)不再变化 平衡混合气体的平均相对分子质量(Mr)mnpq时，平均相对分子质量一定 平衡mnpq时，平均相对分子质量一定 不一定平衡 体系的密度 mnpq，恒温恒压，体系密度一定 平衡恒温恒容，体系密度一定不一定平衡化学平衡常数及平衡转化率 知识梳理一、化学平衡常数1概念在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，用符号K表示。2表达式对于反应mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)，K(固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。3意义化学
21、平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度。4应用(1)利用化学平衡常数判断化学反应可能进行的程度。K值越大，反应物的转化率越大，反应进行的程度越大。(2)利用化学平衡常数判断化学平衡移动的方向。对于可逆反应：aA(g)bB(g) cC(g)dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：Qc，称为浓度商。Qc(3)利用化学平衡常数随温度的变化判断反应的热效应。若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。二、“三段式法”计算平衡转化率可按下列模式进行计算：如mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为a m
22、ol/L、b mol/L，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol/L。 mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)起始(mol/L) a b 0 0变化(mol/L) mx nx px qx平衡(mol/L) amx bnx px qx1求平衡常数：K。2求转化率转化率100%，如平(A)100%。(1)同一个反应中，反应物可以有多种，但不同反应物的转化率可能不同。(2)增大一种反应物的浓度，可以提高其他反应物的转化率，工业生产中常常提高廉价原料的比例，从而增大昂贵原料的转化率，如工业合成氨中增大氮气的浓度，从而提高氢气的转化率。自我检测1判断正误，正确的打“”，错误的打“”。(1)平衡
23、常数表达式中，可以是物质的任一浓度。()(2)催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数。()(3)平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动。()(4)化学平衡发生移动，平衡常数不一定发生变化。()答案：(1)(2)(3)(4)2(1)对于3Fe(s)4H2O(g) Fe3O4(s)4H2(g)，反应的化学平衡常数的表达式为_。(2)已知下列反应的平衡常数：H2(g)S(g) H2S(g)K1S(g)O2(g) SO2(g)K2则反应SO2(g)H2(g) O2(g)H2S(g)的平衡常数为_(用K1和K2表示)。答案：(1)K(2)(1)关于H2O的浓度问题稀水溶液中进行的反应，虽然H2O参
24、与反应，但是H2O只作为溶剂，不能代入平衡常数表达式。如NH4ClH2O NH3H2OHCl的平衡常数表达式为K。H2O的状态不是液态而是气态时，则需要代入平衡常数表达式。(2)K的大小只与温度有关，与反应物或生成物的起始浓度的大小无关。(3)代入平衡常数表达式的是平衡浓度，而不是任意时刻的浓度，更不能将物质的量代入。(4)同一化学反应，可以用不同的化学方程式表示，每个化学方程式都有自己的平衡常数表达式及相应的平衡常数。因此，要注意使用与化学方程式相对应的平衡常数。(2017高考全国卷，27，14分)丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题：(1)正丁烷(C4H10)脱氢制
25、1丁烯(C4H8)的热化学方程式如下：C4H10(g)=C4H8(g)H2(g)H1已知：C4H10(g)O2(g)=C4H8(g)H2O(g) H2119 kJmol1H2(g)O2(g)=H2O(g)H3242 kJmol1反应的H1为_kJmol1。图(a)是反应平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x_0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是_(填标号)。A升高温度 B降低温度C增大压强 D降低压强 (2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/
26、n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是_。(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 之前随温度升高而增大的原因可能是_、_；590 之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是_。解析(1)根据盖斯定律，可得，则H1H2H3119 kJmol1242 kJmol1123 kJmol1。反应为气体总体积增大的反应，在温度相同时降低压强有利于提高平衡转化率，故x0.1。反应为吸热反应，升高温度有利于平衡正向移动，A项正确；降低压强平衡向气体总体积增大的方向移动，D项正确。(2)结合图(b)可看出随着n(氢气)/n(丁烷)增大，丁烯产率先升高后降低，这是因为氢气是生成物，当n(氢气)/n(丁烷)逐渐增大时，逆反应速
