专题2 化学反应速率与化学平衡 第二单元 化学反应的方向和限度
第一课时 化学反应的方向 判断化学反应方向的依据
【引入】:
自然界中有许多现象是可以自发进行的,请结合自己的生活经验举例说明. 自然界中水总是从高处往低处流
电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动 室温下冰块自动融化 墨水扩散 食盐溶解于水 火柴棒散落
化学反应中镁条燃烧、酸碱中和、铁器暴露在潮湿空气中生锈、甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧、锌与CuSO4溶液反应生成Cu和ZnSO4等,这些过程都是自发的,其逆过程就是非自发的.
一、 化学反应的方向.
1.自发过程:在一定条件下,不借助外部力量就能自动进行的过程. 2.自发反应:在一定的条件下无需外界帮助就能自动进行的反应. 【过渡】:
如何判断一个过程,一个反应能否自发进行? 二、判断化学反应方向的依据. 【交流与讨论】:
酸碱中和、镁条燃烧等这些一定条件下能自发发生的反应有何共同特点? △H < O即放热反应
放热反应使体系能量降低,能量越低越稳定, △H < O有利于反应自发进行. 1.焓判据(能量判据).
体系趋向于从高能状态转变为低能状态
(这时体系会对外做功或者释放热量~△H ﹤0) 【设问】:
自发反应一定要△H < O ?
NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)
△ H= +37.30kJ/mol
【结论】:
△H < O有利于反应自发进行,但自发反应不一定要△H < O. 焓变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一 因素.
为了解释这样一类与能量状态的高低无关的过程的自发性,科学家们提出了在自然界还存在着另一种能够推动体系变化的因素→熵. 2.熵判据.
(1).熵:体系混乱度的量度,即熵是用来描述体系的混乱度. 符号:S 单位: J?mol-1?K-1 .
体系混乱度越大,熵值越大;体系混乱度越小,熵值越小. (2).熵变:反应前后体系熵的变化. 同一物质,S(g)﹥S(l)﹥S(s)
产生气体的反应、气体物质的物质的量增大的反应,熵变通常都是正值 ( △S >0),为熵增加反应. 【设问】:
火柴散落、墨水扩散过程混乱度如何变化?从混乱度变化角度分析它们为什么可以自发? 自发过程的体系趋向于由有序转变为无序,导致体系的熵增大,这一经验规律叫做熵增原理,也就是反应方向判断的熵判据.
(3).熵判据:
混乱度越大越稳定,△S > 0 有利于反应自发进行 【设问】:
CaCO3(s) == CaO (s) +CO2 (g)这个反应能否自发进行? 已知: △H(298K)=+178.2KJ?mol , △S(298K)=169.6J?mol-1?K-1 【结论】:
△S > O有利于反应自发进行,自发反应不一定要△S > O. 熵变是反应能否自发进行的一个因素,但不是唯一 因素. 3.复合判据(自由能变化). △ G=△H—T △S
当△ G<0时,反应自发进行 当△ G>0时,反应不自发进行 当△ G=0时,平衡状态 温度对反应自发性的情况: 类型 △H △S △H—T△S 反应的自发性 1 - + 永远是— 任何温度都是 自发反应 任何温度下都是 非自发反应 高温是非自发反应 低温是自发反应 高温是自发反应 低温是非自发反应 2 + - 永远是+ 3 - - 高温+ 低温— 4
【注意点】:
+ + 高温—低温+ (1).反应的自发性只能用于判断反应发生的方向,不能确定反应是否一定会发生和反应发生的速率.
如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件,其发生腐蚀过程的自发性是相同的,但只有后者可以实现.
(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.
如水泵可以把水从低水位升至高水位;高温高压石墨转化为金刚石的例子,实现后者的先决条件是要向体系中输入能量,该过程的本质仍然是非自发性的. 完成P42表2-5. 【课堂练习】:
1.下列过程是非自发的是 D
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
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 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 3.下列说法正确的是 C
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
4.自发进行的反应一定是 D 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
第二课时 化学平衡状态 化学平衡常数
一、化学平衡的建立
1.可逆反应:在相同条件下同时能向正反应方向和逆反应方向进行的反应。
注:①.相同条件下的反应。 点燃
电解
如:2 H2 + O2 === 2 H2O,2 H2 + O2 === 2 H2O(非可逆) ②.有气体参加的必须在密闭容器中
△
如:敞口容器:CaCO3 == CaO + CO2 ↑不可逆
△ 密闭容器:CaCO3 CaO + CO2 可逆
③.同时具有正反应速率、逆反应速率。
2.化学平衡
引言:初中溶解平衡 催化剂
高温 书P43 CO + H2O CO2 + H2
分析:①.反应刚开始时,反应物和生成物的浓度如何变化?V正、V逆变化?
②.随反应的进行,反应物和生成物的浓度如何变化?V正、V逆变化? v mol 生成物 V正 V正=V逆
③.当V正 = V逆时,反应物的浓度和生成物的浓度是否再变化?
1.定义:化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里,正反应和逆反应速率相等,反应混
合物中各组分的浓度保持不变的状态。 注:化学平衡的特征:动、等、定、变
A.反应平衡时,V正 = V逆≠0,是动态平衡。V正 = V逆是指同一个特定的物质的正、反速率。
B.反应混合物中,各物质的浓度不再改变,百分含量保持不变。但平衡时,各物质的浓度不一定相等。
V逆 达到平衡 反应物 t t C.外界条件变化时,原有平衡被破坏,出现新的平衡。
提问:1.某化学反应达到平衡时反应物的浓度等于生成物的浓度,是否正确?
2.化学反应达到平衡时,反应停止了,所以各物质的百分含量保持不变。这句话 对吗?
例1:二氧化氮在加热条件下能够分解成一氧化氮和氧气。该反应进行到35 s时,达到平衡
(NO2浓度约为0.010mol)。图中曲线表示二氧化氮分解反应在前20 s内的反应进程。
L①、若反应延续至60 s,请在图中用实线接着画出20 s~60 s的反应进程曲线。 ②、若在反应开始时加入催化剂(其他条件都不变),请在图上用虚线画出加入催化剂后
的反应进程曲线。
0.030 0.020 0.010 浓度mol L0.030 0.020 0.010 10 20 30 40 50 60 时间/s
10 20 30 40 50 60 时间/s
浓度mol L
2.化学平衡的判断
直接标志:A.V正 = V逆
B.各组分的m、n不变。
C.通过含量:各组分的质量分数、物质的量分数、(恒温、衡压下)气体的
体积分数不变。
D.通过浓度:各组分的浓度不变。
间接标志:A.通过总量:前提:气体反应Δ≠0时。体系的n(总)、p(总)、v(总)
B.通过复合量:M、ρ不变。
C.其他:如平衡体系颜色不变(实际是有色物浓度不变) 例:
1.在一定温度下,可逆反应4A(气)+5B(气) 4C(气)+6D(气)达到平衡的标志是( D ) A.单位时间内消耗n mol的A,同时生成 n mol的C
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