选修4-2.2化学反应的方向和限度ppt课件

第二单元 化学反应的方向和限度,2-1-1 化学反应的方向,1,水往低处流,冰雪融化,自然界中的自发过程体现了 自然界变化的方向性,2,自发反应：,在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自动进行的反应 自发过程：在一定条件下不需外界帮助就能进行的过程,(1)在常温下盐酸能与氢氧化钠溶液反应生成氯化钠和水；而氯化钠和水却不能反应生成盐酸和氢氧化钠。,(2)铁器暴露在潮湿空气中会生锈；,一、化学反应的方向自发反应,这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的。,3,二、判断化学反应方向的依据,体系趋向于从高能状态转变为低能状态（H 0）。对于化学反应而言，绝大多数的放热反应能自发进行，且放出的热量越多，体系能量降低越多，反应越完全 焓变（H）是决定反应能否自发进行的因素之一。有不少吸热过程也能自发进行。有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行,1.焓判据：,4,问题：为什么有些吸热反应或吸热过程也能自发进行？,消石灰与氯化铵的反应有氨气生成，碳酸钙分解生成二氧化碳气体，可能有气体生成使体系的混乱度增大是反应能自发的原因之一。,硝酸铵溶于水后，硝酸根离子和铵根离子由规则的排列转化为能在水中自由地运动，即由有序转变为无序，体系的混乱度增大。,5,有序,混乱,6,2. 熵判据,熵：在密闭条件下，体系由有序自发地转变为无序的倾向，这种推动体系变化的因素称作熵。 实质：衡量一个体系混乱度的物理量叫做熵，用S 表示。 单位：J/molK 影响熵的因素：相同条件，不同物质S值不同 对于同一物质：S(g)S(l)S(s) 熵变：反应前后体系的熵的变化叫做反应的熵变S。 S = S生成物总熵 S反应物总熵 熵增加原理：自发反应体系趋向有序变为无序，导致体系熵增加S0，这个判据叫熵判据。,7,熵增加过程：固体溶解 气体扩散 水的汽化 熵增加反应：气体分子数增加 气体分子数不变时考虑气体种类 注意：熵变（S）是决定反应能否自发进行的又一因素。有些熵减小的反应在一定条件下可以自发进行,8,3、焓变与熵变对反应方向的共同影响（复合判据）,恒温恒压： HT S0 则反应自发进行， HT S = 0 反应到达平衡状态 HT S 反应不能自发进行。,焓变熵变均只与始态终态有关，与路径无关。 只影响自发与否，与反应速率无关,9,1反应的自发性只能用于判断反应的方向，不能确定反应是否一定会发生和过程发生的速率。如钢制器件腐蚀。,注意：,2在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。 如石灰石分解，常温下是非自发的，但在1273K时是自发的反应。,10,例1 下列过程是非自发的是（ ） A、水由高处向低处流； B、天然气的燃烧； C、铁在潮湿空气中生锈；D、室温下水结成冰 例2 碳酸铵（NH4）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、其分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大； B、其分解是因为外界给予了能量； C、其分解是吸热反应，据能量判据不能自发分解； D、碳酸盐都不稳定，都能自发分解。,D,A,11,1、下列说法正确的是（ ） A、凡是放热反应都是自发的，凡是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、自发进行的反应一定是（ ） A、吸热反应； B、放热反应； C、熵增加反应；D、熵增加或者放热反应。,C,D,12,3、下列说法正确的是（ ） A、放热反应一定是自发进行的反应； B、吸热反应一定是非自发进行的； C、自发进行的反应一定容易发生； D、有些吸热反应也能自发进行。 4、250C和1.01105Pa时，反应 2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）； H=56.76kJ/mol，自发进行的原因是 A、是吸热反应 B、是放热反应 C、是熵减少的反应 D、熵增大效应大于能量效应,D,D,13,专题2第二单元化学反应与能量,化学反应的限度,14,一、什么是可逆反应,在同一条件下,既能向正反应方向进行,同时又能向逆反应方向进行的反应,注意： 1：可逆反应有一定的限度 总是不会停止 2:反应物与生成物共存 正向逆向反应同时进行 3：理论认为，所有反应均是可逆反应，对于转化率 100%的反应，视为近似处理,15,正反应速率=逆反应速率,正反应速率,逆反应速率,相等,反应仍在进行，但 是各种物质的浓度均 保持不变，达到动态 平衡，这就是重要 概念化学平衡状态,16,二、化学平衡状态：,化学平衡状态：在一定条件下的可逆反应里，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,强调,标志：反应混合物中各组分的 浓度保持不变的状态,前提（适用范围）：可逆反应,内在本质：v(正)= v(逆) 0,17,化学平衡状态的特征,(4)定：反应混合物中各组分的浓度保持不变，各组分的含量一定。,(5)变：条件改变，原平衡被破坏，在新 的条件下建立新的平衡。,(3)动：动态平衡（正逆反应仍在进行）,(2)等：平衡时v正=v逆0,(1)逆：只适用于可逆反应,18,三、达平衡标志：变量不变 建立平衡,19,反应物转化率不变 产物产率不变 温度不变（其他条件一定） 颜色不变（有颜色气体）； 化学键：看方向，看比例 （反应前后气体分子数不等）总压强 体积 总气体物质的量 气体质量 平均相对分子质量 不变 密度不变（有固体或液体参与）,2、间接标志：,20,请大家完成 P48页的“交流与讨论”，并根据所得结果总结归纳平衡时反应物、生成物浓度之间的关系。,结论：在一定的温度下，无论反应物的起始浓度，反应达到平衡状态后，反应物与生成物的系数次方的比是一常数。,该如何定量描述化学平衡？,21,四、化学平衡常数,1、 概念,对某一可逆反应，在一定温度下，无论反应物的起始浓度如何，反应达到平衡状态后，反应物与生成物浓度系数次方的比是一个常数，称为化学平衡常数，用K表示。,2、K的表达式,对于下列可逆反应：aA + bB cC + dD，则有：,其中c为各组分的平衡浓度,22,学习化学平衡常数有什么重要意义？,3、化学平衡常数的意义,aA + bB cC + dD,K值的大小，表示该温度下达到平衡时，反应进行的程度（反应的限度） K值越大，表明生成物所占比例越大，正向反应进行的程度越大；反之则越小。 K105 该反应就进行的基本完全,23,4.平衡常数的注意事项,aA + bB cC + dD,（2）K值表达式中，固体、纯液体不写； 水：溶液中不写，非水溶液中写,（4）平衡常数的表达式与方程式的书写方式有关； 同一反应正逆方向的K互为倒数,（1）K只与温度有关，所以使用时应注明温度；,（3）平衡常数表示反应进行的程度，不表示反应速率,24,N2+3H2 2NH3,2NH3 N2+ 3H2,练习1：根据平衡常数的定义，请大家写出下列可逆反应的平衡常数表达式。,25,5.化学平衡常数的应用,利用K 值可判断是否处于平衡状态及如何建立平衡,Qc K ：,Qc K ：,QcK ：,aA + bB cC + dD,浓度商,平衡时：,未知状态时：,反应处于平衡状态， 即v正 v逆,反应向逆方向进行， 即v正 v逆,反应向正方向进行， 即v正 v逆,26,利用K判断反应的热效应 升高温度，K增大，正反应吸热 升高温度，K减小，正反应放热,化学平衡常数,27,五、平衡转化率( ),100%, =,该反应物的起始浓度该反应物的平衡浓度,该反应物的起始浓度,1、定义：,2、表达式：,3、理解注意： (1)、转化率是对反应物而言的； (2)、在一定温度下可逆反应中，K值越大，反应物的转化率就越高； (3)、对于一给定可逆反应，K值只与温度有关，而a不仅与温度有关也与反应物起始浓度有关。,28,六、化学平衡的相关计算,基本模式“三部曲解法”,转化浓度：mx nx px qx,平衡浓度：a-mx b-nx px qx,基本关系,生成物：平衡浓度起始浓度转化浓度,反应物：平衡浓度起始浓度转化浓度,例： mA + nB pC + qD 起始浓度：a b 0 0,(mol/L),(mol/L),(mol/L),29,练习2、在某温度下，可逆反应： mA(g)+nB(g) pC(g) + qD(g)的平衡常数为，下列说法正确的是 （ ） .越大，达到平衡时，反应进行的程度越大 .越小，达到平衡时，反应物的转化率越大 .随反应物浓度改变而改变 .随温度改变而改变,30,例1：某温度下，向10L真空容器中注入1.00 mol H2(g) 和1.00 mol I2(g)，反应平衡后I2(g)的浓度为0.0200 molL-1试求该温度下 H2(g)+I2(g) 2HI(g)的平衡常数。,解：据题意可知，起始时c(H2)=c(I2)=0.100molL-1，平衡时c(H2)=c(I2)=0.0200molL-1，生成的c(HI) = 0.160molL-1,H2(g) + I2(g) 2HI(g),起始时各物质的浓度/molL-1,0.100 0.100 0,变化的各物质的浓度/molL-1,平衡时各物质的浓度/molL-1,0.0800 0.0800 0.160,0.0200 0.0200 0.160,K =,(0.160)2,(0.0200)2,= 64.0,c2(HI),c(H2) c(I2),=,答：平衡常数为64.0。,31,c(CO) c(H2O),【例2】在一密闭容器中，CO与H2O混合加热到800达到下列平衡：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) K=1.00，若反应开始时CO和H2O的浓度均为0.200 molL-1 ，求达到平衡时CO转化为CO2转化率是多少？,c(平)/molL-1 0.200x 0.200x x x,解得: x = 0.1,解：设平衡时CO2和H2的浓度为x molL-1,K =,x2,(0.200x)(0.200x),CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g),c(始) /molL-1 0.200 0.200 0 0,c(变)/molL-1 x x x x,= 1.00,c(CO2) c(H2),=,32,练习1、850K时，在一密闭容器中充入一定量的SO2和O2，当反应达到平衡后测得：SO2、O2和SO3的浓度分别为6.010-3 molL-1 、8.010-3 molL-1 和 4.410-2 molL-1。 计算： （1）该温度下反应 的平衡常数。 （2）达平衡状态时 SO2的转化率。,2SO2+O2 2SO3,练习2：X、Y、Z为3种气体，把amolX和bmolY充入一密闭容器中，发生反应X+2Y 2Z，达到平衡时，若它们的物质的量满足：n（x）+n（y）=n（z），则Y的转化率为 （ ）,K=6.7*105,a(SO2)=88%,B,33,练习3：高炉炼铁中发生的基本反应如下: FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)正反应吸热。其平衡常数可表达为: K=c(CO2)/c(CO)，已知1100，K=0.263 (1)升高温度，化学平衡移动后，高炉内CO2和CO的体积比值_，平衡常数K值_(填“增大”“减小”或“不变”) (2)1100时，测得高炉中c(CO2)=0.025molL-1，c(CO)=0.1molL-1，在这种情况下该反应是否处于平衡状态_(填“是”或“否”)，此时化学反应速率是V正_V逆(填“大于”、“小于”或“等于”)，其原因是 。,增大,增大,否,大于,c(CO2)/c(CO)0.250.263，说明不是平衡状态，为了平衡，向正反应方向进行,平衡常数和转化率的计算,34,35,练习5、在温度和压强不变时，将1体积N2O4分解：N2O4 2NO2 并达到平衡，混合气体变为1.4体积，求： N2O4的分解率。,40%,36,