《化学反应的方向和限度》学案2(苏教版选修4).docx

化学反响的方向及判据1.反响焓变与反响方向〔1〕多数能自发进行的化学反响是放热反响如氢氧化亚铁的水溶液在空气中被氧化为氢氧化铁的反响是自发的，其△H〔298K〕==－444.3kJ·mol—1〔2〕局部吸热反响也能自发进行如NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)==CH3COONH4(aq)+CO2(g)+H2O(l)，其△H〔298K〕== +37.30kJ·mol—1〔3〕有一些吸热反响在常温下不能自发进行，在较高温度下那么能自发进行如碳酸钙的分解因此，反响焓变不是决定反响能否自发进行的唯一依据2.反响熵变与反响方向〔1〕熵：描述大量粒子混乱度的物理量，符号为S，单位J·mol—1·K—1，熵值越大，体系的混乱度越大〔2〕化学反响的熵变〔△S〕：反响产物的总熵与反响物总熵之差〔3〕反响熵变与反响方向的关系①多数熵增加的反响在常温常压下均可自发进行产生气体的反响、气体物质的量增加的反响，熵变都是正值，为熵增加反响②有些熵增加的反响在常温下不能自发进行，但在较高温度下那么可自发进行如碳酸钙的分解③个别熵减少的反响，在一定条件下也可自发进行如铝热反响的△S== —133.8 J·mol—1·K—1，在点燃的条件下即可自发进行。

4.焓变和熵变对反响方向的共同影响——“四象限法〞判断化学反响的方向在温度、压强一定的条件下，化学反响的方向的判据为：△H—T△S＜0　反响能自发进行△H—T△S==0反响到达平衡状态△H—T△S＞0反响不能自发进行反响放热和熵增加都有利于反响自发进行该判据指出的是化学反响自发进行的趋势△S＜0△H＞0所有温度下反响均不能自发进行△S＞0△H＜0所有温度下均可自发进行△S＞0△H＞0高温下反响自发进行　△S＜0△H＜0低温下反响自发进行yx—、＋—、—＋、＋＋、—ⅠⅡⅢⅣ典型例题１.第Ⅰ象限符号为“＋、＋〞〔△S＞0、△H＞0〕时化学反响的方向——高温下反响自发进行【例１】石灰石的分解反响为：CaCO3(s)==CaO(s) +CO2(g)其△H〔298K〕==178.2kJ·mol—１，△S〔298K〕==169.6J·mol—1·K—1试根据以上数据判断该反响在常温下是否自发进行其分解温度是多少【解析】∵△H—Ｔ△S＝178.2kJ·mol—１—２９８Ｋ×10×—3×169.6kJ·mol—1·K—1 ==128kJ·mol—1＞0∴298K时，反响不能自发进行。

即常温下该反响不能自发进行由于该反响是吸热的熵增加反响，升高温度可使△H—Ｔ△S＜0，假设反响焓变和熵变不随温度变化而变化，据△H—Ｔ△S＜0可知，Ｔ＞△H/△S ==178.2kJ·mol—１/10×—3×169.6kJ·mol—1·K—1==1051K，即温度高于７７８℃时反响可自发进行２.第Ⅱ象限符号为“＋、—〞〔△S＞0、△H＜0〕时化学反响的方向——所有温度下反响均能自发进行【例２】双氧水、水在２９８Ｋ、１００kPa时的标准摩尔生成焓的数据如下：物 质△fH/kJ·mol—１H2O(l)—２５８.８H2O2(l)—１９１.２O2〔g〕0〔１〕试由以上数据计算双氧水发生分解反响的热效应〔２〕假设双氧水发生分解反响生成液态水和氧气时，其△S==57.16J·mol—1·K—1试判断该反响在常温下能否自发进行假设温度到达２０００Ｋ时，反响能否自发进行解析】〔１〕根据△H ==H〔产物〕—H〔反响物〕得，△H ==２×〔—２５８.８kJ·mol—１〕+0—2×〔—１９１.２kJ·mol—１〕===　—１３５.２kJ·mol—１〔2〕在２９８Ｋ时，△H—Ｔ△S＝—１３５.２kJ·mol—１－(298K×10—3×57.16kJ·mol—1·K—1) ==　—152.23 kJ·mol—１＜0∴该反响在常温下可自发进行。

温度到达２０００Ｋ，且假定焓变和熵变不随温度变化而变化，△H—Ｔ△S＝—１３５.２kJ·mol—１－(２０００K×10—3×57.16kJ·mol—1·K—1)==　—２４９.５２kJ·mol—１＜0故△S＞0、△H＜0时，仅从符号上进行分析，无论温度如何变化，恒有△H—Ｔ△S＜0，故化学反响的方向——所有温度下反响均能自发进行３.第Ⅲ象限符号为“—、—〞〔△S＜0、△H＜0〕时化学反响的方向——低温下反响可以自发进行【例３】常温下氢氧化亚铁与空气中的氧气及水有可能发生反响，即：４Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)==4Fe(OH)3(s)，该反响在２９８Ｋ时的△H== —444.3 kJ·mol—１，△S==　—２８０.1 J·mol—1·K—1试问该反响在常温下是否自发进行【解析】根据△H—Ｔ△S＝—444.3 kJ·mol—１—２９８Ｋ×10－3×〔—２８０.1 kJ·mol—1·K—1〕== —360.83 kJ·mol—１＜0，故２９８Ｋ时反响可自发进行由于焓变和熵变的作用相反，且二者相差悬殊，焓变对反响的方向起决定性作用，故反响可自发进行假定温度到达２０００Ｋ，那么△H—Ｔ△S＝—444.3 kJ·mol—１—２０００Ｋ×10－3×〔—２８０.1 kJ·mol—1·K—1〕＝１１５.9 kJ·mol—１＞0，反响不能自发行。

即高温下反响不能自发进行４.第Ⅳ象限符号为“—、＋〞〔△S＜0、△H＞0〕时化学反响的方向——所有温度下反响均不能自发进行【例４】ＣＯ(g)＝Ｃ〔s，石墨〕＋１/２Ｏ２〔g〕，其△H＝１１０.5 kJ·mol—１△S==　—８９.３６J·mol—1·K—1，试判断该反响在２９８Ｋ和２０００Ｋ时反响是否自发进行【解析】２９８Ｋ时，△H—Ｔ△S＝１１０.5 kJ·mol—１—２９８Ｋ×10—3×〔—８９.３６kJ·mol—1·K—1) ==137.13 kJ·mol—１＞0，故２９８Ｋ时反响不能自发进行２０００Ｋ时，△H—Ｔ△S＝１１０.5 kJ·mol—１—２０００Ｋ×10—3×〔—８９.３６kJ·mol—1·K—1) ==２８９.２２ kJ·mol—１＞0，故２０００Ｋ时，反响也不能自发进行事实上，△S＜0、△H＞0时，仅从符号上进行分析，无论温度如何变化，恒有△H—Ｔ△S＞０，故化学反响的方向——所有温度下反响均不能自发进行从以上四个象限的情况来看，交叉象限的情况相反相成，第Ⅰ象限〔高温下反响自发进行〕和第Ⅲ象限〔低温下反响自发进行〕相反相成，第Ⅱ象限〔所有温度下均可自发进行〕和第Ⅳ象限〔所有温度下反响均不能自发进行〕相反相成。

分析化学反响的方向的热力学判据是△H—T△S＜0，而这个判据是温度、压强一定的条件下反响自发进行的趋势，并不能说明反响能否实际发生，因为反响能否实际发生还涉及动力学问题根底过关化学反响的限度1.可逆反响：在相同条件下同时向正、反两个方向进行的反响称为可逆反响在可逆反响中使用“〞2.化学平衡〔状态〕：〔1〕概念：在一定条件下可逆反响进行到一定程度时，正反响速率和逆反响速率相等，反响物和生成物的浓度不再发生变化，这种状态称为化学平衡状态，简称化学平衡〔2〕特征：①逆：化学平衡研究的对象是可逆反响②等：V〔正〕==V〔逆〕≠0③动：化学平衡是动态平衡虽然V〔正〕==V〔逆〕，但正、逆反响仍在进行④定：反响物和生成物的浓度保持一定⑤变：外界条件改变，平衡也随之改变3.化学平衡常数：〔1〕概念：对于一定条件下的可逆反响〔aA+bB cC+dD〕，到达化学平衡时，生成物浓度的乘幂的乘积与反响物浓度的乘幂的乘积之比为一常数，记作Kc，称为化学平衡常数(浓度平衡常数)[A]a[B]b[C]c[D]dKc==〔2〕数学表达式：pa(A)pb(B)pc(C)pd(D)Kp==如果反响物和生成物均为气体，当到达化学平衡时，将由各物质平衡分压算得的平衡常数称为压强平衡常数。

即浓度平衡常数和压强平衡常数均称为化学平衡常数〔3〕意义：平衡常数的大小化学反响可能进行的程度〔即反响限度〕；平衡常数的数值越大，说明反响进行得越完全〔4〕影响因素：只与温度有关，而与浓度无关4.平衡转化率：对于可逆反响aA+bB cC+dD，反响物A的平衡转化率可以表示为：α〔A〕==〔c0(A)－ [A]〕/c0(A)×100%5. 反响条件对化学平衡的影响(1)化学平衡移动：一定条件下的可逆反响到达平衡状态以后，反响条件改变，平衡混合物中各组分的浓度也随之发生改变而到达新的平衡状态，这种由一个平衡到达新的平衡的过程称为化学平衡移动〔2〕反响条件对化学平衡的影响①改变温度：升高温度，化学平衡向吸热反响方向移动降低温度，化学平衡向放热反响方向移动②改变浓度：假设Qc＜Kc，化学平衡正向〔向右〕移动假设Qc＞Kc，化学平衡逆向〔向左〕移动③改变压强：假设Qp＜Kp，化学平衡正向〔向右〕移动假设Qp＞Kp，化学平衡逆向〔向左〕移动〔3〕勒夏特列原理：在封闭体系中，如果只改变平衡体系中的一个条件时，平衡将向减弱这个条件改变的方向移动典型例题【例1】〔2022天津卷，10〕〔14分〕二甲醚是一种重要的清洁燃料，也可替代氟利昂作制冷剂等，对臭氧层无破坏作用。

工业上可利用煤的气化产物〔水煤气〕合成二甲醚请答复以下问题：⑴ 煤的气化的主要化学反响方程式为：___________________________⑵ 煤的气化过程中产生的有害气体H2S用Na2CO3溶液吸收，生成两种酸式盐，该反响的化学方程式为：________________________________________⑶ 利用水煤气合成二甲醚的三步反响如下：① 2H2(g) + CO(g) CH3OH(g)；ΔH ＝ －90.8 kJ·mol－1② 2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)；ΔH＝ －23.5 kJ·mol－1③ CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)；ΔH＝ －41.3 kJ·mol－1总反响：3H2(g) + 3CO(g) CH3OCH3(g) + CO2 (g)的ΔH＝ ___________；一定条件下的密闭容器中，该总反响到达平衡，要提高CO的转化率，可以采取的措施是__________〔填字母代号〕a．高温高压 b．参加催化剂 c．减少CO2的浓度d．增加CO的浓度 e．别离出二甲醚⑷ 反响②2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)某温度下的平衡常数为400 。

此温度下，在密闭容器中参加CH3OH ，反响到某时刻测得各组分的浓度如下：物质CH3OHCH3OCH3H2O浓度/〔mol·L－1〕0.440.60.6① 比较此时正、逆反响速率的大小：v正 ______ v逆 〔填“>〞、“<〞或“＝〞)② 假设参加CH3OH后，经10 min反响到达平衡，此时c(CH3OH) ＝ _________；该时间内反响速率v(CH3OH) ＝ __________解析：(1)煤生成水煤气的反响为C+H2OCO+H22)既然生成两种酸式盐，应是NaHCO3和NaHS，故方程式为：Na2CO3+H2S==NaHCO3+NaHS3)观察目标方程式，。